CN201285539Y - 用于从触摸式传感器面板获得多个值的设备和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及从触摸式传感器面板获得多个值的设备和系统。该设备包括多个感测通道，每个感测通道包括：被配置成从所述触摸式传感器面板的不同感测线接收信号的电荷放大器，多个耦合到复用器的输出的混频器，一个耦合到所述多个混频器中的每一个的频率发生器电路，用于产生解调频率，以及一个耦合到所述多个混频器中的每一个的累加器，用于产生表示累加的混频器输出的值；其中每个感测通道中的每个频率发生器电路产生不同的解调频率，该不同的解调频率对应于按不同相位同时施加到所述触摸式传感器面板的驱动线的不同的激励频率。本实用新型有利地实现了多个同时的频率检测并因此能够降低扫描时间。

Description

用于从触摸式传感器面板获得多个值的设备和系统

技术领域

本实用新型涉及用作计算系统的输入设备的触摸式传感器面板，并且更具体地说，涉及使用多个数字混频器以执行噪声的频谱分析并识别低噪声激励频率，以及涉及使用多个激励频率和相位以在触摸式传感器面板上检测和定位触摸事件。

背景技术

目前有许多类型的输入设备可以被用来在计算系统中执行操作，例如，按钮或键、鼠标、跟踪球、触摸式传感器面板、操纵杆、触摸屏等。特别地，由于触摸屏的操作方便和多用性以及它们下降的价格，触摸屏变得越来越流行。触摸屏可以包括一个触摸式传感器面板(其可以是一具有触摸敏感表面的清洁面板(clear panel))和一个可以位于该面板后的显示设备，使得触摸敏感表面可以实质上覆盖显示设备的可视区。触摸屏可以允许用户通过在由显示设备显示的用户界面(UI)规定的位置处使用手指、触笔或其它物体触摸触摸式传感器面板来执行各种功能。通常，触摸屏可以识别一触摸事件以及该触摸事件在触摸式传感器面板上的位置，然后该计算系统可以根据触摸事件发生时出现的显示来解释该触摸事件，并且之后基于该触摸事件执行一个或多个动作。

触摸式传感器面板可以由行和列迹线的矩陈形成，传感器或像素出现在行和列彼此交叉、由介电材料隔开的位置。每一行可以由激励信号驱动，并且因为由于激励信号而注入到列中的电荷与触摸量成比例，触摸位置可以被识别。然而，激励信号所需的高电压可能迫使传感器面板电路在尺寸上较大，并且被分隔成两个或多个离散芯片。另外，由基于电容的触摸式传感器面板和诸如液晶显示器(LCD)的显示设备形成的触摸屏可能遭受噪声问题，因为操作LCD所需的电压切换能够电容性地耦合到触摸式传感器面板的列上并且引起不准确的触摸测量。而且，用于为系统供电或充电的交流(AC)适配器也可能将噪声耦合到触摸屏中。噪声的其它来源可能包括系统中的切换电源、背光逆变器和发光二极管(LED)脉冲驱动器。这些噪声源中的每一个具有唯一的频率和可以随时间改变的干扰幅值。

实用新型内容

本实用新型涉及使用多个数字混频器以执行器声的频谱分析并识别低噪声激励频率，以及涉及使用多个激励频率和相位以在触摸式传感器面板上检测和定位触摸事件。多个感测通道(sense channel)中的每一个可以被耦合到触摸式传感器面板中的列并且可以具有多个混频器。每个感测通道中的每个混频器可以利用一个能够被控制以产生特定频率、相位和延迟的解调频率的电路。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于从触摸式传感器面板获得多个值的设备，所述多个值用来产生触摸图像，其特征在于，所述设备包括：多个感测通道，每个感测通道包括：被配置成从所述触摸式传感器面板的不同感测线接收信号的电荷放大器，多个耦合到复用器的输出的混频器，一个耦合到所述多个混频器中的每一个的频率发生器电路，用于产生解调频率，以及一个耦合到所述多个混频器中的每一个的累加器，用于产生表示累加的混频器输出的值；其中每个感测通道中的每个频率发生器电路产生不同的解调频率，该不同的解调频率对应于按不同相位同时施加到所述触摸式传感器面板的驱动线的不同的激励频率。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于从触摸式传感器面板获得多个值的系统，该多个值用于产生触摸图像，其特征在于，该系统包括：具有多条驱动线和多条感测线的触摸式传感器面板；以及耦合到该触摸式传感器面板的集成电路，该集成电路包括：被配置成用于产生多个激励信号到所述多条驱动线的驱动器逻辑，该驱动器逻辑包括被配置成用于将该集成电路的低电平供电电压转换为较高电平供电电压的电荷泵，该驱动器逻辑进一步被配置成用于将所述较高电平供电电压转换为减小振幅的激励信号，以及多个感测通道，每个感测通道包括被配置成用于从该触摸式传感器面板的不同感测线接收感测信号的电荷放大器，该多个感测通道用于从所接收的感测信号产生所述多个值，所述多个值表示多个累加混频器输出；其中每个感测通道中的每个电荷放大器包括减小的反馈电容，该反馈电容的物理尺寸根据由所述减小振幅的激励信号注入到感测线上的较低电荷量而按比例缩小。

根据本实用新型的再一个方面，提供了一种移动电话，包括用于从触摸式传感器面板获得多个用来产生触摸图像的值的设备，其特征在于，该设备包括：多个感测通道，每个感测通道包括：被配置成用于从该触摸式传感器面板的不同感测线接收信号的电荷放大器，多个耦合到复用器的输出的混频器，一个耦合到所述多个混频器中的每一个的频率发生器电路，用于产生解调频率，以及一个耦合到所述多个混频器中的每一个的累加器，用于产生表示累加的混频器输出的值；其中每个感测通道中的每个频率发生器电路产生不同的解调频率，该不同的解调频率对应于按不同相位同时施加到该触摸式传感器面板的驱动线的不同的激励频率。

