DE102011017231A1

DE102011017231A1 - Rauschauslöschungstechnik für kapazitative Touchscreen-Controlle unter Verwendung differentieller Erfassung

Info

Publication number: DE102011017231A1
Application number: DE102011017231A
Authority: DE
Inventors: Ashutosh Ravinra Joharapurkar; Jean CauXuan Le; Natarajan Vuswanathan; Patrick Chan
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2012-02-23
Also published as: US20110261007A1; TWI530848B; US9870097B2; TW201626197A; US8493356B2; US20160313863A1; TWI562052B; DE102011017231A8; US9442610B2; CN102262490B; CN102262490A; TW201203065A; US20160209947A1

Abstract

Eine differenzielle Erfassungsanordnung stellt ein Mittel zum Erfassen von einem oder mehreren Berührungsereignissen aus einer berührungsempfindlichen Vorrichtung bei Vorhandensein von einfallendem Rauschen bereit. Statt der Erfassung eines berührungsempfindlichen Kanals, wie etwa einer Zeile, einer Spalte oder eines einzelnen Touch-Sensors, werden mehrere berührungsempfindliche Kanäle gleichzeitig abgetastet. Durch Abtasten von zwei nahe beieinander liegenden Kanälen gleichzeitig und durch differenzielles Ausführen der Messung wird Rauschen oder Störungen, das in beiden Kanälen gemeinsam ist, ausgelöscht. Die differenzielle Erfassungsanordnung wird unter Verwendung einer einfachen Schaltkondensator-AFE-Schaltung implementiert. Die ursprünglich erfassten Daten auf jedem einzelnen Kanal werden frei von Gleichtaktrauschen oder Rauschen eines gemeinsamen Modus gewonnen. Die gewonnenen erfassten Daten werden verwendet, um das Vorhandensein von einem oder mehreren Berührungsereignissen zu bestimmen, und sofern vorhanden, den Ort eines jeden Berührungsereignisses auf dem berührungsempfindlichen Gerät.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität unter 35 U.S.C. § 119(e) der parallel anhängigen provisorischen U.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/326,830, eingereicht am 22. April 2010, mit dem Titel „Differentielle kapazitive Touchpad-Schaltung und Verfahren”, die hierdurch unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Die folgenden parallel eingereichten und parallel anhängigen Anmeldungen desselben Anmelders sind hierdurch ebenfalls durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen: US-Patentanmeldung XX/XXX,XXX mit dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zum Verbessern des dynamischen Bereichs eines Touchscreen-Controllers”, Anwaltsakte MAXIM-04400; US-Patentanmeldung XX/XXX,XXX mit dem Titel „Ladungsübertragungsanordnung zum Wandeln von Kapazität in Spannung für Touchscreen-Controller”, Anwaltsakte MAXIM-04500; US-Patentanmeldung XX/XXX,XXX mit dem Titel „Systemintegration von taktilem Feedback und Touchscreen-Controller zum Playout von Nahe-Null-Latenz-Haptik”, Anwaltsakte MAXIM-04700; US-Patentanmeldung XX/XXX,XXX mit dem Titel „Verwendung der Zufalls-Sampling-Technik zur Reduzierung von fingergekoppeltem Rauschen”, Anwaltsakte MAXIM-04800; und US-Patentanmeldung XX/XXX,XXX mit dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von piezoelektrischen Übertrager-Anregungswellenformen unter Verwendung eines Boost-Konverters”, Anwaltsakte MAXIM-04900.
GEBIET DER ERFINDUNG:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich das Gebiet von kapazitiven Sensorfeldern oder Sensoranordnungen. Mehr im Einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Gebiet der Reduzierung oder Eliminierung von Fehlern im Ausgang von kapazitiven Sensorfeldern wie etwa Touchscreens.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
Zahlreiche elektrische Geräte enthalten Anzeigen vom Touchscreen-Typ. Ein Touchscreen ist eine Anzeige, die das Vorhandensein, den Ort und den Druck einer Berührung innerhalb des Anzeigebereichs erfasst, im Allgemeinen durch einen Finger, eine Hand, einen Stift oder eine sonstige Zeigevorrichtung. Der Touchscreen versetzt einen Benutzer in die Lage, mit dem Anzeigepanel unmittelbar in Interaktion zu treten, ahne dass eine zwischengeschaltete Vorrichtung benötigt wird, anstelle indirekt mit einer Maus oder einem Touchpad. Touchscreens können in Computer oder als Terminals für Netzzugangszwecke implementiert sein. Touchscreens werden gegenwärtig in Point-of-Sale-Systemen angetroffen, in Geldautomaten (automated teller machines, ATMs), Mobiltelefonen, persönlichen digitalen Assistenten (PDAs), tragbaren Spielkonsolen, Satellitennavigationsvorrichtungen und Informationsanwendungen. Es gibt eine Anzahl von Arten von Touchscreen-Technologien. Ein kapazitives Touchscreen-Panel ist beschichtet, teilweise beschichtet oder gemustert mit einem Material, das einen kontinuierlichen elektrischen Strom über einen Touchsensor hinwegleitet. Der Touchsensor besitzt ein präzise gesteuertes Feld von gespeicherten Elektronen in horizontalen und vertikalen Achsen, um eine Kapazität zu erzielen. Der menschliche Körper ist ebenfalls eine elektrische Vorrichtung, die gespeicherte Elektronen aufweist und daher eine Kapazität besitzt. Wenn eine Bezugskapazität des Touchsensors durch ein anderes Kapazitätsfeld wie etwa einen Finger verändert wird, messen elektronische Schaltkreise, die an jeder Ecke des Panels angeordnet sind, die sich daraus ergebende Verzerrung in der Bezugskapazität. Die gemessenen Informationen, die sich auf das Berührungsereignis beziehen, werden an den Controller zur mathematischen Verarbeitung geschickt. Kapazitive Sensoren können entweder mit einem bloßen Finger oder mit einer leitenden Vorrichtung, die von einer bloßen Hand gehalten wird, berührt werden. Kapazitive Sensoren arbeiten auch auf Annäherungsbasis und müssen nicht unmittelbar berührt werden, um ausgelöst zu werden. In den meisten Fällen tritt ein unmittelbarer Kontakt mit einer leitenden metallischen Oberfläche nicht auf, und der leitende Sensor ist vom Körper des Benutzers durch eine isolierende Glas- oder Kunststoffschicht getrennt. Vorrichtungen mit kapazitiven Buttons, die von einem Finger zu berühren sind, können häufig dadurch ausgelöst werden, dass eine Handfläche nahe der Oberfläche, ohne diese zu berühren, darüber hinweg- bzw. hin- und herbewegt wird.
Bei kapazitiven berührungsempfindlichen Anwendungen wirkt der Touchsensor als eine Antenne, die Störungen oder Rauschen aus der Umgebung aufnehmen kann, wie etwa Radiofrequenz- und Stromversorgungsrauschen. Bei Verwendung in einer Touchscreen-Anwendung sind die Touchsensoren oben auf einem Anzeigeschirm angeordnet, wie etwa auf einer Flüssigkristallanzeige (LCD). Schaltrauschen von dem LCD fügt ein erhebliches Rauschen zu den Touchsensoren hinzu. Bei Verwendung in einer Anwendung mit einem RF-Sender/Empfänger, wie bei einem Mobiltelefon, wird zusätzliches Rauschen oder Störungen von den Touchsensoren aufgenommen. Derartiges Rauschen oder Störungen können, wenn damit nicht korrekt umgegangen wird, zur Folge haben, dass ein kapazitiver Touchscreen-Controller (CTSC) fehlerhafte Berührungen erfasst und fälschlicherweise berührte Koordinaten meldet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
Eine differentielle Erfassungsanordnung oder -schaltung stellt ein Mittel bereit, um ein oder mehrere Berührungsereignisse auf einer berührungsempfindlichen Vorrichtung in Anwesenheit von einfallendem Rauschen zu erfassen. Anstelle einen berührungsempfindlichen Kanal zu erfassen, wie etwa eine Zeile, eine Spalte oder einen einzelnen Berührungssensor, werden mehrere berührungsempfndliche Kanäle gleichzeitig abgetastet. Durch gleichzeitiges Abtasten von zwei nahe beieinander gelegenen Kanälen und durch differentielles Ausführen der Messung wird Rauschen bzw. Störungen, das beiden Kanälen gemeinsam ist, ausgelöscht oder eliminiert. Die differentielle Erfassungsanordnung wird implementiert unter Verwendung einer einfachen analogen Front-End(AFE)Schaltkondensator-Schaltung. Die ursprünglich erfassten Daten auf jedem einzelnen Kanal werden frei von Rauschen eines gemeinsamen Modus (common-mode noise, Gleichtaktrauschen) gewonnen. Die gewonnenen erfassten Daten werden verwendet, um das Vorhandensein von einem oder mehreren Berührungsereignissen zu bestimmen, und, wenn vorhanden, den Ort eines jeden Berührungsereignisses auf dem berührungsempfindlichen Gerät.
