CN115461997A - 触摸传感器中的放大电荷抵消、及相关系统、方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种提供放大电荷抵消的电荷补偿电路。公开了一种触摸控制器，其包括此类电荷补偿电路，并且可实现对基线电容信号的经改进的免疫，该基线电容信号比由于对象的接近而引起的电容变化大得多。此类电荷补偿电路可包括电容器；驱动电路，该驱动电路被布置为将脉冲电压信号施加到该电容器；以及电流传送器，该电流传送器具有可编程增益并且被布置为响应于该脉冲电压信号而放大由该电容器生成的初始电荷并且向该电荷抵消电路的输出端提供放大电荷。

Description

触摸传感器中的放大电荷抵消、及相关系统、方法和设备
优先权声明
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2020年4月22日提交的美国临时专利申请序列号63/013,721的权益，该临时专利申请的公开内容据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本说明书整体涉及包括在触摸感测系统中的提供放大电荷抵消的电荷补偿电路，其在一些实施方案中提供经改善的电荷抵消，而不具有与一些常规电荷抵消技术和电荷补偿电路相关联的缺点中的至少一些缺点。
背景技术
电容触摸传感器有时被用于检测对象。就测量自电容的电容触摸传感器而言，当对象接近电容触摸传感器时，对象在电容触摸传感器的传感器线处引起自电容变化。测量电路可通过测量传感器线的自电容并(作为非限制性示例)检测测量值的变化或测量值与阈值之间的差异来观察自电容的变化。
附图说明
为了容易地识别对任何特定元素或动作的讨论，参考标记中最重要的一个或多个数字是指首次介绍该元素的图号。
图1描绘了根据一个或多个实施方案的包括放大电荷抵消电路的触摸控制器的示意图；
图2是描绘根据一个或多个实施方案的用于执行利用放大电荷抵消的触摸传感器的自电容测量的过程的流程图。
图3是描绘根据一个或多个实施方案的用于在用于执行图2所描绘的自电容测量的过程期间注入抵消电荷的过程的流程图；
图4是描绘能够从用于将图1的触摸控制器耦接到触摸传感器线的垫盘观察到的在扫描时间段上由触摸传感器线处的电压电平生成的扫描信号的波形的图示。
图5是描绘触摸系统的示意图，其中触摸控制器包括常规电荷补偿电路的非限制性示例。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，参考了形成本公开的一部分的附图，并且在附图中以举例的方式示出了可实施本公开的实施方案的特定示例。充分详细地描述了这些实施方案，以使本领域的普通技术人员能够实践本公开。然而，可利用本文已启用的其他实施方案，并且可在不脱离本公开内容的范围的情况下进行结构、材料和流程变化。
本文所呈现的图示并不旨在为任何特定方法、系统、设备或结构的实际视图，而仅仅是用于描述本公开的实施方案的理想化表示。在一些情况下，为了读者的方便，各附图中的类似结构或部件可保持相同或相似的编号；然而，编号的相似性并不一定意味着结构或部件在尺寸、组成、构造或任何其他属性方面是相同的。
以下描述可包括示例以帮助本领域的普通技术人员实践本发明所公开的实施方案。使用术语“示例性的”、“通过示例”和“例如”是指相关描述是说明性的，虽然本公开的范围旨在涵盖示例和法律等同形式，但使用此类术语并不旨在将实施方案或本公开的范围限制于指定的部件、步骤、特征或功能等。
应当容易理解，如本文一般所述并且在附图中示出的实施方案的部件可以许多种不同的配置来布置和设计。因此，对各种实施方案的以下描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅代表各种实施方案。虽然这些实施方案的各个方面可在附图中给出，但附图未必按比例绘制，除非特别指明。
此外，所示出和描述的特定实施方式仅为示例，并且不应理解为实施本公开的唯一方式，除非本文另外指明。元件、电路和功能可以框图形式示出，以便不以不必要的细节模糊本公开。相反，所示出和描述的特定实施方式仅为示例性的，并且不应理解为实施本公开的唯一方式，除非本文另外指明。另外，块定义和各个块之间逻辑的分区是特定实施方式的示例。对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，本公开可通过许多其他分区解决方案来实践。在大多数情况下，已省略了关于定时考虑等的细节，其中此类细节不需要获得本公开的完全理解，并且在相关领域的普通技术人员的能力范围内。
本领域的普通技术人员将会理解，可使用多种不同技术和技法中的任何一者来表示信息和信号。为了清晰地呈现和描述，一些附图可以将信号示出为单个信号。本领域的普通技术人员应当理解，信号可表示信号总线，其中总线可具有多种位宽度，并且本公开可在包括单个数据信号在内的任意数量的数据信号上实现。
结合本文所公开的实施方案描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以用通用处理器、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立栅极或晶体管逻辑部件、分立硬件部件或被设计成实施本文所描述的功能的其任何组合来实现或实施，术语“处理器”的使用涵盖以上全部。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实现为计算设备的组合，诸如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器或任何其他此类配置。在通用计算机被配置为执行与本公开的实施方案相关的计算指令(例如，软件代码，但不限于此)时，包括处理器的通用计算机被认为是专用计算机。
