CN116745739A - 人机界面中组合的电容和压电感测 - Google Patents

Abstract

一种人机界面(HMI)系统和操作方法。该系统包括耦合到一个或多个电容触摸元件(112)的电容测量电路系统(140)，以及耦合到一个或多个压电触摸元件(114)的压电测量电路(150)。电容测量电路系统(140)将与一个或多个电容器输入端子处的电容相对应的信号按增益电平放大，以便传送到处理电路系统。例如中央处理单元(120)中的增益控制电路系统被配置为响应于该压电测量电路系统从压电触摸元件(112)中的至少一个压电触摸元件接收到用户输入而增大该电容测量电路系统的增益级的增益电平。

Description

人机界面中组合的电容和压电感测

背景技术

本发明涉及电子系统的输入设备，更具体地涉及触敏输入设备。

多年来，用于使用户致动电子系统的开关或其他控制件的机械按钮已经很普遍。然而，在较新的系统中，电容感测正迅速成为一种流行的人机界面(HMI)技术。与常规的机械按钮和开关相比，使用电容感测的致动器可以以更薄和更精致的形式实现，具有各种形状和大小。因此，包括电器、销售点终端、安全系统、环境控制、安全系统以及其他工业和消费者应用在内的各种HMI应用现在都使用电容触摸传感器。

作为另外的背景，常规的电容传感器通过检测由于用户手指触摸或非常接近按钮、滑块、滚轮或其他致动器而引起的电容变化来进行操作。这种测量的一种常规方法被称为“自电容”测量，在该方法中，测量感测元件处相对于大地接地的电容。用户输入被检测为该电容的增大，即，由于用户的手指(在大地接地处)触摸感测元件处的绝缘覆盖层而增加了并联电容。自电容测量通常用于实施按钮(例如，电梯按钮)。另一种被称为“互电容”测量的方法是基于电容感测元件，该电容感测元件具有作为发射电极的一个板和作为接收电极的第二个板，在这两个板之间维持一定的电势。用户输入是根据由于用户的手指(在大地接地处)触摸电极之上的覆盖层引起的发射电极与接收电极之间的电场传播的中断而检测到的。互电容测量通常用于滑块或滚轮HMI元件。

作为另外的背景，包括用于电容触摸感测的测量能力的混合信号微控制器集成电路在本领域中是已知的。这种集成电路的一个示例是可从德州仪器公司获得的MSP430FR267x微控制器。

对于部署在用户输入的电容效应可能被减弱的某些环境中的电容HMI设备提出了某些挑战。例如，室外小键盘输入系统或者在无菌或洁净室环境中的这种系统的用户可能戴着手套，这将减少手指按压或移动的电容效应。类似地，小键盘上的雨水、冰或其他环境条件可能使用户的手指与电容传感器绝缘，这也降低了HMI设备检测用户输入的能力。增大来自电容元件的信号的放大增益以补偿在这些条件下电容的较小变化可能会引起其他问题，比如检测到虚假的或错误的输入。

本文所描述的实施例正是在这种背景下产生的。

发明内容

根据一个方面，提供了一种装置，该装置包括：电容测量电路系统，该电容测量电路系统耦合到一个或多个电容器输入端子，人机界面(HMI)中的电容触摸元件可以在该一个或多个电容器输入端子处进行连接；以及压电测量电路，该压电测量电路包括耦合到一个或多个压电端子的接口电路系统，该HMI中的压电触摸元件可以在该一个或多个压电端子处进行连接。该电容测量电路系统包括增益级，该增益级被配置为将与一个或多个电容器输入端子处的电容相对应的信号按增益电平放大，以便传送到处理电路系统。该装置进一步包括增益控制电路系统，该增益控制电路系统耦合到该压电测量电路系统和该电容测量电路系统，并且被配置为响应于该压电测量电路系统从该一个或多个压电端子中的至少一个压电端子接收到用户输入而增大该增益级的增益电平。

根据另一方面，提供了一种检测HMI处的用户输入的方法。根据一个或多个示例实施例，该方法包括将与该HMI的多个电容触摸元件耦合的电容触摸测量电路系统中的至少一个增益级中的增益电平设置为第一增益电平，以及确定该HMI的一个或多个压电触摸元件是否检测到用户触摸压力。响应于该HMI的该一个或多个压电触摸元件中全都没有检测到用户触摸压力，该电容触摸测量电路系统使用该第一增益电平生成与该HMI的电容触摸元件中的一个或多个电容触摸元件处的电容相对应的测量信号。响应于该HMI的一个或多个压电触摸元件检测到用户触摸压力，该电容触摸测量电路系统中的至少一个增益级中的增益电平被设置为大于该第一增益电平的第二增益电平，并且该电容触摸测量电路系统使用该第二增益电平生成测量信号。

由这些方面中的一个或多个方面实现的技术优势包括一种用于检测和感测在部署在户外或其他恶劣环境中的小键盘和其他HMI输入设备处的触摸输入的系统和方法，例如在用户可能戴着手套的寒冷环境中和在对触摸输入的电容感测有所减弱的潮湿环境中，即使对于使用裸手指的用户也是如此。在这样的环境中实现这种改进的感测，而不会增加HMI输入设备对增加的噪声、热漂移和功耗的脆弱性。可以降低检测到错误的输入(包括误报和漏报两者)的频率。

参考以下说明书连同其附图，由所披露的各方面实现的其他技术优点对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。

附图说明

图1是根据示例实施例的人机界面(HMI)系统的框图形式的电气图。

图2是根据示例实施例的图1的系统中的电容测量功能的框图形式的电气图。

图3是根据示例实施例的图2的功能中的电容触摸测量块的框图形式的电气图。

图4是根据示例实施例的图1的系统中的压电测量功能的框图和示意图形式的电气图。

图5A是根据示例实施例的在如图1中的HMI系统中检测触摸输入的方法的流程图。

图5B是根据示例实施例的在图5A的方法中检测电容变化的过程的流程图。

图6是根据替代性示例实施例的在如图1中的HMI系统中检测触摸输入的方法的流程图。

图7是根据另一个示例实施例的人机界面(HMI)系统的框图形式的电气图。

图8是根据示例实施例的在图7的系统中与压电测量功能相结合的压电驱动器电路系统的框图和示意图形式的电气图。

图9是根据示例实施例的如在图7中的HMI系统中检测触摸输入并产生触觉输出的方法的流程图。

在附图中使用相同的附图标记或其他参考指示符来图示(在功能上和/或结构上)相同或相似的特征。

具体实施方式

本说明书中描述的一个或多个实施例被实施到比如小键盘等人机界面(HMI)设备中，因为设想了这种实施方式在这样的背景下特别有利。然而，还设想了这些实施例的各方面可以有益地应用于各种其他应用，例如开关、致动器、键盘、滑块和其他HMI实施方式。因此，应当理解的是，以下描述仅仅是作为示例提供的，并不旨在限制所要求保护的本发明的真实范围。

图1图示了根据示例实施例构造的触敏HMI系统的架构。在该示例中，小键盘100包括电容阵列102，该电容阵列包括一个或多个电容触摸元件112。在该示例中，电容阵列102包括十二个电容触摸元件112，每个电容触摸元件部署在小键盘100中与按钮或其他HMI致动器相对应的位置处。在该示例中，电容触摸元件112以常规的数字小键盘布置来部署。每个电容触摸元件112可以以常规方式构造，例如包括与绝缘覆盖层或其他膜相结合的两个导电元件或板，在该绝缘覆盖层或其他膜处，用户的触摸可以影响元件的电容，以提供用户输入。小键盘100可以被构造为提供电容触摸元件112的位置的可视指示符，使得用户能够对系统进行有意义的用户输入。在该示例实施例中，电容触摸元件112可以以自电容或互电容测量模式中的任一种模式来实施。

