CN108871176A - 漂移抑制滤波器、接近度检测器和方法 - Google Patents

Abstract

一种便携式设备包括经漂移补偿的电容式接近度传感器，所述经漂移补偿的电容式接近度传感器采用基于所测量的接近度信号的变化的漂移补偿的特殊方法。当所述变化在规定区间内时追踪漂移，并且当变化在外部时冻结漂移。通过当电容急剧地变化时，如当用户移动设备时，冻结追踪并且当所述变化在可接受的限制内时恢复它，传感器能够不仅在电话不活跃时而且在其接近于用户的身体时跟随漂移。

Description

漂移抑制滤波器、接近度检测器和方法

技术领域

本发明关注被布置成抑制来自表示感兴趣的量的信号的缓慢漂移的滤波器。本发明的实施例涉及前述漂移抑制滤波器的数字实现方式，并且涉及使用前述滤波器以分辨合法信号（例如人员的逼近）和由温度变化或任何其它原因生成的漂移的接近度检测器。然而，这些不是本发明的仅有应用。

背景技术

在众多测量和感测应用中，相关信息由表示感兴趣的量的电学值（即电压或电流）承载，向所述电学值叠加可能恒定或缓慢漂移的假性值。由于假性基线的存在是对测量的灵敏度和精度的限制，因此已经设想到众多算法和滤波器以将其从感兴趣的信号消除。

当必须测量的信号变化得比基线中的漂移快得多时，后者可以通过直接的高通滤波器来抑制。在一些情况下，通过计算被取得以表示漂移的信号的滑动（running）平均值并且从原始信号减去所述滑动平均值而获得相同的结果。稍后将讨论的图1示出在电容式接近度检测器中处于使用中的该漂移抑制过程的数字实现方式，假定单元60实现直接滑动平均。

电容式接近度检测器使用在许多现代便携式设备中，包括移动电话和平板电脑，以确定设备是否接近于用户的身体部位。该信息以若干方式是重要的：其用于检测电话是否正在被用户主动地操纵，以及用户是否正在看向显示器，在该情况下可以适配所显示的信息，和/或设备从低功率状态切换至活跃状态。重要的是，该信息用于适配无线电发射器的功率水平以遵守身体剂量限制。电容式接近度检测器还使用在触敏显示器和面板中。

电容式接近度检测在很大程度上取决于漂移抑制。典型地，从设备上的电极来看，逼近中的用户的身体的电容比电极自身的背景电容小许多倍。该背景值及其波动将完全屏蔽接近度信号，倘若它们未被消除的话。

已知使用参考传感器（例如在接近度检测器的情况下，对用户的身体的电容不敏感的相同电极）来补偿和减去背景信号。该方法，尽管是有效的，但是由于活动传感器与参考传感器之间的不可避免的差异以及热学非平衡效应（其在主动传感器中和参考中引起不同且独立的背景水平）而远远不是理想的。

已知的方法和处理器的另一限制在于它们往往降低所寻求的信号以及漂移。

已知方法的特定限制在于，通常，它们禁止在存在大信号的情况下的漂移补偿。例如，许多已知的便携式电话包括如以上所描述的那样的电容式接近度检测器，并且将其用于确定电话是比方说在桌上静止还是用户已经将其放到耳边。在前一种情况下，所测量的电容将是低的，并且漂移补偿将遵循其漫游（wandering）。当电话接近身体时，电容将是大的并且由于用户的移动而显著变化。在电话接近身体时禁用常规的漂移补偿电路，以避免由于用户的移动所致的电容变化被误解释为热学漂移。然而，这是不便的，在于如果在某个时间内未追踪基线，则接近度检测器可能未能检测到何时从身体拿开电话。

发明内容

本发明提出一种漂移抑制滤波器，以及环境传感器，例如配备有漂移抑制的电容式接近度传感器。本发明的其它方面关注具有电容式接近度检测器和漂移抑制滤波器的便携式电子设备。在随附权利要求中指定的特殊滤波特征提供对维持灵敏度的环境漂移的出众抑制。本发明还涵盖对应权利要求的滤波方法。

附图说明

在通过示例的方式给出并且通过附图图示的实施例的描述的帮助下，将更好地理解本发明，其中：

图1示意性地示出数字漂移抑制滤波器。

图2利用流程图图示了根据本发明的一方面的抑制漂移的方法。

图3是本发明中所使用的一些信号的图线。

具体实施方式

图1示意性地示出漂移抑制处理器。为了简洁起见，本描述将参考便携式电话或平板电脑中的电容式接近度检测器，但是应当理解到，本发明的滤波器和方法可以应用于多样的领域。

检测器对电极20的电容Cx是敏感的，所述电容Cx在逼近用户的手部、面部或身体时将略微增加。如已经讨论的，由于身体接近度而引起的变化被电极的自身的电容遮蔽，电极自身的电容继而不是稳定的。电容信号优选地通过模拟处理器23放大和处理，其还可以减去可编程偏移，并且通过A/D转换器25转换成原始数字值。样本R _n 可以被编码为16位整数，或者采用任何其它合适的格式。