根据本实用新型的再一个方面，提供了一种数字音频播放器，包括用于从触摸式传感器面板获得多个用来产生触摸图像的值的设备，其特征在于，该数字音频播放器包括：多个感测通道，每个感测通道包括：被配置成用于从该触摸式传感器面板的不同感测线接收信号的电荷放大器，多个耦合到复用器的输出的混频器，一个耦合到所述多个混频器中的每一个的频率发生器电路，用于产生解调频率，以及一个耦合到所述多个混频器中的每一个的累加器，用于产生表示累加的混频器输出的值；其中每个感测通道中的每个频率发生器电路产生不同的解调频率，该不同的解调频率对应于按不同相位同时施加到该触摸式传感器面板的驱动线的不同的激励频率。

根据本实用新型的用于从触摸式传感器面板获得多个值的设备和系统及相关装置能有利地实现多个同时的频率检测并因此能够降低扫描时间。

当执行频谱分析器功能时，没有激励信号被施加到触摸式传感器面板中的任意行。所有感测通道输出的总和可以被反馈到每个感测通道中的每个混频器，该总和可以代表包括所有被检测到的噪声在内的被施加到触摸式传感器面板的总电荷。混频器可以被配成对，并且每对混频器可以使用特定频率的同相(I)和正交(Q)信号解调所有感测通道的总和。每个混频器对的解调输出可以被用来计算在该特定频率的噪声的量值，其中量值越低，在该频率的噪声越低。几个低噪声频率可以被选择用在后续的触摸式传感器面板扫描功能中。

当执行触摸式传感器面板扫描功能时，在多个步骤的每一步，所选的低噪声频率的不同相位可以被用于同时地激励触摸式传感器面板的行，并且每个感测通道中的多个混频器可以被配置以解调使用所选的低噪声频率从连接到每个感测通道的列接收的信号。然后来自多个混频器的解调信号可以被保存。所有步骤完成之后，所保存的结果可以被用在计算中以确定在每个频率上的触摸式传感器面板的触摸图像。

附图说明

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的示例性的计算系统，该计算系统可以利用多个数字混频器以执行噪声的频谱分析并识别低噪声激励频率，并且可以利用多个激励频率和相位来在触摸式传感器面板上检测和定位触摸事件。

图2a示出了根据本实用新型一个实施例的示例性的互电容触摸式传感器面板。

图2b是根据本实用新型一个实施例的稳态(无触摸)情况下的示例性的像素的侧视图。

图2c是根据本实用新型的一个实施例的动态(触摸)情况下的示例性的像素的侧视图。

图3a示出了根据本实用新型的一个实施例的示例性的感测通道或事件检测和解调电路的一部分。

图3b示出了根据本实用新型的一个实施例的N个示例性的感测通道或事件检测和解调电路的简化框图。

图3c示出了根据本实用新型的一个实施例的10个可以被配置为频谱分析器或面板扫描逻辑的感测通道的示例性的框图。

图4a示出了根据本实用新型的一个实施例的显示LCD阶段和触摸式传感器面板阶段的示例性的时序图。

图4b示出了根据本实用新型的一个实施例的描述LCD阶段和触摸式传感器面板阶段的示例性的流程图。

图4c示出了根据本实用新型的一个实施例的示例性的电容性扫描设计图。

图4d示出了根据本实用新型的一个实施例对于特定通道M的示例性的计算以计算在不同低噪声频率的全图像结果。

图5a示出了根据本实用新型的一个实施例的示例性移动电话，该移动电话可以利用多个数字混频器以执行噪声的频谱分析并识别低噪声激励频率，并且可以利用多个激励频率和相位以在触摸式传感器面板上检测和定位触摸事件。

图5b示出了根据本实用新型的一个实施例的示例性数字音频播放器，该数字音频播放器可以利用多个数字混频器以执行噪声的频谱分析并识别低噪声激励频率，并且可以利用多个激励频率和相位以在触摸式传感器面板上检测和定位触摸事件。

具体实施方式

在下面的优选实施例的描述中，参照了构成其一部分的附图，并且其中通过图解本实用新型可以被实现的特定实施例的方式来示出。可以理解，其它实施例可以被使用并且结构改变可以被作出而不脱离本实用新型的实施例的范围。

本实用新型涉及使用多个数字混频器来执行噪声的频谱分析以识别低噪声激励频率，以及涉及使用多个激励频率和相位以在触摸式传感器面板上检测和定位触摸事件。多个感测通道中的每一个可以被耦合到触摸式传感器面板中的列并且可以具有多个混频器。感测通道中的每个混频器可以利用一个能够被控制以产生特定频率、相位和延迟的解调频率的电路。

当执行频谱分析器功能时，没有激励信号被施加到触摸式传感器面板中的任意行。所有感测通道输出的总和可以被反馈到每个感测通道中的每个混频器，该总和可以代表包括所有被检测到的噪声在内的被施加到触摸式传感器面板的总电荷。混频器可以被配成对，并且每对混频器可以使用特定频率的同相(I)和正交(Q)信号解调所有感测通道的总和。每个混频器对的解调输出可以被用来计算在该特定频率的噪声的量值，其中量值越低，在该频率的噪声越低。几个低噪声频率可以被选择用在后续的触摸式传感器面板扫描功能中。

当执行触摸式传感器面板扫描功能时，在多个步骤的每一步，所选的低噪声频率的不同相位可以被用于同步地激励触摸式传感器面板的行，并且每个感测通道中的多个混频器可以被配置以解调使用所选的低噪声频率从连接到每个感测通道的列接收的信号。然后来自多个混频器的解调信号可以被保存。所有步骤完成之后，所保存的结果可以被用在计算中以确定在每个频率上的触摸式传感器面板的触摸图像。

尽管在这里本实用新型的一些实施例可以根据互电容触摸式传感器被描述，但应该理解本实用新型的实施例不限于此，而是可以一般性地应用于诸如自电容触摸式传感器的其他类型的触摸式传感器。而且，尽管在这里在触摸式传感器面板中的触摸式传感器可以根据具有行和列的触摸式传感器的正交阵列被描述，但应该理解本实用新型的实施例不限于正交阵列，而是可以一般性地应用于按任何数量的维度和取向布置的触摸式传感器，包括对角的、同心圆以及三维和随机取向。另外，这里所描述的触摸式传感器面板既可以是单重触摸式传感器面板，也可以是多重触摸式传感器面板，后者在申请人的2004年5月6日提交并且在2006年5月11日公开的申请号为10/842，862、公开号为2006/0097991、题为“多点触摸屏”的共同未决的美国申请中被描述，通过引用将其全部内容并入于此。