实施方案可根据被描绘为流程图、流程示意图、结构图或框图的过程来描述。虽然流程图可将操作动作描述为连续过程，但是这些动作中的许多动作可按照另一序列、并行地或基本上同时地执行。此外，可重新安排动作的顺序。本文中的过程可对应于方法、线程、函数、过程(procedure)、子例程、子程序、其他结构或它们的组合。此外，本文公开的方法可通过硬件、软件或这两者来实施。如果在软件中实现，这些函数可作为一个或多个指令或代码存储或传输到计算机可读介质上。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，该通信介质包括有利于将计算机程序从一个位置传递到另一个位置的任何介质。
使用诸如“第一”、“第二”等名称对本文的元件的任何引用不限制那些元件的数量或顺序，除非明确陈述此类限制。相反，这些名称可在本文中用作在两个或更多个元件或元件的实例之间进行区分的便利方法。因此，提及第一元件和第二元件并不意味着在那里只能采用两个元件，或者第一元件必须以某种方式在第二元件之前。此外，除非另外指明，一组元件可包括一个或多个元件。
如本文所用，涉及给定参数、属性或条件的术语“基本上”是指并且包括在一定程度上本领域的普通技术人员将理解在具有较小差异的情况下(诸如，在可接受的制造公差内)满足该给定参数、属性或条件。以举例的方式，取决于基本上满足的具体参数、属性或条件，参数、属性或条件可至少满足90％、至少满足95％、或甚至至少满足99％。
如本文所用，为了在理解本公开和附图时的清楚性和方便性而使用任何关系术语(诸如“在...上方”、“在...下方”、“在...上”、“在...下”、“上部”、“下部”等)，并且该关系术语并不暗示或取决于任何特定偏好、取向或顺序，除非上下文另有明确指示。
在此描述中，可使用术语“耦接”和其派生词来指示两个元件彼此协作或交互。当将元件描述为“耦接”至另一元件时，那么该元件可直接物理或电接触，或者可存在居间元件或层。相比之下，当将元件描述为“直接耦接”至另一元件时，那么不存在居间元件或层。术语“连接”在本说明书中可与术语“耦接”可互换地使用，并且具有相同的含义，除非另有明确指示或者上下文将以其他方式向本领域普通技术人员指示。
当对象接触电容传感器或者与电容传感器接触的对象的电容影响改变时，在电容传感器(“传感器电容”)内在接触的位置处或附近可发生电容变化。转移的电荷量可被模数转换器(ADC)转换为数字值，并且处理器可处理那些数字值以确定电容和电容变化，或检测触摸，但不限于此。
自电容传感器(在本文中可称为“自电容式传感器”)是电容场传感器，其单独(或在传感器阵列的情况下，共同地)响应于接地的电容变化。它们通常排列成独立地对接触或者与传感器接触的对象变化作出反应的行和列的阵列。作为非限制性示例，自电容传感器可包括采用重复电荷后转移周期的电路，该电路使用具有浮动端子的共同集成CMOS推挽式驱动电路系统。
互电容传感器是响应于驱动电极和感测电极这两个电极之间的电容变化的电容场传感器。在驱动线和感测线的每个交点处的驱动电极和感测电极对形成电容器。这样一对驱动电极和感测电极在本文中可称为“电容传感器”。
一般来讲，触摸传感器的传感器线可被布置成N×M个传感器线的二维(2D)栅格，该传感器线为触摸板、触摸显示器或电平传感器提供触敏表面，但不限于此。传感器线可形成在支撑结构上或中或者以其它方式由支撑结构支撑，该支撑结构包括或者是一种或多种材料，诸如树脂、玻璃和塑料，但不限于此。在一些情况下，相同的材料或另一材料可提供绝缘的保护覆盖层以覆盖触摸传感器。
自电容技术和互电容技术可在同一电容感测系统中使用并且彼此互补，例如，自电容可用于确认利用互电容检测到的接触或对象变化。
作为示例，电容传感器可覆盖在用于2D接触敏感表面的二维(2D)布置中，并且可促进与相关联的材料或设备的电平感测或者与相关联的设备或电器的用户交互。绝缘保护层(例如但不限于树脂、玻璃和/或塑料)可用于覆盖电容传感器，并且在本文中可称为“覆盖层”。具有或不具有覆盖层的此类2维布置在本文中可称为“电容传感器阵列”。在一些应用中，保护层可以是玻璃、壳体、涂料或施加到设备或电器的另一涂层，该设备或电器包括电容传感器阵列，诸如电容按钮类型布置，但不限于此。
以使用自电容传感器的矩阵传感器方法的电容传感器阵列为非限制性示例，电极可成行和列延伸，以限定N×M个电容传感器节点的“矩阵”阵列。电容传感器的矩阵可被构造成在每个电容传感器节点处具有电极，每个电极是可单独寻址的，或者每个行和列可以是可寻址电极，并且每个电容传感器节点对应于唯一的行/列对。将测量信号(即，具有包括但不限于方波、矩形波、三角形波和正弦波中的一者或多者的任意波形的时变刺激)重复地提供到电容传感器阵列的电极。当对象触摸电容传感器阵列时，对象和电极之间的耦接增大电极上消耗的电流，这改变(例如，增大)该电容传感器中一者或多者的自电容Cs，并且传感器电容的这个改变可被检测。例如，如果在驱动信号被施加到电极行2和电极列3时检测到电容的增大，则触摸的位置或者已经触摸的对象的变化可以是行2，列3。内插技术可用于标识电容传感器节点之间的位置。可通过顺序通过电极的行和列的组合来顺序扫描电容传感器阵列的电容传感器节点。
