CN113311965A - 用于触摸感应的设备和方法 - Google Patents

用于触摸感应的设备和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113311965A
CN113311965A CN202110185003.7A CN202110185003A CN113311965A CN 113311965 A CN113311965 A CN 113311965A CN 202110185003 A CN202110185003 A CN 202110185003A CN 113311965 A CN113311965 A CN 113311965A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
threshold
duration
contact
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110185003.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113311965B (zh
Inventor
L·贝利
O·里夏尔
K·奥库
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics Rousset SAS
STMicroelectronics Grenoble 2 SAS
STMicroelectronics France SAS
Original Assignee
STMicroelectronics SA
STMicroelectronics Rousset SAS
STMicroelectronics Grenoble 2 SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics SA, STMicroelectronics Rousset SAS, STMicroelectronics Grenoble 2 SAS filed Critical STMicroelectronics SA
Publication of CN113311965A publication Critical patent/CN113311965A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113311965B publication Critical patent/CN113311965B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0441—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using active external devices, e.g. active pens, for receiving changes in electrical potential transmitted by the digitiser, e.g. tablet driving signals
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/96071—Capacitive touch switches characterised by the detection principle
    • H03K2217/960715—Rc-timing; e.g. measurement of variation of charge time or discharge time of the sensor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/96071—Capacitive touch switches characterised by the detection principle
    • H03K2217/960725—Charge-transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/960735—Capacitive touch switches characterised by circuit details
    • H03K2217/96074—Switched capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/960735—Capacitive touch switches characterised by circuit details
    • H03K2217/960745—Capacitive differential; e.g. comparison with reference capacitance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

本公开的各实施例涉及用于触摸感应的设备和方法。本公开的实施例涉及一种通过传感器检测触摸接触的方法，方法包括：将电压与第一电压阈值进行比较的第一步骤；以及将该电压与第二电压阈值进行比较的第二步骤，如果在短于第一持续时间阈值的持续时间内第一电压阈值被达到，则实施第二步骤，第二电压阈值高于第一电压阈值。

