CN110088717B

CN110088717B - 经由切换元件的减少的电容性基线偏移

Info

Publication number: CN110088717B
Application number: CN201780081518.4A
Authority: CN
Inventors: E.S.博安农
Original assignee: Synaptic
Current assignee: Synaptic
Priority date: 2017-01-03
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2021-06-04
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: US20180188845A1; CN110088717A; JP7046077B2; US10133435B2; WO2018128770A1; JP2020510897A

Abstract

公开了一种方法和相关处理系统和输入设备，该方法包括将具有预定第一感测频率的第一电容性感测信号驱动到多个传感器电极的第一组上，并获取由多个传感器电极的第二组接收的所产生信号的第一电容性测量结果。获取第一电容性测量结果包括应用第一解调信号，该第一解调信号具有在与第一感测频率相关联的感测时段内定义的预定混合时段。该方法还包括基于第一解调信号操作与第一组或第二组的一个或多个传感器电极耦合的一个或多个切换元件，其中一个或多个切换元件在混合时段期间处于导通状态。

Description

经由切换元件的减少的电容性基线偏移

技术领域

本文中公开的实施例一般涉及电子设备，以及更具体地，涉及用于通过操作与传感器电极耦合的切换元件来减小不同感测频率之间的电容性基线偏移的技术。

背景技术

包括接近传感器设备（通常也称为触摸板或触摸传感器设备）的输入设备广泛用于多种电子系统中。接近传感器设备典型地包括经常由表面区分的感测区，在其中接近传感器设备确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器设备可用于为电子系统提供界面。例如，接近传感器设备通常用作较大计算系统的输入设备（诸如集成在笔记本或台式计算机中或作为其外围的不透明触摸板）。接近传感器设备也经常用于较小计算系统中（诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏）。

发明内容

本文中描述的一个实施例是一种方法，其包括将具有预定第一感测频率的第一电容性感测信号驱动到多个传感器电极的第一组上，并基于驱动的第一电容性感测信号获取由多个传感器的第二组接收的所产生信号的第一电容性测量结果，其中获取第一电容性测量结果包括应用第一解调信号，该第一解调信号具有在与第一感测频率相关联的感测时段内定义的预定混合时段。该方法还包括基于第一解调信号操作与第一组或第二组的一个或多个传感器电极耦合的一个或多个切换元件，其中一个或多个切换元件在混合时段期间处于导通状态。

本文中描述的另一个实施例是一种处理系统，其包括：感测模块，其包括感测电路，并且被配置成将具有预定第一感测频率的第一电容性感测信号驱动到多个传感器电极的第一组上，并基于驱动的第一电容性感测信号获取由多个传感器的第二组接收的所产生信号的第一电容性测量结果，其中获取第一电容性测量结果包括应用第一解调信号，该第一解调信号具有在与第一感测频率相关联的感测时段内定义的预定混合时段。感测模块还被配置成基于第一解调信号操作与第一组或第二组的一个或多个传感器电极耦合的一个或多个切换元件，其中一个或多个切换元件在混合时段期间处于导通状态。

本文中描述的另一个实施例是一种输入设备，其包括多个传感器电极、与多个传感器电极耦合的多个切换元件，以及处理系统。处理系统被配置成将具有预定第一感测频率的第一电容性感测信号驱动到多个传感器电极的第一组上，并基于驱动的第一电容性感测信号获取由多个传感器的第二组接收的所产生信号的第一电容性测量结果，其中获取第一电容性测量结果包括应用第一解调信号，该第一解调信号具有在与第一感测频率相关联的感测时段内定义的预定混合时段。处理系统还被配置成基于第一解调信号操作与第一组或第二组的一个或多个传感器电极耦合的一个或多个切换元件，其中一个或多个切换元件在混合时段期间处于导通状态。

附图说明

为了以其可以详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例对上面简要概述的本公开进行更详细的描述，所述实施例中的一些在附图中图示。然而，要注意的是，附图仅图示了示例性实施例，以及因此不应认为是限制其范围，其可允许其它同等有效的实施例。

图1是根据本文中描述的实施例的输入设备的示意性框图。

图2和图3图示了根据本文中描述的实施例的示例性传感器电极实施方式的部分。

图4图示了根据本文中描述的实施例的用于针对不同感测频率应用选择的混合时段的示例性处理系统。

图5是根据本文中描述的实施例的用于针对不同感测频率应用选择的混合时段的感测实施方式的示意图。

图6图示了根据本文中描述的实施例的用于针对不同感测频率应用选择的混合时段的方法。

图7是图示根据本文中描述的实施例的在不执行混合时段的调整的情况下的感测实施方式的示例性操作的图。

图8是图示根据本文中描述的实施例的具有对混合时段执行的调整的感测实施方式的示例性操作的图。

图9是根据本文中描述的实施例的用于在不同感测频率处操作一个或多个切换元件的感测实施方式的示意图。

图10图示了根据本文中描述的实施例的用于在不同感测频率处操作一个或多个切换元件的方法。

图11是图示根据本文中描述的实施例的使用一个或多个切换元件的感测实施方式的示例性操作的图。

图12是图示根据本文中描述的实施例的跨不同感测频率的电容的改变的图表。

为了促进理解，在可能的情况下，已经使用相同的参考标号来表示附图所共有的相同元件。可以设想的是，在一个实施例中公开的元件可以有利地用于其它实施例而无需特定记载。除非特别指出，否则这里提到的附图不应理解为按比例绘制。而且，为了呈现和解释的清楚性，通常简化附图并省略细节或部件。附图和讨论用于解释下面讨论的原理，其中相似的标记表示相似的元件。

具体实施方式

以下具体实施方式在本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开或本公开的应用和使用。此外，无意受前述背景技术、发明内容或以下具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。

本技术的各种实施例提供用于改进可用性的输入设备和方法。输入设备可以包括作为传感器电极操作以检测输入设备和输入对象（例如，触控笔或用户的手指）之间的相互作用的电极。

输入设备通常将电容性感测信号驱动到传感器电极上以获取电容性测量结果。对应于电容性感测信号的感测频率可以由输入设备（例如，基于检测到的干扰）适应性地改变。然而，在不同感测频率处获取的电容性测量结果需要一些补偿，因为不同的感测频率通常对应于电容性测量结果的不同电容性基线。

在一些实施例中，针对多个预定感测频率应用针对解调信号的相同混合时段。此外，输入设备操作一个或多个切换元件，以在预定混合时段期间选择性地将传感器电极耦合到感测路径中。因为切换元件在每个感测半周期期间导通达固定的时间量，所以在传感器电极上保存电荷，并且在感测半周期期间的平均输入电流对于不同的感测频率保持基本上相同。因此，对于在输入设备的操作期间的预定感测频率中的不同预定感测频率之间的任何转变，对应的平均电流值将具有可预测的关系，这简化了获取的电容性感测测量结果可能需要的任何校正或补偿。

示例性输入设备实施方式

图1是根据本技术的实施例的输入设备100的示意性框图。在各种实施例中，输入设备100包括与感测设备集成的显示设备。输入设备100可以被配置成向电子系统150提供输入。如在本文档中所使用的，术语“电子系统”（或“电子设备”）广泛地指代能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有大小和形状的个人计算机，诸如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器和个人数字助理（PDA）。附加示例电子系统包括复合输入设备，诸如包括输入设备100和分离的操纵杆或按键开关的物理键盘。另外的示例电子系统包括诸如数据输入设备（包括遥控器和鼠标）以及数据输出设备（包括显示屏和打印机）的外围设备。其它示例包括远程终端、信息亭和视频游戏机（例如，视频游戏控制台、便携式游戏设备等）。其它示例包括通信设备（包括蜂窝电话，诸如智能电话）和媒体设备（包括记录器、编辑器和播放器，诸如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机）。附加地，电子系统可以是输入设备的主机或从机。

输入设备100可以实现为电子系统的物理部分，或者可以与电子系统物理地分离。视情况而定，输入设备100可以使用以下中的任何一个或多个与电子系统的部分通信：总线、网络和其它有线或无线互连。示例包括l²C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF和IRDA。

在图1中，输入设备100被示出为接近传感器设备（通常也称为“触摸板”或“触摸传感器设备”），其被配置成感测由感测区170中的一个或多个输入对象140提供的输入。示例输入对象包括手指和触控笔，如图1中所示。