触摸感测系统可包括触摸传感器(单独或者被布置成触摸屏或被结合到触摸面板中，但不限于此)和触摸控制器。触摸控制器可以是执行固件的计算机处理器、专用处理器诸如专用集成电路(ASIC)或知识产权(IP)诸如在集成电路(诸如片上系统(SoC)的集成电路，但不限于此)中实施的一个或多个功能块/模块。
如本文所用，术语“接近”涵盖对象与电容传感器的物理接触以及对象在电容传感器的足以被可靠地检测的接近度内的存在两者。如本文所用，除非另有明确说明，否则术语“触摸”应理解为意指“接近”。所公开的电容传感器可对使对象接近电容传感器进行响应，可对在电容传感器接通时已经接近电容传感器的对象、或者改变电容的该对象的材料的量或电特性的变化进行响应，但不限于此。
术语“触摸传感器”、“电容传感器”和“自电容传感器”在本文中可互换使用以指代自电容传感器。术语“触摸传感器线”和“传感器线”在本文中可互换使用以指代自电容传感器的传感器线。
如本文所用，术语“基线电容”意指当对象不接近传感器线时传感器线的自电容Cs的量值(其可被进一步表征为“量”)。如本文所用，“基线测量值”意指对应于基线电容的值，例如，作为基线电容的测量值。如本文所用，“基线信号”意指指示基线电容的信号。
如本文所用，术语“感应电容”意指当触摸传感器与对象接触时传感器线的自电容Cs的变化量ΔC。如本文所用，“感应测量值”意指对应于感应电容的值，例如，作为感应电容的测量值。如本文所用，“感应信号”意指指示感应电容的信号。
如本文所用，术语“测量电容”意指当触摸测量被执行时传感器线的有效自电容。当触摸传感器与对象接触时，测量电容可包括基线电容和感应电容，并且当触摸传感器不与对象接触时，测量电容中可以没有感应电容。如本文所用，“触摸测量值”意指对应于测量电容的能够被测量电路测量的值。如本文所用，“测量信号”意指指示测量电容的信号。
与基线信号相关联的电荷转移在本文中可被称为“基线电荷转移”，并且与感应信号相关联的电荷转移在本文中可被称为“感应电荷转移”。
为了讨论，在一些情况下，可假设测量电容包括基线电容分量和感应电容分量，并且如果触摸传感器不与对象接触，则假设感应电容分量对测量电容的贡献为零(或微不足道)。
触摸传感器的传感器线具有相关联的自电容Cs，其可被模型化为具有电容Cs的电路元件(在本文中称为传感器元件)。自电容Cs可以非常大，具体取决于触摸传感器的物理实现，例如在一些触摸传感器中高达1nF(毫微法拉)，但不限于此。当对象接近传感器线时，对象可引起自电容相对于基线电容的差异或变化，自电容的该差异或变化在传感器线处被标示为ΔC(在本文中称为“感应电容”)，其中感应电容至少部分地基于对象与传感器线之间的距离而变化。感应电容通常小于几pF(皮法拉)。
一些触摸感测系统通过对感应电容进行响应来操作。感应电容可通过测量电路(其可包括如上所述的ADC)来观察，并且可用于确定对象的存在或对象相对于触摸面板的位置。
一种用于观察触摸传感器处的感应电容的技术是执行电荷转移技术，由此从基线电荷转移(即，给定特定基线电容而转移的电荷量)与测量电荷转移(即，给定基线电容和感应电容而转移的电荷量)之间的可测量差异来观察电容变化。为了执行此类测量，电压变化(例如，以在本文中被称为“测量脉冲”的电压脉冲的形式，但不限于此)被施加到驱动线并且由此被施加到预充电传感器线。响应于所施加的电压变化，在到传感器线的基线电容上发生电荷转移。基线信号的振幅对应于基线电荷转移的量。
触摸传感器的相应传感器线的基线电容通常比感应电容大得多，并且因此基线信号通常也显著大于感应信号。换句话说，基线信号对测量信号的相对贡献通常比感应信号对测量信号的相对贡献大得多。
相对于感应信号大的基线信号可能对试图观察感应信号和/或确定感应测量值的典型测量电路产生挑战。作为非限制性示例，感应测量值可能被大得多的基线测量值过度缩放，并且过度缩放可能导致触摸感测系统的非最佳分辨率、准确度或线性。
此外，触摸系统的测量电路通常处理在一些情况下包括基线信号、在一些情况下包括基线信号和感应信号两者的测量信号。引起与基线信号相关联的电荷转移可能要求测量电路的强驱动能力，以通过测量电路提供期望的斜升/斜降，以例如应对斜坡的稳定定时要求，但不限于此。测量电路处的强驱动能力有时用于支持快速斜升和/或斜降的大电荷转移。支持短时间段上的大电荷转移的大驱动电流可能降低测量电路精确测量由于感应电荷转移而产生的感应电容的能力，该感应电荷转移与由于基线电荷转移(在这种情况下是最大电荷转移)而产生的电容相比小得多。
本公开的发明人已知的技术添加补偿电荷，该补偿电荷抵消来自测量信号的基线信号。图5是描绘触摸系统的示意图，其中触摸控制器包括本公开的发明人已知的常规电荷补偿电路，由此通过向电荷补偿电容器(CCCAP)施加电压脉冲，驱动电路(CCCAP驱动电路)在补偿电路的输出端处感应电荷。通过使用此类补偿电路，测量电路不是一定需要支持比感应测量值大得多的基线测量值。
本公开的发明人现在认识到，期望具有电荷抵消，而没有在常规电荷补偿电路中通常要求的大CCCAP的大的硅成本，诸如由图5所描绘的。
一个或多个实施方案整体涉及放大电荷补偿电路，该放大电荷补偿电路可提供经改善的电荷补偿，而没有与本公开的发明人已知的常规电荷补偿电路相关联的缺点中的一些或全部。一个或多个实施方案整体涉及实施经改善的电荷补偿电路和电荷补偿的触摸控制器和触摸测量。一个或多个实施方案整体涉及包括根据所公开实施方案的触摸控制器和电荷补偿电路的触摸系统。
