CN114077363A - 平衡互电容系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及平衡互电容系统和方法。在一些示例中，触摸屏可包括可在电子设备的触摸感测操作期间用作驱动(Tx)电极和感测(Rx)电极的触摸电极。例如，该驱动电极可包括+Tx电极和‑Tx电极，其可接收可具有相同振幅和频率以及相反相位的驱动信号。在一些示例中，该+Tx电极和该‑Tx电极的表面积可相同，并且该+Tx电极和该‑Tx电极与该Rx电极的距离可不同。在一些示例中，耦接到邻近对象或触摸对象的总电荷可为零，这可缓解与接触该触摸屏的未接地或接地不良的对象相关联的问题。

Description

平衡互电容系统和方法
技术领域
本发明整体涉及电容触摸传感器，并且更具体地，涉及包括平衡驱动信号的互电容触摸感测技术。
背景技术
当前很多类型的输入设备可用于在计算系统中执行操作，诸如按钮或按键、鼠标、轨迹球、操纵杆、触摸传感器面板、触摸屏等等。具体地，触摸屏因其在操作方面的简便性和灵活性以及其不断下降的价格而很受欢迎。触摸屏可包括触摸传感器面板和显示设备诸如液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器或有机发光二极管(OLED)显示器，该触摸传感器面板可以是具有触敏表面的透明面板，该显示设备可部分地或完全地被定位在面板的后面，使得触敏表面可覆盖显示设备的可视区域的至少一部分。触摸屏可允许用户通过使用手指、触笔或其他对象在由显示设备所显示的用户界面(UI)通常指示的位置处触摸触摸传感器面板来执行各种功能。一般来讲，触摸屏可识别触摸和触摸在触摸传感器面板上的位置，并且计算系统然后可根据触摸发生时出现的显示内容来解释触摸，并且然后可基于触摸来执行一个或多个动作。就一些触摸感测系统而言，检测触摸不需要显示器上的物理触摸。例如，在一些电容式触摸感测系统中，用于检测触摸的边缘电场可能会延伸超过显示器的表面，并且接近表面的对象可能被检测出在表面附近而无需实际接触表面。
电容触摸传感器面板可由透明、半透明或非透明的导电板的矩阵形成，该导电板由材料诸如氧化铟锡(ITO)制成。在一些示例中，导电板可由其他材料形成，包括导电聚合物、金属网格、石墨烯、纳米线(例如，银纳米线)或纳米管(例如，碳纳米管)。如上所述，在一些实施方式中，部分由于其基本透明，因此可将一些电容触摸传感器面板重叠在显示器上，以形成触摸屏。一些触摸屏可通过将触摸感测电路部分地集成到显示器像素层叠结构(即，形成显示器像素的堆叠材料层)中来形成。
在一些示例中，由接地不良的对象触摸或邻近触摸传感器面板。在一些情况下，触摸传感器面板可能无法检测到接地不良的对象，或者接地不良的对象可通过将电荷从对象耦接到触摸传感器面板的一个或多个感测电极而引起触摸数据的误差，诸如“负像素效应”。在一些示例中，可使用应用到感测触摸数据的一个或多个算法来缓解接地不良情况。在一些示例中，可通过触摸传感器面板的设计和/或在触摸传感器面板处执行的触摸扫描来缓解接地不良情况。
发明内容
本文所述的实施方案整体涉及电容触摸传感器，并且更具体地，涉及包括平衡驱动信号的互电容触摸感测技术。在一些示例中，触摸屏可包括可在电子设备的触摸感测操作期间用作驱动(Tx)电极和感测(Rx)电极的多个触摸电极。例如，该驱动电极可包括+Tx电极和-Tx电极，其可接收可具有相同振幅和频率以及相反相位的驱动信号。在一些示例中，该+Tx电极和该-Tx电极的表面积可相同，并且该+Tx电极和该-Tx电极与该Rx电极的距离可不同。在一些示例中，耦接到邻近对象或触摸对象的总电荷可为零，这可缓解与接触该触摸屏的未接地或接地不良的对象相关联的问题。在一些示例中，+Tx电极和-Tx电极与Rx电极的净电容耦合可以是非零的，从而允许通过检测+Tx电极与Rx电极之间以及-Tx电极与Rx电极之间的净互电容的变化来检测触摸。
例如，可使用+Tx、-Tx和Rx电极的多种布置。在一些示例中，触摸屏的每个相应的触摸节点可包括Rx电极、+Tx电极和-Tx电极。例如，每个触摸节点可包括至少部分地被一个或多个+Tx电极围绕的一个或多个Rx电极，该一个或多个+Tx电极可至少部分地被一个或多个-Tx电极围绕。在一些示例中，触摸屏可包括驱动电极和感测电极的行和列，其中触摸节点被定义为行和列的交集。例如，Rx电极可以以行设置，并且+Tx电极和-Tx电极可以以列设置，其中+Tx电极可围绕-Tx电极。又如，包括一个触摸节点的触摸传感器可包括定位于一个或多个Rx电极与一个或多个-Tx电极之间的一个或多个+Tx电极。
附图说明
图1A至图1H示出了根据本公开的示例的可使用平衡互电容技术的示例性系统。
图2示出了根据本公开的示例的包括触摸屏的示例性计算系统，该触摸屏可使用平衡互电容技术。
图3A示出了根据本公开的示例的与触摸节点电极和感测电路的自电容测量对应的示例性触摸传感器电路。
图3B示出了根据本公开的示例的与互电容驱动线和感测线以及感测电路对应的示例性触摸传感器电路。
图4A示出了根据本公开的示例的具有以行和列布置的触摸电极的触摸屏。
图4B示出了根据本公开的示例的具有按像素化触摸节点电极构型布置的触摸节点电极的触摸屏。
图5A至图5C示出了根据本公开的一些示例的在各种场景中对互电容触摸感测进行建模的示例性电路图。
图6A至图6C示出了根据本公开的示例的触摸屏的示例性电极布局。
图7示出了根据本公开的一些示例的示例性触摸传感器的侧视图。
图8A至图8B是示出了根据本公开的一些示例的包括平衡互电容触摸感测的示例性过程的流程图。
具体实施方式
在以下对示例的描述中将参考形成以下描述的一部分的附图并且在附图中以举例的方式示出了可被实施的具体示例。应当理解，在不脱离所公开的示例的范围的情况下，可使用其他示例并且可进行结构性变更。
本文所述的实施方案整体涉及电容触摸传感器，并且更具体地，涉及包括平衡驱动信号的互电容触摸感测技术。在一些示例中，触摸屏可包括可在电子设备的触摸感测操作期间用作驱动(Tx)电极和感测(Rx)电极的多个触摸电极。例如，该驱动电极可包括+Tx电极和-Tx电极，其可接收可具有相同振幅和频率以及相反相位的驱动信号。在一些示例中，该+Tx电极和该-Tx电极的表面积可相同，并且该+Tx电极和该-Tx电极与该Rx电极的距离可不同。在一些示例中，耦接到邻近对象或触摸对象的总电荷可为零，这可缓解与接触该触摸屏的未接地或接地不良的对象相关联的问题。在一些示例中，+Tx电极和-Tx电极与Rx电极的净电容耦合可以是非零的，从而允许通过检测+Tx电极与Rx电极之间以及-Tx电极与Rx电极之间的净互电容的变化来检测触摸。
例如，可使用+Tx、-Tx和Rx电极的多种布置。在一些示例中，触摸屏的每个相应的触摸节点可包括Rx电极、+Tx电极和-Tx电极。例如，每个触摸节点可包括至少部分地被一个或多个+Tx电极围绕的一个或多个Rx电极，该一个或多个+Tx电极可至少部分地被一个或多个-Tx电极围绕。在一些示例中，触摸屏可包括驱动电极和感测电极的行和列，其中触摸节点被定义为行和列的交集。例如，Rx电极可以以行设置，并且+Tx电极和-Tx电极可以以列设置，其中+Tx电极可围绕-Tx电极。又如，包括一个触摸节点的触摸传感器可包括定位于一个或多个Rx电极与一个或多个-Tx电极之间的一个或多个+Tx电极。
图1A至图1H示出了根据本公开的示例的可使用平衡互电容技术的示例性系统。图1A示出了根据本公开的示例的示例性移动电话136，该示例性移动电话包括可使用平衡互电容技术的触摸屏124。图1B示出了根据本公开的示例的示例性数字媒体播放器140，该示例性数字媒体播放器包括可使用平衡互电容技术的触摸屏126。图1C示出了根据本公开的示例的示例性个人计算机144，该示例性个人计算机包括可使用平衡互电容技术的触摸屏128和触摸传感器面板134(例如，触控板)。图1D示出了根据本公开的示例的示例性平板计算设备148，该示例性平板计算设备包括可使用平衡互电容技术的触摸屏130。图1E示出了根据本公开的示例的示例性可穿戴设备150，该示例性可穿戴设备包括触摸屏132并且可使用带152附接到用户并且可使用平衡互电容技术。图1F示出了根据本公开的示例的示例性遥控设备154，该示例性遥控设备包括可使用平衡互电容技术的触摸传感器面板138。图1G示出了根据本公开的示例的示例性耳塞156，该示例性耳塞包括可使用平衡互电容技术的触摸传感器160。图1H示出了根据本公开的示例的示例性触笔158，该示例性触笔包括可使用平衡互电容技术的触摸传感器162。应当理解，触摸屏和平衡互电容技术可在其他设备(包括尚未上市的未来设备)中实现。此外，应当理解，尽管本文的公开内容主要关注触摸屏，但平衡互电容技术的公开内容可针对可能未实现为触摸屏的包括触摸传感器面板(和显示器)的设备来实现。