根据该示例实施例，小键盘100还包括包含一个或多个压电触摸元件114的压电阵列104。在该示例中，压电阵列104包括四个压电触摸元件114A至114D，每个压电触摸元件部署在小键盘100中。在该示例实施例中，压电触摸元件114A至114D可以嵌入在小键盘100内，并且对于用户来说是不可见的或者以其他方式与可见指示符相关联。每个压电元件114可以由设置在电极之间的比如锆钛酸铅(PZT)等常规压电材料构造，并且被配置为响应于来自用户按压元件114的压力而生成电压。

在该示例中，电容阵列102和压电阵列104被布置在小键盘100中以彼此重叠，或者采用某种其他布置，使得在小键盘100的某些位置处的相同用户触摸可被电容触摸元件112和压电触摸元件114两者检测到。在图1的示例实施例中，压电触摸元件114的数量不同于电容触摸元件112的数量，并且因此两种类型的触摸元件的位置不一定重合。替代性地，电容触摸元件112和压电触摸元件114两者均可以部署在小键盘100的一个或多个致动器位置处；在一些实施方式中，电容触摸元件112和压电触摸元件114两者均可以部署在小键盘100的每个致动器位置处。如上所述，压电触摸元件114可以嵌入在小键盘100内，从而不可见。替代性地，压电触摸元件114可以与可视指示符相关联，这些可视指示符与那些同电容触摸元件112相关联的指示符分离。进一步地，在替代方案中，一个或多个压电触摸元件114可以与和电容触摸元件112的可视指示符相同的可视指示符相关联。

在图1的系统中，小键盘100的电容阵列102和压电阵列104耦合到微控制器110。在该示例实施例中，微控制器110包括中央处理单元(CPU)120，该CPU例如被布置为对寄存器堆中的数据进行操作的精简指令集计算机(RISC)架构。在微控制器110的该示例架构中，CPU 120经由地址总线ADDR_BUS和数据总线DATA_BUS耦合到各种外围功能电路系统模块。在图1所示的示例中，这些功能模块包括存储器资源(比如随机存取存储器124和只读存储器126)、一个或多个输入/输出接口功能128、一个或多个定时器130、模数转换器(ADC)模块132和时钟系统134。根据特定应用的需要，可以在微控制器110中替代性地或附加地实施其他功能电路系统模块。同样如图1所示，电源管理功能122单独耦合到CPU 120，并且被配置为用于管理CPU 120和各种功能模块的功耗和供电。还可以包括其他支持模块，比如扫描测试功能等。替代性地，微控制器110可以用替代性总线架构并且根据图1所示的其他架构变化来实现。

根据该示例实施例，微控制器110包括作为附加功能模块的电容测量电路系统140和压电测量电路系统150，每个功能模块都经由地址总线ADDR_BUS和数据总线DATA_BUS耦合到CPU 120。在该示例中，电容测量电路系统140耦合到小键盘100中的电容阵列102，并且被配置为从电容阵列102中的一个或多个电容触摸元件112获取电容测量结果。类似地，压电测量电路系统150耦合到小键盘100中的压电阵列104，并且被配置为从压电阵列104中的一个或多个压电触摸元件114获取压力测量结果。

在该示例实施例中，压电测量电路系统150被构造或配置为响应于从压电阵列104中的一个或多个压电触摸元件114获取的测量结果而将增益控制信号转发到电容测量电路系统140。出于说明的目的，微控制器110包括从压电测量电路系统150耦合到CPU 120的控制线路PZO_INT，以响应于压电测量电路系统150检测到压电阵列104处的触摸事件而传送中断请求。微控制器110还包括控制线路GN_CTRL，以响应于线路PZO_INT上来自压电测量电路系统150的中断请求而将增益控制信号从CPU 120传送到电容测量电路系统140。替代性地，CPU 120可以从压电测量电路系统150接收测量结果，并且可以通过总线ADDR_BUS、DATA_BUS将增益控制信号传送到电容测量电路系统140。进一步地，在替代方案中，压电测量电路系统150可以被配置为将增益控制信号直接传送到电容测量电路系统140，而不涉及CPU 120。

现在参考图2，现在将描述根据示例实施例的电容测量电路系统140的构造。在该示例实施例中，电容测量电路系统140中的输入/输出多路复用器200耦合到微控制器100的一个或多个端子，该微控制器被配置为与电容触摸元件112进行接口连接。在该示例实施例中，输入/输出多路复用器200操作以将一个或多个选定的电容触摸元件112耦合到对应的电容触摸测量电路202。如图2所示，电容测量电路系统140可以包括多个电容触摸测量电路202a、202b、202c，以实现多个电容触摸元件112的并行扫描。每个电容触摸测量电路202可以被配置为在自电容测量模式或互电容测量模式下操作。因此，如图2所示，耦合到输入/输出多路复用器200的端子可以包括发射和接收端子，电容触摸测量电路202从这些发射和接收端子检测来自以互电容模式耦合的电容触摸元件112m的输入；并且可以包括接收端子，电容触摸测量电路202从这些接收端子检测来自以自电容模式耦合的电容触摸元件112s的输入。

由图2的示例中的每个电容触摸测量电路202进行的测量由电容测量电路系统140中的各种支持电路系统205来控制。如图2所示，用于进行相关测量的该支持电路系统205包括低压差(LDO)电压调节器210、参考电压发生器电路系统212和参考电容器214。在该示例实施例中，支持电路系统205包括跳频和扩频振荡器电路系统216，以使得能够在各种频率下执行电容测量，从而可以拒绝在被共模噪声破坏的频率下的电容测量结果。对由电容触摸测量电路202a至202c进行的电容测量的结果的控制和报告由转换和控制逻辑218来管理，该转换和控制逻辑与数据总线DATA_BUS进行接口连接，并且在该示例中，能够响应于电容测量结果或其他事件而在单独的控制线路INT上向CPU 120传送中断请求。在该示例中，电容测量电路系统140还包括事件定时器220和其他定时器电路系统，该事件定时器和其他定时器电路系统基于在线路CLK上接收到的时钟信号进行操作并且在适当时在线路INT上生成中断请求。

图3图示了根据示例实施例的电容测量电路系统140中的电容触摸测量电路202a的构造，其中，使用电荷转移测量技术进行电容测量。在美国专利申请公开号US2021/0050852A1中描述了可以由根据该示例实施例的电容触摸测量电路202a应用的电荷转移测量技术的示例，该美国专利申请公开与本申请共同转让并通过这种援引并入本文。如图3所示，输入/输出多路复用器200在其端子处将被配置为处于自电容或互电容模式的电容触摸元件112耦合到电容触摸测量电路202a中的电荷转移引擎300。根据在该示例中应用的电荷转移测量技术，电荷转移引擎300被配置为通过交替地将电容触摸元件112充电到选定电压和将电荷从电容触摸元件112转移到积分器/跳闸检测器310中的电容器312(在该示例中经由信号调节电路系统304)来测量电容触摸元件112处的电容。积分器/跳闸检测器310还包括比较器314，该比较器将电容器312处的电压与参考电压VREF进行比较。在该示例中，由电荷转移引擎施加到电容触摸元件112的电荷/转移周期由来自图2的跳频和扩频振荡器电路系统216的转换时钟进行钟控。在该示例中，由跳频和扩频振荡器电路系统216改变转换时钟频率，使得可以在多个频率下获得测量结果，从而使得能够从电容测量中省略在噪声频率下进行的测量。

