DE102011017251B4

DE102011017251B4 - Verwendung der Zufalls-Abtast-Technik zur Reduzierung von fingergekoppeltem Rauschen

Info

Publication number: DE102011017251B4
Application number: DE102011017251.3A
Authority: DE
Inventors: Ashutosh Ravindra Joharapurkar; Partick Chan; David L. Allen; Natarajan Viswanathan
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2031-04-16
Also published as: CN102236488A; TW201203066A; US20110261008A1; CN102236488B; US20160291797A1; TWI549039B; US9391607B2; DE102011017251B8; DE102011017251A1

Abstract

Verfahren zum Erfassen eines oder mehrerer Berührungsereignisse auf einem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät, umfassend:
Ausgestalten einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal mit dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät korrespondiert;
Abtasten eines jeden Kanals aus der Vielzahl von Kanälen entsprechend einem Randomisierungs-Algorithmus während eines ersten Abtastzyklus, wobei entsprechend dem Randomisierungs-Algorithmus jeder Abtastzyklus mit einem zufällig ausgewählten Kanal beginnt, wobei jeder aus der Vielzahl der Kanäle nach einer definierten Kanal-Zeitverzögerungsperiode abgetastet wird;
Abtasten, nach einer definierten ersten Zeitverzögerungsperiode zwischen dem ersten Abtastzyklus und einem zweiten Abtastzyklus, eines jeden Kanals aus der Vielzahl von Kanälen entsprechend einem Randomisierungs-Algorithmus während des zweiten Abtastzyklus, wobei entsprechend dem Randomisierungs-Algorithmus der zweite Abtastzyklus mit einem zufällig ausgewählten Kanal beginnt, wobei jeder aus der Vielzahl der Kanäle nach der definierten Kanal-Zeitverzögerungsperiode abgetastet wird, wobei die definierte erste Abtastzyklus-Zeitverzögerungsperiode größer ist als die definierte Kanal-Zeitverzögerungsperiode;
und Abtasten, nach einer definierten zweiten Abtastzyklus-Zeitverzögerungsperiode zwischen dem zweiten Abtastzyklus und einem dritten Abtastzyklus, eines jeden Kanals aus der Vielzahl von Kanälen entsprechend einem Randomisierungs-Algorithmus während des dritten Abtastzyklus, wobei entsprechend dem Randomisierungs-Algorithmus der dritte Abtastzyklus mit einem zufällig ausgewählten Kanal beginnt, wobei jeder aus der Vielzahl der Kanäle nach der definierten Kanal-Zeitverzögerungsperiode abgetastet wird, wobei die definierte zweite Abtastzyklus-Zeitverzögerungsperiode größer ist als die definierte Kanal-Zeitverzögerungsperiode, wobei die definierte zweite Abtastzyklus-Zeitverzögerungsperiode ebenso groß ist wie die definierte erste Abtastzyklus-Zeitverzögerungsperiode;
Abstimmen der abgetasteten Daten für jeden aus der Vielzahl der Kanäle, die während des ersten Abtastzyklus abgetastet wurden, mit denen, die während des zweiten Abtastzyklus und gegebenenfalls denen, die während des dritten Abtastzyklus für denselben Kanal abgetastet wurden;
für jeden Kanal Berechnen einer Kanalkapazität unter Verwendung von abgetasteten Daten wobei das Berechnen der Kanalkapazität für jeden Kanal das Mitteln der abgetasteten Daten für jeden Kanal über mehrere Zyklen umfasst; und
Bestimmen eines oder mehrerer Berührungsereignisse auf der Basis der Kanalkapazitäten, die für die Vielzahl von Kanälen berechnet worden sind;
wobei jeder Kanal aus der Vielzahl von Kanälen während des ersten, zweiten und gegebenenfalls dritten Abtastzyklus in einer bestimmten Reihenfolge abgetastet wird.

Description

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 Ser. No. 12/986,776 A1 mit dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zum Verbessern des dynamischen Bereichs eines Touchscreen-Controllers“, Anwaltsakte MAXIM-04400; US-Patentanmeldung Ser. No. 12/986,841 mit dem Titel „Ladungsübertragungsanordnung zum Wandeln von Kapazität in Spannung für Touchscreen-Controller“, Anwaltsakte MAXIM-04500; US-Patentanmeldung Ser. No. 12/986,991 mit dem Titel „Systemintegration von taktilem Feedback und Touchscreen-Controller zum Playout von Nahe-Null-Latenz-Haptik“, Anwaltsakte MAXIM-04700; US-Patentanmeldung Ser. No. 12/987,008 mit dem Titel „Rausch-Eliminierungstechnik für einen kapazitiven Touchscreen-Controller unter Verwendung der differentiellen Erfassung“, Anwaltsakte MAXIM-04600; und US-Patentanmeldung Ser. No. 12/986,905 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 von kapazitiven Sensorfeldern. Mehr im Einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Gebiet des Reduzierens oder Eliminierens von Fehlern im Ausgang von kapazitiven Sensorfeldern wie etwa Touchscreens.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei zahlreichen elektrischen Geräten werden Anzeigen vom Touchscreen-Typ verwendet. Ein Touchscreen ist eine Anzeige, die das Vorhandensein, die Position und den Druck einer Berührung innerhalb des Anzeigebereichs erfasst, im Allgemeinen durch einen Finger, eine Hand, einen Stift oder ein anderes Zeigegerät. Der Touchscreen ermöglicht einem Benutzer, mit dem Anzeigepanel unmittelbar zu interagieren, ohne dass irgendwelche zwischengeschalteten Geräte notwendig sind, anstatt indirekt über eine Maus oder ein Touchpad. Touchscreens können in Computer oder als Terminals für Netzzugangszwecke eingesetzt werden.