在一些示例中，触摸屏124、126、128、130和132、触摸传感器面板134和138以及触摸传感器160和162可基于自电容。基于自电容的触摸系统可包括形成较大导电区域的小的、单独的导电材料板的矩阵或单独的导电材料板的组，该较大导电区域可被称为触摸电极或称为触摸节点电极(如下文参考图4B所述)。例如，触摸屏可包括多个单独的触摸电极，每个触摸电极标识或表示触摸屏上的要感测触摸或接近的唯一位置(例如，触摸节点)，并且每个触摸节点电极与触摸屏/面板中的其他触摸节点电极电隔离。此类触摸屏可被称为像素化自电容触摸屏，尽管应当理解，在一些示例中，触摸屏上的触摸节点电极可用于在触摸屏上执行除自电容扫描外的扫描(例如互电容扫描)。在操作期间，可利用交流(AC)波形来激励触摸节点电极，并且可测量触摸节点电极的对地自电容。在对象接近触摸节点电极时，触摸节点电极的对地自电容可变化(例如，增加)。可由触摸感测系统检测并测量触摸节点电极的自电容的该变化，以在多个对象触摸或接近触摸屏时确定多个对象的位置。在一些示例中，可由导电材料的行和列形成基于自电容的触摸系统的触摸节点电极，并且类似于上文所述，可检测行和列的对地自电容的变化。在一些示例中，触摸屏可以支持多点触摸、单点触摸、投影扫描等触摸功能。
在一些示例中，触摸屏124、126、128、130和132、触摸传感器面板134和138以及触摸传感器160和162可基于互电容。基于互电容的触摸系统可包括被布置为驱动线和感测线的电极(例如，如下文参考图4A所述)，这些线可在不同层上彼此交叉(呈双面构型)，或者可在同一层上彼此相邻。该交叉或相邻的位置可形成触摸节点。在操作期间，可利用AC波形来激励驱动线，并且可测量触摸节点的互电容。在对象接近触摸节点时，触摸节点的互电容可变化(例如，减小)。可由触摸感测系统检测并测量触摸节点的互电容的该变化，以在多个对象触摸或接近触摸屏时确定多个对象的位置。如本文所述，在一些示例中，基于互电容的触摸系统可从小的单个导电材料板的矩阵形成触摸节点。
在一些示例中，触摸屏124、126、128、130和132、触摸传感器面板134和138以及触摸传感器160和162可基于互电容和/或自电容。电极可被布置为小的、单独的导电材料板的矩阵(例如，如图4B中的触摸屏402中的触摸节点电极408中那样)，或者被布置为驱动线和感测线(例如，如图4A中的触摸屏400中的行触摸电极404和列触摸电极406中那样)，或者被布置为另一种图案。电极可被配置用于互电容或自电容感测，或互电容感测和自电容感测的组合。例如，在一种操作模式中，电极可被配置为感测电极之间的互电容，并且在不同操作模式下，电极可被配置为感测电极的自电容。在一些示例中，电极中的一些可被配置为感测彼此之间的互电容，并且电极中的一些可被配置为感测其自电容。
图2示出了根据本公开的示例的包括触摸屏的示例性计算系统，该触摸屏可使用平衡互电容技术。计算系统200可包括在例如移动电话、平板电脑、触摸板、便携式或台式计算机、便携式媒体播放器、可穿戴设备或包括触摸屏或触摸传感器面板的任何移动或非移动计算设备中。计算系统200可包括触摸感测系统，该触摸感测系统包括一个或多个触摸处理器202、外围设备204、触摸控制器206和触摸感测电路(以下更加详细地描述)。外围设备204可包括但不限于随机存取存储器(RAM)或其他类型的存储器或存储装置、监视定时器、协处理器等等。触摸控制器206可包括但不限于一个或多个感测通道208、通道扫描逻辑部件210和驱动器逻辑部件214。通道扫描逻辑部件210可访问RAM 212，从感测通道自主地读取数据，并为感测通道提供控制。此外，通道扫描逻辑部件210可控制驱动器逻辑部件214，以在各种频率和/或相位下生成激励信号216，这些激励信号可被选择性地施加到触摸屏220的触摸感测电路的驱动区域，如下文更加详细地描述。在一些示例中，触摸控制器206、触摸处理器202和外围设备204可被集成到单个专用集成电路(ASIC)中，并且在一些示例中可与触摸屏220自身集成。
显而易见的是，图2所示的架构仅是计算系统200的一个示例性架构，并且系统可具有比所示更多或更少的部件或者不同配置的部件。图2中所示的各种部件可在硬件、软件、固件或它们的任何组合(包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路)中实现。
计算系统200可包括用于从触摸处理器202接收输出并基于输出来执行动作的主机处理器228。例如，主机处理器228可连接到程序存储装置232和显示控制器/驱动器234(例如，液晶显示器(LCD)驱动器)。应当理解，尽管可以参考LCD显示器描述了本公开的一些示例，但是本公开的范围不限于此，并且可以扩展到其他类型的显示器，诸如发光二极管(LED)显示器，包括有机LED(OLED)、有源矩阵有机LED(AMOLED)和无源矩阵有机LED(PMOLED)显示器。显示驱动器234可在选择(例如栅极)线上向每个像素晶体管提供电压，并可沿数据线向这些相同的晶体管提供数据信号，以控制像素显示图像。
主机处理器228可使用显示驱动器234来在触摸屏220上生成显示图像诸如用户界面(UI)的显示图像，并且可使用触摸处理器202和触摸控制器206来检测触摸屏220上或附近的触摸，诸如输入到所显示的UI的触摸。触摸输入可由存储在程序存储装置232中的计算机程序用于执行动作，该动作可包括但不限于：移动对象诸如光标或指针、滚动或平移、调节控制设置、打开文件或文档、查看菜单、作出选择、执行指令、操作连接到主机设备的外围设备、应答电话呼叫、拨打电话呼叫、终止电话呼叫、改变音量或音频设置、存储与电话通信相关的信息(诸如地址、频繁拨打的号码、已接来电、未接来电)、登录到计算机或计算机网络上、允许经授权的个体访问计算机或计算机网络的受限区域、加载与用户优选的计算机桌面的布置相关联的用户配置文件、允许访问网页内容、启动特定程序、对消息进行加密或解密、使用与电子设备连通的相机捕获图像、退出电子设备的空闲/睡眠状态等等。主机处理器228还可执行可能与触摸处理不相关的附加功能。
需注意，本文描述的功能中的一个或多个(包括开关的配置)可由固件执行，该部件存储在存储器(例如，图2中的外围设备204中的一个)中并由触摸处理器202执行或者存储在程序存储装置232中并由主机处理器228执行。该固件也可以存储和/或输送于任何非暂态计算机可读存储介质内，以供指令执行系统、装置或设备诸如基于计算机的系统、包括处理器的系统或可以从指令执行系统、装置或设备获取指令并执行指令的其他系统使用或与其结合。在本文档的上下文中，“非暂态计算机可读存储介质”可以是可包含或存储程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合的任何介质(不包括信号)。在一些示例中，RAM 212或程序存储装置232(或两者)可为非暂态计算机可读存储介质。RAM 212和程序存储装置232之一或两者可具有存储在其中的指令，所述指令在由触摸处理器202或主机处理器228或这两者执行时，可以使包括计算系统200的设备执行本公开的一个或多个示例的一个或多个功能和方法。计算机可读存储介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，便携式计算机磁盘(磁性)、随机存取存储器(RAM)(磁性)、只读存储器(ROM)(磁性)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)(磁性)、便携式光盘诸如CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R或DVD-RW，或闪存存储器诸如紧凑型闪存卡、安全数字卡、USB存储设备、记忆棒等。
该固件也可传播于任何传输介质内以供指令执行系统、装置或设备诸如基于计算机的系统、包括处理器的系统或可从指令执行系统、装置或设备获取指令并执行指令的其他系统使用或与其结合。在本文的上下文中，“传输介质”可以是可传送、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合的任何介质。传输介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁或红外有线或无线传播介质。
