CN110383220B - 用于数字化仪的检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括在基于栅格的电容传感器的第一驱动线上传送(410)连续波频率已调制(CWFM)信号，以及与CWFM信号在第一驱动线上的传输同时地在基于栅格的电容传感器的第二驱动线上传送具有经施加的延迟的CWFM信号。使接收线上的输出与CWFM信号相关(415)，对输出的相关性执行(425)傅立叶变换，并且基于从傅立叶变换确定的频率和相位信息来标识(430)与基于栅格的电容传感器交互的对象的坐标。

Description

用于数字化仪的检测方法
发明背景
数字化仪传感器被用于许多人类接口设备(HID)(诸如膝上形计算机、轨迹板、MP3播放器、计算机监视器，和智能电话)中的触摸检测。触摸屏是与数字化仪传感器集成的平板显示器(FPD)。基于栅格的电容传感器是数字化仪传感器的一种类型。基于栅格的电容传感器通常利用互电容或自电容检测方法跟踪用诸如手指或导电对象之类的对象提供的自由式输入。基于栅格的电容传感器还可用于拾取由触控笔发射的信号，并由此跟踪触控笔的位置。被跟踪对象的坐标可以被报告给HID。一些有源触控笔发射包括信息的信号。与基于栅格的电容传感器相关联的电路可以将该信息解码并报告给HID。
发明概述
根据本公开的一些实施例的一方面，利用连续波频率已调制(CWFM)信号询问基于栅格的电容传感器以供互电容检测。在一些实现中，通过在多条传送或驱动线的每一者上连贯地传送CWFM信号来询问基于栅格的电容传感器。响应于询问，接收线被采样。在其他示例实现中，询问是通过在多条驱动线上同时发送带有经定义的延迟的CWFM信号，其中经定义的延迟被施加在CWFM信号的每一者上。基于同时传输，每条接收线的单个相关计算可以被应用以从多条驱动线的每一者提取信息。
根据本公开的一些实施例的一方面，触控笔被配置成发射一个或多个CWFM信号。任选地，CWFM信号中的至少一者可以被进一步调制以包括信息。CWFM信号可以通过基于栅格的电容传感器被拾取，并且触控笔的位置可以被跟踪。被包括在CWFM信号中的信息可以由与基于栅格的电容传感器相关联的电路来解调。
根据本公开的一些实施例的一方面，提供了一种用于减少计算的数目的方法，该计算被执行以标识由基于栅格的电容传感器的多条接收线的每一者拾取的输入。该方法基于使用CWFM信号来操作基于栅格的电容传感器。在一些示例实现中，来自基于栅格的电容传感器的接收线的输出与CWFM相乘，被变换到频域，并接着与经施加的延迟组合，以使得可以对经组合的信号执行一次频率和相位分析以标识源自多条线的每一者的信息。
除非另外定义，否则本文中所使用的所有技术和/或科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。虽然与本文中所描述的那些方法和材料类似或等同的方法和材料可被用于实践或测试各实施例，但是下文描述了示例性方法和/或材料。在冲突的情况下，包括定义的专利申请将优先。另外，各材料、方法和示例仅是说明性的，而并非旨在进行必要的限制。
附图的若干视图的简要描述
此处参考附图描述本公开的一些实施例，仅作为示例。现在专门详细地参考附图，需要强调的是，所示的细节是举例而言的并且只是出于对本公开的各实施例的说明性讨论的目的。就此而言，参考附图所进行的描述使得本领域技术人员显见该如何实践本公开的各实施例。
在附图中：
图1是包括用于跟踪触控笔和手指输入的触摸屏的示例计算设备的简化框图；
图2是在驱动线上传送的示例CWFM信号的曲线图；
图3是在多条驱动线上同时传送的示例CWFM信号的曲线图；
图4是用于手指触摸检测的示例方法的简化流程图；
图5是用于手指触摸检测的另一示例方法的简化流程图；
图6A是由触控笔同时传送的一对示例线性变化CWFM信号的简化曲线图；
图6B是由触控笔同时传送的一对示例线性变化CWFM信号的简化曲线图；
图7是用于触控笔检测的示例方法的简化流程图；以及
图8是用于触控笔检测的另一示例方法的简化流程图。
详细描述
根据一些示例实现，利用CWFM信号询问(或触发)计算设备的基于栅格的电容传感器。CWFM信号可有益于提高对单频调和多频调干扰信号的抗扰度。频调干扰的示例源是电源、电网、荧光灯和液晶显示器(LCD)。通过在频谱上扩展询问信号，干扰对触摸检测的影响可以被减轻。通常，计算设备周围的噪声环境可能由于计算设备的变化的接地状态或由于其他变化的条件而变化。由CWFM信号给予的频带可以提供动态选择可以从中检测到触摸效果的相对干净的频率。