Unter einem Aspekt wird ein Verfahren zum Erfassen von einem oder mehreren Berührungsereignissen auf einem berührungsempfindlichen Gerät offenbart. Das Verfahren umfasst das Empfangen oder Aufnehmen einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal erfasste Daten aufweist, die dem berührungsempfindlichem Gerät entsprechen; Messen einer Kapazität eines jedes Kanals, wenn kein Berührungsereignis auf einem aus der Vielzahl von Kanälen vorhanden ist, wodurch ein berührungsfreier Basislinienwert für jeden Kanal bestimmt wird; Auswählen eines aus der Vielzahl von Kanälen als einen Primärkanal; Auswählen eines anderen aus der Vielzahl von Kanälen als einen Bezugskanal, wobei der Bezugskanal ein anderer als der Primärkanal ist; Messen einer Kapazität des Primärkanals; Messen einer Kapazität des Bezugskanals; Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Kapazität des Primärkanals und der gemessenen Kapazität des Bezugskanals, wodurch eine gemessene Differenz bestimmt wird; Berechnen einer Differenz zwischen dem berührungsfreien Basislinienwert für den Primärkanal und dem berührungsfreien Basislinienwert für den Bezugskanal, wodurch eine Basislinien-Differenz bestimmt wird; Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Differenz und der Basislinien-Differenz, wodurch ein Basislinien-Delta für das Paar aus Primärkanal und Bezugskanal bestimmt wird; Wiederholen der Schritte des Auswählens eines aus der Vielzahl von Kanälen als einen Primärkanal, Auswählen eines weiteren aus der Vielzahl von Kanälen als einen Bezugskanal, Messen einer Kapazität des Primärkanals, Messen einer Kapazität des Bezugskanals, Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Kapazität des Primärkanals und der gemessenen Kapazität des Bezugskanals, und Berechnen einer Differenz zwischen dem berührungsfreien Basislinienwert für den Primärkanal und dem berührungsfreien Basislinienwert für den Bezugskanal, für jeden Kanal in der Vielzahl von Kanälen, so dass jeder Kanal als der Primärkanal ausgewählt wird; und Bestimmen eines oder mehrerer Berührungsereignisse von den Basislinien-Deltas, die für alle Paare von Primärkanal und Bezugskanal berechnet worden sind.
In manchen Ausführungsformen wird die Kapazität des Primärkanals und die Kapazität des Bezugskanals gleichzeitig gemessen. In manchen Ausführungsformen ist jeder Kanal mit einer gleichen Form und Größe konfiguriert. In manchen Ausführungsformen ist jeder Kanal ein Zeilensensor in dem berührungsempfindlichen Gerät oder ein Spaltensensor in dem berührungsempfindlichen Gerät. In manchen Ausführungsformen ist das berührungsempfindliche Gerät ein zweidimensionales Touchpanel oder ein eindimensionaler virtueller Schieber. Der Primärkanal und der Bezugskanal haben jeweils Rauschen eines gemeinsamen Modus, das in dem Basislinien-Delta entfernt wird. In manchen Ausführungsformen sind der Primärkanal und der Bezugskanal benachbarte Kanäle. In manchen Ausführungsformen umfasst das Auswählen des Primärkanals und des Bezugskanals ein Aktivieren oder Freigeben des Primärkanals und des Bezugskanals. In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch das Gewinnen der erfassten Daten von dem Primärkanal und dem Bezugskanal nach dem Berechnen des Basislinien-Delta für das Paar aus Primärkanal und Bezugskanal. In manchen Ausführungsformen umfasst das Gewinnen der erfassten Daten das Ausführen einer Integration rückwärts auf den Basislinien-Deltas, berechnet für alle Paare von Primärkanal und Bezugskanal, wobei die Basislinien-Deltas sequentiell vorwärts berechnet werden, beginnend von einem ersten Kanal bis zu einem letzten Kanal, wobei die rückwärts gerichtete Integration von einem letzten Basislinien-Delta beginnt, berechnet bis zu einem ersten Basislinien-Delta. In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch das Bestimmen eines minimalen Basislinien-Deltas aus Basislinien-Deltas, die für alle Paare von Primärkanal und Bezugskanal bestimmt worden sind. In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch das Berechnen von angepassten erfassten Daten für jeden Kanal, indem das minimale Basislinien-Delta von den gewonnenen erfassten Daten für jeden Kanal abgezogen wird. In machen Ausführungsformen ist ein Rauschen eines gemeinsamen Modus, das in den erfassten Daten vorhanden ist, in den angepassten erfassten Daten nicht vorhanden. In manchen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen von einem oder mehreren Berührungsereignissen das Bestimmen von mehreren oder mehrfachen Berührungsereignissen.
Unter noch einem weiteren Aspekt wird ein weiteres Verfahren zum Erfassen von einem oder mehreren Berührungsereignissen auf einem berührungsempfindlichen Gerät offenbart. Das Verfahren umfasst das Aufnehmen einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal erfasste Daten aufweist, die dem Touchpanel entsprechen; Bestimmen einer Kapazität eines jeden Kanals, wenn kein Berührungsereignis auf irgendeinem aus der Vielzahl von Kanälen vorhanden ist, wodurch ein berührungsfreier Basislinienwert für jeden Kanal bestimmt wird; Auswählen von zwei aus der Vielzahl von Kanälen und Berechnen einer Differenz zwischen dem berührungsfreien Basislinienwert für die beiden Kanäle, wodurch eine Basislinien-Differenz bestimmt wird; Messen einer Kapazität eines jeden der ausgewählten beiden Kanäle; Berechnen einer Differenz zwischen den gemessenen Kapazitäten der beiden Kanäle, wodurch eine gemessene Differenz bestimmt wird, wobei ein Rauschen eines gemeinsamen Modus, das in beiden der ausgewählt gemessenen beiden Kanäle vorhanden ist, entfernt wird; Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Differenz und der Basislinien-Differenz, wodurch ein Basislinien-Delta für die beiden Kanäle bestimmt wird; Wiederholen der Schritte des Auswählens von zwei aus der Vielzahl von Kanälen und Berechnen einer Differenz zwischen dem berührungsfreien Basislinienwert für die beiden Kanäle, Messen einer Kapazität eines jeden der ausgewählten beiden Kanäle, Berechnen einer Differenz zwischen den gemessenen Kapazitäten der beiden Kanäle, und Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Differenz und der Basislinien-Differenz, für zusätzliche Kanalpaare in der Vielzahl von Kanälen; Gewinnen der erfassten Daten von allen Basislinien-Deltas für die Kanalpaare, wobei die gewonnenen erfassten Daten kein Rauschen eines gemeinsamen Modus, das in den erfassten Daten vorhanden ist, umfassen; und Bestimmen eines oder mehrerer Berührungsereignisse aufgrund der gewonnenen erfassten Daten.
Unter noch einem weiteren Aspekt wird ein anderes Verfahren zum Erfassen eines oder mehrerer Berührungsereignisse auf einem Touchpanel offenbart. Das Verfahren umfasst das Aufnehmen einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal erfasste Daten aufweist, die dem Touchpanel entsprechen; Bestimmen einer Kapazität eines jeden Kanals, wenn kein Berührungsereignis auf irgendeinem aus der Vielzahl von Kanälen vorhanden ist, wodurch ein berührungsfreier Basislinienwert für jeden Kanal bestimmt wird; Auswählen von N aus der Vielzahl von Kanälen und Berechnen einer Differenz zwischen dem berührungsfreien Basislinienwert für die N Kanäle, wodurch eine Basislinien-Differenz bestimmt wird; Messen einer Kapazität eines jeden der ausgewählten N Kanäle; Berechnen einer Differenz zwischen den gemessenen Kapazitäten der N Kanäle, wodurch eine gemessene Differenz bestimmt wird, wobei ein Rauschen eines gemeinsamen Modus, das in den ausgewählt gemessenen N Kanälen vorhanden ist, entfernt wird; Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Differenz und der Basislinien-Differenz, wodurch ein Basislinien-Delta für die N Kanäle bestimmt wird; Wiederholen der Schritte des Auswählens von N aus der Vielzahl von Kanälen und Berechnen einer Differenz zwischen dem berührungsfreien Basislinienwert für die N Kanäle, Messen einer Kapazität eines jedes der gewählten N Kanäle, Berechnen einer Differenz zwischen den gemessenen Kapazitäten der N Kanäle, wodurch eine gemessene Differenz bestimmt wird, wobei ein Rauschen eines gemeinsamen Modus, das in den ausgewählt gemessenen N Kanälen vorhanden ist, entfernt wird, und Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Differenz und der Basislinien-Differenz, für zusätzliche Kanalsätze in der Vielzahl von Kanälen; Gewinnen der erfassten Daten aus allen Basislinien-Deltas für die Kanalsätze, wobei die gewonnenen erfassten Daten ein Rauschen eines gemeinsamen Modus, das in den erfassten Daten vorhanden ist, nicht umfasst; und Bestimmen eines oder mehrerer Berührungsereignisse aus den gewonnenen erfassten Daten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Beschreibung eingearbeitet sind, und einen Teil davon bilden, erläutern Ausführungsformen der differentiellen Erfassungsanordnung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen des haptischen Feedback-Systems zu erklären, wobei sie allerdings die Erfindung nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränken.
