DE102011017232A1

DE102011017232A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbessern des dynamischen Breichs eines Touchscreen-Controllers

Info

Publication number: DE102011017232A1
Application number: DE102011017232A
Authority: DE
Inventors: Ashutosh Ravindra Joharapurkar; Patrick Chan
Original assignee: Maxim Integrated Products Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2011-12-15
Also published as: US8830207B1; US8599167B2; TW201629739A; TWI537798B; CN102236489B; CN102236489A; US20110261005A1; TW201209688A; TWI567625B

Abstract

Ein Touchscreen-System zum Verbessern des dynamischen Bereichs des Systems umfasst einen Touchscreen, der mit einem Offset-Eliminierungselement und einem Kapazitäts-Messelement gekoppelt ist. Das Offset-Eliminierungselement ist konfiguriert, um dynamisch in der Kapazität verändert zu werden, so dass es parasitäre und Sensorkapazitäten des Touchscreen-Sensors ausgleicht, wodurch lediglich eine Berührungsereignis-Kapazität zur Messung durch das Messelement verbleibt. Das Offset-Eliminierungselement ist in der Lage, sich an die anfänglichen unerwünschten Kapazitäten eines jeden Sensors anzupassen und auch sich dynamisch an Veränderungen in der unerwünschten Kapazität aufgrund der Umgebung anzupassen. In manchen Ausführungsformen ist das Offset-Eliminierungselement ein Kapazitäts-Digital-Analog-Wandler, der von einem Controller gesteuert ist, um die unerwünschte Kapazität auszugleichen. Im Ergebnis ist das Touchscreen-System in der Lage, einen kleinen Integrationskondensator zu nutzen und dadurch die Kosten zu senken und den dynamischen Bereich des Systems zu verbessern.

Description

Verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität unter 35 U.S.C. § 119(e) der parallelen provisorischen US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 61/326,830, eingereicht am 22. April 2010 mit dem Titel „Differentielle kapazitive Touchpad-Schaltung und Verfahren”, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierdurch 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 „System und Verfahren zum Übertragen von Ladung zum Umwandeln von Kapazität in Spannung für Touchscreen-Controller”, Anwaltsakte MAXIM-04500; US-Patentanmeldung XX/XXX,XXX mit dem Titel „Rausch-Eliminierungstechnik für kapazitiven Touchscreen-Controller unter Verwendung der differentiellen Erfassung”, Anwaltsakte MAXIM-04600; 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 auf das Gebiet der Touchscreen-Systeme oder Systeme mit berührungsempfindlichem Bildschirm. Mehr im Einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Gebiet der Verwendung eines Offset-Eliminierungselements zum Ausgleichen von parasitärer und Sensor-Kapazität und zum Verbessern des dynamischen Bereichs eines kapazitiven Touchscreen-Controllers.
Hintergrund der Erfindung
Systeme mit berührungsempfindlichem Bildschirm oder Touchscreen-Systeme sind Interface-Systeme, die es einem Benutzer ermöglichen, ein oder mehrere Geräte durch Berühren eines Touchpads oder Anzeigeschirms zu steuern. Diese Systeme erfassen, wenn ein Benutzer den Bildschirm berührt, wie etwa mit einzelnen Berührungen, mehrfachen Berührungen, Zangengriffen, Wischbewegungen und anderen Arten von Berührungen. Die Positionen und Typen dieser unterschiedlichen Berührungen werden durch die Touchscreen-Systeme festgestellt und interpretiert, so dass sie präzise auf die Befehle und Eingaben des Benutzers antworten können, die diese Berührungen darstellen. Es gibt zahlreiche unterschiedliche Verfahren zum Erfassen dieser unterschiedlichen Berührungen, einschließlich die kapazitive Erfassung (eigene und gegenseitige), resistive Erfassung, Erfassung von Schall- und/oder Lichtwellen und Erfassung von Vibrationen. Beide Typen von kapazitiven Erfassungssystemen arbeiten im Wesentlichen durch Verwendung von einem oder mehreren Sensoren, der bzw. die mit einer Schicht eines kapazitiven Materials gekoppelt ist bzw. sind, das geeignet ist, eine elektrische Ladung zu halten. Wenn ein Benutzer den Bildschirm berührt, verändert er die Menge der auf dem kapazitiven Material an dem oder den Berührungspunkten gespeicherten Ladung. Diese Veränderung der Ladung entspricht einer Veränderung in der Kapazität, die durch die Sensoren in dem System gemessen wird. Wenn mehrere Sensoren vorhanden sind, können sie dazu verwendet werden, den Ort der Berührung zu bestimmen.
Ein Nachteil von mit Kapazitäten arbeitenden Systemen besteht darin, dass eine Kapazität, die von den Sensoren gemessen wird, nicht nur die Kapazität umfasst, die durch einen Benutzer, der den Bildschirm berührt, hervorgerufen wird, sondern auch die Sensorkapazität eines jeden Sensors und auch weitere parasitäre Kapazitäten. Weiterhin können diese Sensor- und parasitären Kapazitäten von Sensor zu Sensor und von Touchscreen-Panel zu Touchscreen-Panel variieren. Als Ergebnis davon, obwohl beispielhafte Berührungsereignisse lediglich eine Kapazität von 1 pico-Farad zu den Sensoren hinzufüigen, müssen die Integratoren oder Ladungsübertragungsanordnungen, die verwendet werden, um die Kapazität zu messen, in der Lage sein, den wesentlich größeren Betrag an Kapazität zu beherrschen, der die Berührungskapazität darstellt, die zu den Sensor- und parasitären Kapazitäten hinzugefügt wird. Früher wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass ein Integrationskondensator gewählt wurde, der groß genug war, um durch die gesamte Kapazität oder Ladung, die von den Sensoren erhalten wurde, nicht gesättigt zu werden. Allerdings vergrößert die Verwendung von großen Integrationskondensatoren die Kosten und die Größe der Komponenten in unerwünschter Weise, und weiterhin wird die Verstärkung und die Auflösung des Messsystems verringert.
Ein weiterer Nachteil von aus dem Stand der Technik bekannten Kapazitäts-Systemen besteht darin, dass selbst dann, wenn ein Integrationskondensator gewählt wird, der groß genug ist, um die anfängliche Kapazität auszugleichen, die durch die Sensorkapazität und die parasitären Kapazitäten hinzugefügt wird, diese Kapazitäten mit Änderungen der Umgebungsbedingungen sich verändern können. Beispielsweise vergrößert bei steigender Feuchtigkeit die zusätzliche Feuchtigkeit in der Luft typischerweise diese unerwünschten Kapazitäten, was eine Deckelung der Integration zur Folge haben kann, die früher so groß war, dass man nicht mehr in der Lage war, die aufgrund der Änderungen der Umgebungsbedingungen vergrößerte gemessene Kapazität zu beherrschen. In solch einem Fall ist das Messsystem nicht mehr in der Lage, zu entscheiden, ob ein Sensor berührt worden ist, und das Touchscreen-System wird funktionsunfähig, bis die Umgebung weniger feucht wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausführungsformen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Vergrößern des dynamischen Bereichs eines Touchscreen-Systems umfassen einen berührungsempfindlichen Bildschirm oder Touchscreen, der mit einem Offset-Eliminierungselement und einem Messelement gekoppelt ist. Das Offset-Eliminierungselement ist konfiguriert, um sich dynamisch in der Kapazität zu verändern, so dass es parasitäre und Sensorkapazitäten des Sensors des Touchscreens ausgleicht, so dass lediglich eine Kapazität eines Berührungsereignisses von dem Messelement gemessen werden muss. Das Offset-Eliminierungselement ist in der Lage, sich an die anfänglichen unerwünschten Kapazitäten eines jeden Sensors anzupassen, und auch sich an die Veränderungen in der unerwünschten Kapazität aufgrund der Umgebung dynamisch einzustellen. In manchen Ausführungsformen ist das Offset-Eliminierungselement ein digital-analog arbeitender Kapazitätswandler, der von einem Controller gesteuert wird, um die unerwünschte Kapazität auszugleichen. Als Ergebnis davon ist das Touchscreen-System in Lage, einen kleinen Integrationskondensator zu verwenden, wodurch die Kosten gesenkt und die Systemgröße verkleinert wird und der dynamische Bereich des Systems verbessert wird.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf einen Kapazitäts-Spannungs-Wandler zur Verwendung mit einem kapazitiven Touchscreen mit einem oder mehreren Kapazitätssensoren. Der Wandler umfasst ein Kapazitäts-Offset-Eliminierungselement zum Verringern der Auswirkungen von parasitärer Kapazität auf Signale, die von einem oder mehreren der Kapazitätssensoren erzeugt werden, und einen Analog-Digital-Wandler, der mit dem Offset-Eliminierungselement gekoppelt ist, um die Signale in digitale Signale umzuwandeln. Der Wandler umfasst ferner einen Controller, der mit dem Offset-Eliminierungselement gekoppelt ist, um das Ausmaß dynamisch einzustellen, in dem das Offset-Eliminierungselement die Auswirkungen der parasitären Kapazität verringert, auf der Grundlage der digitalen Signale. In einigen Ausführungsformen ist das Kapazitäts-Offset-Eliminierungselement ein kapazitiver Digital-Analog-Wandler. Der Wandler umfasst ferner ein Messelement, das zwischen dem Offset-Eliminierungselement und dem Analog-Digital-Wandler gekoppelt ist. In manchen Ausführungsformen umfasst das Messelement einen Integrationskondensator mit einer Kapazität von weniger als 20 pico-Farad. In manchen Ausführungsformen ist ein Offsetwert des Offset-Eliminierungselements anfänglich auf Null gesetzt, so dass keine der Auswirkungen der parasitären Kapazität verringert wird. In manchen Ausführungsformen vergrößert der Controller schrittweise den Offsetwert von dem anfänglichen Nullwert, bis die digitalen Signale einen vorbestimmten Wert erreichen. In manchen Ausführungsformen wird ein Offsetwert des Offset-Eliminierungselements anfänglich auf einen maximalen Wert gesetzt, so dass im Wesentlichen sämtliche Auswirkungen der parasitären Kapazität verringert sind. In manchen Ausführungsformen reduziert der Controller schrittweise den Offsetwert von dem anfänglichen maximalen Wert, bis die digitalen Signale einen vorbestimmten Wert erreichen. In manchen Ausführungsformen mittelt der Controller den Wert der digitalen Signale, um einen Basislinien-Wert zu bestimmen. Bei manchen Ausführungsformen, wenn die Basislinie einen Schwellenwert erreicht, passt der Controller einen Offsetwert des Offset-Eliminierungselements um einen Deltawert an, so dass die Basislinie von dem Schwellenwert weg verschoben wird. In manchen Ausführungsformen ist der Schwellenwert ein oberer Schwellenwert, und der Offsetwert wird um den Deltawert vergrößert, so dass die Basislinie unterhalb der oberen Schwelle fällt. In manchen Ausführungsformen ist der Schwellenwert eine untere Schwelle, und der Offsetwert wird um den Deltawert verringert, so dass die Basislinie über die untere Schwelle steigt. In manchen Ausführungsformen, wenn der Basislinien-Wert berechnet wird, berücksichtigt der Controller die Werte der digitalen Signale nicht, wenn ein Berührungsereignis zur Folge hat, dass die Werte plötzlich ansteigen und/oder abfallen, während einer Dauer, die geringer ist als eine vorbestimmte Berührungsperiode. In manchen Ausführungsformen passt der Controller den Wert der digitalen Signale um den Deltawert an.