Description

用于触摸感应的设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年02月10日提交的法国申请号2001298的权益，该申请在此通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及电子设备和方法，并且更具体地涉及包括触摸传感器和相关联的方法的设备。
背景技术
许多触摸传感器是已知的。触摸传感器的优点之一是，当接触被建立时，它们使得能够使设备离开低功率操作模式。
发明内容
一个实施例提供了一种通过传感器检测触摸接触的方法，包括：将电压与第一电压阈值进行比较的第一步骤；以及将该电压与第二电压阈值进行比较的第二步骤，如果在短于第一持续时间阈值的持续时间内第一电压阈值已经被达到，则实施第二步骤，第二电压阈值高于第一电压阈值。
根据一个实施例，电压跨电容器的电压。
根据一个实施例，在每个比较步骤期间，通过重复以下步骤来对电容器充电：对触摸区域充电；以及使该区域放电到电容器中。
根据一个实施例，传感器包括多个触摸区域。
根据一个实施例，当第一比较步骤和第二比较步骤被实施并且在短于第二持续时间阈值的持续时间内第二电压阈值已经被达到时，检测到触摸接触。
根据一个实施例，方法包括至少第三步骤，优选地包括两个第三步骤，即：如果在先前步骤期间，在短于第二持续时间阈值的持续时间内第二电压阈值已经被达到，则将电压与第二电压阈值进行比较。
根据一个实施例，当第一比较步骤、第二比较步骤和至少一个第三比较步骤被实施，并且在最后的第三比较期间，在短于第二持续时间阈值的持续时间内第二电压阈值已经被达到时，检测到触摸接触。
根据一个实施例，电压阈值中的至少一个电压阈值由数模转换器提供。
根据一个实施例，电压阈值中的至少一个电压阈值是施密特触发器的阈值。
根据一个实施例，每个比较步骤之后跟随电容器的放电。
另一个实施例提供了一种电子设备的操作方法，其中在低功率操作模式期间实施前述触摸接触检测方法。
根据一个实施例，触摸接触的检测导致离开低功率操作模式。
根据一个实施例，在低功率操作模式期间定期实施触摸接触检测方法。
另一个实施例提供了一种触摸传感器，其包括比较电路，该比较电路被配置为将电压与第一和第二电压阈值进行比较。
根据一个实施例，传感器包括电容器，跨电容器的电压是由比较电路比较的电压。
根据一个实施例，传感器包括接触区域，该接触区域被配置为被充电，并且被放电到电容器中。
附图说明
在以下通过示例而非限制的方式给出的对具体实施例的描述中，将参考附图对上述特征和优点以及其他特征和优点进行详细描述，其中：
图1示出了旨在用于关于图3至图5描述的实施例的类型的电子设备的一个示例；
图2示出了触摸传感器的一个实施例；
图3示出了图2的设备的操作方法的一个实施例；
图4示出了图1的设备的电压变化的一个示例；以及
图5示出了触摸传感器的另一个实施例。
具体实施方式
在各个附图中，相似的特征已经由相似的附图标记指定。特别地，在各个实施例之间共有的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记并且可以布置相同的结构、尺寸和材料特性。
为了清楚起见，仅图示和详细描述了对理解本文描述的实施例有用的操作和元件。
除非另有指示，否则当提及连接在一起的两个元件时，这表示没有导体以外的任何中间元件的直接连接；并且当提及耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以连接或者它们可以经由一个或多个其他元件耦合。
在以下公开中，除非另有指示，否则当提及绝对位置修饰词(诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)或相对位置修饰词(诸如，术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等)时，或者当提及定向的修饰词(诸如，“水平”、“垂直”等)时，指的是图中所示的定向。
除非另有指定，否则表述“约”、“近似”、“基本”和“大约”表示在10％以内，优选在5％以内。
图1示出了旨在用于下文关于图2至图5描述的实施例的类型的电子设备10的一个示例。
设备10包括触摸传感器，即被配置为检测身体(例如人体)的一部分与位于封装14中的区域12的接触(例如手指16与区域12接触)的电路。
设备10例如是无线设备，例如由电池或单元供电的设备。此外，设备10例如是能够长时间不活动的设备。设备10例如是遥控器或交换机。设备10例如是无线耳机。
区域12例如对应于按钮，它的激活(即其与手指16的接触)引起设备10的一个或多个功能的激活和/或离开低功率操作模式。
设备10的功耗通常是设备10的设计中的重要标准。因此，在空闲时段期间，设备10进入所谓的低功率操作模式。在这种操作模式(例如待机)中，设备10的某些组件和电路不操作并且不被供电，以保持能量。
在低功率操作时段期间，检测与区域12接触的电路通常被维持活动。因此，手指16与区域12之间的接触的检测通常被用作指示离开低功率操作模式的信号。