触摸屏220可用于在触摸屏的在本文中称为触摸节点的多个离散的位置处导出触摸信息。触摸屏220可包括触摸感测电路，该触摸感测电路可包括具有多个驱动线222和多个感测线223的电容感测介质。应当指出的是，本文有时使用术语“线”是指简单的导电路径，如本领域的技术人员将容易理解的，并且不限于严格直线的元件，但包括改变方向的路径，并且包括具有不同尺寸、形状、材料等的路径。驱动线222可通过驱动接口224由激励信号216从驱动器逻辑部件214驱动，并且所得的在感测线223中生成的感测信号217可通过感测接口225传输到触摸控制器206中的感测通道208。以这种方式，驱动线和感测线可以是触摸感测电路的一部分，其可以相互作用以形成电容感测节点，该电容感测节点可以被视为触摸像元(触摸像素)，并且在本文中被称为触摸节点，诸如触摸节点226和227。当将触摸屏220视为捕捉触摸的“图像”(“触摸图像”)时，这种理解可能特别有用。换句话讲，在触摸控制器206确定在触摸屏中的每个触摸节点处是否已经检测到触摸之后，可将触摸屏中发生触摸的触摸节点的图案视为触摸的“图像”(例如，触摸触摸屏的手指的图案)。如本文所用，“耦接到”或“连接到”另一个电子部件的电子部件包括直接或间接连接，该直接或间接连接为耦接部件之间的通信或操作提供电路径。因此，例如，驱动线222可直接连接到驱动器逻辑部件214或经由驱动接口224间接连接到驱动逻辑214，并且感测线223可直接连接到感测通道208或经由感测接口225间接连接到感测通道208。在任一种情况下，均可提供用于驱动和/或感测触摸节点的电路径。
图3A示出了根据本公开的示例的与触摸节点电极302和感测电路314(例如，与感测通道208对应)的自电容测量对应的示例性触摸传感器电路。触摸节点电极302可对应于触摸屏400的触摸电极404或406或触摸屏402的触摸节点电极408。触摸节点电极302可具有与其相关联的固有的对地自电容，并且还具有在物体诸如手指305接近或触摸电极时形成的附加的对地自电容。触摸节点电极302的对地总自电容可近似为电容304，因为电容304可远小于体电容309，因此可支配总接地电容。触摸节点电极302可耦接至感测电路314。尽管可采用其他配置，但是感测电路314可包括运算放大器308、反馈电阻器312和反馈电容器310。例如，反馈电阻器312可由开关式电容器电阻器来代替，以使可由可变反馈电阻器所导致的寄生电容效应最小化。触摸节点电极302可耦接至运算放大器308的反相输入(-)。AC电压源306(Vac)可耦接到运算放大器308的同相输入(+)。触摸传感器电路300可被配置为感测由手指或对象触摸或接近触摸传感器面板所引起的触摸节点电极302的总自电容304的变化(例如，增加)。放大器308的输出电压振幅大约为Vac*(1+XFB/(XCS+XCSNS))，其中XFB、XCS和XCSNS分别为反馈网络、电容器307和电容器304)在Vac频率下的阻抗。放大器308的输出可由解调器328以激励信号Vac(零差或同步检测)的频率进行解调，然后由滤波器332集成(或平均)。处理器可使用所得的输出320以确定接近事件或触摸事件的存在，或者输出可被输入到离散逻辑网络中以确定接近事件或触摸事件的存在。需注意，在一些示例中，解调器可为I/Q解调器。在一些示例中，解调器可位于数字域中，其中放大器308的输出可在执行数字解调之前首先由ADC数字化。
图3B示出了根据本公开的示例的与互电容驱动线322和感测线326以及感测电路314(例如，与感测通道208对应)对应的示例性触摸传感器电路350。驱动线322可由激励信号306(例如AC电压信号)激励。激励信号306可通过驱动线322和感测线之间的互电容324电容耦合至感测线326。当手指或对象305接近由驱动线322和感测线326的相交形成的触摸节点时，互电容324可变化(例如，减小)。如本文所述，互电容324的该变化可被检测以指示触摸节点处的触摸事件或接近事件。耦合至感测线326上的感测信号可由感测电路314接收。感测电路314可包括运算放大器308以及反馈电阻器312和反馈电容器310中的至少一者。图3B示出了使用电阻式反馈元件和电容式反馈元件两者的一般情况。感测信号(称为Vin)可被输入到运算放大器308的反相输入中，并且运算放大器的非反相输入可耦合至参考电压Vref。运算放大器308可驱动其输出至电压Vo，以使Vin基本上等于Vref，并且可因此保持Vin恒定或虚拟接地。本领域的技术人员将理解，在该上下文中，等于可包括最多至15％的偏差。因此，感测电路314的增益通常可为互电容324与反馈阻抗(其由电阻器312和/或电容器310构成)和互电容324的阻抗的比率的函数。放大器308的输出由解调器328以激励信号Vac(零差或同步检测)的频率进行解调，然后由滤波器332集成(或平均)。需注意，在一些示例中，解调器可为I/Q解调器。在一些示例中，解调器(或I/Q解调器)可位于数字域中，其中放大器308的输出可在执行解调和滤波之前首先由ADC数字化。
重新参照图2，在一些示例中，触摸屏220可为集成触摸屏，其中触摸感测系统的触摸感测电路元件可集成到显示器的显示器像素层叠结构中。触摸屏220中的电路元件可包括例如存在于LCD或其他显示器(LED显示屏、OLED显示屏等)中的元件，诸如一个或多个像素晶体管(例如，薄膜晶体管(TFT))、栅极线、数据线、像素电极和公共电极。在给定的显示器像素中，像素电极和公共电极之间的电压可控制显示器像素的亮度。像素电极上的电压可由数据线通过像素晶体管提供，其可由栅极线控制。需要指出的是，电路元件不限于整个电路部件，诸如整个电容器、整个晶体管等，而是可包括电路的部分，例如平行板电容器的两个板中的仅一个板。
图4A示出了根据本公开的示例的具有以行和列布置的触摸电极404和406的触摸屏400。具体地，触摸屏400可包括设置为行的多个触摸电极404以及设置为列的多个触摸电极406。触摸电极404和触摸电极406可位于触摸屏400上的相同或不同的材料层上，并且可彼此相交，如图4A所示。在一些示例中，电极可形成在透明(部分或完全)基板的相对侧上，并且由透明(部分或完全)半导体材料诸如ITO形成，但其他材料也是可能的。在基板的不同侧面上的层上显示的电极在本文中可被称为双面传感器。在一些示例中，触摸屏400可感测触摸电极404和406的自电容，以检测触摸屏400上的触摸和/或接近活动，并且在一些示例中，触摸屏400可感测触摸电极404和406之间的互电容，以检测触摸屏400上的触摸和/或接近活动。尽管触摸电极404和406被示出为矩形，但应当理解，其他电极形状和结构(例如，通过跳线或通孔连接的菱形、正方形、条形或圆形电极)也是可能的。
图4B示出了根据本公开的示例的具有按像素化触摸节点电极构型布置的触摸节点电极408的触摸屏402。具体地，触摸屏402可包括多个单独的触摸节点电极408，每个触摸节点电极标识或表示触摸屏上的要感测触摸或接近(即，触摸事件或接近事件)的唯一位置，并且每个触摸节点电极与触摸屏/面板中的其他触摸节点电极电隔离，如前文所述。触摸节点电极408可位于触摸屏402上的相同或不同的材料层上。在一些示例中，触摸屏402可感测触摸节点电极408的自电容，以检测触摸屏402上的触摸和/或接近活动，并且在一些示例中，触摸屏402可感测触摸节点电极408之间的互电容，以检测触摸屏402上的触摸和/或接近活动。尽管触摸节点电极408被示出为具有矩形形状，但应当理解，其他电极形状(例如，菱形、圆形、条形等)和结构也是可能的。
图5A至图5C示出了根据本公开的一些示例的在各种场景中对互电容触摸感测进行建模的示例性电路图。例如，图5A至图5C所示的电路可被示出为具有一个或多个Tx电极(例如，驱动电极)和一个Rx电极。应当理解，在一些示例中，触摸屏可包括多个触摸节点，并且每个触摸节点可由图5A至图5C所示的多个电路中的一个电路表示。
例如，图5A所示的电路500表示对良好接地的邻近对象的互电容感测。在一些示例中，如果对象提供具有小于阈值的阻抗的通往系统接地或一些其他已知的参考电压的路径，使得对象有效地接地，则该对象良好接地。图5A所示的电路500可包括Tx电极502(例如，驱动电极)、Rx电极504(例如，感测电极)、邻近对象506(例如，用户的手指、触笔或另一导电对象)以及电路500的每个元件之间的电容。Tx电极502可类似于上文参考图3B所述的驱动电极322，并且Rx电极504可类似于上文参考图3B所述的感测电极326。需注意，图3B所示的系统接地连接可参考与图5A至图5C所示的接地相同的接地。此外，电路500可包括图5A中未示出的附加元件，诸如图3B中所示的一个或多个部件。
在一些示例中，当对象506在由电路500建模的场景中邻近或触摸触摸屏时，在对象506与Tx电极502之间形成电容C1,P，并且在对象506与Rx电极504之间形成电容C2,P。如上文参考图3B所述，对象506与电极502和504的电容耦合可使得Tx电极502与Rx电极504之间的互电容C1,2相对于互电容C1,2减小而不接近对象506。可如上所述感测互电容的这种变化，诸如参考图3B，并且进入RX节点的电荷的变化量为ΔQ1,2＝VTxΔC1,2。