图1是描绘根据一个或多个实施方案的触摸感测系统100的示意图，该触摸感测系统包括被配置为执行放大电荷抵消的触摸控制器集成芯片102(在本文中也称为“触摸控制器102”)。
触摸控制器102包括预充电电路106、测量电路108、第一和第二开关Switch1和Switch2、以及电荷抵消电路104(在本文中也称为“电荷补偿电路104”)。
电荷抵消电路104被布置为注入电荷以用于抵消由测量电路108提供给触摸传感器线116的测量信号中的基线信号的至少一部分。电荷抵消电路104包括电荷补偿电容器110(在本文中也称为“CAP 110”)、CAP驱动电路112(在本文中也称为“驱动电路112”)、以及与CAP 110串联耦接的可编程电流传送器114(在本文中也称为“电流传送器114”)。
触摸控制器102被耦接到触摸传感器的外部触摸传感器线116，在这里是通过提供外部连接的垫盘122而被耦接。预充电电路106通常被配置为生成表现出对应于(例如，基本上等于，但不限于此)触摸控制器102的两个相反电压轨源120中一者的电压电平的电压，例如，VDD或接地，但不限于此。作为非限制性示例，预充电电路106可以是电压逆变器。开关Switch1和Switch2是CMOS(互补金属氧化物半导体)晶体管类型开关，其被布置为将由预充电电路106生成的表现出第一或第二电压轨的电压选择性地施加到触摸传感器线116，并且由此将触摸传感器线116预充电到第一电压轨、第二电压轨或其间的中间电压，根据情况而定。
测量电路108通常被配置为至少部分地响应于控制信号124(例如，其断言被用于指示用于生成测量脉冲和驱动脉冲的定时的数字信号，但不限于此)而产生测量脉冲。此类测量脉冲可包括到电压V1的脉冲的上升沿(表现出大致单调方式增大到V1的电压电平的电压)或到电压V2的脉冲的下降沿(例如，表现出大致单调减小到V2的电压电平的电压)。测量电路还被配置为检测包括感应电容的测量电容。
作为非限制性示例，测量电路108可包括电压脉冲发生器或脉冲成形电路(统称为“电压脉冲发生器”)、电流传送器、积分器、和模数转换器(ADC)。在测量电路108进行的基线测量中，观察基线电容并且不存在感应电容。在触摸测量中，观察可包括基线电容和感应电容两者的测量电容。通常，触摸测量值(代表基线电容和感应电容的值)与基线测量值(代表基线电容的值)之间的差值是感应测量值(代表感应电容的值)。感应测量值可用于向触摸控制器的逻辑部件(图1中未描绘的逻辑部件)告知传感器线处的接触以及此类接触在包括相应传感器线的触摸传感器处的位置。
驱动电路112通常被配置为至少部分地响应于控制信号124而生成脉冲电压信号118(在本文中也被称为“驱动脉冲118”)。由于驱动电路112知道测量电路108至少部分地基于控制信号124而所生成的测量脉冲的定时，因此驱动脉冲118可表现出与测量电路108所生成的测量脉冲基本上相同或相反(就极性而言，-即增大或减小的电压电平)的电压变化。在电流传送器114具有/使用负输出端的实施方案中，驱动脉冲118可在给定时间点表现出与测量电路108所生成的测量脉冲相同的电压变化极性。在电流传送器114具有/使用正输出端的实施方案中，驱动脉冲118可在给定时间点表现出与测量电路108所生成的测量脉冲相反的电压变化极性。
CAP 110可以是触摸控制器102的片上电容器，作为非限制性示例，包括金属-绝缘体-金属电容器和多晶-多晶电容器的组合的片上电容器。
电流传送器114是一种电流模式电路，其具有主要由电流(例如，电流信号的特性，诸如振幅、峰值振幅，但不限于此)确定的响应，并且此类电路的输入和输出是电流。电流传送器114是电子设备，并且更具体地，是在操作期间表现出呈多重增益形式的预定电流增益的电子放大器(例如，约1.5x、2x、10x、20x或更大、但不限于此)，然而，因为电流传送器114是可编程的并且可选地能重新编程，所以预定电流增益可被编程并且不被设计固定。在一个或多个实施方案中，电流传送器114的电流增益在以下讨论的生成放大抵消电荷ΔQ放大期间不被设置为分数或单位增益，然而，使用电流增益被编程为多重增益但能够编程为分数或单位增益的电流传送器并不超出本公开的范围。在一些实施方案中，电流传送器114的电流增益可被初始化和/或调谐到所期望的电流增益值。在一个或多个实施方案中，调谐电流传送器114的电流增益G是一种过程，通过该过程，在多个重新编程循环上以增量增大或减小来重新编程电流增益G，直到满足条件，诸如实现所期望的电流增益，但不限于此。调谐是用于对电流传送器114的电流增益重新编程以应对应用中的非理想条件的技术的非限制性示例。假设电流传送器114的初始化电流增益不导致所期望的放大抵消电荷，作为非限制性示例，是由于CCCAP的可能的过程变化，则能重新编程的传送器可经历调谐过程，例如，一次一个“增量”地向上/向下扫描增益以尝试找到导致所期望的放大抵消电荷或相对于所期望的放大抵消电荷的最小测试差的编程值，但不限于此。
电流传送器114被布置有耦接到CAP 110的顶板的输入端、以及耦接到测量电路108与垫盘122之间的电荷转移路径的输出端(正或负，根据具体情况而定)。
在一个或多个实施方案中，电流传送器114的电流增益G的值可被设置成使得包括由电流传送器114提供的放大抵消电荷ΔQ放大的放大电流具有足以将触摸传感器线116与测量电路108之间的电荷转移减小测量电路108已知的预定量的量值。在一个或多个实施方案中，该预定量可对应于基线电荷转移的预期量值，或者对应于任何足以减小测量电路108上的应力以标识感应电容的电荷转移减少量。