1 erläutert ein Blockschaltbild einer beispielhaften Anwendung, bei der die differentielle Erfassungsanordnung verwendet wird.
2 erläutert ein beispielhaftes Feld von kapazitiven Berührungssensoren, auf die gemeinsam als Touchpanel Bezug genommen wird, und das als ein Kapazitäts-Berührungsinterface verwendet wird.
3 erläutert ein schematisches Diagramm der Touchpad-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 erläutert eine weitere Ausführungsform einer Touchpad-Schaltung, die alternativ verwendet werden kann, um die Touchpad-Schaltung nach 1 zu implementieren.
5 erläutert noch eine weitere Ausführungsform einer Touchpad-Schaltung, die alternativ verwendet werden kann, um die Touchpad-Schaltung nach 1 zu implementieren.
6 erläutert einen beispielhaften Satz von Messungen und Berechnungen, entsprechend der Implementierung der differentiellen Erfassungsanordnung in einer Anwendung mit einer einzelnen Berührung.
7 erläutert graphisch die Ergebnisse in Schritt S8 nach 6.
8 erläutert einen beispielhaften Satz von Messungen und Berechnungen entsprechend einer Implementierung der differentiellen Erfassungsanordnung in einer Anwendung mit mehreren Berührungen.
9 erläutert graphisch die Ergebnisse in Schritt S8 nach 8.
10 erläutert ein Verfahren zum Bestimmen eines Berührungsereignisses und einer Position des Berührungsereignisses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 erläutert ein Blockschaltbild einer Viersensor-Schiebers.
12 erläutert ein Blockschaltbild eines Zweisensor-Schiebers.
13 zeigt ein Histogramm von Rohdaten, aufgenommen für einseitige oder unsymmetrische (single ended) Messungen auf einem 7''-Touchpanel mit LCD darauf.
14 zeigt ein Histogramm von Rohdaten, aufgenommen für differentielle Erfassungsmessungen bezüglich des zunächst gelegenen Nachbars auf dem gleichen 7''-Panel mit LCD darauf.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN:
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf eine differentielle Erfassungsanordnung gerichtet. Ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet wird erkennen, dass die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung lediglich der Erläuterung dient und in keiner Weise beschränkend sein soll. Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für einen solchen Fachmann in Kenntnis der vorliegenden Beschreibung ohne Weiteres deutlich.
Es wird jetzt Bezug genommen auf Einzelheiten der Implementationen der Touchscreen-Schaltung, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Gleiche Bezugszeichen werden in den Zeichnungen und in der folgenden eingehenden Beschreibung verwendet, die sich auf dieselben oder gleichartige Teile beziehen. Aus Gründen der Klarheit werden nicht alle üblichen Merkmale der Implementationen hier gezeigt und beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass bei der Erstellung einer solchen tatsächlichen Implementation verschiedene implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden, um bestimmte Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie etwa die Übereinstimmung mit anwendungs- und geschäftsbezogenen Beschränkungen, und dass diese bestimmten Ziele von einer Implementation zu einer anderen und von einem Entwickler zu einem anderen unterschiedlich sein können. Weiterhin versteht es sich, dass ein solcher Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig sein kann, aber dennoch eine Routinearbeit eines Fachmanns auf dem vorliegenden Gebiet sein kann, in Kenntnis dieser Offenbarung.
Während die differentielle Erfassungsanordnung in Zusammenhang mit den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen erläutert werden wird, sei darauf verwiesen, dass diese nicht dazu dienen, die Verfahren und Systeme dieser Ausführungsformen und Beispiele zu beschränken. Im Gegenteil soll die differentielle Erfassungsanordnung Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, die im Rahmen der differentiellen Erfassungsanordnung liegen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist. Weiterhin sind in der folgenden detaillierten Beschreibung zahlreiche spezielle Details dargelegt, um die Verfahren und Systeme näher im Einzelnen zu erläutern. Für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet wird allerdings klar sein, dass die Verfahren und Systeme ohne diese besonderen Details ausgeführt werden können.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können manche der Komponenten, Verfahrensschritte und/oder Datenstrukturen unter Verwendung von unterschiedlichen Typen von Verarbeitungssystemen implementiert werden, einschließlich Hardware, Software oder irgendeiner Kombination davon. Zusätzlich wird ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet erkennen, dass Vorrichtungen von der Art eines weniger allgemeinen Zwecks wie etwa fest verdrahtete Vorrichtungen, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASTCs) oder Ähnliches ebenfalls verwendet werden können, ohne den Rahmen der hierin beschriebenen erfinderischen Konzepte zu verlassen.
Eine differentielle Erfassungsanordnung enthält Techniken zum Reduzieren oder Eliminieren von Fehlern im Ausgang von kapazitiven Sensorfeldern wie etwa Touchpads, Touchscreens, Touch-Schiebern und Ähnliches, einschließlich Touch-Sensoren, die das Vorhandensein und die Position eines Stifts erfassen, und auch solche, die die Position eines Fingers erfassen und bestimmen. Die differentielle Erfassungsanordnung beschreibt ein Mittel zum Extrahieren eines auf ein Berührungsereignis bezogenen Signals bei Vorhandensein von Fremdsignalen. Während die erläuternde Ausführungsform, die hier beschrieben wird, in einem Mobiltelefon angewendet ist, sei darauf verwiesen, dass kapazitive Berührungssensoren in einer breiten Vielfalt von Geräten angewendet werden. Beispiele für solche Geräte sind, ohne darauf beschränkt zu sein, tragbare Geräte wie etwa persönliche digitale Assistenten (PDAs), Empfänger des globalen Positionierungssystems (GPS), und auch größere Geräte wie etwa über Touchscreen bediente Anzeigen und Computersysteme, sowie Anwendungen.
1 erläutert ein Blockschaltbild einer beispielhaften Anwendung unter Verwendung der differentiellen Erfassungsanordnung. Ein Mobiltelefon 10 enthält einen Mikroprozessor 14, der mit einem Speicher 15 gekoppelt ist, der Programmanweisungen speichert, zur Ausführung durch den Mikroprozessor 14, und enthält im Allgemeinen einen nicht flüchtigen Speicher für solche Programmanweisungen sowie einen temporären Speicher zur Verwendung durch den Mikroprozessor 14. Die Programmanweisungen, die in den Speicher 15 gespeichert sind, umfassen Programmanweisungen, die Computerprogrammprodukte in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bilden, die die Position von einem oder mehreren Fingern und/oder Stiften an der Oberfläche eines Touchsensorfelds bestimmen, das in einer integrierten Flüssigkristallanzeige(LCD)/Touchpad 12 enthalten ist. Das LCD/Touchpad 12 ist mit einer Touchpad-Schaltung 20 gekoppelt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die Fähigkeit besitzt, gleichzeitig die Kapazität von zwei oder mehr berührungsempfindlichen Kanälen des Touchpads innerhalb des LCD/Touchpad 12 zu messen. Alternativ, wie nachfolgend noch im Einzelnen beschrieben wird, kann die differentielle Erfassungsanordnung implementiert werden, indem eine Spannung integriert wird, die auf den zwei oder mehr Kanälen besteht, die im Allgemeinen durch Bereitstellen eines Bezugspotentials an eine andere Schicht erzeugt wird. Ein integrierter Schaltkreis oder integrierte Schaltkreise können vorgesehen sein, um die Integration auszuführen, oder die differentielle Erfassungsanordnung kann Programmanweisungen innerhalb des Speichers 15 implementieren, die die Spannungen messen, die auf den zwei oder mehr Kanälen bestehen, ausgehend von gleichzeitigen Abtastungen der Spannungen, und die Spannungen integrieren. Das Mobiltelefon 10 enthält auch eine Anzeigesteuerung 16 zum Koppeln des Mikroprozessors 14 mit dem LCD innerhalb des integrierten LCD/Touchpad 12 und Radioschaltungen 18 zum Bereitstellen von drahtlosen Telefonverbindungen. Das Mobiltelefon 10 enthält auch einen Audio-Kodierer/Dekodierer 17, der mit einem Mikrofon 13 und einem Lautsprecherelement 11 gekoppelt ist, die für Sprachverbindungen mit einem Benutzer sorgen.
