CN112242834A - 具有低功率双感测结构的开关操作感测设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种具有低功率双感测结构的开关操作感测设备。所述开关操作感测设备包括：输入操作单元，包括与壳体一体地形成的第一检测器；电流可变振荡电路，产生振荡信号，并且响应于控制信号调节操作电流，所述振荡信号具有基于因对所述输入操作单元的人体触摸引起的电容的变化或因对所述输入操作单元的非人体触摸引起的电感的变化而变化的频率；输入操作检测电路，基于所述变化的频率的特性而将触摸识别为所述人体触摸或者将触摸识别为所述非人体触摸，并且基于所述触摸的识别来产生具有不同电平的检测信号；以及控制电路，基于所述检测信号来确定感测方式，并且基于所确定的感测方式来产生所述控制信号。

Description

具有低功率双感测结构的开关操作感测设备

本申请要求于2019年7月18日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0087206号韩国专利申请和于2019年10月28日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0134345号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用被包含于此。

技术领域

下面的描述涉及一种具有低功率双感测的开关操作感测设备。

背景技术

可穿戴装置具有更薄、更简单和更简洁的设计通常是有益的。因此，考虑到防尘和防水技术的实施以及具有平滑设计和设计统一感的模型的开发，较少利用现有的机械开关。

为了这种实施和开发的目的，当前正在开发诸如在金属上执行触摸的金属上触摸(ToM)技术、实现触摸面板的电容器感测技术、微机电系统(MEMS)、微应变仪的技术或者类似的技术。此外，正在开发力触摸功能。

现有的机械开关可能需要大的尺寸和内部空间，以便实现开关功能。在外观方面，现有的机械开关还可能具有杂乱的设计，并且可能因为现有的机械开关向外突起的形式、现有的机械开关不与外壳成为一体的结构等而利用大量的空间。

此外，如果与电连接的机械开关直接接触，则存在电击的危险，并且特别地，由于机械开关的当前结构，可能难以实现防尘功能和防水功能。

发明内容

提供本发明内容是为了按照简化的形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的所选择的构思。本发明内容既不意在限定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用作帮助确定所要求保护的主题的范围。

在一总体方面，一种开关操作感测设备包括：输入操作单元，包括与壳体一体地形成的第一检测器；电流可变振荡电路，被配置为产生振荡信号，并且响应于控制信号调节操作电流，所述振荡信号具有基于电容的变化或电感的变化而变化的频率，所述电容的变化是因通过人体在所述输入操作单元的表面上的触摸引起的，所述电感的变化是因通过非人体对象在所述输入操作单元的表面上的触摸引起的；输入操作检测电路，被配置为基于所述变化的频率的特性将在所述输入操作单元的所述表面上的触摸识别为人体触摸或者将在所述输入操作单元的所述表面上的触摸识别为非人体触摸，并且基于所述触摸的识别来产生具有不同电平的检测信号；以及控制电路，被配置为基于所述检测信号来确认电容感测或电感感测，并且基于所确认的电容感测或所确认的电感感测来产生所述控制信号以调节所述操作电流。

所述输入操作检测电路可包括：频率数字转换器，被配置为将所述振荡信号转换为计数值；以及触摸检测电路，被配置为基于所述计数值来识别所述人体触摸和识别所述非人体触摸，并且基于所述触摸的识别来产生具有不同电平的所述检测信号。

所述频率数字转换器还可被配置为通过基于所述振荡信号对参考时钟信号进行计数来产生所述计数值。

所述输入操作单元还可包括第二检测器，所述第二检测器与所述壳体一体地形成并且设置在与所述第一检测器的位置不同的位置处，并且其中，所述第一检测器和所述第二检测器可利用与所述壳体的材料相同的材料形成。

所述电流可变振荡电路可包括：电流调节器，被配置为响应于所述控制信号来调节所述操作电流；以及振荡器，被配置为接收已调节的所述操作电流，当所述第一检测器被所述人体触摸时产生具有谐振频率下降然后上升的第一频率特性的振荡信号，并且当所述第一检测器被所述非人体对象触摸时产生具有谐振频率上升然后下降的第二频率特性的振荡信号。

所述振荡器可包括：电感电路，包括第一线圈元件，所述第一线圈元件设置在所述第一检测器的内侧并且具有在所述非人体触摸被输入到所述第一检测器时变化的电感；以及电容电路，包括电容器元件，所述电容器元件连接到所述电感电路并且具有在所述人体触摸被输入到所述第一检测器时变化的电容。

所述电流调节器可包括：第一反相器电路，连接到所述振荡器，具有第一gm单元，并且在所述人体触摸时被启用；第二反相器电路，与所述第一反相器电路并联连接，具有比所述第一gm单元大的第二gm单元，并且在所述非人体触摸时被启用；第一电阻器，连接在所述第一反相器电路和所述第二反相器电路之间的连接节点与所述振荡器的第一端之间；以及第一开关，与所述第一电阻器并联连接，其中，所述第一开关在所述人体触摸时断开，并且在所述非人体触摸时接通。

所述电流调节器可包括连接在电源电压的端子与地之间的镜像晶体管和电流源，所述镜像晶体管可与所述振荡器形成电流镜，并且所述电流源可连接在所述电源电压的所述端子与所述镜像晶体管之间或者连接在所述镜像晶体管与所述地之间，并且基于所述控制信号产生可变电流。

所述电流调节器可包括：振幅检测电路，被配置为检测所述振荡器的差分信号的振幅并且输出第一检测电压和第二检测电压；以及误差放大器电路，被配置为基于所述振幅检测电路的所述第一检测电压与所述第二检测电压之间的误差电压来控制输出到所述振荡器的所述操作电流。

所述振幅检测电路可包括：第一振幅检测电路，被配置为检测所述振荡器的所述差分信号中的正信号的振幅，并且从第一N沟道场效应晶体管(FET)和第二N沟道场效应晶体管(FET)的共源极输出所述第一检测电压；以及第二振幅检测电路，被配置为检测所述振荡器的所述差分信号中的负信号的振幅，并且从第一P沟道FET和第二P沟道FET的共源极输出所述第二检测电压。

所述频率数字转换器可被配置为：基于参考分频比对参考频率信号进行分频以产生分频参考时钟信号；基于感测分频比对来自所述电流可变振荡电路的所述振荡信号进行分频以产生分频振荡信号；以及输出通过使用所述分频振荡信号对所述分频参考时钟信号进行计数而产生的计数值。

所述频率数字转换器可包括：降频转换器，被配置为接收参考频率信号作为参考时钟信号，基于参考分频比对所述参考时钟信号进行分频以产生分频参考时钟信号，并且对所述参考频率信号的频率进行降频转换；周期定时器，被配置为接收所述振荡信号作为采样时钟信号，并且输出通过使用所述采样时钟信号对从所述降频转换器接收的所述分频参考时钟信号的一个周期时间进行计数而产生的周期计数值；以及级联积分器梳状(CIC)滤波器电路，被配置为输出所述计数值，所述计数值是通过对从所述周期定时器接收的所述周期计数值执行累积放大而产生的。

所述触摸检测电路还可被配置为：对所述计数值进行差分以产生差值；将所产生的差值与预设下降阈值和预设上升阈值中的每个进行比较；以及基于所述比较的结果来输出具有不同电平的所述检测信号，以识别所述人体触摸或所述非人体触摸。

所述触摸检测电路可包括：延迟电路，被配置为将所述计数值延迟基于延迟控制信号确定的时间，并且输出延迟计数值；减法电路，被配置为输出差值，所述差值是通过从来自所述延迟电路的所述延迟计数值减去所述计数值而产生；以及斜率检测电路，被配置为将从所述减法电路接收的所述差值与预设下降阈值和预设上升阈值中的每个进行比较，并且基于所述比较的结果，输出用于识别所述人体触摸的具有第一电平的所述检测信号或者用于识别所述非人体触摸的具有第二电平的所述检测信号。

所述斜率检测电路可被配置为：当所述差值下降然后上升时产生与所述人体触摸对应的具有所述第一电平的所述检测信号，并且当所述差值上升然后下降时产生与所述非人体触摸对应的具有所述第二电平的所述检测信号。

所述控制电路可被配置为：在所述人体触摸时输出包括用于低电流控制的第一控制信号的所述控制信号，并且在所述非人体触摸时输出包括用于高电流控制的第二控制信号的所述控制信号。

所述电子装置可以是蓝牙头戴式耳机、蓝牙耳塞式耳机、智能眼镜、虚拟现实(VR)头戴式装置、增强现实(AR)头戴式装置、家用电器的监视器、计算机、智能电话、车辆的进入钥匙和触控笔中的任意一种。

在一总体方面，一种设备包括：输入操作单元，包括与所述设备的壳体一体地形成的检测器；电流可变振荡电路，被配置为基于因对所述检测器的触摸引起的电抗来产生振荡信号；以及控制电路，被配置为基于所述振荡信号的检测到的频率特性来产生操作信号，并且基于所产生的操作信号来调节操作电流。

