CN111984143A - 自动校准每个通道的电容的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种用于自动校准每个通道的电容的装置和方法，用于测量当电路被设计时由于每个电容感测通道的布线的长度的差异而导致的各自通道的寄生电容值，并且添加每个通道的唯一校准电容值以使得所有通道具有预设的相同参考电容值。具体而言，用于自动校准每个通道的电容的装置包括触摸感测设备和电容测量和校准设备，该触摸感测设备包括多个触摸感测区域，并且电容测量和校准设备用于分别测量连接到多个触摸感测区域的通道的寄生电容，并且在每个通道连接到寄生电容时将每个通道的唯一校准电容添加到相应的通道以获取预设的参考电容。

Description

自动校准每个通道的电容的装置和方法
技术领域
本公开涉及一种用于自动校准每个通道的电容的装置和方法，并且更具体地涉及一种用于测量由于设计电路时的每个电容感测通道的布线长度的差异而导致的各个通道的寄生电容值并且添加每个通道的唯一校准电容值使得所有通道具有预先设置的相同参考电容值的自动校准每个通道的电容的装置和方法。
背景技术
近来，已使用电容触摸传感器集成电路(IC)开发和制造了各种类型的电子装置。因此，每当安装和开发触摸传感器IC时，就需要为每个感测通道执行灵敏度测量操作和调整和阈值(THD)电平操作，因此存在开发时间变长并且开发方法不方便的问题。
图1是用于解释形成寄生电容的示图，该寄生电容取决于每个电容感测通道的布线的长度。
参考图1，当设计印刷电路板(PCB)时，根据触摸传感器集成电路((ICs)，多个的)和触摸电极的布置，通过布线(迹线或路线)连接通道。在这种情况下，根据触摸电极的布置改变从触摸传感器IC连接到触摸电极的布线的长度。也就是说，如图中所示，PCB上的电容感测图案键1及键2的布置位置不可避免地设计为具有距触摸传感器IC芯片的不同距离。在这种情况下，在电布线(迹线或布线)中形成具有周围接地(GND)图案的电容值,这被称为寄生电容Cp。基于触摸传感器IC在键1至键3中的形成的寄生电容是不同的，键0的Cp值CP_CS0最低，键2的Cp值CP_CS2最高。触摸电极可以是PCB上的铜膜图案，也可以使用单独的导电设备(金属垫片或弹簧针)进行组装。
因此，基于具有最短布线长度的通道引脚的整个寄生电容(C)值是最低的(CS0和键0)，并且基于具有最长布线长度的通道引脚的整个寄生电容值最高(CS2和键2)。
图2是用于解释常规电容感测触摸传感器的灵敏度值的示图。
首先，图2a和2b示出了由触摸传感器IC测量的与灵敏度有关的数字变化值(Δ或差异数据)。图2a是示出了使用具有5mm、8mm和10mm直径的触摸杆测量的值的图，其相对于对应的通道按时间顺序地使用，并且可以看出，具有最低寄生电容的通道CS0(键0)的灵敏度被测量为高于其他通道。可根据常规触摸传感器IC中的各自通道的不同寄生电容(C)值来改变灵敏度与预定电容值变化(手指电容(CF))的比率。在具有像图2那样的测量结果的最短布线长度的通道引脚CS0的情况下，可以形成最小的寄生电容C值，在触摸期间可以形成最高的灵敏度值。相反，在具有最长布线长度的通道引脚CS2的情况下，可以形成最大的寄生电容C值，并且在触摸期间可以形成最低的灵敏度值。这是因为由触摸棒在电极CS0中形成的电容的变化与原始形成的寄生电容值(总CP_CS0)的比率高于其他的通道CS1和CS2。
图3是用于基于常规电容感测触摸传感器的灵敏度来解释阈值(THD)电平的设置的示图。
以上可以看出，在外部触摸期间，灵敏度与预定电容值的变化(手指电容(CF))的比率根据常规触摸传感器IC中的每一个通道的不同寄生电容值而完全改变。为了确定按压和释放，需要阈值电平。通常，不需要在直径为5π的触摸棒的条件下触摸目标物体，而需要在直径为10π的触摸棒的条件下按压目标物体。通常，THD电平可形成在大约7π的直径处。在图3中，每个通道的灵敏度值电平是不同的，因此，每个通道的THD电平设置的不同。这造成了严重的不便，因为在与灵敏度调整相关的开发过程中，需要检查并设置每个通道的灵敏度值。
