CN108873080A - 单个传感器接近度检测器 - Google Patents

Abstract

用于使用在诸如电话、膝上型电脑或平板电脑之类的被连接便携式设备中的电容式接近度检测器，其中由传感器电极看到的电容与四个阈值比较：设定成低于其它阈值以生成一般接近度标志的接近度阈值，以及设定成高于其它阈值的被布置成生成指示接近的物体是人体的部位的身体检测标志的身体检测阈值。接近度阈值与身体阈值之间的区中的两个物体检测阈值限定其中检测器可以基于电容的时间变化而判定接近的物体是否是无生命物体的区。

Description

单个传感器接近度检测器

技术领域

本发明关注用于处理接近度传感器的输出的处理器，以及与处理器组合的智能接近度传感器，所述处理器被布置成输出区分与人体的接近度和与无生命物体的接近度的信号。本发明特别但不排他地涉及配备有这样的智能接近度传感器并且被布置成适配从无线电接口发射的RF以便维持给定限制内的比吸收率（Specific Absorption Rate, SAR）的被连接（connected）便携式设备。

背景技术

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法定SAR限制。电容式接近度检测器还使用在触敏显示器和面板中。

已知的电容式感测系统测量电极的电容（capacity），并且当设备被放置得接近于人体（例如手部、头部、或膝部）时检测电容中的增加。传感器的电容中的变化相对适度，并且通常达到当没有导电体接近时由传感器看到的“背景”电容的某个百分比。已知的电容检测系统可以包括用于减去漂移和噪声贡献的数字处理器，并且实时递送净用户电容的数字值和/或基于可编程阈值而指示接近度状态的数字二进制标志。

已知系统的限制在于，传感器的电容可能变化，这不仅是由于用户的逼近，而且是因为设备可能被放置成接近于高电容率物体，例如木材或玻璃桌。在这样的情形中，如果传感器足够接近于支撑表面，则电容中的增加可能引致系统错误地判定其接近于人体，并且限制RF输出功率。在该情况下，连接性被非必要地降级。

已知系统可能试图基于电容增加中的定量差异而区分人体部位和无生命物体。人体的电容率相当大地高于木材、玻璃、塑料和许多其它材料，并且预计当设备接近于身体时电容将增加得比当其接近于桌面时更多是合理的。然而，取决于尺寸、最小距离和导电部分的存在，无生命物体的电容可能在宽限制内变化，使得这些方法不提供可靠的区分。

已经提出了使用若干传感器以实现该合期望的区分的方法和系统，尤其是以本申请人的名义的US2016057578和US2014015595。尽管在一定程度上是有效的，但是电极的增多可能不足以在没有模糊的情况下判定人体是否接近，并且具有增加的复杂度。

因此，本发明的目的是提供一种克服以上限制的电容式接近度检测器中的针对无生命物体的区分方法。本发明还提出一种接近度检测器，其优选地集成在集成电路中，能够提供当人体而不是无生命物体接近时有效的二进制标志，以及具有考虑到人体的接近度而适配其发射功率的无线电无线接口的便携式被连接设备。

发明内容

根据本发明，这些目的借助于随附权利要求的对象来实现。

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1a和1b绘制来自便携式被连接设备的SAR水平。

图2示意性地图示了便携式被连接设备中的电容式接近度传感器。

图3是当传感器分别逼近人体、无生命物体时的电容增加的图线。

图4是描述可选的基线估计方法的流程图。

具体实施方式

图1a示出作为发射器天线与用户的身体之间的距离的函数的SAR之间的已知关系。曲线210可以表示与以全（full）RF功率发射的常规手机相关联的比吸收率。明显的是，对于小距离而言，吸收率超过法定吸收率限制（Max）。

曲线220表示与电话相关联的电话中的吸收率，所述电话的RF功率已经被有意降低。清楚的是，该比率遵守法定限制，但是由于功率较低，因此电话的连接性将被降级。

图1b图示了对以上困境的已知解决方案。被连接设备配备有测量到用户的距离d的接近度检测器。当距离下降至低于预定限制时，设备中的硬件或软件处理器生成逻辑信号，所述逻辑信号触发RF功率的暂时降低，如通过图线230所示。以此方式，设备在距离d足够大使得SAR低于最大可接受限制时不遭受连接性的降级，并且功率仅在被要求时降低。尽管图1b仅示出一个阈值，但是应当理解到设备可以与若干阈值有关地确定距离，并且以若干渐进式阶跃降低功率，以寻求在任何给定距离处与SAR限制兼容的最佳连接性。

图2示意性地示出诸如便携式电话、膝上型计算机或平板电脑之类的被连接便携式设备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。由于身体接近度而引起的变化被电极20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 R(n)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A(n)。这然后在差异单元40中被从U(n)样本减去并且提供经漂移校正的样本D(n)。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。

在本发明的可选变型中，基线估计器60包括被布置成通过以下来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：在所确定的时间间隔中测量接近度信号的变化，当逻辑PROX值被断言并且变化不在预定接受区中或者变化在预定冻结区中时冻结对所述漂移的追踪，如在图4中所表示的。

倘若电容式接近度传感器是用于SAR控制的被连接便携式设备的部分，传感器电极20将优选地被放置成接近于RF发射器的发射天线，以精确地确定距无线电源的距离。传感器电极20可以通过印刷电路板上或柔性电路板上的导体实现，并且可以在背部上和侧部处具有保护电极，以抑制设备的背部处或侧部上的身体和物体的检测。