所述设备还可包括输入操作检测单元，所述输入操作检测单元被配置为：基于因对所述检测器的所述触摸引起的电容的变化而将所述触摸检测为人体触摸；以及基于因对所述检测器的所述触摸引起的电感的变化而将所述触摸检测为非人体触摸。

所述输入操作检测单元还可被配置为产生识别所述人体触摸的第一频率水平的第一检测信号，并且产生识别所述非人体触摸的第二频率水平的第二检测信号，其中，所述第一频率水平与所述第二频率水平不同。

通过下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。

附图说明

图1A和图1B示出根据一个或更多个实施例的移动装置的外观的示例；

图2示出包括沿着图1A的线I-I'截取的截面结构的开关操作感测设备的示例；

图3示出包括沿着图1B的线I-I'截取的截面结构的开关操作感测设备的另一示例；

图4示出根据一个或更多个实施例的开关操作感测设备的电流可变振荡电路和电路单元的示例；

图5示出根据一个或更多个实施例的不存在触摸的示例中的电流可变振荡电路的示例；

图6示出根据一个或更多个实施例的通过人体的触摸的电容感测方式的示例；

图7示出根据一个或更多个实施例的在通过人体的触摸时的电流可变振荡电路的示例；

图8示出根据一个或更多个实施例的通过非人体对象的触摸的电感感测方式的示例；

图9示出根据一个或更多个实施例的在通过非人体对象的触摸时的电流可变振荡电路的示例；

图10是示出根据一个或更多个实施例的电流可变振荡电路的示例的电路图；

图11是图10的电流可变振荡电路的局部详细电路图；

图12是示出电流可变振荡电路的第二示例性实施例的电路图；

图13是示出根据一个或更多个实施例的电流可变振荡电路的另一示例的电路图；

图14示出图13的振幅检测电路的示例；

图15示出频率数字转换器的示例；

图16示出根据一个或更多个实施例的周期定时器的操作；

图17示出根据一个或更多个实施例的触摸检测电路的示例；

图18示出根据一个或更多个实施例的控制电路的示例；

图19示出根据一个或更多个实施例的在通过人体的触摸时的计数值和差值的示例；

图20示出根据一个或更多个实施例的在通过非人体对象的触摸时的计数值和差值的示例；以及

图21示出根据一个或更多个实施例的开关操作感测设备的应用示例。

在整个附图和具体实施方式中，除非另外描述或提供，否则相同的附图标记将被理解为指示相同的元件、特征和结构。附图可不按照比例绘制，并且为了清楚、说明和方便起见，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。

具体实施方式

提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，对本领域普通技术人员而言，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型和等同物将是显而易见的。在此描述的操作的顺序仅仅是示例，并且不限于在此阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序进行的操作之外，可做出对本领域普通技术人员而言将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对本领域普通技术人员而言将是公知的功能和构造的描述。

在此描述的特征可以以不同的形式实施，并且将不被解释为限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例，使得本公开将是透彻的和完整的，并且将向本领域普通技术人员充分传达本公开的范围。

在此，注意的是，关于示例或实施例的术语“可”的使用(例如，关于示例或实施例可包括或实现什么)意味着存在包括或实现这样的特征的至少一个示例或实施例，而全部示例和实施例不限于此。

在整个说明书中，当诸如层、区域或基板的元件被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”所述另一元件“上”、直接“连接到”所述另一元件或直接“结合到”所述另一元件，或者它们之间可存在一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，它们之间可不存在其他元件。

如在此使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任意一项和任意两项或更多项的任意组合。

尽管可在此使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分将不受这些术语的限制。更确切地说，这些术语仅用来将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称作第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。

为了易于描述，在此可使用诸如“上方”、“上面”、“下方”和“下面”的空间相对术语来描述如附图中示出的一个元件与另一元件的关系。这样的空间相对术语意在除了包含附图中描绘的方位之外还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则描述为相对于另一元件位于“上方”或“上面”的元件则将相对于另一元件位于“下方”或“下面”。因此，术语“上方”根据装置的空间方位包括“上方”和“下方”两种方位。装置还可以以其他方式被定位(例如，旋转90度或者处于其他方位)，并且将相应地解释在此使用的空间相对术语。

在此使用的术语仅用于描述各种示例且不用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

由于制造技术和/或公差，可发生附图中所示的形状的变化。因此，在此描述的示例不限于附图中所示的具体形状，而是包括在制造期间发生的形状的改变。

在此描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管在此描述的示例具有各种构造，但是在理解本申请的公开内容后将是显而易见的其他构造是可行的。

附图可不按照比例绘制，并且为了清楚、说明和方便起见，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。

图1A和图1B是示出根据一个或更多个实施例的移动装置的外观的示例的示图。

参照图1A，可应用示例的移动装置10可包括触摸屏11、壳体500和输入操作单元SWP，输入操作单元SWP包括第一开关构件(或第一检测器)SM1，第一开关构件SM1替代机械按钮开关。

参照图1B，可应用示例的移动装置10可包括触摸屏11、壳体500和输入操作单元SWP，输入操作单元SWP包括第一开关构件(或第一检测器)SM1和第二开关构件(或第二检测器)SM2，第一开关构件SM1和第二开关构件SM2替代机械按钮开关。

在图1B中，为了便于说明，已经示出了输入操作单元SWP包括第一开关构件SM1和第二开关构件SM2的示例，但是可以理解，输入操作单元SWP不限于如上所述的仅包括第一开关构件和第二开关构件，并且开关构件的数量可以以与第一开关构件和第二开关构件类似的方式增加。

作为示例，参照图1A和图1B，移动装置10可以是诸如智能手机、个人计算机、笔记本等的便携式装置，或者可以是诸如智能手表等的可穿戴装置，并且不限于特定装置，而可以是便携式电子装置或可穿戴电子装置或者具有用于操作控制的开关的电子装置或电气装置。在此关于示例或实施例的术语“可”的使用(例如，关于示例或实施例可包括什么或者可实现什么)意味着存在包括或实现这样的特征的至少一个示例或实施例，而所有示例和实施例不限于此。

壳体500可以是暴露在电子装置外部的外壳。在开关操作感测设备应用于移动装置的示例中，壳体500可以是设置在移动装置10的一侧或多侧上的盖。作为示例，壳体500可与设置在移动装置10的后表面上的盖一体地形成，或者可与设置在移动装置10的后表面上的盖分开地形成。

如上所述，壳体500可以是电子装置的外壳，并且不需要特别地受限于特定位置、形式或结构。

参照图1B，第一开关构件SM1和第二开关构件SM2中的每个可设置在移动装置的壳体500中，但不限于此。开关操作感测设备可设置在电子装置的壳体中。第二开关构件SM2可设置在与第一开关构件SM1的位置不同的位置处，但不限于此。

第一开关构件SM1和第二开关构件SM2可设置在移动装置的盖中。在该示例中，盖可以是除了触摸屏之外的盖，例如，侧盖、后盖或可以形成在前表面的一部分上的盖。为了便于说明，将描述第一开关构件SM1和第二开关构件SM2设置在移动装置的侧盖(作为壳体的示例)中的示例，但是第一开关构件SM1和第二开关构件SM2不限于此。

图2示出包括沿着图1A的线I-I'截取的截面结构的开关操作感测设备的示例。

参照图2，根据示例的开关操作感测设备可包括输入操作单元SWP、电流可变振荡电路600、操作检测电路(也称为输入操作检测电路或输入操作检测单元)700和控制电路800。

输入操作单元SWP可包括与电子装置的壳体500一体地形成的至少一个第一开关构件SM1。作为示例，第一开关构件SM1可包括与壳体500的材料相同的材料。

电流可变振荡电路600可产生振荡信号LCosc，并且响应于控制信号或操作信号SC(DF和DFB)来调节操作电流，所述振荡信号LCosc具有基于电容的变化或电感的变化而变化的频率，所述电容的变化是基于对通过输入操作单元SWP的人体的触摸的检测而发生的，所述电感的变化是基于对通过输入操作单元SWP的非人体对象或构件的触摸的检测而发生的。

在示例中，电流可变振荡电路600可包括电感电路610和电容电路620。作为示例，振荡信号LCosc中包含的频率是指谐振频率(或振荡频率)。

作为示例，在感测方式是电容感测方式的示例中，电流可变振荡电路600可响应于控制信号SC(DF和DFB)而产生第一操作电流，并且在感测方式是电感感测方式的示例中，电流可变振荡电路600可响应于控制信号SC(DF和DFB)而产生第二操作电流。作为示例，由于在电感感测方式中需要大电流，所以第二操作电流可大于第一操作电流。