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Touchscreen-System gerichtet. Das Touchscreen-System umfasst einen kapazitiven Touchscreen, der einen oder mehrere Kapazitätssensoren aufweist, und einen Kapazitäts-Spannung-Wandler, der ein Kapazitäts-Offset-Eliminierungselement umfasst, zum Verringern der Auswirkungen von parasitärer Kapazität auf Signale, die von einem oder mehreren der Kapazitätssensoren erzeugt worden sind, und einen Analog-Digital-Wandler, der mit dem Offset-Eliminierungselement gekoppelt ist, zum Umwandeln der Signale in digitale Signale. Der Wandler umfasst ferner einen Controller, der mit dem Offset-Eliminierungselement gekoppelt ist um das Ausmaß dynamisch anzupassen, in dem das Offset-Eliminierungselement die Auswirkungen der parasitären Kapazität verringert, auf der Grundlage der digitalen Signale. In einigen Ausführungsformen ist das Kapazitäts-Offset-Eliminierungselement ein kapazitiver Digital-Analog-Wandler. Das System umfasst ferner ein Messelement, das zwischen dem Offset-Eliminierungselement und dem Analog-Digital-Wandler gekoppelt ist, wobei das Messelement einen Integrationskondensator mit einer Kapazität von weniger als 20 pico-Farad umfasst. In manchen Ausführungsformen wird ein Offsetwert des Offset-Eliminierungselements anfänglich auf Null gesetzt, so dass keine der Auswirkungen der parasitären Kapazität verringert wird. In manchen Ausführungsformen vergrößert der Controller schrittweise den Offsetwert von dem anfänglichen Nullwert, bis die digitalen Signale einen vorbestimmten Wert erreichen. In manchen Ausführungsformen wird ein Offsetwert des Offset-Eliminierungselements anfänglich auf einen maximalen Wert gesetzt, so dass im Wesentlichen sämtliche Auswirkungen der parasitären Kapazität verringert sind. In manchen Ausführungsformen reduziert der Controller schrittweise den Offsetwert von dem anfänglichen maximalen Wert, bis die digitalen Signale einen vorbestimmten Wert erreichen. In manchen Ausführungsformen mittelt der Controller den Wert der digitalen Signale, um einen Basislinien-Wert zu bestimmen. Bei manchen Ausführungsformen, wenn die Basislinie einen Schwellenwert erreicht, passt der Controller einen Offsetwert des Offset-Eliminierungselements um einen Deltawert an, so dass die Basislinie von dem Schwellenwert weg verschoben wird. In manchen Ausführungsformen ist der Schwellenwert ein oberer Schwellenwert, und der Offsetwert wird um den Deltawert vergrößert, so dass die Basislinie unterhalb der oberen Schwelle fällt. In manchen Ausführungsformen ist der Schwellenwert eine untere Schwelle, und der Offsetwert wird um den Deltawert verringert, so dass die Basislinie über die untere Schwelle steigt. In manchen Ausführungsformen, wenn der Basislinien-Wert berechnet wird, berücksichtigt der Controller die Werte der digitalen Signale nicht, wenn ein Berührungsereignis zur Folge hat, dass die Werte plötzlich ansteigen und/oder abfallen, während einer Dauer, die geringer ist als eine vorbestimmte Berührungsperiode. In manchen Ausführungsformen passt der Controller den Wert der digitalen Signale um den Deltawert an.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zum Verbessern des dynamischen Bereichs eines Kapazitäts-Spannungs-Wandlers gerichtet, zur Verwendung mit einem Touchscreen, der einen oder mehrere Kapazitätssensoren aufweist. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines mittleren digitalen Ausgangs über eine Zeitspanne mit einem Controller, wobei der mittlere digitale Ausgang einem Sensor des Wandlers zugeordnet ist, und Anpassen eines Offsetwerts, der von einem Offset-Eliminierungselement des Wandlers erzeugt wird, bis der digitale Ausgang des Wandlers gleich einem vorbestimmten Basislinienwert ist. In manchen Ausführungsformen ist das Kapazitäts-Offset-Eleminierungselement ein kapazitiver Digital-Analog-Wandler. In machen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das anfängliche Setzen des Offsetwerts auf Null. In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin ein schrittweises Erhöhen des Offsetwerts ausgehend von dem anfänglichen Nullwert, bis der digitale Ausgang gleich dem vorbestimmten Basislinienwert ist. Alternativ umfasst das Verfahren weiterhin das anfängliche Setzen des Offsetwerts auf einen maximalen Wert. Alternativ umfasst das Verfahren ferner ein schrittweises Verringern des Offsetwerts ausgehend von dem anfänglichen maximalen Wert, bis der digitale Ausgang gleich dem vorbestimmten Basislinienwert ist. In manchen Ausführungsformen wird das Anpassen periodisch, ansprechend auf einen Befehl eines Benutzers und/oder beim Hochfahren des Touchscreens ausgeführt. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen eines zweiten mittleren digitalen Ausgangs über eine Zeitspanne mit einem zweiten Messelement, wobei der zweite mittlere digitale Ausgang einem zweiten Sensor des Wandlers zugeordnet ist, das Anpassen eines zweiten Offsetwerts, der von einem zweiten Offset-Eliminierungselement des Wandlers erzeugt wird, bis der zweite digitale Ausgang des Wandlers gleich einem zweiten vorbestimmten Basislinienwert ist, und Erhalten einer differentiellen Messung zwischen dem ersten digitalen Ausgang, der um den ersten Offsetwert angepasst ist, und dem zweiten digitalen Ausgang, der um den zweiten Offsetwert angepasst ist. In manchen Ausführungsformen ist das Offset-Eliminierungselement hinreichend genau, so dass die Anpassung für einen Benutzer transparent ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zum Verbessern des dynamischen Bereichs eines Kapazitäts-Spannung-Wandlers gerichtet, zur Verwendung mit einem Touchscreen, der einen oder mehrere Kapazitätssensoren umfasst. Das Verfahren umfasst eine Mittelwertbildung eines digitalen Ausgangs, der einem Sensor des Wandlers zugeordnet ist, um einen Basislinien-Wert zu bestimmen, das Bestimmen eines Basislinien-Schwellenwerts und das dynamische Anpassen eines Offsetwerts eines Offset-Eliminierungselements des Wandlers um einen Deltawert, wenn der Basislinien-Wert den Basislinien-Schwellenwert erreicht, so dass der Basislinien-Wert einen Abstand von dem Schwellenwert aufweist. In manchen Ausführungsformen ist das Kapazitäts-Offset-Eliminierungselement ein kapazitiver Digital-Analog-Wandler. In manchen Ausführungsformen hat das Einstellen des Offsetwerts zur Folge, dass die Kapazität des kapazitiven Digital-Analog-Wandlers größer oder kleiner wird. In manchen Ausführungsformen ist der Basislinien-Schwellenwert eine obere Schwelle des Wandlers, und das dynamische Einstellen bzw. Anpassen vergrößert den Offsetwert um den Deltawert, so dass der Basislinien-Wert unter die obere Schwelle fällt. In manchen Ausführungsformen ist der Basislinien-Schwellenwert eine untere Schwelle, und das dynamische Einstellen verkleinert den Offsetwert um den Deltawert, so dass der Basislinien-Wert über die untere Schwelle steigt. In manchen Ausführungsformen beinhaltet die Mittelwertbildung des digitalen Ausgangs, dass die Werte des digitalen Ausgangs nicht beachtet werden, wenn ein Berührungsereignis die Werte des digitalen Ausgangs dazu veranlasst, in einer Zeitperiode, die kleiner ist als eine vorbestimmte Berührungsperiode, anzusteigen und abzufallen. In manchen Ausführungsformen wird der Basislinien-Schwellenwert auf der Grundlage einer oberen oder unteren Grenze eines Messelements des Wandlers bestimmt. Das Verfahren umfasst ferner eine Mittelwertbildung eines zweiten digitalen Ausgangs, der einem zweiten Sensor des Wandlers zugeordnet ist, um einen zweiten Basislinien-Wert zu bestimmen, das Bestimmen eines zweiten Basislinien-Schwellenwerts und das dynamische Anpassen eines zweiten Offsetwerts eines zweiten Offset-Eliminierungselements des Wandlers um einen zweiten Deltawert, wenn der zweite Basislinien-Wert den zweiten Basislinien-Schwellenwert erreicht, so dass der zweite Basislinien-Wert auf einen Wert gesetzt wird, der sich von dem zweiten Schwellenwert unterscheidet, und das Erhalten einer differentiellen Messung zwischen dem ersten digitalen Ausgang, wie er um den ersten Offsetwert angepasst ist, und dem zweiten digitalen Ausgang, wie er um den zweiten Offsetwert angepasst ist. In manchen Ausführungsformen ist das Offset-Eliminierungselement hinreichend genau, so dass die dynamische Anpassung für einen Benutzer transparent ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A erläutert ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Touchscreen-Systems entsprechend einigen Ausführungsformen.