下面的公式1、2和3例示如何通过使用用于电流传送器114的可编程电流传送器获取电荷抵消ΔQ放大。
对于通过将驱动脉冲118施加到CAP 110的底板而在电流传送器114的输入端处注入的初始抵消电荷ΔQ初始，ΔQ初始可被表示为施加到CAP 110的底板的驱动脉冲118的振幅，并且被标示为ΔVcapdriver，并且被标示为CCAP的CAP 110的电容是公式1中的a：
ΔQ初始＝ΔVcap驱动器*CcAP 公式1
对于电流传送器114，其输入端与正输出端之间的关系被表示为公式2和公式3：
ΔI输出＝ΔI输入*电流增益 公式2
ΔQ输出＝ΔQ输入*电流增益 公式3
在预期的操作中，在电流传送器114的输入端处接收初始抵消电荷ΔQ初始，并且作为响应，在电流传送器114的输出端处生成放大的抵消电荷ΔQ放大。电流传送器114被布置在电荷抵消电路104处，使得放大的抵消电荷ΔQ放大在传感器线处注入(并且更具体地，在测量电路108与垫盘122之间的电荷转移路径处)，从而减小由于通过施加测量脉冲到触摸传感器线116引起的电压变化而在触摸传感器线116上转移的测量电荷ΔQ。放大抵消电荷ΔQ放大与初始抵消电荷ΔQ初始的关系由公式4表示：
ΔQ放大＝ΔQ初始*电流增益＝ΔV cap驱动器*CAP*电流增益
公式4
值得注意的是，与在本公开的发明人已知的常规补偿电路(诸如图5中的CCCAP)中所使用的相比，更小面积(即，就硅片空间而言)电容器可被用于CAP 110。减小的面积的程度与电流传送器114的电流增益的增大成比例。如果以小增益编程电流传送器114，则CAP110可仅略微小于图5中的CCCAP，并且如果电流传送器114以大增益编程，则CAP 110可比图5中的CCCAP小得多。作为非限制性示例，通过将电流增益设置为10x，CAP 110的电容器值并且因此还有其面积可被减小到常规电荷补偿电容器(诸如图5中的CCCAP)的1/10并且获得基本上相同的放大抵消电荷ΔQ放大。
响应于测量电路108所生成的测量脉冲而在触摸传感器线116处注入的测量电荷ΔQ被减小基本上等于指定量诸如基线电荷转移的预期量值的量。因此，测量信号的振幅相应地被减小预期基线信号的量，并且对应于感应信号的测量信号的部分保留。
值得注意的是，由于基线测量电荷(显著)减小，因此测量电路不需要支持强电流驱动能力来驱动基线电容器。这意味着传感器线处的快速稳定斜坡可与大基线电容器独立(或部分独立)地获得。此外，所公开的电荷抵消电路104在所需的空间(布局面积)方面比本公开的发明人已知的常规补偿电路更具有成本效益。
图2是描绘根据一个或多个实施方案的用于执行利用放大电荷抵消的触摸传感器的自电容测量的过程200的流程图。
在操作202处，过程200在Switch1被关断并且Switch2被接通的情况下，触摸传感器线(触摸传感器线116，但不限于此)被预充电到第一电压轨(例如，接地或VDD，但不限于此)(例如，通过预充电电路106，但不限于此)。
在操作204处，在Switch2被关断并且Switch1被接通的情况下，过程200通过在触摸传感器线处施加第一测量脉冲(例如，具有到V1的上升电压边缘的脉冲，但不限于此)而在触摸传感器线处注入测量电荷(例如，通过测量电路108)。
在操作206处，过程200，在第一测量脉冲被施加在触摸传感器线处时，第一放大抵消电荷在传感器线处(例如，通过电荷抵消电路104，但不限于此)被注入。第一放大抵消电荷的量值具有基本上等于基线电荷转移的预期量值的量值。
在操作208处，过程200在Switch1被关断并且Switch2被接通的情况下，触摸传感器线被预充电到第二电压轨(例如，操作202中的VDD或接地中的另一个，但不限于此)(例如，通过预充电电路106，但不限于此)。
在操作210处，过程200在Switch2被关断并且Switch1被接通时，通过在触摸传感器线处施加第二测量脉冲(例如，到V2的下降电压边缘，但不限于此)在传感器线处(例如，通过测量电路108)注入测量电荷。
在操作212处，过程200在第二测量脉冲被施加在触摸传感器线处时在传感器线处(例如，通过电荷抵消电路104)注入第二放大抵消电荷。第二放大抵消电荷具有基本上等于基线电荷转移的预期量值的量值。
在操作214处，过程200在Switch1被关断并且Switch2被接通的情况下，触摸传感器线被预充电到第一电压轨(例如，通过预充电电路106，但不限于此)。
图3是描绘根据一个或多个实施方案的用于在过程200期间注入放大抵消电荷的过程300的流程图。在一个或多个实施方案中，生成表现出与测量脉冲所表现出的电压变化相同或相反的电压变化的驱动脉冲。过程300所生成的驱动脉冲中的一个应表现出与由测量脉冲表现出的电压变化相同的电压变化，并且过程300所生成的驱动脉冲中的一个应表现出与测量脉冲所表现出的电压变化相反的电压变化。
在操作302处，过程300通过将电压变化表现出跟踪由第一测量脉冲或反向第一测量脉冲所表现出的电压变化的电压变化的驱动脉冲施加到补偿电容器的底板(根据具体情况而定)来生成第一初始抵消电荷。
在操作304处，过程300通过放大电流传送器处的第一初始抵消电荷来在触摸传感器线处注入第一放大抵消电荷。
在操作306处，过程300通过施加表现出跟踪由第二测量脉冲或反向第二测量脉冲所表现出的电压变化的电压变化的第二驱动脉冲(根据具体情况而定)来生成第二初始抵消电荷。
在操作308处，过程300通过放大电流传送器处的第二初始抵消电荷来在触摸传感器线处注入第二放大抵消电荷。
