CN111480139B - 具有多阶段电容测量过程的双电极触摸按钮 - Google Patents

Abstract

一种使用双电极触摸按钮的内电极的第一自电容测量和双电极触摸按钮的外电极的第二自电容测量来检测双电极触摸按钮是否被按压的方法、装置和系统。该方法、装置和系统鉴于触摸按钮附近存在水而进一步检测双电极触摸按钮是否被按压。

Description

具有多阶段电容测量过程的双电极触摸按钮

相关申请

本申请是于2018年6月12日提交的第16/006,577号美国非临时申请的国际申请，该非临时申请要求于2018年1月22日提交的第62/620,067号美国临时申请的权益，这两个申请都在此通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开大体上涉及感测系统，并且更具体地涉及可配置成即使在潮湿条件下确定触摸按钮是否被按压的电容测量系统。

背景

电容感测系统可感测在电极上生成的电信号，该电信号反映电容变化。电容中的这种变化可指示触摸事件(即，物体对特定电极的接近)。电容式感测元件可用于代替机械按钮、旋钮和其他类似的机械用户接口控件。电容式感测元件的使用允许消除复杂的机械开关和按钮，在恶劣条件下提供可靠操作。此外，电容式感测元件广泛地被用在现代客户应用中，在现有产品中提供用户接口选项。电容式感测元件的范围可以从单个按钮到用于触摸感测表面的以电容式感测阵列的形式布置的大量按钮。

电容式感测阵列和触摸按钮普遍存在于当今的工业和消费者市场中。它们可在蜂窝电话、GPS设备、机顶盒、相机、计算机屏幕、MP3播放器、数字平板电脑等上被找到。电容式感测阵列通过测量电容式感测元件的电容并评估指示导电物体的触摸或存在的电容增量来工作。当导电物体(例如，手指、手或其他物体)与电容式感测元件接触或非常接近时，电容改变并且导电物体被检测到。电容变化可通过电路来测量。电路将对应于电容式感测元件的测量到的电容的信号转换为数字值。测量到的电容通常作为电流或电压被接收，这些电流或电压被积分并转换成数字值。

存在两种典型的电容类型：1)互电容，其中电容感测电路测量耦合到电容感测电路的两个电极之间形成的电容；2)自电容，其中电容感测电路测量一个电极的电容。触控面板具有类型(1)和(2)两种电容的分布式负载，并且一些触控解决方案惟一地或者以其各种感测模式的混合的形式来感测两种电容。

附图简述

在附图的图中，本实施例通过示例而非限制的方式被示出。

图1是示出根据一个实施例的具有双电极触摸按钮和处理设备的电子系统的框图，该电子系统用于即使在潮湿环境下确定触摸按钮是否被按压。

图2A示出了根据一个实施例的单电极触摸按钮以及触摸、无触摸和水滴的等效原理图，该单电极触摸按钮具有被接地屏蔽(ground shield)包围的触敏电极。

图2B示出了根据一个实施例的双电极触摸按钮以及触摸、无触摸和水滴的等效原理图，该双电极触摸按钮具有被有源屏蔽电极(active shield electrode)和接地屏蔽包围的触敏电极。

图2C示出了根据一个实施例的三电极触摸按钮，其具有被有源屏蔽电极、保护电极和接地屏蔽包围的触敏电极。

图3A-3C示出了根据多个实施例的具有不同形状的双电极触摸按钮。

图4是根据一个实施例的测量触摸按钮的电容的电子系统的框图。

图5A是根据一个实施例的第一级中的电容数字转换器(CDC)的第一配置的框图。

图5B是根据一个实施例的第二级中的CDC的第二配置的框图。

图6A-6C示出了根据各种实施例的位于触摸按钮的不同位置处的水滴的三种情况。

图7是根据一个实施例的用于确定双电极触摸按钮是否被按压的多级电容测量过程的流程图。

图8是根据另一实施例的多级电容测量方法的流程图。

图9A-9B是根据一个实施例的多级电容测量方法的流程图。

图10是示出根据另一实施例的处理触摸数据的电子系统的框图。

图11示出了可编程片上系统处理设备的核心架构的实施例。

详细描述

在下面的描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对本实施例的深入了解。然而，对于本领域技术人员明显的是，本实施例可在没有这些具体细节的情况下被实践。在其他实例中，众所周知的电路、结构和技术没有被详细示出，而且以框图示出，以避免对本说明书的理解的不必要的模糊。

在本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意为结合实施例所描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。在本说明书中位于各个位置的短语“在一个实施例中”不必指代相同的实施例。

在电容式触摸感测系统中，触摸按钮上可能存在水，导致错误的测量、假触摸和触摸丢失。例如，电容式按钮上的水的测量的电容值类似于电容式按钮上的触摸的测量的电容值。因此，电容式按钮上的水可能会被误认为是实际触摸，从而导致所报告的假触摸。本文描述的实施例旨在检测感测阵列上特别是双电极触摸按钮上的水的存在，并且即使在水存在的情况下也检测到双电极触摸按钮上的触摸。本文中的实施例可以在各种水条件下精确地测量触摸，诸如下面参考附图所述。所提出的触摸按钮的构造和扫描程序还可以提供仅使用两个电极的优点，但仍然实现防水。此外，电极的尺寸可以类似于常规的单电极触摸传感器，并且可以应用于小尺寸应用中。例如，汽车和户外应用需要排除大的接地水滴。本文描述的实施例可以提供用于电容测量的设计，其消除或减少由大的接地水滴引入的问题。在一个实施例中，比率(ratiometric)电容传感器构造可以与对大的接地水滴不敏感的测量方法一起使用。可选地，可以实现其他优点。

本文描述了使用两级(two stage)测量过程来确定触摸按钮(包括基本上被外电极包围的内电极)是否被按压的设备、方法和系统。这两个级也可以被认为是两个阶段。在第一级中，当有源屏蔽信号耦合到外电极时，测量内电极的自电容测量值。在第二级中，当内电极耦合到固定电压时，测量外电极的自电容测量值。两个电极的自电容测量值用于确定触摸按钮是否被按压。在一些实施例中，使用比率自电容测量电路。在其他实施例中，使用多级自电容测量电路。

图1是示出根据一个实施例的具有双电极触摸按钮100和处理设备101的电子系统的框图，该电子系统用于即使在潮湿环境下确定触摸按钮100是否被按压。电极触摸按钮100包括基本上被外电极104包围的内电极102。处理设备101包括多级测量电路106和处理元件112。多配置电容测量电路106包括选择电路108和电容数字转换电路110。电容测量电路106耦合到触摸按钮100。处理元件112耦合到多配置电容测量电路106。多配置电容测量电路106在多个级中测量内电极102和外电极104的自电容。在一个实施例中，处理元件112使用如下所述的两级测量过程来确定触摸按钮100是否被按压。处理元件112可以包括水排除逻辑114以执行两级测量过程，从而使用选择电路108和电容数字转换电路110来确定触摸按钮100是否被按压。可选地，处理逻辑116可用于实现两级测量过程。

在多级测量过程的第一级中，在有源屏蔽信号耦合到外电极104的同时，由多配置电容测量电路106进行内电极102的第一自电容测量。在多级测量过程的第二级中，在固定电压耦合到内电极102的同时，进行外电极104的第二自电容测量。在另一实施例中，水排除逻辑114使用第一自电容测量和第二自电容测量来确定触摸按钮100是否被按压。水排除逻辑114可以使用本文描述的方法，诸如图7中的方法700或图8、图9A和图9B中所描述的方法。可选地，水排除逻辑114可以执行其他操作来确定触摸按钮100是否已经被按压。在一个实施例中，多配置电容测量电路106包括用于电容数字转换电路110的比率电容测量电路。在另一个实施例中，多配置电容测量电路106包括多级自电容测量电路，诸如图4所示。

在一个实施例中，内电极102具有第一表面面积，且外电极104具有第二表面面积。第一表面面积和第二表面面积可以基本相似。触摸按钮100的形状因子可以类似于单电极触摸按钮，但是如本文所述提供防水性。

在一个实施例中，电容数字转换电路110包括可编程电流源、驱动器、比较器、触发器、抽取器和调制器。这些部件可以被组织和配置成作为电容∑-δ调制器(CSD)电路来操作，以在如本文所述的各个级中测量电极的自电容。可选地，部件可以被组织和配置成作为其他电容数字转换器或其他类型的感测电路来操作。

在一些实施例(包括汽车产品、户外产品、白色家电等)中，使用触摸按钮100和处理设备101的电容感测应用可能需要排除大的接地水滴。这些应用还必须在常规感测模式下操作，并排除小水滴。触摸按钮100和处理设备101可以被配置成比率电容传感器构造，并且执行对大的接地水滴不敏感的测量方法。比率电容传感器包括以特殊方式进行扫描的几个电极。自电容测量值之间的关系可用于确定触摸按钮100的电极的相应状态。