感测区170涵盖输入设备100上方、周围、之中和/或附近的任何空间，在其中输入设备100能够检测用户输入（例如，由一个或多个输入对象140提供的用户输入）。特定感测区的大小、形状和位置可以因实施例而广泛变化。在一些实施例中，感测区170从输入设备100的表面沿一个或多个方向延伸到空间中，直到信噪比阻止充分准确的对象检测。在各种实施例中，该感测区170在特定方向上延伸到的距离可以是大约小于一毫米、数毫米、数厘米或更多，并且可以随所使用的感测技术的类型和期望的准确度而显著变化。因此，一些实施例感测输入，其包括与输入设备100的任何表面不接触、与输入设备100的输入表面（例如，触摸表面）接触、以某个量的施加力或压力耦合的与输入设备100的输入表面接触，和/或其组合。在各种实施例中，输入表面可以由传感器电极位于其内的壳体的表面、由应用在传感器电极或任何壳体上方的面板等提供。在一些实施例中，感测区170在投影到输入设备100的输入表面上时具有矩形形状。

输入设备100可以利用传感器部件和感测技术的任何组合来检测感测区170中的用户输入。输入设备100包括用于检测用户输入的多个传感器电极120。输入设备100可包括一个或多个传感器电极120，其被组合以形成传感器电极。作为若干非限制性示例，输入设备100可以使用电容性技术、弹性技术、电阻性技术、电感性技术、磁声技术、超声技术和/或光学技术。

一些实施方式配置成提供跨一维、二维、三维或更高维空间的图像。一些实施方式配置成提供沿着特定轴或平面的输入的投影。

在输入设备100的一些电阻性实施方式中，柔性且导电的第一层由一个或多个隔离件元件与导电的第二层分离。在操作期间，跨层创建一个或多个电压梯度。按压柔性的第一层可以使其充分偏转，以在层之间创建电接触，从而产生反映层之间的（一个或多个）接触点的电压输出。这些电压输出可以用来确定位置信息。

在输入设备100的一些电感性实施方式中，一个或多个传感器电极120采集由谐振线圈或线圈对感生的回路电流。电流的幅度、相位和频率的某组合然后可以用来确定位置信息。

在输入设备100的一些电容性实施方式中，应用电压或电流以创建电场。附近的输入对象引起电场的改变，并且产生电容性耦合的可检测改变，其可以作为电压、电流等的改变被检测。

一些电容性实施方式利用电容性传感器电极120的阵列或者其它规则或者不规则图案来创建电场。在一些电容性实施方式中，分离的传感器电极120可以欧姆地短接在一起，以形成较大的传感器电极。一些电容性实施方式利用电阻片，其可以是均匀电阻性的。

如上讨论的，一些电容性实施方式利用基于传感器电极120与输入对象之间的电容性耦合的改变的“自电容”（或“绝对电容”）感测方法。在一个实施例中，处理系统110被配置成将具有已知振幅的电压驱动到传感器电极120上并且测量将传感器电极充电到驱动电压所需的电荷量。在其它实施例中，处理系统110被配置成驱动已知电流并测量所产生电压。在各种实施例中，传感器电极120附近的输入对象更改传感器电极120附近的电场，因而改变测量的电容性耦合。在一个实施方式中，绝对电容感测方法通过使用调制的信号相对于参考电压（例如，系统接地）调制传感器电极120、以及通过检测传感器电极120与输入对象140之间的电容性耦合来进行操作。

附加地如上讨论的，一些电容性实施方式利用基于感测电极之间的电容性耦合的改变的“互电容”（或“跨电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象140更改感测电极之间的电场，因而改变测量的电容性耦合。在一个实施方式中，跨电容性感测方法通过以下步骤进行操作：检测一个或多个发射器感测电极（又称作“发射器电极”）与一个或多个接收器感测电极（又称作“接收器电极”）之间的电容性耦合，如以下进一步描述的。发射器感测电极可以相对于参考电压（例如，系统接地）被调制，以发射发射器信号。接收器感测电极可以相对于参考电压保持基本上恒定，以促进对所产生信号的接收。所产生信号可以包括对应于一个或多个发射器信号和/或对应于一个或多个环境干扰源（例如，其它电磁信号）的（一个或多个）效应。感测电极可以是专用的发射器电极或接收器电极，或者可以配置成既发射又接收。

在图1中，处理系统110示出为输入设备100的部分。处理系统110被配置成操作输入设备100的硬件，以检测感测区170中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路（IC）和/或其它电路部件中的部分或全部。例如，用于互电容传感器设备的处理系统可以包括：发射器电路，其配置成利用发射器传感器电极来发射信号；和/或接收器电路，其配置成利用接收器传感器电极来接收信号。在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码等。在一些实施例中，构成处理系统110的部件定位于一起，诸如在输入设备100的（一个或多个）传感器电极120附近。在其它实施例中，处理系统110的部件在物理上分离，其中一个或多个部件接近于输入设备100的（一个或多个）传感器电极120，而一个或多个部件在其它位置。例如，输入设备100可以是耦合到台式计算机的外围设备，并且处理系统110可以包括配置成运行于台式计算机的中央处理单元以及与中央处理单元分离的一个或多个IC（也许具有关联的固件）上的软件。作为另一个示例，输入设备100可以在物理上集成在电话中，并且处理系统110可以包括作为电话的主处理器的部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入设备100。在其它实施例中，处理系统110还执行其它功能，诸如操作显示屏幕、驱动触觉致动器等。

处理系统110可以实现为处理处理系统110的不同功能的模块的集合。每个模块可以包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或者其组合。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。示例模块包括：硬件操作模块，其用于操作诸如传感器电极和显示屏的硬件；数据处理模块，其用于处理诸如传感器信号和位置信息的数据；以及报告模块，其用于报告信息。另外的示例模块包括：传感器操作模块，其配置成操作传感器电极120以检测输入；识别模块，其配置成识别诸如模式改变手势的手势；以及模式改变模块，其用于改变操作模式。处理系统110也可以包括一个或多个控制器。

在一些实施例中，处理系统110通过引起一个或多个动作而直接地响应于感测区170中的用户输入（或者没有用户输入）。示例动作包括改变操作模式以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其它功能的GUI动作。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部分（例如向与处理系统110分离的电子系统的中央处理系统，如果这样的分离的中央处理系统存在的话）提供关于输入（或者没有输入）的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从处理系统110接收的信息，以作用于用户输入，诸如以促进全范围的动作，包括模式改变动作和GUI动作。

例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入设备100的（一个或多个）传感器电极120，以产生指示感测区170中的输入（或者没有输入）的电信号。处理系统110可以在产生提供给电子系统的信息中对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可以数字化从传感器电极120获得的模拟电信号。作为另一个示例，处理系统110可以执行滤波或者其它信号调节。作为又一个示例，处理系统110可以减去或者以其它方式计及基线，使得信息反映电信号与基线之间的差。作为又一些示例，处理系统110可以确定位置信息、将输入识别为命令、识别笔迹等。

如本文中所使用的“位置信息”宽泛地涵盖绝对位置、相对位置、速度、加速度和其它类型的空间信息。示例性“零维”位置信息包括近/远或接触/无接触信息。示例性“一维”位置信息包括沿轴的位置。示例性“二维”位置信息包括平面中的运动。示例性“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。另外的示例包括空间信息的其它表示。还可以确定和/或存储关于一种或多种类型的位置信息的历史数据，包括例如随时间跟踪位置、运动或者瞬时速度的历史数据。

在一些实施例中，输入设备100利用由处理系统110或者由某个其它处理系统操作的附加输入部件来实现。这些附加输入部件可以提供用于感测区170中的输入的冗余功能性或者某种其它功能性。图1示出感测区170附近的按钮130，其能够用来促进使用输入设备100来选择项目。其它类型的附加输入部件包括滑块、球、轮、开关等。相反地，在一些实施例中，输入设备100可以不利用其它输入部件来实现。

在一些实施例中，输入设备100包括触摸屏界面，并且感测区170重叠显示设备160的显示屏的有源区域中的至少部分。例如，输入设备100可以包括覆盖显示屏的基本上透明的传感器电极120，并且提供用于相关联的电子系统的触摸屏界面。显示屏可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型的动态显示器，并且可以包括任何类型的发光二极管（LED）、有机LED（OLED）、阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子体、电致发光（EL）或者其它显示技术。输入设备100和显示设备160可以共享物理元件。例如，一些实施例可以利用相同电学部件中的一些以供显示和感测。作为另一个示例，显示设备160可以由处理系统110部分地或完全地操作。