根据一些示例实现，可以用相同的CWFM信号询问多条驱动线。可以对在驱动线的每一者上传送的CWFM信号施加不同的延迟，以使得可以在接收线上区分来自不同询问信号的输出。在一些示例实现中，CWFM信号可以是啁啾信号或者其他线性或非线性变化的CWFM信号。单个相关函数可以被应用以标识触摸效果。任选地，数字傅立叶变换(DFT)或快速傅立叶变换(FFT)计算被应用。使用线性CWFM信号可以简化DFT或FFT计算。
通常，触摸效果被标识为由于手指或其他电容性对象的存在而导致的询问信号的衰减。可以基于由DFT或FFT确定的频率的幅度来确定触摸效果的原点。与通过一组正交频率同时询问驱动线并利用专用相关计算检测正交频率的每一者中的输出的已知方法相比，本文中所公开的方法减少了计算次数。
根据一些示例实现，可以通过在执行相关计算和傅立叶变换之前组合来自多条接收线的输出以标识经组合的输出上的触摸效果的位置来进一步减少标识触摸位置所需的计算次数。可以在组合这些输出之前对来自接收线的每一者的输出施加不同的延迟。对输出施加的延迟可能大于为了同时传输询问信号而施加在驱动线上的延迟之和。
根据一些示例实现，触控笔被配置成发射CWFM信号。在一些示例实现中，触控笔可以通过在两个正交的CWFM信号之间交替来传送数据。例如，线性地增加的CWFM信号(啁啾信号)可被传送以用于发送比特“0”，而线性地减小的CWFM信号可被传送以用于发送比特“1”。在一些示例性实现中，两个或更多个信号可以在分开的非交叠的频带上被同时传送。任选地，这些信号中仅一者可以用数据来调制，而其他信号可被用作信标信号。
现在参考图1，图1示出了包括用于跟踪触控笔和手指输入的触摸屏的示例计算设备的简化框图。根据一些实现，计算设备100包括与数字化仪传感器50集成的显示屏45。数字化仪传感器50可以是基于栅格的电容传感器，其包括形成限定结点56的栅格的导线58。传感器50被操作来既检测由发射信号26的触控笔200所作的输入并且还检测由于与传感器50交互的一个或多个指尖46或其他导电对象引起的手指效应。数字化仪传感器50可由数字化仪电路25操作并且可以与主机22通信。
数字化仪电路系统25可以应用互电容检测或自电容检测以感测指尖46的触摸效果。通常，在互电容和自电容检测期间，数字化仪电路系统25生成询问信号(或触发信号)并将其发送到数字化仪传感器50的一条或多条导线58，并且响应于询问而对输出进行采样。在互电容检测期间，沿栅格的一个轴的一些或全部导线58被同时或以连续方式询问，并且响应于每个询问事件，来自另一轴上的导线的输出被采样。被询问的导线58被称为驱动线，而响应于询问而被采样的导线58被称为接收线。通常地，互电容检测提供检测同时触摸传感器50的多个指尖46的坐标(多点触摸)。
根据示例实现，数字化仪电路25利用CWFM信号询问传感器50。在一些示例实现中，在利用相同的CWFM信号的互电容检测方法中，数字化仪电路25通过在多条导线58的每一者上传送具有不同施加的延迟的CWFM信号来同时询问多条导线58。
根据一些示例实现，由触控笔200发射的信号26是CWFM信号或不止一个CWFM信号。任选地，由触控笔200发射的CWFM信号的一者或多者可以被进一步调制以包括数据。数字化仪电路25可以周期性地对来自导线58的输出进行采样，以检测由触控笔200在传感器50的一个或多个结点处发射的信号26。通常，数字化仪电路25被配置成基于检测到的信号来检测触控笔200的尖端20的坐标，并且还可以对检测到的信号进行解码以确定由触控笔200传送的数据。
数字化仪电路系统25可以使用模拟和数字处理两者来处理用数字化仪传感器50检测到的信号。任选地，数字化仪电路25的一些或所有功能性可以被集成到主机22中。通常，来自数字化仪电路系统25的输出被报告给主机22。通常，由数字化仪电路系统25提供的输出可包括一个或多个指尖46的坐标、触控笔200的书写尖端20的坐标以及由触控笔200提供的附加数据(例如，压力、倾斜和电池水平)。
现在参考图2，图2示出了在驱动线上传送的示例CWFM信号的曲线图。根据一些示例实现，CWFM信号300是线性地增加的信号或由以下定义的啁啾信号：
sig(t)＝cos(2π(Fl·t+b·t2))对于0＜t＜T 等式(1)
sig(t)＝0对于t≤0及t≥T 等式(2)