图1示出了根据本实用新型实施例的示例性计算系统100，其可以使用多个数字混频器来执行噪声的频谱分析并识别低噪声激励频率，并且能够使用多个激励频率和相位来在触摸式传感器面板上检测和定位触摸事件。计算系统100可以包括一个或多个面板处理器102和外围设备104、以及面板子系统106。例如，一个或多个面板处理器102可以包括ARM968处理器或其它具有类似功能和处理能力的处理器。然而，在其它实施例中，该面板处理器功能可以通过专用逻辑来替代实现，例如通过状态机。外围设备104可以包括，但不限于，随机存取存储器(RAM)或其它类型的存储器或储存器、监视计时器等。面板子系统106可以包括，但不限于，一个或多个感测通道108、通道扫描逻辑110和驱动器逻辑114。通道扫描逻辑110可以访问RAM112，从感测通道自主地读取数据并提供对感测通道的控制。另外，通道扫描逻辑110可以控制驱动器逻辑114以产生各种频率和相位的激励信号116，该激励信号116可以被选择性地施加到触摸式传感器面板124的行。在一些实施例中，面板子系统106、面板处理器102和外围设备104可以被集成在单个专用集成电路(ASIC)中。

触摸式传感器面板124可以包括具有多个行迹线或驱动线和多个列迹线或感测线的电容性感测介质，尽管其它感测媒介也可以被使用。该行和列迹线可以由透明导电介质例如氧化铟锡(ITO)或氧化锑锡(ATO)形成，尽管其它透明的和非透明的材料(例如铜)也可以被使用。在一些实施例中，行迹线和列迹线可以相互垂直，尽管在其它实施例中，其它非直角坐标取向是可能的。例如，在极坐标系统中，感测线可以是同心圆且驱动线可以是径向延伸的线(或者反之亦然)。因此，可以理解，这里所使用的术语“行”和“列”、“第一维”和“第二维”、或者“第一轴”和“第二轴”旨在不仅包括正交网格，还包括具有第一和第二维(例如，极坐标布置的同心线和径向线)的其它几何配置的交叉迹线。行和列可以被形成在由实质上透明的介电材料分隔开的实质上透明的基底的单侧上、形成在基底的相对的两侧上、或者形成在由介电材料分隔开的两个单独的基底上。

在迹线的“交叉点”(其中迹线在彼此的上方或下方(交叉)经过(但彼此之间不形成直接的电接触))处，迹线可以实质上形成两个电极(尽管多于两条迹线也可以交叉)。行迹线和列迹线的每个交叉点可以代表一电容性感测节点并可以被看作像元(picture element)(像素)126，当触摸式传感器面板124被看作捕捉到一触摸“图像”时，像元126可以是特别地有用。(换句话说，面板子系统106已经确定在触摸式传感器面板中的每个触摸式传感器处是否已检测到一触摸事件之后，触摸事件所发生的多重触摸式面板中的触摸式传感器的图案可以被看作触摸“图像”(例如，触摸面板的手指的图案))。行电极和列电极之间的电容在给定行被保持在直流(DC)电压电平时表现为一寄生电容，且在给定行被用交流(AC)信号激励时表现为互信号电容Csig。在触摸式传感器面板附近或触摸式传感器面板上存在的手指或其它物体可以通过测量对在被触摸的像素上存在的信号电荷量Qsig的改变而被检测，其是Csig的函数。触摸式传感器面板124的每列可以驱动面板子系统106中的感测通道108(这里也可以被称为事件检测和解调电路)。

计算系统100也可以包括主处理器128，其用于接收来自面板处理器102的输出并基于这些输出执行动作，这些动作可以包括，但不限于，移动诸如光标或指针的对象、滚动或摇动、调整控制设置、打开一文件或文档、查看菜单、作出选择、执行指令、操作连接到主设备的外围设备、应答电话、打电话、终止电话、改变音量或音频设置、存储诸如地址、经常拨打的号码、已接电话、错过的电话之类的与电话通信有关的信息、登陆到计算机或计算机网络、允许被授权的个人访问计算机或计算机网络的受限制的区域、装载与计算机桌面的用户优选的配置相关的用户配置文件、允许访问web内容、执行特定程序、对消息加密或解码等等。主处理器128也可能执行与面板处理无关的其他功能，并可以被耦合到程序储存器132和用于为设备的用户提供UI的显示设备130，例如LCD显示器。

在一些系统中，传感器面板124可以由高压驱动器逻辑驱动。高压驱动器逻辑所需的高压(例如，18V)能够迫使高压驱动器逻辑与面板子系统106分隔开，该面板子系统106可以操作在低得多的数字逻辑电压电平(例如1.7到3.3V)。然而，在本实用新型的一些实施例中，片上(on-chip)驱动器逻辑114可以代替片外高压驱动器逻辑。尽管面板子系统106可以具有低、数字逻辑电平供电电压，片上驱动器逻辑114可以通过将两个晶体管共发共基(cascode)在一起以形成电荷泵115，来产生比该数字逻辑电平供电电压更高的供电电压。电荷泵115可以被用来产生激励信号116(Vstim)，该激励信号116可以具有大约两倍于数字逻辑电平供电电压的振幅(例如3.4到6.6V)。尽管图1示出了电荷泵115与驱动器逻辑114分离，但电荷泵可以是驱动器逻辑的一部分。

图2a示出了根据本实用新型一个实施例的示例性的互电容触摸式传感器面板200。图2a示出了位于行204和列206迹线的交叉点处的各像素202处的寄生电容Cstray的存在(尽管在图2a中为了使图简化的目的仅示出了一列的Cstray)。在图2a的例子中，AC激励Vstim214、Vstim215和Vstim217可以被施加到几个行，而其它行可以被连接到DC。Vstim214、Vstim215和Vstim217可以处在不同的频率和相位，如同后面将要解释的。行上的每个激励信号可以使电荷量Qsig＝Csig×Vstim通过在受影响的像素上存在的互电容注入到列中。当手指、手掌或其它物体出现在受影响像素的一个或多个处时，注入电荷量的改变(Qsig_sense)可以被检测到。Vstim信号214、215和217可以包括一个或多个正弦波的脉冲。可以注意到，尽管图2a示出了行204和列206基本上垂直，如以上所描述的它们不需要如此排列。如以上所描述的，每个列206可以被连接到感测通道(参见图1中的感测通道108)。