应当理解的是，虽然在全功能装置的上下文中描述本技术的许多实施例，但是本技术的机制能够以多种形式被分发为程序产品（例如，软件）。例如，本技术的机制可以被实现和分发为由电子处理器可读的信息承载介质（例如，由处理系统110可读的非暂时性计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质）上的软件程序。附加地，本技术的实施例等同适用，而与用于执行分发的介质的特定类型无关。非暂时性电子可读介质的示例包括各种盘、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可以基于闪速存储技术、光学存储技术、磁性存储技术、全息存储技术或者任何其它存储技术。

示例性传感器电极实施方式

图2和图3图示了根据本文中描述的实施例的示例性传感器电极实施方式的部分。具体地，根据若干实施例，实施方式200（图2）图示了传感器电极的图案的一部分，其被配置成在与图案相关联的感测区170中进行感测。为了说明和描述的清楚性，图2以简单矩形的图案示出了传感器电极，并未示出各种相关联的部件。该感测电极图案包括第一多个传感器电极205（例如，205-1、205-2、205-3、205-4），以及第二多个传感器电极215（例如，215-1、215-2、215-3、215-4）。传感器电极205、215各自是上面讨论的传感器电极120的示例。在一个实施例中，处理系统110将第一多个传感器电极205操作为多个发射器电极，并且将第二多个传感器电极215操作为多个接收器电极。在另一个实施例中，处理系统110将第一多个传感器电极205和第二多个传感器电极215操作为绝对电容性感测电极。

第一多个传感器电极205和第二多个传感器电极215典型地彼此欧姆地隔离。也就是说，一个或多个绝缘体将第一多个传感器电极205和第二多个传感器电极215分离并防止它们彼此电短接。在一些实施例中，第一多个传感器电极205和第二多个传感器电极215可以设置在公共层上。多个传感器电极205、215可以通过在它们之间设置在交叉区域处的绝缘材料来电分离；在这种构造中，第一多个传感器电极205和/或第二多个传感器电极215可以形成为具有连接相同电极的不同部分的跳线。在一些实施例中，第一多个传感器电极205和第二多个传感器电极215由一层或多层绝缘材料分离。在一些实施例中，第一多个传感器电极205和第二多个传感器电极215由一个或多个基板分离；例如，它们可以设置在相同基板的相对侧上，或者设置在层压在一起的不同基板上。

多个传感器电极205、215可以形成为任何期望的形状。此外，传感器电极205的大小和/或形状可以与传感器电极215的大小和/或形状不同。附加地，位于基板的相同侧上的传感器电极205、215可以具有不同的形状和/或大小。在一个实施例中，第一多个传感器电极205可以比第二多个传感器电极215更大（例如，具有更大的表面积），尽管这不是必需的。在其它实施例中，第一和第二多个传感器电极205、215可以具有类似的大小和/或形状。

在一个实施例中，第一多个传感器电极205基本上沿第一方向延伸，而第二多个传感器电极215基本上沿第二方向延伸。例如，以及如图2中所示，第一多个传感器电极205沿一个方向延伸，而第二多个传感器电极215沿基本上正交于传感器电极205的方向延伸。其它取向也是可能的（例如，平行或其它相对取向）。

在一些实施例中，第一和第二多个传感器电极205、215都位于多个（或显示堆叠）层的外部，这些层一起形成显示设备160。显示堆叠的一个示例可以包括层，诸如透镜层、一个或多个偏振器层、滤色器层、一个或多个显示电极层、显示材料层、薄膜晶体管（TFT）玻璃层和背光层。然而，显示堆叠的其它实施方式也是可能的。在其它实施例中，第一和第二多个传感器电极205、215中的一个或两个位于显示堆叠内，无论是被包括为显示相关层的部分还是分离的层。例如，特定显示电极层内的Vcom电极可以被配置成执行显示更新和电容性感测两者。

图3的实施方式300图示了根据若干实施例的被配置成在感测区170中感测的传感器电极的图案的一部分。为了说明和描述的清楚性，图3以简单矩形的图案示出了传感器电极120，并未示出其它相关联的部件。示例性图案包括传感器电极120_X,Y的阵列，其布置在X列和Y行中，其中X和Y是正整数，尽管X和Y中的一个可以是零。设想的是传感器电极120的图案可具有其它配置，诸如环形阵列、重复图案、非重复图案、单行或列，或其它适合的实施方式。此外，在各种实施例中，传感器电极120的数量可以因行和/或列而变化。在一个实施例中，传感器电极120的至少一行和/或列与其它传感器电极偏离，使得其在至少一个方向上比其它方向延伸得更远。传感器电极120耦合到处理系统110并用于确定感测区170中的输入对象的存在（或不存在）。

在第一操作模式中，传感器电极120（120_1,1、120_2,1、120_3,1、…、120_X,Y）的实施方式可用于经由绝对感测技术检测输入对象的存在。也就是说，处理系统110被配置成调制传感器电极120以获取调制的传感器电极120与输入对象之间的电容性耦合的改变的测量结果以确定输入对象的位置。处理系统110还被配置成基于利用被调制的传感器电极120接收的所产生信号的测量结果来确定绝对电容的改变。

在一些实施例中，实施方式300包括设置在至少两个传感器电极120之间的一个或多个栅网电极（未示出）。（一个或多个）栅网电极可以至少部分地将多个传感器电极120围绕为一组，并且还可以或者可替换地，完全或部分地围绕传感器电极120中的一个或多个。在一个实施例中，栅网电极是具有多个孔口的平面体，其中每个孔口围绕传感器电极120中的相应一个。在其它实施例中，（一个或多个）栅网电极包括多个区段，这些区段可以单独地或者以组或两个或更多区段来驱动。可以类似于传感器电极120来制造（一个或多个）栅网电极。（一个或多个）栅网电极连同传感器电极120可利用导电布线迹线耦合到处理系统110并用于输入对象检测。

传感器电极120典型地彼此欧姆地隔离，并且还与（一个或多个）栅网电极欧姆地隔离。也就是说，一个或多个绝缘体将传感器电极120和（一个或多个）栅网电极分离并防止它们彼此电短接。在一些实施例中，传感器电极120和（一个或多个）栅网电极由绝缘间隙分离，所述绝缘间隙可以填充有电绝缘材料，或者可以是空气间隙。在一些实施例中，传感器电极120和（一个或多个）栅网电极由一层或多层绝缘材料垂直分离。在一些其它实施例中，传感器电极120和（一个或多个）栅网电极由一个或多个基板分离；例如，它们可以设置在相同基板的相对侧上，或在不同的基板上。在其它实施例中，（一个或多个）栅网电极可以由在相同基板上或在不同基板上的多个层组成。在一个实施例中，第一栅网电极可以形成在第一基板（或基板的第一侧）上，以及第二栅网电极可以形成在第二基板（或基板的第二侧）上。例如，第一栅网电极包括设置在显示设备160（图1）的薄膜晶体管（TFT）层上的一个或多个公共电极，以及第二栅网电极设置在显示设备160的滤色器玻璃上。第一和第二栅网电极的尺寸在至少一个维度上可以相等或不同。

在第二操作模式中，当发射器信号被驱动到（一个或多个）栅网电极上时，传感器电极120（120_1,1、120_2,1、120_3,1、…、120_X,Y）可用于经由跨电容性感测技术检测输入对象的存在。也就是说，处理系统110被配置成利用发射器信号驱动（一个或多个）栅网电极并且利用每个传感器电极120接收所产生信号，其中所产生信号包括对应于发射器信号的效应，其由处理系统110或其它处理器利用以确定输入对象的位置。

在第三操作模式中，传感器电极120可以分成发射器和接收器电极的组，其用于经由跨电容性感测技术检测输入对象的存在。也就是说，处理系统110可以利用发射器信号驱动传感器电极120的第一组，并且利用传感器电极120的第二组接收所产生信号，其中所产生信号包括对应于发射器信号的效应。所产生信号由处理系统110或其它处理器利用以确定输入对象的位置。

输入设备100可以被配置成以上述任何一种模式操作。输入设备100还可以被配置成在上述任何两种或更多模式之间切换。

电容性耦合的局部电容性感测的区域可以被称为“电容性像素”、“触摸像素”、“触素（tixel）”等。在第一操作模式中，电容性像素可以形成在单独的传感器电极120和参考电压之间，在第二操作模式中，形成在传感器电极120和（一个或多个）栅网电极之间，并且在用作发射器和接收器电极的传感器电极120的组之间（例如，图2的实施方式200）。电容性耦合随着与传感器电极120相关联的感测区170中的输入对象的接近和运动而改变，以及因此可以用作输入设备100的感测区中的输入对象的存在的指示符。