图4是描绘能够从图1的垫盘122观察的在扫描时间段412上由触摸传感器线116处的电压电平产生的基线电容器扫描信号的波形400的图示。在图4所描绘的具体示例中，第一电压轨是指接地，并且第二电压轨是指VDD。触摸传感器线116处的到电压电平V1的上升沿包括至少两个斜坡斜率、第一斜坡斜率414和第二斜坡斜率416。触摸传感器线116处的从VDD到电压电平V2的下降沿包括至少两个斜坡斜率、第一斜坡斜率414′和第二斜坡斜率416′。在第一测量阶段404的第一部分期间(并且相对于下降沿，在第二测量阶段408的第一部分期间)由于本文所述的触摸传感器线116的电荷抵消，触摸传感器线116处的电压在接地与V1的大约90％之间表现出第一斜坡斜率414(并且相对于下降沿，类似地在VDD与VDD-V2的大约90％之间表现出第一斜坡斜率414′)，并且测量电路108不生成驱动电流来充电基线电容器。触摸传感器线116处的电压在第一测量阶段404的第二稍后部分期间(并且相对于下降沿，在第二测量阶段408的第二部分期间)在约90％V1与约V1之间表现出第二斜坡斜率416(并且相对于下降沿，类似地在VDD-V2的约90％和约V2之间表现出第一斜坡斜率416’)。对于大约V1的最后10％(并且相对于下降沿，大约VDD-V2的最后10％)，测量电路108生成驱动电流以对基线电容器充电。由测量电路108生成以驱动基线电容器处的从接地到V1和从VDD到VDD-V2的电压变化的总驱动电流归因于V1和VDD-V2的约10％或更小。值得注意的是，利用电流传送器114的电荷放大，通过对电流传送器114的电流增益G进行编程使得获得所期望的放大抵消电荷ΔQ放大以抵消基线电荷转移的总体来充分补偿V1和V2的剩余10％。因此，测量电路108不必提供驱动电流来驱动基线电容器。
所描绘的包括用于在扫描时间段412的五个阶段期间Switch1和Switch2的切换控制和操作的图中文字：第一预充电阶段402(到接地)；第一测量阶段404，在第一测量阶段期间施加第一测量脉冲以生成到V1的上升电压脉冲；第二预充电阶段406(到VDD)；第二测量阶段408，在第二测量阶段期间施加第二测量脉冲以生成到V2的下降电压脉冲；以及第三预充电阶段410(再次接地)。
值得注意的是，通过对于本公开的本领域普通技术人员而言将显而易见的对所公开的实施方案的微小改变和/或添加，本文所论述的极性可反转并且可使用中间电压电平而不超出本公开的范围。
如本公开内容所用，涉及多个元件的术语“组合”可包括所有元件的组合或某些元件的各种不同子组合中的任何一种组合。例如，短语“A、B、C、D或它们的组合”可指A、B、C或D中的任一个；A、B、C和D中的每一个的组合；以及A、B、C或D的任何子组合，诸如A、B和C；A、B和D；A、C和D；B、C和D；A和B；A和C；A和D；B和C；B和D；或C和D。
本公开且特别是所附权利要求中所用的术语(例如，所附权利要求的主体等)通常旨在作为“开放式”术语(例如，术语“包括(including)”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括(includes)”应解释为“包括但不限于”，等等)。如本文所用，术语“各个”意指一些或全部。如本文所用，术语“每一个”是指全部。
另外，如果预期特定数量的引入的权利要求表述，则在权利要求中将明确叙述此类意图，并且在不进行此类表述的情况下，不存在此类意图。例如，作为对理解的辅助，以下所附权利要求书可包含使用引入性短语“至少一个”和“一个或多个”来引入权利要求叙述。然而，使用此类短语不应理解为暗示由不定冠词“一个”或“一种”引入的权利要求表述将包含此类引入的权利要求表述的任何特定权利要求限定于仅包含一个此类表述的实施方案，即使当相同的权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词，诸如“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”可被解释为指的是“至少一个”或“一个或多个”，但不限于此)；使用定冠词来引入权利要求叙述也是如此。
另外，即使明确叙述了特定数量的所引入的权利要求叙述，本领域的技术人员也将认识到，此类叙述应被解译为旨在至少所叙述的数量(例如，无修饰的叙述“两项叙述”在没有其他修饰成分的情况下旨在至少两项叙述，或两项或更多项叙述，但不限于此)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”或“A、B和C等中的一个或多个”的惯例的那些情况下，通常此类构造旨在仅包括A、仅包括B、仅包括C、包括A和B两者、包括A和C两者、包括B和C两者或包括A、B和C三者等等。
此外，无论在说明书、权利要求书或附图中，呈现两个或更多个替代性术语的任何分离的词或措辞应当理解为考虑包括该术语中的一个术语、该术语中的任意一个术语或两个术语的可能性。例如，短语“A或B”应理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
本公开的附加非限制性实施方案包括：
实施方案1：一种电荷抵消电路，包括：电容器；驱动电路，所述驱动电路被布置为将脉冲电压信号施加到所述电容器；和电流传送器，所述电流传送器具有可编程增益，所述电流传送器被布置为响应于所述脉冲电压信号而放大由所述电容器产生的初始电荷以及向所述电荷抵消电路的输出端提供放大电荷。
实施方案2根据实施方案1所述的电荷抵消电路，其中所述电流传送器包括正输出端或负输出端中的一个。