图2示出了触摸传感器20的一个实施例。
传感器20包括接触区域22。接触区域22例如对应于图1的区域12。传感器20因此被配置为检测用户的手指与区域22(例如，用户的手指和区域22)之间的物理接触。
区域22例如对应于覆盖有绝缘层的导电层或芯块。区域22优选是例如由铜制成的金属芯块，其覆盖有例如玻璃的电绝缘体。由于区域22的形成，区域22是电容器Cin的具有相对低电容值的部分，但是足够高以存储电荷。更具体地，导电芯块对应于电容器Cin的第一电极。当用户优选地用他/她的手指与区域22接触时，用户与区域22接触的部分形成电容器Cin的第二电极。因此，电容器Cin由包括区域22和用户的组件形成，继而电容器Cin的电容值大于在没有接触的情况下的电容器Cin的电容值。因此，当区域22和用户存在接触时，电容Cin的值增加。换句话说，当用户触摸区域22时，能够存储在电容器Cin中的电荷的数目增加。在下文中，区域22，无论它是否与用户接触，都可以被称为“电容器22”。
区域22经由开关26耦合到施加传感器20的电源电压的节点24。优选地，开关26由一个或多个晶体管形成。更具体地，该区域耦合(优选地连接)到节点27。晶体管26通过其导电端子中的一个导电端子耦合(优选地连接)到节点27，并且通过其另一个导电端子耦合(优选地连接)到节点24。
此外，区域22经由开关30耦合到施加传感器20的基准电压(优选为接地)的节点28。优选地，开关30由一个或多个晶体管形成。晶体管30通过其导电端子中的一个导电端子耦合(优选地连接)到节点27，并且通过其另一个导电端子耦合(优选地连接)到节点28。
因此，电容器Cin可以经由开关26被电源电压充电，开关26和30在充电期间分别被接通和关断。类似地，电容器Cin可以经由开关30被放电到节点28上，开关26和30在放电期间分别被关断和接通。换句话说，电容器Cin的电荷经由开关30被传递到节点28。
传感器20还包括电容性元件32，例如电容器。在与用户接触的情况下，元件32的电容大于电容器Cin的电容。优选地，元件32的电容至少等于电容器Cin的最大电容的1000倍，例如，等于电容器Cin的最大电容的1000至10000倍。电容器Cin的电容例如大约为几个皮法拉，例如基本上等于1pF。
电容性元件32通过其端子中的一个端子耦合(优选地连接)到节点28，并且通过其端子中的另一个端子耦合(优选地连接)到节点34。
节点34经由开关36耦合到节点24。优选地，开关36由一个或多个晶体管形成。更确切地，晶体管36通过其导电端子中的一个端子耦合(优选地连接)到节点34，并且通过其另一个导电端子耦合(优选地连接)到节点24。
此外，节点34经由开关38耦合到节点28。优选地，开关38由一个或多个晶体管形成。晶体管38通过其导电端子中的一个端子耦合(优选地连接)到节点34，并且通过其另一个导电端子耦合(优选地连接)到节点28。
传感器20还包括开关40。开关40通过其端子中的一个端子耦合到节点27，并且通过其另一个端子耦合到节点34。
根据一个实施例，传感器20还可以包括开关41。开关40通过其端子中的一个端子耦合(优选地连接)到节点27，并且通过其另一端子耦合(优选地连接)到节点34。开关40和41例如以相同的方式被控制。换句话说，例如开关40和41被同时关断和接通。作为变型，可以在传感器操作期间维持开关41导通。
传感器20还包括比较器42。比较器42在输入44处接收节点34的电压。因此，节点34耦合(优选地连接)到输入44。另一个输入46耦合(优选地连接)到基准电压生成电路48。比较器因此将节点34上的电压与由电路48递送的基准电压进行比较。
电路48被配置为递送不同值的第一(S1)基准电压或电压阈值和第二(S2)基准电压或电压阈值，第一电压的值小于第二电压的值。第一电压的值例如在第二电压的值的50％至95％的范围内，优选地在第二电压的值的75％至95％的范围内，优选地等于第二电压的值的大约90％。第一电压阈值的值例如基本上等于施加到节点24的电源电压的值除以4，并且第二电压阈值的值例如等于施加到节点24的电源电压的值除以2。
例如，电路48包括被配置为递送可变值的电压的数模转换器。例如，电路48可以递送有限数目的固定电压。
根据一个实施例，传感器20可以包括多个电容器Cin，即，多个不同的区域，其与用户的接触能够被传感器20检测。每个区域22(如图2中所示的区域22)通过开关40耦合到输入44。换句话说，输入44耦合到多个区域22。此外，每个区域22通过开关26和30耦合到节点24和28，如图2中所示。换句话说，根据一个实施例，传感器20包括多个区域22，并且包括与区域22一样多的开关26、开关30和开关40。优选地，针对不同的区域22，传感器20逐个实施将关于图3描述的操作方法。在该情况下，开关41例如被维持导通。
图3示出了图2的设备的操作方法的一个实施例。
传感器或设备20被认为处于低功率操作模式(框50-LP)。在低功率操作模式期间，触摸传感器定期验证设备和用户之间是否存在触摸接触。