如上所述，该实施方式中的电容触摸测量电路202包括信号调节功能304。在该示例中，信号调节功能304包括增益级306，该增益级用于放大由电荷转移引擎300从电容触摸元件112转移的电荷；并且还可以包括偏移补偿308以补偿偏移。根据该示例实施方式，由增益级306施加的增益响应于压电测量电路系统150从压电阵列104获取的测量结果而至少部分地由来自CPU 120的在线路GN_CTRL上传送的增益控制信号确定。包括滤波在内的其他信号调节也可以应用于信号调节功能304中。

根据电荷转移测量技术，转移计数器302对执行的充电/转移周期的数量进行计数，直到比较器314检测到电容器312处的电压达到参考电压VREF，响应于此，比较器314发出转换结束信号，例如作为对CPU 120的中断请求。响应于转换结束，CPU 120然后可以询问转移计数器302以获得计数的充电/放电周期的数量作为转换结果，CPU 120可以处理该转换结果以确定是否已经发生触摸事件。例如，CPU 120可以将转换结果(例如，如在噪声较小的转换时钟频率下获得的)与和先前从该电容触摸元件112获得的转换计数的滤波版本相对应的长期平均值进行比较。例如，如根据转换结果确定的电容触摸元件112处的测量电容与长期平均值相比的差值指示电容的变化，该变化可能是由于用户在该元件112处的触摸引起的。因此，响应于所获得的转换结果超过触摸阈值(例如，与相对于长期平均值的成比例偏移相对应的计数)，CPU 120可以识别电容触摸元件112处的触摸事件，并且相应地处理输入。

根据使用电荷转移测量技术的该示例实施例，由增益级306施加到转移电荷信号的增益决定了电容测量的灵敏度，因为较高的增益使得能够将较小的电容差异(例如，可能由于佩戴手套的用户触摸电容触摸元件112而发生)可靠地检测为触摸事件。在替代性实施方式中，设想了电容测量电路系统140可以被实施为根据用于生成可以按至少部分地决定测量的灵敏度的选定增益进行放大的测量信号的其他方法来测量电容触摸元件112处的电容(包括电容的变化)。设想了本说明书中描述的各方面可以类似地应用于这样的替代性实施方式中。

图4图示了根据示例实施例的压电测量电路系统150的架构和构造。在该示例中并且如图1所示，压电测量电路系统150包括接收器电路系统的实例，该接收器电路系统耦合到微控制器110的四个外部端子401A至401D中的每一个，压电触摸元件114A至114D中的一个分别耦合到这些外部端子中的各个外部端子。在该示例中，参考压电触摸元件114A，该接收器电路系统包括模拟接口400A和放大器电路系统402A。模拟接口400A耦合到端子401A，并且包括适当的电路部件，以经由二极管405A将来自压电触摸元件114A的电压信号转发到放大器电路系统402A的输入端。例如，模拟接口400A可以包括如图4所示的电阻器和电容器网络，以对输入信号进行电平转换并应用低通滤波器特性。二极管405A的阳极耦合到模拟接口400A的输出节点，并且其阴极耦合到线或(wired-OR)节点PZO_OR。

在该示例实施例中，放大器电路系统402A的输入端被耦合以在模拟接口400A进行调节之后从压电触摸元件114A接收信号。放大器电路系统402A可以以多种配置中的任何一种来构造。图4将这种构造的一个示例图示为包括运算放大器415，其正输入端耦合到模拟接口400A的输出节点，并且其负输入端以传统方式经由电压分压器布置从其输出端接收反馈。在该示例中，放大器电路系统402A还包括与电阻器413串联耦合在放大器415的正输入端与接地之间的开关412。开关412可以由来自CPU 120或其他控制电路系统的信号(未示出)控制，以在测量实例之间重置放大器415的输入端处的电压。如上所述，放大器电路系统402A可以根据特定应用的需要以其他布置来构造和配置。在该示例实施例中，放大器415的输出端耦合到多路复用器430的一个输入端。

压电测量电路系统150包括类似构造的分别耦合到端子401B、410C、401D的模拟接口400B、400C、400C和放大器电路系统402B、402C、402D。以与上文所描述的放大器电路系统402A类似的方式，放大器电路系统402B、402C、402D的每个实例的输出端耦合到多路复用器430的对应输入端。

根据该示例实施例，并且类似于上文关于模拟接口400A所描述的，模拟接口400B、400C、400C中的每一个具有输出节点，该输出节点耦合到对应二极管405B、405C、405D的阳极。二极管405A、405B、405C、405D的阴极都在线或节点PZO_OR处耦合在一起，该线或节点经由偏置网络420耦合到比较器422的正输入端。比较器422具有负输入端或参考输入端，该负输入端或参考输入端经由线路DET_LVL耦合到数模转换器(DAC)424的输出端。比较器422和DAC 424可以实现为微控制器110中的功能模块，驻留在如图1所示的地址总线ADDR_BUS或数据总线DATA_BUS上，或者替代性地可以部署在压电测量电路系统150本身内。在任何情况下，DAC 424具有输入端，该输入端被耦合以例如通过数据总线DATA_BUS从CPU 120接收指示数字线路DREF上的参考电平的数字信号。DAC 424操作以将该数字参考电平DREF转换为模拟电平，该模拟电平在线路DET_LVL上被传送到比较器422的负输入端。响应于线或节点PZO_OR处的信号与线路DET_LVL上的模拟电平的比较，比较器422的输出端在线路PZO_INT上呈现逻辑信号作为到CPU 120的中断请求。

根据该示例实施例，响应于用户在压电元件114A至114D中的一个或多个上的触摸，比较器422使线路PZO_INT上的中断请求有效。例如，用户触摸压电元件414A在对应端子401A处引起电压，该端子经由模拟接口400A耦合到二极管405A的阳极。如果用户触摸具有足够的压力以产生使二极管405A正向偏置的电压，则该电压将出现在线或节点PZO_OR处(小于二极管电压降)。类似地，用户触摸压电元件414B至414D中的任何一个或多个也将向线或节点PZO_OR提供电流，而没有经历触摸的那些压电元件414B至414D的二极管405B至405D将保持反向偏置。当由于触摸输入而产生的线或节点PZO_OR处的电压超过线路DET_LVL上来自DAC 424的参考电平时，比较器422在其输出端处表现为有效(例如，驱动逻辑“1”电平)，这作为中断请求被传送到CPU 120，以指示用户触摸了小键盘100的压电阵列104的某处。

如将在下文结合一个或多个示例实施例进一步详细描述的，CPU 120对由压电测量电路系统150生成的压电中断请求做出响应，以增大由一个或多个电容触摸测量电路202中的增益级306施加的增益，并且因此增加微控制器110对电容触摸用户输入的灵敏度。

如上文结合图4提到的，多路复用器430具有耦合到放大器电路402A、402B、402C、402D的输出端的输入端。多路复用器430还具有选择输入端，该选择输入端被耦合以接收线路SEL上例如来自CPU 120的选择信号，以选择其输入之一用于转发到ADC 432的输入端。图4中的ADC 432可以对应于图1中所示的驻留在地址总线ADDR_BUS和数据总线DATA_BUS上的ADC模块132，或者替代性地，可以在压电测量电路系统150本身内实现。ADC 432接收线路VREF上例如来自微控制器110中其他地方的参考电压发生器的参考电压，并且将其输入端处的模拟电压转换为数字信号DOUT，以例如经由数据总线DATA_BUS呈现给CPU 120。