在一些示例中，Tx电极502与Rx电极504之间的互电容C1,2在存在对象506的情况下减小，因为对象506如上所述良好接地。如下文参考图5B至图5C所述，如果对象506接地不良，则互电容C1,2可能不会响应于对象506而减小到与C1,2响应于良好接地的对象506而减小的程度相同的程度。在一些示例中，如果对象不提供具有低于预先确定的阈值的阻抗的通往系统接地或一些其他参考电压的路径(诸如提供具有高于阈值的阻抗的通往系统接地或参考电压的路径的对象，或者根本不耦接到地或参考电压的对象)则该对象接地不良。在一些示例中，如果对象506接地不良，则通过C1,p和C2,p注入的电荷可导致互电容C1,2的估计出现误差，相对于当良好接地的对象邻近触摸屏时互电容C1,2的明显变化，当接地不良的对象506邻近触摸屏时，这可能使其看起来好像C1,2减小程度更大、更小、根本不减小或甚至增加。这些变化可使得电子设备无法检测对象506(例如，因为电容耦合的变化小于检测阈值)、无法检测邻近触摸屏的其他对象或经历“负像素效应”，其中耦接到对象506的电荷使得互电容C1,2在例如存在接地不良的对象的情况下增加，而不是减小。
例如，图5B示出了表示接地不良的对象506的互电容触摸检测的电路520。电路520包括上文参考图5A所述的相同Tx电极502和Rx电极504，并且与图5A所示的电路500类似，可包括图5B中未示出的附加元件，诸如上文参考图3B所述的多个元件中的一个或多个。
与电路500不同，与包括Tx电极502和Rx电极504的触摸屏邻近或接触的对象506可能接地不良。如图5B所示，对象506可通过一些电容Cp,gnd(具有大于阈值的阻抗的电容耦合路径)电容耦合至地。实质上，C1,P与C2,P和施加到VTX的未知电容器CP,GND形成分压器，从而导致电压VP出现在节点VP处。因此，耦接到RX节点的有效电荷为ΔQ1,2＝VTxΔC1,2+VPC2,P。因此，在一些示例中，对象506的电压VP(该电压是造成负像素项的原因)可以是与地电位不同的电势。
当感测触摸信号以确定图5B中的Tx电极502与Rx电极504之间的互电容C1,2时，对象506的接地不良情况可妨碍根据所测量的感测信号的C1,2的测定的准确性。在一些示例中，这些误差可使得所感测的触摸信号看起来好像不存在邻近触摸屏的对象506，可使得在触摸数据中检测到“负像素”或者可导致其他触摸感测误差。在一些示例中，缓解接地不良情况以减少“负像素”效应和其他触摸感测误差可能是有利的。
图5C示出了可表示使用多个驱动信号对接地不良的对象506进行互电容感测的另一个电路540。类似于电路500和520，电路540可包括Rx电极504，该Rx电极可用于感测例如靠近或触摸包括Rx电极504的触摸屏的邻近对象506。在一些示例中，电路540包括两个驱动电极，-Tx 508b和+Tx 508a，其可包括在包括Rx电极504的触摸屏中。在一些示例中，包括电极504、508a和508b的触摸屏还可包括上文参考图3B所述的一个或多个部件。
在一些示例中，+Tx电极508a和-Tx电极508b可用具有相反驱动波形的平衡驱动信号来驱动。例如，驱动信号可具有相同的量值和频率，并且可彼此相差180°。在一些示例中，这些信号可经由电容C3,p和C1,p电容耦合至邻近对象506。例如，电容C3,p和C1,p可相同或基本上相同。因此，在一些示例中，邻近对象506可经历来自平衡驱动信号的零净电压(例如，Vp＝0)，从而缓解对象506的接地不良情况。例如，如果电荷正通过对象506耦接到触摸屏表面，则电荷可具有通过C3,p和/或C1,p通往系统接地的路径。耦接到RX节点中的有效电荷为ΔQ1,2＝VTx+ΔC1,2+VTx-ΔC1,3＝VTx(ΔC1,2-ΔC1,3)。
如图5C所示，在一些示例中，每个驱动电极(例如，+Tx电极508a和-Tx电极508b)可电容耦合至Rx电极504。例如，互电容C1,2可在+Tx电极508a与Rx电极504之间形成，并且互电容C1,3可在-Tx电极508b与Rx电极504之间形成。在一些示例中，施加到每个驱动电极508a和508b的驱动电压可电容耦合至Rx电极504。在一些示例中，如图5C所示，-Tx电极508b和+Tx电极508a可各自定位于与Rx电极504不同的距离处，使得C1,2和C1,3可不相同。例如，如图5C所示，由于+Tx电极508a与Rx电极504之间的距离小于-Tx电极508b与Rx电极504之间的距离，因此C1,2可大于C1,3。因此，耦接到Rx电极504的净驱动电压信号可为非零的，并且可具有与例如施加到+Tx电极508a的驱动信号相同的相位。应当理解，在一些示例中，-Tx电极508b与Rx电极504之间的距离可替代地小于+Tx电极508a与Rx电极504之间的距离。在一些示例中，将+Tx电极508a和-Tx电极508b定位在与Rx电极504不同的距离处可使得在Rx电极504处检测到的信号不为零，从而使得能够检测到邻近对象506(例如，邻近或触摸包括电极504和508a至508b的触摸屏的对象)而没有所得的净零互电容，即使从Tx电极508a至508b耦接到对象506的净电压可为零。
在一些示例中，电路540可对应于各种电极布局，其中+Tx电极508a和-Tx电极508b具有与Rx电极504相同的面积和不同的距离。因此，可根据使用根据本公开的平衡互电容触摸感测的相应的电子设备的触摸感测需要来实现各种电极布局。例如，可根据电子设备的典型用例和成本考虑因素在准确性、时间/功率效率、触摸屏厚度以及布线迹线的复杂性和/或数量之间进行权衡以选择适当的电极布局。在下文中参考图6A至图6C和图7所示更加详细地描述了对应于电路540的各种示例性电极布局。
图6A至图6C示出了根据本公开的示例的触摸屏的示例性电极布局。在一些示例中，触摸屏可包括多个感测电极、用具有第一相位的电压信号来驱动的多个驱动电极、以及用具有第二相位的电压信号来驱动的多个驱动电极。例如，图6A至图6C所示的触摸屏的每个触摸节点可包括例如感测电极、可用具有第一相位的电压信号来驱动的驱动电极、以及可用具有第二相位的电压信号来驱动的驱动电极。在一些示例中，这些触摸节点中的每个触摸节点可由上文参考图5C所述的电路540建模。
例如，图6A中的触摸屏600可包括多个Rx电极604(例如，感测电极)、多个+Tx电极608a(例如，可用具有第一相位的电压信号来驱动的驱动电极)和多个-Tx电极608b(例如，可用具有与第一相位相反的第二相位的电压信号来驱动的驱动电极)。在一些示例中，图6A所示的Rx电极604可由图5C所示的Rx电极504建模，图6A所示的+Tx电极608a可由图5C所示的+Tx电极508a建模，并且图6A所示的-Tx电极608b可由图5C所示的-Tx电极508b建模。例如，+Tx电极608a可用与施加到-Tx电极608b的驱动电压信号相差180°的驱动电压信号来驱动(例如，用平衡驱动信号来驱动+Tx电极608a和-Tx电极608b)。
在一些示例中，如图6A所示，Rx电极604、+Tx电极608a和-Tx电极608b可同心地布置。例如，+Tx电极608a可以是包括孔的盘形，圆形Rx电极604可定位于该孔中；并且-Tx电极608b可以是包括孔的盘形，+Tx电极608a和Rx电极604可定位于该孔中。尽管电极604和608a至608b的形状可如图6A所示为圆形，但在一些示例中，可使用其他形状，诸如正方形、矩形、菱形、三角形、六边形。在一些示例中，单个Rx电极604、单个+Tx电极608a和单个-Tx电极608b可与触摸屏600的相应的触摸节点相关联。例如，如图6A所示，触摸屏600可在每组电极的位置处包括触摸节点，该电极包括相应的Rx电极604、相应的+Tx电极608a和相应的-Tx电极608b。在一些示例中，多个Rx电极604、+Tx电极608a和-Tx电极608b可以包括在每个触摸节点中，如下文参考图6B更加详细地描述。
仍然参考图6A，在一些示例中，+Tx电极608a的面积可等于-Tx电极608b的面积(或在等于该面积的阈值内)，使得邻近对象与+Tx电极608a和-Tx电极608b中的每一者的电容耦合可相等(或在相等值的阈值内)。在一些示例中，当施加到+Tx电极608a和-Tx电极608b的驱动信号的振幅和频率相同并且相位相反(例如，相差180°)时，使邻近对象与+Tx电极608a和-Tx电极608b中的每一者的电容耦合相等或基本上相等可使得邻近对象所经历的净电压为零。在一些示例中，Rx电极604的面积可以与+Tx电极608a和-Tx电极608b的面积相同或不同。
如上文参考图5C所述并且如图6A所示，在一些示例中，对于触摸屏600中包括的每个触摸节点，相应的+Tx电极608a与Rx电极604之间的距离可小于相应的-Tx电极608b与Rx电极604之间的距离。在一些示例中，该布置使得+Tx电极608与Rx电极604之间的电容耦合大于-Tx电极608b与Rx电极604之间的电容耦合。因此，例如，由Rx电极604所感测的净信号可具有非零量值，并且可具有与施加到+Tx电极608a的驱动信号相同的相位。
