CN113168818A

CN113168818A - 触摸传感器电路

Info

Publication number: CN113168818A
Application number: CN201880097141.6A
Authority: CN
Inventors: 沈戈; 张俊; 胡松华; 周奕
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 2018-09-03
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2021-07-23
Also published as: US20200409492A1; US20200073494A1; WO2020047715A1; US11301091B2; US10802656B2

Abstract

一种电路(100)，包括定时器(104)，用于对从初始计数值到终端计数值的时钟的边沿进行计数，并响应于所达到的终端计数值输出定时器信号。随机数发生器电路(102)生成多个随机数值。每个生成的随机数值作为初始计数值或终端计数值之一被顺序地加载到定时器(104)中。电容式传感器电路(110)响应于从定时器接收到的多个定时器信号，确定电容式触摸传感器(99)的触摸事件。

Description

触摸传感器电路

背景技术

触摸传感器是普遍存在的，并用于各种应用。在一些应用中，基于噪声的存在，触摸传感器可能导致假触摸确定。某些噪声在本质上是循环的，因此在进行周期性传感器触摸确定时会反复出现。

发明内容

在一些实施方式中，电路包括定时器，用于对从初始计数值到终端计数值的时钟边沿进行计数，并响应于所达到的终端计数值输出定时器信号。随机数发生器电路生成多个随机数值。每个生成的随机数值作为初始计数值或终端计数值之一被顺序地加载到定时器中。传感器电路响应于从定时器接收到多个定时器信号来确定触摸传感器(例如，电容式触摸传感器)的触摸事件。

附图说明

对于各种示例的详细描述，现在将参考附图，其中：

图1图示了触摸传感器电路的示例。

图2示出了相对于噪声的随机间隔的触摸事件的示例。

图3图示了在本公开中描述的触摸传感器电路中可用的随机数发生器电路的示例。

图4图示了触摸传感器电路的另一示例。

图5示出了方法的示例。

具体实施方式

本文描述的电路包括随机数发生器电路，以生成一系列随机数。每个生成的随机数被提供给定时器，该定时器使用该随机数来确定何时输出用于确定人是否正在触摸触摸传感器的定时器信号。通过对触摸传感器电路的触发事件进行随机间隔，电路可以更准确地确定触摸传感器的真触摸事件，而不是假确认或假否定。

图1示出了包括随机数发生器(RNG)电路102、定时器104和电容式传感器电路110的电路100的示例。还示出了电容式触摸传感器99，其可以是与电容式传感器电路110分离的部件，或者作为电容式传感器电路110的一部分提供。此外，RNG电路102和/或定时器104可以是电容式传感器电路110的一部分或与电容式传感器电路110分离。此外，在所描述的示例中，传感器99是基于电容的触摸传感器，因此传感器电路110是基于电容的传感器电路。然而，在其它示例中，传感器99不是基于电容的传感器(例如，基于电阻的传感器)，并且传感器电路110是相应的技术传感器电路。

定时器104对时钟(CLK)的边沿进行计数。在一个示例中，定时器104是从初始计数值(例如，0)向上计数到终端计数值的向上计数计数器。在另一示例中，定时器104是从初始计数值向下计数到终端计数值(例如，0)的向下计数计数器。初始计数值或终端计数值中的任一者可由RNG电路102生成的随机数编程。

响应于定时器104达到终端计数值，定时器104生成定时器信号105(也称为触发信号)以触发电容式传感器电路110以确定人是否正在触摸电容式触摸传感器99。确定触摸事件包括例如确定人的手指正在触摸电容式触摸传感器99或在电容式触摸传感器的阈值距离内。触摸电容式触摸传感器99导致电容式触摸传感器的电容发生变化。如下所解释的，电容式传感器电路110检测电容的变化，以确定是否发生了触摸事件。

RNG电路102是基于硬件的随机数发生器电路，其使用电路的熵来生成随机数。在一个示例中，RNG电路102包括一系列触发器或环形振荡器，其上升沿和下降沿基于热噪声而变化。边沿的变化本质上是随机的，用于生成随机位序列。RNG电路102的示例实施方式在图3中示出并在下面描述。

在操作中，RNG电路102生成随机值序列，并将这些值作为初始计数值(在定时器104是向下计数定时器的示例中)或终端计数值(在定时器104是向上计数定时器的示例中)顺序加载到定时器104中。在一些示例中，当定时器104已经生成触发信号105时，定时器104读取由RNG电路102生成的随机数，以便获得下一初始/终端计数值。