在操作中，压电测量电路系统150的多路复用器430和ADC 432可以操作以询问与其端子401A至401C中的每一个相关联的接收器电路系统，以确定压电元件114A至114D中的哪一个或多个正在接收触摸输入以及该触摸输入的压力测量值。例如，可以响应于比较器422指示在压电阵列104的某处存在触摸输入而执行对各个压电元件的这种询问。在这种情况下，多路复用器430可以将来自每个放大器电路402A至402D的输出单独地转发到ADC432，以确定哪一个呈现最高幅度输出，并且因此确定哪个压电触摸元件114接收到输入。另外，为了降低压电测量电路系统150的功耗，放大器电路系统402A至402D可以被禁用，直到比较器422指示在压电元件114A至114D中的一个或多个处接收到触摸输入为止；响应于该指示，放大器电路系统402A至402D然后可以被通电，以如上文所描述经由多路复用器430和ADC 432进行询问。

在不需要识别压电元件114A至114D中的哪一个正在接收触摸输入的一些实施方式中，压电测量电路系统150可以完全省略放大器电路系统402A至402D、多路复用器430和ADC 432。在替代方案中，比较器422将通过如上文所描述在线路PZO_INT上发出中断请求来保持指示在压电阵列104的某处存在触摸输入。

图5A和图5B图示了根据一个或多个示例实施例的图1的系统的一般化操作，该操作包括微控制器110对在小键盘100处接收到的触摸输入的响应。在该示例中，设想了这些操作将由CPU 120结合微控制器110中的其他功能来执行并且受其指导和控制。例如，CPU120可以通过执行以机器可读形式存储在系统的存储器资源(比如ROM 126，以及在一些实施方式中RAM 124)中的程序指令来执行和控制这些操作。替代性地或另外地，本文所描述的一些或所有操作可以由专用或专门的逻辑电路系统来执行。

如图5A所示，系统的操作从过程500开始，其中，将由电容测量电路系统140的增益级306对在小键盘100中的电容触摸元件112处感测到的电容信号施加的增益设置为标称电平。在该示例实施例中，该标称电平对应于相对较低的增益电平，该增益电平适合于响应于用户的裸手指在良好环境条件(例如，干燥条件)下的正常触摸输入来检测到电容触摸元件112处的电容变化。如果增益级306施加的增益太高，则触摸输入系统中会出现各种不准确性和其他问题，包括对由于电容测量电路系统140中的噪声而导致的“误报”的脆弱性、对热漂移的脆弱性以及高于最佳功耗，尤其是在电池供电的系统中。在过程500中设置较低的标称增益避免了在低增益就足以检测小键盘100处的用户触摸输入的那些情况下的这些问题。

在该示例中，决策501确定压电测量电路系统150是否已经检测到在一个或多个压电触摸元件114A至114D处存在触摸输入。如上文关于图4所描述的，该确定可以通过比较器422将线或节点PZO_OR处的电压与线路DET_LVL上来自DAC 424的参考电平进行比较来进行。在该示例中，如果在压电元件114A至114D中的一个或多个处存在足够压力的触摸输入，则由该压电元件生成的所得电压将使对应的二极管405A至405D正向偏置，并且以超过参考电平DET_LVL的电压出现在线或节点PZO_OR处。在该示例实施方式中，作为响应，比较器422在其输出端发出逻辑“1”电平形式的中断请求，该中断请求在线路PZO_INT上被传送到CPU120。决策501因此返回“是”结果。

如果在小键盘100处不存在足够压力的触摸输入，则线或节点PZO_OR处的信号电平不会使比较器422使中断请求有效。在这种情况下(决策501为“否”)，微控制器110继续感测小键盘100的电容触摸元件112处的电容，使用在过程500中设置的标称增益值来放大对应的测量信号，以便通过数据总线DATA_BUS传送到CPU 120，以指示小键盘100的哪些电容触摸元件112接收到用户输入。这种方式的继续操作，直到压电测量电路系统150检测到足够力的触摸输入为止。

如果检测到压电触摸输入(决策501为“是”)，则CPU 120接收由压电测量电路系统150在线路PZO_INT上发出的中断请求。CPU 120在过程504中通过将由电容测量电路系统140中的增益级306施加的增益增大到选定的增大的电平来处理该请求的中断。例如，如图1所示，CPU 120可以在控制线路GN_CTRL上向电容测量电路系统140(例如，向增益级306)发出信号；替代性地，CPU 120可以通过数据总线DATA_BUS发出增益增大信号。进一步地，在替代方案中，压电测量电路系统150本身可以直接向电容测量电路系统140发出增益控制信号。在任何情况下，在过程504中施加的该增大的增益电平增加了电容触摸元件112处的触摸输入检测的灵敏度，例如增加到足够灵敏以可靠地检测佩戴手套的手指的触摸输入，或者检测在潮湿(例如，下雨)条件下的裸手指或通过覆冰小键盘100进行的触摸输入，等等。因此，使用在过程504中设置的增大的增益值来放大电容测量信号，以便传送到CPU 120，CPU 120可以根据这些电容测量信号确定哪些电容触摸元件112接收到用户输入。

根据该示例实施例，对电容触摸元件112处的电容变化的感测将使用增大的增益电平执行至多特定持续时间，之后由增益级306施加的增益返回到其标称或其他较低的增益电平。因此，同样在过程504中，CPU 120启动例如可以由微控制器110中的定时器130监测的定时器操作。

一旦在过程504中增大了增益电平，电容测量电路系统150就在过程506中操作以感测小键盘100的一个或多个电容触摸元件112处的电容。在该示例实施例中，电容测量电路系统150可以重复扫描电容触摸测量块202，以询问每个电容触摸元件112(例如，小键盘100中的每个数字键)。然后，基于小键盘100处的用户触摸输入的输入由电容测量电路系统150使用该增大的增益电平来检测，并且被转发到CPU 120用于解码和其他处理，以执行微控制器110的期望操作作为响应。

可以设想，在良好的环境条件下，用户可以用裸手指进行触摸输入，这不仅足以为电容测量电路系统140使用标称增益进行的检测和测量提供足够的输入，而且还足以被压电测量电路系统150检测到的足够的压力(决策501为“是”)，导致在过程504中增大由电容测量电路系统140施加的增益。但是对于良好条件下的裸手指输入，该增大的增益电平对于可能太高而无法实现准确操作，并且可能导致过度的功耗。图5B图示了针对这种情况执行过程506以调整电容测量电路系统140的增益的可选方法。

在该替代性方法中，通过电容测量电路系统140首先在过程520中检测和测量一个或多个电容触摸元件112处的电容来执行过程506。对于该第一次通过过程520，由增益级306施加的增益是在过程504中施加的增大的增益。所测量的电容信号被电容测量电路系统140转发到CPU 120，以在决策525中将其与最大阈值电平T_MAX进行比较。例如，可以选择该最大阈值电平T_MAX来检测在理想条件下与电容触摸元件112处的裸手指相对应的电容变化幅度。如果CPU 120确定在过程520中检测到的电容变化幅度低于该最大阈值电平T_MAX(决策525为“否”)(例如在潮湿或结冰条件下用佩戴手套的手指或裸手指在小键盘100处进行触摸输入的情况下)，则将维持增大的增益电平，并且将在该增大的增益电平下执行过程540，以从小键盘100获取用户输入以供CPU 120处理和响应。然而，如果在过程520中检测到的电容变化幅度高于该最大阈值电平T MAX(决策525为“是”)(例如在干燥条件下用裸手指在小键盘100处进行触摸输入的情况下)，则在过程530中，将由增益级306施加的增益电平降低到较低的增益电平，例如降低到最初在过程500中设置的标称电平。然后，将在该标称增益电平下执行过程540，以获取来自小键盘100的用户输入以供CPU 120处理和响应。