1B erläutert ein detaillierteres Diagramm eines Touchscreen-Systems nach 1A gemäß einigen Ausführungsformen.
2A erläutert eine Kondensatorschaltung eines Offset-Eliminierungskondensators eines Offset-Eliminierungselements entsprechend einigen Ausführungsformen.
2B erläutert eine Kondensatorschaltung eines Offset-Eliminierungskondensators eines Offset-Eliminierungselements entsprechend einigen Ausführungsformen.
3A zeigt eine graphische Darstellung der Kapazität, gemessen durch die Steuerlogik von dem ausgewählten Sensor über der Zeit, entsprechend einigen Ausführungsformen.
3B erläutert eine zweite graphische Darstellung der Kapazität, gemessen durch die Steuerlogik von dem ausgewählten Sensor über der Zeit, entsprechend einigen Ausführungsformen.
3C erläutert eine dritte graphische Darstellung der Kapazität, gemessen durch die Steuerlogik von dem ausgewählten Sensor über der Zeit, entsprechend einigen Ausführungsformen.
4 erläutert ein Fließschema eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Touchscreen-Systems für anfängliche Hintergrundkapazitäten entsprechend einigen Ausführungsformen.
5 erläutert ein Fließschema eines Verfahrens zum dynamischen Anpassen eines Touchscreen-Systems bei Umgebungsveränderungen an Hintergrundkapazitäten entsprechend einigen Ausführungsformen.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf eine Kapazitäts-Spannung-Wandlerschaltung für Touchscreen gerichtet. Ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet wird erkennen, dass die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Touchscreen-Schaltung lediglich zur Erläuterung dient und nicht in irgendeiner Weise beschränkend sein soll. Andere Ausführungsformen der Touchscreen-Schaltung ergeben sich ohne weiteres für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet, in Kenntnis dieser Offenbarung.
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.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren und die Vorrichtung zum Verbessern des dynamischen Bereichs in einem Touchscreen-System einen Touchscreen, der mit einem Offset-Eleminierungselement und einem Messelement gekoppelt ist. Das Offset-Eliminierungselement ist konfiguriert, um sich dynamisch in seiner Kapazität zu verändern, so dass es parasitäre und Sensorkapazitäten des Sensors des Touchscreens ausgleicht, wodurch nur noch eine Kapazität aufgrund eines Berührungsereignisses zur Messung durch das Messelement verbleibt. Das Offset-Eliminierungselement ist in der Lage, sich an die anfänglichen unerwünschten Kapazitäten eines jeden Sensors anzupassen, und auch sich dynamisch auf Veränderungen in der unerwünschten Kapazität aufgrund der Umgebung anzupassen. In einigen Ausführungsformen ist das Offset-Eliminierungselement ein Kapazitäts-Digital-Analog-Wandler, der durch einen Controller gesteuert wird, um die unerwünschte Kapazität auszugleichen. Als Ergebnis ist das Touchscreen-System in der Lage, einen kleinen Integrationskondensator einzusetzen, so dass die Kosten gesenkt, die Systemgröße verringert und der dynamische Bereich des Systems vergrößert werden. Es sei darauf verwiesen, dass, obwohl das System, das Verfahren und die Vorrichtung, die vorliegend beschrieben werden, in Bezug zu einem Touchscreen-System stehen, dieses ebenfalls in der Lage ist, als ein Kapazitäts-Spannung-Wandler in anderen, auf Kapazität ansprechenden und eine Kapazität messenden Systemen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, zu arbeiten.
1 erläutert ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Touchscreen-Systems 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Das Touchscreen-System 100 umfasst einen Touchscreen 102, einen Multiplexer 104, ein Offset-Eliminierungselement 106, ein Messelement 108, einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 110 und eine Steuerlogik 112. Alternativ ist das Touchscreen-System 100 in der Lage, mehr oder weniger der vorgenannten Elemente oder zusätzliche Elemente, die im Stand der Technik bekannt sind, zu umfassen. Als Beispiel besteht die Möglichkeit, dass in manchen Ausführungsformen mehrere Messelemente 108 und Multiplexer 104 eingesetzt werden. In solchen Ausführungsformen können die mehrfachen Multiplexer mit mehrfachen Sensoren (nicht dargestellt) des Touchscreens 102 gekoppelt sein und wahlweise Signale von den gewünschten Sensoren an die mehrfachen Messelemente ausgeben. Weiterhin besteht in manchen Ausführungsformen die Möglichkeit, dass das Messelement 108, der ADC 110, die Steuerlogik 112 und das Offset-Eliminierungselement 106 auf einem einzigen integrierten Mikrochip (IC) ausgebildet sind. Alternativ kann eines oder mehrere der vorgenannten Elemente extern in Bezug auf den IC ausgebildet sein, und/oder zusätzliche Elemente können innerhalb des IC ausgebildet sein.
Der Touchscreen 102 ist funktionsmäßig mit dem Eingang des Multiplexers 104 gekoppelt, so dass jeder der Sensoren (nicht dargestellt) auf dem Touchscreen 102 in der Lage ist, mit dem Eingang des Multiplexers 104 gekoppelt zu werden. In manchen Ausführungsformen ist der Touchscreen ein kapazitiver Touchscreen, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren aufweist, Es sei darauf verwiesen, dass die Bezeichnung „Touchscreen”, wie sie vorliegend verwendet wird, sich auf Touchpads, Touchpanels, Touch-Schalter oder jegliche andere Vorrichtung bezieht, die zum Erfassen von Berührungen eingesetzt wird. Der Multiplexer 104 ist funktionsmäßig mit dem Eingang des Messelements 108 und dem Ausgang des Offset-Eliminierungselements 106 gekoppelt, so dass der Multiplexer 104 in der Lage ist, ein Signal, das von einem der Sensoren erhalten wird, an das Messelement 108 auszugeben, zusammen mit dem Ausgang des Offset-Eliminierungselements 106. In manchen Ausführungsformen ist das Offset-Eliminierungselement 106 ein kapazitiver Digital-Analog-Wandler (DAC). Alternativ kann das Offset-Eliminierungselement 106 eine Vorrichtung und/oder eine Schaltung sein, die in der Lage ist, unterschiedliche Kapazitäten, Spannungen oder beides auszugeben. Der Ausgang des Messelements 108 ist funktionsmäßig mit dem Eingang des ADC 110 gekoppelt. Daher ist die Kapazität oder Spannung, die von dem Signal gemessen wird, das von dem Multiplexer 104 erhalten wird, kombiniert mit dem Signal, das von dem Offset-Eliminierungselement 106 erhalten wird, in der Lage, als eine analoge Spannung an den ADC 110 übertragen zu werden. in manchen Ausführungsformen ist das Messelement ein Integrator. Alternativ kann das Messelement 108 eine Schaltung oder Vorrichtung sein, die in der Lage ist, eine Kapazität zu erhalten und eine Spannung auszugeben, die der Kapazität entspricht, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Der Ausgang des ADC 110 kann von dem System 100 zu einer nicht dargestellten Vorrichtung ausgegeben werden, die von dem Touchscreen-System 100 zu steuern ist. Die Steuerlogik 112 ist funktionsmäßig mit dem Multiplexer 104, dem ADC 110, dem Messelement 108 und dem Offset-Eliminierungselement 106 gekoppelt, so dass sie in der Lage ist, die Arbeitsweise des Systems 100 zu steuern.
1B erläutert ein stärker detailliertes Blockdiagramm eines Touchscreen-Systems 100 gemäß einigen Ausführungsformen. In einer Ausführungsform umfasst das Touchscreen-System 100 ein Schaltnetzwerk, das durch die Schalter S1A–S1E und die Schalter S2A und S2B gebildet ist, die zwischen einer „Rückstellphase” und einer „Messphase” umschalten. Wie in 1B dargestellt ist, sind Schalter, die während der Rückstellphase geschlossen sind, mit einer „1” bezeichnet, und Schalter, die während der Messphase geschlossen sind, sind mit einer „2” bezeichnet. Die Rückstell- und Messphasen werden durch „rst”- und „meas”-Signale eingeleitet, die von der Steuerlogik 112 ausgegeben werden. Allerdings sind aus Gründen der Klarheit die Verbindungen zwischen den Schaltern und den rst- und meas-Signalen, die von dem Controller 112 ausgegeben werden, weggelassen.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Touchscreen 102 einen oder mehrere kapazitive Sensoren 114, wobei zumindest einer der Sensoren 116 von dem Multiplexer 104 ausgewählt wird, um mit dem Offset-Eliminierungselement 106 und dem Messelement 108 gekoppelt zu werden. Wie in 1B dargestellt ist, ist C_x die Kapazität des Sensors 116, C_xoff ist die Streu-Offset- und/oder parasitäre Kapazität des Sensors 116, und C_touch ist die Kapazitätsveränderung in dem Sensor 116 aufgrund einer Berührung des Tochscreens 102. Es versteht sich, dass jeder Sensor der Sensoren 114 ähnlichen Kapazitäten unterworfen ist und in der Lage ist, gegen den ausgewählten Sensor 116 ausgetauscht zu werden. Es versteht sich ebenfalls, dass, obwohl nur vier Sensoren 114 mit dem Multiplexer 104 gekoppelt dargestellt sind, die Möglichkeit besteht, das mehr oder weniger Sensoren mit einer beliebigen Anzahl von Multiplexern gekoppelt sein können, um einen ausgewählten Sensor 116 zu wählen. Die Auswahl des Sensors 116 durch den Multiplexer 104 wird durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Steuerlogik 112 an den Multiplexer 104 geschickt wird.