操作检测电路700可基于来自电流可变振荡电路600的振荡信号LCosc中包含的谐振频率的特性来识别并区分通过人体发起的触摸和通过非人体对象发起的触摸，并且基于该识别来产生具有不同电平的检测信号DF。

作为示例，操作检测电路700可包括频率数字转换器710和触摸检测电路750。

频率数字转换器710可将从电流可变振荡电路600接收到的振荡信号LCosc转换为计数值L_CNT。作为示例，频率数字转换器710可通过使用振荡信号LCosc对参考时钟信号进行计数来产生计数值L_CNT。

触摸检测电路750可基于从频率数字转换器710输入的计数值L_CNT来识别通过人体的触摸和通过非人体对象的触摸，并且基于该识别来输出具有不同电平的检测信号DF。这里，在通过人体进行触摸输入时，可发生电容的变化，在通过非人体对象进行触摸输入时，可发生电感的变化。

另外，控制电路800可基于从触摸检测电路750接收到的触摸检测信号DF来确认电容感测和电感感测中的一种感测方式，并且产生控制信号SC(DF和DFB)，所述控制信号SC(DF和DFB)调节电流可变振荡电路600的操作电流以使其适合于所确认的感测方式。

将参照图2中壳体在方向A上的正视图来描述输入操作单元SWP的第一示例。

作为示例，输入操作单元SWP可包括第一开关构件SM1，并且在示例中，第一开关构件SM1可与壳体500一体地形成。因此，第一开关构件SM1可利用与壳体500的材料相同的材料形成。然而，这仅是示例，并且第一开关构件SM1可利用与壳体500的材料不同的材料形成。

作为示例，当壳体500为诸如金属的导体时，第一开关构件SM1也可为导体，并且当壳体500为诸如塑料的绝缘体时，第一开关构件SM1也可为绝缘体。

参照图2中第一线圈元件611在方向A上的正视图，电感电路610可包括设置在第一开关构件SM1内侧且具有电感Lind的第一线圈元件611。

电容电路620可包括连接到电感电路610且具有电容Cext的电容器元件621。作为示例，电容电路620可包括在通过人体触摸输入操作单元SWP时产生的触摸电容Ctouch(参见图7)。触摸电容Ctouch可如图7所示地产生，并且可增加电流可变振荡电路600的总的电容。

作为示例，第一线圈元件611可包括线圈图案611-P，线圈图案611-P以绕组型连接在设置在印刷电路板(PCB)611-S上的第一焊盘PA1和第二焊盘PA2之间。线圈图案611-P可以是PCB图案。第一焊盘PA1和第二焊盘PA2可通过基板200电连接到电流可变振荡电路600。

第一线圈元件611可设置在基板200的第一表面(例如，上表面)上，并且集成电路IC和电容器元件621(诸如，多层陶瓷电容器(MLCC)等)可设置在基板200的第二表面(例如，下表面)上。

作为示例，电路单元CS可包括电流可变振荡电路600的一部分、频率数字转换器710、触摸检测电路750和控制电路800。

基板200可包括印刷电路板(PCB)和柔性印刷电路板(FPCB)中的一种。基板200不限于此，并且可以是其中可形成电路图案的板(例如，包括PCB的各种电路板之一)或面板(例如，用于面板级封装(PLP)的面板)。

图2中示出的开关操作感测设备的结构仅是示例，并且开关操作感测设备不限于具有这样的结构。

已经在图2中描述了第一开关构件SM1，但是针对第一开关构件SM1的描述也可应用于第二开关构件SM2(参见图1B)。作为示例，在开关操作感测设备包括第一开关构件SM1和第二开关构件SM2的情况下，一个电路单元CS可处理具有分别与第一开关构件和第二开关构件对应的不同谐振频率的振荡信号。

在本公开中的各个附图中，将省略对于由相同附图标记表示并且具有相同功能的组件的不必要的重复描述，并且将描述各个附图中彼此不同的内容。

根据下面描述的每个示例的开关操作感测设备可包括多个开关构件。在示例中，多个开关构件可具有其中它们被布置成行的结构或者可具有其中它们被水平地和竖直地布置的矩阵结构。

在本公开中示出了开关操作感测设备包括第一开关构件SM1或者第一关构件SM1和第二开关构件SM2的示例，但是这仅是为了便于说明的示例，并且开关操作感测设备不限于此。

参照如上所述的针对第一开关构件SM1和第二开关构件SM2的描述，可理解的是，开关操作感测设备包括三个或更多个开关构件以及一个开关构件和两个开关构件。

在示例中，开关构件(多个开关构件中的一个)可与壳体500一体地形成。这里，术语“一体地”是指在制造时将开关构件和壳体制造为一体的单一结构，在制造开关构件和壳体之后，开关构件可不与壳体分离，开关构件和壳体彼此不机械地分离，并且开关构件和壳体之间根本不存在间隙，而不管开关构件和壳体的材料彼此是相同还是不同。

在本公开中的各个附图中，将省略对于由相同附图标记表示并且具有相同功能的组件的不必要的重复描述，并且将描述各个附图中彼此不同的内容。

图3示出包括沿着图1B的线I-I'截取的截面结构的开关操作感测设备的另一示例。

参照图3，根据示例的开关操作感测设备可包括输入操作单元SWP，输入操作单元SWP包括第一开关构件SM1和第二开关构件SM2。

第一开关构件SM1和第二开关构件SM2中的每个可与壳体500一体地形成，并且可包括与壳体500的材料相同的材料。

另外，电流可变振荡电路600(参见图2)的电感电路610(参见图2)可包括第一线圈元件611和第二线圈元件612，并且电流可变振荡电路600(参见图2)的电容电路620可包括电容器元件621。第一线圈元件611、第二线圈元件612、电容器元件621和电路单元CS可安装在基板200上。

第一线圈元件611可设置在第一开关构件SM1的内侧，并且第二线圈元件612可设置在第二开关构件SM2的内侧。

根据如上所述的示例的开关操作感测设备可包括多个开关构件。在示例中，开关操作感测设备可包括分别与多个开关构件对应的多个线圈元件，以基于多个开关构件中的每个的触摸来产生具有不同谐振频率的振荡信号。

作为示例，第一开关构件SM1和第二开关构件SM2可利用与壳体500的材料相同的材料形成。然而，这仅是示例，并且第一开关构件SM1和第二开关构件SM2可利用与壳体500的材料不同的材料形成。当壳体500为诸如金属的导体时，第一开关构件SM1和第二开关构件SM2也可为导体，并且当壳体500为诸如塑料的绝缘体时，第一开关构件SM1和第二开关构件SM2也可为绝缘体。

另外，第一线圈元件611和第二线圈元件612可设置在基板200的第一表面(例如，上表面)上，并且电路单元CS和电容器元件621(诸如，MLCC等)可设置在基板200的第二表面(例如，下表面)上。这样的设置结构仅是示例，并且开关操作感测设备的设置结构不限于此。

第一线圈元件611和第二线圈元件612可设置在基板200的一个表面上以便彼此间隔开，并且可连接到形成在基板200上的电路图案。例如，第一线圈元件611和第二线圈元件612中的每个可以是单独的线圈元件、片式电感器等(诸如，螺线管线圈、绕组型电感器等)，但不限于此，并且可以是具有电感的元件。

在构成第一开关构件SM1和第二开关构件SM2的导体利用具有高电阻(例如，100KΩ)的金属形成的示例中，第一开关构件SM1和第二开关构件SM2之间的干扰可减小，使得开关操作感测设备可实际应用于电子装置。

图4示出根据一个或更多个实施例的开关操作感测设备的电流可变振荡电路和电路单元的示例。

参照图4，根据示例的开关操作感测设备可包括电流可变振荡电路600、操作检测电路700和控制电路800。

电流可变振荡电路600可包括电流调节器680和振荡器650。电流调节器680可响应于控制信号SC来调节操作电流。振荡器650可接收由电流调节器680调节的操作电流，当第一开关构件SM1被人体触摸时产生具有第一频率特性的振荡信号LCosc，并且当第一开关构件SM1被非人体对象触摸时产生具有第二频率特性的振荡信号LCosc。

振荡器650可包括LC谐振电路，LC谐振电路包括电感电路610和电容电路620。

电感电路610可包括设置在第一开关构件SM1内侧的第一线圈元件611，并且包括当非人体对象触摸输入到第一开关构件SM1时变化的电感。电容电路620可包括连接到电感电路610的电容器元件621，并且可包括当人体触摸输入到第一开关构件SM1时变化的电容。

在示例中，电路单元CS可包括电流可变振荡电路600的电流调节器680和振荡器650的一部分、频率数字转换器710、触摸检测电路750和控制电路800。在该示例中，电流可变振荡电路600的振荡器650的一部分可以是除了一些组件或元件之外的电路。