图2b是根据本实用新型实施例的稳态(无触摸)情况下的示例性的像素202的侧视图。在图2b中，示出了由电介质210分隔开的列206和行204迹线或电极之间的互电容的电场线208的电场。

图2c是动态(触摸)情况下的示例性的像素202的侧视图。在图2c中，手指212已被放在像素202附近。手指212在信号频率处是低阻抗物体，并且从列迹线204到身体具有AC电容Cfinger。身体到大地具有大约200pF的自电容Cbody，其中Cbody比Cfinger大得多。如果手指212阻挡(block)行和列电极之间的一些电场线208(那些从电介质出来并穿过行电极上面的空气的边缘场)，那些电场线通过手指和身体中固有的电容路径被分流到大地，结果，稳态信号电容Csig减小了ΔCsig。换句话说，身体和手指的电容组合起到使Csig减小ΔCsig的量(在这里也可以被称为Csig_sense)的作用，并且可以充当到大地的分流或动态返回路径(dynamic return path)，由于导致净信号电容的减小，因此阻挡了一些电场。像素处的信号电容变为Csig-ΔCsig，其中Csig代表静态(无触摸)分量且ΔCsig代表动态(触摸)分量。可以注意到，由于手指、手掌或其它物体不能阻挡所有的电场，特别是不能阻挡那些完全保留在介电材料内的电场，Csig-ΔCsig可能总是为非零值。另外，可以理解的是，当在多重触摸式面板上更加用劲地或者更加完全地推压手指时，该手指可能趋向于变平，阻挡越来越多的电场，从而ΔCsig可以是可变的并且代表着手指有多完全地推压在面板上(也就是，从“无触摸”到“完全触摸”的范围)。

图3a示出了根据本实用新型实施例的示例性的感测通道或事件检测和解调电路300的一部分。在面板子系统中可以具有一个或多个感测通道300。来自触摸式传感器面板的每列可以被连接到感测通道300。每个感测通道300可以包括虚接地放大器302、放大器输出电路309(下面将被更为详细地解释)、信号混频器304和累加器308。可以注意到，放大器输出电路309也可以被连接到图3a中为简化附图而未示出的其它信号混频器和相关的电路。

虚接地放大器302，其也可以被称为DC放大器或电荷放大器，可以包括反馈电容器Cfb和反馈电阻器Rfb。在一些实施例中，因为由于较低Vstim振幅而使得可以被注入到行中的电荷量少得多，所以Cfb可以被做成比一些以前的设计小得多。然而，在其它实施例中，因为多至所有行可以在同一时间同时被激励，这趋于增加电荷量，Cfb的大小没有减小。

图3a以虚线示出了总稳态信号电容Csig_tot，当一个或多个输入激励Vstim被施加到触摸式传感器面板中的一个或多个行且不存在手指、手掌或其它物体时，该总稳态信号电容Csig_tot是由连接到感测通道300的触摸式传感器面板的列产生的。在稳态、无触摸的情况下，注入到列中的总信号电荷量Qsig_tot是由每个被激励的行注入到列中的所有电荷的总和。换句话说，Qsig_tot＝∑(所有被激励的行的Csig＊Vstim)。耦合到列的每个感测通道可以检测由于手指、手掌或身体的其它部分或物体出现在该列中的一个或多个像素处而引起的总信号电荷量的任何改变。换句话说，Qsig_tot_sense＝∑(所有被激励的行的(Csig-Csig_sense)＊Vstim)。

如上面所指出的，触摸式传感器面板上的每个像素可能有固有的寄生电容Cstray。在虚接地电荷放大器302中，+(非反相)输入连接到基准电压Vref，-(反相)输入也可能被驱动到Vref，并且一个DC操作点可能被建立。因此，不管在虚接地电荷放大器302的输入处存在多少Csig，-输入总是可以被驱动到Vref。由于虚接地电荷放大器302的特性，存储在Cstray中的任何电荷量Qstray都是恒定的，因为Cstray两端的电压被电荷放大器保持恒定。因此，不管多少寄生电容Cstray被加到-输入，进入Cstray的净电荷将总是为零。因此，当相应的行被保持在DC时，输入电荷为零，并且当相应的行被激励时，输入电荷完全是Csig和Vstim的函数。在任何一种情况下，由于没有电荷通过Csig，寄生电容被抑制，因此它实质上不会参与到任何等式中。这样，即使在触摸式传感器面板的上方存在一只手，尽管Cstray可能增大了，输出将不会因为Cstray的改变而受到影响。

虚接地放大器302的增益可能很小(例如0.1)并且可以被计算为Csig_tot与反馈电容器Cfb之比。可调节的反馈电容器Cfb可以将电荷量Qsig转换为电压Vout。虚接地放大器302的输出Vout是一个电压，该电压可以被计算为-Csig/Cfb的比率乘以以Vref为基准的Vstim。因此，Vstim信令可以出现在虚接地放大器302的输出，作为具有小得多的振幅的信号。然而，当存在手指时，该输出的振幅可以进一步减少，因为信号电容减少了ΔCsig。电荷放大器302的输出是所有行激励信号乘以与该电荷放大器相关的列上的每个Csig值的叠加。一个列可能具有一些由一个频率在正相位驱动的像素，并且同时具有其它一些由同样的频率在负相位(或者180度异相)驱动的像素。在这种情况下，电荷放大器输出信号在该频率的全部分量可以是与每个Csig值乘以每个激励波形的乘积的总和有关的振幅和相位。例如，如果两行在正相位被驱动，且两行在负相位被驱动，且所有的Csig值都相等，那么总输出信号将为零。如果手指接近由正相位驱动的像素中的一个，且相关的Csig减小，那么该频率的总输出将具有负相位。