如上文结合过程504所述，增益级306将对来自小键盘100的电容测量结果施加增益级306处的增大的增益达一定持续时间，之后增益将返回到标称电平或其他较低电平。可以设想，该持续时间可以被预先选择并存储在寄存器或其他存储器位置中，例如作为在制造时设置的固定值或作为用户可编程值。例如，该持续时间可以被设置为几秒的值，以允许有足够的时间在小键盘100处进行用户触摸输入。返回参考图5A，当在过程506中使用在过程504中应用的增大的增益电平来感测电容触摸元件112处的电容时，微控制器110周期性地询问在过程504中设置的定时器(例如，定时器130)以确定该持续时间是否已经到期。如果增大的增益的持续时间尚未到期(决策507为“否”)，则小键盘100中的电容触摸元件112处的电容将继续由电容触摸测量块202使用在过程504中设置的增大的增益电平来测量。

如果增大的增益的持续时间已经到期(决策507为“是”)，则微控制器110将由电容触摸测量块202中的增益级306施加的增益重置为其标称值或其他较低值。然后，如上文所描述的，从过程500继续感测小键盘100处的触摸输入。

在这个和其他示例实施例中，上文所描述的系统和方法中的压电和电容触摸输入检测的组合在利用触摸输入的HMI系统的操作中提供了重要的技术优势。在一般意义上，这些示例实施例提供了一种用于检测和感测在部署在户外或其他恶劣环境中的小键盘和其他HMI输入设备处的触摸输入的系统和方法，例如在用户可能戴着手套的寒冷环境中和在对触摸输入的电容感测有所减弱的潮湿环境中，即使对于使用裸手指的用户也是如此。根据这些示例实施例，通过响应于在压电触摸元件处感测到的显著触摸压力来调用增大的增益，以及通过限制增大的增益的持续时间，有效地提供了电容触摸输入的增加的灵敏度。避免并限制了由于无条件地增大电容触摸测量的增益而导致的对增加的噪声、热漂移和功耗的脆弱性。可以相应地降低检测到错误的输入(包括误报和漏报两者)的频率。

图6图示了根据另一个示例实施例的图1的系统的操作，其中，小键盘100包括多于一个压电触摸元件114，例如，如图1所示，四个这样的压电触摸元件114A至114D物理地部署在小键盘100的象限处。如现在将要描述的，使用多个压电触摸元件114有利于更精确地调整系统对用户触摸输入的灵敏度。

在图6的示例实施例中，系统的操作从过程600开始，其中，将由电容测量电路系统140的增益级306施加的增益设置为标称电平。在决策601中，微控制器110确定压电测量电路系统150是否已经检测到在一个或多个压电触摸元件114A至114D处存在触摸输入，例如通过比较器422将线或节点PZO_OR处的电压与线路DET_LVL上来自DAC 424的参考电平进行比较，如上文所描述的。如果不是这样(决策601为“否”)，则微控制器110使用在过程600中设置的标称增益值继续感测小键盘100的电容触摸元件112处的电容变化。

根据该示例实施例，如果在压电元件114A至114D中的一个或多个处存在足够压力的触摸输入(决策601为“是”)，则在该示例实施方式中，比较器422将在其输出端发出逻辑“1”电平形式的中断请求，该中断请求在线路PZO_INT上被传送到CPU 120。在该示例中，CPU120将通过确定压电触摸元件114A至114D中的哪一个接收到检测到的触摸输入来处置由于检测到压电输入引起的该中断。参考图4，可以通过CPU 120在线路SEL上向压电测量电路系统150中的多路复用器430发出选择控制信号以依次选择放大器402A至402D中的每一个来执行过程602。如上文所描述的，由多路复用器430选择的放大器402A至402D之一将把其输出施加到ADC 432，以将模拟放大器输出信号转换为线路DOUT上的数字值。线路DOUT上的数字值被传送到CPU 120，例如作为通过数据总线DATA_BUS传送的值序列。在过程602中，CPU120根据该数字值序列确定放大器402A至402D中的哪一个产生了最高幅度信号，并且因此确定压电触摸元件114A至114D中的哪一个最接近用户的触摸输入。这确定了小键盘100中被用户触摸的区域。对于物理部署在小键盘100的象限中的压电触摸元件114A至114D的示例，过程602的该确定识别出用户按压了小键盘100的哪个象限。

在该示例实施例中，在识别出小键盘100的触摸区域之后，CPU 120在过程604中操作，以增大与定位于所识别区域中的电容触摸元件112相关联的电容触摸测量块202中的增益级306所施加的增益。如上文所描述的，CPU 120可以通过在控制线路GN_CTRL上向电容测量电路系统140(例如，向增益级306)发出信号，或者替代性地通过数据总线DATA_BUS转发增益增大信号来增大所识别的电容触摸测量块202的增益。进一步地，在替代方案中，在一些实施方式中，压电测量电路系统150本身可以针对所识别的区域向电容测量电路系统140发出增益控制信号。在任何情况下，在过程604中施加的这种增大的增益电平增加了在所识别的区域中的电容触摸元件112处的触摸输入检测的灵敏度，例如，增加到足以检测佩戴手套的手指、或者在潮湿(例如，下雨)条件下的裸手指、或者通过覆冰小键盘100等进行的触摸输入的灵敏度。在该示例中，增益级306将继续为与不定位于所识别区域中的电容触摸元件112相关联的那些电容触摸测量块202施加标称增益。在过程604中还设置了定时器(例如，定时器130)。

在过程604中增加选定的增益级306的增益之后，然后在过程606中，在过程602中识别的小键盘100的区域中使用增大的增益电平、并且针对小键盘100的其他区域中的元件使用标称增益电平来执行对电容触摸元件112处的电容变化的感测。如上文所描述的，电容测量电路系统150可以在过程606中重复扫描电容触摸测量块202，以询问每个电容触摸元件112(例如，小键盘100中的每个数字键)，包括增益增强区域中的电容触摸元件和小键盘100的其他区域中的电容触摸元件两者。然后，电容测量电路系统150将检测到的用户触摸输入转发到CPU 120以进行处理，以执行微控制器110的期望操作作为响应。

以增大的增益电平对所识别的区域的感测继续持续特定的持续时间。在这方面，由CPU 120执行决策607，以询问在过程604中设置的定时器，从而确定增大的增益的选定持续时间是否已经到期。如果不是这样(决策607为“否”)，则过程606继续在过程602中识别的区域处使用该增大的增益。

在该示例实施例中，可以根据上文关于图5B所描述的方法来执行过程606，其中，响应于电容触摸输入的幅度超过阈值(例如，阈值T_MAX)，将小键盘100的所识别区域的增大的增益降低到标称增益电平或另一个更低的增益电平。替代性地，可以在整个持续时间内使用小键盘100的所识别区域的增大的增益，而不管幅度如何。

如果增大的增益的持续时间已经到期(决策607为“是”)，则微控制器110将由电容触摸测量块202中的增益级306施加的增益重置为其标称值或其他较低值。然后，以上文所描述的方式从过程600继续感测小键盘100处的触摸输入。

根据图6的该替代示例实施例，在HMI系统中获得了额外的效率，具体地，通过将在感测小键盘或其他HMI设备的电容触摸元件时对增大的增益的应用限制于接收到更大物理压力(如由压电触摸元件感测的)的区域。

根据另一个示例实施例，在HMI系统中提供触觉输出功能，以提供用户反馈和其他功能。在该示例实施例中，HMI系统包括驱动器电路系统，以致动小键盘或其他HMI设备中的压电元件来提供触觉输出。该触觉输出可以用于响应于用户输入而向用户提供正反馈，并且可以额外地用于从触摸元件上清除冰、水滴或其他形式的湿气以及灰尘和碎屑。