因此，在低功率模式期间，传感器开始第一采集(框52-开始采集1)。在采集开始时，电容器32优选被设置为基准电荷水平，优选被完全放电。换句话说，由电容器32包含的电荷优选被全部传递到节点28，即传递到接地。优选地，电容器22也被设置为基准电荷水平，优选被完全放电。在该采集期间，电容器22(图2)被完全充电，然后被放电到电容器32中。重复电容器22的充电和放电步骤，直到电容器32被完全充电为止。
在采集的第一阶段期间，电容器22和32被放电。在该示例中，开关26和36关断。此外，开关40和开关41导通。开关30和/或开关38被接通，以能够使电容器22和32放电到节点28中。
在采集的第二阶段期间，开关40被维持关断，以便能够彼此独立地修改电容器22和32的电荷水平。在采集的第二阶段期间，接着接通开关26，并且关断开关30、36、38和40。因此，电容器22由节点24完全充电。
在采集的第三阶段期间，电容器22被放电到电容器32中。为此，开关40被接通。此外，开关26、30、36和38被关断。
采集的不同阶段可以由空闲时段分开，在空闲时段期间，开关26、30、36、38和40全部关断。优选地，这种空闲时段具有短于几百纳秒(例如，短于50ns)的持续时间。
当然，可以实现不同开关的其他关断和导通配置，来实施采集的三个不同阶段，即电容器22和32的放电、电容器22的充电以及电容器22到电容器32的放电。例如，在第一阶段期间，电容器22和32可以被先后放电而不是被同时放电。例如，在第一阶段期间，在放电期间开关40可以关断，然后开关30和38都导通。
采集的第二阶段和第三阶段被重复以对电容器32充电，直到跨电容器32的电压V32达到第一基准电压S1的值为止。
在采集的第二阶段和第三阶段的重复期间，比较器42将电压V32与由电路48递送的第一基准电压S1进行比较。
当电压V32达到第一基准电压S1的值时，传感器确定电容器32的充电的持续时间D。例如，传感器确定在第二初始阶段的开始与电压V32达到值S1的时间之间的持续时间D。
然后，将持续时间D与持续时间的阈值D1进行比较(框54->D1)。当用户与区域22接触时，电容器Cin的值大于在区域22未与用户接触的情况下的值。因此，与区域22未与用户接触的情况相比，当用户与区域22接触时，在第二和第三阶段重复次数较少的情况下实现了电容器32的充电。因此，与区域22未与用户接触的情况相比，在用户与区域22接触时，持续时间D具有较小的值。
阈值D1被选择，以便值D大于值D1表示没有触摸接触，并且值D小于值D1表示触摸接触。
如果值D大于值D1(分支“是”，框54)，则设备保持处于低功率操作模式(框50)。在低功率操作模式期间周期性地实施该方法，并且因此周期性地实施该采集。因此，在预先确定时段(例如在200ms至300ms的范围内，例如基本上等于230ms)之后，再次实施由框52表示的步骤。
如果值D小于值D1(分支“否”，框54)，则传感器将计数器初始化，例如，通过将值2分配给变量i(框55，初始化计数器)并且开始第二采集(框56，开始采集2)。此外，电路48将比较器的输入46上的电压值改变为等于第二基准电压S2的值。
在第二采集期间，例如，如关于第一采集所描述的那样实施三个采集阶段。更具体地，第二采集包括第一阶段，在第一阶段期间，电容器22和32被放电。第二采集还包括第二阶段和第三阶段，它们被重复直到跨电容器32的电压V32等于第二基准电压S2的值为止。如前所述，第二阶段对应于电容器22的充电，优选地充电完成，并且第三阶段对应于电容器22到电容器32中的放电，优选地放电完成。
例如，不同开关的接通和关断诸如关于第一采集所描述的那样。
当电压V32达到第二基准电压S2的值时，传感器确定电容器32充电的持续时间D’。例如，传感器确定第二采集的第二初始阶段的开始与电压V32达到值S2的时间之间的持续时间D’。
然后将持续时间D’与阈值D2进行比较(框58->D2)。当用户与区域22接触时，电容器Cin的值大于在区域22未与用户接触的情况下的值。因此，与区域22未与用户接触的情况相比，当用户与区域22接触时，在第二阶段和第三阶段重复次数较少的情况下执行电容器32的充电。因此，与区域22未与用户接触的情况相比，在用户与区域22接触时，持续时间D’具有较小的值。
阈值D2被选择，使得值D’大于值D2表示没有触摸接触，并且值D’小于值D2表示触摸接触。
如果值D’大于值D2(分支“是”，框58)，则该设备保持处于低功率操作模式(框50)。
如果值D’小于值D2(分支“否”，框58)，则这表示在区域22的水平处的触摸接触。优选地，多次(优选地三次)实施第二采集，以确定检测是正确的并且不是错误的测量结果，换句话说，不是错误的肯定。在使用计数器期间分配给变量i的值等于采集的期望数目减去1。为此，将计数器的变量i的值与连续第二采集的期望数目(这里，三次采集)进行比较(框60，计数器为空？)。