在一些实施例中，“扫描”传感器电极120以确定这些电容性耦合。也就是说，在一个实施例中，驱动一个或多个传感器电极120以发射发射器信号。可以操作发射器使得一次一个发射器电极进行发射，或者使得多个发射器电极同时发射。在多个发射器电极同时发射的情况下，多个发射器电极可以发射相同的发射器信号，并且由此产生实际上较大的发射器电极。可替换地，多个发射器电极可以发射不同的发射器信号。例如，多个发射器电极可以根据一个或多个编码方案发射不同的发射器信号，这些编码方案使得能够独立地确定它们对接收器电极的所产生信号的组合效应。在一个实施例中，多个发射器电极可以同时发射相同的发射器信号，同时接收器电极接收效应并且根据扫描方案被测量。

配置为接收器传感器电极的传感器电极120可以单个地或多个地操作以获取所产生信号。所产生信号可用于确定电容性像素处的电容性耦合的测量结果。处理系统110可以被配置成以扫描方式和/或多路复用方式利用传感器电极120进行接收，以减少要进行的同时测量的数量，以及支承电气结构的大小。在一个实施例中，一个或多个传感器电极经由诸如多路复用器等的切换元件耦合到处理系统110的接收器。在这样的实施例中，切换元件可以在处理系统110的内部或在处理系统110的外部。在一个或多个实施例中，切换元件还可以被配置成将传感器电极120与发射器或其它信号和/或电压电位耦合。在一个实施例中，切换元件可以被配置成同时将多于一个接收器电极耦合到公共接收器。

在其它实施例中，“扫描”传感器电极120以确定这些电容性耦合包括调制一个或多个传感器电极并测量一个或多个传感器电极的绝对电容。在另一个实施例中，可以操作传感器电极，使得一次多于一个传感器电极被驱动和用以接收。在这样的实施例中，可以同时从一个或多个传感器电极120中的每个获得绝对电容性测量结果。在一个实施例中，每个传感器电极120被同时驱动和用以接收，从而同时从每个传感器电极120获得绝对电容性测量结果。在各种实施例中，处理系统110可以被配置成选择性地调制传感器电极120的部分。例如，可以基于但不限于在主处理器上运行的应用、输入设备的状态以及感测设备的操作模式来选择传感器电极。在各种实施例中，处理系统110可以被配置成选择性地屏蔽传感器电极120的至少一部分并且选择性地将（一个或多个）栅网电极122屏蔽或用以发射，同时选择性地利用其它传感器电极120接收和/或发射。

来自电容性像素的测量结果的集合形成代表像素处的电容性耦合的“电容性图像”（也称为“电容性帧”）。可以在多个时间段上获取多个电容性图像，并且它们之间的差被用于导出关于感测区中的输入的信息。例如，在连续时间段上获取的连续电容性图像可用于跟踪进入、离开感测区和在感测区内的一个或多个输入对象的（一个或多个）运动。

在任何上述实施例中，多个传感器电极120可以联接在一起，使得传感器电极120被同时调制或同时用以接收。与上述方法相比，将多个传感器电极联接在一起可产生粗略的电容性图像，其可能不可用于辨别精确的位置信息。然而，粗略的电容性图像可用于感测输入对象的存在。在一个实施例中，粗略的电容性图像可用于将处理系统110或输入设备100移出“打盹”模式或低功率模式。在一个实施例中，粗略的电容性图像可用于将电容性感测IC移出“打盹”模式或低功率模式。在另一个实施例中，粗略的电容性图像可用于将主机IC和显示驱动器中的至少一个移出“打盹”模式或低功率模式。粗略的电容性图像可以对应于整个传感器区域或仅对应于传感器区域的一部分。

输入设备100的本底电容是与没有输入对象在感测区170中相关联的电容性图像。本底电容随环境和操作条件而改变，并且可以以各种方式估计。例如，当确定没有输入对象在感测区170中时，一些实施例采用“基线图像”，并且使用那些基线图像作为其本底电容的估计。由于两个传感器电极之间的杂散电容性耦合（其中一个传感器电极利用调制的信号驱动而另一个相对于系统接地保持静止），或者由于接收器电极和附近的调制的电极之间的杂散电容性耦合，可能存在本底电容或基线电容。在许多实施例中，本底电容或基线电容可以在用户输入手势的时间段内相对静止。

可以针对输入设备100的本底电容调整电容性图像，以供较高效的处理。一些实施例通过电容性像素处的电容性耦合的“基线化”测量结果来实现这一点，以产生“基线化的电容性图像”。也就是说，一些实施例将形成电容图像的测量结果与和那些像素相关联的“基线图像”的适当“基线值”进行比较，并根据该基线图像确定改变。

在一些触摸屏实施例中，一个或多个传感器电极120包括用于更新显示屏的显示的一个或多个显示电极。显示电极可以包括有源矩阵显示器的一个或多个元件，诸如分段Vcom电极（（一个或多个）公共电极）的一个或多个区段、源极驱动线、栅极线、阳极子像素电极或阴极像素电极或任何其它适合的显示元件。这些显示电极可以设置在适当的显示屏基板上。例如，公共电极可以设置在一些显示屏（例如，面内切换（IPS）、边缘场切换（FFS）或面线切换（PLS）有机发光二极管（OLED））中的透明基板（玻璃基板、TFT玻璃或任何其它透明材料）上、在一些显示屏（例如，图案垂直对齐（PVA）或多域垂直对齐（MVA））的滤色器玻璃的底部上、在发射层（OLED）上方等。在这样的实施例中，显示电极也可以称为“组合电极”，因为它执行多种功能。在各种实施例中，每个传感器电极120包括一个或多个公共电极。在其它实施例中，至少两个传感器电极120可以共享至少一个公共电极。虽然以下描述可以描述传感器电极120和/或（一个或多个）栅网电极包括一个或多个公共电极，但是如上所述的各种其它显示电极也可以与公共电极结合使用或者作为公共电极的替换方案。在各种实施例中，传感器电极120和（一个或多个）栅网电极包括整个公共电极层（Vcom电极）。

在各种触摸屏实施例中，“电容性帧速率”（获取连续电容性图像的速率）可以与“显示帧速率”（更新显示图像的速率，包括刷新屏幕以重新显示相同的图像）的速率相同或不同。在各种实施例中，电容性帧速率是显示帧速率的整数倍。在其它实施例中，电容性帧速率是显示帧速率的分数倍。在其它实施例中，电容性帧速率可以是显示帧速率的任何分数或整数倍。在一个或多个实施例中，显示帧速率可以改变（例如，以降低功率或以提供诸如3D显示信息的附加图像数据），同时触摸帧速率维持恒定。在其它实施例中，显示帧速率可以保持恒定，同时触摸帧速率被增加或减小。

继续参考图3，耦合到传感器电极120的处理系统110包括感测模块310以及可选地包括显示驱动器模块320。感测模块310包括被配置成在期望输入感测的时段期间驱动传感器电极120中的至少一个以用于电容性感测的电路。在一个实施例中，感测模块310被配置成将调制的信号驱动到至少一个传感器电极120上，以检测至少一个传感器电极和输入对象之间的绝对电容的改变。在另一个实施例中，感测模块310被配置成将发射器信号驱动到至少一个传感器电极120上，以检测至少一个传感器电极和另一个传感器电极120之间的跨电容的改变。调制的和发射器信号通常是变化的电压信号，其包括在分配用于输入感测的时间段上的多个电压转变。在各种实施例中，传感器电极120和/或（一个或多个）栅网电极可以以不同的操作模式被不同地驱动。在一个实施例中，传感器电极120和/或（一个或多个）栅网电极可以利用信号（调制的信号、发射器信号和/或屏蔽信号）驱动，所述信号可以在相位、幅度和/或形状中的任何一个方面不同。在各种实施例中，调制的信号和发射器信号在至少一个形状、频率、幅度和/或相位方面类似。在其它实施例中，调制的信号和发射器信号在频率、形状、相位、幅度和相位方面不同。感测模块310可以选择性地耦合传感器电极120和/或（一个或多个）栅网电极中的一个或多个。例如，感测模块310可以被耦合传感器电极120的选择的部分，并且以绝对或跨电容性感测模式操作。在另一个示例中，感测模块310可以是传感器电极120的不同部分，并且以绝对或跨电容性感测模式操作。在又一个示例中，感测模块310可以耦合到所有传感器电极120并且以绝对或跨电容性感测模式操作。