Touchscreens werden üblicherweise in Point-of-Sale-Systemen, Geldautomaten (automated teller machines, ATMs), Mobiltelefonen, Persönlichen digitialen Assistenten (Personal Digital Assistants, PDAs), tragbaren Spielkonsolen, satellitengestützten Navigationsgeräten und Informationsanwendungen angetroffen.
Es gibt eine Reihe von Typen von Touchscreen-Technologien. Ein kapazitives Touchscreen-Panel ist beschichtet, teilweise beschichtet oder gemustert mit einem Material, das einen kontinuierlichen elektrischen Strom über einen Sensor leitet. Der Sensor weist ein präzise gesteuertes Feld von gespeicherten Elektronen in horizontalen und vertikalen Achsen auf, um eine Kapazität zu erzielen. Der menschliche Körper ist ebenfalls ein elektrisches Gerät, das gespeicherte Elektronen aufweist und daher eine Kapazität besitzt. Wenn eine Bezugskapazität des Sensors durch ein anderes Kapazitätsfeld, etwa einen Finger, verändert wird, messen elektrische Schaltkreise, die an jeder Ecke des Panels angeordnet sind, die daraus resultierende Verzerrung in der Referenzkapazität. Die gemessene Information, die sich auf das Berührungsereignis bezieht, wird an die Steuerung zur mathematischen Verarbeitung geschickt. Kapazitive Sensoren können entweder mit einem bloßen Finger oder mit einem leitfähigen Gerät, das von einer bloßen Hand gehalten ist, berührt werden. Kapazitive Sensoren arbeiten auch basiert auf Nähe und müssen nicht unmittelbar berührt werden, um ausgelöst zu werden. In den meisten Fällen tritt kein direkter Kontakt zu einer leitenden Metalloberfläche auf, und der leitende Sensor ist von dem Körper des Benutzers durch eine isolierende Glas- oder Kunststoffschicht getrennt. Geräte mit kapazitiven Tasten, die zur Berührung durch einen Finger gedacht sind, können häufig ausgelöst werden, indem die Handfläche nahe der Oberfläche ohne eine Berührung schnell vorbeibewegt wird.
Ein kapazitiver Touchscreen ist aus einem Feld von Berührungs- oder Touchsensoren aufgebaut, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Ein Kanal kann sich entweder auf einen einzelnen Sensor, einen Zeilensensor oder einen Spaltensensor beziehen. In einer typischen Anwendung eines kapazitiven Touchscreens wird die Kapazität eines jeden Kanals der Reihe nach gemessen, um ein Profil der Kapazitätsveränderung in dem kapazitiven Touchscreen zu erzeugen. Dieses Kapazitätsprofil kann verwendet werden, um das Vorhandensein eines Berührungsereignisses zu erfassen und um die Position der Berührungskoordinaten zu melden. Typischerweise wird die Abtastung für jeden einzelnen Kanal in einem festen Intervall ausgeführt. Dies kann allerdings zu Überlagerungsfrequenzen führen, die die gleichen sind wie bestimmte Rausch- oder Störfrequenzen.
Fingergekoppeltes Rauschen bzw. Störungen ist das Rauschen bzw. die Störungen, das/die durch einen Finger oder einen leitenden Stift an einen oder mehrere Touchsensoren eingekoppelt wird/werden, wenn der Benutzer einen kapazitiven Touchscreen berührt. Nur die Touchsensoren unterhalb des Fingers werden durch das fingergekoppelte Rauschen beeinflusst. Der menschliche Körper wirkt als eine Antenne, die Umgebungsrauschen aufnehmen kann, wie etwa Rauschen, das von umgebenden kompakten Fluoreszenzlampen erzeugt wird, und das anschließend an die Touchsensoren weitergegeben wird, wenn diese berührt werden. Der menschliche Körper ist auch zur Erde geerdet, wobei es sich um ein anderes Erdpotential im Unterschied zu dem Geräte-Erdpotential des kapazitiven Touchscreens handeln kann. Mit zwei unterschiedlichen Erdpotentialen wird auch ein Erdrauschen zu dem Gesamtsystem hinzugeben. Das fingergekoppelte Rauschen kann eine beliebige Frequenz aufweisen, im Bereich von nahe an Gleichstrom bis zu Hunderten von Kilohertz (kHz), mit einer Amplitude von bis zu einigen Volt Spitze-Spitze. Wenn der Rauschpegel an einer speziellen Frequenz hoch genug ist, kann er den kapazitiven Touchscreen-Controller dazu veranlassen, eine Berührung zu melden, wenn tatsächlich keine Berührung existiert, was als eine fehlerhafte Berührung bezeichnet wird.
Die Druckschrift US 2006/0221061 A1 betrifft einen Touchsensor mit zufälligen Pulsabständen. Konstante Pulsabstände könnten zu fehlerhaften Berührungsdetektionen führen. Hingegen könne bei nicht-periodischen Pulsabständen eine solche unerwünschte Beeinflussung des Touchsensors vermieden werden.
Die Druckschrift US 2008/0158180 A1 betrifft die Rauschunterdrückung durch Verwendung unterschiedlicher Frequenzen für ein Stimulationssignal einer bestimmten Antriebsleitung.