现在参考图7至图9，将描述根据替代性示例实施例的触敏HMI系统的构造和操作。在这些图7至图9中，相同的附图标记用于表示先前所描述的示例中(在功能上和/或结构上)相同或相似的特征。

图7图示了根据示例实施例构造的触敏HMI系统的架构。在该示例中，小键盘700包括电容阵列702，该电容阵列包括如图1的示例中的以常规的数字小键盘布置来布置的一个或多个电容触摸元件112。每个电容触摸元件112可以如上文所描述那样构造，并且可以以自电容或互电容测量模式中的任一种模式来实施。可以额外地为每个电容触摸元件112提供可视指示符，以便于用户致动。与在图1的示例中一样，小键盘700还包括具有四个压电触摸元件114A至114D的压电阵列704，这些压电触摸元件例如嵌入在小键盘700内并且不可见或者以其他方式与可见指示符相关联。

与在图1的示例中一样，图7的示例实施例中的电容阵列702和压电阵列704可以在小键盘700中彼此重叠，使得小键盘700处的相同用户触摸可以被一个或多个电容触摸元件112和一个或多个压电触摸元件114两者检测到。如上所述，小键盘700中的压电触摸元件114相对于电容触摸元件112的位置的特定关联可以根据应用而变化。

在图7的系统中，小键盘700的电容阵列702和压电阵列704耦合到微控制器710。该示例实施例中的微控制器710的构造类似于上文结合图1所描述的微控制器110，具有经由地址总线ADDR_BUS和数据总线DATA_BUS耦合到CPU 120的多个功能电路模块。除了包括在如上文所描述的微控制器110中的那些模块之外，该示例实施例中的微控制器710还包括一个或多个模块，该一个或多个模块包括压电驱动器电路系统740。

根据该示例实施例，压电驱动器电路系统740具有一个或多个输出端，该一个或多个输出端耦合到小键盘700的压电阵列104中的压电触摸元件114。如现有技术中已知的，常规的压电元件既响应于所施加的机械压力而产生电压，又响应于所施加的电压而产生机械变形。如上文所描述的，上文所描述的压电测量电路系统150接收由压电触摸元件114响应于来自用户输入的压力而产生的电压。相反，在该示例实施例中，压电驱动器电路系统740被适配成提供驱动信号，以通过一个或多个压电触摸元件114引起变形，从而在小键盘700处产生触觉输出。压电驱动器电路系统740可以以常规方式构造，其示例是可从德州仪器公司获得的DRV2667压电触觉驱动器。在图7的示例实施例中，压电驱动器电路系统740在CPU120的控制下进行操作以向压电触摸元件114提供驱动信号，该驱动信号例如经由数据总线DATA_BUS或经由专门控制线路(未示出)被传送到压电驱动器电路系统740。

替代性地，压电驱动器电路系统740可以在微控制器710的外部实施。在该替代性实施方式中，可以通过输入/输出接口功能128或微控制器710的另一个功能从微控制器710提供数字或模拟控制信号。

根据该示例实施例，小键盘700可选地包括接近传感器705，该接近传感器被布置为围绕小键盘700处的电容触摸元件112阵列的矩形环。接近传感器705可以被实现为电容性、电感性或磁性元件，其被布置为检测用户的手指或其他致动元件在小键盘700附近的存在。

在小键盘700包括可选的接近传感器705的该示例中，微控制器710还包括接近检测电路系统750的模块。接近检测电路系统750具有被耦合以接收来自小键盘700中的接近传感器705的信号的输入端，并且被构造和操作以处理来自接近传感器705的那些信号，并且将指示比如用户的手指等致动元件是否在小键盘700附近的信号传送到CPU 120(例如，经由数据总线DATA_BUS)。接近检测电路系统750的具体构造和操作将取决于用于实施接近传感器705的技术(例如，电容性、电感性、磁性等)。

现在参考图8，将描述根据示例实施例的压电驱动器电路系统740与压电测量电路系统150相结合的实施方式。如上文结合图4所描述的，压电测量电路系统150具有耦合到端子401A至401D的输入端，压电触摸元件114A至114D分别在这些端子处进行连接。端子401A至401D中的每一个都耦合到对应的模拟接口400A至400D。每个模拟接口400具有耦合到对应二极管405的阳极的输出端，以及耦合到放大器电路系统402的对应实例的输出端。二极管405A至405D的阴极共同连接到线或节点PZO_OR，该线或节点耦合到比较器422的输入端，如上文所描述的。

图8示出了耦合到数据总线DATA_BUS的压电驱动器电路系统740，可以通过该数据总线向和从CPU 120传送控制信号和数据信号。在该示例中，出于触觉输出的目的，多个压电触摸元件114被实施在具有电容触摸元件112的十二键布置的小键盘700中，设想了用户通常将无法区分一个压电触摸元件114处的触觉输出与另一个压电触摸元件处的触觉输出。因此，在该示例中，压电驱动器电路系统740具有共同耦合到所有端子401A至401D、并且因此共同耦合到压电触摸元件114A至114D的输出端。这导致由压电驱动器电路系统740产生的任何输出驱动信号被同时共同施加到所有压电触摸元件114A至114D，以在小键盘700处产生触觉输出。

替代性地，压电驱动器电路系统740可以具有多个输出端，每个输出端耦合到端子401A至401D中的单个端子，以便响应于由CPU 120通过数据总线DATA_BUS传送的数据来驱动压电触摸元件114A至114D中的各个压电触摸元件。

图9图示了根据一个或多个示例实施例的图7的系统的一般化操作。在该示例中，设想了这些操作将由CPU 120结合微控制器710中的其他功能(包括压电驱动器电路系统740)执行并且受其指导和控制。例如，CPU 120可以通过执行以机器可读形式存储在系统的存储器资源(比如ROM 126，以及在一些实施方式中RAM 124)中的程序指令来执行和控制这些操作。替代性地或另外地，本文所描述的一些或所有操作可以由专用或专门的逻辑电路系统来执行。

如上文所描述的，图7的系统包括接近传感器705和接近检测电路系统750，这两者都是可选的。如在该示例实施例中，当这些功能被包括在HMI系统中时，可以通过使微控制器710置于睡眠模式(如图9的状态900所示)来获得额外的功率节省。在该睡眠模式中，微控制器710的许多功能(例如，CPU 120、电容测量电路系统140)可以断电，其中接近检测电路系统750保持通电到接收和处理来自接近传感器705的信号所需的程度。在该睡眠模式中，电容测量电路系统140对电容触摸元件114的轮询被暂停，从而避免了该操作所需的大量功率消耗。如果用户或其他致动元件不在小键盘700附近(决策901为“否”)，则微控制器710保持处于状态900中的睡眠模式。如果用户接近小键盘700并且将要在小键盘700处进行输入(例如，用户的手指接近小键盘700)，接近传感器705将对应的信号传送到微控制器710的接近检测电路系统750。在这种情况下(决策901为“是”)，接近检测电路系统750向CPU 120和微控制器710的其他功能发出适当的信号，以在过程902中将设备从睡眠状态“唤醒”，从而将微控制器710置于活动状态，并且启动电容测量电路系统140对电容触摸元件114的轮询。