感测模块310被配置成将（一个或多个）栅网电极操作为屏蔽电极，其可以屏蔽传感器电极120免受附近导体的电效应。在一个实施例中，处理系统被配置成将（一个或多个）栅网电极操作为屏蔽电极，其可以“屏蔽”传感器电极120免受附近导体的电效应，并且保护传感器电极120免受（一个或多个）栅网电极的影响，从而至少部分地减小（一个或多个）栅网电极和传感器电极120之间的寄生电容。在一个实施例中，屏蔽信号被驱动到（一个或多个）栅网电极上。屏蔽信号可以是接地信号，诸如系统接地或其它接地，或任何其它恒定电压（即，非调制的）信号。在另一个实施例中，将（一个或多个）栅网电极操作为屏蔽电极可以包括使栅网电极电浮置。在一个实施例中，（一个或多个）栅网电极能够操作为有效屏蔽电极，同时由于其与其它传感器电极的大耦合而被电极浮置。在其它实施例中，屏蔽信号可以被称为“保护信号”，其中保护信号是变化的电压信号，其具有与被驱动到传感器电极上的调制的信号类似的相位、频率和幅度中的至少一个。在一个或多个实施例中，由于在（一个或多个）栅网电极和/或传感器电极120下方的布线，布线迹线可以被屏蔽以免响应于输入对象，以及因此可以不是有源传感器电极的部分，示出为传感器电极120。

在一个或多个实施例中，电容性感测（或输入感测）和显示更新可以在至少部分地重叠的时段期间发生。例如，当驱动公共电极用于显示更新时，也可以驱动公共电极用于电容性感测。在另一个实施例中，电容性感测和显示更新可以在非重叠时段（也称为非显示更新时段）期间发生。在各种实施例中，非显示更新时段可以在显示帧的两条显示线的显示线更新时段之间发生，并且可以至少在时间上与显示更新时段一样长。在这样的实施例中，非显示更新时段可以被称为“长水平消隐时段”、“长h-消隐时段”或“分布式消隐时段”，其中消隐时段发生在两个显示更新时段之间并且至少与显示更新时段一样长。在一个实施例中，非显示更新时段发生在帧的显示线更新时段之间并且足够长以允许发射器信号的多个转换被驱动到传感器电极120上。在其它实施例中，非显示更新时段可以包括水平消隐时段和垂直消隐时段。处理系统110可以被配置成在不同的非显示更新时间中的任何一个或多个或任何组合期间驱动传感器电极120以供电容性感测。可以在感测模块310和显示驱动器模块320之间共享同步信号，以提供具有可重复相干频率和相位的重叠显示更新和电容性感测时段的准确控制。在一个实施例中，这些同步信号可以被配置成允许输入感测时段的开始和结束处的相对稳定的电压与具有相对稳定的电压的显示更新时段一致（例如，接近输入积分器复位时间的结束并且接近显示充电分享时间的结束）。调制的或发射器信号的调制频率可以处于显示线更新速率的谐波，其中确定相位以提供从显示元件到接收器电极的几乎恒定的电荷耦合，从而允许该耦合成为基线图像的部分。

感测模块310包括配置成利用传感器电极120和/或（一个或多个）栅网电极接收所产生信号的电路，所述所产生信号包括在期望输入感测的时段期间对应于调制的信号或发射器信号的效应。感测模块310可以确定输入对象在感测区170中的位置，或者可以将包括指示所产生信号的信息的信号提供给另一个模块或处理器（例如，确定模块330或相关联的电子设备150的处理器（即，主处理器）），以用于确定输入对象在感测区170中的位置。

显示驱动器模块320可以包括在处理系统110中或与处理系统110分离。显示驱动器模块320包括配置成在非感测（例如，显示更新）时段期间向显示设备160的显示器提供显示图像更新信息的电路。

在一个实施例中，处理系统110包括第一集成控制器，其包括显示驱动器模块320和感测模块310的至少一部分（即，发射器模块和/或接收器模块）。在另一个实施例中，处理系统110包括：第一集成控制器，其包括显示驱动器模块320；以及第二集成控制器，其包括感测模块310。在又一个实施例中，处理系统包括第一集成控制器，其包括显示驱动器模块320和感测模块310的第一部分（例如，发射器模块和接收器模块中的一个）；和第二集成控制器，其包括感测模块310的第二部分（例如，发射器和接收器模块中的另一个）。在包括多个集成电路的那些实施例中，同步机制可以耦合在它们之间、被配置成同步显示更新时段、感测时段、发射器信号、显示更新信号等。

示例性感测实施方式

图4图示了根据本文中描述的实施例的用于针对不同感测频率应用选择的混合时段的示例性处理系统。更具体地，实施方式400提供了上面讨论的处理系统110的一种可能的实施方式。此外，实施方式400能够结合本文中讨论的各种实施例使用，诸如以上关于图2和图3讨论的传感器电极的实施方式200、300。

在实施方式400中，感测模块310包括多个传感器电极组405。多个传感器电极组405中的每个组G1、G2、G3、G4、…、GN对应于与处理系统110耦合的多个传感器电极中的至少一个传感器电极。处理系统110操作以通过操作传感器电极的组G1、G2、G3、G4、…、GN中的选择的组来执行电容性感测，以发射电容性感测信号和/或接收所产生信号。例如，在跨电容性感测实施方式中，一个或多个传感器电极的第一组G1利用电容性感测信号驱动，并且一个或多个其它传感器电极的第二组G2接收所产生信号。在另一个示例中，在绝对电容性感测实施方式中，传感器电极的特定组G1利用电容性感测信号驱动，并且还用于接收所产生信号。

感测模块310还包括多个预定感测频率415。由处理系统110生成并后续地被驱动到选择的传感器电极上的电容性感测信号通常是时变信号，其具有对应于感测频率f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K中选择的一个的频率。此外，在处理系统110的操作期间，生成的电容性感测信号的频率可以在感测频率f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K中选择的一个之间转变，以避免干扰并且因此改进感测性能。在一些情况下，感测频率f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K之间的转变响应于由处理系统110执行的干扰测量结果而执行。

在一些实施例中，基于在多个传感器电极内识别的一个或多个最慢的传感器电极410来选择预定的感测频率f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K。一个或多个最慢的传感器电极410与相对最长的RC时间常数相关联，这使得一个或多个最慢的传感器电极410在利用各种信号（诸如生成的电容性感测信号）驱动时较慢地稳定下来。例如，在输入设备内，最慢的传感器电极410通常可以对应于在空间上距离处理系统110最远并且与最长和/或最迂回的导电迹线连接的那些传感器电极。在这样的实施例中，预定的感测频率f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K选择成使得生成具有最高感测频率的电容性感测信号即使对于最慢的传感器电极410也产生可接受的感测性能。

感测模块310还包括多个预定的混合时段420（或“混合窗口脉冲宽度”），其用于解调由传感器电极接收的所产生信号（即，根据选择的传感器电极组G1、G2、…、GN）。多个预定混合时段420中的每个混合时段T_MIX,1、T_MIX,2、T_MIX,3、…、T_MIX,K对应于特定感测频率f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K。

在一些实施例中，混合时段T_MIX,1、T_MIX,2、T_MIX,3、…、T_MIX,K被选择使得多个平均电流值430（即，平均电流值I_AVG,1、I_AVG,2、I_AVG,3、…、I_AVG,K）对应于多个获取的基线电容性测量结果425（即，在没有输入对象存在的情况下执行的基线电容性测量结果B（1）、B（2）、…、B（K）），其与不同感测频率f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K具有预定的关系。因此，对于在处理系统110的操作期间的预定感测频率f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K中的不同感测频率之间的转变，对应的平均电流值I_AVG,1、I_AVG,2、I_AVG,3、…、I_AVG,K将具有可预测的关系，这简化了对电容性感测测量结果的可能需要的任何校正或补偿（例如，缩放或偏移）。以此方式，处理系统110避免了针对每个单独的传感器电极或电容性像素校准和存储补偿值的需要，这降低了存储要求和相关联的成本和大小。

在一个实施例中，各种混合时段T_MIX,1、T_MIX,2、T_MIX,3、…、T_MIX,K被选择使得对应的平均电流值I_AVG,1、I_AVG,2、I_AVG,3、…、I_AVG,K基本上相同。在这种情况下，当在不同的感测频率f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K之间转变时，处理系统110不需要执行对电容性感测测量结果的任何校正或补偿。在另一个实施例中，多个平均电流值430与感测频率f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K的改变具有基本上线性的关系，其仅需要由处理系统110的相对简单的校正或补偿。