In manchen Ausführungsformen umfasst das Messelement 108 einen Integrationskondensator C_int, der selektiv mit einem Operationsverstärker A1 durch die Schalter S1D und S1E gekoppelt wird. In manchen Ausführungsformen weist der Integrationskondensator C_int eine Kapazität von weniger als 100 pico-Farad auf und liegt vorzugsweise im Bereich von 15 bis 25 pico-Farad. In manchen Ausführungsformen weist der Integrationskondensator C_int eine Kapazität von 20 pico-Farad auf. Alternativ besteht die Möglichkeit, das der Integrationskondensator eine größere oder kleinere Kapazität hat. Insbesondere koppelt während der Rückstellphase (in der das Rückstellsignal rst durch die Steuerlogik 112 angelegt ist), der Schalter S1A den invertierenden Eingang des Verstärkers A1 mit einer Bezugsspannung V_ref, und der Schalter SUD wird geöffnet und der Schalter S1E geschlossen, was zur Folge hat, dass der Integrationskondensator C_int auf die Bezugsspannung V_ref geladen wird. Weiterhin ist während der Rückstellphase der Schalter S2A geschlossen, wodurch der Ausgang des Multiplexers 104 mit Erde gekoppelt wird. Als Ergebnis wird die Kapazität C_x des ausgewählten Sensors 116 an Erde entladen, zusammen mit der Streu- oder parasitären Offset-Kapazität C_xoff (und/oder einer Kapazität, die aufgrund eines Berührungsereignisses hinzukommt, C_touch).
In manchen Ausführungsformen umfasst das Offset-Eleminierungselement 106 den Offset-Eliminierungskondensator C_off, der mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A1 gekoppelt ist. In manchen Ausführungsformen weisen der Offset-Eliminierungskondensator C_off und der Integrationskondensator C_int Kapazitäten auf, die ein Mehrfaches eines gewählten Einheitskondensators sind, um eine gute Anpassung zwischen diesen zu bilden. Wenn beispielsweise der gewählte Einheitskondensator eine Kapazität von 2 pico-Farad hat, könnten C_off und C_int Werte von 60 pico-Farad beziehungsweise 20 pico-Farad haben. Der Offset-Eliminierungskondensator C_off kann während der Rückstellphase auf die Bezugsspannung V_ref geladen werden, durch die Aktivierung des Schalters S1C, der den zweiten Anschluss des Offset-Eliminierungskondensators C_off erdet. Daher ist der Zustand der Kapazitäten in dem Touchscreen-System während der Rückstellphase nach einer Einschwingzeit so, dass der Integrationskondensator Cint und der Offset-Eliminierungskondensator C_off auf die Bezugsspannung V_ref geladen sind, und dass die Sensorkapazität C_x und die Offset-Kapazität C_xoff gegen Erde entladen sind.
Nach der Rückstellphase wird das Rückstellsignal rst aufgehoben, und das Messsignal meas wird angelegt, wodurch die Messphase gestartet wird. Dieses Umschalten zwischen Phasen wird im Allgemeinen dadurch ausgeführt, dass sichergestellt wird, dass keine Überlappung der durch die Steuerlogik 112 erzeugten Steuersignale rst und meas erfolgt. Während der Messphase sind die Schalter S1E und S1A offen, da sie das Rückstellsignal rst nicht mehr erhalten, und der Schalter S1D ist durch das Anlegen des Messsignals meas geschlossen. Als Ergebnis ist der Integrationskondensator C_int zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers A1 und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A1 gekoppelt. Daher ist der anfängliche Ausgang des Operationsverstärkers A1 gleich Null, da der Integrationskondensator C_int auf die Spannung V_ref in Bezug auf den invertierenden Eingangsanschluss geladen ist, und der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers A1 ebenfalls auf die Spannung V_ref bezogen ist. Während der Messphase ist auch der Schalter S2B geschlossen, während der Schalter S2A geöffnet ist, wenn das Rückstellsignal rst aufgehoben wurde. Wenn die Aufhebung des Rückstellsignals rst den Schalter S1C dazu veranlasst, sich zu öffnen, und das Messsignal meas den Schalter S1B veranlasst, sich zu schließen, ist weiterhin der Offset-Eliminierungskondensator C_off von Erde entkoppelt und mit der Bezugsspannung V_ref gekoppelt. Das Ergebnis dieses Öffnens und Schließens dieser Schalter besteht darin, das eine positive Ladung, die gleich COFF·Vref ist (wobei COFF die Kapazität des Offset-Eliminierungskondensators C_off ist), von dem Offset-Eliminierungskondensator C_off zu dem Integrationskondensator C_int übertragen wird. Außerdem wird eine negative Ladung, die gleich –CX·Vref ist, von dem Ausgangsanschluss des Multiplexers 104 zu den Integrationskondensator C_int übertragen (wobei CX die Summe der Kapazitäten des Sensors C_x, einer etwaigen Streu- oder parasitären Offset-Kapazität C_xoff und/oder einer aufgrund eines Berührungsereignisses hinzugefügten Kapazität C_touch ist).
Der ADC 110 ist funktionsmäßig mit dem Ausgang Vo des Messelements 108 gekoppelt, so dass die Spannung, die von dem Operationsverstärker A1 ausgegeben wird, von einem analogen Spannungswert in einen digitalen Spannungswert Vout umgewandelt wird. Der ADC 110 kann außerdem funktionsmäßig mit der Steuerlogik 112 gekoppelt werden, so dass die Steuerlogik 112 in der Lage ist, den digitalen Ausgang Vout des ADC 110 abzutasten. Als Ergebnis davon ist die Steuerlogik 112 in der Lage, unterschiedliche Kapazitäten des Offset-Eliminierungselements 106 auszuwählen. Zusätzlich sei darauf verwiesen, dass Vo und Vout die gleiche Spannung in analoger beziehungsweise digitaler Form darstellen, und dass daher jegliche Messungen des Ausgangs Vout durch die Steuerlogik 112 oder andere Elemente in verschiedenen Ausführungsformen Messungen des Ausgangs Vo sein können, wobei die Messschaltung für die Form der dargestellten Spannung entsprechend eingestellt ist.
In manchen Ausführungsformen kann das Offset-Eliminierungselement 106 mehrere Kondensatoren und/oder variable Kondensatoren und zugehörige Schaltungen umfassen, so dass der Wert der Kapazität oder Spannung, der von dem Offset-Eliminierungselement 106 abgegeben wird, dynamisch eingestellt werden kann. In manchen Ausführungsformen ist das Offset-Eliminierungselement 106 ein kapazitiver Digital-Analog-Wandler. 2A erläutert eine Kondensatorschaltung 200A des Offset-Eliminierungskondensators C_off des Offset-Eliminierungselements 106 entsprechend manchen Ausführungsformen. Wie in 2A dargestellt ist, umfasst der Offset-Eliminierungskondensator C_off einen oder mehrere zusätzliche Finger von Kondensatoren C1–CN, die eine gemeinsame Platte aufweisen. Der eine oder die mehreren Kondensatoren C1–CN können durch eine Anzahl von Schaltern S_c1–S_cn ausgewählt werden, ansprechend auf ein oder mehrere digitale Signale trim, die effektiv einen Satz von auswählbaren parallelen kapazitiven Elementen C1–CN bilden, die in der Lage sind, verwendet zu werden, um den Kapazitätswert des Offset-Eliminierungskondensators C_off einzustellen. Es sei darauf verwiesen, dass das eine oder die mehreren digitalen Signale trim von der Steuerlogik 112 erzeugt werden können, auf der Grundlage des Ausgangs Vout, der von dem ADC 110 erhalten wird.
2B erläutert eine Kondensatorschaltung 200B des Offset-Eliminierungskondensators C_off des Offset-Eliminierungselements 106 entsprechend einer anderen Ausführungsform. Insbesondere kann der Offset-Eliminierungskondensator C_off, wie in 2B dargestellt ist, einen einzelnen ersten Anschluss und mehrere Finger aufweisen, die mit mehreren zweiten Anschlüssen verbunden sind. Weiterhin kann beziehungsweise können der eine oder die mehreren Kondensatorabschnitte C_a, C_b...–C_z einen gemeinsamen Anschluss C_off1 haben, der dann mit dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers A1 verbunden ist. Die anderen Finger (oder alternativ die zweiten Anschlüsse von individuellen Kondensatoren, die eine gemeinsame erste Anschlussverbindung aufweisen) sind alternativ und intermittierend mit Erde oder der Bezugsspannung V_ref gekoppelt, in Abhängigkeit des Zustands der entsprechenden Freigabesignale ena, enb...–enz. Wenn die Kondensatorschaltung 200B anstelle eines einzelnen Kondensators für C_off, wie in 1B dargestellt, verwendet wird, können die Schaltabschnitte S1B und S1C weggelassen werden, da ihre Funktionen, wenn auch in einer unterschiedlichen Weise, von der Kondensatorschaltung 200B ausgeführt werden. Die Freigabesignale ena–enz wählen Erde zur Anlage an den entsprechenden Kondensatorabschnitt C_a–C_z aus, durch Aktivieren des Transistors N1 in einem Satz von entsprechenden identischen Schaltungsschaltungen 33A–33Z, oder die Anlage der Bezugsspannung V_ref, durch Freigeben des Transistors P1. Ein logisches UND-Gatter AND1 und ein logisches NAND-Gatter NAND1 sind zusammen mit einem Inverter I1 gekoppelt, um eine Wahlschaltung bereitzustellen, die einen der Transistoren N1 oder P1 aktiviert, wenn das Messsteuersignal meas während eines Messzyklus angelegt wird. Die resultierende Arbeitsweise reduziert die Veränderung im Rückführungsfaktor für den Verstärker A1 gemäß der Gleichung: Rückführungsfaktor = (CX + COFF + CXOFF + CINT)/CINT. (1)
Während der Messphase führen nur die Kondensatorabschnitte C_A–C_Z, die mit der Bezugsspannung V_ref gekoppelt sind, zu einer Ladungsübertragung. Da beide Anschlüsse von irgendeinem der Kondensatorabschnitte C_a–C_z, die mit Erde gekoppelt sind, während der Messphase auf Erdpotential verbleiben, kann keine resultierende Ladung von solchen Kondensatorabschnitten an C_int übertragen werden, obwohl diese Abschnitte weiterhin in den Rückführungsfaktor-Berechnungen berücksichtigt werden, wie in Gleichung (1) dargestellt. Während der Rückstellphase können alle Kondensatorabschnitte C_a–C_z zwischen Erde und dem invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers A1 gekoppelt werden. Es besteht keine Veränderung in der Kapazität am Anschluss C_off1 der Kondensatorschaltung 200B während der Messphase, unabhängig davon, welches der Wert von C_xoff ist, auf den die Kapazität am Anschluss C_off1 während der Rückstellphase gesetzt ist.