当CPU 120和电容测量电路系统140在过程902中被唤醒时，在电容测量电路系统140的增益级306处设置标称增益电平，如上文关于图5A所描述的(例如，过程500)。然后能够检测电容触摸元件112、压电触摸元件114或这两者处的用户输入。根据该示例实施例，如果接收到压电或电容触摸输入中的任一个或两个(决策903为“是”)，则在过程904中，以上文结合图5A或图6所描述的方式处理对应的输入。如上文所描述的，HMI系统中响应于压电测量电路系统150检测到来自用户输入的显著压力而增大电容测量电路系统140中的增益电平的这种操作使得能够改善在挑战性环境条件下对用户输入的接收，同时减少HMI系统对可能由过高增益导致的增加的噪声、热漂移和过度功耗的脆弱性。

除了实现这些益处之外，该示例实施例还响应于在决策903中接收到输入而提供触觉输出。在该示例实施例中，在过程906中，启用压电驱动器电路系统740以驱动端子401A至401D处的信号。如果需要的话，此时可以禁止压电测量电路系统150从端子401A至401D接收输入，以避免对由压电驱动器电路系统740在端子401A至401D处驱动的电压做出响应。替代性地，压电测量电路系统150和压电驱动器电路系统740可以以“半双工”方式操作，以避免在压电触摸元件114A至114D处驱动和接收到的信号之间的干扰。

一旦在过程906中启用了压电驱动器电路系统740，就可以可选地执行过程908以从小键盘700的表面上清除冰、水和湿气、或者灰尘和碎屑。该示例中的过程906可以通过压电驱动器电路系统740驱动端子401A至401D处的电压来执行，例如在选定的持续时间内以选定的幅度和声波或超声波频率驱动这些电压，以在小键盘700处引起振动，用于从其表面清除外来物质。替代性地，当微控制器710在过程902中从睡眠状态醒来时，可以无条件地执行过程908，以使小键盘700准备好接收用户输入。

在过程910中，在压电驱动器电路系统740在过程906中被激活之后，CPU 120响应于在过程904中接收和处理的用户输入而通过数据总线DATA_BUS向压电驱动器电路系统740传送信号。在该示例实施例中，由CPU 120在过程910中传送的信号使得压电驱动器电路系统740响应于CPU 120接收到小键盘700处的触摸输入而驱动端子401A至401D中的一个或多个端子处的电压，以向用户提供触觉反馈。这种触觉反馈为用户提供了对每个用户输入的接收的肯定确认，改善了HMI系统的用户体验。在接收到用户输入的这段时间期间，系统操作继续进行过程904、910，直到超时或其他事件使系统返回睡眠模式900。

除了由图1至图6的示例实施例实现的优点之外，该示例实施例进一步实现了其他技术优点。响应于用户输入的对用户的触觉反馈提供了改善的用户体验，尤其是在用户可能不相信HMI系统正在感测触摸输入的挑战性条件下。这种挑战性条件的示例包括用户可能戴着手套的寒冷天气，以及用户可能不确定他的输入是否被感测到的潮湿或结冰条件。并且如上文所描述的，根据该示例实施例的HMI系统使得能够驱动压电元件来从小键盘的表面上清除冰、水和其他碎屑，从而进一步增加用户输入的检测和处理的可靠性。根据该示例实施例，在HMI系统的小键盘处包括可选的接近传感器可以提供额外的功耗节省，因为微控制器可以被大幅度地断电，并且电容触摸元件的功率密集型轮询被暂停，直到接近传感器检测到用户在小键盘附近为止。因此，在系统寿命期间的总系统功耗也可以显著降低。

如本文所使用的，术语“端子”、“节点”、“互连”和“引脚”是可互换使用的。除非有相反的具体说明，否则这些术语一般用于指设备元件、电路元件、集成电路、设备或其他电子部件或半导体部件的端点或其之间的互连。

除非另有说明，否则值前面的“约”、“大约”或“基本上”是指所述值+/-10％。在权利要求的范围内，对所描述的示例进行修改是可能的，并且其他示例也是可能的。

“被配置为”执行任务或功能的设备可以在制造时由制造商配置(例如，编程和/或硬连线)以执行该功能，和/或可以在制造之后可由用户配置(或可重新配置)以执行该功能和/或其他附加或替代的功能。该配置可以通过对设备进行固件和/或软件编程、通过对设备的硬件部件和互连进行构造和/或布局、或其组合来进行。

本文描述为包括某些部件的电路或设备可以替代地被适配成与那些部件耦合以形成所描述的电路系统或设备。例如，被描述为包括一个或多个半导体元件(比如，晶体管)、一个或多个无源元件(比如，电阻器、电容器和/或电感器)、和/或一个或多个电源(比如，电压源和/或电流源)的结构可以替代地仅包括单个物理器件(例如，半导体管芯和/或集成电路(IC)封装件)内的半导体元件，并且可以被适配成在制造时或制造后(例如，由终端用户和/或第三方)与至少一些无源元件和/或电源耦合以形成所描述的结构。

本文描述的电路可重新配置为包括所替换的部件，以提供至少部分地与在进行部件替换之前可用的功能类似的功能。除非另有声明，否则被示出为电阻器的部件一般地表示串联和/或并联耦合以提供由所示出的电阻器表示的阻抗量的任何一个或多个元件。例如，本文作为单个部件示出和描述的电阻器或电容器可以替代地分别是在相同节点之间并联耦合的多个电阻器或电容器。例如，本文作为单个部件示出和描述的电阻器或电容器可以替代地分别是在与单个电阻器或电容器相同的两个节点之间串联耦合的多个电阻器或电容器。

在上述描述中使用的词语“接地”包括底盘接地、大地接地、浮动接地、虚拟接地、数字接地、公共接地和/或可适用于或适合于本文的教导的任何其他形式的接地连接。

虽然在本说明书中已经描述了一个或多个实施例，但是当然可以设想对这些实施例的修改和替代，这种能够获得这些实施例的一个或多个技术效果的修改和替代对于参考本说明书及其附图的本领域普通技术人员来说是显而易见的。设想了这种修改和替代在本文所提出的权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种装置，包括：

电容测量电路系统，所述电容测量电路系统耦合到一个或多个电容器输入端子，并且包括增益级，所述增益级被配置为将与所述一个或多个电容器输入端子处的电容相对应的信号按增益电平放大；

压电测量电路系统，所述压电测量电路系统耦合到一个或多个压电端子；

增益控制电路系统，所述增益控制电路系统耦合到所述压电测量电路系统和所述电容测量电路系统，并且被配置为响应于所述压电测量电路系统从所述一个或多个压电端子中的至少一个压电端子接收到表示用户输入的输入信号而增大所述增益级的增益电平；以及

处理电路系统，所述处理电路系统耦合到所述电容测量电路系统，用于处理与从所述电容测量电路系统传送的经放大信号相对应的用户输入。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述压电测量电路系统包括：

模拟接口电路，所述模拟接口电路被配置为将在压电端子处接收到的输入信号作为电压传送到输出端；

并且其中，所述增益控制电路系统包括：

比较器，所述比较器具有第一输入端和第二输入端，所述第一输入端耦合到所述模拟接口电路的输出端，所述第二输入端被耦合以接收参考电平，所述比较器用于在输出端处生成指示所述模拟接口电路的输出端处的电压超过所述参考电平的信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，在所述比较器的所述输出端处生成的信号与到所述处理电路系统的中断请求相对应；

其中，所述处理电路系统被配置为响应于从所述比较器接收到中断请求而将增益控制信号传送到所述电容测量电路系统；

并且其中，所述电容测量电路系统的所述增益级响应于所述增益控制信号而增大其增益电平。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述压电测量电路系统耦合到多个所述压电端子，并且包括：