Jeder Berührungs- oder Touchsensor in dem Touchpad misst eine Veränderung in der Kapazität. Die Touchpad-Schaltung 20 wandelt die erfasste Kapazitätsveränderung in eine Spannung um. Störungen oder Rauschen, das in dem System vorhanden ist, können die Veränderung in der Kapazität, die von den kapazitiven Touchsensoren wahrgenommen wird, verändern und sie ununterscheidbar von einem realen Berührungsereignis machen. Da die kapazitiven Touchsensoren typischerweise genau oben auf einem LCD-Screen angeordnet sind, kann das Schaltrauschen von dem LCD zur Folge haben, dass die Touchpad-Schaltung 20 fehlerhafte Berührungen meidet.
In der differentiellen Erfassungsanordnung wird die Kapazität von zwei oder mehr Kanälen wie etwa von zwei oder mehr Zeilen bzw. Spalten einer zweidimensionalen Touchsensoranordnung oder von zwei oder mehr Elementen einer eindimensionalen Touchsensoranordnung, wie etwa eines Schiebers, gleichzeitig gemessen, entweder direkt oder durch Messen einer Spannung, die auf den Elementen vorhanden ist. Die Messungen werden subtrahiert, um eine Messung zu erhalten, die frei von einem Fehler eines gemeinsamen Modus ist, der im Wesentlichen auf einfallendes Rauschen zurückzuführen ist, wie etwa ein durch den Betrieb des LCD, der Radioschaltungen 18, einer Hintergrundbeleuchtung oder einer sonstigen Stromversorgung unter dem integrierten LCD/Touchpad 12 und durch andere Rausch- oder Störungsquellen der äußeren Umgebung erzeugtes Rauschen. Alle Quellen, die zu einfallenden Störungen oder Rauschen beitragen, oder Rauschen eines gemeinsamen Modus, das an einem Touchsensor erfasst wird, werden gemeinsam als „Rauschquellen” bezeichnet.
2 erläutert eine beispielhafte Anordnung von kapazitiven Touchsensoren, auf die gemeinsam als ein Touchpanel Bezug genommen wird, und die als ein Kapazitäts-Touch-Interface verwendet werden. Die Touchsensoren sind in Zeilen und Spalten angeordnet. Die weißen Rauten sind die Zeilen-Touchsensoren, und die schwarzen Rauten sind die Spalten-Touchsensoren. Alle weißen Rauten in einer bestimmten Zeile, zum Beispiel die 15 weißen Rauten in Zeile 1, sind über Brücken in Reihe geschaltet, um einen einzigen Zeilensensor zu bilden. In ähnlicher Weise sind alle schwarzen Rauten in einer bestimmten Spalte in Reihe geschaltet, um einen einzigen Spaltensensor zu bilden. In dieser beispielhaften Konfiguration umfasst das Touchpanel 8 Zeilensensoren und 14 Spaltensensoren.
Wenn sich ein Finger oder ein leitfähiger Stift dem Touchpanel nähert, verändert sich in dem Bereich, wo das Touchpanel berührt wird, die Touchsensor-Kapazität, oder im Falle der zweidimensionalen Anordnung von Touchsensoren in 2 ändert sich die Kapazität einer Zeile oder Spalte. Eine analoge Front-End-Schaltung (AFE) wandelt die Kapazität, die von dem Touchsensor/Zeile erfasst worden ist, in eine proportionale Spannung um. Das AFE gibt die umgewandelte Spannung an einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der die Spannung in eine digitale Codedarstellung umwandelt. Die Rauschquellen können den Ausgang des AFE verändern. Ohne einfallendes Rauschen hat eine normale Berührung die Folge, dass der ADC-Ausgang bei einigen hundert Codes liegt. Bei Anwesenheit von einfallendem Rauschen kann allerdings ein nicht berührter Sensor den ADC-Ausgang ebenfalls dazu veranlassen, bei einigen Hundert Codes zu liegen. In diesem Fall kann die Touchpad-Schaltung 20 nicht zwischen einer tatsächlichen Berührung und keiner Berührung mit Einkopplung von Rauschen unterscheiden.
Die differentielle Erfassungsanordnung stellt ein Mittel bereit, um ein Berührungsereignis in Anwesenheit von einfallendem Rauschen zu erfassen. Anstelle einen Touchsensor/Zeile zur Zeit zu erfassen, werden mehrere Touchsensoren/Zeilen gleichzeitig abgetastet. Das einfallende Rauschen ist häufig mit den Touchsensoren mit einer ähnlichen, wenn nicht der gleichen Stärke gekoppelt. Dies gilt insbesondere für Touchsensoren, die die gleiche Form und Größe haben und eng benachbart zueinander angeordnet sind. Durch Abtasten von zwei nahe beieinander liegenden Touchsensoren/Zeilen gleichzeitig und durch differentielles Ausführen der Messung wird Rauschen, das für beide Touchsensoren/Zeilen gemeinsam ist, ausgelöscht. Die differentielle Erfassungsanordnung wird unter Verwendung einer einfachen Schaltkondensator-AFE-Schaltungsanordnung implementiert. Anders als herkömmliche kapazitive Erfassungsanordnungen wird keine externe RC-Komponente oder komplexe analoge Filterung bei der differentiellen Erfassungsanordnung benötigt, um das Rauschen herauszufiltern.
3 erläutert ein schematisches Diagramm der Touchpad-Schaltung 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Touchpad-Schaltung 20 ist konfiguriert, um differentielle erfasste Daten auszugeben, die anschließend verarbeitet werden, um ein reales Berührungsereignis und die diesbezüglichen Koordinaten des realen Berührungsereignisses auf dem Touchpanel zu bestimmen. Die Touchpad-Schaltung 20 umfasst ein Paar Multiplexer 26A und 26B, die mit jeder Zeile von Touchpad-Elementen 28 gekoppelt sind. Die Konfiguration von 3 passt zu der Konfiguration des Touchpanels nach 2. Es sind acht Touchpad-Elemente 28 vorhanden, wobei jedes Touchpad-Element 28 einer der acht Zeilen in dem Touchpanel gemäß 2 entspricht. In 3 sind einzelne Touchpad-Elemente 28 dargestellt, aber es versteht sich, dass sowohl ein- als auch zweidimensionale Touchpad-Elemente implementiert werden können. Zum Beispiel kann eine zusätzliche ähnliche Schaltung wie die, die in 3 dargestellt ist, implementiert werden, um erfaßte Daten für die Spalten des Touchpanels zu bestimmen. In diesem Fall entspricht die Anzahl von Touchpad-Elementen in der zusätzlichen Schaltung der Anzahl von Spalten des Touchpanels. Ein Multiplexer 26A wählt einen ersten Kanal, wie etwa Zeile 1, aus den Touchpad-Elementen 28 aus, und ein Multiplexer 26B wählt einen anderen zweiten Kanal, wie etwa Zeile 2, aus den Touchpad-Elementen 28 aus. Wie hier verwendet, bezieht sich ein Kanal auf einen Zeilensensor oder einen Spaltensensor, wie etwa in dem zweidimensionalen Touchpanel nach 2, oder auf einen einzelnen Touchsensor in einem eindimensionalen Panel. Ein Paar AFE-Schaltungen AFE1 und AFE2 misst die Kapazitäten am Ausgang der Multiplexer 26A und 26B, die sich aufgrund der Anwesenheit eines Fingers oder Stifts in der Nähe der ausgewählten Touchpad-Elemente 28 ändern werden.