如果变量i具有大于零的值(分支“否”，框60)，即，如果第二采集被实施少于三次，则变量的值被递减一个单位，例如，递减值‘1’(框61，使计数器递减)，并且实施新的第二采集。
如果变量i具有等于零的值(分支“是”，框60)，则这意味着对于三次连续的第二采集，持续时间D’短于阈值D2。因此，传感器认为在区域22的水平上有效地存在触摸接触(框62-检测)。优选地，设备然后离开低功率操作模式，然后可以重新开启设备的元件。
如果在第二采集中的一个第二采集期间，值D’大于阈值D2，则触摸接触检测步骤结束，直到第一采集的下一次迭代。
例如，可以例如通过为此目的提供的软件，在数字上执行不同持续时间D和D’的确定以及持续时间D、D’与阈值D1和D2的比较。为此目的，设备例如包括被配置为实施这些操作的微控制器。以其他方式，可以类似地执行这种操作，例如，传感器包括计数电路，以确定持续时间D和D’，并且包括比较器，以将持续时间与阈值D1和D2进行比较。
类似地，开关26、30、36、38和40的控制信号可以例如通过为此目的提供的软件，例如通过微控制器在数字上确定，或者以模拟方式确定。
图4示出了图1的设备20的电压随时间变化的一个示例。更具体地，图4示出了跨电容器32(图2)的电压V32的变化的一个示例。
在所示时间范围的起点，即在时间t0，设备处于低功率操作模式。此外，在区域22的水平处没有触摸接触。在低功率操作模式期间，周期性地实施第一采集。
在时间t0，传感器20开始第一采集(图3，框52)。因此，电压V32随着电容器32经由电容器22的充电而增加。在时间t0之后的时间t1，比较器42确定电压V32已经达到值S1。将持续时间D(这里等于t1与t0之间的差)与阈值D1进行比较，并且传感器确定，在本示例中，持续时间D大于阈值D1。
因此没有检测到触摸接触，并且因此设备保持处于低功率操作模式。
在时间t1之后的时间t2，传感器20开始另一个第一采集。因此，电压V32随着电容器32的充电而增加。在时间t2之后的时间t3，比较器42确定电压V32已经达到值S1。将持续时间D(这里等于t3与t2之间的差)与阈值D1进行比较，并且传感器确定，在本示例中，持续时间D大于阈值D1。
因此没有检测到触摸接触，并且因此设备保持处于低功率操作模式。
在时间t3之后的时间t4，传感器开始另一个第一采集。因此，电压V32随着电容器32的充电而增加。在时间t4之后的时间t5，比较器42确定电压V32已经达到值S1。将持续时间D(这里等于t5和t4之间的差)与阈值D1进行比较，并且传感器确定，在本示例中，持续时间D短于阈值D1。这种结果表明在区域22的水平处已经存在触摸接触。在图4的示例中，这是错误肯定。实际上，不存在触摸接触。这种错误肯定至少部分地是由于相对较低的值S1，并且因此即使在没有触摸接触时也可能相对较快地达到。实际上，当阈值是阈值S1时，传感器的灵敏度相对较高，高于当阈值是阈值S2时的情况。
在时间t5，在持续时间D与阈值已经进行比较并且该比较的结果表明存在接触之后，传感器开始第二采集(图3，框56)。
在第二采集期间，电容器22在第二和第三阶段期间被充电，并且被放电到电容器32中，以达到值S2。在本示例中，比较器确定在时间t6已经达到值S2。将持续时间D’(这里等于t6与t5之间的差)与阈值D2进行比较，并且传感器确定，在本示例中，持续时间D’比阈值D2长。因此，尽管第一采集的持续时间D(在时间t4和t5之间)的值表明在区域22的水平处存在触摸接触，但是持续时间D’的值指示这不是真的。值S2较高，并且因此确定不那么敏感，并且更加准确。传感器因此保持处于低功率操作模式。
在时间t6之后的时间t7和t8之间实施另一个第一采集。该采集的持续时间D指示在区域22的水平处没有触摸接触。
在时间t8之后的时间T，执行触摸接触。例如，用户的手指与区域22接触。针对图4在时间T之后的所有时间，手指保持与区域22接触。
在时间T之后的时间t9，第一采集被实施。电压V32在时间t10达到值S1。持续时间D的值(这里等于时间t10与时间t9之间的差)小于阈值D1的值，这表明在区域22的水平处存在触摸接触。
在时间t10，第二采集被实施。电压V32的值在时间t10之后的时间t11达到阈值S2。持续时间D’(在该采集期间等于时间t11与时间t10之间的差)比阈值D2短。
在时间t11，另一个第二采集被实施。电压V32的值在时间t11之后的时间t12达到阈值S2。持续时间D’(在该采集期间等于时间t12与时间t11之间的差)比阈值D2短。
在时间t12，第二采集被实施。电压V32的值在时间t12之后的时间t13达到阈值S2。持续时间D’(在该采集期间等于时间t13与时间t12之间的差)比阈值D2短。
为了确认触摸接触的检测，连续实施了三次第二采集。当第三次第二采集的持续时间D’短于阈值D2时，传感器认为触摸接触被确认。如果三次采集中的一次采集的持续时间D’比阈值D2长，则传感器认为没有接触，并且设备保持处于低功率操作模式。当三次第二采集中的一次第二采集的持续时间D’比阈值D2长时，第二采集的系列停止。例如，如果三次连续的第二采集中的第二次第二采集具有大于值D2的持续时间D’，则不实施最后一次采集。