图2A示出了根据一个实施例的单电极触摸按钮200，其具有被接地屏蔽204包围的触敏电极202。图2A还示出了根据一个实施例的触摸按钮200上的“无触摸”208、触摸按钮200上的“触摸”210和触摸按钮200上的水滴212的等效原理图。触敏电极202对于像水滴206一样的水滴敏感。如有触摸210和有水滴212的等效原理图所示，触摸和水滴206引起类似的电容响应。水具有高介电常数，并且可以是导体。由于水滴产生的电容(标记为Cwd)可能高于由于手指触摸产生的最小电容(标记为Cf)。

为了消除水滴206的影响，一种解决方案使用放置在触敏电极202周围的附加电极，并且该附加电极由作为触敏电极202上的信号的缓冲副本的信号驱动，如图2B所示。

图2B示出了根据一个实施例的双电极触摸按钮220，其具有被有源屏蔽电极223和接地屏蔽224包围的触敏电极222。图2B还示出了根据一个实施例的触摸按钮220上的“无触摸”228、触摸按钮220上的“触摸”230和触摸按钮220上的水滴232的等效原理图。该附加电极被称为“有源屏蔽”电极223。两个电极上的电压波形相同。由此，这些电极的互电容(标记为Cs_sh)不会影响传感器测量电容。因此，部分覆盖两个电极的非接地水滴226不会影响传感器测量电容。然而，如果水滴太大，其影响会引起假触摸，因为水滴导致的相应电容(Cwd)变得足够大，以至于代表导电物体(例如手指)的电容。

图2C示出了根据一个实施例的三电极触摸按钮240，其具有被有源屏蔽电极243、保护电极245和接地屏蔽244包围的触敏电极242。触摸按钮240的三个电极可以使用两步过程来扫描。在第一步中，控制程序激活有源屏蔽电极243并扫描触敏电极242。连同有源屏蔽电极243一起扫描触敏电极242排除了触敏电极242和接地屏蔽244之间的水滴的影响。在第二步中，控制程序仅扫描保护电极245。如果水滴很大并且覆盖所有三个电极，来自保护电极245的信号增加超过某个阈值。因此，控制程序阻止触摸事件激活。通常，保护电极245比触敏电极242和有源屏蔽电极243大得多。如果用户触摸保护电极245，则触摸响应低于对大水滴的响应。虽然这种三电极触摸按钮构造可以很好地排除水，但是该构造使用三个电极，并且保护电极必须比其他两个电极大。这意味着三电极触摸按钮的形状因子也可能相当大。如果形状因子不大，则内电极的感测区可能太小而不能进行可靠的感测。

图3A-3C分别示出了根据多个实施例的具有不同形状的双电极触摸按钮300、320和340。在图3A中，内电极102和外电极104是具有共同中心的同心圆。外电极104完全包围内电极102。内电极102可以是实心圆或环，外电极104可以是包围内电极102的实心圆或环的环。在图3B中，内电极102是实心圆，外电极104是带有圆角的正方形形状。该正方形形状具有在其中设置内电极102的切口。在另一个实施例中，该正方形形状可以是矩形，或者可以不具有如所示的圆角。在图3C中，内电极102是实心圆，外电极104具有与图3B中相似的正方形形状，但是其中一个角被去除了。外电极104基本上包围内电极102。在图3A-3C中，内电极102和外电极104的表面面积小于本文描述的三电极触摸按钮的表面面积。在一个实施例中，内电极102具有与外电极104的表面面积相同或相似的表面面积。可选地，其他形状和尺寸的电极可以用于要求有特定按钮尺寸要求同时仍然提供防水特性的各种应用。触摸按钮100可以在多级电容测量过程中使用，以便即使当触摸按钮100上存在水滴时也会确定触摸按钮是否已经被按压。

图4是根据一个实施例的测量触摸按钮100的电容的电子系统400的框图。电子系统400包括触摸按钮100，触摸按钮100包括内电极102和外电极104。在一个实施例中，触摸按钮100是比率触摸按钮。可选地，触摸按钮100不被认为是比率的。电子系统400还包括处理设备406，处理设备406包括可配置模拟多路复用器408和CDC 410。在一个实施例中，CDC410是CDC 410。可选地，CDC 410是其他类型的电容数字转换器或其他类型的电容转换电路，诸如电荷转移电路、电荷累积电路等。结合可配置模拟多路复用器408的CDC 410可以是电容测量电路的一个示例，该电容测量电路将数字值输出到处理元件(诸如中央处理单元(CPU)(未在图4中示出))。可配置模拟多路复用器408可以对应于图1的选择电路108。可选地，处理设备406可以使用其他电路配置来测量电容，并如本文所述数字化所测量的电容。

在所描绘的实施例中，CDC 410包括可编程电流源412、驱动器414、比较器416、触发器418、抽取器420和调制器电容器422。可编程电流源412可以经由开关424选择性地耦合到第一节点411。驱动器414包括耦合到参考电压413的输入端和选择性耦合到第二节点415的输出端。比较器416耦合到第一节点411和参考电压413。触发器418耦合到比较器416的输出端。抽取器420耦合到触发器418的输出端，并选择性地耦合到第一节点411。抽取器420的输入还耦合到控制开关424的反馈控制线401。调制器电容器422耦合在第一节点411和接地节点(下文中称作“接地”)之间。

在所描绘的实施例中，可配置模拟多路复用器408包括两个多路复用器电路：耦合到内电极102的第一多路复用器426和耦合到外电极104的第二多路复用器428。第一多路复用器426在多级电容测量过程的第一级中选择性地将内电极102耦合到第三节点417，并且在多级电容测量过程的第二级中选择性地将内电极102耦合到固定电压节点。在一个实施例中，固定电压节点是如图4所描绘的接地端子。第二多路复用器428在第一级中选择性地将外电极104耦合到第二节点415，并且在第二级中选择性地将外电极104耦合到第三节点417。在另一个实施例中，可以使用具有两个输出端和四个输入端的单个多路复用器电路。可选地，可使用其他选择电路。

在所描绘的实施例中，CDC 410还包括耦合在第一节点411和第三节点417之间的第一开关430(标记为Ph1)和耦合在第三节点417和接地之间的第二开关432(标记为Ph2)。第一开关430在CDC 410的第一阶段中连接第一节点411和第三节点417。第二开关432在CDC410的第二阶段中将第三节点417接地。CDC 410还包括耦合在驱动器414和第二节点415之间的第三开关434和耦合在第二节点415和接地之间的第四开关436。第三开关434在第一阶段中在第二节点415上驱动参考电压413，并且第四开关436在第二阶段中将第二节点415接地。

如所描绘的，触摸按钮100包括两个电极：作为触敏电极的内电极102和作为阻止触摸事件激活的“保护”电极的外电极104。电极形状在不同的组合中可以是不同的，如图3A-3C的示例所示。

尽管所提出的触摸按钮构造看起来类似于具有“有源屏蔽”电极的触摸按钮，但是它是不同的，因为外电极104根据传感器扫描过程被用作传感器，如在下面描述的多级电容测量过程的两个不同级中所描述的。

在第一过程中，触摸按钮100在不同的模式和配置下被扫描两次。最终结果使用来自两次扫描的组合数据。在第一模式下，在CDC 410的自电容模式下扫描内电极102(触敏电极或触摸电极)，并且有源屏蔽信号(例如，参考电压413)驱动外电极104。在第二模式下，在CDC 410的自电容模式下扫描外电极104(也称为外部传感器)，并且内电极102接地。

在一个实施例中，两个传感器(电极102、104)的灵敏度以这样的方式被调谐，即当手指触摸到触摸按钮100的中心部分时，来自内电极102的信号高于来自外电极104的信号。而且，当手指位于按钮边缘附近时，来自外电极104的信号高于来自内电极102的信号。自电容测量值(例如，分别在第一和第二模式下从抽取器420输出的第一和第二自电容测量值)之间的关系被用作关于传感器状态的信息数据。

如本文所述，当CDC 410处于多个不同配置中的每一个配置时，如图5A-5B所示，触摸按钮100可以被扫描一次或更多次。最终结果使用来自多次扫描的组合数据。

图5A是根据一个实施例的在第一级510中CDC 410的第一配置的框图。在第一级510中，CDC 410被设置为第一配置，其中内电极102耦合到第三节点417，同时外电极104耦合到第二节点415。第一配置中的CDC 410测量内电极102的第一自电容，同时外电极104由有源屏蔽信号(参考电压413)驱动。

图5B是根据一个实施例的在第二级520中CDC 410的第二配置的框图。在第二级520中，CDC 410被设置为第二配置，其中外电极104耦合到第三节点417，同时内电极102耦合到接地。第二配置中的CDC 410测量外电极104的第二自电容，同时内部传感器102接地(或耦合到固定电压节点)。