Eine Steuerlogikschaltung 22 liefert ein Rückstellsignal rst zum Rückstellen der Schaltungen AFE1 und AFE2, das die Schaltungen AFE1 und AFE2 darauf vorbereitet, Kapazitätsmessungen auszuführen. In manchen Ausführungsformen steht die Steuerlogik 22 unter der Kontrolle eines Hostprozessors des Systems, wie etwa dem Mikroprozessor 14 in dem Mobiltelefon 10 nach 1. Auswahlwerte sel1 und sel2 werden auf Adresseingänge der Multiplexer 26A und 26B gelegt, um die Touchpad-Elemente 28 auszuwählen, die gemessen werden sollen, vor dem Ausführen der Messung. Das Rückstellsignal rst wird aufgehoben, was den Schaltungen AFE1 und AFE2 ermöglicht, die Kapazität der jeweils gewählten Touchpad-Elemente 28 zu messen. Die Ausgänge der Schaltungen AFE1 und AFE2 werden differentiell an Eingänge eines Analog-Digital-Wandlers (ADC) 24 angelegt. Der ADC24 stellt digitale Werte bereit, die der Differenz zwischen den Kapazitäten entsprechen, die an den Ausgängen der Multiplexer 26A und 26B gemessen werden, nachdem ein Abtastkontrollsignal gesetzt worden ist, um die Ausgänge der Schaltungen AFE1 und AFE2 abzutasten. Als Ergebnis wird jegliches Rauschen eines gemeinsamen Modus und ein Offset, das an den Ausgängen der Multiplexer 26A und 26B vorhanden ist, im Ausgang des ADC 24 ausgelöscht.
In manchen Ausführungsformen sind die Touchpad-Schaltung 20 und die Schaltungen AFE1 und AFE2 als kapazitätsmessende Schaltungen konfiguriert. In anderen Ausführungsformen ist die Touchpad-Schaltung alternativ konfiguriert, so dass die differentielle Erfassungsanordnung mit kapazitiven Sensoranordnungen des spannungsmessenden Typs eingesetzt werden kann. Nunmehr auf 4 Bezug nehmend, ist eine Touchpad-Schaltung 20A, die zur Implementierung der Touchpad-Schaltung 20 in dem Mobiltelefon 10 nach 1 verwendet werden kann, gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Touchpad-Schaltung 20A ist ähnlich wie die vorstehend beschriebene Touchpad-Schaltung 20, so dass nur die Unterschiede zwischen diesen nachfolgend beschrieben sind. Anstelle von kapazitätsmessenden Schaltungen integriert ein Paar von Integratoren INT1 und INT2 die entsprechenden Spannungen am Ausgang der Multiplexer 26A und 26B, so dass die differentielle Erfassungsanordnung mit kapazitiven Sensoranordnungen vom spannungsmessenden Typ eingesetzt werden kann. Ein Freigabesignal en gibt die Schalter SW1 und SW2 frei, um die Integratoren INT1 und INT2 dazu zu veranlassen, mit der Integration der Spannung der entsprechend ausgewählten Touchpad-Elemente 28 zu beginnen.
Die Steuerlogikschaltung 22 stellt ein Rückstellsignal reset zum Rückstellen der Integratoren INT1 und INT2 bereit. Die Integratoren INT1 und INT2 werden zurückgestellt, während Auswahlwerte sel1 und sel2 an Adresseingängen der Multiplexer 26A und 26B gesetzt werden, um die Messelementspannung und die Bezugselementspannung auszuwählen, die für die Integratoren INT1 und INT2 bereitgestellt werden. Das Rückstellsignal reset wird aufgehoben, was den Integratoren INT1 und INT2 ermöglicht, die Spannungen zu integrieren, die an den jeweils ausgewählten Touchpad-Elementen 28 vorhanden sind. Ein weiterer Multiplexer 26C ist vorhanden, um zwischen den Ausgängen der Integratoren INT1 und INT2 zu wählen, entsprechend einem Auswahlsignal sel, das von der Steuerlogik 22 bereitgestellt wird. Der ausgewählte Ausgang wird als Eingang des ADC 24 erhalten, wodurch digitale Werte bereitgestellt werden, die den Ausgangsspannungen der Integratoren INT1 und INT2 am Ende eines Messintervalls entsprechen, nachdem ein Abtastkontrollsignal zum Abtasten der Ausgänge der Integratoren INT1 und INT2 gesetzt worden ist.
5 erläutert eine weitere Ausführungsform einer Touchpad-Schaltung, die alternativ verwendet werden kann, um die Touchpad-Schaltung 20 in dem Mobiltelefon 10 nach 1 zu implementieren. Die Touchpad-Schaltung 20B nach 5 ist ähnlich der Touchpad-Schaltung 20A nach 4, so dass nur Unterschiede zwischen diesen nachfolgend beschrieben werden. Die Touchpad-Schaltung 20B weist einen einzelnen Integrator INT auf, der mit einem Eingangssignal versehen ist, das eine Differenz zwischen den Spannungen auf dem Mess-Touchpad-Element entspricht, das von dem Multiplexer 26A ausgewählt ist, und dem Bezugs-Touchpad-Element, das von dem Multiplexer 26B ausgewählt ist, wie von einem Differenzverstärker Al bereitgestellt. Der Unterschied zwischen der Funktion der Touchpad-Schaltung 20B und der Touchpad-Schaltung 20A nach 4 besteht darin, dass in der Touchpad-Schaltung 20B die momentanen Werte der Spannungen subtrahiert und dann integriert werden, während in der Touchpad-Schaltung 20A nach 4 das Integral einer jeden Spannung für den Mikroprozessor 14 zur Verfügung steht, der die Differenz berechnet, aber weitere Korrekturen oder Berechnungen vornehmen kann, basiert auf den getrennt erhaltenen integrierten Werten.
Nochmals auf 3 Bezug nehmend, wird der differentielle erfasste Datenausgang von dem ADC 24 verarbeitet, um zu bestimmen, ob ein Berührungsereignis aufgetreten ist, und wenn ja, wo auf dem Touchpanel das Berührungsereignis aufgetreten ist. In manchen Ausführungsformen werden die differentiellen erfassten Daten von dem Mikroprozessor 14 in 1 verarbeitet. Im Allgemeinen werden die differentiellen erfassten Daten von einem Hostkontroller des Systems oder von einem anderen Anwendungsprozessor verarbeitet.
In manchen Ausführungsformen der differentiellen Erfassungsanordnung werden zwei Kanäle gleichzeitig abgetastet. Einer erster Kanal ist der in Messung befindliche Kanal, der als Primärkanal bezeichnet wird, und der Ausgang des ersten Kanals ist mit dem positiven Eingang des ADC verbunden. Der Ausgang des zweiten Kanals, der als Bezugskanal bezeichnet wird, ist mit dem negativen Eingang des ADC verbunden. Der ADC wandelt diese beiden Eingänge differentiell in einen digitalen Code um. Die differentielle Erfassungsanordnung funktioniert am effektivsten, wenn der Bezugskanal das äußere einfallende Rauschen als ein Signal eines gemeinsamen Modus aufweist. Für eine optimale Leistung sollten die beiden differentiellen Kanäle eine identische Form und Größe aufweisen und physikalisch so nah wie möglich beieinander positioniert sein. Aus diesem Grunde wird der benachbarte Kanal vorzugsweise als der Bezugskanal gewählt, da er die maximale Wahrscheinlichkeit der Aufnahme des gleichen Rauschens wie der erste Kanal, der gemessen wird, aufweist. Beispielsweise wird dann, wenn die Zeile 1 abgetastet wird, Zeile 2 als Bezugskanal gewählt, und für die Zeile 2 als Bezug die Zeile 3 und so weiter. Für acht Zeilen werden nur sieben Umwandlungen ausgeführt. Die letzte Zeile wird nicht abgetastet. In ähnlicher Weise ist für Spalte 1 die Spalte 2 der bevorzugte Bezugskanal, und für Spalte 2 ist die Spalte 3 der bevorzugte Bezug, und so weiter. Die letzte Spalte wird nicht abgetastet.