更一般地，连续的第二采集的数目可以不同。实施至少一次第二采集，优选地实施三次第二采集。第二采集的数目越大，接触检测就越确定。但是，第二采集的数目的增加也引起检测的能量成本的增加以及检测的持续时间的增加。第二采集的数目越小，检测的功耗就越少，并且检测所花费的时间就越少。但是，第二采集的数目越小，结果就越不确定。因此，减少第二采集的数目会增加出现错误肯定的风险，即在没有接触的情况下检测到接触的风险。
在图4的示例中，电容器32在每次采集之后放电。因此，电压V32的值在时间t1、t3、t5、t6、t8、t10、t11、t12和t13恢复低值。该低值对应于基准值，优选地对应于节点28上的电压的值，优选地等于0V。
尽管时间t1和t2之间、时间t3和t4之间、时间t6和t7之间以及时间t8和t9之间的持续时间被示为比采集中的一个采集的持续时间短，但是，优选地，这些时间之间的持续时间彼此基本相等。此外，优选地，这些时间之间的持续时间大于第一采集的持续时间的十倍。这些时间之间的持续时间例如在200ms至300ms的范围内，例如基本等于230ms。
尽管在图4中考虑了第二采集在第一先前采集或第二先前采集结束时(即在时间t5、t10、t11或t12)开始，但它们可能由持续时间Di(未示出)分开。持续时间Di例如对应于持续时间值与阈值D1或D2的比较的持续时间。优选地，持续时间Di短于5ms。
图5示出了触摸传感器70的另一个实施例。传感器70包括与图2的传感器20的元件相同的元件，以相同方式引用。将不再详述这些元件。
传感器70与传感器20的不同之处在于，传感器70包括比较电路，该比较电路包括比较器42和附加的比较元件72。元件72的输入耦合到(优选地连接)到节点34，并且因此接收电压V32。
元件72的输出经由开关77耦合到传感器70的输出节点73。类似地，比较器42的输出经由开关75耦合到节点73。
比较元件72将在其输入处的电压值与固定阈值进行比较，固定阈值特定于所择的比较元件及其特性。例如，元件72是施密特触发器。
在图5的示例中，电路48提供阈值，例如单个阈值。优选地，由电路48提供的阈值小于元件72的固定阈值。由电路48提供的阈值例如在元件72的固定阈值的值的75％至95％的范围内，优选地等于元件72的固定阈值的值的大约90％。
传感器70的操作类似于关于图3和图4描述的传感器20的操作。在第一采集期间，将电压V32与由电路48提供的阈值和元件72的阈值进行比较。因为由电路48递送的阈值的值小于元件72的阈值的值，因此电压34首先达到该值。当已经达到由电路48提供的值时，第一采集结束。此外，在第一采集期间，开关75导通并且开关77关断。
在第二采集期间，开关75被关断，并且开关77被接通。因此，元件42的比较没有进一步的影响，并且仅与比较器72的阈值的比较对传感器有影响。作为一种变型，在第二采集期间，比较器42可以被配置为：
-从电路48接收大于元件72的阈值的值；或
-不将节点34上的电压与基准电压进行比较。例如，比较器42可以被去激活。
因此，每次第二采集都在节点34上的电压达到元件72的阈值时结束。
如在传感器20的情况中那样，当第一采集和至少一个第二采集(优选地三个第二采集)已经被连续实施，并且第一采集的持续时间D和该至少一个第二采集的持续时间D’分别低于阈值D1和D2时，检测到触摸接触。
尽管在离开低功率操作模式的上下文中描述了实施例，即，触摸接触的检测导致离开低功率模式，但是应当理解，在不修改所描述的实施例的情况下，接触的检测可以用于其他情况。例如，区域22可以形成按钮，其在检测到触摸接触时激活设备10的一个或多个功能。
可能已经选择将节点34上的电压与单个阈值进行比较，例如，与施密特触发器的固定阈值进行比较。因此，在低功率操作模式中，将定期执行采集。在采集中的每个采集期间，电容器32将被充电以达到阈值。但是，阈值将相对有意义，例如，等于关于图2描述的第二阈值，以避免过多的错误肯定。因此，与关于图2和图5描述的第一采集相比，低功率操作模式期间的采集将消耗更多的功率。
因此，所描述的实施例的一个优点在于，相对于仅将节点34上的电压与单个值(例如，等于第二阈值的值)进行比较的传感器，功耗降低。
实施例的另一个优点在于，与仅将节点34上的电压与单个值(例如，等于第一阈值的值)进行比较的传感器相比，传感器更准确并且具有更少的错误肯定风险。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些实施例的某些特征可以被组合，并且本领域技术人员将容易想到其他变型。
最后，基于上文给出的功能指示，所描述的实施例和变型的实际实施方式在本领域技术人员的能力范围内。
这种改变、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，前面的描述仅是示例性的，并不旨在进行限制。本发明仅由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (20)