当施加到触摸式传感器面板的行时，Vstim可以被产生为一正弦波脉冲(例如，具有平滑变化振幅的正弦波以使频谱窄)或直流信号中的其它非直流信令，尽管在一些实施例中，正弦波表示的Vstim可以被其它非直流信号领先和跟随。如果Vstim被施加到行且在连接到感测通道300的列处存在信号电容，与该特定的激励相关的电荷放大器302的输出可以是正弦波列310，该正弦波列310以Vref为中心，在稳态情况下具有峰-峰(p-p)振幅，其可以是Vstim的峰-峰振幅的分数，该分数对应于电荷放大器302的增益。例如，如果Vstim包括6.6V p-p正弦波并且电荷放大器的增益是0.1，那么与该行相关的电荷放大器的输出可以是大约0.67V p-p正弦波。应该注意，来自所有行的信号被在前置放大器的输出叠加。前置放大器的模拟输出在块309被转换为数字的。来自309的输出可以在数字信号混频器304(一个数字乘法器)中与解调波形Fstim316混频。

因为Vstim会生成不希望的谐波，特别地如果由方波形成，解调波形Fstim316可以是高斯正弦波，其可以由数控振荡器(NCO)315数字地产生并与Vstim同步。可以理解的是，除用于数字解调的NCO315之外，单独的NCO可以被连接到数字模拟转换器(DAC)，其输出可以被可选地转化且用作行激励。NCO315可以包括数字控制输入以设定输出频率、一个控制输入以设定延迟、以及一个控制输入以使NCO能够产生同相(I)或正交(Q)信号。信号混频器304可以通过从输出减去Fstim316来解调电荷放大器310的输出，以提供更好的噪声抑制。信号混频器304可以抑制通带之外的所有频率，在一个例子中通带可以是Fstim左右约+/-30kHz。在具有许多噪声源的多噪声环境中，这种噪声抑制可以是有益的，例如802.11、蓝牙等，这些噪声源都具有一些会干扰敏感(毫微微法拉水平)感测通道300的特征频率。对于每个被解调的感兴趣的频率，由于在其输入处的信号的频率是相同的，信号混频器304实质上是同步整流器，结果，信号混频器输出314实质上是整流后的高斯正弦波。

图3b示出了根据本实用新型实施例的N个示例性的感测通道或事件检测和解调电路300的简化框图。如以上所指出的，感测通道300中的每个电荷放大器或可编程增益放大器(PGA)302可以被连接到放大器输出电路309，其可以被接着通过复用器303连接到R信号混频器304。放大器输出电路309可以包括抗混叠滤波器(anti-aliasing filter)301、ADC 303和结果寄存器305。每个信号混频器304可以利用来自单独的NCO 315的信号进行解调。每个信号混频器304的解调输出可以被连接到单独的累加器308和结果寄存器307。

应该可以理解，PGA 302，在之前的设计中其可能已检测到更高量的由高压Vstim信号(例如18V)产生的电荷，现在可以检测更低量的由较低的电压Vstim信号(例如6.6V)产生的电荷。进一步，NCO 315可以使电荷放大器302的输出同时被进行不同的解调，因为每个NCO 315可以产生不同频率、延迟和相位的信号。因此在特定感测通道300中的每个信号混频器304可以产生代表先前设计的电荷的约1/R的输出，但是因为有R个混频器，每个在不同频率解调，每个感测通道仍然可以检测与之前的设计大约相同总量的电荷。

在图3b中，信号混频器304和累加器308可以用数字方式实现，而不是用ASIC中的模拟电路来实现。用数字方式实现混频器和累加器而不是用ASIC中的模拟电路来实现，可以节省大约15％的模腔。

图3c示出了根据本实用新型的实施例的10个可以被配置为频谱分析器或面板扫描逻辑的感测通道300的示例性框图。在图3c的例子中，10个感测通道300中的每一个都可以被连接到触摸式传感器面板中单独的列。注意，每个感测通道300可以包括复用器或开关303，下面将会进一步详细的解释。图3c中的实线连接可以代表被配置为面板扫描逻辑的感测通道，并且虚线连接可以代表被配置为频谱分析器的感测通道。图3c将在下文中更为详细的论述。

图4a例示了根据本实用新型的实施例的示出LCD阶段402和垂直消隐或触摸式传感器面板阶段404的示例性时序图400。在LCD阶段402期间，LCD可以主动切换并且可以产生生成图像所需的电压。此时不执行面板扫描。在触摸式传感器面板阶段404期间，感测通道可以被配置为频谱分析器以识别低噪声频率，并且也可以被配置为面板扫描逻辑以检测和定位触摸图像。

图4b示出了根据本实用新型的实施例的针对图3c的例子(当前的例子)描述LCD阶段402和触摸式传感器面板阶段404的示例性流程图406。在步骤0，如上所述，LCD可以被更新。

步骤1-3可以代表低噪声频率识别阶段406。在步骤1，感测通道可以被配置为频谱分析器。频谱分析器的目的是识别几个低噪声频率，以随后在面板扫描中使用。在没有激励频率被施加到触摸式传感器面板的任意行的情况下，所有感测通道的输出的总和，其代表包括所有检测出的噪声在内的被施加到触摸式传感器面板的总电荷，可以被反馈到每个感测通道中的每个混频器。混频器可以被配对，并且每对混频器可以使用特定频率的同相(I)和正交(Q)信号对所有感测通道的总和进行解调。每个混频器对的已解调的输出可以被用于计算在该特定频率下的噪声的量值，其中量值越低，该频率下的噪声越低。

在步骤2，可以针对一组不同的频率来重复步骤1的处理。

在步骤3，几个低噪声频率可以通过识别那些产生最低的计算出的量值的频率而被选择用于后续的触摸式传感器面板扫描中。

步骤4-19可以代表面板扫描阶段408。在步骤4-19中，感测通道可以被配置为面板扫描逻辑。在步骤4-19的每一步，所选择的低噪声频率的各种相位可以被用于同时地激励触摸式传感器面板的行，并且每个感测通道中的多个混频器可以被配置成使用所选择的低噪声频率解调从连接到各感测通道的列接收的信号。然后来自多个混频器的被解调信号可以被保存。