Die Druckschrift US 2008/0061139 A1 betrifft zwar individuell adressierbare Touchpixel, die nach einem Zufallsprinzip abgetastet werden können. Jedoch lehrt die US 2008/0061139 A1 das Abtasten nach dem Zufallsprinzip, um die Flexibilität der Integration von Touchsensoren und Anzeigevorrichtung während des Displayupdates zu erhöhen.
Die Druckschriften US 2006/0221061 A1 , US 2008/0158180 A1 oder US 2008/0061139 A1 lehren einen Randomisierungs-Algorithmus, bei dem jeder Abtastzyklus jeweils mit demselben Kanal beginnt. Dies kann zu einer Ungenauigkeit der Abtastung führen.
Die Druckschrift US 2008/0062139 A1 lehrt individuell adressierbare Touchpixel, die in einem Zufallsabtastmodus statt lediglich Zeile-für-Zeile abgetastet werden können. Dadurch kann die parasitische Kapazität reduziert und die Flexibilität beim Verschachteln von Berührungserfassung und Displayaktualisierung erhöht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die angegebenen Nachteile zu beheben.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
Random-Sampling-Techniken oder Zufalls-Abtast-Techniken umfassen Techniken zum Reduzieren oder Eliminieren von Fehlern im Ausgang von kapazitiven Sensorfeldern wie etwa Touchpanels. Die Kanäle des Touchpanels werden periodisch abgetastet, um das Vorhandensein von einem oder mehreren Berührungsereignissen zu bestimmen. Jeder Kanal wird individuell reihum abgetastet. Während jeder Reihum-Abfolge werden sämtliche Kanäle einmal abgetastet. Auf diese Weise wird jede Reihum-Abfolge als ein Abtastzyklus bezeichnet. Mehrere Abtastzyklen werden ausgeführt, so dass jeder Kanal mehrmals abgetastet wird. In manchen Ausführungsformen wird eine Kanalkapazität für jeden Kanal bestimmt, indem die abgetasteten Werte für den Kanal über eine vorbestimmte Anzahl von Abtastzyklen gemittelt werden. In anderen Ausführungsformen werden andere Maßnahmen als das Mitteln eingesetzt, um die Kanalkapazität zu berechnen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf das Berechnen eines durchschnittlichen oder eines gewichteten Mittelwerts. Eine Zufalls-Abtast-Technik wird zum Abtasten eines jedes Kanals verwendet. Mehrere unterschiedliche Randomisierungstechniken können eingesetzt werden. Eine Zufalls-Abtast-Technik randomisiert einen Startkanal in jedem Abtastzyklus. Bei einer anderen Zufalls-Abtast-Technik wird die Auswahl von allen Kanälen in jedem Abtastzyklus randomisiert. Bei noch einer anderen Zufalls-Abtast-Technik wird die Abtastzyklus-Verzögerungsperiode zwischen jedem Abtastzyklus randomisiert. Bei noch einer weiteren Zufalls-Abtast-Technik wird die Kanal-Verzögerungsperiode zwischen dem Abtasten eines jeden Kanals randomisiert.
Unter einem Aspekt wird ein Verfahren zum Erfassen eines oder mehrerer Berührungsereignisse auf einem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät offenbart. Das Verfahren umfasst das Konfigurieren einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät entspricht; Abtasten eines jeden Kanals aus der Vielzahl von Kanälen entsprechend einem Randomisierungs-Algorithmus; für jeden Kanal, Berechnen einer Kanalkapazität unter Verwendung von abgetasteten Daten; und Bestimmen eines oder mehrerer Berührungsereignisse aus den Kanalkapazitäten, die für die Vielzahl von Kanälen berechnet worden sind. In manchen Ausführungsformen umfasst der Randomisierungs-Algorithmus das Ausführen von mehreren Abtastzyklen, wobei jeder Abtastzyklus das Abtasten eines jeden Kanals aus der Vielzahl von Kanälen umfasst.
Unter einem anderen Aspekt wird ein anderes Verfahren zum Erfassen von einem oder mehreren Berührungsereignissen auf einem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät offenbart. Das Verfahren umfasst das Konfigurieren einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät entspricht; Abtasten eines jeden Kanals aus der Vielzahl von Kanälen entsprechend einem Randomisierungs-Algorithmus, so dass jeder Kanal abgetastet wird, wobei das Abtasten eines jeden Kanals das Messen einer Kapazität eines jeden Kanals umfasst; Ausführen mehrerer Abtastzyklen, wobei ein Abtastzyklus das einmalige Abtasten eines jeden Kanals aus der Vielzahl von Kanälen umfasst; für jeden Kanal, Berechnen einer Kanalkapazität unter Verwendung der gemessenen Kapazitäten von den mehrfachen Abtastzyklen für den Kanal; und Bestimmen eines oder mehrerer Berührungsereignisse aus den Kanalkapazitäten, die für die Vielzahl von Kanälen berechnet worden sind.