另外，电路单元CS可包括或者可不包括电容器元件。在电容器元件621不包括在电路单元CS中的示例中，开关操作感测设备可包括与电路单元CS分开设置的电容器元件621(诸如，MLCC等)。在每个示例中，电路单元CS可以是或者可以不是集成电路。

操作检测电路700可基于来自电流可变振荡电路600的振荡信号LCosc中包括的谐振频率的特性来识别通过人体发起的触摸和通过非人体对象发起的触摸，并且基于该识别来产生具有不同电平的检测信号DF。

作为示例，操作检测电路700可包括频率数字转换器710和触摸检测电路750。频率数字转换器710可使用参考分频比N对参考频率信号fref(参见图15)进行分频以产生分频参考时钟信号DOSC_ref(参见图15)，并且输出通过使用振荡信号LCosc对分频参考时钟信号DOSC_ref(参见图15)进行计数而产生的计数值L_CNT。

触摸检测电路750可对从频率数字转换器710接收到的计数值L_CNT进行差分以产生差值Diff(参见图17)，将差值Diff(参见图17)与预设阈值F_TH和R_TH(参见图17)进行比较，并且基于比较结果输出具有不同电平的检测信号DF(Detect_Flag)，以识别人体触摸操作或非人体对象触摸操作。

在示例中，计数值L_CNT可以是通过数字信号处理(而不是模拟信号处理)利用计数处理操作产生的数字值。因此，计数值L_CNT可不通过简单的模拟放大器的信号放大来产生，并且可根据示例中提出的频率数字转换器710的计数处理操作来产生。这样的计数处理操作可能需要参考时钟信号(例如，参考频率信号)和采样时钟信号(例如，振荡信号)，这将在下面描述。

参照图2和图4，例如，如上所述，电流可变振荡电路600可包括电感电路610和电容电路620。

电感电路610可包括设置在第一开关构件SM1内侧的第一线圈元件611，并且电容电路620可包括连接到电感电路610的电容器元件621。

作为示例，当通过人体发起的触摸被输入到第一开关构件SM1时，电流可变振荡电路600可产生具有第一频率特性(其中，谐振频率下降然后上升)的振荡信号LCosc，并且当通过非人体对象发起的触摸被输入到第一开关构件SM1时，电流可变振荡电路600可产生具有第二频率特性(其中，谐振频率上升然后下降)的振荡信号LCosc。

作为示例，电感电路610可包括当通过非人体对象发起的触摸被输入到第一开关构件SM1时变化的电感，并且电容电路620可包括当通过人体发起的触摸被输入到第一开关构件SM1时变化的电容。

作为示例，第一线圈元件611可安装在基板200上，并且可附着到第一开关构件SM1的内侧表面。

图5示出根据一个或更多个实施例的不存在触摸输入的情况下的电流可变振荡电路的示例。

参照图5，如上所述，电流可变振荡电路600可包括电流调节器680和振荡器650，并且振荡器650可包括电感电路610和电容电路620。

在未检测到通过非人体对象的触摸输入的示例中，电感电路610可包括第一线圈元件611的电感Lind。在未检测到通过人体的触摸输入的示例中，电容电路620可包括电容器元件621(诸如MLCC)的电容Cext(2Cext和2Cext)。

如上所述，振荡器650可包括并联谐振电路，该并联谐振电路包括具有第一线圈元件611的电感(Lind)的电感电路610和具有电容器元件621的电容Cext(2Cext和2Cext)的电容电路620。

在未检测到通过人体或非人体对象的触摸的示例中，电流可变振荡电路600的第一谐振频率fres1可由以下式1表示：

式1：

fres1≒1/2πsqrt(Lind×Cext)。

在式1中，≒是指“相等”或“相似”。这里，“相似”意味着可进一步包括其他值。

在示例中，根据触摸与移动装置的壳体500一体地形成的第一开关构件SM1的触摸表面的对象，当输入通过人体的触摸时，可应用电容感测方式，并且当输入通过非人体对象的触摸时，可应用电感感测方式。因此，对象中的人体和非人体对象可彼此区分开。例如，人体可以是人的手，并且非人体对象可以是不是人体的一部分的导体，诸如，金属等。

图6示出根据一个或更多个实施例的通过人体的触摸的电容感测方式。

参照图6，在存在通过人体的触摸的示例中，电流可变振荡电路600的电容电路620还可包括通过人体的触摸形成的触摸电容Ctouch。因此，总的电容可变化。

在人体(例如，手)触摸第一开关构件SM1的触摸表面的示例中，可应用电容感测原理，使得总的电容增加。因此，电流可变振荡电路600的第一谐振频率fres1(式1)可减小。

图7示出根据一个或更多个实施例的在通过人体的触摸时的电流可变振荡电路的示例。

图7示出电容电路的示例。

参照图7，电流可变振荡电路600可包括在通过人体的触摸输入时形成的触摸电容Ctouch(Ccase、Cfinger和Cgnd)以及在电容电路620中包括的电容器元件621的电容Cext(2Cext和2Cext)。

参照图7，触摸电容Ctouch(Ccase、Cfinger和Cgnd)可以是彼此串联连接的壳体电容Ccase和手指电容Cfinger以及在电路接地与大地之间的接地电容Cgnd。

因此，可以看出，与图5的电流可变振荡电路600相比，图7的电流可变振荡电路600的总的电容可变化。

在电容2Cext和2Cext由等效电路表示的示例中，在等效电路中，电容2Cext和2Cext基于电路接地被划分为一个电容2Cext和另一个电容2Cext，壳体电容Ccase、手指电容Cfinger和接地电容Cgnd可并联连接到一个电容2Cext或另一个电容2Cext。

在存在触摸输入的示例中，电流可变振荡电路600的第二谐振频率fres2可由以下式2表示：

式2:

fres2≒1/{2πsqrt(Lind×[2Cext∥(2Cext+CT)])}

CT≒Ccase∥Cfinger∥Cgnd。

在式2中，≒是指“相等”或“相似”。这里，“相似”意味着可进一步包括其他值。在式2中，Ccase是存在于壳体(盖)与第一线圈元件611之间的寄生电容，Cfinger是人体电容，并且Cgnd是电路接地与大地之间的接地回路电容。

另外，在式2中，||定义如下：“a||b”是电路中“a”和“b”的串联连接，并且其和被计算为“(a×b)/(a+b)”。

当将式1(不存在触摸输入的示例)和式2(存在通过人体的触摸输入的示例)相互比较时，可以看出，式1的电容2Cext增大到式2的电容(2Cext+CT)，并且其中不存在通过人体的触摸输入的第一谐振频率fres1因此减小到其中存在通过人体的触摸输入的第二谐振频率fres2。

再次参照图7，电流可变振荡电路600可在不存在通过人体的触摸输入的示例中产生具有第一谐振频率fres1的振荡信号，或者在存在通过人体的触摸输入的示例中产生具有第二谐振频率fres2的振荡信号，并且将产生的振荡信号输出到频率数字转换器710。

相反，参照图8和图9，在诸如导体(金属)的非人体对象触摸第一开关构件SM1的触摸表面的示例中，可应用电感感测原理，使得电感由于涡电流而减小，导致谐振频率增大。

如上所述，在使用两种感测方式彼此混合的开关操作感测结构的示例中，可根据振荡信号的谐振频率的变化方向(谐振频率是下降然后上升还是上升然后下降)来将通过人体的触摸和通过非人体对象的触摸彼此区分开。

图8示出通过非人体对象的触摸输入的电感感测方式，并且图9示出在通过非人体对象的触摸时的电流可变振荡电路的示例。

参照图8和图9，在诸如导体(金属)的非人体对象触摸第一开关构件SM1的触摸表面的示例中，可应用电感感测原理，使得电感由于涡电流而减小，从而导致谐振频率增大。

在示例中，当通过诸如金属的非人体对象的触摸输入到移动装置的壳体500的第一开关构件SM1的触摸表面时，可应用电感感测方式。因此，可检测通过非人体对象的触摸输入。

参照图9，当通过诸如金属的非人体对象的触摸输入到第一开关构件SM1时，由于第一开关构件SM1与第一线圈元件611之间的磁力的变化，电感可减小(即，Lind-ΔLind)，使得谐振频率增大。因此，可检测通过非人体对象的触摸输入。

下面将描述图8和图9中示出的电感感测原理。

首先，当振荡电路操作时，可在电感中产生交流(AC)电流，从而产生磁场(H场)。在该示例中，当金属触摸开关构件时，电感器的磁场(H场)可对金属产生影响以产生循环电流，即，涡电流。然后，可由于涡电流而产生反向的磁场，这使得电感器的磁场(H场)减小。因此，电感器的现有电感可减小，从而导致谐振频率的增大。