在步骤20，在所有步骤结束之后，所保存的结果可以被用于计算以确定在每个被选择的低噪声频率下触摸式传感器面板的触摸图像。

再参考图3c所示的当前的例子，当感测通道300被配置为频谱分析器时，没有激励信号被施加到触摸式传感器面板中的任意行。在当前的例子中，有10列因此有10个感测通道300，对每个感测通道300来说有3个混频器304，总共有30个混频器。每个感测通道300中的所有放大器输出电路309的输出可以使用求和电路340来合计在一起，并且通过复用器或开关303被馈送到所有混频器304中，该复用器或开关303可以被配置成选择求和电路340的输出而不是电荷放大器302的输出。

当感测通道被配置为频谱分析器时，耦合到列上的背景可以被测量。因为没有Vstim被施加到任意行，所以在任意像素上都没有Csig，并且面板上的任意触摸都不应影响噪声结果(除非触摸手指或其他物体将噪声耦合到大地)。通过在加法器340中将所有放大器输出电路309的所有输出相加在一起，可以获得代表被接收到触摸式传感器面板中的总噪声的一个数字位流。该噪声的频率和噪声产生处的像素在频谱分析前是未知的，但是在频谱分析完成之后的确变成已知的。在频谱分析之后噪声产生处的像素是未知的且不可找回的，但是因为位流被用作一般噪声采集器，因此它们不需要被知道。

当配置为频谱分析器时，可以按15对来使用图3c的例子中的30个混频器，每对解调由NCO 315产生的15个不同频率的I和Q信号。例如，这些频率可以在200kHz到300kHz之间。NCO 315可以产生数字斜坡正弦波，该数字斜坡正弦波可以被数字混频器304使用以解调求和电路340的噪声输出。例如，NCO315_0_A可以产生频率F0的I分量，而NCO315_0_B可以产生F0的Q分量。类似地，NCO315_0_C可以产生频率F1的I分量，而NCO 315_1_A可以产生F1的Q分量，NCO 315_1_B可以产生频率F2的I分量，而NCO 315_1_C可以产生F2的Q分量，等等。

之后，求和电路340的输出(噪声信号)可以使用这15对混频器通过F0到F14的I和Q分量进行解调。每个混频器304的结果可以在累加器308中被累加。每个累加器308可以是一个数字寄存器，在一抽样时段中，该数字寄存器可以累加(加在一起)来自混频器304的瞬时值。在抽样时段的末端，该累加值代表在该频率和相位的噪声信号的量。

在特定频率的I和Q解调的累加结果可以代表在该交频率的同相或正交的内容量。之后，这两个值可以被用在量值和相位计算电路342中，以找到在该频率的总量值(幅值)的绝对值。更高的量值可能意味着在该频率的更高的背景噪声电平。由每个量值和相位计算电路342计算出的量值可以被保存。可以注意到，在没有Q分量的情况下，与解调频率异相的噪声可能保持未被检测到。

可以针对15个不同的频率F15-F29重复该整个处理。之后，这30个频率中的每一个的被保存的量值可以被比较，并且具有最低量值(并且因此具有最低噪声电平)的在这里被称为频率A、B和C的三个频率可以被选择。一般而言，所选择的低噪声频率的数量可以对应于每个感测通道中的混频器的数目。

仍然参照图3c，当感测通道300被配置为面板扫描逻辑时，图3c中的虚线可以被忽略。在步骤4-19的每一个，所选择的低噪声频率的不同相位可以被用于同时地激励触摸式传感器面板的行，并且每个感测通道中的多个混频器可以被配置成使用所选择的低噪声频率A、B和C来解调从连接到各感测通道的列接收的信号。在图3c的例子中，NCO_0_A可以产生频率A，NCO_0_B可以产生频率B，NCO_0_C可以产生频率C，NCO_1_A可以产生频率A，NCO_1_B可以产生频率B，NCO_1_C可以产生频率C，等等。之后，来自每个感测通道中的每个混频器304的解调信号可以在累加器308中被累加，并被保存。

一般来说，任一感测通道M(其中M＝0到N-1)的由R个低噪声频率F0、F₁...F_R-1解调的R个混频器输出可以由符号xF₀S[chM]、xF₁S[chM]...xF_R-1S[chM]表示，其中xF₀表示由频率F₀解调的混频器输出，xF₁表示由频率F₁解调的混频器输出，xF_R-1表示由频率F_R-1解调的混频器输出，以及S表示面板扫描阶段中的序号。

因此，在步骤4(在面板扫描阶段中表示序号1)，并且使用低噪声频率A、B和C作为解调频率，待保存的输出可以被称为xa1[ch0]、xb1[ch0]、xc1[ch0]、xa1[ch1]、xb1[ch1]、xc1[ch1]...xa1[ch9]、xb1[ch9]、xc1[ch9]。从而，在当前的例子中，在步骤4保存了30个结果。在步骤5(在面板扫描阶段中表示序号2)，这30个待保存的结果可以被称为xa2[ch0]、xb2[ch0]、xc2[ch0]、xa2[ch1]、xb2[ch1]、xc2[ch1]...xa2[ch9]、xb2[ch9]、xc2[ch9]。在步骤6-19的每一个中待保存的这30个输出可以被类似地命名。

应该可以理解，图3c中的感测通道之外的其他逻辑可以在图1的通道扫描逻辑110中被实现，尽管它也可能位于其它地方。

图4c示出了根据本实用新型的实施例的对应于当前的例子的示例性电容性扫描设计图410。图4c描述了用于具有15个行R0-R14的示例性的传感器面板的如图4b所示的步骤0-19。