1.一种通过传感器检测触摸接触的方法，包括：
进行电压与第一电压阈值的第一比较；以及
响应于在短于第一持续时间阈值的第一持续时间内所述第一电压阈值被达到，进行所述电压与第二电压阈值的第二比较，所述第二电压阈值高于所述第一电压阈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电压跨电容器。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在每个比较期间，通过重复以下步骤所述电容器被充电：
对触摸区域充电；以及
使所述触摸区域放电到所述电容器中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器包括多个触摸区域。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：响应于在短于第二持续时间阈值的第二持续时间内所述第二电压阈值被达到，而检测到所述触摸接触。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：响应于所述第二电压阈值被达到，在短于第二持续时间阈值的第二持续时间内，将所述电压与所述第二电压阈值进行比较。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
重复所述第二比较；以及
响应于在短于所述第二持续时间阈值的所述第二持续时间内所重复的所述第二比较的所述第二电压阈值被达到，而检测到所述触摸接触。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：由数模转换器提供所述电压阈值中的至少一个电压阈值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述电压阈值中的至少一个电压阈值由施密特触发器提供。
10.根据权利要求2所述的方法，其中每个比较之后跟随所述电容器的放电。
11.一种操作电子设备的方法，所述方法包括：
在所述电子设备的低功率操作模式期间，进行电压与第一电压阈值的第一比较；
在所述低功率操作模式期间，响应于在短于第一持续时间阈值的第一持续时间内所述第一电压阈值被达到，进行所述电压与第二电压阈值的第二比较，所述第二电压阈值高于所述第一电压阈值；以及
响应于在短于第二持续时间阈值的第二持续时间内所述第二电压阈值被达到，而检测到触摸接触。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：响应于所述检测而离开所述低功率操作模式。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：在所述低功率操作模式期间，定期执行所述第一比较和所述第二比较。
14.一种触摸传感器，包括：
接触区域；以及
比较器，被配置为将所述接触区域的接触电压与第一电压阈值和第二电压阈值进行比较，所述第二电压阈值高于所述第一电压阈值。
15.根据权利要求14所述的触摸传感器，还包括接触电容器，其中所述接触电压跨所述接触电容器。
16.根据权利要求15所述的触摸传感器，其中所述接触区域被配置为被充电，并且被放电到所述接触电容器中。
17.根据权利要求15所述的触摸传感器，还包括基准电容器，所述基准电容器可切换地耦合到所述比较器，所述基准电容器与所述接触电容器并联。
18.根据权利要求14所述的触摸传感器，还包括数模转换器，所述数模转换器耦合到所述比较器，并且被配置为生成所述第一电压阈值和所述第二电压阈值。
19.根据权利要求14所述的触摸传感器，还包括多个接触区域，所述多个接触区域被配置为选择性地耦合到所述比较器。
20.根据权利要求14所述的触摸传感器，还包括提供所述第二电压阈值的施密特触发器。
CN202110185003.7A 2020-02-10 2021-02-10 用于触摸感应的设备和方法 Active CN113311965B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2001298 2020-02-10
FR2001298A FR3107129B1 (fr) 2020-02-10 2020-02-10 Dispositif et méthode de détection d’un contact tactile