又如，图6B中的触摸屏620可包括多个触摸节点622。在一些示例中，每个触摸节点622可包括电极阵列。图6B示出了包括Rx电极624、+Tx电极628a、-Tx电极628b和附加电极626(例如，在平衡互电容触摸扫描期间处于固定电势或接地的电极)的一个此类触摸节点622的扩展视图。在一些示例中，电极624、626和628a至628b可以是可在触摸屏操作的触摸阶段期间用作触摸电极并且可在触摸屏操作的显示阶段期间用作显示电路的一部分(例如，作为用地电压或参考电压、负电压、正电压、数据电压或其他电压驱动的公共电极、阳极或阴极)的多功能电极。例如，电极624、626和628a至628b的操作可以在显示操作与触摸检测之间进行时分复用。在一些示例中，在显示阶段期间施加到电极624、626和628a至628b的电压可与在触摸检测阶段期间施加到+Tx电极628a和-Tx电极628b的电压不同。现在将描述Rx电极624、+Tx电极628a和-Tx电极628b在触摸检测阶段期间的示例性操作。
在一些示例中，图6B所示的Rx电极624可由图5C所示的Rx电极504建模，图6B所示的+Tx电极628a可由图5C所示的+Tx电极508a建模，并且图6B所示的-Tx电极628b可由图5C所示的-Tx电极508b建模。例如，+Tx电极628a可用与施加到-Tx电极628b的驱动电压信号相差180°的驱动电压信号来驱动。
在一些示例中，如图6B所示，Rx电极624、+Tx电极628a和-Tx电极628b可被布置为使得+Tx电极628a与Rx电极624之间的距离可小于-Tx电极628b与Rx电极624之间的距离。因此，在一些示例中，+Tx电极628a与Rx电极624的电容耦合可以大于-Tx电极628b与Rx电极624的电容耦合，并且在Rx电极624处感测到的信号可以是非零的。
在一些示例中，每个触摸节点622可包括多个Rx电极624、多个+Tx电极624a和多个-Tx电极624b。例如，当触摸屏620在触摸检测模式下进行操作时，相应的触摸节点622内的相同类型的电极的电极可以是电隔离的或可以耦接在一起。例如，相应的触摸节点622内的全部+Tx电极628a可用第一驱动信号同时独立地驱动，相应的触摸节点622内的全部-Tx电极628b可用第二驱动信号同时独立地驱动，并且相应的触摸节点622中的每个Rx电极624可被独立地感测。在一些示例中，可诸如通过计算触摸信号的平均值、中值或模式来组合或比较每个Rx电极624的感测信号以检测触摸。又如，相应的触摸节点622中的全部+Tx电极628a可耦接在一起并用第一驱动信号来驱动，相应的触摸节点622中的全部-Tx电极628b可耦接在一起并用第二驱动信号来驱动，并且/或者相应的触摸节点622中的全部Rx电极624可耦接在一起并在触摸检测模式期间被感测。在一些示例中，相应的触摸节点622中的一些电极耦接在一起，并且其他电极保持电隔离。例如，相应的触摸节点622中的全部Rx电极624可在触摸检测模式期间耦接在一起，其中相应的触摸节点622中的+Tx电极628a和-Tx电极628b可分别用第一驱动信号和第二驱动信号来独立地驱动。又如，在触摸检测模式期间，相应的触摸节点622的全部+Tx电极628a可耦接在一起并用第一驱动信号来驱动，相应的触摸节点622的全部-Tx电极628b可耦接在一起并用第二驱动信号来驱动，并且相应的触摸节点622中的Rx电极624可如前文所述被独立地感测。
仍然参考图6B，在一些示例中，包括在相应的触摸节点622中的+Tx电极628a的总面积可等于相应的触摸节点622中的-Tx电极628b的总面积(或在等于该总面积的阈值内)，使得邻近对象与+Tx电极628a和-Tx电极628b中的每一者的电容耦合可相等。在一些示例中，当施加到相应的触摸节点622中的+Tx电极628a和相应的触摸节点622中的-Tx电极628b的驱动信号的振幅和频率相同并且相位相反(例如，相差180°)时，使邻近对象与+Tx电极628a和-Tx电极628b中的每一者的电容耦合相等(或几乎相等)可使得施加到邻近对象的净电压为零(或接近零)。在一些示例中，Rx电极624的总面积可以与+Tx电极628a和-Tx电极628b的总面积相同或不同。
在一些示例中，触摸屏620可包括附加电极626。在一些示例中，附加电极626在触摸屏620的触摸检测模式期间可以是“关闭”的(既不是用AC激励电压驱动也未被感测到)。在一些示例中，附加电极626可耦接到公共电压(例如，接地或虚拟接地)，或者可在触摸屏620的触摸检测模式期间浮动。在一些示例中，附加电极626中的一个或多个附加电极可在触摸屏620的触摸检测模式期间用作Rx电极626。在一些示例中，在显示模式期间，全部电极(包括附加电极626、Rx电极624、+Tx电极628a和-Tx电极628b)可用于在触摸屏620上显示图像(例如，充当Vcom层)。
在具有类似于图4A所示的触摸屏400的相交的驱动电极和感测电极(例如，以行/列布置)的一些示例中，触摸电极可各自包括在多个触摸节点中，并且每个触摸节点可包括Rx电极、+Tx电极和-Tx电极，如现在将参考图6C所述。如图6C所示，在一些示例中，触摸屏640可包括以行布置的Rx电极644以及以列布置的+Tx电极648a和-Tx电极648b。应当理解，在一些示例中，Rx电极644可以以行布置，并且Tx电极628a和628b可以以列布置。触摸屏640的触摸节点可被定义为一行Rx电极644与一列+Tx电极648a和-Tx电极648b的交集。如图6C所示，触摸电极的区段可以是菱形形状，但是应当理解，在一些示例中，其他形状也是可能的，诸如正方形、圆形、三角形、六边形、五边形等。
在一些示例中，图6C所示的Rx电极644可由图5C所示的Rx电极504建模，图6C所示的+Tx电极648a可由图5C所示的+Tx电极508a建模，并且图6C所示的-Tx电极648b可由图5C所示的-Tx电极508b建模。例如，对应于相应的列的+Tx电极648a可用与施加到对应于相同相应的列的-Tx电极648b的驱动电压信号相差180°的驱动电压信号来驱动。在一些示例中，相应的列中的+Tx电极648a可包括通过跳线、迹线、通孔或其他合适的导电连接器连接在一起的菱形区段(包括可在其中设置-Tx电极648b的区段的菱形孔)，并且相应的列中的-Tx电极648b可包括通过跳线迹线、通孔或其他合适的导电连接器连接在一起的菱形区段。+Tx电极648a不电耦接到-Tx电极648b。
在一些示例中，如图6C所示，Rx电极644、+Tx电极648a和-Tx电极648b可被布置为使得+Tx电极648a与Rx电极624之间的距离小于-Tx电极648b与Rx电极624之间的距离。例如，每列Tx电极可包括-Tx电极648b的菱形区段，该-Tx电极被+Tx电极648a的菱形区段围绕，该+Tx电极的菱形区段包括可在其中设置-Tx电极648b的区段的菱形孔。因此，在一些示例中，+Tx电极648a与Rx电极644的电容耦合可大于-Tx电极648b与Rx电极644的电容耦合，并且在Rx电极644处感测到的信号可以是非零的。
在一些示例中，+Tx电极648a的面积可等于-Tx电极648b的面积或在等于该面积的预先确定的阈值内，使得邻近对象与+Tx电极648a和-Tx电极648b中的每一者的电容耦合可相等。在一些示例中，当施加到相应的列中的+Tx电极648a和相应的列中的-Tx电极648b的驱动信号的振幅和频率相同并且相位相反(例如，相差180°)时，使邻近对象与+Tx电极648b和-Tx电极648b中的每一者的电容耦合相等可使得邻近对象所经历的净电压为零。在一些示例中，Rx电极644的面积可以与+Tx电极648a和-Tx电极648b的面积相同或不同。
如下文参考图8B更加详细地描述，在一些示例中，触摸屏600、620和640可执行多种类型的触摸检测扫描，包括互电容扫描和自电容扫描。在一些示例中，在互电容扫描期间，+Tx电极可以用第一驱动信号来驱动，-Tx电极可以用第二驱动信号来驱动，并且Rx电极可以如上所述被感测，诸如参考图3B。在一些示例中，施加到相应的触摸节点的第一驱动信号和第二驱动信号具有相同的频率和振幅以及相反的相位。在一些示例中，施加到不同触摸节点的驱动信号可具有不同相位和/或频率并且/或者可在不同的时间施加。