在一些实施例中，实施方式400包括一个或多个切换元件435，其与对应于传感器电极组G1、G2、G3、G4、…、GN的一个或多个传感器电极耦合。处理系统110通常操作切换元件435，使得多个平均电流值430（即，平均电流值I_AVG,1、I_AVG,2、I_AVG,3、…、I_AVG,K）具有与不同的感测频率f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K的预定关系。在一些实施例中，切换元件435在从混合时段T_MIX,1、T_MIX,2、T_MIX,3、…、T_MIX,K中选择的混合时段期间处于导通（或“接通”）状态，并且在非混合时段期间处于非导通（或“关断”）状态。以此方式，切换元件435在混合时段期间在感测实施方式内将相关联的传感器电极耦合，并且在非混合时段期间将传感器电极去耦合。下面参考图9、图10和图11更详细地讨论切换元件435的操作和定时。一个或多个切换元件435的一些非限制性示例包括晶体管和多路复用器。此外，尽管描绘为在处理系统110的外部，但是切换元件435可以可替换地包括在处理系统110内。

图5是根据本文中描述的实施例的用于针对不同感测频率应用选择的混合时段的感测实施方式500（或“实施方式”）的示意图。实施方式500能够结合本文中讨论的各种实施例使用，所述实施例诸如以上关于图2和图3讨论的传感器电极的实施方式200、300以及图4中描绘的处理系统。

实施方式500包括电压源505，其生成具有电压波形V_TX的电容性感测信号。电压波形V_TX可以具有任何适合的形状，并且电压波形V_TX的频率基于选择哪个预定的感测频率（例如，图4的f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K）来控制。电压源505将电容性感测信号驱动到传感器电极510上，传感器电极510表示为具有发射器电阻R_TX和发射器电容C_TX的一阶模型。基于传感器电极510和传感器电极515之间的跨电容C_T，传感器电极515接收提供给接收器电路520的所产生信号。传感器电极515也表示为具有接收器电阻R_RX和接收器电容C_RX的一阶模型。然而，本文中讨论的原理也适用于多个传感器电极的较复杂（例如，分布式）的建模。此外，尽管在具有两个分离的传感器电极510、515的跨电容性实施方式方面进行描述，但是本文中讨论的原理也适用于绝对电容性实施方式，其中相同的（一个或多个）传感器电极用于发射和接收电容性感测信号。

如所示，接收器电路520包括放大器525（或“运算放大器”）、电流传送器（或“电流镜”）530和解调器（或“混频器”）535。输入电流I_IN表示由传感器电极515接收并且由电流传送器530（以任何适合的增益值A）镜像而作为输出电流I_OUT的所产生信号。基于接收的解调信号，解调器535将具有较高（RF）频率的输出电流I_OUT下变频到解调电流I_MIX，其可以由后续电路滤波以具有近似直流（DC）电平（即，基本上不具有频率分量）。如所示，电压源540生成具有电压波形V_MIX的解调信号，该电压波形V_MIX基于选择的预定混合时段（例如，图4的T_MIX,1、T_MIX,2、T_MIX,3、…、T_MIX,K）。

解调器535通常是具有任何适合实施方式的连续时间解调器，诸如方波混频器、谐波抑制混频器或正弦混频器。通常，连续时间解调器535的使用允许接收器电路520的相对简单的硬件实施方式，同时避免校准和存储针对每个单独传感器电极或电容性像素的补偿值的需要。在一些实施例中，解调器535接收具有正电平、负电平和零电平的三电平解调信号。

图6图示了根据本文中描述的实施例的用于针对不同感测频率应用选择的混合时段的方法600。方法600能够结合本文中讨论的各种实施例使用，诸如图4中描绘的处理系统，或任何其它适合的处理系统。

方法600开始于框605，其中处理系统将具有预定第一感测频率的第一电容性感测信号驱动到多个传感器电极的第一组上。在框615处，处理系统基于驱动的第一电容性感测信号获取由多个传感器电极的第二组接收的所产生信号的第一电容性测量结果。第一组和第二组中的每个包括一个或多个传感器电极。在一些绝对电容性感测实施方式中，第一组和第二组是相同的。在一些跨电容性感测实施方式中，第一组和第二组是不同的。在框615期间，处理系统还应用第一解调信号，该第一解调信号具有与第一感测频率相关联的感测时段内定义的预定的第一混合时段。

在框625处，处理系统将具有不同于第一感测频率的第二感测频率的第二电容性感测信号驱动到多个传感器电极的第三组上。第三组可以与第一组相同，但这不是必需的。在一些情况下，响应于在第一感测频率处检测到的干扰，执行第一感测频率和第二感测频率之间的转变。在框635处，处理系统基于驱动的第二电容性感测信号获取由多个传感器电极的第四组接收的所产生信号的第二电容性测量结果。第四组可以与第二组相同，但这不是必需的。在框635期间，处理系统还应用第二解调信号，该第二解调信号具有不同于第一混合时段的预定的第二混合时段。在一些实施例中，选择第一和第二混合时段，使得第一感测频率处的第一基线电容性测量结果的第一平均电流值与第二感测频率处的第二基线电容性测量结果的第二平均电流值具有线性关系。方法600在框635完成之后结束。

图7是图示根据本文中描述的实施例的在不执行混合时段的调整的情况下的感测实施方式的示例性操作的图700。通常，图700表示图5中描绘的感测实施方式500或任何其它适合的处理系统的操作。

图700包括在以毫秒（us）为单位的时间内的以伏特（V）为单位的电压波形V_TX的曲线705。如所示，电压波形V_TX是方波，其具有300千赫兹（kHz）的感测频率并且在3V和0V电平之间交替。图700还包括图表710，其包括解调电流I_MIX（即，来自解调器的输出电流）的曲线720，以及输入电流I_IN（即，来自接收的所产生信号的输入电流）的曲线725。图700还包括电压波形V_MIX的曲线715，其如所示是以300kHz的感测频率操作并且在两个电平（即，1V和-1V电平）之间交替的方波。

每个预定的感测时段形成多个感测周期740-1、740-2等。每个感测周期740-1、740-2包括正感测半周期730和负感测半周期735。每个感测周期740-1、740-2具有近似3.33us的持续时间，其对应于300kHz的感测频率。如所示，在正感测半周期730期间，解调器应用解调信号的正电平（即，1V），并且在负感测半周期735期间，解调器应用解调信号的负电平（即，-1V），使得输入电流I_IN和电压波形V_MIX的乘法乘积在单个感测时段或整数个感测时段内产生具有非零平均值的信号。在曲线715内，混合时段T_MIX等于每个感测半周期730、735的长度（这里，近似1.67us）。

图8是图示根据本文中描述的实施例的具有对混合时段执行的调整的感测实施方式的示例性操作的图800。

图800包括电压波形V_TX的曲线705，其是具有300千赫兹（kHz）的感测频率并且在3V和0V电平之间交替的方波。每个感测周期740-1、740-2具有近似3.33us的持续时间，其对应于300kHz的感测频率。图800还包括图表805，其包括解调电流I_MIX的曲线815和输入电流I_IN的曲线820。图800还包括电压波形V_MIX的曲线810，其如所示是具有正电平（即，1V电平）、负电平（即，-1V）和零电平的三电平解调信号。

感测周期740-1包括：正感测半周期730，在其期间解调器应用解调信号的正电平；负感测半周期735，在其期间解调器应用解调信号的负电平；以及预定时段825-1、825-2（或非混合时段），在其期间应用零电平。预定时段825-1发生在正感测半周期730和负感测半周期735之间，并且预定时段825-2发生在负感测半周期735和后续感测周期740-2的正感测半周期之间。如所示，混合时段T_MIX表示在其期间在给定的感测频率处解调信号处于正电平和负电平中的每个的时间量。在曲线810内，混合时段T_MIX近似为1.06us，并且每个预定时段825-1、825-2近似为0.60us。

在一些实施例中，控制混合时段T_MIX（或感测半周期730、735）和预定时段825-1、825-2的持续时间，使得对于在不同的预定感测频率处获取的基线电容性测量结果，在每个感测半周期730、735期间获取的平均电流值具有预定的关系。在一个非限制性示例中，对于不同的感测频率，平均电流值可以是相同的。在另一个非限制性示例中，平均电流值可以具有基于感测频率之间的差的线性关系。