Beispielsweise, da die Werte von CX und CXOFF von kleinen Werten wie etwa 4 pico-Farad bis hin zu großen Werten wie etwa 120 pico-Farad variieren können, wenn CINT einen Wert von etwa 20 pico-Farad aufweist, ist die Variation des Rückführungsfaktors bei einem Wert COFF von Null zwischen etwa 1 bis etwa 7. Wenn allerdings COFF auf einen Wert von etwa 60 pico-Farad gesetzt wird, kann man anhand der Rückführungsfaktor-Gleichung erkennen, dass die Veränderung des Rückführungsfaktors zu zwischen etwa 4 und etwa 10 wird. Dadurch wird durch Beeinflussen des Werts von COFF die Veränderung des Rückführungsfaktors von dem 7-fachen der unteren Grenze (1 bis 7) auf lediglich das 2,5-fache der unteren Grenze (4 bis 10) reduziert. Dies vereinfacht die Auslegung des Verstärkers A1, da es leichter ist, einen Verstärker auszulegen, der mit einer niedrigen Leistung arbeitet, wenn der Rückführungsbereich kleiner ist.
Die Ausgangsspannung Vo des Operationsverstärkers A1 ist gleich der ausgangsbezogenen Spannung über dem Integrationskondensator C_int plus V_ref. Diese ausgangsbezogene Spannung kann berechnet werden aus Vo = Q_f/CINT + V_ref (wobei Q_f die Ladung auf dem Integrationskondensator _Cent und CINT die Kapazität des Integrationskondensators C_int ist). Daher ist die gesamte Ladung, die während der Messphase auf den Integrationskondensator C_int übertragen wird, CX·V_ref – COFF·V_ref = ΔQ_f. Weiterhin ist der letztendliche Wert der Ladung Q_f, da die anfängliche Ladung auf dem Integrationskondensator C_int den Wert – CINT·V_ref hat: –CINT·V_ref + CX·V_ref – COFF·V_ref (2); und die Ausgangsspannung Vo ist gegeben durch: Vo = (–CINT·V_ref + CX·V_ref – COFF·V_ref)/CINT + V_ref = V_ref·(CX – COFF)/CF (3).
Es versteht sich, dass das gleiche Ergebnis durch Anwendung der Ladungserhaltung am invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers A1 erhalten werden kann.
Daher ist ersichtlich, dass die Ausgangsspannung Vo proportional zu der Kapazität des Sensors C_x (zuzüglich einer etwaigen Streu- oder parasitären Offset-Kapazität C_xoff und/oder einer hinzugefügten Kapazität C_touch aufgrund eines Berührungsereignisses) minus der Kapazität des Offset-Eliminierungskondensators C_off ist. Als Ergebnis kann die Kapazität des Offset-Eliminierungskondensators C_off so eingestellt werden, dass sie im Wesentlichen die Kapazität des Sensors C_x und/oder die Streu- oder parasitäre Offset-Kapazität C_xoff eliminiert oder aufhebt wobei lediglich oder im Wesentlichen lediglich die Kapazität C_touch auf dem Sensor 116 aufgrund eines Berührungsereignisses verbleibt. Wie noch im Einzelnen beschrieben wird, versetzt diese Fähigkeit, die Kapazität und/oder eine Streukapazität im Wesentlichen dynamisch zu eliminieren oder aufzuheben, das Touchscreen-System 100 in die Lage, einer anfänglichen Hintergrund-Kalibrierung unterzogen zu werden, wobei die anfänglichen Werte der Sensor- und/oder der Streukapazität für den Sensor 116 gemessen werden und das Offset-Eliminierungselement 106 dynamisch eingestellt wird, um den gemessenen Wert der Kapazität im Wesentlichen zu eliminieren. In ähnlicher Weise versetzt diese Fähigkeit das Touchscreen-System 100, wie noch beschrieben wird, in die Lage, das Offset-Eliminierungselement 106 einzustellen, wenn Veränderungen in der Umgebung die Sensorkapazität und/oder eine Streukapazität verändern, so dass die Offset-Eliminierungskapazität der sich verändernden Sensor- oder Streukapazität entspricht.
Dies bringt den Vorteil mit sich, dass ein kleinerer Integrationskondensator C_int verwendet wird, da der Integrationskondensator nur in der Lage sein muss, die Werte der Kapazität von C_touch zu verarbeiten, ohne den Integrationskondensator C_int zu sättigen und dadurch den Ausgang Vo zu verändern. Im Gegensatz dazu müsste der Integrationskondensator C_int ohne diese Eliminierungseigenschaft ausreichend groß sein, um nicht nur den Wert der Kapazität von C_touch zu verarbeiten, sondern auch den Wert der Summe der Kapazitäten von C_touch, C_x und C_xoff. Weiterhin vergrößert die Fähigkeit, einen kleineren Integrationskondensator C_int zu nutzen, die Auflösung des Messelements 108, da größere Kondensatoren nicht in der Lage sind, kleinere Ladungen zu messen, die von dem Sensor 116 erhalten werden. Darüber hinaus resultiert all dieses in einem verbesserten dynamischen Bereich des Touchscreen-Systems 100, da sowohl kleine als auch große Kapazitäten von dem System gemessen werden können, weil ihre Kapazitäts-Offsetwerte nach Bedarf im Wesentlichen durch den Offset-Eliminierungskondensator C_off eliminiert oder aufgehoben werden können.
Die Betriebsweise des Touchscreen-Systems 100, wenn eine Hintergrund-Kalibrierung ausgeführt wird, soll nun im Zusammenhang mit 3A erläutert werden, die eine graphische Darstellung 300A der Kapazität zeigt, die durch die Steuerlogik 112 gemessen wird, von dem ausgewählten Sensor 116 über der Zeit entsprechend einigen Ausführungsformen. Es sei darauf verwiesen, dass obwohl sich die folgende Diskussion auf eine obere Grenze bezieht, ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet versteht, dass sich die Diskussion auch auf eine untere Grenze des Systems 100 beziehen kann, mit Ausnahme davon, dass die Veränderungen der Werte umgekehrt sind (z. B. Vergrößerungen oder Anstiege werden zu Verkleinerungen oder Rückgängen). Wie in 3A dargestellt ist, stellt die obere Grenzlinie 302 des Messelements einen oberen Kapazitätswert dar, den das Messelement 108 präzise messen kann, bevor der Ausgang des Messelements 108 gesättigt ist (d. h. nicht mehr genau der Eingangskapazität oder Eingangsspannung entspricht). In manchen Ausführungsformen wird die obere Grenzlinie 302 auf der Basis des Sättigungswerts des Integrationskondensators C_int bestimmt. Alternativ kann die obere Grenzlinie 302 auf der Grundlage von einer oder mehreren zusätzlichen Komponenten des Messelements 108 bestimmt werden, wie etwa des Operationsverstärkers A1 entsprechend Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind.
Die Basislinie 304 stellt die gemittelte gesamte Kapazität oder Spannung ohne Berührung dar, die von dem ausgewählten Sensor 116 durch das Messelement 108 über eine Berechnungszeitspanne erhalten wird. Mit anderen Worten stellt die Basislinie 304 die gemittelten Kapazitäts- oder Spannungswerte dar, die von dem Sensor 116 erhalten werden, wenn der Sensor nicht von einem Benutzer berührt wird. In manchen Ausführungsformen wird die Basislinie 304 durch die Steuerlogik 112 berechnet, indem die Kapazität oder Spannung, die von dem ausgewählten Sensor 116 über die Berechnungszeitspanne erhalten wird, gemittelt wird. In manchen Ausführungsformen ist die erhaltene Kapazität oder Spannung, die gemittelt werden muss, ein digitaler Wert V_out, der von dem ADC 110 an die Steuerlogik 112 ausgegeben wird. Alternativ kann die erhaltene Kapazität oder Spannung, die gemittelt werden muss, ein analoger Wert von dem Ausgang Vo oder Eingang des Messelements 108 sein. Diese gemittelte gesamte Kapazität oder Spannung, die von dem ausgewählten Sensor 116 erhalten wird, umfasst die Kapazität des Sensors C_x und die Streukapazität C_xoff abzüglich der Offset-Eliminierungskapazität C_off. Kapazitäts- oder Spannungswerte, die während eines Berührungsereignisses 306A, 306B (siehe 3A und 3C) erhalten werden, so dass der Gesamtwert auch eine Berührungskapazität C_touch umfasst, sind von der Berechnung der Basislinie 304 ausgeschlossen. Als Ergebnis verbleibt die Steigung der Basislinie 304 im Wesentlichen konstant während der Berührungsereignisse 306A, 306B, wie durch die gestrichelten Linien unterhalb der Berührungsereignisse (siehe 3B und 3C) dargestellt ist. Alternativ können Werte während der Berührungsereignisse 306A, 306B in die Berechnung der Basislinie 304 einbezogen werden.
In manchen Ausführungsformen werden Berührungsereignisse 306A, 306B als ein scharfer Sprung und Abfall in der erfassten Kapazität oder Spannung des Sensors über eine vorbestimmte Zeitdauer des Berührungsereignisses identifiziert oder definiert, wobei der „Sprung” in der gemessenen Kapazität oder Spannung über die Zeitspanne des Berührungsereignisses einen Berührungsschwellenwert 308 eines vorbestimmten Kapazitäts- oder Spannungswerts überschreitet. Zwei Beispiele für Berührungsereignisse sind in 3B und 3C dargestellt, in denen Berührungsereignisse 306A und 306B gezeigt sind. Der Berührungsschwellenwert 308 wird durch die logische Steuerung 112 als ein vorbestimmter Kapazitäts- oder Spannungswert festgelegt, der größer ist als der gemessene Basislinien-Wert 304. In manchen Ausführungsformen wird der vorbestimmte Kapazitäts- oder Spannungswert, der größer ist als die Basislinie 304, so ausgewählt, dass er niedriger ist als der gemittelte größte Anstieg aufgrund eines Berührungsereignisses C_touch, aber größer als die mittleren Schwankungen der Basislinie 304 ohne ein Berührungsereignis 306A, 306B.