发明内容
因此，本公开涉及一种用于自动校准每个通道的电容的装置和方法，用于将每个通道的电容值自动校准至预设的参考电容值，以便简化在电路被设计时由于每个电容感测通道的布线的长度的差异导致的寄生电容的差异而导致的灵敏度调整开发程序。
实施例解决的技术问题不限于前述技术问题，并且根据以下描述，本文中未描述的其他技术问题对于本领域技术人员将变得显而易见。
为了实现这些目的和其他优点，并且根据本发明的目的，如本文具体体现和广泛描述的，一种用于自动校准每个通道的电容的设备包括：触摸感测设备和电容测量和校准设备，所述触摸感测设备包括多个触摸感测区域，所述电容测量和校准设备用于测量分别连接到所述多个触摸感测区域的通道的寄生电容，并将每个通道的唯一校准电容分别添加到对应通道，以在每个通道连接到寄生电容时获取预设参考电容。
电容测量和校准装置可以与寄生电容并联连接。
电容测量和校准设备可以包括校准控制器和电容校准电路，所述校准控制器用于为测量每个通道的寄生电容，以将每个通道的已测量的寄生电容与参考电容进行比较，并且为每一个通道生成对应于比较结果的校准控制信号，所述电容校准电路包括用于为各自对应的通道将校准电容添加到所述各自的通道以响应每一通道的所述校准控制信号的多个电容校准模块通道。
在本公开的另一方面中，一种由所述自动校准每个通道的电容的装置执行的自动校准每个通道的电容的方法，包括测量每个通道的寄生电容，用于为触摸感测设备的每个通道测量所述寄生电容，检测最大寄生电容，用于为各自的通道检测已测量的寄生电容中的最大寄生电容，生成校准控制信号，用于将所述最大寄生电容与每个通道的所述寄生电容进行比较，并且为每个通道生成校准控制信号以响应电容差异，以及添加校准电容，用于将每个校准电容添加到对应的通道以响应所述校准控制信号的对应控制信号，其中所述测量每一通道的所述寄生电容、所述检测所述最大寄生电容及所述产生所述校准控制信号由所述电容测量及校准装置执行，并且其中所述添加所述校准电容由所述多个电容校准模块执行。
在本公开的另一方面中，一种由所述的自动校准每个通道的电容的装置执行的方法包括测量每个通道的寄生电容，用于为触摸感测设备的每个通道测量所述寄生电容，生成校准控制信号，用于将每个通道的已测量的寄生电容与预设的参考电容进行比较，并且为每个通道生成校准控制信号以响应电容差异，添加校准电容，用于将每个校准电容添加到对应的通道，以由多个电容校准模块响应所述校准控制信号的对应控制信号，其中测量每个通道的寄生电容、检测最大寄生电容和生成校准控制信号由电容测量和校准设备执行，其中添加校准电容由多个电容校准模块执行。
附图说明
包括在本申请中以提供对本发明的进一步理解并结合在本申请中并构成本申请的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在所述附图中：
图1是用于解释形成寄生电容的示图，该寄生电容取决于每个电容感测通道的布线的长度；
图2是用于解释常规电容感测触摸传感器的灵敏度值的示图；
图3是用于基于常规电容感测触摸传感器的灵敏度来解释阈值(THD)电平的设置的示图；
图4是根据本公开的实施例展示的用于自动校准每个通道的电容的装置的概念的示图；
图5是根据本公开的实施例展示的通道电容C的自动校准的概念的示图；
图6是用于解释根据本公开的阈值(THD)电平的设置的示图；
图7是根据本公开的实施例展示的自动校准每个通道的电容的方法的配置的示图；
图8是用于解释根据本公开的实施例的自动校准电容的方法的算法的示图；和
图9是根据本公开的另一实施例展示的自动校准每个通道的电容的方法的配置的示图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述本公开的至少一个实施例。在下面的描述中，相同的附图标记表示相同的组件，但是组件在不同的附图中示出。此外，在以下对至少一个实施例的描述中，为了清楚和简洁的目的，将省略本文所结合的已知功能和配置的详细描述。