实施方案3：根据实施方案1和2中任一项所述的电荷抵消电路，其中所述负输出端被配置为相对于输入信号的极性反转输出信号的极性。
实施方案4：根据实施方案1至3中任一项所述的电荷抵消电路，其中所述正输出端被配置为相对于输入信号的极性跟踪输出信号的极性。
实施方案5：一种减小触摸感测系统的感测线的电容器上的电荷转移的方法，包括：将触摸传感器线预充电到第一电压轨；在所述触摸传感器线处注入第一测量电荷；在所述触摸传感器线处注入第一放大抵消电荷；将所述触摸传感器线预充电到第二电压轨；在所述触摸传感器线处注入第二测量电荷；在所述触摸传感器线处注入第二放大抵消电荷；以及将所述触摸传感器线预充电到第一电压轨。
实施方案6：根据实施方案5所述的方法，其中所述在所述触摸传感器线处注入所述第一测量电荷或所述第二测量电荷包括：在所述触摸传感器线处施加第一或第二测量脉冲以生成所述第一测量电荷或所述第二测量电荷。
实施方案7：根据实施方案5和6中任一项所述的方法，其中所述在所述触摸传感器线处注入所述第一放大抵消电荷或所述第二放大抵消电荷包括：在补偿电容器处施加第一或第二驱动脉冲以分别生成所述第一放大抵消电荷或所述第二放大抵消电荷。
实施方案8：根据实施例5至7中任一项所述的方法，包括生成所述第一驱动脉冲或所述第二驱动脉冲，所述第一驱动脉冲或所述第二驱动脉冲表现出电压变化，所述电压变化跟踪由被生成以用于在所述触摸传感器线处注入所述第一测量电荷或所述第二测量电荷的测量脉冲所表现出的电压变化。
实施方案9：根据实施例5至8中任一项所述的方法，包括生成所述第一驱动脉冲或所述第二驱动脉冲，所述第一驱动脉冲或所述第二驱动脉冲表现出电压变化，所述电压变化跟踪由对应于被生成以用于在所述触摸传感器线处注入所述第一测量电荷或所述第二测量电荷的测量脉冲的反向测量脉冲所表现出的电压变化。
实施方案10：一种触摸控制器，包括：垫盘；预充电电路；测量电路；和电荷抵消电路，所述电荷抵消电路被布置为向所述垫盘与所述测量电路之间的电荷转移路径提供放大抵消电荷，其中所述电荷抵消电路包括：电容器；驱动电路，所述驱动电路被布置为将脉冲电压信号施加到所述电容器；和电流传送器，所述电流传送器具有可编程增益，所述电流传送器被布置为响应于所述脉冲电压信号而放大由所述电容器产生的初始电荷以及向所述电荷抵消电路的输出端提供放大电荷。
实施方案11：根据实施方案10所述的触摸控制器，其中所述驱动电路被配置为生成驱动脉冲，所述驱动脉冲表现出电压变化，所述电压变化跟踪由所述测量电路生成的测量脉冲所表现出的电压变化。
实施方案12：根据实施方案10和11中任一项所述的触摸控制器，其中所述驱动电路被配置为生成驱动脉冲，所述驱动脉冲表现出电压变化，所述电压变化跟踪对应于由所述测量电路生成的测量脉冲的反向测量脉冲所表现出的电压变化。
实施方案13：根据实施方案10至12中任一项所述的触摸控制器，其中所述电流传送器的所述输出端是负输出端和正输出端中的一个。
实施方案14：根据实施方案10至13中任一项所述的触摸控制器，包括：第一开关，所述第一开关被布置为选择性地将所述预充电电路耦接到所述垫盘；和第二开关，所述第二开关被布置为将所述测量电路和所述电荷抵消电路选择性地耦接到所述垫盘。
虽然本文关于某些图示实施方案描述了本发明，但本领域的普通技术人员将认识到并理解本发明不受此限制。相反，在不脱离下文所要求保护的本发明的范围及其法律等同形式的情况下，可对图示实施方案和所述实施方案进行许多添加、删除和修改。此外，来自一个实施方案的特征可与另一个实施方案的特征组合，同时仍被包括在发明人所设想的本发明的范围内。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电荷抵消电路，包括：
电容器；
驱动电路，所述驱动电路被布置为将脉冲电压信号施加到所述电容器；和
具有可编程增益的电流传送器，所述电流传送器被布置为响应于所述脉冲电压信号而放大由所述电容器生成的初始电荷以及向所述电荷抵消电路的输出端提供放大电荷。
2.根据权利要求1所述的电荷抵消电路，其中所述电流传送器包括正输出端或负输出端中的一个。
3.根据权利要求2所述的电荷抵消电路，其中所述负输出端被配置为相对于输入信号的极性反转输出信号的极性。
4.根据权利要求2所述的电荷抵消电路，其中所述正输出端被配置为相对于输入信号的极性跟踪输出信号的极性。
5.一种减小触摸感测系统的感测线的电容器上的电荷转移的方法，包括：
将触摸传感器线预充电到第一电压轨；
在所述触摸传感器线处注入第一测量电荷；
在所述触摸传感器线处注入第一放大抵消电荷；
将所述触摸传感器线预充电到第二电压轨；
在所述触摸传感器线处注入第二测量电荷；
在所述触摸传感器线处注入第二放大抵消电荷；以及
将所述触摸传感器线预充电到第一电压轨。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述在所述触摸传感器线处注入所述第一测量电荷或所述第二测量电荷包括：
在所述触摸传感器线处施加第一测量脉冲或第二测量脉冲以生成所述第一测量电荷或所述第二测量电荷。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述在所述触摸传感器线处注入所述第一放大抵消电荷或所述第二放大抵消电荷包括：
在补偿电容器处施加第一驱动脉冲或第二驱动脉冲以分别生成所述第一放大抵消电荷或所述第二放大抵消电荷。