6 erläutert einen beispielhaften Satz von Messungen und Berechnungen entsprechend einer Implementierung der differentiellen Erfassungsanordnung in einer Anwendung mit einer einzelnen Berührung. In der Datenpopulation nach 6 ist ein Finger oder Stift an den Zeilen 2 und 3 des beispielhaften kapazitiven Sensorfelds mit acht Zeilen gemäß 2 anwesend. Die Zeile „No Touch Single Ended (keine Berührung, einseitig)” in 6, die als Schritt S1 bezeichnet ist, ist der Wert, der für jede ausgewählte Zeile gemessen wird, ohne eine differentielle Anpassung unter Verwendung einer Bezugszeilenmessung. Mit anderen Worten werden die Werte in Schritt S1 bestimmt, wenn jede Zeile individuell gemessen wird, ohne ein Berührungsereignis. Die Zeile „Assumed Code Change due to TOUCH (angenommene Codeveränderung aufgrund Berührung)”, die als Schritt S2 bezeichnet ist, zeigt Ergebnisse, die die idealen Werte der Codeveränderung bei Abwesenheit von Rauschen sind, wenn sich der Finger oder Stift an den Zeilen 2 und 3 befindet. Die Werte sind vorab bekannte Werte, die für den verwendeten Typ des Touchsensors erwartet werden. Im Beispiel nach 6 ist die ideale Codeveränderung in Zeile 3 größer als die ideale Codeveränderung in Zeile 2, was anzeigt, dass sich das Berührungsereignis näher an Zeile 3 als an Zeile 2 befindet. Es versteht sich, dass andere ideale Codeveränderungen verwendet werden, um andere relative Positionen des Berührungsereignisses bezüglich der beiden Zeilen anzuzeigen. Die Werte, die in 6 für Schritt S2 dargestellt sind, entsprechen den Werten, die mit einer „leichten Berührung” zusammenhängen. Für eine „festere Berührung” werden höhere Werte erwartet. Die Zeile „Touched Single Ended (berührt, einseitig)”, die als Schritt S3 bezeichnet ist, zeigt Ergebnisse, die die tatsächlich gemessenen Werte der gemessenen Zeile mit einem Ende sind (Primärkanal), ohne Kompensation für Rauschen. Dies ist vergleichbar mit dem Schritt S1, aber umfasst das beispielhafte Berührungsereignis, das einer Berührung der Zeilen 2 und 3 entspricht. Die Zeile „No Touch Differential (Baseline) (berührungsfrei differentiell (Basislinie))”, die als Schritt S4 bezeichnet ist, zeigt die Basislinie, die differentiell berechnet ist, ohne eine Berührung auf irgendeiner Zeile. Die Werte, die in Schritt S4 dargestellt sind, werden durch Subtrahieren des Werts von Schritt S1 der Bezugszeile von dem Wert von Schritt S1 der gemessenen Zeile berechnet. Beispielsweise wird der Wert 200 in Schritt S4 für Zeile 1 (gemessene Zeile) dadurch bestimmt, dass der Wert 1900 in Schritt S1 für Zeile 2 (Bezugszeile) von dem Wert 2100 in Schritt S1 für Zeile 1 subtrahiert wird.
In ähnlicher Weise zeigt die Zeile „Touched Differential Measurement (Berührung, differentielle Messung)”, die als Schritt S5 bezeichnet ist, Ergebnisse, die die Ergebnisse aus Schritt S3 sind, angepasst unter Verwendung der Ergebnisse aus Schritt S3 von der Bezugszeilenmessung. Mit anderen Worten werden die Ergebnisse aus Schritt S5 berechnet, indem die Ergebnisse von Schritt S3 der Bezugszeile von Schritt S3 der gemessenen Zeile subtrahiert werden. Als Beispiel wird der Wert 190 in Schritt S5 für Zeile 1 (gemessene Zeile) dadurch bestimmt, dass der Wert 1910 in Schritt S3 für Zeile 2 (Bezugszeile) von dem Wert 2100 in Schritt S3 für Zeile 1 subtrahiert wird. Die Zeile „Delta from Baseline (Basislinien-Delta)”, die als Schritt S6 bezeichnet ist, zeigt Ergebnisse, die die Differenzen zwischen den Werten der Zeile „berührungsfrei, differentiell (Basislinie)” in Schritt S4 und den Werten der Zeile „berührt, differentielle Messung” in Schritt S5 sind. Als Beispiel wird der Wert –10 in Schritt S6 für Zeile 1 berechnet, indem der Wert 190 in Schritt S5 für Zeile 1 von dem Wert 200 in Schritt S4 für Zeile 1 subtrahiert wird.
Die Zeile „Cumulative Sum (kumulative Summe)”, die als Schritt S7 bezeichnet ist, zeigt die kumulative Summe der Deltaveränderung für jede Zeile, beginnend mit der letzten Zeile, Zeile B. Die kumulative Summe ist definiert als die Summe der Deltaveränderungen für die aktuelle Zeile und die kumulative Summe der vorigen Zeile. Als Beispiel ist die kumulative Summe für Zeile 3 die Deltaveränderung für Zeile 3, die in Schritt S6 für Zeile 3 dargestellt ist, plus die kumulative Summe für Zeile 4. Angewendet auf die Werte in 6 ist der kumulative Wert für Zeile 3 der Wert 150 in Schritt S6 für Zeile 3 plus der Wert Null in Schritt S7 für Zeile 4. Die Spalte „Minimum from Segment (Minimum des Segments)” ist der letzte Wert in Schritt S6. Dieser Wert wird dazu verwendet, um die Werte in Schritt S7 zu normieren, um irgendeinen Fehler aufgrund eines Offsets zwischen den Bezugselementspannungen zu eliminieren. Ein Normieren der Codewerte in Schritt S7 durch die Minimum-des-Segments-Werte führt zu der Linie „Calculated Code Change due to TOUCH (berechnete Codeveränderung aufgrund Berührung)”, die als Schritt S8 bezeichnet ist, was identisch ist mit den erwarteten Ergebnissen „angenommene Codeveränderung aufgrund Berührung” in Schritt S2. 7 erläutert grafisch die Ergebnisse in Schritt S8 von 6.
Im Basislinien-Delta zeigt Zeile 3 einen Anstieg im ADC-Code, da die „angenommene Codeveränderung aufgrund Berührung” von Reihe 3 zu Reihe 4 maximal ist. Reihe 2 zeigt die maximale negative Veränderung von der Basislinie, da die „angenommene Codeveränderung aufgrund Berührung” von Spalte 2 nach Spalte 3 am stärksten negativ ist. Die verbleibenden Kanäle, Zeile 4 bis Zeile 8, zeigen keinerlei Deltaveränderung, da die benachbarten Kanäle ebenfalls eine Deltaveränderung von Basislinie von Null zeigen. Die letzte Zeile, Zeile 8, wird nicht abgetastet, so dass die Deltaveränderung gleich Null ist.
Das vorstehende Beispiel war auf Zeilen von Touchsensoren angewendet. Diese Technik wird ebenfalls auf Spalten von Touchsensoren angewendet, deren Ergebnisse mit den Ergebnissen der Zeilenanalyse kombiniert werden, um die Zeilen- und Spaltenposition des Berührungsereignisses auf dem Touchpanel zu bestimmen. Diese Vorgehensweise ist auf dem vorliegenden Gebiet bekannt.
6 und 7 zeigen eine beispielhafte Anwendung der differentiellen Erfassungsanordnung während eines einzelnen Berührungsereignisses. Diese Techniken können in ähnlicher Weise auf mehrfache Berührungsereignisse oder Mehrfachberührung angewendet werden. 8 erläutert einen beispielhaften Satz von Messungen und Berechnungen, die einer Implementierung der differentiellen Erfassungsanordnung in einer Anwendung mit Mehrfachberührung entspricht. Die Messungen und Berechnungen sind ähnlich zu denen, die vorstehend für 6 beschrieben sind, daher werden lediglich Unterschiede zwischen diesen nachfolgend beschrieben. In den Daten, die in 8 dargestellt sind, ist bei Zeilen 2–3 und bei Zeilen 6–8 ein Finger oder Stift anwesend. Eine Berührung auf Zeile 2 und Zeile 3 gleichzeitig bildet die erste Berührung, und die Berührung auf Zeile 6, Zeile 7 und Zeile 8 zusammen bildet die zweite Berührung. Die Berührung an Zeilen 1–2 ist unabhängig von der Berührung auf Zeilen 6–8. 9 erläutert grafisch die Ergebnisse in Schritt S8 von 8.
Im Allgemeinen, abhängig vom Layout der Sensoren, kann die Berührung auf einem oder mehreren Sensoren vorhanden sein. Hier wird angenommen, dass die Berührung zwei oder mehr Sensoren abdeckt, insbesondere zwei Sensoren für die erste Berührung und drei Sensoren für die zweite Berührung. Der Algorithmus funktioniert auch, wenn die Berührung einen oder mehrere Sensoren abdeckt. Das Gleiche gilt für Anwendungen mit einer einzigen Berührung.