步骤0可以代表LCD阶段，在此期间，该LCD可以被更新。该LCD阶段可能需要大约12ms，在该时间内，没有行可以被激励。

步骤1-19可以代表用于LCD的垂直消隐间隔，在该时间内，LCD不改变电压。

步骤1-3可以代表低噪声频率识别阶段，其可能需要大约0.6ms，同样在该时间内，没有行可以被激励。在步骤1，从200kHz到300kHz范围(按至少10kHz来分隔)的不同频率的I和Q分量可以被同时施加到配置为频谱分析器的感测通道中的混频器对，并且在那些频率的噪声的量值可以被保存。在步骤2，从300kHz到400kHz范围的不同频率的I和Q分量可以被同时施加到配置为频谱分析器的感测通道中的混频器对，并且在那些频率的噪声的量值可以被保存。在步骤3，最低噪声频率A、B和C可以通过定位产生最低被保存量值的频率而被识别。最低噪声频率的识别可以仅针对在步骤1和2中所测量的频谱来进行，或者它也可以考虑以前的帧的来自步骤1和2的历史测量。

步骤4-19可以代表面板扫描阶段，该阶段可能需要大约3.4ms。

在步骤4，其可能需要大约0.2ms，A、B和C的正相位和负相位可以被施加到一些行，而其它行可以被保持未激励。可以理解，+A可以表示具有正相位的扫描频率A，-A可以表示具有负相位的扫描频率A，+B可以表示具有正相位的扫描频率B，-B可以表示具有负相位的扫描频率B，+C可以表示具有正相位的扫描频率C，-C可以表示具有负相位的扫描频率C。在耦合到传感器面板的列的感测通道中的电荷放大器可以检测由于被激励的行而耦合到该列上的总电荷。每个电荷放大器的输出可以通过感测通道中的三个混频器被解调，每个混频器接收解调频率A、B或C中的任意一个。结果或值xa1、xb1和xc1可以被获得并保存，其中xa1、xb1和xc1是向量。例如，xa1可以是具有10个值xa1[ch0]、xa1[ch1]、xa1[ch2]...xa1[ch9]的向量，xb1可以是具有10个值xb1[ch0]、xb1[ch1]、xb1[ch2]...xb1[ch9]的向量，以及xc1可以是具有10个值xc1[ch0]、xc1[ch1]、xc1[ch2]...xc1[ch9]的向量。

特别地，在步骤4，+A被施加到行0、4、8和12，+B、-B、+B和-B被分别施加到行1、5、9和13，+C、-C、+C和-C被分别施加到行2、6、10和14，并且没有激励被施加到行3、7、11和15。连接到列0的感测通道感测在所指出的频率和相位从所有被激励的行注入到列0中的电荷。感测通道中的三个混频器现在可以被设定为解调A、B和C，并且三个不同的向量结果xa1、xb1和xc1可以被获得用于该感测通道。例如向量xa1可以表示在由+A激励的四个行(例如行0、4、8和12)注入到列0-9中的电荷的总和。然而，向量xa1不提供全部的信息，因为触摸所发生的特定行仍然未知。并行地，在同一步骤4，行1和5可以由+B激励，且行9和13可以由-B激励，以及向量xb1可以表示在由+B和-B激励的行(例如行1、5、9和13)注入到列0-9中的电荷的总和。并行地，在同一步骤4，行2和14可以由+C激励，且行6和10可以由-C激励，以及向量xc1可以表示在由+C和-C激励的行(例如行2、6、10和14)注入到列0-9中的电荷的总和。从而，当步骤4完成时，三个分别包含10个结果的向量，总共有30个结果，被获得并被存储。

除了A、B和C的不同相位可以被施加到不同的行，并且在每个步骤获得了不同的向量结果以外，步骤5-19类似于步骤4。在图4c的例子中，当步骤19完成时，将获得总共480个结果。通过在步骤4-19的每个步骤中获得480个结果，一组合的、阶乘法被使用，其中，对于每个像素，以增量的方式获得与三个频率A、B和C的每一个的触摸图像有关的信息。

可以注意到，步骤4-19示出了两个特征(多相位扫描和多频率扫描)的组合。每个待征可以具有它自己的好处。多频率扫描可以节约2/3的时间，而多相位扫描可以提供约2倍的更好的信号-噪声比率(SNR)。

多相位位扫描可以通过使用多个频率的不同相位同时激励大部分行或所有行而被采用。多相位扫描在申请人2007年1月3日提交的、题为“SimultaneousSensing Arrangement”的共同未决美国申请第11/619，433号中被描述，通过引用将其内容并入于此。多相位扫描的一个好处是从单次面板扫描可以获得更多的信息。多相位扫描可以达到更精确的结果，因为它使由于激励频率和噪声的相位的某些对准而产生的不精确的可能性最小化。

另外，多频率扫描可以通过使用多个频率同时激励大部分行或所有行而被引入。如以上所指出到的，多频率扫描节约了时间。例如，在一些以前的方法中，15个行可以按频率A在15个步骤中被扫描，之后，该15个行可以按频率B在15个步骤中被扫描，之后，该15个行可以按频率C在15个步骤中被扫描，总共有45个步骤。然而，使用图4c的例子中所示的多频率扫描，总共仅需要16个步骤(步骤4到步骤19)。在它的最简化的实施例中，多频率可以包括在第一个步骤同时按频率A扫描R0、按频率B扫描R1以及按频率C扫描R2，之后，在步骤2，同时按频率A扫描R1、按频率B扫描R2、以及按频率C扫描R3，等等，总共有15个步骤。

在步骤4-19结束时，当以上描述的480个结果已经获得并被存储时，使用这480个结果的另外的计算可以被执行。

图4d示出了根据本实用新型实施例对于特定通道M的示例性的计算，以计算在相应于当前例子的不同低噪声频率的全图像结果。在当前的例子中，对于每个通道M，其中M＝0到9，图4d中所示的45个计算可以被执行以获得对于每行和每个频率A、B和C的行结果。针对每个通道的45个计算的每个组可以产生用于与该通道相关的像素的列的所得像素值。例如，行0、频率A计算(xa1[chM]+xa2[chM]+xa3[chM]+xa4[chM])/4可以产生用于频率A的行0、通道M结果。在当前的例子中，在针对每个通道执行并存储了所有计算之后，将获得总共450个结果。这些计算对应于图4b的步骤20。