在一些示例中，在自电容扫描期间，可以与上文参考图3A所述的方式类似的方式感测一个或多个触摸电极的自电容。在一些示例中，Rx电极、+Tx电极和-Tx电极之间的指定可能在自电容扫描期间不适用，相反，不同组的电极可被指定用于功能上的差异，或者全部触摸电极可在自电容感测期间以相同或类似的方式使用。例如，可在自电容扫描期间感测Rx电极、+Tx电极和-Tx电极中的一者或多者的自电容。在一些示例中，一个或多个触摸电极可在自电容扫描期间耦接在一起。例如，相应的触摸节点内的全部触摸电极可在自电容扫描期间耦接在一起。又如，参考图6B，相应的触摸节点622内的相同类型的全部电极(例如，Rx电极624、+Tx电极628a或-Tx电极628b)可在自电容扫描期间耦接在一起，或者不同组的触摸电极可耦接在一起以用于自电容感测。在一些示例中，可单独地感测每个电极的自电容。在一些示例中，在自电容扫描期间，可激励触摸传感器面板的全部电极(并且可感测一些或全部电极以测量自电容)，使得浮动对象(诸如水或其他液体)不提供多个电极之间的导电路径(这是由于共享激励信号而导致全部电极处于相同电势而引起的)，因此可能无法检测到浮动对象。
如上所述，在一些示例中，参考图5C至图6C描述的平衡互电容触摸扫描可检测邻近或触摸触摸屏、触摸传感器面板或触摸传感器的良好接地的对象和接地不良的对象。在一些情况下，可能有利的是区分良好接地的对象和浮动对象。例如，存在于触摸屏、触摸传感器面板或触摸传感器的表面上的水或其他液体可以是浮动的，并且当用平衡互电容扫描(其也可能接地不良)感测触摸时，该水或其他液体可能与其他对象(诸如用户的手、触笔或其他导电对象)无法区分。然而，检测到水或液体无法与触摸区分可导致润湿环境中的非期望的行为。在一些示例中，自电容扫描可用于区分水/液体与其他接地不良的对象，因为自电容扫描可能无法检测到浮动的水/液体(以及一些接地不良的)对象。因此，在一些示例中，可以比较使用平衡互电容触摸扫描收集的触摸数据和使用自电容扫描收集的触摸数据，以识别可能出现在平衡互电容触摸数据中但可能未出现在自电容触摸数据中的水或其他液体。在一些示例中，可任选地基于一个或多个附加标准(例如，尺寸、位置、触摸阈值等)来忽略平衡互电容触摸数据中由于水或液体引起的触摸。在一些示例中，忽略由水或液体造成的触摸可防止电子设备执行原本将由检测触摸屏表面上的水或液体作为对象(诸如手指)的触摸而引起的一个或多个非预期动作。
图7示出了根据本公开的一些示例的示例性触摸传感器700的侧视图。在一些示例中，触摸传感器700可以是结合到上文关于图1A至图1H所述的多个设备中的一个设备中的触摸屏、触摸传感器面板或触摸传感器。在一些示例中，触摸屏或触摸传感器面板可包括与图7所示的触摸传感器700的触摸节点类似的多个触摸节点。在一些示例中，触摸传感器可包括与图7所示的触摸传感器700的触摸节点类似的一个触摸节点。
例如，图7中的触摸传感器700可包括Rx电极704(例如，感测电极)、+Tx电极708a(例如，用第一相位驱动的驱动电极)和-Tx电极708b(例如，用与第一相位相反的第二相位驱动的驱动电极)。在一些示例中，图7所示的Rx电极704可由图5C所示的Rx电极504建模，图7所示的+Tx电极708a可由图5C所示的+Tx电极508a建模，并且图7所示的-Tx电极708b可由图5C所示的-Tx电极508b建模。例如，+Tx电极708a可用与施加到-Tx电极708b的驱动电压信号相差180°的驱动电压信号来驱动。
如先前所提及的，图7可示出触摸传感器700的示例性侧视图。在一些示例中，电极704和708a至708b可按对应于图7所示的侧视图布置的各种可能的顶视图取向。例如，可使用多种电极尺寸、形状或布置。如图7所示，在一些示例中，+Tx电极708a定位于Rx电极704与-Tx电极708b之间。因此，例如，+Tx电极708a与Rx电极704之间的距离可以小于-Tx电极708b与Rx电极704之间的距离。在一些示例中，该布置使得+Tx电极708a与Rx电极704之间的电容耦合大于-Tx电极708b与Rx电极704之间的电容耦合。因此，例如，由Rx电极704所感测的净信号可具有非零量值，并且可具有与施加到+Tx电极708a的驱动信号相同的相位。
在一些示例中，+Tx电极708a的面积(例如，在顶视图中，未示出)可等于-Tx电极708b的面积(例如，在顶视图中，未示出)或在等于该面积的阈值内，使得邻近对象与+Tx电极708a和-Tx电极708b中的每一者的电容耦合可相等。在一些示例中，当+Tx电极708a和-Tx电极708b所经历的驱动信号的振幅和频率相同并且相位相反(例如，相差180°)时，使邻近对象与+Tx电极708a和-Tx电极708b中的每一者的电容耦合相等可使得施加到邻近对象的净电压为零。在一些示例中，向邻近对象施加零净电压可防止发生与接地不良相关联的负像素效应和其他触摸检测误差。在一些示例中，Rx电极704的面积(例如，来自顶视图，未示出)可以与+Tx电极708a和-Tx电极708b的面积相同或不同。
在一些示例中，Rx电极704、+Tx电极708a和-Tx电极708b可以设置在基板712上。触摸传感器700还可包括通过例如间隙714与基板分开的外表面710。在一些示例中，当邻近对象接触外表面710的外侧时，外表面710能够偏转，这可减小外表面710与基板712之间的间隙714。当间隙714减小时，在一些示例中，与外表面710不偏转的情况下可能发生的情况相比，邻近对象能够移动得更靠近电极704和708a至708b。因此，在一些示例中，外表面710的偏转可增加邻近对象与电极704和708a至708b的电容耦合，并且通过测量互电容的变化，可检测触摸并且/或者可从间隙714的变化推断力的量。因此，电容耦合的增加可改善触摸传感器700的准确性并且/或者向触摸传感器提供力感测能力。
在一些示例中，基板712可包括在系统级封装(SIP)中，该系统级封装包括集成为芯片的一个或多个传感器(包括或不包括触摸传感器)。因此，在一些示例中，电极704和708a至708b可包括在SIP中。在一些示例中，电极704和708a至708b可在SIP外部。
图8A至图8B是示出了根据一些示例的包括平衡互电容触摸感测的示例性过程800和810的流程图。在一些示例中，过程800和810可由上文参考图1A至图7所述的一个或多个触摸屏、触摸传感器面板或触摸传感器来执行。
参考图8A，在一些示例中，过程800可用于执行平衡互电容触摸感测。尽管下文将过程800描述为由包括触摸屏(例如，600、620和/或640)的电子设备执行，但应当理解，在一些示例中，可使用触摸传感器(例如，触摸传感器700)或触摸传感器面板来执行过程800。
在一些示例中，电子设备将驱动信号施加(802)到触摸屏的Tx电极。例如，可将第一驱动电压信号施加到触摸屏的一个或多个+Tx电极，并且可将第二驱动电压信号施加到触摸屏的一个或多个-Tx电极。在一些示例中，第一驱动电压信号和第二驱动电压信号可具有相同的振幅和频率。在一些示例中，第一驱动电压信号和第二驱动电压信号可具有相反的相位(例如，第一驱动电压信号和第二驱动电压信号可彼此相差180°)。
在一些示例中，电子设备感测(804)在触摸屏的Rx电极处的触摸信号。在一些示例中，感测触摸信号可允许电子设备确定Rx电极与-Tx电极之间以及Rx电极和+Tx电极之间的互电容的变化。尽管在一些示例中，如上所述，施加到+Tx电极和-Tx电极的驱动电压信号可具有为零或基本上为零的组合电压，但由于+Tx电极和-Tx电极与Rx电极的距离不同，因此耦接到Rx电极的净驱动信号可为非零的。因此，例如，电子设备能够感测耦接到Rx电极的信号的变化以检测触摸。
在一些示例中，电子设备处理(806)在触摸屏表面处的所检测到的触摸，并且在一些实施例中，处理在触摸屏表面处的所检测到的力。检测触摸屏表面处的触摸任选地包括检测邻近但不触摸触摸屏表面的对象。例如，可检测到邻近触摸屏表面悬停的一个或多个对象。在一些示例中，处理触摸可包括识别触摸屏的与对象正在触摸和/或悬停的位置重叠的一个或多个接触区域或悬停区域。在一些示例中，处理触摸可包括跟踪一个或多个邻近对象的移动，诸如以用于检测包括邻近对象的移动的轻扫或其他姿态。电子设备能够响应于经处理的触摸来执行一个或多个动作，诸如导航电子设备的一个或多个用户界面、做出选择等。
如上所述，在一些示例中，电子设备根据过程810来执行多种类型的触摸扫描以辨别邻近或触摸触摸屏、触摸传感器或触摸传感器面板的表面的良好接地的对象和接地不良的对象，现在将参考图8B来描述该过程。
在一些示例中，电子设备可以使用触摸屏来执行812第一互电容触摸感测过程(例如，平衡互电容触摸感测过程)。平衡互电容触摸感测过程可包括例如上文参考图8A所述的过程800的一个或多个步骤。在一些示例中，平衡互电容触摸感测过程可包括将第一驱动电压信号施加到触摸屏的一个或多个+Tx电极，以及将第二驱动电压信号施加到触摸屏的一个或多个-Tx电极。例如，第一驱动电压信号和第二驱动电压信号可具有相同的振幅和频率并且可具有相反的相位(例如，第一驱动电压信号和第二驱动电压信号可彼此相差180°)。平衡互电容触摸感测过程还可包括感测在Rx电极处的电容耦合信号，以确定Rx电极与+Tx电极和-Tx电极之间的互电容变化，从而检测邻近对象。在一些示例中，平衡互电容触摸感测过程可用于检测邻近触摸屏的良好接地的对象和接地不良的对象。