每次定时器104达到终端计数值时生成触发信号105。在一些示例中，触发信号105是由定时器104生成的脉冲。因此，定时器104生成由RNG电路102生成并由定时器104使用的随机数的结果，以不同的时间段隔开的触发信号105序列。

图2图示了触发事件301、302、303、304和305的时间序列。每个触发事件由断言触发信号105的定时器104发起。触发事件301和302之间的时间间隔是T1。触发事件302和303之间的时间间隔是T2。触发事件303和304之间的时间间隔是T3，触发事件304和305之间的时间间隔是T4。T1、T2、T3和T4的大小不同，并且基于由RNG电路102提供给定时器104的随机数，该随机数将用于确定何时生成如上所述的触发信号105。

图2的示例示出了在310和315处所示的噪声当中的五个触发事件301-305。在一些示例中，五个触发事件的总经过时间(T1+T2+T3+T4)短到足以在人触摸电容式触摸传感器99时发生。例如，人可以瞬间触摸电容式触摸传感器99以引起动作发生(例如，打开灯)，并且人可能通常触摸传感器一秒钟。五个触发事件的总经过时间可能以毫秒为单位。在一个示例中，触发事件之间的时间范围从500微秒到20毫秒。

在图2的示例中，在310和315处示出的噪声恰好分别对应于触发事件301和304。由于触发事件301和304处的噪声310和315，电容式传感器电路110可以或者不可以正确地检测触摸事件。例如，电容式传感器电路110可错误地确定假否定，即，当事实上有人正在触摸电容式触摸传感器99时，由于噪声，电容式传感器电路未能检测到触摸事件。另外三个触发事件302、303和305在不存在噪声的情况下发生，并且使得正确地确定触摸事件。因此，如果在触发事件301-305中的每一个发生的同时，有人正在触摸电容式触摸传感器99，则电容式传感器电路110可以检测触发事件301和304的假否定和触发事件302、304和305的正确确认。如果触发事件之间的时间间隔是周期性的(均匀间隔的)并且与噪声事件之间的间隔一致，则触发事件可能仅发生或主要发生在噪声事件期间，从而使得触摸传感器电路不准确。通过随机间隔触发事件，触发事件将不与噪声事件经常重合的概率增加。下面描述图1的示例电容式传感器110以及图4的示例电容式传感器电路410，以图示如何基于来自一系列触发事件的多个触摸事件确定来正确确定触摸事件。

再次参考图1，电容式传感器电路110包括控制电路112、开关SW1、SW2和SW3、电荷转移电容器C1、真寄存器114、假寄存器116和比较器118。在一些示例中，控制电路112被实现为有限状态机。在一些示例中，控制电路112是有限状态机。控制电路112断言控制信号120、121和122以分别控制开关SW1、SW2和SW3的断开/闭合(关断/导通)状态。当SW1闭合，SW2断开时，电容式触摸传感器充电。在充电阶段，SW3也断开。在放电阶段期间，SW1断开并且SW2和SW3闭合，从而使得电容式触摸传感器99通过控制电路112放电电流。来自电容式触摸传感器99的电荷用于对电荷转移电容器C1充电。控制电路112计算电容式触摸传感器99之间转移到电荷转移电容器的电荷量。然后，控制电路112闭合SW1并断开SW2和SW3以再次对电容式触摸传感器99充电。控制电路112操作开关以对电容式触摸传感器99重复充电，然后将其电荷转移到电荷转移电容器C1上，同时计算每个循环中转移的电荷量。这个过程不断重复，直到聚合电荷量达到阈值水平。在每个循环中转移的电荷量是电容式触摸传感器99的电容的函数，并且电容式触摸传感器的电容受人是否正在触摸电容式触摸传感器的影响。因此，充电/放电循环的次数可用于确定是否正在发生触摸事件。如果电容式触摸传感器99未被触摸，其电容将较低(比被触摸时)，并且较少的电荷将存储在电容式触摸传感器99中。结果，每个循环将有较少的电荷转移到电荷转移电容器C1，因此需要更多的循环来达到聚合电荷阈值。

然而，如果电容式触摸传感器99正在被触摸，其电容将较高(比未被触摸时)，并且较多的电荷将存储在电容式触摸传感器99中。因此，每个循环将有较多的电荷转移到电荷转移电容器C1，因此将需要更少的循环来达到聚合电荷阈值。因此，达到聚合电荷阈值所需的循环次数可用于确定是否发生真触摸事件或假触摸事件。真触摸事件意旨电容式触摸传感器99在重复充电/放电阶段期间被触摸。假触摸事件意旨电容式触摸传感器99在重复充电/放电阶段期间没有被触摸。