如本文所述，两个电极102、104的灵敏度可以以这样的方式被调谐，即当手指触摸到触摸按钮100的中心部分(内电极102)时，来自内电极102的信号高于来自外电极104的信号。当手指移位到按钮边缘时，来自外电极104的信号高于来自内电极102的信号。两个电极电容测量值之间的关系(例如，比率、差异等)被用作关于传感器状态的信息数据。例如，在情况610中，其中一个或更多个水滴612很小并且仅位于内电极102和外电极104之间，如图6A所示，由于参考电压413进行的有源屏蔽，水滴612是不可见的。在另一种情况620中，其中一个或更多个水滴622仅位于外电极104和在外电极104周围进行屏蔽的接地之间，如图6B所示，外电极104的电容增加得比内电极102的电容更高。因此，水滴622的存在可以使用两个电极的测量的电容之间的关系来解释，从而阻止由水导致的任何触摸事件。在另一种情况630中，其中一个或更多个水滴632位于两个电极上并接地，如图6C所示，由于水的存在，外电极104的信号响应高于或等于内电极102的信号响应。这是因为外电极104比内电极102更靠近接地放置。测量的电极电容之间的关系减小，并且任何触摸事件被阻止。该响应类似于当覆盖层材料的厚度相对于电极尺寸不高时的响应。这意味着传感器尺寸(两个电极，但主要是内电极)必须与传感器覆盖层厚度一起增加。使用本文描述的触摸按钮构造，电极的尺寸和覆盖层厚度不必增加以减少或消除水的影响。如果水滴很大并且覆盖了两个电极，则感测数据处理也会产生同样的结果。仅当两个传感器的信号都高于各自的阈值并且传感器的信号之间的关系或/和差异高于相应的阈值时，才激活触摸事件。

在第二多级电容测量过程中，通过CS块410的比率测量法或多阶段自电容方法同时扫描内电极102和外电极104。触摸按钮以这样的方式被设计，使得内电极和外电极的电容大致相同，并且这些电容之间的关系不取决于覆盖层材料的性质。比率测量法和多阶段自电容方法排除了触摸电极和接地屏蔽之间的水滴的影响。如果水滴变大并覆盖两个电极的整个表面区域，则两个电极的电容以相似的方式变化，并且这些电极的电容之间的关系不会显著变化，从而阻止了由水导致的触摸激活事件。

可以通过处理逻辑(例如，处理元件112、处理设备101、多配置电容测量电路106等)执行以下的方法(过程700、800和900)，该处理逻辑可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(诸如在通用计算系统或专用机上运行的)、固件(嵌入式软件)或其任意组合。在一个实施例中，处理设备101执行上面公开的每种方法中的一些或全部。在另一个实施例中，水排除逻辑114执行每种方法中的一些或全部。在另一个实施例中，主机1050执行每种方法的一些或全部操作。可选地，本文所述的电子系统的其他部件执行方法中每一个的一些或全部操作。应当注意，在一些实例中，处理逻辑116或处理逻辑可以向选择电路和/或向各个开关发送控制信号，以耦合相应的电极。也就是说，当处理逻辑将电极与电容数字转换电路耦合、选择性地耦合或去耦合时，处理逻辑可以发送控制信号、设置寄存器、发送命令、发送指令等，以将电极耦合到如本文描述的感测电路。还应当注意，处理元件、处理逻辑等可以诸如使用硬件加速器型电路来与选择电路和电容数字转换电路集成在一起。

图7是根据一个实施例的用于确定双电极触摸按钮是否被按压的多级电容测量方法700的流程图。多级电容测量方法700开始于处理逻辑在两级测量过程的第一级中将双电极触摸按钮的内电极耦合到电容测量电路(块702)。也就是说，内电极耦合到输入通道(也称为接收(RX)输入节点)。处理逻辑在第一级中将双电极按钮的外电极耦合到有源屏蔽信号(块704)。内电极可以基本上被外电极包围。在块706处，当在第一级中有源屏蔽耦合到外电极时，处理逻辑(例如，使用电容测量电路)测量内电极的第一自电容测量值。在第一级之前或之后，处理逻辑在两级测量过程的第二级中将外电极耦合到电容测量电路(块708)。也就是说，外电极耦合到输入通道。处理逻辑在第二级中将内电极耦合到固定电压(块710)。在块712处，当固定电压耦合到内电极时，处理逻辑(例如，使用电容测量电路)测量外电极的第二自电容测量值。在测量第一和第二自电容测量值之后，处理逻辑使用第一自电容测量值和第二自电容测量值来确定双电极触摸按钮是否被按压(块714)，并且方法700结束。如本文所述，处理逻辑可以在图1的处理元件112中实现。在这种情况下，处理逻辑控制多配置电容测量电路106来测量第一和第二自电容测量值。一旦进行了测量，处理逻辑可以使用这些测量值来确定双电极触摸按钮是否被按压。例如，处理逻辑可以向选择电路108和电容数字转换电路110发送控制信号。

在另一实施例中，处理逻辑进一步将第一自电容测量值与第一使能阈值进行比较，并将第二自电容测量值与第二使能阈值进行比较。处理逻辑可以计算第一自电容测量值和第二自电容测量值之间的差值，并将该差值与第三使能阈值进行比较。当1)第一自电容测量值大于第一使能阈值，2)第二自电容测量值大于第二使能阈值，并且3)差值大于第三使能阈值时，处理逻辑检测到双电极触摸按钮被按压的激活；否则，当1)、2)或3)中的任何一个为假时，处理逻辑检测到双电极触摸按钮未被按压的去激活。换句话说，当第一自电容测量值不大于第一使能阈值、第二自电容测量值不大于第二使能阈值或者差值不大于第三使能阈值时，处理逻辑检测到双电极触摸按钮的去激活。应当注意，检测到激活也可以被称为当双电极触摸按钮被激活时启用操作，而检测到去激活意味着即使双电极触摸按钮仍然被启用，双电极触摸按钮也应被视为未被激活。

在另一实施例中，当1)在过程的第一遍中设置了水标志时，处理逻辑重置双电极触摸按钮的存储的属性。当2)第一自电容测量值不大于触摸噪声阈值并且3)第二自电容测量值大于第二使能阈值时，处理逻辑重置存储的属性。当4)设置了水标志并且5)第二自电容测量值小于水使能阈值的一半时，处理逻辑重置存储的属性。当6)第二自电容测量值大于水使能阈值并且7)第一自电容测量值大于第二使能阈值时，处理逻辑设置水标志。当7)为假时，处理逻辑将检测到双电极触摸按钮未被按压的去激活。也就是说，当第一自电容测量值不大于第二使能阈值时，处理逻辑检测到双电极触摸按钮未被按压的去激活。

在另一实施例中，处理逻辑将第一自电容测量值与第一使能阈值进行比较，并将第二自电容测量值与第二使能阈值进行比较。处理逻辑计算第一自电容测量值和第二自电容测量值的比率并将该比率与第三使能阈值进行比较。当1)第一自电容测量值大于第一使能阈值，2)第二自电容测量值大于第二使能阈值，并且3)比率大于第三使能阈值时，处理逻辑检测到双电极触摸按钮被按压的激活；否则，当1)、2)或3)中的任何一个为假时，处理逻辑检测到双电极触摸按钮未被按压的去激活。换句话说，当第一自电容测量值不大于第一使能阈值、第二自电容测量值不大于第二使能阈值或者比率不大于第三使能阈值时，处理逻辑检测到双电极触摸按钮的去激活。

在另一实施例中，处理逻辑将第一自电容测量值与第一使能阈值进行比较，并将第二自电容测量值与第二使能阈值进行比较。处理逻辑计算第一自电容测量值和第二自电容测量值之间的差值并将该差值与第三使能阈值进行比较。处理逻辑计算第一自电容测量值和第二自电容测量值的比率并将该比率与第三使能阈值进行比较。当1)第一自电容测量值大于第一使能阈值，2)第二自电容测量值大于第二使能阈值，3)差值大于第三使能阈值，并且4)比率大于第四使能阈值时，处理逻辑检测到双电极触摸按钮被按压的激活；否则，当1)、2)、3)或4)中的任何一个为假时，处理逻辑检测到双电极触摸按钮未被按压的去激活。换句话说，当第一自电容测量值不大于第一使能阈值、第二自电容测量值不大于第二使能阈值、差值不大于第三使能阈值或者比率不大于第四使能阈值时，处理逻辑检测到双电极触摸按钮的去激活。

图8是根据另一实施例的多级电容测量方法800的流程图。方法800开始于处理逻辑初始化比率按钮(ratiometric button)扫描(块802)。处理逻辑执行触摸传感器扫描、外部传感器扫描和相互(mutual)传感器扫描(块804)。触摸传感器扫描可以包括在向外电极104施加屏蔽信号的同时测量内电极102的第一自电容。触摸传感器扫描产生触摸信号。外部传感器扫描可以包括在向内电极102施加固定电压(诸如接地)的同时测量外电极104的第二自电容。外部传感器扫描产生外部信号。相互传感器扫描可以包括测量内电极102和外电极104之间的互电容。相互传感器扫描产生相互触摸信号。处理逻辑还可以计算触摸信号和外部信号之间的差值信号。