更具体地，可根据人体(例如，手)是否触摸壳体的开关构件或者导体(金属)是否触摸壳体的开关构件，来做出谐振频率的C(电容)是否改变或者谐振频率的L(电感)是否改变的确定，并且可基于谐振频率的C(电容)是否改变或者谐振频率的L(电感)是否改变来做出谐振频率是增大还是减小的确定。两个系统之间的另一个大的差异可以是电流消耗。

例如，电感感测的电流消耗应当远大于电容感测的电流消耗。在电容感测中，可基本上忽略与距离成比例的特性变化，但是为了电感感测的目的，如上所述，应当产生与距离成反比的足够量的涡电流。

如上所述，实现单个开关构件的开关操作感测设备可用于启用电容感测和电感感测，检测通过人体的触摸和通过非人体对象的触摸，并且区分和识别通过人体的触摸和通过非人体对象的触摸之间的差异。下面将描述将通过人体的触摸和通过非人体对象的触摸彼此区分和识别的操作。

图10是示出根据一个或更多个实施例的电流可变振荡电路的示例的电路图。

参照图10，电流可变振荡电路600可包括电流调节器680A和振荡器650A。

电流调节器680A可包括第一反相器电路INT_Lgm、第二反相器电路INT_Hgm、第一电阻器R1和第一开关SW1。

第一反相器电路INT_Lgm可连接到振荡器650A，可具有第一gm单元Lgm，并且可响应于控制信号SC(DF和DFB)而在通过人体的触摸输入时以电容感测方式被启用(或者导通)。

第二反相器电路INT_Hgm可与第一反相器电路INT_Lgm并联连接，可具有第二gm单元Hgm，并且可响应于控制信号SC(DF和DFB)而在通过非人体对象的触摸输入时以电感感测方式被启用(或者导通)。第一电阻器R1可连接在第一反相器电路INT_Lgm和第二反相器电路INT_Hgm之间的连接节点N1与振荡器650A的一端T1之间。

第一开关SW1可与第一电阻器R1并联连接，并且可在感测到通过人体的触摸时以电容感测方式被断开，并且可在感测到通过非人体对象的触摸时以电感感测方式被接通。

当实现图10的电流可变振荡电路600时，电流可变振荡电路600的电流调节器680A可根据其中电容感测和电感感测彼此组合的系统中的感测方式通过选择小的第一gm单元Lgm和大的第二gm单元Hgm中的一者来调节操作电流，并且可因此降低电流消耗。例如，第一反相器电路INT_Lgm和第二反相器电路INT_Hgm保持电流可变振荡电路中的谐振以允许产生振荡信号。

在壳体的第一开关构件(例如，玻璃壳体)被人体(例如，手)触摸的示例中，谐振频率具有第一频率特性(谐振频率下降然后上升的特性)，并且因此识别出感测方式是基于第一频率特性的电容感测，使得可输出具有第一电平(例如，高电平)的检测信号Detect_Flag。可选地，在第一开关构件被非人体对象(例如，金属)触摸的示例中，谐振频率具有第二频率特性(谐振频率上升然后下降的特性)，并且因此识别出感测方式是基于第二频率特性的电感感测，使得可输出具有第二电平(例如，低电平)的检测信号Detect_Flag。

如上所述，电流可变振荡电路600可根据检测信号Detect_Flag是具有第一电平(例如，高电平)还是具有第二电平(例如，低电平)来选择并操作作为示例的不同的gm单元Lgm或Hgm，并且因此降低电流消耗。

在检测信号Detect_Flag具有第一电平(例如，高电平)的示例中，控制电路800(参见图2)可输出包括具有第一电平(例如，高电平)的DF信号和具有第二电平(例如，低电平)的DFB信号的控制信号SC(DF和DFB)。相反，在检测信号Detect_Flag具有第二电平(例如，低电平)的示例中，控制电路800(参见图2)可输出包括具有第二电平(例如，低电平)的DF信号和具有第一电平(例如，高电平)的DFB信号的控制信号SC(DF和DFB)。

在控制信号SC包括具有第一电平(例如，高电平)的DF信号和具有第二电平(例如，低电平)的DFB信号的示例中，感测方式是电容感测。因此，电流可变振荡电路600可选择具有小的第一gm单元Lgm的第一反相器电路INT_Lgm，并且使第一开关SW1断开，使得与第一开关SW1并联连接的第一电阻器R1(例如，千欧至兆欧)可见，并且操作电流因此减小。

在控制信号SC包括具有第二电平(例如，低电平)的DF信号和具有第一电平(例如，高电平)的DFB信号的示例中，感测方式是电感感测。因此，电流可变振荡电路600可选择具有大的第二gm单元Hgm的第二反相器电路INT_Hgm，并且使第一开关SW1接通，使得与第一开关SW1并联连接的第一电阻器R1(例如，千欧至兆欧)不可见，并且操作电流相对地增大。

具体地，电流可变振荡电路600可基于控制信号SC(DF和DFB)选择并操作如上所述的gm单元。例如，电流可变振荡电路600可在感测方式是电感感测时选择大的第二gm单元Hgm，并且在感测方式是电容感测时选择小的第一gm单元Lgm。当不存在第一开关SW1时，可能不存在操作问题。然而，当使用第一开关SW1时，可改善性能。

图11示出图10的电流可变振荡电路的局部详细电路图。

参照图10和图11，第一反相器电路INT_Lgm可包括堆叠在电源端子与接地端子之间的四个晶体管MP11、MP12、MN11和MN12。在示例中，四个晶体管MP11、MP12、MN11和MN12中的分别连接到电源端子和接地端子的晶体管MP11和MN12可以是响应于控制信号DF和DFB执行开关操作的操作开关元件，并且四个晶体管MP11、MP12、MN11和MN12中的两个中间晶体管MP12和MN11可以是执行互补开关操作的反相器开关元件。

基于控制信号DF和DFB，第一反相器电路INT_Lgm的操作开关元件MP11和MN12可在电容感测模式下导通，并且可在电感感测模式下断开。

与第一反相器电路INT_Lgm类似，第二反相器电路INT_Hgm也可包括堆叠在电源端子与接地端子之间的四个晶体管MP21、MP22、MN21和MN22。在示例中，四个晶体管MP21、MP22、MN21和MN22中的分别连接到电源端子和接地端子的晶体管MP21和MN22可以是响应于控制信号DF和DFB执行开关操作的操作开关元件，并且四个晶体管MP21、MP22、MN21和MN22中的两个中间晶体管MP22和MN21可以是执行互补开关操作的反相器开关元件。

基于控制信号DF和DFB，第二反相器电路INT_Hgm的操作开关元件MP21和MN22可在电容感测模式下断开，并且可在电感感测模式下导通。

更具体地，在控制信号中的DF信号具有第一电平(例如，高电平)的示例中，感测方式可以是电容感测方式。在该示例中，由于DF信号具有第一电平(例如，高电平)并且DFB信号具有第二电平(例如，低电平)，所以第一反相器电路INT_Lgm可操作并且可使第二反相器电路INT_Hgm断开以供应第一操作电流。

相反，在控制信号中的DF信号具有第二电平(例如，低电平)的示例中，感测方式可以是电感感测方式。在该示例中，由于DF信号具有第二电平(例如，低电平)并且DFB信号具有第一电平(例如，高电平)，所以第二反相器电路INT_Hgm可操作并且可使第一反相器电路INT_Lgm断开以供应大于第一操作电流的第二操作电流。

图12是示出电流可变振荡电路的示例的电路图。

参照图12，电流可变振荡电路600可包括电流调节器680B和振荡器650B。

电流调节器680B可包括连接在电源电压VDD的端子与地之间的镜像晶体管M6-1和电流源682。

镜像晶体管M6-1可连接在电源电压VDD的端子与地之间以与振荡器650B形成电流镜。

电流源682可连接在电源电压VDD的端子与镜像晶体管M6-1之间或者连接在镜像晶体管M6-1与地之间，并且可基于控制信号SC来产生变化的电流。

振荡器650B可包括第一交叉耦合晶体管对M1和M2、第二交叉耦合晶体管对M3和M4以及电流调节晶体管M5。

第一交叉耦合晶体管对M1和M2以及第二交叉耦合晶体管对M3和M4可与电感电路610或电容电路620并联连接，并且可通过电感电路610和电容电路620产生具有谐振频率的振荡信号LCosc。

电流调节晶体管M5可与电流调节器680B形成电流镜，以产生由电流调节器680B调节的操作电流，并且将所产生的操作电流供应到第一交叉耦合晶体管对M1和M2以及第二交叉耦合晶体管对M3和M4。

作为示例，电流源682可被调节以调节通过电流调节晶体管M5供应到振荡电路(包括第一交叉耦合晶体管对M1和M2以及第二交叉耦合晶体管对M3和M4)的电流。

在电流源682是可根据感测方式调节电流的电流源的示例中，当感测方式是电感感测方式时，可选择高电流模式以允许相对大的电流从电流源682流出，并且当感测方式是电容感测方式时，可选择低电流模式以允许相对小的电流从电流源682流出。