在非理想的世界中，原始样本还包含通过滤波器30衰减的噪声和不需要的扰动。滤波器30可以是在考虑到预期信号的带宽的情况下定尺寸的数字低通滤波器，或任何其它合适的滤波器。滤波器30提供对于随后阶段中的处理而言有用的一系列样本。

单元60是基线估计器，其考虑漂移而生成近似基线的瞬时值的一系列样本。这然后在差异单元40中被从样本减去并且提供经漂移校正的样本。分辨器单元50然后生成指示用户的手部、面部或身体的接近度的二进制值“Prox”。然而，本发明不限于二进制输出，并且也涵盖生成多位接近度值的检测器。

电容式接近度传感器可以是手机、膝上型电脑、平板电脑或另一被连接便携式设备的部分。在该情况下，电容式电极20还可以充当RF天线。图1示出本发明的该可选特征：电极20通过解耦电容器Cd连接到无线电发射器和接收器单元90，并且具有阻挡射频信号的电感器Ld。

在常规的接近度检测器中，基线估计单元60计算样本的滑动平均。然而，本发明采用不同的方法，现在将参考图2来解释该不同的方法。

本发明的方法的重要方面是（步骤120）对有用信号的变化的估计。该变化通过量来表示，优选地在每一个新的有用样本处计算所述量（步骤105）。估计的变化的可能方式是样本与在前一个样本之间的差，或者优选地，合适窗口（例如的最后八个所接收的样本）中的差的滑动平均。然而，可以指代变化的任何其它合适的估计器。

在步骤122处，本发明的方法检查接近度信号是否有效，即是否存在导电体在附近的指示。如果该测试的结果是肯定的，方法测试（步骤130）变化是否在预定接受区中。在该示例中，将与下阈值（其可以是负的）和上阈值（在大多数情况下，其将是正的）比较。

如果变化在接受区中，本发明的方法将其视为漂移，并且更新基线估计以追踪它（步骤160）。可以通过将在前的一个与变化的值相加或以任何其它方式来计算针对的新值。

另一方面，如果变化不在预定接受区中，本发明的方法将其视为电话和/或用户的移动并且不将其视为漂移。在步骤140中，将基线估计的在前一个值拷贝到新的一个中。以此方式，将基线估计冻结到恒定值。

可选地，如在该示例中所示，还可以在接近信号不活动时基于变化而冻结基线估计。这是所示示例的情况，其中在步骤135处，将变化与另一阈值比较。如果变化超过该值，冻结基线估计（步骤140），否则以任何合适的方式基于样本更新的值（步骤148）。在可能的实现方式中，可以将设定成等于或过去样本的平均。

可选的步骤170和180防止值超过的值，从而确保。

发明方法的优点在于，基线估计还在电话接近于用户的身体时追踪漂移。图3图示了这方面。在该图线中，线210是“Prox”检测信号，220表示有用样本，并且230基线估计。经漂移校正的信号被引用为240。边沿250、270标记当电话被拿到耳边和从耳边移除时的时间，并且阶跃260是由于移动所致的电容改变。

如可以领会到的，基线估计在其中信号强烈变化的区间（利用“F”标记）中被冻结，并且否则追踪的大体漂移。从经校正的信号240完全消除漂移，并且可以非常可靠地分辨设备被带到接近身体和更远离身体的时刻。

Claims (6)

1.一种便携式设备，包括接近度传感器，其中接近度传感器生成表示设备与用户的身体部位之间的距离的接近度信号，所述便携式设备包括被布置成确定便携式设备是否处于与身体部位的接近度的预定关系中的决策单元，以及被布置成追踪漂移和从接近度信号减去漂移从而生成经漂移补偿的信号的漂移补偿单元，以及当经漂移补偿的信号超过预定距离阈值时断言逻辑接近度值的输出分辨器，其特征在于，所述漂移补偿单元被布置成测量所确定的时间间隔中的接近度信号的变化，以在逻辑接近度值被断言并且所述变化不在预定接受区中或所述变化在预定冻结区中时冻结对所述漂移的追踪。

2.根据权利要求1所述的便携式设备，其被布置成当所述变化在接受区内时使所述漂移增加从所述变化导出的值。

3.根据权利要求1所述的便携式设备，其被布置成当所述变化高于所确定的无效阈值并且逻辑接近度值未被断言时冻结对所述漂移的追踪。

4.根据权利要求1所述的便携式设备，其被布置成基于逻辑接近度值而修改辐射功率。

5.根据权利要求1所述的便携式设备，其中所述接近度传感器是电容式的。

6.一种检测器中的漂移补偿的方法，包括以下步骤：采集表示所感测的量的信号，追踪漂移和从所述信号减去漂移从而生成经漂移补偿的信号，以及当经漂移补偿的信号超过预定输出阈值时断言逻辑输出值，其特征在于，测量所确定的时间间隔中的信号的变化，当输出值被断言并且所述变化不在预定接受区中时有条件地冻结对所述漂移的追踪。