Schließlich stellt ein gewünschter Ausgangspegel 314 einen gewünschten vorbestimmten durchschnittlichen Kapazitäts- oder Spannungs-Ausgangspegel dar. Im Betrieb ist somit gewünscht, dass der Pegel der Basislinie 304 im Wesentlichen gleich dem gewünschten Ausgangspegel 314 ist. In manchen Ausführungsformen wird dieser gewünschte Ausgangspegel 314 auf der Grundlage der oberen Grenze 302 oder der unteren Grenze (nicht dargestellt) bestimmt. Wie in 3A zum Zeitpunkt t0 dargestellt ist, überschreitet daher die Basislinie 304 sowohl den gewünschten Ausgangspegel 314 als auch die obere Grenze 302. Als Ergebnis ist das Messelement 108 nicht in der Lage, die Kapazität auf dem Sensor 116 bei t0 genau zu messen. Dies ist oft der Fall, wenn Veränderungen der Umgebungsbedingungen die Sensorkapazität (CX + CXOFF) so verändern, dass irgendeine eingestellte Offset-Eliminierungskapazität unwirksam wird. Wenn die Steuerlogik 112 die Basislinie 304 berechnet und feststellt, dass die Basislinie den gewünschten Ausgangspegel 314 überschreitet, ist die Steuerlogik 112 in der Lage, ein Signal (z. B. trim, ena, enb, enz) an das Offset-Eliminierungselement 106 zu senden, was zur Folge hat, dass die Kapazität des Offset-Kondensatorelements C_off schrittweise ansteigt. Entsprechend wird die Basislinie 304 durch einen Kapazitäts- oder Spannungsanstieg 312 entsprechend der Gleichung (3) schrittweise erhöht. Diese schrittweise Erhöhung des Offset-Kondensators C_off wird fortgeführt, bis die Basislinie 304 gleich oder im Wesentlichen gleich dem gewünschten Ausgangspegel 314 ist, wie in 3A zum Zeitpunkt t1 dargestellt ist. Durch Verwendung eines genauen Offset-Eliminierungselements 106 kann daher sichergestellt werden, dass jegliche Veränderung in dem Ausgang des Sensors 116 eine feste oder bekannte Veränderung in dem Ausgang Vo des Verstärkers A1 ist. Diese bekannte oder feste Veränderung kann dann berücksichtigt werden, wenn bestimmt wird, ob ein Berührungsereignis 306A, 306B stattgefunden hat, wodurch Fehler bei der Erfassung von Berührungen des Systems 100 vermieden werden. In manchen Ausführungsformen ist ein Erhöhungsschritt ein am wenigsten signifikantes Bit (LSB) des digitalen Codes, der von dem Offset-Eliminierungselement 106 erhalten wird. Alternativ ist die Steuerlogik 112 in der Lage, den digitalen Code um mehr als ein LSB je Erhöhungsschritt zu steigern. Nachdem die Steuerlogik 112 feststellt, dass die Basislinie 304 ausreichend nahe an dem gewünschten Ausgangspegel 314 liegt, beendet sie den schrittweisen Anstieg des Offset-Eliminierungselements 106. Durch diesen gesamten Prozess hindurch ist die Steuerlogik 112 in der Lage, die Berührungsschwelle 308 einzustellen, so dass sie auf einer vorbestimmten Höhe oberhalb der Basislinie 304 bleibt.
Die Arbeitsweise des Touchscreen-Systems 100, wenn eine dynamische Anpassung an Umgebungsveränderungen in der Hintergrundkapazität erfolgt, wird nun in Verbindung mit 3B und 3C diskutiert, in denen graphische Darstellungen 300B, 300C der Hintergrundkapazität dargestellt sind, die durch die Steuerlogik 112 von dem ausgewählten Sensor 116 über der Zeit gemessen sind. Wiederum sei darauf verwiesen, dass obwohl die folgende Diskussion der 3B und 3C sich auf eine obere Grenzlinie 302 und eine obere Driftschwelle 316 bezieht, ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet versteht, dass sich die Diskussion auch auf eine untere Grenze und eine untere Driftschwelle des Systems 100 beziehen kann, wobei sich dann nur die Veränderungen in den Werten umkehren (z. B. Ansteigen/ansteigend wird zu Abnehmen/abnehmend). 3B erläutert die Herausforderungen, die durch Veränderungen in der Umgebung bei dem Touchscreen-System 100 entstehen. Insbesondere erläutert 3B eine Basislinie 304 und eine Berührungsschwelle 308 in Bezug auf die obere Grenzlinie 302 und den gewünschten Ausgangswert 314 zu Zeitpunkten t0–t3. Zum Zeitpunkt t0 befindet sich die Basislinie 304 an dem gewünschten Ausgangswert 324 und unterhalb der oberen Grenzlinie 302. Wenn die Zeit voranschreitet, beginnt der Basislinienwert 304 (und die entsprechende Berührungsschwelle 308) aufgrund von Veränderungen in der Umgebung von t0 bis t3 anzusteigen. Insbesondere wird die Basislinie 304 dazu veranlasst, sich auf einen Wert zu verändern, der gleich einem Driftwert 310 ist, da Umgebungsveränderungen die Werte der Sensorkapazität C_x und/oder der Streukapazität C_xoff verändern können. Wenn sich als Beispiel die Feuchtigkeit um den Touchscreen 102 erhöht, erhöht sie die Sensor- und/oder die Streukapazität C_x, C_xoff des Sensors 116 über der Zeit, und veranlasst dadurch die Basislinie 304, eine positive Steigung zu haben. In ähnlicher Weise würde eine Verringerung der Feuchtigkeit dazu führen, dass die Basislinie 304 eine negative Steigung aufweist. Zum Zeitpunkt t1 ist die Drift 310 nicht ausreichend, um mit dem Messelement 108 störend zusammenzuwirken, das das Berührungsereignis 306A erfasst, indem ermittelt wird, ob die erhaltene Kapazität/Spannung die Berührungsschwelle 308 innerhalb der Zeitspanne des Berührungsereignisses überschritten hat. Zum Zeitpunkt t2 ist der Driftwert 310 allerdings so, dass sich die Berührungsschwelle 308 oberhalb der oberen Grenzlinie 302 befindet. Als Ergebnis kann das System 100 nicht bestimmen, ob die erhaltene Kapazität/Spannung die Berührungsschwelle 308 innerhalb der Zeitspanne des Berührungsereignisses überschritten hat, da es nicht in der Lage ist, die erhaltene Kapazität/Spannung auf diesem Pegel genau zu messen. Zum Zeitpunkt t3 kann die Basislinie 304 selbst nicht mehr genau berechnet werden, da sie die obere Grenzlinie 302 überschritten hat. In der Vergangenheit bestand der einzige Weg zur Überwindung dieses Problems darin, die Kapazität des Integrationskondensators C_int zu vergrößern, so dass die obere Grenzlinie 302 entsprechend erhöht wurde. Damit waren allerdings erhöhte Kosten verbunden, und der dynamische Bereich des Touchscreen-Systems wurde verringert.
3C erläutert, wie das Touchscreen-System 100 dieses Problem löst, ohne die Größe des Integrationskondensators C_int zu vergrößern. Insbesondere wird, wie in 3C dargestellt ist, eine obere Driftschwelle 306 durch die Steuerlogik 112 bestimmt, um zu verhindern, dass der Driftwert 310 die Berührungsschwelle 308 dazu veranlasst, die obere Grenzlinie 302 zu überschreiten. In manchen Ausführungsformen wird der obere Driftschwellenwert 316 auf der Grundlage des Berührungsschwellenwerts 308 bestimmt, so dass die obere Driftschwelle 316 ausreichend niedriger eingestellt ist, als die obere Grenzlinie 302, so dass die Basislinie 304 dynamisch niedriger eingestellt wird, bevor die Berührungsschwelle 308 die obere Grenzlinie 302 erreicht. Alternativ besteht die Möglichkeit, die obere Driftschwelle 316 auf der Grundlage eines eingestellten Differenzwerts unterhalb der oberen Grenzlinie 302 zu bestimmen. Zwischen den Zeitpunkten t0 und t1, ähnlich wie in 3C, beginnt die Basislinie 304 um den Driftwert 310 aufgrund von Umgebungsveränderungen anzusteigen. Wenn allerdings die Steuerlogik 112 feststellt, dass die Basislinie 304 die obere Driftschwelle 316 zum Zeitpunkt t1 erreicht oder überschritten hat, ist die Steuerlogik 112 in der Lage, ein Signal (z. B. trim, ena, enb, enz) zu dem Offset-Eliminierungselement 106 zu senden, was zur Folge hat, dass die Kapazität des Offset-Kondensatorelements C_off schrittweise ansteigt. In entsprechender Weise beginnt die Basislinie 304 entsprechend Gleichung (3), um einen Kapazitäts-/Spannungs-Drift-Offsetwert 312 schrittweise abzufallen. Dieser schrittweise Anstieg des Offset-Kondensators C_off wird fortgesetzt, bis die Basislinie 304 unter die obere Driftschwelle 316 abfällt und/oder gleich dem gewünschten Ausgangspegel 314 ist.