Der Randomisierungs-Algorithmus umfasst das Starten eines jeden Abtastzyklus mit einem zufällig ausgewählten Kanal. Jeder Kanal aus der Vielzahl von Kanälen wird in einer vorbestimmten Reihenfolge abgetastet, wobei jeder Abtastzyklus mit dem zufällig ausgewählten Kanal beginnt und das Abtasten für einen verbleibenden Teil des Abtastzyklus in der Reihenfolge weitergeht. Der Randomisierungs-Algorithmus umfasst weiterhin ein zufälliges Auswählen eines jeden Kanals innerhalb des Abtastzyklus. Zwischen jedem Abtastzyklus ist eine Abtastzyklus-Verzögerungsperiode enthalten, wobei ferner der Randomisierungs-Algorithmus ein zufälliges Verändern der Abtastzyklus-Verzögerungsperiode zwischen jedem Abtastzyklus umfasst. Zwischen jeder Kanalabtastung ist eine Kanal-Verzögerungsperiode enthalten, wobei ferner der Randomisierungs-Algorithmus ein zufälliges Verändern der Kanal-Verzögerungsperiode umfasst. In manchen Ausführungsformen umfasst die Vielzahl von Kanälen N Kanäle, und der Randomisierungs-Algorithmus umfasst ein zufälliges Erzeugen der Kanal-Verzögerungsperiode alle M Kanalabtastungen, so dass eine gleiche Kanal-Verzögerungsperiode für jede von M Kanalabtastungen angewendet wird, bevor eine neue Kanal-Verzögerungsperiode zufällig erzeugt und auf die nächsten M Kanalabtastungen angewendet wird. In manchen Ausführungsformen ist M kleiner als N. In anderen Ausführungsformen ist M größer als N. In manchen Ausführungsformen ist Rauschen über einen Frequenzgang der abgetasteten Kanäle verteilt. In manchen Ausführungsformen ist Rauschen über mehrere Kanäle aus der Vielzahl von Kanälen verteilt. In manchen Ausführungsformen umfasst das Berechnen der Kanalkapazität für jeden Kanal das Mitteln der gemessenen Kapazitäten von den mehrfachen Abtastzyklen für den Kanal. In manchen Ausführungsformen umfasst jeder Kanal entweder einen Zeilensensor in dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät, oder einen Spaltensensor in dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät.
Unter noch einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Erfassen eines oder mehrerer Berührungsereignisse auf einem Touchpanel offenbart. Die Vorrichtung umfasst ein kapazitives berührungsempfindliches Gerät mit einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal einen Touchsensor umfasst; einen Prozessor, der konfiguriert ist, um einen Randomisierungs-Algorithmus zu implementieren; und eine Messschaltung, die mit dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät und dem Prozessor gekoppelt ist, wobei die Messschaltung konfiguriert ist, um jeden Kanal aus der Vielzahl von Kanälen entsprechend dem Randomisierungs-Algorithmus abzutasten, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um abgetastete Daten von der Messschaltung zu erhalten, um eine Kanalkapazität für jeden Kanal unter Verwendung der erhaltenen abgetasteten Daten zu berechnen, und um ein oder mehrere Berührungsereignisse von den Kanalkapazitäten zu bestimmen, die für die Vielzahl von Kanälen berechnet worden sind.
In manchen Ausführungsformen umfasst der Randomisierungs-Algorithmus das Ausführen von mehrfachen Abtastzyklen, wobei jeder Abtastzyklus das Abtasten eines jeden Kanals aus der Vielzahl von Kanälen umfasst. Der Randomisierungs-Algorithmus umfasst weiterhin das Starten eines jeden Abtastzyklus mit einem zufällig ausgewählten Kanal. Der Prozessor und die Messschaltung sind so konfiguriert, dass jeder Kanal aus der Vielzahl von Kanälen in einer vorbestimmten Reihenfolge abgetastet wird, wobei jeder Abtastzyklus mit dem zufällig ausgewählten Kanal beginnt und die Abtastung für einen verbleibenden Teil des Abtastzyklus in der Reihenfolge fortschreitet. Der Randomisierungs-Algorithmus umfasst weiterhin das zufällige Auswählen eines jeden Kanals innerhalb des Abtastzyklus. Eine Abtastzyklus-Verzögerungsperiode ist zwischen jedem Abtastzyklus enthalten, wobei weiterhin der Randomisierungs-Algorithmus ein zufälliges Verändern der Abtastzyklus-Verzögerungsperiode zwischen jedem Abtastzyklus umfasst. Eine Kanal-Verzögerungsperiode ist zwischen jeder Kanalabtastung enthalten, wobei weiterhin der Randomisierungs-Algorithmus ein zufälliges Verändern der Kanal-Verzögerungsperiode umfasst. In manchen Ausführungsformen umfasst die Vielzahl von Kanälen N Kanäle, und der Randomisierungs-Algorithmus umfasst ein zufälliges Erzeugen der Kanal-Verzögerungsperiode alle M Kanalabtastungen, so dass eine gleiche Kanal-Verzögerungsperiode für alle M Kanalabtastungen angewendet wird, bevor eine neue Kanal-Verzögerungsperiode zufällig erzeugt wird und auf eine nächste Anzahl von M Kanalabtastungen angewendet wird. In manchen Ausführungsformen ist M kleiner als N. In anderen Ausführungsformen ist M größer als N. Der Prozessor ist konfiguriert, um die Kanalkapazität für jeden Kanal zu berechnen, durch Mitteln der gemessenen Kapazitäten ausgehend von den mehrfachen Abtastzyklen für den Kanal. In manchen Ausführungsformen umfasst jeder Kanal entweder einen Zeilensensor in dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät, oder einen Spaltensensor in dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät. In manchen Ausführungsformen umfasst das kapazitive berührungsempfindliche Gerät ein zweidimensionales Touchpanel. In manchen Ausführungsformen umfasst das kapazitive berührungsempfindliche Gerät einen eindimensionalen virtuellen Schieber.