还参考图5中描绘的感测实施方式500，并假设

并且

，感测半周期期间的平均电流值可以表示为：

。（1）

对于（诸如图7中所描绘的）的其中

的情况，感测半周期期间的平均电流值可以表示为：

其在项

接近零时简化为

（线性结果）。因此，输出电流I_OUT与感测频率f_SENS的改变应当线性地成比例。测量的电容可以因此确定为

。当从第一感测频率f_SENS，1转变到第二感测频率f_SENS,2时，

的比率等于

的比率。换言之，I_MIX,1可以由

线性地缩放以获得I_MIX,2。

作为基线参考，如果T_MIX随感测频率f_SENS的改变维持恒定，则平均电流值针对每个T_MIX窗口理想地保持恒定。因此，对于其中将常数T_MIX应用于等式（1）的情况的性能改进，在等式（2）中所示的

情况下可以表示为：

,（3）

其中

，其中理想地

。因此，在等式（2）中所示的情况下，应用等式（1）中的常数T_MIX提供至少2倍的改进。然而，这也指示了

对于感应频率f_SENS的改变将不会保持恒定，因为传感器电极可能没有完全稳定下来，从而使得传感器电极的初始条件随着不同的感测频率f_SENS而改变。

在一些实施例中，针对不同感测频率f_SENS应用不同的T_MIX值。为了强制

，必须满足以下关系：

其中

。（5）

因此，I_MIX,1和I_MIX,2之间期望的线性关系可以通过针对不同的感测频率f_SENS应用不同的T_MIX值来实现。虽然上面提供的分析是根据单极模型（即，假设

并且

），但是其中不同的T_MIX值被应用于不同的感测频率f_SENS的示例性分布式RC模型的性能在图12中进一步图示。此外，在一些实施例中，期望的增益值A可以经由电流传送器应用于输入电流I_IN（在曲线图820中图示）。

图9是根据本文中描述的实施例的用于以不同感测频率操作一个或多个切换元件的感测实施方式900（或“实施方式”）的示意图。实施方式900能够结合本文中讨论的各种实施例使用，所述实施例诸如以上关于图2和图3讨论的传感器电极的实施方式200、300以及图4中描绘的处理系统。

实施方式900包括电压源505，其生成具有电压波形V_TX的电容性感测信号。电压波形V_TX可以具有任何适合的形状，并且基于选择哪个预定感测频率（例如，图4的f_SENS,1、f_SENS,2、f_SENS,3、…、f_SENS,K）来控制电压波形V_TX的频率。电压源505将电容性感测信号驱动到传感器电极510上，所述传感器电极510表示为具有发射器电阻R_TX和发射器电容C_TX的一阶模型。基于传感器电极510和传感器电极515之间的跨电容C_T，传感器电极515接收所产生信号，该信号被提供给接收器电路905。传感器电极515也表示为具有接收器电阻R_RX和接收器电容C_RX的一阶模型。然而，本文中讨论的原理也适用于多个传感器电极的较复杂（例如，分布式）的建模。此外，尽管根据具有两个分离的传感器电极510、515的跨电容性实施方式进行描述，但是本文中讨论的原理也适用于绝对电容性实施方式，其中相同的（一个或多个）传感器电极用于发射和接收电容性感测信号。

如所示，接收器电路905包括放大器525（或“运算放大器”）、电流传送器（或“电流镜”）530和解调器（或“混频器”）535。输入电流I_IN表示由传感器电极515接收并且由电流传送器530（以任何适合的增益值A）来镜像为输出电流I_OUT的所产生信号。基于接收的解调信号，解调器535将具有较高（RF）频率的输出电流I_OUT下变频为解调电流I_MIX，其可以由后续电路滤波以具有近似直流（DC）电平（即，基本上不具有频率分量）。如所示，电压源540生成具有电压波形V_MIX的解调信号，该电压波形V_MIX基于选择的混合时段（例如，图4的T_MIX,1、T_MIX,2、T_MIX,3、…、T_MIX,K）。

解调器535通常是具有任何适合实施方式的连续时间解调器，诸如方波混频器、谐波抑制混频器或正弦混频器。在一些实施例中，解调器535接收具有正电平、负电平和零电平的三电平解调信号。

在实施方式900中，第一切换元件S1被配置成选择性地耦合电压源505和传感器电极510，并且第二切换元件S2被配置成选择性地耦合传感器电极515和接收器电路905。第一切换元件S1由控制信号915-1控制，以及第二切换元件S2由控制信号915-2控制。在一些实施例中，计算块910输出电压波形V_MIX的幅度作为控制信号915-1、915-2。因此，在三电平解调信号的情况下，正电平和负电平中的每个对应于切换元件S1和S2的导通状态，并且零电平对应于切换元件S1和S2的非导通状态。以此方式，接收器电路905操作切换元件S1、S2以选择性地将相应的传感器电极510、515耦合到从电压源505开始并且在到接收器电路905的输入处结束的感测路径中。有利地，切换元件S1和S2可以在数字域内实现，而不需要相对较大的模拟硬件。

在一些实施例中，切换元件S1、S2仅在由选择的混合时段T_MIX限定的感测时段的混合时段期间将相应的传感器电极510、515耦合到感测路径中。在这样的实施例中，混合时段T_MIX的值对于不同感测频率f_SENS是恒定的。因为切换元件S1、S2在每个感测半周期期间闭合（导通）达固定的时间量（即，混合时段T_MIX），所以电荷保存在传感器电极上，并且输入电流I_IN的量跨不同的感测频率f_SENS基本上保持相同。假设

并且

，则感测半周期期间的平均电流值可表示为：

从而说明对于第一阶，I_MIX的平均电流值将与感测频率f_SENS无关。

虽然在实施方式900中描绘了两个切换元件S1、S2，但是替换实施方式可以包括感测路径内的单个切换元件。此外，虽然单个传感器电极510、515被示出为与相应的切换元件S1、S2耦合，但是替换实施方式可以具有与单个切换元件耦合的多个传感器电极（例如，预定组内的多个传感器电极）。

在一些实施例中，基于相关联的传感器电极510、515的时间常数来选择一个或多个切换元件的数量和位置。如本领域普通技术人员所知，与特定传感器电极相关联的时间常数取决于传感器电极电阻和传感器电极电容二者。例如，与传感器电极510相关联的时间常数取决于R_TX和C_TX的值。对于其中与传感器电极510相关联的时间常数比与传感器电极515相关联的时间常数占主导（即，显著更大）的情况，实施方式900操作切换元件S1，同时维持传感器电极515与到接收器电路905的输入之间的电连接。在一些实施方式中，切换元件S2从实施方式900中省略且由直接电连接代替。在其它实施方式中，控制信号915-1、915-2是独立的，并且控制信号915-2使得切换元件S2保持在导通状态中以形成电连接。

类似地，在其中与传感器电极515相关联的时间常数占主导的情况下，实施方式900可独立于切换元件S2操作切换元件S1以维持电压源505与传感器电极510之间的电连接，或者可以完全省略切换元件S1。在其中时间常数都不占主导（例如，时间常数在相同的数量级上）的情况下，切换元件S1、S2都包括在实施方式900中，并且可以使用用于控制信号915-1、915-2的相同控制信号来操作。

图10图示了根据本文中描述的实施例的用于以不同感测频率操作一个或多个切换元件的方法1000。方法1000能够结合本文中讨论的各种实施例使用，诸如图4中描绘的处理系统和图9的感测实施方式900，或任何其它适合的处理系统。

方法1000开始于框1005，其中处理系统将具有预定的第一感测频率的第一电容性感测信号驱动到多个传感器电极的第一组上。在框1015处，处理系统基于驱动的第一电容性感测信号获取由多个传感器的第二组接收的所产生信号的第一电容性测量结果。处理系统应用第一解调信号，该第一解调信号具有在与第一感测频率相关联的感测时段内定义的预定混合时段。在一些实施例中，基于一个或多个识别的最慢传感器电极来选择预定的第一感测频率。在一些情况下，预定的第一感测频率是多个预定感测频率中的一个，并且选择预定混合时段以适合于在预定感测频率的最大（即，最高频率）的感测半周期内。

在框1025处，处理系统基于第一解调信号操作与第一组或第二组的一个或多个传感器电极耦合的一个或多个切换元件，其中一个或多个切换元件在混合时段期间处于导通状态。以此方式，处理系统操作一个或多个切换元件以选择性地将相应的传感器电极耦合到感测路径中。

在可选框1035处，处理系统将具有不同于第一感测频率的第二感测频率的第二电容性感测信号驱动到多个传感器电极的第三组上。第三组可能与第一组相同，但这不是必需的。在一些情况下，响应于在第一感测频率处检测到的干扰，执行第一感测频率和第二感测频率之间的转变。