每次向控制电路110提供触发信号105时，控制电路启动如上所述的充电/放电阶段序列，直到达到聚合电荷阈值。然后将充电/放电阶段的数量与阈值进行比较。响应于充电/放电阶段的数量低于阈值，控制电路110确定已经发生真触摸事件，或者响应于充电/放电阶段的数量高于阈值，控制电路110确定没有发生真触摸事件(即，假触摸事件)。阈值是预定的或可配置的。

响应于确定对于给定触发事件已经发生真触摸事件，控制电路112将真触摸结果加载到真寄存器114中。响应于确定假触摸事件，控制电路112将假触摸结果加载到假寄存器116中。在一些实施方式中，每个真或假触摸结果包括写入或聚合到相应寄存器114、116中的逻辑1。比较器118可以实现为多位比较器，以将一个多位值与另一个多位值进行比较。在一些示例中，比较器118被实现为包括多个逻辑门或其他类型的数字电路部件的组合逻辑。比较器118将加载到真寄存器114中的真触摸结果的数量与加载到假寄存器中的假触摸结果的数量进行比较。比较器118响应于真触摸结果的数量超过假触摸结果的数量，输出指示真触摸事件已经发生的信号。比较器118响应于假触摸结果的数量超过真触摸结果的数量，输出指示假触摸事件已经发生的信号。在一些示例中，对其进行真/假触摸事件确定的触发事件的数量是奇数并且是3或更大。

图3示出了RNG电路102的示例。该示例包括串联耦合的触发器202、204、206和208。在本示例中，示出了由四个触发器组成的串联链，但是其他示例可以包括不同数量的触发器。一个触发器的Q输出耦合到串行链中的下一个触发器的数据(D)输入。第一时钟(CLK1)被提供到触发器202的D输入。如图所示，每个触发器由第二时钟(CLK2)计时。在一些示例中，CLK1的频率大于CLK2的频率。由触发器202-208生成的随机数表示触发器的Q输出(例如，如图2的示例中所示的Q0、Q1、Q2和Q3)。CLK1的频率比CLK2的频率高。CLK1也独立于CLK2，并且与CLK2异步。当CLK2的上升沿出现以驱动触发器202时，来自CLK1的D输入可以是0或1。这是与CLK1和CLK2初始阶段、频率、时钟偏移、抖动等相关的随机结果。D输入处的该随机值将被转移到Q0，Q0也被提供给下一个触发器204的D输入。在该示例中，该过程重复四次以获得Q0到Q3，因此Q0-Q3包括四个随机位值(四位随机数)。

图4示出了如上所述的包括RNG电路102和定时器104的电路400的示例。图4的示例包括电容式传感器电路210，其包括控制电路212、开关SW1、SW2和SW3、电荷转移电容器C1、多个寄存器220、222和224以及中央处理单元(CPU)核心230。在本示例中示出了三个寄存器220-224，但是在其他实施方式中包括三个以上的寄存器。例如，对于基于五个触发事件进行真/假确定的电路，电容式传感器电路210包括五个寄存器。控制电路212以与上述基本相同的方式操作以实行多个充电/放电阶段。在该示例中，控制电路212不加载真或假触摸事件到寄存器中，而是加载指示达到聚合电荷阈值所需的充电/放电阶段的数量的传感器计数值。CPU核心230然后从寄存器220-224读取传感器计数值，并基于来自寄存器220-224的传感器计数值计算度量。在一些实施方式中，度量包括平均值。CPU核心230然后确定所计算的度量是高于还是低于阈值。如果度量低于阈值，则CPU核心230确定已经发生了真触摸事件。如果度量高于阈值，则CPU核心230确定已经发生了假触摸事件。

图5示出了包括操作502、504和506的方法流程图。在502处，该方法包括接收多个随机间隔的定时器信号。在这方面，如上所解释的，RNG电路102可用于控制定时器104的操作。随机间隔的定时器信号可由电容式传感器电路110、210接收。

在504处，该方法包括响应于接收随机间隔的定时器信号来确定触摸传感器的触摸事件。在506处，该方法包括基于触摸事件确定人是否正在触摸触摸传感器(例如，传感器99)。图1的示例包括用于确定人是否正在触摸传感器的一种技术，图4包括用于确定人是否正在触摸传感器的另一种技术。