Unter einem weiteren Aspekt wird eine andere Vorrichtung zum Erfassen von einem oder mehreren Berührungsereignissen auf einem Touchpanel offenbart. Die Vorrichtung enthält ein kapazitives berührungsempfindliches Gerät mit einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal einen Tauchsensor umfasst; einen Prozessor, konfiguriert, um einen Randomisierungs-Algorithmus zu implementieren; und eine Messschaltung, die mit dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät und mit dem Prozessor gekoppelt ist, wobei die Messschaltung konfiguriert ist, um jeden Kanal in der Vielzahl von Kanälen entsprechend dem Randomisierungs-Algorithmus abzutasten, so dass jeder Kanal abgetastet wird, wobei das Abtasten eines jeden Kanals das Messen einer Kapazität eines jeden Kanals umfasst, und wobei mehrere Abtastzyklen ausgeführt werden, wobei ein Abtastzyklus das einmalige Abtasten eines jeden Kanals aus der Vielzahl von Kanälen umfasst, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um gemessene Kapazitätsdaten von den mehrfachen Abtastzyklen zu erhalten, um eine Kanalkapazität für jeden Kanal zu berechnen, unter Verwendung der erhaltenen gemessenen Kapazitätsdaten, und um ein oder mehrere Berührungsereignisse ausgehend von den für die Vielzahl von Kanälen berechneten Kanalkapazitäten zu bestimmen.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Beschreibung enthalten 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 erläutern, aber nicht, die Erfindung auf die beschriebenen Beispiele zu beschränken.

1 erläutert ein Blockschaltbild einer beispielhaften Anwendung unter Verwendung der Zufalls-Abtasttechniken.
2 erläutert ein beispielhaftes Tauchpanel, das als kapazitives Touch-Interface verwendet wird.
3 erläutert eine Nicht-Zufalls-Abtasttechnik zum Abtasten der Kanäle eines Touchpanels.
4 erläutert einen beispielhaften Frequenzgang unter Verwendung der Nicht-Zufalls-Abtasttechnik.
5 erläutert eine erste Zufalls-Abtasttechnik zum Abtasten der Kanäle eines Touchpanels.
6 erläutert einen beispielhaften Frequenzgang unter Verwendung der Nicht-Zufalls-Abtasttechnik.
7 erläutert einen mit 6 vergleichbaren Frequenzgang mit dem Unterschied, dass die erste Zufalls-Abtasttechnik verwendet wird.
8 erläutert eine zweite Zufalls-Abtasttechnik zum Abtasten der Kanäle eines Touchpanels.
9 erläutert eine dritte Zufalls-Abtasttechnik zum Abtasten der Kanäle eines Touchpanels.
10 erläutert eine vierte Zufalls-Abtasttechnik zum Abtasten der Kanäle eines Touchpanels.
11 erläutert einen beispielhaften Frequenzgang unter Verwendung der Nicht-Zufalls-Abtasttechnik.
12 erläutert einen mit 11 vergleichbaren Frequenzgang mit dem Unterschied, dass die dritte oder vierte Zufalls-Abtasttechnik verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf Zufalls-Abtasttechniken (Random-Sampling-Techniken) gerichtet, um Rauschen oder Störungen in einem kapazitiven Touchscreen zu reduzieren. Ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet erkennt, dass die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung lediglich Erläuterungszwecken dient und in keiner Weise beschränkend sein soll. Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für einen Fachmann auf der Grundlage der vorliegenden Beschreibung ohne weiteres deutlich.
Es wird nun im Einzelnen auf Implementierungen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wie sie in den beigefügten Zeichnungen erläutert sind. Gleiche Bezugszeichen werden in den Zeichnungen und in der folgenden detaillierten Beschreibung verwendet, um die gleichen oder ähnliche Teile zu bezeichnen. Im Interesse der Klarheit werden nicht sämtliche Routinemaßnahmen der hier beschriebenen Implementierungen gezeigt und beschrieben. Es wird selbstverständlich darauf verwiesen, dass bei der Entwicklung einer jeglichen derartigen Implementierung zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um bestimmte Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie etwa die Anpassung an anwendungs- und geschäftsbezogene Randbedingungen, und dass diese bestimmten Ziele von einer Implementierung zur anderen und von einem Entwickler zum anderen unterschiedlich sein werden. Darüber hinaus wird darauf verwiesen, dass eine solche Entwicklungsbemühung komplex und zeitaufwendig sein kann, dass sie aber dennoch eine Routinearbeit im Bereich des Engineering für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist, der die vorliegende Beschreibung kennt.
Obwohl die Zufalls-Abtasttechniken in Verbindung mit den nachfolgend beschriebenen Ausführungen erläutert werden, versteht es sich, dass sie nicht gedacht sind, die Vorgehensweisen und Systeme dieser Ausführungsformen und Beispiele zu beschränken. Im Gegenteil sollen die Zufalls-Abtasttechniken Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, die innerhalb des Entwurfs und Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist. Darüber hinaus werden in der folgenden detaillierten Beschreibung zahlreiche spezielle Details dargelegt, um die Verfahren und Systeme weiter zu erläutern. Für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet wird allerdings klar sein, dass die Verfahren und Systeme auch ohne diese speziellen Details ausführbar sind.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können manche der Komponenten, Verfahrensschritte und/oder Datenstrukturen implementiert werden, indem unterschiedliche Arten von Verarbeitungssystemen verwendet werden, einschließlich Hardware, Software oder eine beliebige Kombination davon. Weiterhin wird ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet erkennen, dass Geräte einer weniger allgemeinen Art ihres Zwecks, wie etwa fest verdrahtete Geräte, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) oder Ähnliches verwendet werden können, ohne den Entwurf und Umfang der erfindungsgemäßen Konzepte zu verlassen, die vorliegend offenbart sind.