其中：
T是传送周期；
Fh是最高频率；
Fl是最低频率；以及
b由(Fh-Fl)/(2T)定义。
传送周期T可以在10微秒至100毫秒的范围内被选择。频带可以是例如在20Hz和100MHz之间定义的频带。在其他示例实现中，线性地减小的CWFM信号可被使用，或者以逐步方式增加或减少的CWFM信号可被使用。
现在参考图3，图3示出了在多条驱动线上同时传送的示例CWFM信号的曲线图。根据一些示例实现，CWFM信号300在驱动线的每一者上随一系列经施加的延迟D1被传送。任选地，D1可以小于或等于传送周期T除以被同时触发的驱动线的数目。例如，当七条驱动线被同时传送时，可以利用CWFM信号300询问第一驱动线，可以利用包括延迟D1的CWFM信号301询问第二驱动线，可以利用包括延迟2*D1的CWFM信号302询问第三驱动线，并且可以分别利用CWFM信号303到306询问第四到第七驱动线。CWFM信号303至306可以分别被施加延迟3*D1至6*D1。任选地，CWFM信号301至306的频带可以在经定义的传输周期0<t<T内被扩展，以使得所有驱动线在整个传输周期0<t<T内进行传送。根据一些示例实现，可以通过以下定义被同时传送的CWFM信号的阵列：
sig_n(t)＝cos(2π(Fl(t-D1n)+b(t-D1n)2))对于0＜t＜T 等式(3)
sig_n(t)＝0对于t≤0及t≥T 等式(4)
其中：
D1n＝n*D1,0≤n≤N-1；并且
N是被同时询问的驱动线的数目。
在其他示例实现中，CWFM信号(例如，CWFM 301-306)可以随不是D1的整数倍的经施加的延迟D1n来被传送。替代地，信号301-306的频带可以被维持在F1和Fh之间，并且sig_n(t)可以在该频带之外为零。
现在参考图4，图4示出了用于手指触摸检测的示例方法的简化流程图。在一些示例实现中，数字化仪电路生成啁啾信号的阵列，每个啁啾信号具有例如在等式(3)中定义的延迟(框405)。啁啾信号的阵列可以在N条驱动线上被同时传送，以用于询问数字化仪传感器(框410)。响应于询问，接收线上的输出可以与相关函数相乘(框415)。相关函数与复数形式的询问信号相同，并且不具有经施加的延迟且可以通过以下定义：
低通滤波可以被应用于来自将输出与sig_corr(t)相乘的结果，以拒绝高于Fh的任何频率(框420)。源自随延迟D1n传送的驱动线Tx_n的预期分量可以由以下定义：
当来自多条驱动线Tx_n的各信号在Rx电极处被同时接收到时，该结果可以用求和表示：
其中：
F_n＝2(D1n)(b)；并且
Phi_n＝(D1n(Fh+b(D1n))。
F_n表示FFT或DFT的箱的中心频率，其中来自传送线n的所有能量被接收并且以Hz为单位。Phi_n是第n个箱处的FFT或DFT的复数输出的相位。Phi_n可被用于一致的决策系统。
可以对经低通滤波的输出执行DFT或FFT，以确定源自N条驱动线的每一者的CWFM信号的能量和相位(框425)。基于一个DFT或FFT计算，来自传送信号的所有N条驱动线的所有能量和相位可以被确定。傅立叶变换(DFT或FFT)可以被选择为具有大小N或者被下采样到大小N，具有每延迟周期D1的频率分辨率和间隔。可以基于在N条驱动线和接收线之间的结点处确定的能量来检测示出触摸效果的结点(框430)。
现在参考图5，图5示出了用于手指触摸检测的另一示例方法的简化流程图。根据一些示例实现，来自一些或所有接收线的各输出可以被组合并被处理作为单个经组合的信号。当询问信号(例如，啁啾信号)正以连贯方式在每条驱动线上传送时(框505)以及当询问信号正在N条驱动线上被同时传送时(框510)，该方法可以被应用。
在一些示例实现中，从具有延迟m*D2(其中0≤m≤M-1)的M条接收线组合输出(框515)。延迟D2的范围可以在10微秒到100毫秒之间，并且当在驱动线的同时询问期间被施加时被选择为大于(N-1)*D1。任选地，D2可以被选择为等于传送周期T除以接收线M的数目。
经组合的信号可以与由等式(5)定义的sig_corr(t)相乘(框520)。可以对结果应用低通滤波以拒绝高于Fh的任何频率(框525)。可以对经低通滤波的输出执行DFT或FFT，以确定源自N条驱动线和M条接收线的每一者的CWFM信号的能量和相位(框530)。基于一个DFT或FFT计算，来自所有N条驱动线和M条接收线的所有能量和相位可以被确定。可以基于在N条驱动线和接收线之间的结点处确定的能量来检测示出触摸效果的结点(框535)。