在块806处，处理逻辑将触摸信号与触摸使能阈值进行比较。如果触摸信号不大于触摸使能阈值，则处理逻辑检测到触摸按钮的去激活(块816)，并且方法800结束。如果触摸信号大于触摸使能阈值，则处理逻辑前进到块808。在块808处，处理逻辑将外部信号与外部使能阈值进行比较。如果外部信号不大于外部使能阈值，则处理逻辑检测到触摸按钮的去激活(块816)，并且方法800结束。如果外部信号大于外部使能阈值，则处理逻辑前进到块810。在块810处，处理逻辑将差值信号与差值使能阈值进行比较。如果差值信号不大于差值使能阈值，则处理逻辑检测到触摸按钮的去激活(块816)，并且方法800结束。如果差值信号大于差值使能阈值，则处理逻辑启用触摸按钮(块814)，并且方法800结束。

在另一个实施例中，处理逻辑计算触摸信号和外部信号的比率，而不是在块810处比较差值信号。处理逻辑将该比率与比率使能阈值进行比较(块812)。在另一个实施例中，处理逻辑可以执行块810处的操作和块812处的操作。

图9A-9B是根据一个实施例的多级电容测量方法900的流程图。方法900开始于处理逻辑初始化比率按钮扫描(块902)。处理逻辑执行触摸传感器扫描、外部传感器扫描和相互传感器扫描(块904)。触摸传感器扫描可以包括在向外电极104施加屏蔽信号的同时测量内电极102的第一自电容。触摸传感器扫描产生触摸信号。外部传感器扫描可以包括在向内电极102施加固定电压(诸如接地)的同时测量外电极104的第二自电容。外部传感器扫描产生外部信号。相互传感器扫描可以包括测量内电极102和外电极104之间的互电容。相互传感器扫描产生相互触摸信号。处理逻辑还可以计算触摸信号和外部信号之间的差值信号。可选地，该过程可以不执行相互传感器扫描。

在块906处，处理逻辑确定是否已经设置了水标志。如果是，则处理逻辑重置触摸传感器属性(块908)。这些触摸传感器属性可以包括基线值以及基线值和当前传感器信号值之间的当前差值，并且前进到块910。如果在块906处没有设置水标志，则处理逻辑前进到块910。在块910处，处理逻辑将触摸信号与触摸噪声阈值进行比较。如果触摸信号大于触摸噪声阈值，则处理逻辑将外部信号与外部使能阈值进行比较(块912)。如果在块912处外部信号不大于外部使能阈值，则处理逻辑重置触摸传感器属性(块914)并前进到块916。如果在块912处外部信号大于外部使能阈值，则处理逻辑前进到块916。在块916处，处理逻辑确定是否设置了水标志。如果设置了水标志，则处理逻辑将外部信号与水使能阈值的一半进行比较(块918)。如果在块918处外部信号小于水使能阈值的一半，则处理逻辑重置水标志并重置外部传感器属性(块920)并前进到块922。如果在块918处外部信号不小于水使能阈值的一半，则处理逻辑前进到块922。如果在块916处没有设置水标志，则处理逻辑前进到块922。在块922处，处理逻辑将外部信号与水使能阈值进行比较。如果在块922处外部信号大于水使能阈值，则处理逻辑将触摸信号与触摸使能阈值进行比较(块924)。如果在块924处触摸信号不小于触摸使能阈值，则处理逻辑前进到块930(在图9B处继续)，其前进到块932以检测触摸按钮的去激活，并且方法900结束。如果触摸信号小于触摸使能阈值，则处理逻辑设置水标志(块926)并且前进到块930(在图9B处继续)。此外，如果在块922处外部信号不大于水使能阈值，则处理逻辑前进到块930。

在块930处，处理逻辑将触摸信号与触摸使能阈值进行比较。如果在块932处触摸信号不大于触摸使能阈值，则处理逻辑在块934处检测到触摸按钮的去激活，并且方法900结束。如果在块932处触摸信号大于触摸使能阈值，则处理逻辑将外部信号与外部使能阈值进行比较(块936)。如果外部信号不大于外部使能阈值，则处理逻辑在块934处检测到触摸按钮的去激活，并且方法900结束。如果在块936处外部信号大于外部使能阈值，则处理逻辑将触摸信号与外部信号之间的差值信号与按钮使能阈值进行比较(块938)。如果在块938处差值信号不大于按钮使能阈值，则处理逻辑在块934处检测到触摸按钮的去激活，并且方法900结束。如果在块938处差值信号大于按钮使能阈值，则处理逻辑检测到触摸按钮的激活(块940)，并且方法900结束。

在另一个实施例中，处理逻辑计算触摸信号和外部信号的比率，而不是在块938处比较差值信号。处理逻辑将该比率与比率使能阈值进行比较(块942)。在另一个实施例中，处理逻辑可以执行块938处的操作和块942处的操作。

在一个实施例中，阈值可以由传感器构造定义，并且可以相应地调谐。如果水滴太大，则通常的检测过程可能会出错，并可能执行假触摸事件。先进的触摸检测过程(如图9A-9B所示)可以包括水检测子过程。外电极对水敏感。通常，该传感器信号对水的响应低于对触摸的响应。检测算法检测传感器上的水，并激活触摸传感器重启程序。该程序重置触摸传感器属性。这些属性可以包括基线值以及基线值和当前传感器信号值之间的当前差值。

如本文所述，实施例可以实现各种改进，包括电极数量的减少、传感器尺寸的减小以及检测传感器上的水的能力。实施例可以改进基线跟踪程序。本文中描述的实施例可以代替传感器尺寸很重要的三电极触摸按钮防水按钮解决方案，因为传感器尺寸可以变得更小，同时仍然实现防水能力。本文描述的实施例还可以比三电极触摸按钮更可靠。

具有水检测程序的双电极传感器构造的实施例可以使用相邻电极的有源屏蔽扫描、多阶段传感器电极的扫描或者通过两个完全同步的测量通道进行的两个传感器电极的同时扫描来执行防水传感器扫描。在另一个实施例中，可以使用比率扫描来扫描两个电极。可以使用具有有源屏蔽特征的自电容测量通道。例如，可以使用CDC测量通道，或者比率测量通道使用该CDC测量通道或新的比率测量通道。本文描述的实施例可以用于要求防水性能的汽车应用、白色家电和电器、户外触摸激活设备、具有低覆盖层材料依赖性的触摸按钮、或者具有可靠防水性能、低温依赖性的设备。可选地，实施例可以被用于其他设备中。

图10是示出根据一个实施例的处理触摸数据的电子系统的框图。图10示出了包括处理设备1010的电子系统1000，该处理设备1010可以被配置成利用水排除工具1020测量来自感测阵列1021(例如，电容感测阵列)的电容，该传感器阵列1021形成触摸感测表面1016。在一个实施例中，多路复用器电路可以被用于连接电容感测电路1001与感测阵列1021。触摸感测表面1016(例如，触摸屏或触控板)耦合到处理设备1010，处理设备1010耦合到主机1050。在一个实施例中，触摸感测表面1016是使用处理设备1010来检测触摸感测表面1016上的触摸的二维感测阵列(例如，感测阵列1021)。

在一个实施例中，水排除工具1020可以检测在感测阵列中的一个或更多个电极附近的水的存在。水排除工具1020可以使用感测阵列中的一个电极的自电容扫描来获得电容数据。处理设备1010可以使用任何两个电极来表现得像触摸按钮。应当注意，电容式传感器可以指例如感测阵列中的一个电极、感测阵列中的一对电极、按钮或任何电容式感测元件。当在电极上测量的电容高于触摸阈值时，该测量值可以被记录为电容式按钮上的触摸。水排除工具1020还可以使用一对电极(诸如对于自电容扫描而被扫描的电极和电极对中的另一个电极)的互电容扫描来获得电容数据。结果，获得的电容数据包括在自电容扫描的第一级期间被扫描的电极(在下文中为了描述的目的而称为自电容电极)的第一自电容测量值和在第二级期间的第二自电容测量值。类似地，电容数据可以包括在互电容扫描期间被扫描的两个电极(在下文中为了描述的目的而称为互电容电极对)之间的互电容的互电容测量值。水排除工具1020可以将自电容测量值与自电容阈值进行比较，并将互电容测量值与互电容阈值进行比较。实验表明，触摸按钮上的水会强烈地影响相邻的互电容测量值，但轻微地影响水附近的电极的自电容测量值。水排除工具1020使用这种现象来确定电容式按钮上是否有水。如本文所述，电容数据可被水排除工具1020用来确定电容式按钮上是否有水。一旦在电容式按钮上感测到水，则水排除工具1020可以排除触摸激活。在另一个实施例中，一旦感测到水，水排除工具1020可以基于水来调整触摸检测阈值(例如，水触摸检测阈值)，使得即使按钮是湿的，水排除工具1020也可以感测到按钮上的触摸。触摸检测阈值是电容值(例如，1060个计数)，测量的来自感测阵列(例如，感测阵列1021)的电容数据高于该电容值指示触摸，而低于该电容值，不记录触摸。例如，如果测量的电容值超过触摸检测阈值，则水排除工具1020指示对于相应电极的触摸。如果测量的电容值低于触摸检测阈值，则水排除工具1020指示对于相应电极没有感测到触摸。应当注意，电容式感测阵列上的水通常会增加对于直接浸没在水中的电极的电容测量值。这样，水在感测设备看来可能是触摸(例如，假触摸)，并且感测设备可能无法区分水和实际触摸。本文描述的实施例可以用于区分水和实际触摸。