Die Steuerlogik 112 ist auch in der Lage, den Kapazitäts-/Spannungs-Wert der gesamten Anzahl von Drift-Offsets 312, die durch das Offset-Eliminierungselement 106 erfolgen, an den ADC 110 zu übertragen. Als Ergebnis ist der Ausgang des ADC Vout in der Lage, durch die gesamte Anzahl von Drift-Offsets 312, die erfolgt sind, eingestellt zu werden, so dass der Ausgang Vout der gleiche ist, wie wenn keine Einstellungen vorgenommen worden wären. Mit anderen Worten können die Einstellungen über das System 100 hinaus nach außen transparent sein. In manchen Ausführungsformen wird die gesamte Anzahl von Drift-Offsets 312 für jeden einzelnen Sensor 114 gespeichert, so dass die Möglichkeit besteht, sie während einer anschließenden differenziellen Messung der Sensoren 114 zu verwenden. Insbesondere kann die gesamte Anzahl von Offsets 312 für jeden der Sensoren 114 so genutzt werden, dass während einer differentiellen Messung nur die Nichtberührungs-Kapazität/Spannung differentiell gemessen wird. In manchen Ausführungsformen beträgt der Erhöhungsschritt ein am wenigsten signifikantes Bit (LSB) des digitalen Codes, der von dem Offset-Eliminierungselement 106 erhalten worden ist. Alternativ ist die Steuerlogik 112 in der Lage, den digitalen Code um mehr als ein LSB je Erhöhung zu erhöhen. Über diesen gesamten Prozess hinweg ist die Steuerlogik 112 in der Lage, die Berührungsschwelle 308 so einzustellen, dass sie um ein vorbestimmtes Niveau oberhalb der Basislinie 304 bleibt. Die Steuerlogik 112 führt diese Einstellungen fortlaufend aus, sobald die Basislinie 304 die obere Driftschwelle 116 erreicht. In manchen Ausführungsformen wird diese Einstellung für jeden der Sensoren 114 ausgeführt.
Als Ergebnis bietet die dynamische Einstellung des Touchscreen-Systems 100 den Vorteil eines vergrößerten dynamischen Bereichs. Insbesondere kann, da im Wesentlichen jegliche Nichtberührungs-Kapazität, die von den Sensoren 114 festgestellt wird, durch die dynamische Einstellung von der Messung eliminiert werden kann, das Messelement 106 einen kleineren Integrationskondensator C_int verwenden. Dieser kleinere Kondensator ermöglicht es dem System, empfindlich gegenüber niedrigeren Kapazitäten bzw. Spannungen zu sein (wobei eine Eliminierung nicht notwendig ist), während es weiterhin in der Lage ist, höhere Kapazitäten bzw. Spannungen zu verarbeiten (wo eine Eliminierung notwendig ist). Demgemäß wird die Auflösung und/oder der dynamische Bereich des Systems verbessert.
Ein Verfahren zum Kalibrieren des Tauchscreen-Systems 100 für anfängliche Hintergrundkapazitäten gemäß manchen Ausführungsformen wird nachfolgend in Verbindung mit dem in 4 dargestellten Ablaufschema 400 erläutert. In Schritt 402 setzt die Steuerlogik 112 die Offset-Eliminierungskapazität C_off beim Start des Systems 100 auf Null. Alternativ setzt die Steuerlogik 112 in manchen Ausführungsformen die Offset-Eliminierungskapazität C_off auf einen maximalen Wert oder einen hohen Wert. Alternativ wird Schritt 402 weggelassen. Bei Schritt 404 bestimmt die Steuerlogik 112 einen durchschnittlichen digitalen Ausgang Vout des Systems 100 über eine Zeitspanne für den ausgewählten Sensor 116. Alternativ bestimmt die Steuerlogik 112 einen durchschnittlichen analogen Eingang oder Ausgang Vo des Messelements 108 für den ausgewählten Sensor 116. In manchen Ausführungsformen ist die Zeitspanne, über die der Mittelwert genommen wird, größer als die Länge eines durchschnittlichen Berührungsereignisses 306A, 306B. Alternativ verwendet die Steuerlogik 112 eine andere Metrik, die sich von einem Mittelwert unterscheidet, um den digitalen Ausgang Vout des Systems 100 zu messen, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Bei Schritt 406 erhöht die Steuerlogik 112 die Offset-Kapazität des Offset-Eliminierungselements 106, bis der digitale Ausgang Vout gleich einem gewünschten Ausgangspegel 314 ist. Alternativ reduziert die Steuerlogik 112 die Offset-Kapazität des Offset-Eliminierungselements 106, bis der digitale Ausgang Vout gleich einem gewünschten Ausgangspegel 314 ist. Bei Schritt 408 werden die zuvor durchgeführten Schritte für jeden der Sensoren 114 wiederholt. In manchen Ausführungsformen wird das Kalibrierungsverfahren 400 beim Start bzw. Hochfahren des Touchscreen-Systems 100 ausgeführt. Alternativ kann das Kalibrierungsverfahren 400 periodisch oder auf Anforderung durch einen Benutzer durchgeführt werden.
Ein Verfahren zum dynamischen Einstellen bzw. Anpassen eines Tauchscreen-Systems 100 auf Umgebungsveränderungen an Hintergrundkapazitäten entsprechend einigen Ausführungsformen wird nachfolgend in Verbindung mit dem Fliesschema 500, das in 5 dargestellt ist, diskutiert. Bei Schritt 502 bestimmt die Steuerlogik 112 einen durchschnittlichen digitalen Ausgang Vout des Systems 100 über eine Zeitspanne für den ausgewählten Sensor 116 als eine Basislinie 304. Alternativ bestimmt die Steuerlogik 112 einen durchschnittlichen analogen Eingang oder Ausgang Vo des Messelements 108 für den ausgewählten Sensor 116 als eine Basislinie 304. Alternativ verendet die Steuerlogik 112 eine andere Metrik, die sich von einen Mittelwert unterscheidet, um den digitalen Ausgang Vout des Systems 100 zu messen, wie im Stand der Technik bekannt ist. In manchen Ausführungsformen werden Ausgangswerte, die während Berührungsereignissen 306A, 306B auftreten, nicht betrachtet, wenn die Basislinie 304 berechnet wird. Bei Schritt 504 bestimmt die Steuerlogik 112 einen Basislinien-Schwellenwert 316. In manchen Ausführungsformen ist die Bestimmung des Basislinien-Schwellenwerts 316 auf einer Grenzlinie 302 des Messelements 108 basiert. Alternativ ist die Steuerlogik 112 mit dem Basislinien-Schwellenwert 316 vorprogrammiert. In manchen Ausführungsformen stellt die Grenzlinie 302 eine obere Grenze oder eine untere Grenze des Messelements 108 dar. In manchen Ausführungsformen ist der Basislinien-Schwellenwert 316 eine obere oder eine untere Schwelle. Bei Schritt 506 passt die Steuerlogik 112 die Offset-Eliminierungskapazität des Offset-Eliminierungselements 106 um einen Drift-Offset/Deltawert 312 dynamisch an, wenn die Basislinie 304 den Basislinien-Schwellenwert 316 erreicht, so dass der Basislinienwert 304 von dem Schwellenwert 316 weg bewegt wird. In manchen Ausführungsformen ist die Basislinie 304 um den Drift-Offsetwert 312 beabstandet unterhalb oder oberhalb des Schwellenwerts 316. In manchen Ausführungsformen umfasst das Einstellen der Offset-Kapazität des Offset-Eliminierungselements 106 ein schrittweises Erhöhen oder Erniedrigen des Offset-Eliminierungselements 106. um ein LSB. Alternativ kann die Erhöhung oder Erniedrigung mehr als ein LSB betragen. Bei Schritt 508 wird die Summierung der Drift-Offsetwerte 312 für den ausgewählten Sensor 116 von der Steuerlogik 112 an den ADC 110 übertragen, um den Ausgang des ADC 110 erneut einzustellen, so dass der Ausgang Vout der gleiche ist, wie wenn das Offset-Eliminierungselement 106 nicht eingestellt worden wäre. Alternativ wird der Schritt 508 weggelassen. Bei Schritt 510 werden die zuvor ausgeführten Schritte für jeden der Sensoren 114 wiederholt. In manchen Ausführungsformen werden die Summierungen der Drift-Offsetwerte 312 für jeden der Sensoren 114 während eines anschließenden differentiellen Messvorgangs zwischen den Sensoren 114 verwendet.
Wie vorstehend beschrieben ist, bieten das Verfahren und die Vorrichtung zum Verbessern des dynamischen Bereichs eines Touchscreen-Controllers zahlreiche Vorteile. Insbesondere weist das Touchscreen-System 100 einen vergrößerten dynamischen Bereich auf, da es ein Offset-Eliminierungselement dynamisch in der Kapazität einstellen kann, so dass es parasitäre und Sensorkapazitäten des Sensors ausgleicht oder aufhebt und dadurch lediglich eine Berührungsereignis-Kapazität zur Messung durch das Messelement zurücklässt. Das Offset-Eliminierungselement kann an die anfänglichen unerwünschten Kapazitäten eines jeden Sensors eingestellt werden und ist auch zu einer dynamischen Anpassung an Veränderungen in der unerwünschten Kapazität aufgrund der Umgebung in der Lage. Im Ergebnis kann bei dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler und/oder Touchscreen-System ein kleiner Integrationskondensator verwendet werden, durch den die Kosten reduziert und der dynamische Bereich des Systems verbessert werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Verbessern des dynamischen Bereichs eines Touchscreen-Controllers sind anhand von speziellen Ausführungsformen beschrieben worden, einschließlich Details zur Erleichterung des Verständnisses der Grundlagen von Aufbau und Arbeitsweise der Mischsignal-Verarbeitungsschaltung. Solche Bezugnahmen auf spezielle Ausführungsformen und Einzelheiten davon sind hierbei nicht zur Begrenzung des Bereichs der beigefügten Ansprüche gedacht. Für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist klar, dass Veränderungen in den Ausführungsformen vorgenommen werden können, die zur Erläuterung ausgewählt worden sind, ohne vom Sinn und Umfang des Verfahrens und der Vorrichtung zum Verbessern des dynamischen Bereichs eines Touchscreen-Controllers abzuweichen.

Claims

Kapazitäts-Spannungs-Wandler zur Verwendung mit einem kapazitiven Touchscreen, der einen oder mehrere kapazitive Sensoren aufweist, wobei der Wandler umfasst: a. ein kapazitives Offset-Eliminierungselement, das zur Verminderung von Auswirkungen einer parasitären Kapazität auf Signale, die durch einen oder mehrere der kapazitiven Sensoren erzeugt werden, angeschlossen ist; und b. einen Analog-Digital-Wandler, der mit dem Offset-Eliminierungselement gekoppelt ist, um die Signale in digitale Signale umzuwandeln.
Wandler nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Controller, der mit dem Offset-Eliminierungselement gekoppelt ist, zum dynamischen Einstellen des Ausmaßes, um das das Offset-Eliminierungselement die Auswirkungen der parasitären Kapazität vermindert, basierend auf den digitalen Signalen.
Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Offset-Eliminierungselement ein kapazitiver Digital-Analog-Wandler ist.
Wandler nach Anspruch 1, weiter umfassend ein Messelement, das zwischen dem Offset-Eliminierungselement und dem Analog-Digital-Wandler gekoppelt ist, wobei das Messelement einen Integrationskondensator mit einer Kapazität von weniger als 20 pico-Farad umfasst.
Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Offsetwert des Offset-Eliminierungselements anfänglich auf Null gesetzt ist.
Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler den Offsetwert schrittweise ausgehend von dem anfänglichen Nullwert erhöht, bis die digitalen Signale einen vorbestimmten Wert erreichen.
Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Offsetwert des Offset-Eliminierungselements anfänglich auf einen maximalen Wert gesetzt ist, so dass sämtliche Auswirkungen der parasitären Kapazität vermindert sind.
Wandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller den Offsetwert ausgehend von dem anfänglichen maximalen Wert schrittweise verringert, bis die digitalen Signale einen vorbestimmten Wert erreichen.
Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller den Wert der digitalen Signale mittelt, um einen Basislinienwert zu bestimmen.
Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Basislinie einen Schwellenwert erreicht, der Controller einen Offsetwert des Offset-Eliminierungselements um einen Deltawert anpasst, so dass die Basislinie von dem Schwellenwert wegbewegt wird.
Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert eine obere Schwelle ist und der Offsetwert um den Deltawert erhöht wird, so dass die Basislinie unter die obere Schwelle fällt.
Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert eine untere Schwelle ist und der Offsetwert um den Deltawert verringert wird, so dass die Basislinie über die untere Schwelle steigt.
Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller, wenn der Basislinienwert berechnet wird, die Werte der digitalen Signale unberücksichtigt lässt, wenn ein Berührungsereignis die Werte dazu veranlasst, plötzlich anzusteigen oder abzufallen, während einer Zeitdauer, die geringer ist als eine vorbestimmte Berührungszeitdauer.
Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller den Wert der digitalen Signale um den Deltawert anpasst.
Touchscreen-System, umfassend: a. einen kapazitiven Touchscreen mit einem oder mehreren Kapazitätssensoren; und b. einen Kapazitäts-Spannungs-Wandler mit: i. einem kapazitiven Offset-Eliminierungselement, das zur Verminderung von Auswirkungen einer parasitären Kapazität auf Signale, die durch einen oder mehrere der kapazitiven Sensoren erzeugt werden, angeschlossen ist; und ii. einem Analog-Digital-Wandler, der mit dem Offset-Eliminierungselement gekoppelt ist, um die Signale in digitale Signale umzuwandeln.
System nach Anspruch 15, weiter umfassend einen Controller, der mit dem Offset-Eliminierungselement gekoppelt ist, zum dynamischen Einstellen des Ausmaßes, um das das Offset-Eliminierungselement die Auswirkungen der parasitären Kapazität vermindert, basierend auf den digitalen Signalen.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Offset-Eliminierungselement ein kapazitiver Digital-Analog-Wandler ist.
System nach Anspruch 15, weiter umfassend ein Messelement, das zwischen dem Offset-Eliminierungselement und dem Analog-Digital-Wandler angeschlossen ist, wobei das Messelement einen Integrationskondensator mit einer Kapazität von weniger als 20 pico-Farad umfasst.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Offsetwert des Offset-Eliminierungselements anfänglich auf Null gesetzt ist.
System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler den Offsetwert schrittweise ausgehend von dem anfänglichen Nullwert erhöht, bis die digitalen Signale einen vorbestimmten Wert erreichen.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Offsetwert des Offset-Eliminierungselements anfänglich auf einen maximalen Wert gesetzt ist, so dass sämtliche Auswirkungen der parasitären Kapazität vermindert sind.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller den Offsetwert ausgehend von dem anfänglichen maximalen Wert schrittweise verringert, bis die digitalen Signale einen vorbestimmten Wert erreichen.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller den Wert der digitalen Signale mittelt, um einen Basislinienwert zu bestimmen.
System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass wenn die Basislinie einen Schwellenwert erreicht, der Controller einen Offsetwert des Offset-Eliminierungselements um einen Deltawert anpasst, so dass die Basislinie von dem Schwellenwert wegbewegt wird.
System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert eine obere Schwelle ist und der Offsetwert um den Deltawert erhöht wird, so dass die Basislinie unter die obere Schwelle fällt.
System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert eine untere Schwelle ist und der Offsetwert um den Deltawert verringert wird, so dass die Basislinie über die untere Schwelle steigt.
System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller, wenn der Basislinienwert berechnet wird, die Werte der digitalen Signale unberücksichtigt lässt, wenn ein Berührungsereignis die Werte dazu veranlasst, plötzlich anzusteigen oder abzufallen, während einer Zeitdauer, die geringer ist als eine vorbestimmte Berührungszeitdauer.
System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller den Wert der digitalen Signale um den Deltawert anpasst.
Verfahren zum Verbessern des dynamischen Bereichs eines Kapazitäts-Spannungs-Wandlers zur Verwendung mit einem Touchscreen, der einen oder mehrere Kapazitätssensoren aufweist, wobei das Verfahren umfasst: a. Bestimmen eines mittleren digitalen Ausgangs über eine Zeitspanne mit einem Controller, wobei der mittlere digitale Ausgang einem Sensor des Wandlers zugeordnet ist; und b. Anpassen eines Offsetwerts, der durch ein Offset-Eliminierungselement des Wandlers erzeugt worden ist, bis der digitale Ausgang des Wandlers gleich einem vorbestimmten Basislinienwert ist.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapazitäts-Offset-Eliminierungselement ein kapazitiver Digital-Analog-Wandler ist.
Verfahren nach Anspruch 30, weiter umfassend ein anfängliches Setzen des Offsetwerts auf Null.
Verfahren nach Anspruch 31, weiter umfassend ein schrittweises Erhöhen des Offsetwerts ausgehend von dem anfänglichen Nullwert, bis der digitale Ausgang gleich dem vorbestimmten Basislinienwert ist.
Verfahren nach Anspruch 30, weiter umfassend ein anfängliches Setzen des Offsetwerts auf einen maximalen Wert.
Verfahren nach Anspruch 33, weiter umfassend ein schrittweises Verringern des Offset-Werts ausgehend von dem anfänglichen maximalen Wert, bis der digitale Ausgang gleich dem vorbestimmten Basislinienwert ist.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen periodisch ausgeführt wird, ansprechend auf einen Befehl eines Benutzers und/oder beim Hochfahren des Tochscreens.
Verfahren nach Anspruch 29, weiter umfassend: a. Bestimmen eines zweiten mittleren digitalen Ausgangs über eine Zeitspanne mit einem zweiten Messelement, wobei der zweite mittlere digitale Ausgang einem zweiten Sensor des Wandlers zugeordnet ist; b. Anpassen eines zweiten Offsetwerts, der durch ein zweites Offset-Eliminierungselement des Wandlers erzeugt wird, bis der zweite digitale Ausgang des Wandlers gleich einem zweiten vorbestimmten Basislinienwert ist; und c. Erhalten einer differentiellen Messung zwischen dem ersten digitalen Ausgang, der um den ersten Offsetwert angepasst ist, und dem zweiten digitalen Ausgang, der um den zweiten Offsetwert angepasst ist.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Offset-Eliminierungselement hinreichend genau ist, so dass die Anpassung für einen Benutzer transparent ist.
Verfahren zum Verbessern des dynamischen Bereichs eines Kapazitäts-Spannungs-Wandlers zur Verwendung mit einem Touchscreen, der einen oder mehrere Kapazitätssensoren aufweist, wobei das Verfahren umfasst: a. Mitteln eines digitalen Ausgangs, der einem Sensor des Wandlers zugeordnet ist, um einen Basislinienwert zu bestimmen; b. Bestimmen eines Basislinien-Schwellenwerts; und c. dynamisches Anpassen eines Offsetwerts eines Offset-Eliminierungselements des Wandlers um einen Deltawert, wenn der Basislinienwert den Basislinien-Schwellenwert erreicht, so dass der Basislinienwert einen Abstand von dem Schwellenwert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Offset-Eliminierungselement ein kapazitiver Digital-Analog-Wandler ist.
Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Offsetwerts zur Folge hat, dass die Kapazität des kapazitiven Digital-Analog-Wandlers ansteigt oder abfällt.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Basislinien-Schwellenwert eine obere Schwelle des Wandlers ist und das dynamische Anpassen den Offsetwert um den Deltawert erhöht, so dass der Basislinienwert unter die obere Schwelle fällt.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Basislinien-Schwellenwert eine untere Schwelle ist und das dynamische Anpassen den Offsetwert um den Deltawert verringert, so dass der Basislinienwert über die untere Schwelle steigt.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitteln des digitalen Ausgangs eine Vernachlässigung der Werte des digitalen Ausgangs umfasst, wenn ein Berührungsereignis die Werte des digitalen Ausgangs veranlasst, anzusteigen und abzufallen, in einer Zeitspanne, die kleiner ist als eine vorbestimmte Berührungszeitspanne.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Basislinien-Schwellenwert auf der Grundlage einer oberen oder unteren Grenze eines Messelements des Wandlers bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 39, weiter umfassend: a. Mitteln eines zweiten digitalen Ausgangs, der einem zweiten Sensor des Wandlers zugeordnet ist, um einen zweiten Basislinienwert zu bestimmen; b. Bestimmen eines zweiten Basislinien-Schwellenerts; c. dynamisches Anpassen eines zweiten Offsetwerts eines zweiten Offset-Eliminierungselements des Wandlers um einen zweiten Deltawert, wenn der zweite Basislinienwert den zweiten Basislinien-Schwellenwert erreicht, so dass der zweite Basislinienwert einen Abstand von dem zweiten Schwellenwert aufweist; und d. Erhalten einer differentiellen Messung zwischen dem ersten digitalen Ausgang, der um den ersten Offsetwert angepasst ist, und dem zweiten digitalen Ausgang, der um den zweiten Offsetwert angepasst ist.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Offset-Eliminierungselement hinreichend genau ist, so dass die dynamische Anpassung für einen Benutzer transparent ist.