在可选框1045处，处理系统基于驱动的第二电容性感测信号获取由多个传感器电极的第四组接收的所产生信号的第二电容性测量结果。第四组可能与第二组相同，但这不是必需的。处理系统应用具有混合时段的第二解调信号。因为一个或多个切换元件在每个感测半周期期间处于导通状态达固定时间量（即，预定混合时段），所以到处理系统的接收器电路的输入电流的平均电流值基本上保持为对于第一感测频率和第二感测频率相同。方法1000在框1045完成之后结束。

图11是图示根据本文中描述的实施例的使用一个或多个切换元件的感测实施方式的示例性操作的图1100。更具体地，图1100图示了图9的感测实施方式900或任何其它适合的感测实施方式的示例性操作。

图1100包括曲线1105，其描绘了对应于200kHz的感测频率的三电平解调信号（V_MIX）。曲线1110描绘了以200kHz感测频率驱动一个或多个传感器电极而产生的输入电流I_IN。在感测周期1120-1内，在正感测半周期1112-1期间应用解调信号的正电平（即，1V），并且在负感测半周期1116-1期间应用解调信号的负电平（即，-1V）。正感测半周期1112-1和负感测半周期1116-1中的每个对应于预定的混合时段T_MIX。感测周期1120-1还包括预定时段1114-1、1118-1（或“非混合时段”），在其期间应用解调信号的零电平。如所示，预定时段1114-1、1118-1具有基本上相等的长度，但这不是必需的。根据本文中讨论的实施例，与（一个或多个）传感器电极耦合的（一个或多个）切换元件在每个混合时段T_MIX期间处于导通状态，并且在每个非混合时段1114-1、1118-1期间处于非导通状态。

曲线1125描绘了对应于250kHz的感测频率的三电平解调信号V_MIX，并且曲线1130描绘了感测频率处的对应输入电流I_IN。类似地，曲线1135描绘了对应于300kHz的感测频率的三电平解调信号V_MIX，以及曲线1140描绘了对应的输入电流I_IN。在每个感测周期1120-2（250kHz）、1120-3（300kHz）内，正感测半周期1112-2、1112-3和负感测半周期1116-2、1116-3各自对应于预定的混合时段T_MIX，同时预定时段1114-2、1118-2、1114-3、1118-3在感测频率增加时缩短。因为（一个或多个）切换元件在每个感测半周期期间处于导通状态达固定的时间量（即，预定的混合时段T_MIX），所以输入电流I_IN的平均电流值跨不同的感测频率基本上保持相同。并且因为对于不同的感测频率，平均电流值被控制为基本上相同，所以在不同感测频率之间的转变时在电容性基线中发生的任何偏移被部分或完全减轻。

图12是图示根据本文中描述的实施例的跨不同感测频率的电容的改变的图表1200。更具体地，图表1200图示了针对多个传感器电极的分布式RC模型并且对应于6.4皮法拉（pF）的跨电容C_T的模拟结果。在图1200内，曲线1205表示在其中预定混合时段等于对应于特定感测频率的时段的一半的情况（类似于图7）。曲线1205图示了在所描绘的感测频率范围（160kHz至195kHz）上的基线电容的基本上线性的改变，在不同感测频率之间的转变时所述改变将由处理系统补偿。

曲线1210表示具有跨感测频率范围应用的恒定混合时段的实施方式。如所示，并且与以上等式（3）的讨论一致，当与曲线1205比较时，应用恒定混合时段提供基线电容偏移的至少2倍的改进（即，减小或减轻）。曲线1215表示具有在混合时段期间选择性地耦合传感器电极的切换元件的实施方式（诸如图9的实施方式900），其提供基线电容偏移的附加减小或减轻。曲线1220表示具有可变混合时段的实施方式，该可变混合时段取决于选择的感测频率（类似于图8）。曲线1220的最大值近似为5毫微微法拉（fF），从而提供基线电容偏移的附加减小或减轻。

因此，呈现本文中阐述的实施例和示例以便最好地解释根据本技术及其特定应用的实施例，以及由此使得本领域技术人员能够制作和使用本公开。然而，本领域技术人员将认识到的是，仅出于说明和示例的目的而已经呈现了前述描述和示例。如所阐述的描述并非旨在是穷尽的或要将本公开限制于所公开的精确形式。

鉴于前述内容，本公开的范围由随后的权利要求确定。

Claims

1.一种方法，包括：

将具有预定第一感测频率的第一电容性感测信号驱动到多个传感器电极的第一组上；

基于驱动的第一电容性感测信号获取由所述多个传感器电极的第二组接收的所产生信号的第一基线电容性测量结果，其中获取第一基线电容性测量结果包括应用第一解调信号，所述第一解调信号具有在与所述预定第一感测频率相关联的感测时段内定义的预定混合时段；以及

基于所述第一解调信号操作与所述第一组或所述第二组的一个或多个传感器电极耦合的一个或多个切换元件，其中所述一个或多个切换元件在所述预定混合时段期间处于导通状态。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

将具有不同于所述预定第一感测频率的第二感测频率的第二电容性感测信号驱动到所述多个传感器电极的第三组上；以及

基于驱动的第二电容性感测信号获取由所述多个传感器电极的第四组接收的所产生信号的第二基线电容性测量结果，其中获取第二基线电容性测量结果包括应用第二解调信号，所述第二解调信号具有所述预定混合时段，

其中所述第一基线电容性测量结果的第一平均电流值基本上等于所述第二基线电容性测量结果的第二平均电流值。

3.如权利要求2所述的方法，其中每个感测时段包括正感测半周期和负感测半周期，其中所述正感测半周期和所述负感测半周期各自具有对应于所述预定混合时段的长度。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一解调信号和所述第二解调信号是具有正电平、负电平和零电平的三电平解调信号，并且

其中应用所述第一解调信号和应用所述第二解调信号各自包括：

在所述正感测半周期期间应用所述正电平；

在所述负感测半周期期间应用所述负电平；以及

在所述正感测半周期和所述负感测半周期之间的所述感测时段内的预定时段期间应用所述零电平。

5.如权利要求1所述的方法，其中基于与所述第一组的传感器电极以及与所述第二组的传感器电极相关联的时间常数来选择所述一个或多个切换元件的数量和位置。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一组的第一电极具有基本上大于所述第二组的第二电极的第二时间常数的第一时间常数，并且

其中操作所述一个或多个切换元件包括操作与所述第一电极耦合的第一切换元件。

7.一种处理系统，包括：

感测模块，其包括感测电路并且被配置成：

8.如权利要求7所述的处理系统，还包括所述一个或多个切换元件。

9.如权利要求7所述的处理系统，其中所述感测模块还被配置成：

10.如权利要求9所述的处理系统，其中每个感测时段包括正感测半周期和负感测半周期，其中所述正感测半周期和所述负感测半周期各自具有对应于所述预定混合时段的长度。

11.如权利要求10所述的处理系统，其中所述第一解调信号和所述第二解调信号是具有正电平、负电平和零电平的三电平解调信号，并且

在所述正感测半周期期间应用所述正电平；

在所述负感测半周期期间应用所述负电平；以及

12.如权利要求7所述的处理系统，其中基于与所述第一组的传感器电极以及与所述第二组的传感器电极相关联的时间常数来选择所述一个或多个切换元件的数量和位置。

13.如权利要求12所述的处理系统，其中所述第一组的第一电极具有基本上大于所述第二组的第二电极的第二时间常数的第一时间常数，并且

14.一种输入设备，包括：

多个传感器电极，其与多个切换元件耦合；以及

处理系统，其被配置成：

将具有预定第一感测频率的第一电容性感测信号驱动到所述多个传感器电极的第一组上；

15.如权利要求14所述的输入设备，其中所述处理系统包括所述一个或多个切换元件。

16.如权利要求14所述的输入设备，其中所述处理系统还被配置成：

17.如权利要求16所述的输入设备，其中每个感测时段包括正感测半周期和负感测半周期，其中所述正感测半周期和所述负感测半周期各自具有对应于所述预定混合时段的长度。

18.如权利要求17所述的输入设备，其中所述第一解调信号和所述第二解调信号是具有正电平、负电平和零电平的三电平解调信号，并且

在所述正感测半周期期间应用所述正电平；

在所述负感测半周期期间应用所述负电平；以及

19.如权利要求14所述的输入设备，其中基于与所述第一组的传感器电极以及与所述第二组的传感器电极相关联的时间常数来选择所述一个或多个切换元件的数量和位置。

20.如权利要求19所述的输入设备，其中所述第一组的第一电极具有基本上大于所述第二组的第二电极的第二时间常数的第一时间常数，并且