应当理解，尽管术语第一、第二、A、B、(a)、(b)等可在本文中用于描述本公开的各种元件，但这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开，并且对应元件的实质、顺序或序列不受这些术语限制。将理解的是，当一个元件被称为“连接到”、“耦合到”或“到达”另一元件时，一个元件可以经由另一元件“连接到”、“耦合到”或“到达”另一元件，尽管一个元件可以直接连接到另一元件或直接到达另一元件。
图4是根据本公开的实施例展示的用于自动校准每个通道的电容的装置的概念的示图。图5是根据本公开的实施例展示的通道电容C的自动校准的概念的示图。
参考图4和图5，下面将描述根据本公开的用于自动校准每个通道的电容的装置。
首先，参考图4，根据本公开的用于自动校准每个通道的电容的装置可以包括触摸感测设备10和电容测量和校准设备20，在这种情况下，一起参考图1可以理解基本连接和配置状态。
触摸感测设备10可以包括多个触摸感测区域。也就是说，触摸感测装置10可以包括多个触摸电极11，即，从“键0”到“键N”的(n+1)个触摸电极11。触摸电极11可以通过印刷电路板(PCB)上的铜膜图案形成，并且还可使用单独的导电装置(诸如金属垫片或弹簧销)来组装。对应于电容感测图案的触摸电极11的位置可以具有与电容测量和校准装置20相同或不同的距离。因此，参考图1，根据布线的长度，寄生电容Cp_CS0，Cp_CS1和Cp_CS2不可避免地是不同的。可以看到，触摸电极11的距离电容测量和校准装置20最远的寄生电容是最大的。
电容测量和校准装置20可分别测量连接到多个触摸电极11的通道的寄生电容，且可将每一通道的唯一校准电容添加到对应通道且可在每一通道连接到寄生电容时均衡通道的电容以获取预设参考电容。参考电容可以是最大值、最小值或预设的不同值。
更详细地，电容测量和校准装置20可以包括校准控制器21和电容校准电路22。
校准控制器21可以连接到每个触摸电极11，并且可以测量每个连接的通道的寄生电容。校准控制器21可以将参考电容与每个通道的测量寄生电容进行比较。在比较之后，可为每一通道产生对应于比较结果的校准控制信号S1。校准控制信号S1可以是，例如，用于由最大值形成的通道参考值来自动校准不同通道的电容值以获取相同值的控制命令。
电容校准电路22可以包括多个电容校准模块，用于为各自对应的通道将校准电容添加到各自的通道，以响应每个通道的校准控制信号S1。
一起参考图5，作为电容测量和校准装置20的触摸传感器IC可读取在各自通道中形成的所有电容(C)值，且可校准各自通道的内部电容值。也就是说，各自通道的校准电容可以根据校准控制信号S1通过电容校准电路22被添加到各自通道，并且就此而言，基于由最大值形成的通道电容参考值，其他通道的电容值可以被自动校准。例如，通过校准CS0以添加16pF，并且基于作为CS2的整个电容值的20pF来校准CS1以添加10pF，可以使所有电容值均衡到20pF。
电容测量和校准装置20可以和寄生电容并联连接。也就是说，电容校准模块可以被配置为包括多个电容器的电路，每个电容器与寄生电容并联连接。例如，参考图5，每个寄生电容Cp_CS0,Cp_CS1和Cp_CS2可以和20个电容器并联连接，通/断开关可以和每个电容器连接，每个电容器具有1pF的电容。可以根据校准控制信号S1来操作通/断开关，并且对于彼此并联连接的电容器，可以对所连接的电容器的电容值求和。因此，在“CS0”的情况下，可以将寄生电容值4pF和校准电容值16pF相加，以在连接16个通/断开关时将“CS0”自动校准为20pF。当连接了10个通/断开关时，“CS1”可以自动校准为20pF，并且在没有连接开关的情况下可以保持“CS2”。可以将与寄生电容并联连接的电容器配置为具有小数点而不是整数，例如1.1,1.2,1.3,...，以实现更精确的校准。
图6是用于解释根据本公开的阈值(THD)电平的设置的示图。