在一个实施例中，感测阵列1021包括被设置为二维矩阵(也被称为XY矩阵)的电极1022(1)-1022(N)(其中，N是正整数)。感测阵列1021经由传输多个信号的一条或更多条模拟总线1015被耦合到处理设备1010的引脚1013(1)-1013(N)。在感测阵列1021中，前三个电极(即，电极1022(1)-(3))连接到电容感测电路1001且接地，这示出了自电容配置。最后一个电极(即1022(N))具有连接到电容感测电路1001的两个端子，这示出了互电容配置。应当注意，其他电极1022也可以具有连接到电容感测电路1001的两个端子。在没有模拟总线的可选实施例中，每个引脚可以替代地被连接到生成发送(TX)信号的电路或者连接到独立的接收(RX)传感器电路。感测阵列1021可包括多维电容感测阵列。多维感测阵列包括被组织为行和列的多个感测元件。在另一个实施例中，感测阵列1021操作为所有点可寻址(“APA”)的互电容感测阵列。感测阵列1021可被设置成具有平坦的表面轮廓。可选地，感测阵列1021可以具有非平坦的表面轮廓。可选的，可以使用电容式感测阵列的其他配置。例如，代替垂直列和水平行，感测阵列1021可以具有六边形布置等。在一个实施例中，感测阵列1021可被包括在铟锡氧化物(ITO)面板或触摸屏面板中。在一个实施例中，感测阵列1021是电容式感测阵列。在另一个实施例中，感测阵列1021是非透明电容式感测阵列(例如，PC触控板)。在一个实施例中，感测阵列被配置成使得处理设备1010可以针对在电容式感测阵列附近检测到的触摸而生成触摸数据，该触摸数据被表示为多个单元。

在一个实施例中，电容感测电路1001可以包括将电容转换为测量的值的CDC或其他装置。电容感测电路1001也可以包括测量振荡器输出的计数器或计时器。处理设备1010还可以包括将计数值(例如，电容值)转换为触摸检测判定或相对幅值的软件部件。应注意的是，测量电容有各种已知方法，诸如电流相对于电压的相移测量、电阻器-电容器充电计时、电容桥分压器(capacitive bridge divider)、电荷转移、逐次逼近、∑-δ调制器、电荷累积电路、场效应、互电容、频移或其他电容测量算法。然而，应注意的是，替代相对于阈值评估原始计数，电容感测电路1001可以评估其它测量值以确定用户交互。例如，在具有∑-δ调制器的电容感测电路1001中，电容感测电路1001评估输出的脉冲宽度的比率(即，密度域)，而不是评估原始计数在特定阈值之上或之下。

在另一个实施例中，电容感测电路1001包括TX信号生成器和接收器(也被称为感测通道)，该TX信号生成器生成要被施加到TX电极的TX信号(例如，刺激信号)，该接收器(诸如积分器)被耦合以测量在RX电极上的RX信号。在又一实施例中，电容感测电路1001包括耦合到接收器的输出端以将测量的RX信号转换成数字值的模数转换器(ADC)。该数字值可以由处理设备1010、主机1050或两者进一步处理。

处理设备1010被配置成检测诸如感测阵列1021的触摸感测设备上的一个或更多个触摸。处理设备可检测导电物体，诸如触摸物体(手指或无源触控笔、有源触控笔、或其任意组合)。电容感测电路1001可测量感测阵列1021上的触摸数据。触摸数据可被表示为多个单元，每个单元代表感测阵列1021的感测元件(例如，电极)的交叉(intersection)。电容式感测元件是导电材料(诸如铜、银、铟锡氧化物(ITO)、金属网、碳纳米管等)的电极。感测元件也可以是ITO面板的一部分。电容式感测元件可以用于允许电容感测电路1001测量自电容、互电容或其任意组合。在另一个实施例中，由电容感测电路1001测量的触摸数据可以由处理设备1010处理，以生成感测阵列1021(例如，电容式感测阵列)的2D电容图像。在一个实施例中，当电容感测电路1001测量触摸感测设备(例如，电容式感测阵列)的互电容时，电容感测电路1001确定触摸表面上的触摸感测物体的2D电容图像并处理数据以获得峰和位置信息。在另一实施例中，处理设备1010是获得诸如来自感测阵列的电容触摸信号数据集的微控制器，并且在微控制器上执行的手指检测固件识别指示触摸的数据集区域、检测和处理峰、计算坐标或其任意组合。该固件可计算对于所得峰的精确坐标。在一个实施例中，该固件可使用计算触摸的质心的质心算法来计算所得到的峰的精确坐标，质心是触摸的质量中心。质心可以是触摸的X/Y坐标。可选地，可使用其它坐标插值算法来确定所得到的峰的坐标。微控制器可向主机处理器报告精确坐标以及其他信息。

在一个实施例中，处理设备1010还包括处理逻辑1002。处理逻辑1002的一些或全部操作可以在固件、硬件、软件或它们的某种组合中实现。处理逻辑1002可以从电容感测电路1001接收信号，并且确定感测阵列1021的状态，诸如是否在感测阵列1021上或附近检测到物体(例如，手指)(例如，确定物体的存在)，解析物体在感测阵列上的位置(例如，确定物体的位置)，跟踪物体的运动，或在触摸传感器处检测到的与物体有关的其它信息。在另一实施例中，处理逻辑1002可以包括电容感测电路1001。

处理逻辑1002可以在电容式触摸屏控制器中实现。在一个实施例中，电容式触摸屏控制器是电容式控制器和/>技术控制器(触摸屏、按钮、滑块、接近度等)，诸如由加利福尼亚州圣何塞市的Cypress半导体公司开发的CY8C[2|3|4|5|6]xxxx系列和CY8CMBRxx系列的CapSense控制器。/>技术可以作为可编程片上系统处理设备中的外围功能提供，该设备由加利福尼亚州圣何塞市的Cypress半导体公司开发，诸如/>1、3、4、5、6设备。/>控制器的感测技术可以解析在触摸屏上的触控笔和多个手指的触摸位置，支持操作系统，并且被优化用于低功率多触摸(multi-touch)手势和全点触摸屏功能。可选地，触摸位置计算功能可以在其他的触摸屏控制器或触摸感测设备中的其他触摸控制器中实现。在一个实施例中，如受益于本公开的本领域普通技术人员将认识到的，可以以其他的触摸过滤算法实现触摸位置计算功能。

在另一个实施例中，处理设备1010可以向主机1050发送原始数据或部分处理过的数据，而不是在处理设备1010中执行处理逻辑1002的操作。如图10所示，主机1050可以包括执行处理逻辑1002的一些或全部操作的判定逻辑1051。判定逻辑1051可以部分或全部实现水排除工具1020。水排除工具1020可以是判定逻辑1051内的模块。可选地，水排除工具1020可以是判定逻辑1051中的算法。主机1050可以从处理设备1010获得原始电容数据，并确定感测阵列1021上发生了触摸还是未发生触摸。判定逻辑1051的操作可以在固件、硬件、软件或它们的组合中实现。主机1050可以包括应用1052中的高级应用编程接口(API)，应用1052对接收到的数据执行例程，诸如补偿灵敏度差异、其他补偿算法、基线更新例程、启动和/或初始化例程、插值操作或缩放操作。关于处理逻辑1002描述的操作可以在判定逻辑1051、应用1052中实现，或在处理设备1010外部的其他硬件、软件和/或固件中实现。在一些其他实施例中，处理设备1010是主机1050。

在另一个实施例中，处理设备1010还可以包括非感测动作块1003。非感测动作块1003可以被用于处理数据和/或从主机1050接收数据/向主机1050传送数据。例如，附加部件可以被实现，以连同感测阵列1021与处理设备1010一起进行操作(例如，键盘、小键盘、鼠标、轨迹球、LED、显示器或其他外围设备)。