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113311965A true CN113311965A (zh) 2021-08-27
CN113311965B CN113311965B (zh) 2024-03-05

Family

ID=70978083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110185003.7A Active CN113311965B (zh) 2020-02-10 2021-02-10 用于触摸感应的设备和方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11604082B2 (zh)
CN (1) CN113311965B (zh)
FR (1) FR3107129B1 (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102033166A (zh) * 2009-09-25 2011-04-27 爱特梅尔公司 使用单个引脚测量自身电容的方法和设备
US20110267287A1 (en) * 2010-04-30 2011-11-03 Microchip Technology Incorporated Touch sense using time domain reflectometry
US8159462B1 (en) * 2006-11-15 2012-04-17 Cypress Semiconductor Corporation Reference voltage offset for capacitive touch-sensor measurement
US20140354582A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Silicon Laboratories Inc. Touch Sensor For Mobile Device With Radio
US20160262232A1 (en) * 2015-03-02 2016-09-08 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lighting device, head light and vehicle
US20180157355A1 (en) * 2016-12-05 2018-06-07 Samsung Display Co., Ltd. Touch sensor and display device including touch sensor

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5189417A (en) * 1990-10-16 1993-02-23 Donnelly Corporation Detection circuit for matrix touch pad
DE10303480A1 (de) * 2003-01-24 2004-08-05 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Schaltungsanordnung für einen kapazitiven Näherungsschalter
KR20100100773A (ko) * 2007-10-04 2010-09-15 가부시키가이샤후지쿠라 정전용량형 근접센서 및 근접검지방법
US8154310B1 (en) * 2008-02-27 2012-04-10 Cypress Semiconductor Corporation Capacitance sensor with sensor capacitance compensation
KR101216393B1 (ko) * 2010-05-13 2012-12-28 주식회사 실리콘웍스 터치스크린의 정전용량 측정회로 및 방법
US10031620B2 (en) * 2016-06-30 2018-07-24 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd Self-sensing touch panel
US11221708B2 (en) * 2018-12-26 2022-01-11 Microchip Technology Incorporated Digital-to-analog controller-referenced touch sensing system, and related systems, methods, and devices

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8159462B1 (en) * 2006-11-15 2012-04-17 Cypress Semiconductor Corporation Reference voltage offset for capacitive touch-sensor measurement
CN102033166A (zh) * 2009-09-25 2011-04-27 爱特梅尔公司 使用单个引脚测量自身电容的方法和设备
US20110267287A1 (en) * 2010-04-30 2011-11-03 Microchip Technology Incorporated Touch sense using time domain reflectometry
US20140354582A1 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Silicon Laboratories Inc. Touch Sensor For Mobile Device With Radio
US20160262232A1 (en) * 2015-03-02 2016-09-08 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lighting device, head light and vehicle
US20180157355A1 (en) * 2016-12-05 2018-06-07 Samsung Display Co., Ltd. Touch sensor and display device including touch sensor

Also Published As

Publication number Publication date
US20230152126A1 (en) 2023-05-18
US20210247212A1 (en) 2021-08-12
FR3107129A1 (fr) 2021-08-13
US11604082B2 (en) 2023-03-14
CN113311965B (zh) 2024-03-05
FR3107129B1 (fr) 2022-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8125232B2 (en) Capacitive sensing device and method
JP4727754B1 (ja) 静電容量式タッチパネル
JP5669850B2 (ja) 静電容量式タッチセンサデバイス設定システムおよび方法
US7205776B2 (en) Capacitance measuring apparatus and method, and program
US7541816B1 (en) Capacitive sensor
US20090225044A1 (en) Determining touch on keys of touch sensitive input device
JP2009216506A (ja) 容量センサー
US7880479B2 (en) Capacitive sensor with alternating current power immunity
KR20160067094A (ko) 다중 채널 용량성 전압 디바이더 스캐닝 방법 및 장치
CN110084082B (zh) 一种电子设备、指纹识别装置及其手指触摸检测电路
CN113311965B (zh) 用于触摸感应的设备和方法
EP3236341B1 (en) Touch screen driving method, touch screen, and display device
US11281314B2 (en) Methods and apparatus for variable capacitance detection
EP3490148B1 (en) Capacitance detecting device
CN113949373A (zh) 使用不同电流进行充放电的接触检测电路及其运行方法
EP2722985B1 (en) Method of differential measurement of voltage levels of capacitive change.
JP2015219703A (ja) 静電検出装置
CN110825275A (zh) 触碰感测装置及触碰感测方法
JP4920728B2 (ja) 容量判別装置及び静電容量式タッチパネル
CN115842542A (zh) 一种低功耗触摸检测电路
CN115113284A (zh) 异物侦测方法及具有异物侦测功能的电源端
TWI507951B (zh) 靜電電容式觸控面板
CN116743148A (zh) 触摸按键检测电路
CN114465613A (zh) 一种高速低功耗电容触摸检测电路、方法及芯片
KR20200017586A (ko) 고정밀도의 저전력 센서인터페이스장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address

Address after: Montrouge, France

Patentee after: STMicroelectronics France

Country or region after: France

Patentee after: STMicroelectronics (Grenoble 2) S.A.S.

Patentee after: STMICROELECTRONICS (ROUSSET) S.A.S.

Address before: France

Patentee before: STMicroelectronics S.A.

Country or region before: France

Patentee before: STMicroelectronics (Grenoble 2) S.A.S.

Patentee before: STMICROELECTRONICS (ROUSSET) S.A.S.