10 erläutert ein Verfahren zum Bestimmen eines Berührungsereignisses und einer Position des Berührungsereignisses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das gesamte oder ein Teil des dargestellten Verfahrens kann von einem Hostkontroller des Systems ausgeführt werden, wie etwa dem Mikroprozessor 14 in dem mobilen Telefon 10 von 1, entsprechend einer Steuerung durch Programminstruktionen, die ein Computerprogrammerzeugnis bilden, das im Speicher 15 gespeichert ist. Bei Schritt 50 wird ein Paar berührungsempfindlicher Kanäle ausgewählt. Die Kanäle haben die gleiche oder eine ähnliche Form und Größe, um für das Auslöschen von Rauschen zu sorgen, das von dem anderen Kanal aufgenommen wird. Jeder Kanal repräsentiert entweder einen einzelnen Touchsensor oder ein Feld von Touchsensoren, wie etwa eine Zeile oder eine Spalte. Bei Schritt 52 wird die Kapazität der Kanäle gleichzeitig gemessen, so dass jegliches Rauschen eines gemeinsamen Modus einen gleichen Fehler in den Messungen erzeugt. Alternativ können die Spannungen auf zwei Elementen vom Spannungskopplungstyp integriert werden, entsprechend den alternativen Ausführungsformen, die in 4 und 5 dargestellt sind. Bei Schritt 54 wird die Differenz zwischen den gemessenen Ergebnissen für die beiden Kanäle berechnet, und das Ergebnis wird gespeichert. Bei Schritt 56 wird bestimmt, ob der letzte zu messende Kanal noch nicht erreicht worden ist. Wenn bestimmt wird, dass der letzte Kanal noch nicht erreicht worden ist, werden die Schritte 50–54 für die anderen Kanäle wiederholt. Nachdem der letzte Kanal in Schritt 56 erreicht worden ist, wird bei Schritt 58 das Vorhandensein oder die Abwesenheit des Fingers oder Stifts aufgrund der Differenzdaten bestimmt, und wenn der Finger bzw. Stift anwesend ist, wird die Position bestimmt.
Die differentielle Erfassungsanordnung ist vorstehend im Zusammenhang mit einem zweidimensionalen Feld von Touchsensoren beschrieben worden, wie etwa das Touchpanel nach 2. Die differentielle Erfassungsanordnung kann auch auf ein eindimensionales Feld von Touchsensoren angewendet werden, wobei jeder individuelle Touchsensor gemessen wird, im Gegensatz zu einer Zeile oder Spalte von Touchsensoren. Ein Beispiel für eine solche eindimensionale Anwendung ist die Anwendung der differentiellen Erfassungsanordnung auf virtuelle Schieber und Scroll-Räder. 11 erläutert ein Blockschaltbild eines Schiebers mit 4 Sensoren. Der Sensor 1 kann differentiell im Hinblick auf Sensor 2 abgetastet werden. Sensor 2 kann im Hinblick auf Sensor 3 abgetastet werden, und Sensor 3 kann im Hinblick auf Sensor 4 abgetastet werden. Die Techniken, die in Bezug auf 6 und 8 beschrieben worden sind, können in ähnlicher Weise auf diese eindimensionale Konfiguration angewendet werden.
Das eindimensionale Touchsensorfeld kann auf jegliches Feld mit zwei oder mehr Sensoren angewendet werden. Im Falle eines Feldes mit zwei Sensoren, wie etwa bei dem Schieber mit zwei Sensoren, der in 12 dargestellt ist, ist eine einzige differentielle Messung zwischen Sensor 1 und Sensor 2 ausreichend, um die Position des Berührungsereignisses zu ergeben. Wenn sich das Berührungsereignis auf der linken Seite des Schiebers befindet, ist die Messung am stärksten positiv, und wenn sich das Berührungsereignis auf der rechten Seite des Schiebers befindet, ist die Messung am stärksten negativ. Wenn sich das Berührungsereignis in der Mitte des Schiebers befindet, ist die differentielle Messung Null.
In einer beispielhaften Anwendung wurde die differentielle Erfassungsanordnung unter Verwendung von Teilen von Maxim Integrated Products, Inc.^TM implementiert. Wenn ein Touchpanel oben auf einen LCD-Screen gesetzt wurde, und eine Erfassungsanordnung mit einzelnem Ende angewendet wurde, war die resultierende Leistung verrauscht, und zahlreiche fehlerhafte Berührungen wurden erfasst. 13 zeigt ein Histogramm von Rohdaten, die für einseitige Messungen auf einem 7''-Touchpanel mit eingeschaltetem LCD erfasst wurden. In diesem Beispiel betrug die Standardabweichung 21,8 Codes. Die differentielle Erfassungsanordnung unter Verwendung von benachbarten abgetasteten Kanälen wurde verwendet, um den Effekt des Rauschens zu reduzieren. Der größte Teil des Rauschens, das durch den LCD erzeugt wurde, wurde ausgelöscht, und die Leistung war sehr nah an der ohne eine LCD-Elektronik in der Nähe. 14 zeigt ein Histogramm von Rohdaten, die für differentielle Erfassungsmessungen auf dem gleichen 7''-Panel mit eingeschaltetem LCD erfasst wurden. Die Standardabweichung verbesserte sich von 21,8 Codes auf 0,9, wenn das Erfassungsverfahren auf differentiell von einseitig geändert wurde.
Wie vorstehend beschrieben, wird die differentielle Erfassungsanordnung auf eine Implementation mit benachbarten Kanälen angewendet, was bedeutet, dass unmittelbar benachbarte Touchsensoren, Zeilen oder Spalten für die differentiellen Messungen verwendet werden. Alternativ kann die differentielle Erfassungsanordnung erweitert werden, um differentielle Vergleiche zwischen nicht benachbarten Touchsensoren, Zeilen oder Spalten zu umfassen. Als Beispiel können Zeile 1 und Zeile 3, Zeile 2 und Zeile 4, Zeile 3 und Zeile 5 und so weiter verglichen werden. Als anderes Beispiel können Zeile 1 und Zeile 4, Zeile 2 und Zeile 5, Zeile 3 und Zeile 6 und so weiter verglichen werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird die differentielle Erfassungsanordnung auf zwei Sensoren, Zeilen oder Spalten angewendet, wobei beispielsweise die Differenz zwischen Zeile 1 und Zeile 2 bestimmt wird. Alternativ kann die differentielle Erfassungsanordnung auf mehr als zwei Sensoren, Zeilen oder Spalten angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist anhand von speziellen Ausführungsformen beschrieben worden, bei denen Details enthalten sind, um das Verständnis der Grundlagen des Aufbaus und der Arbeitsweise der Erfindung zu erleichtern. Solche Bezugnahmen auf spezielle Ausführungsformen und Einzelheiten davon sollen allerdings den Bereich der angefügten Ansprüche nicht beschränken. Für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist klar, dass Modifikationen in den Ausführungsformen, die zur Erläuterung ausgewählt worden sind, vorgenommen werden können, ohne dass der Sinn und Umfang der Erfindung verlassen wird.