如所示的，电容感测电路1001可集成到处理设备1010中。电容感测电路1001可包括用于耦合到外部部件(诸如触摸传感器板(未示出)、感测阵列1021、触摸传感器滑块(未示出)、触摸传感器按钮(未示出)和/或其他设备)的模拟I/O。电容感测电路1001可配置为使用互电容感测技术、自电容感测技术、电荷耦合技术、它们的组合等来测量电容。在一个实施例中，电容感测电路1001使用电荷累积电路、电容调制电路或本领域技术人员已知的其它电容感测方法来操作。在实施例中，电容感测电路1001是Cypress控制器。可选地，可使用其他电容感测电路。如本文所述的互电容感测阵列或触摸屏可以包括透明的、导电感测阵列，其或者设置在视觉显示器本身(例如，LCD监控器)上、中或之下，或者设置在显示器前方的透明基底上、中或之下。在实施例中，TX和RX电极分别被配置成行和列。应当注意的是，在任何选择的组合中，电极的行和列可通过电容感测电路1001配置为TX或RX电极。在一个实施例中，感测阵列1021的TX和RX电极可配置成在第一模式下作为互电容感测阵列的TX和RX电极来操作以检测触摸物体，并且在第二模式下作为耦合电荷接收器(coupled-chargereceiver)的电极来操作以检测在感测阵列的相同电极上的触控笔。在被激活时生成触控笔TX信号的触控笔被用于将电荷耦合到电容式感测阵列，来代替测量在RX电极和TX电极(包括一个或更多个感测元件)的交叉处的互电容，如在互电容感测期间完成的那样。两个感测元件之间的交叉可理解为一个感测电极越过另一感测电极或与另一感测电极重叠、同时保持彼此的电流隔离的位置。与TX电极和RX电极之间的交叉相关联的电容可通过选择TX电极和RX电极的每个可用组合来感测。当触摸物体(即，导电物体)(诸如手指或触控笔)接近感测阵列1021时，触摸物体导致一些TX/RX电极之间的互电容减小。在另一个实施例中，手指的存在增加了电极的耦合电容。因此，可通过识别在RX电极和TX电极之间具有减小的耦合电容的RX电极以及在RX电极上测量到减小的电容之时TX信号被施加到的TX电极，来确定手指在感测阵列1021上的位置。因此，通过依次确定与电极的交叉相关联的电容，可确定一个或更多个输入的位置。应当注意的是，该过程可通过确定感测元件的基线来校准感测元件(RX和TX电极的交叉)。还应当注意的是，如本领域普通技术人员将认识到的，可使用插值以比行/列间距更好的分辨率来检测手指位置。另外，如本领域普通技术人员将认识到的，可使用各种类型的坐标插值算法来检测触摸的中心。

还应当注意的是，本文描述的实施例不限于具有将处理设备耦合到主机的配置，而且可包括测量感测设备上的电容并将原始数据发送到通过应用对其分析的主机计算机的系统。在另一实施例中，由处理设备1010完成的处理在主机中完成。

处理设备1010可以驻留在公共载体基板(诸如例如集成电路(IC)管芯基板或多芯片模块基板)上。可选地，处理设备1010的部件可以是一个或更多个单独的集成电路和/或分立部件。在一个实施例中，处理设备1010可以是由加利福尼亚州圣何塞市的Cypress半导体公司开发的可编程片上系统处理设备。下面参照图11示出并描述了/>处理设备的一个实施例。可选地，处理设备1010可以是本领域的普通技术人员已知的一种或更多种其他处理设备，诸如微处理器或中央处理单元、控制器、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程设备。在可选实施例中，例如，处理设备1010可以是网络处理器，该网络处理器具有包括核心单元和多个微引擎的多个处理器。另外，处理设备1010可以包括通用处理设备和专用处理设备的任意组合。

电容感测电路1001可集成到处理设备1010的IC中，或者可选地，集成在单独的IC中。可选地，电容感测电路1001的描述可被生成和编译以并入到其它集成电路中。例如，描述电容感测电路1001或其部分的行为级代码可使用硬件描述语言(诸如VHDL或Verilog)来生成，并且被存储到机器可访问介质(例如，CD-ROM、硬盘、软盘等)。此外，行为级代码可被编译成寄存器传输级(“RTL”)代码、网表或者甚至电路布局，并被存储到机器可访问介质。行为级代码、RTL代码、网表和电路布局可代表用于描述电容感测电路1001的各种抽象级。

应当注意的是，电子系统1000的部件可包括上述所有部件。可选地，电子系统1000可包括上述部件中的一些。

在一个实施例中，电子系统1000用在平板计算机中。可选地，电子设备可被用于其他的应用中，诸如笔记本电脑、移动手持终端、个人数据助理(“PDA”)、键盘、电视、远程控制器、监控器、手持多媒体设备、手持媒体(音频和/或视频)播放器、手持游戏机设备、用于销售交易点的签名输入设备、电子书阅读器、全球定位系统(“GPS”)或控制面板等。本文描述的实施例不限于用于笔记本实现的触摸屏或触摸传感器板，而且可用于其他电容式感测实现中，例如，感测设备可以是触摸传感器滑块(未示出)或触摸传感器按钮(例如，电容感测按钮)。在一个实施例中，这些感测设备包括一个或更多个电容式传感器或其它类型的电容感测电路。本文描述的操作不限于笔记本指针操作，而且可包括其他操作，诸如照明控制(调光器)、音量控制、图形均衡器控制、速度控制或需要渐进或离散调整的其他控制操作。还应当注意的是，电容式感测实现的这些实施例可与非电容式感测元件结合使用，非电容式感测元件包括但不限于拾取按钮、滑块(例如显示器亮度和对比度)、滚轮、多媒体控制(例如，音量、轨道前进等)手写识别和数字小键盘操作。

电子系统1000包括电容式按钮1023。电容式按钮1023连接到处理设备1010。在一个实施例中，电容式按钮1023可以是单个电极。在另一个实施例中，电容式按钮1023可以是一对电极。在一个实施例中，电容式按钮1023设置在基板上。在一个实施例中，电容式按钮1023可以是感测阵列1021的一部分。在另一个实施例中，电容式按钮可以是与感测阵列1021分离的。在一个实施例中，电容式按钮1023可以用于自电容扫描模式下。在另一个实施例中，电容式按钮1023可以用于互电容扫描模式下。在一个实施例中，电容式按钮1023可以用于自电容扫描模式和互电容扫描模式下。可选地，电容式按钮1023用于本文所述的多级电容测量过程中。电容式按钮1023也可以是一个或更多个不同的按钮。

图11示出了处理设备的核心架构1100的实施例，诸如由Cypress半导体公司(加利福尼亚州圣何塞市)提供的/>系列产品中使用的核心架构。在一个实施例中，核心架构1100包括微控制器1102。微控制器1102包括CPU(中央处理单元)核心1104、闪存程序储存装置1106、DOC(片上调试)1108、预取缓冲器1110、私有SRAM(静态随机存取存储器)1112和特殊功能寄存器1114。在实施例中，DOC 1108、预取缓冲器1110、私有SRAM 1112和特殊功能寄存器1114耦合到CPU核心1104(例如CPU核心1104)，而闪存程序储存装置1106耦合到预取缓冲器1110。

核心架构1100还可以包括CHub(核心集线器)1116，Chub 1116包括桥1118和经由总线1122耦合到微控制器1102的DMA控制器1120。Chub 1116可以提供微控制器1102及其外设(例如外设)与存储器和可编程核心1124之间的主要数据和控制接口。可以对DMA控制器1120进行编程，以在系统元件之间传输数据，而不会给CPU核心1104增加负担。在各个实施例中，在CPU核心1104的每次选择或不同类型的CPU核心1104中，微控制器1102和CHub 1116的这些子部件中的每个子部件可以是不同的。Chub 1116还可以耦合到共享SRAM 1126和SPC(系统性能控制器)1128。私有SRAM 1112独立于共享SRAM 1126，共享SRAM 1126由微控制器1102通过桥1118进行访问。CPU核心1104在不经过桥1118的情况下访问私有SRAM1112，因此允许本地寄存器和RAM访问与对共享SRAM 1126的DMA访问同时发生。虽然在这里被标记为SRAM，但是在各个其他实施例中，这些存储器模块可以是任何适合类型的各种各样的(易失性或非易失性)存储器或数据储存模块。

在各个实施例中，可编程核心1124可以包括子部件的各种组合(未示出)，这些子部件包括但不限于数字逻辑阵列、数字外设、模拟处理通道、全局路由模拟外设(globalrouting analog peripherals)、DMA控制器、SRAM和其他适当类型的数据储存装置、IO端口和其他合适类型的子部件。在一个实施例中，可编程核心1124包括GPIO(通用IO)和EMIF(扩展存储器接口)块1130(以提供扩展微控制器1102的外部片外访问的机制)、可编程数字块1132、可编程模拟块1134和特殊功能块1136，每一个都被配置为实现一个或更多个子部件功能。在各个实施例中，特殊功能块1136可以包括专用(例如，不可编程的)功能块和/或包括到专用功能块的一个或更多个接口，诸如USB、晶体振荡器驱动器、JTAG等。