现在参考图6A，图6A示出了由触控笔同时传送的一对示例线性变化CWFM信号的简化曲线图。在一些示例实现中，一对线性地变化的CWFM信号604和605可以在时间段T上被传送，但是可以跨越非交叠的带。例如，信号604可以在Fl1和Fh1之间的范围内，而信号605可以在Fl2和Fh2之间的范围内。信号604和605被示为具有不同斜率的两个线性地增加的信号。替代地，一个或两个信号可以线性地减小。更进一步，信号604和605的每一者可以共享相同的斜率。
现在参考图6B，图6B示出了由触控笔替代地传送的一对示例线性变化CWFM信号的简化曲线图。在一些示例实现中，成对的信号(图6A中的604、605)之一可以作为信标信号操作，而该对中的另一个信号可以用数据来调制。替代地，单个已调制信号可以被传送，并且该信号可以由数字化仪电路用于既检测触控笔的坐标并且还解码被调制在信号上的数据。
在一个示例实现中，可以通过在单个传输周期上传送线性地减小的信号602以表示比特0以及传送线性地增加的信号603以表示比特1之间交替来引入调制。在图6B所示的示例中，曲线601表示二进制数据‘10011011’。
在另一示例实现中，可以基于以下等式每传输周期T传送单个比特(Bit)：
Bit＝0＝>sig0(t)＝cos(2π(Fh·t-b·t2)) 等式(8)
Bit＝1＝>sig1(t)＝cos(2π(Fl·t+b·t2)) 等式(9)
如由等式(8-9)调制的信号可以由数字化仪电路用于既检测触控笔的坐标并且还解码被调制在信号上的数据。例如，电路可以搜索上升和下降啁啾两者以确定位置，并且取决于所发现的事物，接收到的比特可以被确定。
现在参考图7，图7示出了用于触控笔检测的示例方法的简化流程图。在一些示例实现中，当触控笔被配置成同时传送具有非交叠频带的两个信号时，带通滤波器可以被应用以分离这两个信号(框705)。每个带可以与匹配该带中的预期信号的相关函数相乘(框710)，并接着被低通滤波(框715)。可以对经低通滤波的输出执行DFT或FFT，以确定沿基于栅格的传感器的两个轴的导线上的CWFM信号的能量和相位(框720)。可以基于沿两个轴确定的能量来标识包括触控笔信号的结点(框725)。如果预期触控笔信号包括数据，则该信号可以被解调以检测数据(框730)。
现在参考图8，图8示出了用于触控笔检测的另一示例方法的简化流程图。在一些示例实现中，来自栅格的两个轴上的接收线的输出可以被组合，并且可以对经组合的输出执行相关，以基于一个相关计算确定每个结点处的能量。可以对来自Q条驱动/接收线的输出施加延迟q*D2,0<＝q<＝Q-1(框805)，并且经延迟的输出可以被组合(框810)。当具有非交叠频率的两个信号被同时传送时，带通滤波器可以被应用以分离这些信号(框815)。每个带通可以与其相关函数相乘(框820)并且被低通滤波(框825)。可以对来自经组合的信号的低通滤波(框830)的输出应用DFT或FFT。基于从DFT或FFT导出的能量和相位信息，可以标识包括触控笔信号的结点以及每个结点中的触控笔信号的能量(框835)。可以基于包括触控笔信号的检测到的结点处的能量来确定触控笔的位置。如果触控笔信号被编码，则数据可被解码(框810)。
根据一些示例实现的一方面，提供了一种方法，包括：在基于栅格的电容传感器的第一驱动线上传送连续波频率已调制(CWFM)信号；与CWFM信号在第一驱动线上的传输同时地在基于栅格的电容传感器的第二驱动线上传送具有经施加的延迟的CWFM信号；将接收线上的输出与CWFM信号相关；对输出的相关性执行傅立叶变换；以及基于从傅立叶变换确定的频率和相位信息来标识与基于栅格的电容传感器交互的对象的坐标。
任选地，CWFM信号是线性地变化的信号。
任选地，在第二驱动线上传送的CWFM信号的频带相对于在第一驱动线上传送的CWFM信号被移位。
任选地，CWFM信号在第一驱动线上被传送的历时与CWFM信号在第二驱动线上被传送的历时相同。
任选地，傅立叶变换用数字傅立叶变换来执行。
任选地，傅立叶变换用快速傅立叶变换来执行。
任选地，该方法包括与CWFM信号在第一驱动线和第二驱动线上传输同时地在基于栅格的电容传感器的第三驱动线上传送具有第二经施加的延迟的CWFM信号，其中该第二经施加的延迟是第二驱动线上的经施加的延迟的两倍。
任选地，该方法包括对输出进行低通滤波以拒绝高于CWFM信号的频带的频率。