在这450个结果中，将有150个用于频率A，150个用于频率B，以及150个用于频率C。用于特定频率的这150个结果表示在该频率的图象映射或触摸图像，因为对于每个列(也就是通道)和行的交叉点提供唯一值。之后，这些触摸图像可以通过软件被处理，该软件合成这三个图像并看看它们的特性以确定哪个频率是固有噪声且哪个频率是固有纯净的。之后进一步的处理可以被执行。例如，如果所有这三个频率A、B和C都是相对地无噪声的，这些结果可以被一起求平均。

可以理解，图4c和4d中所示的计算可以在图1的面板处理器102或主处理器128的控制下执行，尽管它们也可以在其它地方被执行。

图5a示出了根据本实用新型的实施例的示例性移动电话536，该移动电话536可以包括触摸式传感器面板524、使用压敏粘合剂(PSA)534接合到传感器面板的显示设备530、以及图1的计算系统100中的其它计算系统块，用于将多个激励频率和相位施加到触摸式传感器面板，以识别低噪声激励频率并检测和定位触摸事件。

图5b示出了根据本实用新型实施例的示例性数字音频/视频播放器540，该数字音频/视频播放器540可以包括触摸式传感器面板524、使用压敏粘合剂(PSA)534粘合到传感器面板的显示设备530、以及图1的计算系统100中的其它计算系统块，用于将多个激励频率和相位施加到触摸式传感器面板，以识别低噪声激励频率并检测和定位触摸事件。

尽管本实用新型的实施例已参照附图完全被描述，可以注意到，对于本领域技术人员来说各种改变和改进都将是明显的，可以理解，这些改变和改进都包括在如所附的权利要求书所限定的本实用新型的实施例的范围内。

Claims (17)

1.一种用于从触摸式传感器面板获得多个值的设备，所述多个值用来产生触摸图像，其特征在于，所述设备包括：

多个感测通道，每个感测通道包括：

被配置成从所述触摸式传感器面板的不同感测线接收信号的电荷放大器，

多个耦合到复用器的输出的混频器，

一个耦合到所述多个混频器中的每一个的频率发生器电路，用于产生解调频率，以及

一个耦合到所述多个混频器中的每一个的累加器，用于产生表示累加的混频器输出的值；

其中每个感测通道中的每个频率发生器电路产生不同的解调频率，该不同的解调频率对应于按不同相位同时施加到所述触摸式传感器面板的驱动线的不同的激励频率。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，一个或多个所述频率发生器电路包括数控振荡器(NCO)。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于进一步包括用于存储由每个感测通道产生的多个值的存储器。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于进一步包括处理器，该处理器用于针对所述多条感测线中的每条感测线，利用所述存储的多个值，计算和存储每条驱动线和所述多个解调频率中的每一个的驱动线结果。

5.一种包括如权利要求1所述的设备的计算系统。

6.一种包括如权利要求5所述的计算系统的移动电话。

7.一种包括如权利要求5所述的计算系统的数字音频播放器。

8.一种用于从触摸式传感器面板获得多个值的系统，该多个值用于产生触摸图像，其特征在于，该系统包括：

具有多条驱动线和多条感测线的触摸式传感器面板；以及

耦合到该触摸式传感器面板的集成电路，该集成电路包括：

被配置成用于产生多个激励信号到所述多条驱动线的驱动器逻辑，该驱动器逻辑包括被配置成用于将该集成电路的低电平供电电压转换为较高电平供电电压的电荷泵，该驱动器逻辑进一步被配置成用于将所述较高电平供电电压转换为减小振幅的激励信号，以及

多个感测通道，每个感测通道包括被配置成用于从该触摸式传感器面板的不同感测线接收感测信号的电荷放大器，该多个感测通道用于从所接收的感测信号产生所述多个值，所述多个值表示多个累加混频器输出；

其中每个感测通道中的每个电荷放大器包括减小的反馈电容，该反馈电容的物理尺寸根据由所述减小振幅的激励信号注入到感测线上的较低电荷量而按比例缩小。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，每个感测通道进一步包括：

多个耦合到复用器的输出的混频器；

耦合到所述多个混频器中的每一个的频率发生器电路，用于产生解调频率；以及

耦合到所述多个混频器中的每一个的累加器，用于产生表示累加的混频器输出的值；

其中每个频率发生器电路产生不同的解调频率，该不同的解调频率对应于同时施加到该触模式传感器面板的驱动线的不同的激励频率。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，一个或多个所述频率发生器电路包括数控振荡器(NCO)。

11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，进一步包括用于存储由每个感测通道产生的多个值的存储器。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，进一步包括处理器，该处理器用于为所述多条感测线中的每一条，利用所存储的多个值，计算和存储每条驱动线和所述多个解调频率中的每一个的驱动线结果。

13.一种包含如权利要求9所述的系统的计算系统。

14.一种包含如权利要求13所述的计算系统的移动电话。

15.一种包含如权利要求13所述的计算系统的数字音频播放器。

16.一种移动电话，包括用于从触摸式传感器面板获得多个用来产生触摸图像的值的设备，其特征在于，该设备包括：

多个感测通道，每个感测通道包括：

被配置成用于从该触摸式传感器面板的不同感测线接收信号的电荷放大器，

多个耦合到复用器的输出的混频器，

一个耦合到所述多个混频器中的每一个的频率发生器电路，用于产生解调频率，以及

一个耦合到所述多个混频器中的每一个的累加器，用于产生表示累加的混频器输出的值；

其中每个感测通道中的每个频率发生器电路产生不同的解调频率，该不同的解调频率对应于按不同相位同时施加到该触摸式传感器面板的驱动线的不同的激励频率。

17.一种数字音频播放器，包括用于从触摸式传感器面板获得多个用来产生触摸图像的值的设备，其特征在于，该数字音频播放器包括：

多个感测通道，每个感测通道包括：

被配置成用于从该触摸式传感器面板的不同感测线接收信号的电荷放大器，

多个耦合到复用器的输出的混频器，

一个耦合到所述多个混频器中的每一个的频率发生器电路，用于产生解调频率，以及

一个耦合到所述多个混频器中的每一个的累加器，用于产生表示累加的混频器输出的值；

其中每个感测通道中的每个频率发生器电路产生不同的解调频率，该不同的解调频率对应于按不同相位同时施加到该触摸式传感器面板的驱动线的不同的激励频率。

Images