在一些示例中，电子设备可以使用触摸屏来执行813第二互电容触摸感测过程。在一些示例中，在第二互电容触摸感测过程期间，施加到+Tx电极和-Tx的驱动信号可以不具有为零的净电压。例如，在相应的触摸节点内，可将相同驱动信号施加到相应的触摸节点的+Tx电极和-Tx电极两者。
在一些示例中，电子设备可以在不同的时间执行812第一互电容触摸感测并执行813第二互电容触摸感测。在一些示例中，电子设备可以同时执行812第一互电容触摸感测并执行813第二互电容触摸感测。例如，电子设备可用包括具有第一相位的第一频率和具有第三相位的第二频率的驱动信号来驱动相应的触摸节点的+Tx电极，并且用包括具有第二相位(与第一相位相反)的第一频率和具有第三相位的第二频率的驱动信号来驱动相应的触摸节点的-Tx电极。以这种方式，在一些示例中，具有第一相位的触摸信号的分量可被平衡并且具有为零的净电压，而具有第二相位的触摸信号的分量可具有非零净电压。第一频率和第二频率可不同。在一些示例中，电子设备可以在第一频率和第二频率下解调所接收的感测信号，以分析第一互电容触摸感测过程和第二互电容触摸感测过程两者的触摸数据。
在一些示例中，电子设备可以使用触摸屏来执行814自电容触摸感测过程。例如，自电容触摸感测过程可类似于上文参考图3A对自电容的描述。在一些示例中，Rx、+Tx和/或-Tx电极中的一者或多者可用于使用自电容来检测触摸。在一些示例中，电子设备可使用自电容来检测邻近触摸屏的良好接地的对象。在一些示例中，浮动的水或液体可能不会使自电容改变到足以在自电容触摸感测过程期间被检测到的程度。
在一些示例中，电子设备可以处理(816)触摸数据，这可以包括处理在平衡互电容触摸感测过程期间收集的触摸数据和在自电容触摸感测过程期间收集的触摸数据。在一些示例中，过程810中的处理(816)触摸数据可包括电子设备根据上文参考图8A所述的过程800处理(806)触摸数据的方式的多个细节中的一个或多个细节。在一些示例中，过程810中的处理(816)触摸可包括比较从平衡互电容触摸感测过程812和自电容触摸感测过程814收集的触摸数据。比较触摸数据可使得电子设备能够区分浮动的水或液体与接地不良或良好接地的邻近对象(例如手指等)。在一些示例中，电子设备可基于一个或多个标准(诸如所检测到的触摸的尺寸、形状、位置、持续时间等)来忽略来自浮动的水或液体的触摸。在一些示例中，可选择标准以避免处理由触摸屏表面上的水引起的触摸的指示，该指示不基于有意的用户输入。基于有意的用户输入的触摸的指示的示例可包括用户用他们的手或手指和/或用触笔或其他输入设备来触摸触摸屏，并且有意的用户输入可基于此处未明确叙述的其他对象的接近度来检测。
本公开的一些示例涉及一种电子设备，包括：触摸传感器面板，该触摸传感器面板包括多个第一驱动电极、多个第二驱动电极和多个感测电极，其中包括在触摸传感器面板中的多个触摸节点中的每个触摸节点包括第一驱动电极、第二驱动电极和感测电极；以及驱动电路，该驱动电路被配置为，针对每个触摸节点：将第一驱动信号施加到第一驱动电极；并且将第二驱动信号施加到第二驱动电极，其中第一驱动信号的相位与第二驱动信号的相位相反；以及感测电路，该感测电路被配置为，针对每个触摸节点：感测感测电极的电压，该电压指示感测电极与第一驱动电极之间以及感测电极与第二驱动电极之间的互电容。
本公开的一些示例涉及触摸传感器，该触摸传感器包括第一驱动电极、第二驱动电极和感测电极；以及驱动电路，该驱动电路被配置为：将第一驱动信号施加到第一驱动电极；并且将第二驱动信号施加到第二驱动电极，其中第一驱动信号的相位与第二驱动信号的相位不同；以及感测电路，该感测电路被配置为：感测感测电极的电压，该电压指示感测电极与第一驱动电极之间以及感测电极与第二驱动电极之间的互电容。附加地或另选地，在一些示例中，第一驱动电极与感测电极之间的距离与第二驱动电极与感测电极之间的距离不同。附加地或另选地，在一些示例中，第一驱动电极的面积与第二驱动电极的面积相同。附加地或另选地，在一些示例中，第一驱动信号的振幅与第二驱动信号的振幅相同，并且第一驱动信号的频率与第二驱动信号的频率相同。附加地或另选地，在一些示例中，第一驱动信号和第二驱动信号的总和基本上为零伏。附加地或另选地，在一些示例中，第一驱动电极和感测电极的互电容与第二驱动电极和感测电极的互电容不同。附加地或另选地，在一些示例中，触摸传感器是包括在电子设备的触摸传感器面板中的多个触摸节点中的一个触摸节点，包括在触摸传感器面板中的每个触摸节点包括相应的感测电极、相应的第一驱动电极和相应的第二驱动电极，相应的感测电极被相应的第一驱动电极围绕，并且相应的第一驱动电极和相应的感测电极被相应的第二驱动电极围绕。附加地或另选地，在一些示例中，触摸传感器包括在电子设备的触摸传感器面板中，该触摸传感器面板包括多个第一驱动电极、多个第二驱动电极和多个感测电极；每个感测电极包括沿着触摸传感器面板的第一尺寸设置的多个连接的感测电极区段，每个第一驱动电极包括多个连接的第一驱动电极区段，每个第二驱动电极包括多个连接的第二驱动电极区段，所述多个连接的第一驱动电极区段和多个第二驱动电极区段沿着触摸传感器面板的第二尺寸设置，该第二尺寸垂直于第一尺寸，并且每个相应的第一驱动电极区段被相应的第二驱动电极区段围绕。附加地或另选地，在一些示例中，触摸传感器是包括在电子设备的触摸传感器面板中的多个触摸节点中的一个触摸节点，该触摸传感器面板包括多个第一驱动电极、多个第二驱动电极和多个感测电极，包括在触摸传感器面板中的多个触摸节点中的每个触摸节点包括第一驱动电极、第二驱动电极和感测电极，驱动电路被进一步配置为，在与将第一驱动信号施加到第一驱动电极并且将第二驱动信号施加到第二驱动电极不同的时间，针对每个触摸节点：将第三驱动信号施加到第一驱动电极、第二驱动电极或感测电极中的一者或多者，并且感测电路被进一步配置为，在与感测到指示互电容的电压不同的时间，针对每个触摸节点：感测第一驱动电极、第二驱动电极或感测电极的一个或多个第二电压，该一个或多个第二电压指示触摸节点的自电容。附加地或另选地，在一些示例中，第一驱动信号的相位与第二驱动信号的相位相反。附加地或另选地，在一些示例中，触摸传感器是包括在电子设备的触摸屏中的多个触摸节点中的一个触摸节点，并且电子设备还包括：显示电路，该显示电路被配置为在与驱动电路施加第一驱动信号和第二驱动信号并且感测电路感测感测电极的电压的时间不同的时间：将显示信号施加到第一驱动电极、第二驱动电极和感测电极以在电子设备的触摸屏上显示图像。附加地或另选地，在一些示例中，在将第一驱动信号施加到第一驱动电极并且同时将第二驱动信号同时施加到第二驱动电极期间感测感测电极的电压。
本公开的一些示例涉及一种方法，包括：在包括包含第一驱动电极、第二驱动电极和感测电极的触摸传感器的电子设备处；经由电子设备的驱动电路将第一驱动信号施加到第一驱动电极；经由所述电子设备的感测电路将第二驱动信号施加到所述第二驱动电极，其中所述第一驱动信号的相位与所述第二驱动信号的相位不同；以及经由电子设备的感测电路感测感测电极的电压，该电压指示感测电极与第一驱动电极之间以及感测电极与第二驱动电极之间的互电容。附加地或另选地，在一些示例中，第一驱动信号的振幅与第二驱动信号的振幅相同，并且第一驱动信号的频率与第二驱动信号的频率相同。附加地或另选地，在一些示例中，第一驱动信号和第二驱动信号的总和基本上为零伏。附加地或另选地，在一些示例中，触摸传感器面板的相应的触摸节点的第一驱动电极和触摸传感器面板的相应的触摸节点的感测电极的互电容与触摸传感器面板的相应的触摸节点的第二驱动电极和触摸传感器面板的相应的触摸节点的感测电极的互电容不同。附加地或另选地，在一些示例中，在与将第一驱动信号施加到多个第一驱动电极并且将第二驱动信号施加到多个第二驱动电极不同的时间，针对每个触摸节点：经由驱动电路将第三驱动信号施加到第一驱动电极、第二驱动电极或感测电极中的一者或多者，并且在与感测到指示互电容的电压不同的时间：经由感测电路感测第一驱动电极、第二驱动电极或感测电极中的一者或多者的一个或多个第二电压，该第二电压指示触摸节点的自电容。附加地或另选地，在一些示例中，第一驱动信号的相位与第二驱动信号的相位相反。附加地或另选地，在一些示例中，触摸传感器是包括在电子设备的触摸屏中的多个触摸节点中的一个触摸节点，并且该方法还包括：在与驱动电路施加第一驱动信号和第二驱动信号并且感测电路感测感测电极的电压的时间不同的时间：经由显示电路将显示信号施加到第一驱动电极、第二驱动电极和感测电极以在电子设备的触摸屏上显示图像。附加地或另选地，在一些示例中，在将第一驱动信号施加到第一驱动电极并且同时将第二驱动信号同时施加到第二驱动电极期间感测感测电极的电压。