可编程数字块1132可以包括数字逻辑阵列，该数字逻辑阵列包括数字逻辑块阵列和相关联的路由。在一个实施例中，数字块架构包括UDB(通用数字块)。例如，每个UDB可以包括ALU和CPLD功能。

在各个实施例中，可编程数字块1132中的一个或更多个UDB可以被配置为执行各种数字功能，该数字功能包括但不限于下列功能中的一个或更多个：基本I2C从；I2C主；SPI主或从；多线(例如，3线)SPI主或从(例如，在单管脚上复用的MISO/MOSI)；定时器和计数器(例如，一对8比特定时器或计数器、一个16比特定时器或计数器，一个8比特采集定时器等)；PWM(例如，一对8比特PWM、一个16比特PWM、一个8比特死区PWM等)；电平敏感的I/O中断发生器；正交编码器；UART(例如，半双工)；延迟线；以及可在多个UDB中实现的任何其他合适类型的数字功能或数字功能的组合。

在其他实施例中，附加功能可以使用一组两个或更多个UDB来实现。仅为了说明的目的而不是限制，下列功能可以使用多个UDB来实现：I2C从，其支持硬件地址检测、以及处理完整事务而无需CPU核心(例如CPU核心1104)干预并帮助阻止数据流中的任意比特上的强制时钟拉伸(force clock stretching)的能力；I2C多主，其可以包括在单块中的从选项；任意长度(例如，多达32比特)的PRS或CRC；SDIO；SGPIO；数字相关器(例如，具有多达32比特、带有4倍过采样并支持可配置阈值)；LINbus接口；Δ-∑调制器(例如，具有差分输出对、用于D类音频DAC)；I2S(立体声)；LCD驱动控制(例如，UDB可以用于实现对LCD驱动块的定时控制并提供显示RAM寻址)；全双工UART(例如，7比特、8比特或9比特，带有1比特或2比特停止位和奇偶校验位，以及RTS/CTS支持)；IRDA(发送或接收)；采集定时器(例如，16比特等)；死区PWM(例如，16比特等)；SMbus(包括在软件中使用CRC格式化SMbus包)；无刷电机驱动器(例如，以支持6/12步进换流(step commutation))；自动波特率检测和发生(例如，对于从1200到115200波特的标准速率，自动确定波特率，并在检测后生成所需时钟以生成波特率)；以及可以在多个UDB中实现的任何其他合适类型的数字功能或数字功能的组合。

可编程模拟块1134可以包括模拟资源，该模拟资源包括但不限于比较器、混频器、PGA(可编程增益放大器)、TIA(跨阻抗放大器)、ADC(模数转换器)、DAC(数模转换器)、电压参考、电流源、采样保持电路、以及任何其他合适类型的模拟资源。可编程模拟块1134可以支持各种模拟功能，该模拟功能包括但不限于模拟路由、LCD驱动IO支持、电容感测、电压测量、电机控制、电流到电压转换、电压到频率转换、差分放大、光测量、感应位置监控、滤波、音圈驱动、磁卡读取、声学多普勒测量、回波测距、调制解调器传输和接收编码或任何其他合适类型的模拟功能。

对于低成本单层或多层设计，上述实施例允许减少水对感测设备的影响，以及允许触摸按钮的小形状因子。这些实施例中的一些需要额外的屏蔽层或外部电容器来承载屏蔽信号。在参照图8描述的其他实施例中，通过在面板的触摸侧上使用导电层，可以有不需要附加屏蔽层或外部电容器的设计。在一个实施例中，导电层具有自导电材料。在面板的触摸侧上，自导电材料可以具有将近1-2倍的液体电导率(例如，水具有大约或50K欧姆/平方)。导电层可以是用于防水实现的主要覆盖层或附加覆盖层。例如，这种结构可以与不允许屏蔽电极连接到电容感测引脚的自电容感测微控制器一起使用。可选地，如受益于本公开的本领域普通技术人员将认识到的，该结构可以与其他电容感测设备和液体一起使用。

本文所述的实施例可用于互电容感测系统、自电容感测系统或者这二者的组合的各种设计中。在一个实施例中，电容感测系统检测在阵列中被激活的多个感测元件，并且可分析在相邻感测元件上的信号图案以将噪声与实际信号分离。如受益于本公开的本领域普通技术人员将认识到的，本文描述的实施例不限于特定的电容感测解决方案，而且也可与包括光学感测解决方案的其他感测解决方案一起使用。

在以上的描述中，阐述了许多细节。然而，对于受益于本公开的本领域普通技术人员将明显的是，本公开的实施例可在没有这些特定细节的情况下进行实践。在一些实例中，众所周知的结构和设备以框图形式而不是详细地示出，以免使本说明书模糊。

详细描述的一些部分依据对计算机存储器内的数据位的操作的算法和符号表示来呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员使用来最有效地向本领域的其他技术人员传达他们工作的实质的手段。算法在此处并且通常被设想为导致期望结果的自我一致的步骤序列。这些步骤是需要对物理量进行物理操作的那些步骤。通常，虽然不是必须的，但是这些量采用能够被存储、传输、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、术语、数字等等(主要出于习惯用法的原因)已被证明有时是方便的。

然而，应当记住，所有的这些术语和类似的术语与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量的方便标记。除非特别声明，否则如从上述讨论中明显可见，应当认识到，在整个描述中，使用诸如“确定”、“检测”、“比较”、“重置”、“添加”、“计算”等术语的讨论是指计算系统或类似的电子计算设备的动作和过程，其操纵在计算系统的寄存器和存储器内被表示为物理(例如，电子)量的数据并将该数据变换为在计算系统存储器或寄存器或其他此类信息储存、传输或显示设备内类似地被表示为物理量的其它数据。

本文中使用的单词“示例”或“示例性”意为作为示例、实例或例证。本文中被描述为“示例”或“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为与其他方面或设计相比是优选或者有利的。而是，单词“示例”或“示例性”的使用旨在以具体的方式来提出概念。如在本申请中所使用的，术语“或”旨在意指包含性的“或”而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有说明或从上下文中是清楚的，否则“X包括A或B”旨在意指自然包含的排列中的任一个。也就是说，如果X包括A；X包括B；或X包括A和B二者，那么在前述实例中的任一个下满足“X包括A或B”。另外，如在本申请和所附权利要求中使用的冠词“一(a)”和“一(an)”通常应该被解释为意指“一个或更多个”，除非另有说明或从上下文中清楚地理解为针对单数形式。此外，贯穿全文的术语“实施例”或“一个实施例”或“实现”或“一个实现”的使用不旨在意指同一个实施例或实现，除非如此描述。

本文描述的实施例还可涉及用于执行本文操作的装置。该装置可出于所需的目的而被特别构造，或者它可包括由被存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可以被存储在非暂时性计算机可读存储介质中，诸如但不限于包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘的任意类型的盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、闪存、或适用于存储电子指令的任何类型的介质。术语“计算机可读存储介质”应当被认为包括存储一个或更多个指令集的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式的数据库和/或相关联的高速缓存以及服务器)。术语“计算机可读介质”也应当被认为包括能够存储、编码或携带用于由机器执行并使得机器实施任何一个或更多个本实施例的方法的指令集的任何介质。术语“计算机可读存储介质”相应地应当被认为包括，但不限于，固态存储器、光介质、磁介质、能够存储用于由机器执行并使得机器实施任何一个或更多个本实施例的方法的指令集的任何介质。

本文呈现的算法和显示不是固有地与任何特定计算机或其他装置相关。各种通用系统可以根据本文的教导与程序一起使用，或者可能证明构建更专用的装置以执行所需的方法步骤是方便的。用于这些系统中的各种系统所需的结构将出现于以下描述中。另外，本实施例没有参考任何特定的编程语言来描述。将认识到，可以使用各种编程语言来实现如本文所述的实施例的教导。

以上描述阐述了许多特定细节，诸如特定系统、部件、方法等的示例，以便提供对本公开的若干实施例的良好理解。然而，对于本领域的技术人员将明显的是，本公开的至少一些实施例可在没有这些特定细节的情况下进行实践。在其他实例中，众所周知的部件或方法没有详细描述或者是以简单的框图的形式来呈现，以避免不必要地使本实施例模糊。因此，以上阐述的特定细节仅仅是示例性的。特定的实现可以与这些示例性细节不同并且仍然被设想为在本实施例的范围内。

将要理解的是，以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。在阅读并且理解以上描述之后，许多其他实施例对于本领域的技术人员将是明显的。因此，本实施例的范围应参考所附权利要求连同这些权利要求有权要求的等效物的整个范围来确定。