Zufalls-Abtasttechniken enthalten Techniken zum Reduzieren oder Eliminieren von Fehlern in der Ausgabe von kapazitiven Sensorfeldern wie etwa Touchpads, Touchscreens, Touch-Schiebern und Ähnliches, einschließlich Touchsensoren, die die Anwesenheit und Position eines Stifts erfassen, und auch solche, die die Position eines Fingers erfassen und bestimmen. Wie hier verwendet, bedeutet eine Bezugnahme auf einen Finger, eine Berührung, ein Berührungsereignis oder Ähnliches eine Bezugnahme auf einen Benutzer, der einen Kontakt oder nahezu einen Kontakt herstellt, je nach Anwendung, mit dem Touchscreen oder Touchpanel mittels des Fingers des Benutzers oder einem leitenden Gerät, das der Benutzer hält, wie etwa eines leitenden Stifts. Die Zufalls-Abtasttechniken beschreiben ein Mittel zum Extrahieren eines auf ein Berührungsereignis bezogenen Signals in der Anwesenheit von Fremdsignalen. Insbesondere beschreiben die Zufalls-Abtasttechniken Verfahren zum Verteilen oder Reduzieren jeglichen Rauschens oder von Störungen, wie etwa von fingergekoppeltem Rauschen, das an einer dominanten Frequenz vorhanden ist, auf einen Pegel, der keine fehlerhafte Berührung zur Folge hat. Die Zufalls-Abtasttechniken randomisieren das Intervall, in dem jeder Sensorkanal abgetastet wird. In manchen Ausführungsformen wird die Randomisierung dadurch erzielt, dass die Abtastreihenfolge der Kanäle randomisiert wird. In anderen Ausführungsformen wird die Randomisierung dadurch erzielt, dass eine zufällige Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Kanalabtastungen eingefügt wird. Während die hier beschriebene erläuternde Ausführungsform auf ein Mobiltelefon bezogen ist, versteht es sich, dass kapazitive Touchsensoren in einer breiten Vielfalt von Geräten verwendet werden. Beispiele für solche Geräte umfassen, sind allerdings nicht begrenzt auf, tragbare Geräte wie etwa persönliche digitale Assistenten (PDAs), Empfänger für globale Positionierungssysteme (GPS), und auch größere Geräte wie durch Touchscreen aktivierte Anzeigen und Computersysteme und andere Anwendungen.
1 erläutert ein Blockschaltbild einer beispielhaften Anwendung unter Verwendung der Zufalls-Abtasttechniken. Ein Mobiltelefon 10 umfasst einen Mikroprozessor 14, der mit eifern Speicher 15 gekoppelt ist, der Programmanweisungen zur Ausführung durch den Mikroprozessor 14 speichert, und enthält im Allgemeinen einen nicht flüchtigen Speicher für derartige Programmanweisungen und auch einen zeitweiligen Speicher zur Verwendung durch den Mikroprozessor 14 . Die Programmanweisungen, die in dem Speicher 15 gespeichert sind, umfassen Programmanweisungen, die Computerprogrammprodukte gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bilden, die die Position von einem oder mehreren Fingern und/oder Stiften an der Oberfläche eines Touchsensorfeldes bestimmen, das in einem integrierten Flüssigkristallanzeigen(LCD)-/Touchpad 12 enthalten ist. Das LCD/Touchpad 12 ist mit einer Touchpadschaltung 20 gekoppelt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die Fähigkeit des Messens der Kapazität der berührungsempfindlichen Kanäle des Touchpads innerhalb des LCD/Touchpads 12 umfasst. Das Mobiltelefon 10 enthält ferner eine Anzeigesteuerung 16 zum Koppeln des Mikroprozessors 14 mit dem LCD innerhalb des integrierten LCD/Touchpads 12 sowie Radioschaltungen 18 zum Bereitstellen von drahtlosen Telefonverbindungen. Das Mobiltelefon 10 enthält ferner einen Audio-Kodierer/Dekodierer 17, der mit einem Mikrofon 13 und einem Lautsprecherelement 11 gekoppelt ist, die für Sprachverbindungen mit einem Benutzer sorgen.
Jeder Touchsensor in dem Touchpad misst eine Veränderung in der Kapazität. Die Touchpadschaltung 20 wandelt die erfasste Kapazitätsveränderung in eine Spannung um. Störungen oder Rauschen, das in dem System vorhanden ist, können die Veränderung in der Kapazität ändern, die durch die kapazitiven Touchsensoren wahrgenommen wird, und sie dadurch von einem realen Berührungsereignis ununterscheidbar machen. Fingergekoppeltes Rauschen oder Störungen können die Touchpad-Schaltung 20 dazu veranlassen, fehlerhafte Berührungen zu melden.