图6a示出了在图1中所示的常规配置中，使用具有5π,8π和10π的直径的触摸棒的相应通道CS0、CS1和CS2的灵敏度值，以及用于相应通道的不同设置的THD电平。这导致了严重的不便，因为在与灵敏度调整相关的开发期间需要检查灵敏度值并为每个通道设置灵敏度值。
相反，图6b示出了根据本公开通过与触摸传感器IC的电容值相关的自动校准来测量的灵敏度值和THD电平，并且在不需改变的情况下应用图1的配置。根据本公开，通道CS0、CS1和CS2可以通过电容值自动校准功能具有的相同电容值，因此THD电平可以被管理为一个电平，如图6b所示。因此，除了THD电平设置操作以外，与之相关的操作也可以容易地执行。
图7是根据本公开的实施例展示的自动校准每个通道的电容的方法的配置的示图。图8是用于解释根据本公开的实施例的自动校准电容的方法的算法的示图。一起参考图1和图4至图6的描述来理解基本配置和状态。
参考图7，根据本公开的自动校准每个通道的电容的方法可以使用前述用于自动校准每个通道的电容的装置来执行，并且可以包括测量每个通道的寄生电容(S10)、检测最大寄生电容(S20)、生成校准控制信号(S30)，以及添加校准电容(S40)。
在测量每通道的寄生电容(S10)中，电容测量和校准装置20可以测量触摸感测装置10的每个通道的寄生电容。
在检测到最大寄生电容(S20)中，电容测量和校准装置20可以检测各自通道的已测量的寄生电容的最大寄生电容。
在生成校准控制信号(S30)中，电容测量和校准装置20可以将最大寄生电容与每个通道的寄生电容进行比较，并且为每个通道生成校准控制信号S1以响应电容差异。
在添加校准电容(S40)中，多个校准模块可将每一校准电容添加到对应通道以响应校准控制信号S1的对应控制信号，且添加校准电容(S40)可由前述多个电容校准模块执行。
根据实施例的自动校准每个通道的电容的方法的算法在图8中示出，并且参考图8，可以检查第一触摸感测通道。可以测量各个感测通道的寄生电容值。可以识别所测量的寄生电容值中的最大寄生电容值的通道。然后，如在图5的描述中，所有触摸感测通道的电容值可以被调整到最大的寄生电容值，然后如图6B所示，可以基于调整的值设置THD电平，并且可以执行触摸感测。
前述算法对应于根据实施例的寄生电容值被调整到最大值的情形，并且在实际开发的情况下，参考电容值可以根据需要被不同地设置。图9是根据本公开的另一实施例的显示自动校准每个通道的电容的方法的配置的示图，并且将参考附图描述本实施例。
也就是说，根据本公开的另一实施例的自动校准每个通道的电容的方法可以由前述用于自动校准每个通道的电容的装置执行，并且可以包括测量每个通道的寄生电容(S10)，生成校准控制信号(S30)，以及添加校准电容(S40)。
在测量每通道的寄生电容(S10)中，电容测量和校准装置20可以测量触摸感测装置10的每个通道的寄生电容。
在生成校准控制信号(S30)中，电容测量和校准设备20可以将每个通道已测量的寄生电容与预设参考电容进行比较，并且可以为每个通道生成校准控制信号S1以响应电容差异。
在添加校准电容(S40)中，多个校准模块可将每一校准电容添加到对应通道以响应校准控制信号S1的对应控制信号，且添加校准电容(S40)可由前述多个电容校准模块执行。
也就是说，根据本公开的另一实施例，可以使用预设的参考电容值来代替作为参考的最大寄生电容值。参考电容值可以是最小值或者可以是根据操作环境设置的另一电容值。
根据本公开的前述实施例，不管取决于通道之间布线长度的寄生电容值的差异如何，所有通道可以通过自动校准相应通道的电容值来具有相同的电容值。因此，除了THD电平设置操作以外，与其相关的操作也可以容易地执行。
根据本公开的用于自动校准每个通道的电容的前述设备和方法可具有以下效果。
可以测量连接到多个触摸感测区域的各自通道的寄生电容，并且可以使用电容值相关的自动校准功能，即当每个通道连接到寄生电容时，将每个通道的唯一校准电容添加到相应的通道以获取预设的参考电容，因此，不管具有不同长度的布线的触摸传感器如何，可以为通道形成相同的灵敏度值，设置相同的单个THD电平。