在此说明书中，术语“耦合”意指间接或直接有线或无线连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以通过直接连接或通过经由其他设备和连接的间接连接。短语“基于”意旨“至少部分基于”。因此，如果X是基于Y，X可以是Y和其他任何因素的函数。

在权利要求书的范围内，在所描述的实施例中可以进行修改，并且其他实施例也可以。

Claims

1.一种电路，其包括：

定时器，用于对从初始计数值到终端计数值的时钟的边沿进行计数，并响应于所达到的所述终端计数值输出定时器信号；

随机数发生器电路，用于生成多个随机数值，每个生成的随机数值作为所述初始计数值或所述终端计数值之一顺序加载到所述定时器中；以及

电容式传感器电路，用于耦合到电容式触摸传感器，并且响应于从所述定时器接收到的多个定时器信号中的每一个，确定所述电容式触摸传感器的触摸事件。

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述电容式传感器电路包括：

第一寄存器；

第二寄存器；以及

控制电路，用于接收每个定时器信号，并响应于每个定时器信号，将真触摸结果加载到所述第一寄存器或将假触摸结果加载到所述第二寄存器。

3.根据权利要求2所述的电路，进一步包括比较器，用于确定真触摸结果的数量是否超过阈值。

4.根据权利要求1所述的电路，其中所述电容式传感器电路包括：

多个N寄存器；

控制电路，用于接收N个定时器信号，并且对于所述N个定时器信号中的每一个定时器信号，将传感器计数值加载到相应的寄存器中；以及

处理器核心，用于基于来自所述多个N个寄存器的所述传感器计数值来计算度量，并确定所计算的度量是否超过第一阈值。

5.根据权利要求4所述的电路，其中每个传感器计数值指示从所述电容式触摸传感器向电荷转移电容器转移足够电荷以超过第二阈值所发生的循环次数。

6.根据权利要求4所述的电路，其中所述度量包括所述传感器计数值的平均值。

7.根据权利要求1所述的电路，其中所述随机数发生器电路包括环形振荡器。

8.根据权利要求1所述的电路，其中所述多个定时器信号包括至少三个定时器信号且为奇数。

9.根据权利要求1所述的电路，其中所述电容式传感器电路包括：

电荷转移电容器；

第一开关，其耦合到电源电压节点并耦合到所述电容式触摸传感器；

第二开关，其耦合到接地节点并耦合到所述电容式触摸传感器；以及

第三开关，其耦合到所述电容式触摸传感器。

10.一种电路，其包括：

定时器，用于对从初始计数值到终端计数值的时钟的边沿进行计数，并响应于所达到的所述终端计数值输出触发信号；

传感器电路，用于耦合到触摸传感器，并且响应于从所述定时器接收到的每个触发信号来确定所述触摸传感器的触摸事件。

11.根据权利要求10所述的电路，其中所述触摸传感器包括电容式触摸传感器，并且所述传感器电路用于确定所述电容式触摸传感器的触摸事件。

12.根据权利要求10所述的电路，其中所述传感器电路包括：

第一寄存器；

第二寄存器；以及

13.根据权利要求12所述的电路，进一步包括比较器，用于基于真触摸结果的数量超过阈值来确定所述触摸传感器已经被触摸。

14.根据权利要求10所述的电路，其中所述传感器电路包括：

多个寄存器；

控制电路，用于将多个传感器计数值加载到所述多个寄存器中，每个寄存器一个传感器计数值；以及

处理器核心，用于基于来自所述多个寄存器的所述传感器计数值来计算度量，并确定所计算的度量是否超过第一阈值以确定所述触摸传感器已经被触摸。

15.根据权利要求14所述的电路，其中每个传感器计数值指示从所述触摸传感器向电荷转移电容器转移足够电荷以超过第二阈值所发生的循环次数。

16.根据权利要求14所述的电路，其中所述度量包括所述传感器计数值的平均值。

17.一种方法，其包括：

通过传感器电路从定时器接收多个随机间隔的定时器信号；

响应于接收随机间隔的定时器信号，确定触摸传感器的触摸事件。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括响应地将真触摸结果加载到第一寄存器，将假触摸结果加载到第二寄存器。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括确定来自所述第一寄存器的真触摸结果的数量是否超过阈值。

20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

对于N个定时器信号中的每一个定时器信号，将传感器计数值加载到N个寄存器中的一个寄存器中；

由处理器核心基于来自所述N个寄存器的所述传感器计数值计算度量；以及

确定所计算的度量是否超过第一阈值。