Claims (20)

1.一种电子设备，包括：

耦合到触摸按钮的电容测量电路，所述触摸按钮包括基本上被外电极包围的内电极；和

耦合到所述电容测量电路的处理元件，其中，所述处理元件使用两级测量过程来确定所述触摸按钮是否被按压，所述两级测量过程包括：

第一级，其中在有源屏蔽信号耦合到所述外电极的同时，所述电容测量电路进行所述内电极的第一自电容测量；以及

第二级，其中在固定电压耦合到所述内电极的同时，进行所述外电极的第二自电容测量。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述电容测量电路包括比率电容测量电路。

3.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述电容测量电路包括多配置自电容测量电路。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述内电极包括第一表面面积，所述外电极包括第二表面面积，其中，所述第一表面面积和所述第二表面面积基本相似。

5.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述电容测量电路包括：

选择电路；以及

耦合到所述选择电路的电容数字转换电路，并且其中，所述处理元件包括水排除逻辑，以使用所述第一自电容测量和所述第二自电容测量来确定所述触摸按钮是否被按压。

6.根据权利要求5所述的电子设备，其中，所述电容数字转换电路包括：

可编程电流源，其选择性地耦合到第一节点；

驱动器，其包括耦合到参考电压的输入端和选择性地耦合到第二节点的输出端；

比较器，其耦合到所述第一节点和所述参考电压；

触发器，其耦合到所述比较器的输出端；

抽取器，其耦合到所述触发器的输出端，并选择性地耦合到所述第一节点；和

调制器电容器，其耦合在所述第一节点和接地之间。

7.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：

耦合到所述内电极的第一多路复用器，所述第一多路复用器在所述第一级中选择性地将所述内电极耦合到所述电容测量电路，并且在所述第二级中选择性地将所述内电极耦合到固定电压节点；和

耦合到所述外电极的第二多路复用器，所述第二多路复用器在所述第一级中选择性地将所述外电极耦合到参考电压，并且在所述第二级中选择性地将所述外电极耦合到所述电容测量电路。

8.根据权利要求7所述的电子设备，其中，所述固定电压节点是接地端子。

9.根据权利要求7所述的电子设备，其中，所述电容测量电路包括：

选择电路；

耦合到所述选择电路的电容数字转换电路；

第一开关，其耦合在所述电容测量电路的第一节点和第三节点之间，所述第一开关在所述电容测量电路的第一阶段中连接所述第一节点和所述第三节点；

第二开关，其耦合在所述第三节点和接地之间，所述第二开关在所述电容测量电路的第二阶段中将所述第三节点接地；

第三开关，其耦合在所述电容数字转换电路的驱动器和所述电容测量电路的第二节点之间，其中所述驱动器的输入端耦合到参考电压并且所述驱动器的输出端经由所述第三开关选择性地耦合到所述第二节点，所述第三开关在所述第一阶段中在所述第二节点上驱动参考电压；和

第四开关，其耦合在所述第二节点和接地之间，所述第四开关在所述第二阶段中将所述第二节点接地。

10.一种多级电容测量方法，包括：

在两级测量过程的第一级中将双电极触摸按钮的内电极耦合到电容测量电路；

在所述第一级中将所述双电极触摸按钮的外电极耦合到有源屏蔽信号，所述内电极基本上被所述外电极包围；

在所述第一级中，当所述有源屏蔽信号耦合到所述外电极时，由所述电容测量电路测量所述内电极的第一自电容测量值；

在所述两级测量过程的第二级中将所述外电极耦合到所述电容测量电路；

在所述第二级中将所述内电极耦合到固定电压；

当所述固定电压耦合到所述内电极时，由所述电容测量电路测量所述外电极的第二自电容测量值；和

使用所述第一自电容测量值和所述第二自电容测量值来确定所述双电极触摸按钮是否被按压。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

将所述第一自电容测量值与第一使能阈值进行比较；

将所述第二自电容测量值与第二使能阈值进行比较；

将所述第一自电容测量值和所述第二自电容测量值之间的差值与第三使能阈值进行比较；

当1)所述第一自电容测量值大于所述第一使能阈值，2)所述第二自电容测量值大于所述第二使能阈值，且3)所述差值大于所述第三使能阈值时，检测到所述双电极触摸按钮被按压的激活；以及

当1)、2)或3)中的任何一个为假时，检测到所述双电极触摸按钮未被按压的去激活。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

当1)设置了水标志时，重置所述双电极触摸按钮的存储属性；

当2)所述第一自电容测量值不大于触摸噪声阈值并且3)所述第二自电容测量值大于所述第二使能阈值时，重置所述存储属性；

当4)设置了所述水标志并且5)所述第二自电容测量值小于水使能阈值的一半时，重置所述存储属性；

当6)所述第二自电容测量值大于所述水使能阈值并且7)所述第一自电容测量值大于所述第二使能阈值时，设置所述水标志；以及

当7)为假时，检测到所述双电极触摸按钮未被按压的去激活。

13.根据权利要求10所述的方法，还包括：

将所述第一自电容测量值与第一使能阈值进行比较；

将所述第二自电容测量值与第二使能阈值进行比较；

将所述第一自电容测量值和所述第二自电容测量值的比率与第三使能阈值进行比较；

当1)所述第一自电容测量值大于所述第一使能阈值，2)所述第二自电容测量值大于所述第二使能阈值，且3)所述比率大于所述第三使能阈值时，检测到所述双电极触摸按钮被按压的激活；以及

当1)、2)或3)中的任何一个为假时，检测到所述双电极触摸按钮未被按压的去激活。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

当1)设置了水标志时，重置所述双电极触摸按钮的存储属性；

当2)所述第一自电容测量值不大于触摸噪声阈值并且3)所述第二自电容测量值大于所述第二使能阈值时，重置所述存储属性；

当4)设置了所述水标志并且5)所述第二自电容测量值小于水使能阈值的一半时，重置所述存储属性；

当6)所述第二自电容测量值大于所述水使能阈值并且7)所述第一自电容测量值大于所述第二使能阈值时，设置所述水标志；以及

当7)为假时，检测到所述双电极触摸按钮未被按压的去激活。

15.根据权利要求10所述的方法，还包括：

将所述第一自电容测量值与第一使能阈值进行比较；

将所述第二自电容测量值与第二使能阈值进行比较；

将所述第一自电容测量值和所述第二自电容测量值之间的差值与第三使能阈值进行比较；

将所述第一自电容测量值和所述第二自电容测量值的比率与第四使能阈值进行比较；

当1)所述第一自电容测量值大于所述第一使能阈值，2)所述第二自电容测量值大于所述第二使能阈值，3)所述差值大于所述第三使能阈值，并且4)所述比率大于所述第四使能阈值时，检测到所述双电极触摸按钮被按压的激活；以及

当1)、2)、3)或4)中的任何一个为假时，检测到所述双电极触摸按钮未被按压的去激活。

16.一种电子系统，包括：

双电极触摸按钮，其包括基本上被外电极包围的内电极；和

处理设备，其耦合到所述双电极触摸按钮，其中，所述处理设备包括：

电容测量电路，其选择性地耦合到所述双电极触摸按钮的所述内电极和所述外电极；和

处理元件，其耦合到所述电容测量电路，其中，所述处理元件使用两级测量过程来确定所述双电极触摸按钮是否被按压，所述两级测量过程包括：

第一级，其中在有源屏蔽信号耦合到所述外电极的同时，

所述电容测量电路进行所述内电极的第一自电容测量；以及

第二级，其中在固定电压耦合到所述内电极的同时，进行所述外电极的第二自电容测量。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述电容测量电路包括比率电容测量电路或多级自电容测量电路中的至少一个。

18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述电容测量电路包括：

选择电路；以及

耦合到所述选择电路的电容数字转换电路，并且其中，所述处理元件包括水排除逻辑，以使用所述第一自电容测量和所述第二自电容测量来确定所述双电极触摸按钮是否被按压。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述电容数字转换电路包括：

可编程电流源，其选择性地耦合到第一节点；

驱动器，其包括耦合到参考电压的输入端和选择性地耦合到第二节点的输出端；

比较器，其耦合到所述第一节点和所述参考电压；

触发器，其耦合到所述比较器的输出端；

抽取器，其耦合到所述触发器的输出端，并选择性地耦合到所述第一节点；和

调制器电容器，其耦合在所述第一节点和接地之间。

20.根据权利要求16所述的系统，其中，所述处理设备还包括：

耦合到所述内电极的第一多路复用器，所述第一多路复用器在所述第一级中选择性地将所述内电极耦合到所述电容测量电路，并且在所述第二级中选择性地将所述内电极耦合到固定电压节点；和

耦合到所述外电极的第二多路复用器，所述第二多路复用器在所述第一级中选择性地将所述外电极耦合到参考电压，并且在所述第二级中选择性地将所述外电极耦合到所述电容测量电路。