本公开的一些示例涉及存储指令的非暂态计算机可读介质，该指令在由包括触摸传感器的电子设备执行时，使得电子设备执行方法，该触摸传感器包括第一驱动电极、第二驱动电极和感测电极，该方法包括：经由电子设备的驱动电路将第一驱动信号施加到第一驱动电极；经由所述电子设备的感测电路将第二驱动信号施加到所述第二驱动电极，其中所述第一驱动信号的相位与所述第二驱动信号的相位不同；以及经由电子设备的感测电路感测感测电极的电压，该电压指示感测电极与第一驱动电极之间以及感测电极与第二驱动电极之间的互电容。
虽然参照附图对公开的示例进行了全面的描述，但应注意，各种改变和修改对于本领域内的技术人员而言将变得显而易见。应当理解，此类改变和修改被认为包括在由所附权利要求所限定的所公开的示例的范围内。

Claims (21)

1.一种电子设备，包括：
触摸传感器，所述触摸传感器包括第一驱动电极、第二驱动电极和感测电极；以及
驱动电路，所述驱动电路被配置为：
将第一驱动信号施加到所述第一驱动电极；以及
将第二驱动信号施加到所述第二驱动电极，其中所述第一驱动信号的相位与所述第二驱动信号的相位不同；以及感测电路，所述感测电路被配置为：
感测所述感测电极的电压，所述电压指示所述感测电极与所述第一驱动电极之间的互电容以及所述感测电极与所述第二驱动电极之间的互电容。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一驱动电极与所述感测电极之间的距离与所述第二驱动电极与所述感测电极之间的距离不同。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一驱动电极的面积与所述第二驱动电极的面积相同。
4.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一驱动信号的振幅与所述第二驱动信号的振幅相同，并且所述第一驱动信号的频率与所述第二驱动信号的频率相同。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一驱动信号和所述第二驱动信号的总和基本上为零伏。
6.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一驱动电极和所述感测电极的互电容与所述第二驱动电极和所述感测电极的互电容不同。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其中：
所述触摸传感器为被包括在所述电子设备的触摸传感器面板中的多个触摸节点中的一个触摸节点，
被包括在所述触摸传感器面板中的每个触摸节点包括相应的感测电极、相应的第一驱动电极和相应的第二驱动电极，
所述相应的感测电极被所述相应的第一驱动电极围绕，并且
所述相应的第一驱动电极和相应的感测电极被所述相应的第二驱动电极围绕。
8.根据权利要求1所述的电子设备，其中：
所述触摸传感器被包括在所述电子设备的触摸传感器面板中，所述触摸传感器面板包括多个第一驱动电极、多个第二驱动电极和多个感测电极；
每个感测电极包括沿着所述触摸传感器面板的第一尺寸设置的多个连接的感测电极区段，
每个第一驱动电极包括多个连接的第一驱动电极区段，
每个第二驱动电极包括多个连接的第二驱动电极区段，
所述多个连接的第一驱动电极区段和所述多个第二驱动电极区段沿着所述触摸传感器面板的第二尺寸设置，所述第二尺寸垂直于所述第一尺寸，并且
每个相应的第一驱动电极区段被相应的第二驱动电极区段围绕。
9.根据权利要求1所述的电子设备，其中：
所述触摸传感器为被包括在所述电子设备的触摸传感器面板中的多个触摸节点中的一个触摸节点，所述触摸传感器面板包括多个第一驱动电极、多个第二驱动电极和多个感测电极，
被包括在所述触摸传感器面板中的多个触摸节点中的每个触摸节点包括第一驱动电极、第二驱动电极和感测电极，
所述驱动电路被进一步配置为，在与将所述第一驱动信号施加到所述第一驱动电极并且将所述第二驱动信号施加到所述第二驱动电极不同的时间，针对每个触摸节点：
将第三驱动信号施加到所述第一驱动电极、所述第二驱动电极或所述感测电极中的一者或多者，并且
所述感测电路被进一步配置为，在与感测到指示所述互电容的所述电压不同的时间，针对每个触摸节点：
感测所述第一驱动电极、所述第二驱动电极或所述感测电极的一个或多个第二电压，所述一个或多个第二电压指示所述触摸节点的自电容。
10.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一驱动信号的相位与所述第二驱动信号的相位相反。
11.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述触摸传感器为被包括在所述电子设备的触摸屏中的多个触摸节点中的一个触摸节点，并且所述电子设备还包括：
显示电路，所述显示电路被配置为在与所述驱动电路施加所述第一驱动信号和所述第二驱动信号并且所述感测电路感测所述感测电极的电压的时间不同的时间：
将显示信号施加到所述第一驱动电极、所述第二驱动电极和所述感测电极以在所述电子设备的触摸屏上显示图像。
12.根据权利要求1所述的电子设备，其中在将所述第一驱动信号施加到所述第一驱动电极并且同时将所述第二驱动信号施加到所述第二驱动电极期间感测所述感测电极的电压。
13.一种方法，包括：
在包括包含第一驱动电极、第二驱动电极和感测电极的触摸传感器的电子设备处：
经由所述电子设备的驱动电路将第一驱动信号施加到所述第一驱动电极；
经由所述电子设备的感测电路将第二驱动信号施加到所述第二驱动电极，其中所述第一驱动信号的相位与所述第二驱动信号的相位不同；以及
经由所述电子设备的感测电路感测所述感测电极的电压，所述电压指示所述感测电极与所述第一驱动电极之间的互电容以及所述感测电极与所述第二驱动电极之间的互电容。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一驱动信号的振幅与所述第二驱动信号的振幅相同，并且所述第一驱动信号的频率与所述第二驱动信号的频率相同。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一驱动信号和所述第二驱动信号的总和基本上为零伏。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述触摸传感器面板的相应的触摸节点的第一驱动电极和所述触摸传感器面板的所述相应的触摸节点的感测电极的互电容与所述触摸传感器面板的所述相应的触摸节点的第二驱动电极和所述触摸传感器面板的所述相应的触摸节点的所述感测电极的互电容不同。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在与将所述第一驱动信号施加到所述多个第一驱动电极并且将所述第二驱动信号施加到所述多个第二驱动电极不同的时间，针对每个触摸节点：
经由所述驱动电路将第三驱动信号施加到所述第一驱动电极、所述第二驱动电极或所述感测电极中的一者或多者，以及在与感测到指示所述互电容的所述电压不同的时间：
经由所述感测电路感测所述第一驱动电极、第二驱动电极或感测电极中的所述一者或多者的一个或多个第二电压，所述第二电压指示所述触摸节点的自电容。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一驱动信号的相位与所述第二驱动信号的相位相反。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述触摸传感器为被包括在所述电子设备的触摸屏中的多个触摸节点中的一个触摸节点，并且所述方法还包括：
在与所述驱动电路施加所述第一驱动信号和所述第二驱动信号并且所述感测电路感测所述感测电极的电压的时间不同的时间：
经由显示电路将显示信号施加到所述第一驱动电极、所述第二驱动电极和所述感测电极以在所述电子设备的触摸屏上显示图像。
20.根据权利要求13所述的方法，其中在将所述第一驱动信号施加到所述第一驱动电极并且同时将所述第二驱动信号施加到所述第二驱动电极期间感测所述感测电极的电压。
21.一种存储指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由包括触摸传感器的电子设备执行时，使得所述电子设备执行方法，所述触摸传感器包括第一驱动电极、第二驱动电极和感测电极，所述方法包括：
经由所述电子设备的驱动电路将第一驱动信号施加到所述第一驱动电极；
经由所述电子设备的感测电路将第二驱动信号施加到所述第二驱动电极，其中所述第一驱动信号的相位与所述第二驱动信号的相位不同；以及
经由所述电子设备的感测电路感测所述感测电极的电压，所述电压指示所述感测电极与所述第一驱动电极之间的互电容以及所述感测电极与所述第二驱动电极之间的互电容。
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