2 erläutert ein beispielhaftes Feld von kapazitiven Touchsensoren, auf die gemeinsam als ein Touchpanel Bezug genommen wird, das als ein kapazitives Touch-Interface verwendet wird. Die Touchsensoren sind in Zeilen und Spalten konfiguriert. Die weißen Rauten sind die Zeilen-Touchsensoren, und die schwarzen Rauten sind die Spalten-Touchsensoren. Alle weißen Rauten in einer gegebenen Zeile, beispielsweise die 15 weißen Rauten in Zeile 1, sind über Brücken in Reihe geschaltet, um einen einzelnen Zeilensensor zu bilden. In ähnlicher Weise sind alle schwarzen Rauten in einer gegebenen Spalte in Reihe geschaltet, um einen einzelnen Spaltensensor zu bilden. In der beispielhaften Anordnung nach 2 umfasst das Tauchpanel 8 Zeilensensoren und 14 Spaltensensoren. Wie hier verwendet, bezieht sich ein Kanal auf einen einzelnen Tauchsensor, einen Zeilensensor oder einen Spaltensensor. Unter Bezugnahme auf das Tauchpanel nach 2 wird auf jeden Zeilensensor und jeden Spaltensensor als Kanäle Bezug genommen. In diesem beispielhaften Fall mit 8 Zeilensensoren und 14 Spaltensensoren sind insgesamt 22 Kanäle vorhanden.
Wenn sich ein Finger oder ein leitender Stift dem Touchpanel nähert, ändert sich in dem Bereich, in dem das Touchpanel berührt wird, die Kanalkapazität, oder im Falle der zweidimensionalen Anordnung von Touchsensoren in 2, ändert sich die Kapazität eines Zeilensensors und eines Spaltensensors. Eine analoge Front-End(AFE)-Schaltung wandelt die von einem Kanal erfasste Kapazität in eine proportionale Spannung um. In manchen Ausführungsformen sind die Touchpad-Schaltung 20 und die AFE-Schaltungen als Kapazitätsmessschaltungen konfiguriert. In anderen Ausführungsformen ist die AFE-Schaltung alternativ konfiguriert, so dass die differentielle Erfassungsanordnung verwendet werden kann. Die AFE gibt die umgewandelte Spannung an einen Analog-Digital-Wandler (ADC) aus, der die Spannung in eine digitale Code-Darstellung umwandelt. Die Rauschquellen können den Ausgang des AFE verändern. In Abwesenheit von einfallendem Rauschen veranlasst eine normale Berührung den Ausgang des ADC dazu, um einige wenige Hundert Codes verändert zu werden. In Anwesenheit von einfallendem Rauschen kann allerdings auch ein nicht berührter Sensor den ADC-Ausgang dazu veranlassen, um einige wenige Hundert Codes verändert zu werden. In diesem Fall kann die Touchpad-Schaltung 20 nicht zwischen einer tatsächlichen Berührung und einer fehlenden Berührung mit eingekoppeltem Rauschen unterscheiden. Eine beliebige herkömmliche Berührungserfassungsschaltung kann verwendet werden, um die Kapazität und Kapazitätsveränderungen eines jeden Kanals zu messen und zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Kapazität und Kapazitätsveränderungen gemessen und bestimmt, unter Verwendung der Erfassungsschaltungen und -verfahren, die in der parallel anhängigen US-Patentanmeldung US 2011/261,006 A1 mit dem Titel „Ladungsübertragungsanordnung zum Umwandeln von Kapazität in Spannung für Touchscreen-Controller“, Anwaltsakte Nr. MAXIM-04500, beschrieben sind.
Die Kanäle des Touchpanels werden periodisch abgetastet, um die Anwesenheit von einem oder mehreren Berührungsereignissen zu bestimmen. Es werden nicht sämtliche Kanäle fortlaufend und simultan abgetastet, um die Anforderungen an Leistung oder Strombedarf und Verarbeitung zu minimieren. Stattdessen wird jeder Kanal individuell nach Art eines Reihum-Durchlaufs abgetastet. Während jedes Durchlaufs werden alle Kanäle einmal abgetastet. Auf diese Weise wird jeder Durchlauf als Abtastzyklus bezeichnet. Mehrere Abtastzyklen werden ausgeführt, so dass jeder Kanal mehrfach abgetastet wird. Eine Kanalkapazität wird für jeden Kanal bestimmt, indem die abgetasteten Werte für den Kanal über eine vorbestimmte Anzahl von Abtastzyklen gemittelt werden. Die Kanalkapazität wird durch Mitteln berechnet, um den Einfluss von Rauschen zu reduzieren.
3 erläutert eine Nicht-Zufalls-Abtasttechnik zum Abtasten der Kanäle eines Touchpanels. Es sind eine Anzahl von N Kanälen vorhanden, beispielsweise 22 Kanäle wie in dem Touchpanel nach 2, welches 14 Spalten und 8 Zeilen aufweist. Die Kanäle werden der Reihe nach abgetastet, beginnend mit Kanal I und endend mit Kanal N, wobei der abgetastete Kanal 1 als S1 bezeichnet ist, der abgetastete Kanal 2 als S2 bezeichnet ist, der abgetastete Kanal 3 als S3 bezeichnet ist und so weiter, bis zum abgetasteten Kanal N, der mit SN bezeichnet ist. Es besteht eine Kanal-Verzögerungsperiode T zwischen dem Abtasten eines jeden Kanals. Jeder Durchlauf oder Abtastzyklus wird um eine Abtastzyklus-Verzögerungsperiode TD verzögert. Die Kapazität eines jeden Kanals wird periodisch bestimmt, indem die abgetasteten Werte für jeden einzelnen Kanal über eine Anzahl K von Abtastperioden gemittelt werden. Beispielsweise wird die Kanalkapazität für Kanal 1 berechnet, indem der abgetastete Wert S1 von Abtastzyklus 1 (Durchlauf 1) verwendet wird, der Abtastwert S1 von Abtastzyklus 2 (Durchlauf 2), und so weiter, für jeden Abtastwert S1 von den verbleibenden Abtastzyklen bis zu Abtastzyklus K (Durchlauf K). Die tatsächlichen Werte, die in dieser Berechnung verwendet werden, sind umgewandelte Spannungen, Codes oder andere Darstellungen der ursprünglichen Daten, die von dem abgetasteten Kanal erfasst worden sind.