因此，可以简化开发灵敏度调整的步骤，可以容易地开发灵敏度调整，并且可以减少其开发周期。
尽管构成本公开的实施例的所有元件被描述为被集成到单个元件中或被操作为单个元件，但是本公开不一定限于这些实施例。根据实施例，所有元件可以选择性地集成到一个或多个中，并且在本公开的范围内作为一个或多个被操作。除非另外提及，否则本文中所描述的术语“包括”、“包含”或“具有”应被解释为不排除其它元件，而是进一步包含此类其它元件，因为可包含对应元件，除非另有说明。所有包括技术术语或科学术语的术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。通常使用的术语，诸如在字典中定义的术语，应被解释为与来自上下文的相关领域的含义一致。除非在本公开中不同地定义，否则这些术语不应当以理想的或过于正式的方式来解释。
尽管已经示出和描述了本公开的一些实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些示例性实施例进行改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。因此，以上实施例因此在所有方面被解释为说明性的而非限制性的。本发明的范围应当由所附权利要求及其合法等同物确定，而不是由以上描述来确定，并且落入所附权利要求的含义和等效范围内的所有改变都旨在包含在其中。

Claims (5)

1.一种用于自动校准每个通道的电容的装置，包括：
触摸感测设备，包括多个触摸感测区域；和
电容测量及校准装置，配置为分别测量连接到所述多个触摸感测区域的通道的寄生电容，且在每一通道连接到所述寄生电容时将每一通道的唯一校准电容添加到对应通道以获取预设参考电容。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电容测量及校准装置并联连接到所述寄生电容。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述电容测量和校准装置包括：
校准控制器，配置为测量每个通道的寄生电容，以将每个通道的已测量的寄生电容与参考电容进行比较，并且为每一个通道生成对应于比较结果的校准控制信号；和
电容校准电路，其包括多个电容校准模块，所述多个电容校准模块配置为为各自对应的通道将校准电容添加到所述各自的通道以响应每一通道的所述校准控制信号。
4.一种由权利要求1所述的自动校准每个通道的电容的装置执行的自动校准每个通道的电容的方法，所述方法包括：
测量每个通道的寄生电容，用于为触摸感测设备的每个通道测量所述寄生电容；
检测最大寄生电容，用于为各自的通道检测已测量的寄生电容中的最大寄生电容；
生成校准控制信号，用于将所述最大寄生电容与每个通道的所述寄生电容进行比较，并且为每个通道生成校准控制信号以响应电容差异；和
添加校准电容，用于将每个校准电容添加到对应的通道以响应所述校准控制信号的对应控制信号，
其中，所述测量每个通道的所述寄生电容、所述检测所述最大寄生电容、以及所述生成所述校准控制信号由所述电容测量和校准设备执行；和
其中所述添加所述校准电容由所述多个电容校准模块执行。
5.一种由权利要求1所述的自动校准每个通道的电容的装置执行的方法，所述方法包括：
测量每个通道的寄生电容，用于为触摸感测设备的每个通道测量所述寄生电容；
生成校准控制信号，用于将每个通道的已测量的寄生电容与预设的参考电容进行比较，并且为每个通道生成校准控制信号以响应电容差异；
添加校准电容，用于将每个校准电容添加到对应的通道，以由多个电容校准模块响应所述校准控制信号的对应控制信号；和
其中所述测量每个通道的所述寄生电容和所述生成所述校准控制信号由所述电容测量和校准装置执行；和
其中所述添加所述校准电容由所述多个电容校准模块执行。
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