Claims

Verfahren zum Erfassen von einem oder mehreren Berührungsereignissen auf einem berührungsempfindlichen Gerät, umfassend: a. Empfangen einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal erfasste Daten aufweist, die dem berührungsempfindlichen Gerät entsprechen; b. Messen einer Kapazität eines jeden Kanals, wenn kein Berührungsereignis auf irgendeinem aus der Vielzahl von Kanälen vorhanden ist, wodurch ein berührungsfreier Basislinienwert für jeden Kanal bestimmt wird; c. Auswählen eines aus der Vielzahl von Kanälen als einen Primärkanal; d. Auswählen eines anderen aus der Vielzahl von Kanälen als einen Bezugskanal, wobei der Bezugskanal ein anderer als der Primärkanal ist; e. Messen einer Kapazität des Primärkanals; f. Messen einer Kapazität des Bezugskanals; g. Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Kapazität des Primärkanals und der gemessenen Kapazität des Bezugskanals, wodurch eine gemessene Differenz bestimmt wird; h. Berechnen einer Differenz zwischen dem berührungsfreien Basislinienwert für den Primärkanal und dem berührungsfreien Basislinienwert für den Bezugskanal, durch eine Basislinien-Differenz bestimmt wird; i. Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Differenz und der Basislinien-Differenz, wodurch ein Basislinien-Delta für das Paar aus Primärkanal und Bezugskanal bestimmt wird; j. Wiederholen der Schritte c–h für jeden Kanal aus der Vielzahl von Kanälen, so dass jeder Kanal als der Primärkanal ausgewählt wird; und k. Bestimmen eines oder mehrerer Berührungsereignisse von den Basislinien-Deltas, die für alle Paare von Primärkanal und Bezugskanal berechnet worden sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Primärkanals und die Kapazität des Bezugskanals gleichzeitig gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal mit einer gleichen Form und Größe konfiguriert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal einen Zeilensensor in dem berührungsempfindlichen Gerät aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal einen Spaltensensor in dem berührungsempfindlichen Gerät aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das berührungsempfindliche Gerät ein zweidimensionales Touchpanel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das berührungsempfindliche Gerät einen eindimensionalen virtuellen Schieber umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkanal und der Bezugskanal jeweils ein Rauschen eines gemeinsamen Modus aufweisen, das in dem Basislinien-Delta entfernt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkanal und der Bezugskanal benachbarte Kanäle sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswählen des Primärkanals und des Bezugskanals ein Freigeben des Primärkanals und des Bezugskanals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Gewinnen der erfassten Daten von dem Primärkanal und dem Bezugskanal nach dem Berechnen des Basislinien-Delta für das Paar aus Primärkanal und Bezugskanal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinnen der erfassten Daten das Ausführen einer Integration rückwärts aus den Basislinien-Deltas, berechnet für alle Paare aus Primärkanal und Bezugskanal, umfasst, wobei die Basislinien-Deltas sequentiell vorwärts berechnet werden, beginnend von einem ersten Kanal bis zum einem letzten Kanal, wobei die rückwärtsgerichtete Integration von einem letzten Basislinien-Delta beginnt, berechnet bis zu einem ersten Basislinien-Delta.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein minimales Basislinien-Delta von den Basislinien-Deltas, die für alle Paare aus Primärkanal und Bezugskanal bestimmt worden sind, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass angepasste erfasste Daten für jeden Kanal berechnet werden, indem das minimale Basislinien-Delta von den gewonnenen erfassten Daten für jeden Kanal abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Rauschen eines gemeinsamen Modus, das in den erfassten Daten vorhanden ist, in den angepassten erfassten Daten nicht vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen von einem oder mehreren Berührungsereignissen das Bestimmen von mehrfachen Berührungsereignissen umfasst.
Verfahren zum Erfassen von einem oder mehreren Berührungsereignissen auf einem Touchpanel, umfassend: a. Empfangen einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal erfasste Daten aufweist, die dem Touchpanel entsprechen; b. Bestimmen einer Kapazität eines jeden Kanals, wenn keine Berührung auf irgendeinem aus der Vielzahl von Kanälen vorhanden ist, wodurch ein berührungsfreier Basislinienwert für jeden Kanal bestimmt wird; c. Auswählen von zwei aus der Vielzahl von Kanälen und Berechnen einer Differenz zwischen dem berührungsfreien Basislinienwert für die beiden Kanäle, wodurch eine Basislinien-Differenz bestimmt wird; d. Messen einer Kapazität eines jeden der ausgewählten beiden Kanäle; e. Berechnen einer Differenz zwischen den gemessenen Kapazitäten der beiden Kanäle, wodurch eine gemessene Differenz bestimmt wird, wobei ein Rauschen eines gemeinsamen Modus, das in beiden der ausgewählten gemessenen beiden Kanäle vorhanden ist, entfernt wird; f. Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Differenz und der Basislinien-Differenz, wodurch ein Basislinien-Delta für die beiden Kanäle bestimmt wird; g. Wiederholen der Schritte c–f für zusätzliche Kanalpaare aus der Vielzahl von Kanälen; und h. Gewinnen der erfassten Daten von allen Basislinien-Deltas für die Kanalpaare, wobei die gewonnenen erfassten Daten kein Rauschen eines gemeinsamen Modus umfassen, das in den erfassten Daten vorhanden ist; i. Bestimmen eines oder mehrerer Berührungsereignisse aus den gewonnen erfassten Daten.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitäten von jedem der ausgewählten beiden Kanäle gleichzeitig gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal mit gleicher Form und Größe konfiguriert ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal einen Zeilensensor in dem berührungsempfindlichen Gerät aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal einen Spaltensensor in dem berührungsempfindlichen Gerät aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das berührungsempfindliche Gerät ein zweidimensionales Touchpanel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das berührungsempfindliche Gerät einen eindimensionalen virtuellen Schieber umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kanäle benachbarte Kanäle sind.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswählen von zwei Kanälen eine Freigabe der beiden Kanäle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinnen der erfassten Daten eine Ausführung einer rückwärts gerichteten Integration auf den Basislinien-Deltas umfasst, die für alle Kanalpaare berechnet worden sind, wobei die Basislinien-Deltas der Reihe nach vorwärts berechnet werden, beginnend von einem ersten Kanal bis zu einem letzten Kanal, und die vorwärtsgerichtete Integration von einem letzten Basislinien-Delta beginnt, berechnet bis zu einer ersten Basislinien-Delta.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Bestimmen eines minimalen Basislinien-Delta umfasst, von den Basislinien-Deltas, die für alle Kanalpaare bestimmt worden sind.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Berechnung angepasster erfasster Daten für jeden Kanal umfasst, durch Subtrahieren des minimalen Basislinien-Delta von den gewonnenen erfassten Daten für jeden Kanal.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen von einem oder mehreren Berührungsereignissen das Bestimmen von mehrfachen Berührungsereignissen umfasst.
Verfahren zum Erfassen eines oder mehrerer Berührungsereignisse auf einem Touchpanel, umfassend: a. Empfangen einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal erfasste Daten aufweist die dem Touchpanel entsprechen; b. Bestimmen einer Kapazität eines jeden Kanals, wenn keine Berührung auf irgendeinem aus der Vielzahl von Kanälen vorhanden ist, wodurch ein berührungsfreier Basislinienwert für jeden Kanal bestimmt wird; c. Auswählen von N aus der Vielzahl von Kanälen und Berechnen einer Differenz zwischen dem berührungsfreien Basislinienwert für die N Kanäle, wodurch eine Basislinien-Differenz bestimmt wird; d. Messen einer Kapazität eines jeden der ausgewählten N Kanäle; e. Berechnen einer Differenz zwischen den gemessenen Kapazitäten der N Kanäle, wodurch eine gemessene Differenz bestimmt, wobei ein Rauschen eines gemeinsamen Modus, das in den ausgewählten Kanälen vorhanden ist, entfernt wird; f. Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Differenz und der Basislinien-Differenz, wodurch ein Basislinien-Delta für die N Kanäle bestimmt wird; g. Wiederholen der Schritte c–f für zusätzliche Kanalsätze aus der Vielzahl von Kanälen; h. Gewinnen der erfassten Daten aus allen Basislinien-Deltas für die Kanalsätze, wobei die gewonnenen erfassten Daten kein Rauschen eines gemeinsamen Modus umfassen, das in den erfassten Daten vorhanden ist; und i. Bestimmen eines oder mehrerer Berührungsereignisse aus den gewonnen erfassten Daten.
Vorrichtung zum Erfassen eines oder mehrerer Berührungsereignisse auf einem Touchpanel, umfassend: a. Mittel zum Empfangen einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal erfasste Daten aufweist, die dem Touchpanel entsprechen; b. Mittel zum Bestimmen einer Kapazität eines jeden Kanals, wenn keine Berührung auf irgendeinem aus der Vielzahl von Kanälen stattfindet, wodurch ein berührungsfreier Basislinienwert für jeden Kanal bestimmt wird; c. Mittel zum Auswählen von N aus der Vielzahl von Kanälen und Berechnen einer Differenz zwischen dem berührungsfreien Basislinienwert für die N-Kanäle, wodurch eine Basislinien-Differenz bestimmt wird; d. Mittel zum Messen einer Kapazität eines jeden der ausgewählten N Kanäle; e. Mittel zum Berechnen einer Differenz zwischen den gemessenen Kapazitäten der NKanäle, wodurch eine gemessene Differenz bestimmt wird, wobei ein Rauschen eines gemeinsamen Modus, das in den ausgewählten Kanälen vorhanden ist, entfernt wird; f. Mittel zum Berechnen einer Differenz zwischen der gemessenen Differenz und der Basislinien-Differenz, wodurch ein Basislinien-Delta für die N Kanäle bestimmt wird; g. Mittel zum Wiederholen der Schritte c–f für zusätzliche Kanalsätze aus der Vielzahl von Kanälen; h. Mittel zum Gewinnen der erfassten Daten aus allen Basislinien-Deltas für die Kanalsätze, wobei die gewonnenen erfassten Daten kein Rauschen eines gemeinsamen Modus umfassen, das in den erfassten Daten vorhanden ist; und i. Mittel zum Bestimmen eines oder mehrerer Berührungsereignisse aus den gewonnen erfassten Daten.