多个模拟接口电路，每个模拟接口电路耦合到所述多个压电端子中的一个压电端子，并且每个模拟接口电路具有输出端；

其中，所述比较器的所述第一输入端耦合到所述多个模拟接口电路中的每个模拟接口电路的输出端；

并且其中，所述比较器响应于所述多个模拟接口电路的输出端中的一个或多个输出端处的电压超过所述参考电平而生成所述中断请求。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述压电测量电路系统进一步包括：

多个放大器，每个放大器具有输入端并且具有输出端，所述输入端耦合到对应模拟接口电路的输出端；

多路复用器，所述多路复用器具有多个输入端并且具有选择输入端，每个输入端耦合到所述多个放大器中的一个放大器的输出端，所述选择输入端被耦合以接收选择信号；以及

模数转换器，所述模数转换器具有耦合到所述多路复用器的输出端的输入端，并且具有耦合到所述增益控制电路系统的输出端。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述电容测量电路系统耦合到多个电容器输入端子，并且包括：

多个电容触摸测量电路，每个电容触摸测量电路包括增益级，所述增益级被配置为将与所述一个或多个电容器输入端子处的电容相对应的信号按增益电平放大；其中，所述处理电路系统被配置为响应于接收到所述中断请求而根据从所述压电测量电路系统的所述多个放大器中的每个放大器获得的测量结果来确定所述多个压电端子中接收到最高电压的压电端子，并且增大所述多个增益级中的根据所确定的所述多个压电端子中接收到所述最高电压的压电端子而选择的一个或多个增益级的增益电平。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述增益控制电路系统进一步被配置为响应于所述压电测量电路系统从所述一个或多个压电输入端子中的至少一个压电输入端子接收到表示用户输入的输入信号而在选定的持续时间内增大所述增益级处的增益电平。

8.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：

压电驱动器电路系统，所述压电驱动器电路系统耦合到所述一个或多个压电端子，并且被配置为响应于所述处理电路系统处理用户输入而驱动所述一个或多个压电端子处的电压。

9.根据权利要求8所述的装置，进一步包括：

接近检测电路系统，所述接近检测电路系统耦合到接近传感器输入端，并且被配置为检测所述接近传感器输入端处的信号；

其中，所述处理电路系统被配置为响应于所述接近检测电路系统在所述接近传感器输入端处检测到与接近感测相对应的信号而从睡眠状态醒来。

10.一种检测人机界面(HMI)处的用户输入的方法，所述方法包括以下步骤：

将与所述HMI的多个电容触摸元件耦合的电容测量电路系统中的至少一个增益级中的增益电平设置为第一增益电平；

检测所述HMI的一个或多个压电触摸元件是否正在接收用户触摸压力；

在所述电容测量电路系统处，响应于检测到所述HMI的所述一个或多个压电触摸元件全都没有接收用户触摸压力，使用所述第一增益电平生成与所述HMI的所述多个电容触摸元件中的一个或多个电容触摸元件的电容相对应的测量信号；

响应于检测到所述HMI的一个或多个压电触摸元件正在接收用户触摸压力：

将所述电容测量电路系统中的至少一个增益级中的增益电平设置为大于所述第一增益电平的第二增益电平；以及

然后使用所述第二增益电平生成与所述HMI的所述多个电容触摸元件中的一个或多个电容触摸元件处的电容相对应的测量信号；以及

在处理器处，从所述电容测量电路系统接收测量信号，并且根据接收到的测量信号来检测所述多个电容触摸元件中的一个或多个电容触摸元件处的触摸事件。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，使用所述第二增益电平生成测量信号的步骤是在选定的持续时间内执行的；

并且所述方法进一步包括：

在所述选定的持续时间之后，将所述电容测量电路系统中的所述至少一个增益级中的增益电平设置为低于所述第二电平的增益电平；以及

然后使用所述较低的增益电平生成与所述HMI的所述多个电容触摸元件中的一个或多个电容触摸元件处的电容相对应的测量信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述较低的增益电平是所述第一增益电平。

13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

在所述处理器处，从所述电容测量电路系统接收使用所述第二增益电平生成的测量信号；

将所述测量信号的幅度与最大阈值电平进行比较；

响应于所述测量信号的幅度超过所述最大阈值电平，将所述电容触摸测量电路系统中的所述至少一个增益级中的增益电平设置为低于所述第二电平的增益电平；以及

然后使用所述较低的增益电平生成与所述HMI的所述多个电容触摸元件中的一个或多个电容触摸元件处的电容相对应的测量信号。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述HMI包括多个压电触摸元件；

所述方法进一步包括响应于检测到所述HMI的一个或多个压电触摸元件正在接收用户触摸压力：

确定所述压电触摸元件中的哪一个正在接收用户触摸压力；

并且其中，将至少一个增益级中的增益电平设置为所述第二增益电平的步骤包括：

设置与在所述压电触摸元件中的接收用户触摸压力的压电触摸元件附近的所述HMI的区域中的一个或多个电容触摸元件相对应的至少一个增益级的增益电平。

15.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

响应于从所述电容测量电路系统接收到指示所述多个电容触摸元件中的一个或多个电容触摸元件接收到电容变化的测量信号，向一个或多个压电触摸元件施加驱动信号。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

将所述处理器置于睡眠状态；

然后检测所述HMI的接近传感器是否感测到用户接近所述HMI；以及

响应于检测到所述HMI的所述接近传感器感测到用户接近所述HMI，将所述处理器从所述睡眠状态唤醒。

17.一种人机界面(HMI)系统，包括：

HMI，所述HMI包括至少一个压电触摸元件和多个电容触摸元件：

微控制器，所述微控制器耦合到所述HMI，并且包括：

电容测量电路系统，所述电容测量电路系统耦合到所述多个电容触摸元件，并且包括增益级，所述增益级被配置为将与所述电容触摸元件处的电容相对应的信号按增益电平放大；

压电测量电路系统，所述压电测量电路系统耦合到所述至少一个压电触摸元件；以及

增益控制电路系统，所述增益控制电路系统耦合到所述压电测量电路系统和所述电容测量电路系统，并且被配置为响应于所述压电测量电路系统从所述压电触摸元件中的至少一个压电触摸元件接收到表示用户输入的输入信号而增大所述增益级的增益电平；

处理电路系统，所述处理电路系统被耦合以接收来自所述电容测量电路系统的经放大信号，以作为用户输入进行处理。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述压电测量电路系统包括：

模拟接口电路，所述模拟接口电路被配置为将在所述至少一个压电触摸元件处接收到的输入信号作为电压传送到输出端；

并且其中，所述增益控制电路系统包括：

比较器，所述比较器耦合到所述模拟接口电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦合到所述模拟接口电路的输出端以接收所述电压，所述第二输入端被耦合以接收参考电平，所述输出端响应于所述模拟接口电路的输出端处的电压超过所述参考电平而呈现中断请求；以及

用于响应于所述中断请求而向所述增益级传送指示增大所述增益电平的增益控制信号的电路系统。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，中央处理单元包括所述处理电路系统和所述用于传送所述增益控制信号的电路系统。

20.根据权利要求17所述的系统，进一步包括：

压电驱动器电路系统，所述压电驱动器电路系统耦合到所述至少一个压电触摸元件，并且被配置为响应于所述处理电路系统处理用户输入而驱动所述至少一个压电触摸元件处的电压。

21.根据权利要求17所述的系统，其中，所述HMI进一步包括：

接近传感器；

其中，所述微控制器进一步包括：

接近检测电路系统，所述接近检测电路系统被配置为检测来自所述接近传感器的信号；

并且其中，所述处理电路系统被配置为响应于所述接近检测电路系统检测到来自所述接近传感器的信号指示感测到用户接近所述HMI而从睡眠状态醒来。