图13是示出根据一个或更多个实施例的电流可变振荡电路的另一示例的电路图。

参照图13，电流可变振荡电路600可包括电流调节器680C和振荡器650C。

电流调节器680C可包括振幅检测电路683和误差放大器电路684。

振幅检测电路683可包括第一振幅检测电路683-1和第二振幅检测电路683-2。

第一振幅检测电路683-1可检测振荡器650C的差分信号中的正信号Vd+的振幅，并且从第一N沟道场效应晶体管(FET)MN1和第二N沟道场效应晶体管(FET)MN2的共源极输出第一检测电压Vd1。

第二振幅检测电路683-2可检测振荡器650C的差分信号中的负信号Vd-的振幅，并且从第一P沟道FET MP1和第二P沟道FET MP2的共源极输出第二检测电压Vd2。

振荡器650C可产生具有相位彼此相反的正信号Vd+和负信号Vd-的差分信号Vd+和Vd-。例如，振荡器650C可以是可产生具有相位彼此相反的正信号Vd+和负信号Vd-的差分信号Vd+和Vd-的电路。作为示例，振荡器650C可包括差分振荡器电路或差分放大器电路，但不限于此。

作为示例，振荡器650C可使用由电流调节晶体管M5调节的电流来执行振荡操作，以产生具有相位彼此相反的正信号Vd+和负信号Vd-的差分信号Vd+和Vd-。

振幅检测电路683可检测差分信号Vd+和Vd-的振幅，并且输出第一检测电压Vd1和第二检测电压Vd2。

误差放大器电路684可基于第一检测电压Vd1与第二检测电压Vd2之间的误差电压来控制振荡器650C。作为示例，误差放大器电路684可由运算放大器实现，该运算放大器具有接收第一检测电压Vd1的同相输入端子、接收第二检测电压Vd2的反相输入端子以及输出第一检测电压Vd1与第二检测电压Vd2之间的电压差Vc(即，Vd1-Vd2)的输出端子。

图14示出图13的振幅检测电路的示例。

参照图13和图14，振幅检测电路683可包括第一振幅检测电路683-1和第二振幅检测电路683-2。

第一振幅检测电路683-1可包括第一N沟道FET MN1和第二N沟道FET MN2以及第一电流源IS1。第一N沟道FET MN1和第二N沟道FET MN2可具有共同连接到电源电压VDD的端子的漏极、分别接收负信号Vd-和正信号Vd+的栅极以及彼此共同连接的源极。

第一电流源IS1可连接在第一N沟道FET MN1和第二N沟道FET MN2的共源极与地之间，并且可提供电流In。

第一振幅检测电路683-1可检测正信号Vd+的振幅，并且从第一N沟道FET MN1和第二N沟道FET MN2的共源极输出如由以下式3表示的第一检测电压Vd1：

式3：

Vd1＝Vmax-Vgsn。

在式3中，Vmax是正信号Vd+的峰值，并且Vgsn是第一N沟道FET MN1的栅极-源极电压。

另外，在图14中，C21是电容器，其可通过将诸如AC分量或类似分量的噪声旁路到地来使第一检测电压Vd1稳定。

第二振幅检测电路683-2可包括第二电流源IS2以及第一P沟道FET MP1和第二P沟道FET MP2。

第二电流源IS2可被构造为具有连接到电源电压VDD的端子的第一端和连接到第一P沟道FET MP1和第二P沟道FET MP2的共源极的第二端。

第一P沟道FET MP1和第二P沟道FET MP2可具有共同与第二电流源IS2的第二端连接的源极、分别接收正信号Vd+和负信号Vd-的栅极以及共同连接到地的漏极。

第二电流源IS2可连接在电源电压VDD的端子与第一P沟道FET MP1和第二P沟道FET MP2的共源极之间，并且可提供电流Ip。

第二振幅检测电路683-2可检测负信号Vd-的振幅，并且从第一P沟道FET MP1和第二P沟道FET MP2的共源极输出如由以下式4表示的第二检测电压Vd2：

式4：

Vd2＝Vmin-Vgsp。

在式4中，Vmin是负信号Vd-的峰值，并且Vgsp是第一P沟道FET MP1的栅极-源极电压。

另外，在图14中，C22是电容器，其可通过将诸如AC分量等的噪声旁路到地来使第二检测电压Vd2稳定。

图15示出频率数字转换器的示例。

参照图15，作为示例，频率数字转换器710可使用参考分频比N对参考频率信号fref进行分频以产生分频参考时钟信号DOSC_ref＝fref/N，并且输出通过使用振荡信号LCosc对分频参考时钟信号DOSC_ref进行计数而产生的计数值L_CNT。数字频率转换器710可被配置为通过启用或停用数字频率转换器710的操作来执行CAL_hold功能。例如，当CAL_hold＝0时，数字频率转换器710操作并且对计数值L_CNT进行更新，并且当CAL_hold＝1时，数字频率转换器710停止操作并且停止更新计数值L_CNT。

作为示例，如以下式5所表示的，频率数字转换器710可使用参考分频比N对参考频率信号fref进行分频以产生分频参考时钟信号DOSC_ref＝fref/N，使用感测分频比M对来自电流可变振荡电路600的振荡信号LCosc进行分频，并且输出通过使用分频振荡信号LCosc/M对分频参考时钟信号DOSC_ref进行计数而产生的计数值L_CNT。

可选地，频率数字转换器710可使用分频感测信号对分频参考信号进行计数。

式5：

L_CNT＝(N×LCosc)/(M×fref)

在式5中，LCosc是振荡信号的频率(振荡频率)，fref是参考频率，N是参考频率(例如，32Khz)分频比，并且M是谐振频率分频比。

如式5所表示的，将振荡频率LCosc除以参考频率fref意味着使用振荡信号LCosc对参考频率fref的周期进行计数。当以这种方式获得计数值L_CNT时，可使用低参考频率fref，并且计数的准确度可增加。

频率数字转换器(FDC)710可包括降频转换器711、周期定时器712和级联积分器梳状(CIC)滤波器电路713。

降频转换器711可接收参考时钟信号CLK_ref，并且对参考时钟信号CLK_ref的频率进行降频转换，其中参考时钟信号CLK_ref是将要计数的定时器的时间周期的参考。

例如，输入到降频转换器711的参考时钟信号CLK_ref可以是振荡信号LCosc和参考频率信号fref中的一个。在参考时钟信号CLK_ref是从谐振电路输入的振荡信号LCosc的示例中，振荡信号LCosc的频率可被降频转换为例如“DOSC_ref＝LCosc/M”，其中M可预先从外部设定。

在参考时钟信号CLK_ref是参考频率信号fref的示例中，参考时钟信号CLK_ref的频率可被降频转换为例如“DOSC_ref＝fref/N”，其中N可预先从外部设定。

在示例中，降频转换器711可接收参考频率信号fref作为参考时钟信号CLK_ref，并且使用参考分频比N对参考时钟信号CLK_ref进行分频以产生分频参考时钟信号DOSC_ref＝CLK_ref/N，从而对参考频率信号fref的频率进行降频转换。

周期定时器712可输出通过使用采样时钟信号CLK_spl对从降频转换器711接收的分频参考时钟信号DOSC_ref的一个周期时间进行计数而产生的周期计数值PCV。例如，周期定时器712可接收振荡信号LCosc作为采样时钟信号CLK_spl，并且输出通过使用采样时钟信号CLK_spl对从降频转换器711接收的分频参考时钟信号DOSC_ref的一个周期时间进行计数而产生的周期计数值PCV。

在示例中，CIC滤波器电路713可包括抽取器CIC滤波器，该抽取器CIC滤波器输出通过对从周期定时器712接收的周期计数值PCV执行累积放大而产生的计数值L_CNT。

抽取器CIC滤波器可使用基于预设的积分级阶数、抽取器因子和梳状差分延迟阶数确定的累积增益对来自周期定时器的周期计数值执行累积放大，并且提供累积放大的周期计数值。

在另一示例中，CIC滤波器电路713可包括抽取器CIC滤波器和一阶CIC滤波器。一阶CIC滤波器可通过对来自抽取器CIC滤波器的输出取移动平均值来去除噪声。

在示例中，抽取器CIC滤波器可使用基于预设的积分级阶数、抽取器因子和梳状差分延迟阶数确定的累积增益对来自周期定时器的周期计数值执行累积放大，并且提供累积放大的周期计数值。

图16示出根据一个或更多个实施例的周期定时器的操作的示例。

参照图16，如上所述，在周期定时器712中，参考时钟信号CLK_ref可以是振荡信号LCosc和参考频率信号fref中的一个。参考频率信号fref可以是外部晶体的信号，并且可以是IC内部的锁相环(PLL)、RC电路等的振荡信号。