根据一些示例实现的一方面，提供了一种方法，包括：组合来自基于栅格的电容传感器的多条线的输出，其中来自每条线的输出随经定义的延迟被添加到组合；将该组合与复数形式的CWFM信号相关；对经组合的输出的相关性执行傅立叶变换；以及基于从傅立叶变换确定的频率和相位信息来标识与基于栅格的电容传感器交互的对象的坐标。
任选地，该方法包括在基于栅格的电容传感器的第一驱动线上传送CWFM信号。
任选地，该方法包括与CWFM信号在第一驱动线上的传输同时地在基于栅格的电容传感器的第二驱动线上传送具有经施加的延迟的CWFM信号。
任选地，经定义的延迟大于第二驱动线上的经施加的延迟。
任选地，来自接收线的每一者的输出上的经定义的延迟是经定义的延迟周期的整数倍。
任选地，该方法包括解调被包括在CWFM信号中的数据。
任选地，该方法包括对组合进行带通滤波以分离各自在不同频带上被传送的两个CWFM信号。
任选地，CWFM信号是线性地变化的信号。
任选地，该组合包括来自基于栅格的电容传感器的两个轴上的线的输出。
任选地，该方法包括对该组合进行低通滤波以拒绝输出的包括高于CWFM信号的频带的频率的部分。
为了清楚起见在单独实施例的上下文中描述的本文中描述的示例的特定特征还可在单一实施例中被组合地提供。相反，为了简洁起见在单一实施例的上下文中描述的本文中描述的示例的各个特征还可单独地或者以任何合适的子组合提供，或者适用于本公开的任何其他所描述的实施例。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的基本特征，除非该实施例在没有那些元件的情况下不起作用。

Claims (11)

1.一种方法，包括：
在基于栅格的电容传感器的第一驱动线上传送连续波频率已调制CWFM信号；
与所述CWFM信号在所述第一驱动线上的传输同时地在基于栅格的电容传感器的第二驱动线上传送具有经施加的延迟的CWFM信号；
将接收线上的输出与所述CWFM信号相关；
对所述输出的相关性执行傅里叶变换；以及
基于从所述傅里叶变换确定的频率和相位信息来标识与所述基于栅格的电容传感器交互的对象的坐标；
其中，所述CWFM信号被动态地选择为在不同传输周期上的线性地增加的信号和线性地减小的信号之一，所述接收线上的输出与所述线性地增加的和线性地减小的CWFM信号两者相关。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CWFM信号是线性地变化的信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线性地增加的和线性地减小的信号之一表示比特‘0’，而所述线性地增加的和线性地减小的信号中的另一者表示比特‘1’。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二驱动线上传送的CWFM信号的频带相对于在所述第一驱动线上传送的CWFM信号被移位。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CWFM信号在所述第一驱动线上被传送的历时与所述CWFM信号在所述第二驱动线上被传送的历时相同。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述傅里叶变换用数字傅里叶变换来执行。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述傅里叶变换用快速傅里叶变换来执行。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括与所述CWFM信号在所述第一驱动线和所述第二驱动线上传输同时地在基于栅格的电容传感器的第三驱动线上传送具有第二经施加的延迟的CWFM信号，其中所述第二经施加的延迟是所述第二驱动线上的经施加的延迟的两倍。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括对所述输出进行低通滤波以拒绝高于所述CWFM信号的频带的频率。
10.一种具有指令的计算机可读存储介质，当所述指令被执行时使得机器执行如权利要求1-9中任一权利要求所述的方法。
11.一种计算机系统，包括用于执行如权利要求1-9中任一权利要求所述的方法的装置。
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