在相同应用中，电容式电极20还可以充当RF天线或其部分。图2示出本发明的该特征。电极20通过解耦电容器Cd连接至无线电发射器和接收器单元90，并且具有电感器Ld，或另一RF阻挡元件，以阻挡射频信号。否则，无线电单元90可以连接至与感测电极20分离且独立的天线，所述天线在该情况下可以直接连接至模拟接口23而没有解耦电感器Ld。

本发明涉及一种处理接近度信号（例如）并且在不考虑无生命物体（比如例如桌子）的接近度的情况下依赖于人体部位的接近度而设定发射器90的RF功率的方法。

如在引言中提到的，当用户使电话接近于身体时，由电极20看到的电容将增加，因为人体的电容率相当大地大于自由空间的电容率。典型地，身体的电容率典型地为80或更大，从而产生已经在某个距离处的相当大的增加。

诸如桌子之类的无生命物体也将增加电极20的电容，但是由于比如木材和层压体那样的大多数建筑材料的电容率在2和4之间，因此效应将较低。但是，非常接近范围处的大桌子可能难以与较大但是仍旧小于阈值的距离处的手部区分开。

图3图示了当检测器逼近身体部位（峰值130）并且然后是无生命物体（峰值150）时作为时间的函数可以被检测到的电容。根据本发明的一方面，将电容信号与四个阈值比较：最低并且对应于当其未被超过时指示发射器可以以全RF功率操作的距任何身体部位的充足距离的值。最高阈值指示，当其被超越时，天线非常有可能接近于身体部位，并且必须降低功率。中间阈值和对可能通过身体部位或无生命物体产生的值的段划界，并且在该段中，基于信号的变化而做出决策。根据本发明的一方面，当电容被包括在与之间时，区分器单元检查随时间的电容的变化，并且确定电容信号是否稳定。可以例如通过验证所确定的时间窗口内的信号的最大值和最小值不比给定值更加分离或以任何其它合适的方式判断稳定性。

本发明的检测器可以生成常规地通过PROX、BODY和OBJECT指代的以下逻辑信号：

– PROX，当时设定。这对应于当图2的区分器单元50是常规区分器时生成的逻辑标志；

– BODY，当时设定；

– OBJECT，当并且C稳定时设定。

考虑到这些标志而确定RF发射器的功率，并且特别地，将标志TABLE用作已经升高电容的物体是无生命的并且不需要降低功率的指示器。在可能的实现方式中，如果触发水平以图3中所表示的量级中，RF功率水平可以通过以下表格给出，所述表格覆盖PROX、OBJECT和BODY的所有可能组合。

Claims (12)

1.一种用于包括RF发射器的被连接便携式设备的接近度检测器，接近度检测器被布置成检测人体部位与便携式设备的接近度并且生成指令以基于由传感器电极看到的电容而将RF发射器的功率设定到降低值，其中接近度检测器被布置成确定电容的时间变化，并且当由传感器电极看到的时间电容在下物体阈值与上物体阈值之间并且电容的变化超过所确定的最大变化水平时将RF发射器的功率设定到高于降低值的全值。

2.根据权利要求1所述的接近度检测器，其中将电容的时间变化确定为在预定时间窗口中与最大值和最小值的差异。

3.根据权利要求1所述的接近度检测器，其被布置成当由传感器电极看到的时间电容在下物体阈值与上物体阈值之间并且电容的变化超过所确定的最大变化水平时引起物体检测标志。

4.根据权利要求1所述的接近度检测器，其被布置成当电容高于所确定的身体检测阈值时引起将RF发射器的功率设定到降低值的身体接近度标志，所述所确定的身体检测阈值高于所述上物体阈值检测水平。

5.根据权利要求1所述的接近度检测器，其被布置成当电容高于所确定的接近度阈值时引起接近度标志，所述所确定的接近度阈值低于所述下物体阈值。

6.根据权利要求1所述的接近度检测器，其被布置成：当由传感器电极看到的时间电容在下物体阈值与上物体阈值之间并且电容的变化超过所确定的最大变化水平时引起物体检测标志；当电容高于所确定的身体检测阈值时引起身体接近度标志，所述身体接近度标志将RF发射器的功率设定到降低值，所述所确定的身体检测阈值高于所述上物体阈值检测水平；当电容高于所确定的接近度阈值时引起接近度标志，所述所确定的接近度阈值低于所述下物体阈值，并且当接近度标志被引起并且物体检测标志未被引起、或者身体检测标志被引起时将RF功率设定到降低水平。

7.根据权利要求1所述的接近度检测器，包括生成表示由传感器电极看到的电容的数字信号的模拟/数字转换器，以及被布置成基于所述数字信号而设定RF发射器的功率的数字处理器。

8.根据权利要求1所述的接近度检测器，包括基于由传感器电极看到的电容而生成电压的模拟预处理器。

9.根据权利要求1所述的接近度检测器，其中传感器电极是印刷电路板上的导体。

10.一种便携式被连接设备，其具有RF发射器和接近度检测器，接近度检测器被布置成检测人体部位与便携式设备的接近度并且生成指令以基于由传感器电极看到的电容而将RF发射器的功率设定到降低值，其中接近度检测器被布置成确定电容的时间变化，并且当由传感器电极看到的时间电容在下物体阈值与上物体阈值之间并且电容的变化超过所确定的最大变化水平时将RF发射器的功率设定到高于降低值的全值。

11.根据权利要求10所述的便携式被连接设备，是电话、膝上型电脑或平板电脑。

12.根据权利要求10所述的便携式被连接设备，其中传感器电极通过RF阻挡元件连接到接近度检测器，并且RF发射器还连接到传感器电极，其中传感器电极辐射无线电信号。