在示例中，当参考时钟信号CLK_ref是从谐振电路输入的振荡信号LCosc时，采样时钟信号CLK_spl可以是参考频率信号fref。在该示例中，分频振荡信号可以是“LCosc/M”。

可选地，当参考时钟信号CLK_ref是参考频率信号fref时，采样时钟信号CLK_spl可以是振荡信号LCosc。在该示例中，分频振荡信号可以是“fref/N”。

图17示出根据一个或更多个实施例的触摸检测电路的示例。

参照图17，触摸检测电路750可基于从频率数字转换器710输入的计数值来检测通过人体的触摸和通过非人体(例如，导体)的触摸中的每个。

在示例中，触摸检测电路750可对从频率数字转换器710接收的计数值L_CNT进行差分以产生差值Diff，将差值Diff与预设的下降阈值F_TH和预设的上升阈值R_TH中的每个进行比较，并且基于比较结果输出用于识别通过人体的触摸或识别通过非人体对象的触摸的具有不同电平的检测信号DF。

在示例中，触摸检测电路750可包括延迟电路751、减法电路752和斜率检测电路753。

延迟电路751可根据延迟控制信号Delay_Ctrl将从频率数字转换器710接收的计数值L_CNT延迟预定时间，并且输出延迟计数值L_CNT_Delay。可根据延迟控制信号Delay_Ctrl来确定延迟时间。

减法电路752可包括至少一个减法器。减法电路752可从延迟计数值L_CNT_Delay减去计数值L_CNT，并且输出差值。在示例中，计数值L_CNT可对应于当前计数的值，并且延迟计数值L_CNT_Delay可对应于在从当前时间起的预定延迟时间之前计数的值。

斜率检测电路753可将从减法电路752接收的差值Diff与预设的下降阈值F_TH和预设的上升阈值R_TH中的每个进行比较，并且基于比较结果输出用于识别通过人体输入对象的触摸的具有第一电平的检测信号DF或者用于识别通过非人体输入对象的触摸的具有第二电平的检测信号DF。

例如，斜率检测电路753可将差值Diff与下降阈值F_TH和上升阈值R_TH进行比较，并且当差值Diff小于下降阈值时输出具有第一电平的检测信号DF，或者当差值Diff大于上升阈值时输出具有第二电平的检测信号DF。

作为示例，斜率检测电路753可在差值Diff下降然后上升时产生具有表示通过人体的触摸的第一电平的检测信号Detect_Flag，并且在差值Diff上升然后下降时产生具有表示通过非人体对象的触摸的第二电平的检测信号Detect_Flag。

例如，可基于下降阈值F_TH来设定并使用下降滞后的上限值FU_Hys和下限值FL_Hys。可基于上升阈值R_TH来设定并使用上升滞后的上限值RU_Hys和下限值RL_Hys。

当如上所述使用针对斜率的差值Diff时，可防止温度漂移的误差，并且当使用下降阈值F_TH(FU_Hys和FL_Hys)和上升阈值R_TH(RU_Hys和RL_Hys)时，可提高触摸检测精度。

作为结果，触摸检测电路750可比较频率的变化以确认感测方式是电感感测还是电容感测。如上所述，在电容感测中，电容可增大，使得频率可减小，并且在电感感测中，电感可减小，使得频率可增大。

图18示出根据一个或更多个实施例的控制电路的示例。

参照图18，控制电路800可基于检测信号DF确认感测方式，并且基于确认的感测方式产生控制信号SC(DF和DFB)。

在示例中，控制电路800可包括缓冲器810和反相器820，缓冲器810将DF信号传送到输出端子，反相器820将DF信号反相并且输出DFB信号。

控制信号SC(DF和DFB)可包括用于在通过人体的触摸输入时的低电流控制的第一控制信号SC1(DF＝H和DFB＝L，即，DF处于高电平，DFB处于低电平)，并且可包括用于在通过非人体对象的触摸输入时的高电流控制的第二控制信号SC2(DF＝L和DFB＝H)。

在示例中，控制电路800可基于来自触摸检测电路750的检测信号DF产生用于控制电流可变振荡电路600(图12)的操作电流的控制信号DF或DFB，并且将这样的控制信号提供给电流可变振荡电路600以根据感测方式控制操作电流的调节。

图19示出在通过人体的触摸输入时的计数值和差值的示例，并且图20示出在通过非人体对象的触摸输入时的计数值和差值的示例。

图19示出在安装在第一开关构件被人体(例如，手)触摸的示例中测量的计数值L_CNT和作为斜率变化的差值的波形的示例，并且图20示出在第一开关构件被导体(例如，金属)触摸的示例中测量的计数值L_CNT和作为斜率变化的差值的波形的示例。

参照图19，在第一线圈元件上的第一开关构件被人体(例如，手)触摸的示例中，以电容方式执行操作，使得计数值L_CNT减小，并且在第一线圈元件上的第一开关构件未被人体(例如，手)触摸的示例中，计数值L_CNT增加到原始状态。可以确认的是，如果基于这样的现象确认差值，则差值在第一开关构件被人体触摸时下降，并且在第一开关构件未被人体触摸时上升。

可以看出，如上所述，当第一开关构件被人体触摸时，斜率变化成对出现，即，在下降斜率之后是上升斜率。

相反，参照图20，在第一线圈元件上的第一开关构件被导体(例如，金属)触摸的示例中，以电感方式执行操作，使得计数值L_CNT增加，并且在第一线圈元件上的第一开关构件未被导体(例如，金属)触摸的示例中，计数值L_CNT减小到原始状态。

可以看出，如上所述，当第一开关构件被导体(例如，金属)触摸时，斜率变化成对出现，即，在上升斜率之后是下降斜率。

也就是说，在第一线圈元件上的第一开关构件被人体(例如，手)或导体(例如，金属)触摸的示例中，斜率变化作为一对下降斜率和上升斜率而出现，并且下降斜率和上升斜率出现的顺序基于所确定的输入触摸对象而彼此不同。

参照图19和图20的斜率变化的波形，可以看出，斜率变化成对出现，并且斜率在电容感测中下降然后上升，并在电感感测中上升然后下降。

图21示出根据一个或更多个实施例的开关操作感测设备的示例。

图21示出根据一个或更多个实施例的开关操作感测设备的应用示例1至应用示例7。

图21的应用示例1可以是开关操作感测设备可替代蓝牙头戴式耳机的操作控制按钮的示例，并且图21的应用示例2是开关操作感测设备可替代蓝牙耳塞式耳机的操作控制按钮的示例。在示例中，开关操作感测设备可替代蓝牙头戴式耳机和蓝牙耳塞式耳机的开/关电源开关。

图21的应用示例3是开关操作感测设备可替代眼镜的操作控制按钮的示例。在示例中，开关操作感测设备可替代诸如谷歌眼镜、虚拟现实(VR)、增强现实(AR)等的设备的执行诸如电话操作、电子邮件操作、主页按钮操作或类似操作的功能的按钮。

图21的应用示例4是开关操作感测设备可替代车辆的门锁按钮的示例。图21的应用示例5是开关操作感测设备可替代车辆的智能钥匙按钮的示例。图21的应用示例6是开关操作感测设备可替代计算机的操作控制按钮的示例。图21的应用示例7是开关操作感测设备可替代用于冰箱的操作控制的操作按钮的示例。图21中的应用示例1至应用示例7是非限制性示例，并且可实现开关操作感测设备的其他应用。

另外，作为非限制性示例，开关操作感测设备可替代膝上型计算机的音量开关和电源开关、VR、头戴式显示器(HMD)、蓝牙耳机、触控笔等的开关，并且可替代家用电器的监视器、冰箱、膝上型计算机等的按钮。

例如，操作控制按钮可设置成与应用开关操作感测设备的装置的盖、框架或壳体集成，或者可与应用开关操作感测设备的装置的盖、框架或壳体一体地形成，并且可用于执行电源开/关操作、音量调节和其他特定功能(返回、移动到主页、锁定等)。

另外，可包括多个触摸开关以在执行对应功能(返回、移动到主页、锁定等)时执行多个功能。

另外，上述触摸开关可应用于需要触摸开关的电子装置或电气装置，并且可替代膝上型计算机的音量开关和电源开关、VR、HMD、蓝牙耳机、触控笔等的开关，并且可替代家用电器的监视器、冰箱、膝上型计算机等的按钮。

根据示例的触摸开关不限于应用于上述装置，并且可应用于诸如移动装置、可穿戴装置等具有开关的装置。另外，可通过应用根据本公开的触摸开关来实现集成设计。

根据示例，使用与电子装置或电气装置的壳体集成或一体地形成的开关构件来确认双感测(电容感测和电感感测)中的对应的感测方式，并且调节操作电流以便适合于对应的感测方式，使得可自适应地调节电流，可降低电流消耗，并且可实现相对低功率的系统。