8.根据权利要求7所述的方法，包括生成所述第一驱动脉冲或所述第二驱动脉冲，所述第一驱动脉冲或所述第二驱动脉冲表现出电压变化，所述电压变化跟踪由被生成以用于在所述触摸传感器线处注入所述第一测量电荷或所述第二测量电荷的测量脉冲所表现出的电压变化。
9.根据权利要求7所述的方法，包括生成所述第一驱动脉冲或所述第二驱动脉冲，所述第一驱动脉冲或所述第二驱动脉冲表现出电压变化，所述电压变化跟踪由对应于被生成以用于在所述触摸传感器线处注入所述第一测量电荷或所述第二测量电荷的测量脉冲的反向测量脉冲所表现出的电压变化。
10.一种触摸控制器，包括：
垫盘；
预充电电路；
测量电路；和
电荷抵消电路，所述电荷抵消电路被布置为向所述垫盘与所述测量电路之间的电荷转移路径提供放大抵消电荷，其中所述电荷抵消电路包括：
电容器；
驱动电路，所述驱动电路被布置为将脉冲电压信号施加到所述电容器；和
电流传送器，所述电流传送器具有可编程增益，所述电流传送器被布置为响应于所述脉冲电压信号而放大由所述电容器生成的初始电荷以及向所述电荷抵消电路的输出端提供放大电荷。
11.根据权利要求10所述的触摸控制器，其中所述驱动电路被配置为生成驱动脉冲，所述驱动脉冲表现出电压变化，所述电压变化跟踪由所述测量电路生成的测量脉冲所表现出的电压变化。
12.根据权利要求10所述的触摸控制器，其中所述驱动电路被配置为生成驱动脉冲，所述驱动脉冲表现出电压变化，所述电压变化跟踪对应于由所述测量电路生成的测量脉冲的反向测量脉冲所表现出的电压变化。
13.根据权利要求10所述的触摸控制器，其中所述电流传送器的所述输出端是负输出端和正输出端中的一个。
14.根据权利要求10所述的触摸控制器，包括：
第一开关，所述第一开关被布置为选择性地将所述预充电电路耦接到所述垫盘；和
第二开关，所述第二开关被布置为将所述测量电路和所述电荷抵消电路选择性地耦接到所述垫盘。

Claims (14)

1.一种电荷抵消电路，包括：
电容器；
驱动电路，所述驱动电路被布置为将脉冲电压信号施加到所述电容器；和
具有可编程增益的电流传送器，所述电流传送器被布置为响应于所述脉冲电压信号而放大由所述电容器生成的初始电荷以及向所述电荷抵消电路的输出端提供放大电荷。
2.根据权利要求1所述的电荷抵消电路，其中所述电流传送器包括正输出端或负输出端中的一个。
3.根据权利要求2所述的电荷抵消电路，其中所述负输出端被配置为相对于输入信号的极性反转输出信号的极性。
4.根据权利要求3所述的电荷抵消电路，其中所述正输出端被配置为相对于输入信号的极性跟踪输出信号的极性。
5.一种减小触摸感测系统的感测线的电容器上的电荷转移的方法，包括：
将触摸传感器线预充电到第一电压轨；
在所述触摸传感器线处注入第一测量电荷；
在所述触摸传感器线处注入第一放大抵消电荷；
将所述触摸传感器线预充电到第二电压轨；
在所述触摸传感器线处注入第二测量电荷；
在所述触摸传感器线处注入第二放大抵消电荷；以及
将所述触摸传感器线预充电到第一电压轨。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述在所述触摸传感器线处注入所述第一测量电荷或所述第二测量电荷包括：
在所述触摸传感器线处施加第一测量脉冲或第二测量脉冲以生成所述第一测量电荷或所述第二测量电荷。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述在所述触摸传感器线处注入所述第一放大抵消电荷或所述第二放大抵消电荷包括：
在补偿电容器处施加第一驱动脉冲或第二驱动脉冲以分别生成所述第一放大抵消电荷或所述第二放大抵消电荷。
8.根据权利要求7所述的方法，包括生成所述第一驱动脉冲或所述第二驱动脉冲，所述第一驱动脉冲或所述第二驱动脉冲表现出电压变化，所述电压变化跟踪由被生成以用于在所述触摸传感器线处注入所述第一测量电荷或所述第二测量电荷的测量脉冲所表现出的电压变化。
9.根据权利要求7所述的方法，包括生成所述第一驱动脉冲或所述第二驱动脉冲，所述第一驱动脉冲或所述第二驱动脉冲表现出电压变化，所述电压变化跟踪由对应于被生成以用于在所述触摸传感器线处注入所述第一测量电荷或所述第二测量电荷的测量脉冲的反向测量脉冲所表现出的电压变化。
10.一种触摸控制器，包括：
垫盘；
预充电电路；
测量电路；和
电荷抵消电路，所述电荷抵消电路被布置为向所述垫盘与所述测量电路之间的电荷转移路径提供放大抵消电荷，其中所述电荷抵消电路包括：
电容器；
驱动电路，所述驱动电路被布置为将脉冲电压信号施加到所述电容器；和
电流传送器，所述电流传送器具有可编程增益，所述电流传送器被布置为响应于所述脉冲电压信号而放大由所述电容器生成的初始电荷以及向所述电荷抵消电路的输出端提供放大电荷。
11.根据权利要求10所述的触摸控制器，其中所述驱动电路被配置为生成驱动脉冲，所述驱动脉冲表现出电压变化，所述电压变化跟踪由所述测量电路生成的测量脉冲所表现出的电压变化。
12.根据权利要求10所述的触摸控制器，其中所述驱动电路被配置为生成驱动脉冲，所述驱动脉冲表现出电压变化，所述电压变化跟踪对应于由所述测量电路生成的测量脉冲的反向测量脉冲所表现出的电压变化。
13.根据权利要求10所述的触摸控制器，其中所述电流传送器的所述输出端是负输出端和正输出端中的一个。
14.根据权利要求10所述的触摸控制器，包括：
第一开关，所述第一开关被布置为选择性地将所述预充电电路耦接到所述垫盘；和
第二开关，所述第二开关被布置为将所述测量电路和所述电荷抵消电路选择性地耦接到所述垫盘。
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