尽管本公开包括具体示例，但是对本领域普通技术人员来说将明显的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式上和细节上的各种改变。在此描述的示例将仅被认为是描述性的意义，而不是出于限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述将被认为是可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或电路中的组件和/或用其他组件或它们的等同物替换或补充描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物来限定，并且在权利要求及其等同物的范围内的所有变型将被解释为包括在本公开中。

Claims (20)

1.一种开关操作感测设备，应用于具有输入操作单元的电子装置，所述输入操作单元包括设置在壳体中的第一检测器，所述开关操作感测设备包括：

电流可变振荡电路，被配置为产生振荡信号，并且响应于控制信号调节操作电流，所述振荡信号具有基于电容的变化或电感的变化而变化的频率，所述电容的变化是因通过人体在所述输入操作单元的表面上的触摸引起的，所述电感的变化是因通过非人体对象在所述输入操作单元的所述表面上的触摸引起的；

输入操作检测电路，被配置为基于所述变化的频率的特性将在所述输入操作单元的所述表面上的触摸识别为人体触摸或非人体触摸，并且基于所述触摸的识别来产生具有不同电平的检测信号；以及

控制电路，被配置为基于所述检测信号来确定电容感测或电感感测，并且基于所确定的电容感测或所确定的电感感测来产生所述控制信号以调节所述操作电流。

2.根据权利要求1所述的开关操作感测设备，其中，所述输入操作检测电路包括：

频率数字转换器，被配置为将所述振荡信号转换为计数值；以及

触摸检测电路，被配置为基于所述计数值来识别所述人体触摸和识别所述非人体触摸，并且基于所述触摸的识别来产生具有不同电平的所述检测信号。

3.根据权利要求2所述的开关操作感测设备，其中，所述频率数字转换器还被配置为通过基于所述振荡信号对参考时钟信号进行计数来产生所述计数值。

4.根据权利要求2所述的开关操作感测设备，其中，所述输入操作单元还包括第二检测器，所述第二检测器与所述壳体一体地形成并且设置在与所述第一检测器的位置不同的位置处，并且

其中，所述第一检测器和所述第二检测器利用与所述壳体的材料相同的材料形成。

5.根据权利要求2所述的开关操作感测设备，其中，所述电流可变振荡电路包括：

电流调节器，被配置为响应于所述控制信号来调节所述操作电流；以及

振荡器，被配置为接收已调节的所述操作电流，当所述第一检测器被人体触摸时产生具有谐振频率下降然后上升的第一频率特性的振荡信号，并且当所述第一检测器被非人体对象触摸时，产生具有谐振频率上升然后下降的第二频率特性的振荡信号。

6.根据权利要求5所述的开关操作感测设备，其中，所述振荡器包括：

电感电路，包括第一线圈元件，所述第一线圈元件设置在所述第一检测器的内侧并且具有在所述非人体触摸被输入到所述第一检测器时变化的电感；以及

电容电路，包括电容器元件，所述电容器元件连接到所述电感电路并且具有在所述人体触摸被输入到所述第一检测器时变化的电容。

7.根据权利要求5所述的开关操作感测设备，其中，所述电流调节器包括：

第一反相器电路，连接到所述振荡器，具有第一gm单元，并且在所述人体触摸时被启用；

第二反相器电路，与所述第一反相器电路并联连接，具有比所述第一gm单元大的第二gm单元，并且在所述非人体触摸时被启用；

第一电阻器，连接在所述第一反相器电路和所述第二反相器电路之间的连接节点与所述振荡器的第一端之间；以及

第一开关，与所述第一电阻器并联连接，其中，所述第一开关在所述人体触摸时断开，并且在所述非人体触摸时接通。

8.根据权利要求5所述的开关操作感测设备，其中，所述电流调节器包括连接在电源电压的端子与地之间的镜像晶体管和电流源，

所述镜像晶体管与所述振荡器形成电流镜，并且

所述电流源连接在所述电源电压的所述端子与所述镜像晶体管之间或者连接在所述镜像晶体管与所述地之间，并且基于所述控制信号产生可变电流。

9.根据权利要求5所述的开关操作感测设备，其中，所述电流调节器包括：

振幅检测电路，被配置为检测所述振荡器的差分信号的振幅并且输出第一检测电压和第二检测电压；以及

误差放大器电路，被配置为基于所述振幅检测电路的所述第一检测电压与所述第二检测电压之间的误差电压来控制输出到所述振荡器的所述操作电流。

10.根据权利要求9所述的开关操作感测设备，其中，所述振幅检测电路包括：

第一振幅检测电路，被配置为检测所述振荡器的所述差分信号中的正信号的振幅，并且从第一N沟道场效应晶体管和第二N沟道场效应晶体管的共源极输出所述第一检测电压；以及

第二振幅检测电路，被配置为检测所述振荡器的所述差分信号中的负信号的振幅，并且从第一P沟道场效应晶体管和第二P沟道场效应晶体管的共源极输出所述第二检测电压。

11.根据权利要求2所述的开关操作感测设备，其中，所述频率数字转换器被配置为：

基于参考分频比对参考频率信号进行分频，以产生分频参考时钟信号；

基于感测分频比对来自所述电流可变振荡电路的所述振荡信号进行分频，以产生分频振荡信号；以及

输出通过使用所述分频振荡信号对所述分频参考时钟信号进行计数而产生的计数值。

12.根据权利要求2所述的开关操作感测设备，其中，所述频率数字转换器包括：

降频转换器，被配置为接收参考频率信号作为参考时钟信号，基于参考分频比对所述参考时钟信号进行分频以产生分频参考时钟信号，并且对所述参考频率信号的频率进行降频转换；

周期定时器，被配置为接收所述振荡信号作为采样时钟信号，并且输出通过使用所述采样时钟信号对从所述降频转换器接收的所述分频参考时钟信号的一个周期时间进行计数而产生的周期计数值；以及

级联积分器梳状滤波器电路，被配置为输出所述计数值，所述计数值是通过对从所述周期定时器接收的所述周期计数值执行累积放大而产生的。

13.根据权利要求2所述的开关操作感测设备，其中，所述触摸检测电路还被配置为：

对所述计数值进行差分以产生差值；

将所产生的差值与预设下降阈值和预设上升阈值中的每个进行比较；以及

基于所述比较的结果来输出具有不同电平的所述检测信号，以识别所述人体触摸或所述非人体触摸。

14.根据权利要求2所述的开关操作感测设备，其中，所述触摸检测电路包括：

延迟电路，被配置为将所述计数值延迟基于延迟控制信号确定的时间，并且输出延迟计数值；

减法电路，被配置为输出差值，所述差值是通过从来自所述延迟电路的所述延迟计数值减去所述计数值而产生的；以及

斜率检测电路，被配置为将从所述减法电路接收的所述差值与预设下降阈值和预设上升阈值中的每个进行比较，并且基于所述比较的结果，输出用于识别所述人体触摸的具有第一电平的所述检测信号或者用于识别所述非人体触摸的具有第二电平的所述检测信号。

15.根据权利要求14所述的开关操作感测设备，其中，所述斜率检测电路被配置为：当所述差值下降然后上升时产生与所述人体触摸对应的具有所述第一电平的所述检测信号，并且当所述差值上升然后下降时产生与所述非人体触摸对应的具有所述第二电平的所述检测信号。

16.根据权利要求15所述的开关操作感测设备，其中，所述控制电路被配置为：在所述人体触摸时输出包括用于低电流控制的第一控制信号的所述控制信号，并且在所述非人体触摸时输出包括用于高电流控制的第二控制信号的所述控制信号。

17.根据权利要求1所述的开关操作感测设备，其中，所述电子装置为蓝牙头戴式耳机、蓝牙耳塞式耳机、智能眼镜、虚拟现实头戴式装置、增强现实头戴式装置、家用电器的监视器、计算机、智能电话、车辆的进入钥匙和触控笔中的任意一种。

18.一种应用于电子装置的设备，所述电子装置具有输入操作单元，所述输入操作单元包括设置在所述设备的壳体中的检测器，所述设备包括：

电流可变振荡电路，被配置为基于因对所述检测器的触摸引起的电抗来产生振荡信号；以及

控制电路，被配置为基于所述振荡信号的检测到的频率特性来产生操作信号，并且基于所产生的操作信号来调节操作电流。

19.根据权利要求18所述的设备，所述设备还包括输入操作检测单元，所述输入操作检测单元被配置为：基于因对所述检测器的所述触摸引起的电容的变化，将所述触摸检测为人体触摸；以及基于因对所述检测器的所述触摸引起的电感的变化，将所述触摸检测为非人体触摸。

20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述输入操作检测单元还被配置为：产生识别所述人体触摸的第一频率水平的第一检测信号，并且产生识别所述非人体触摸的第二频率水平的第二检测信号，其中，所述第一频率水平与所述第二频率水平不同。

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