In dieser Nicht-Zufalls-Abtasttechnik wird jeder Kanal entsprechend einer feststehenden Zeitperiode abgetastet, die durch (N - 1)·T + TD festgelegt ist. Diese konstante Abtastperiode bildet Überlagerungs- oder Schlagfrequenzen. Der Frequenzgang, der dem Abtasten des Touchpanels unter Verwendung der Nicht-Zufalls-Abtasttechnik zugeordnet ist, zeigt Spitzen an den Schlagfrequenzen. Eine Berührungserfassung ist einem Rauschen bzw. Störungen an den Schlagfrequenzen unterworfen, da ein Abtasten des Berührungsereignisses bei den gleichen Schlagfrequenzen durchgeführt wird. 4 erläutert eine beispielhafte Frequenzantwort, die einem Berührungsereignis entspricht, unter Verwendung der Nicht-Zufalls-Abtasttechnik. Die Spitzen in dem Frequenzgang, der in 4 dargestellt ist, zeigen die Auswirkungen der Schlagfrequenzen. Das Vornehmen einer Mittelung reduziert typischerweise das Rauschen um einen Faktor der Quadratwurzel der Anzahl von Mittelungen. Wenn allerdings eine feste Frequenzbeziehung zwischen dem Rauschen und der Abtastperiode besteht, reduziert das Mitteln das Rauschen nicht. Wenn das Rauschen die gleiche Frequenz wie die Schlagfrequenz aufweist, dann beeinflusst das Mitteln der erfassten Werte über K Abtastzyklen die Rauschspitzen nicht, da jede Abtastung das gleiche Rauschen aufweist. Das gleiche Rauschen wird erneut und erneut abgetastet, da das Rauschen und die Abtastrate die gleiche Frequenz aufweisen.
Die Rauschspitzen, die in der Nicht-Zufalls-Abtasttechnik erkennbar sind, können durch Randomisieren des Zeitintervalls, an dem die Abtastungen für jeden Kanal vorgenommen werden, abgemildert werden. Anstelle bei Schlagfrequenzen abzutasten, die zu einem systematischen Rauschen führen, wird das Abtasten randomisiert, so dass das Vornehmen von Mittelungen dazu führt, dass das Rauschen über mehrere Frequenzen verteilt wird. Das Endergebnis unter Verwendung der Randomisierung besteht darin, dass selbst dann, wenn Rauschen bei einer bestimmten Frequenz oder einem bestimmten Frequenzbereich vorhanden ist, das Rauschen über andere Frequenzen verteilt wird, so dass das Spitzenrauschen reduziert wird. Wenn die Nicht-Zufalls-Abtasttechnik verwendet wird, wird dann, wenn ein Spitzenrauschen bei einer bestimmten Frequenz vorhanden ist, die die gleiche Frequenz wie eine Schlagfrequenz oder ein Vielfaches davon ist, das Spitzenrauschen durch die Vornahme einer Mittelung nicht reduziert. Die Zufalls-Abtasttechniken führen dagegen zu einem reduzierten Spitzenrauschen. Mehrere unterschiedliche Randomisierungs-Techniken können eingesetzt werden.
5 erläutert eine erste Zufalls-Abtasttechnik zum Abtasten der Kanäle eines Touchpanels. Die erste Zufalls-Abtasttechnik randomisiert einen Startkanal in jedem Abtastzyklus. Mit anderen Worten wird jeder Abtastzyklus mit einem zufälligen Kanal gestartet. In manchen Ausführungsformen wird ein Zufallszahlengenerator verwendet, um die Nummer des Startkanals für jeden Abtastzyklus zu erzeugen. Alternativ kann irgendein herkömmliches Verfahren zum Erzeugen einer zufälligen Startzahl verwendet werden. Alle N Kanäle werden der Reihe nach abgetastet, beginnend mit dem zufällig ausgewählten Startkanal. Innerhalb eines jeden Abtastzyklus geht die Abtastreihenfolge schleifenartig zurück zu Kanal 1, nach dem Abtasten von Kanal N, um sämtliche Kanäle während des Abtastzyklus abzutasten. Wie in der beispielhaften Reihenfolge nach 5 dargestellt ist, beginnt der erste Abtastzyklus (Durchlauf 1) mit dem zufällig ausgewählten Kanal 5, gefolgt von Kanal 6 und so weiter, bis Kanal N, gefolgt von Kanal 1, dann Kanal 2 und so weiter, bis der erste Abtastzyklus mit Kanal 4 endet. Das Abtasten eines jeden Kanals wird um die Kanal-Verzögerungsperiode T verzögert. Jeder Abtastzyklus wird um die Abtastzyklus-Verzögerungsperiode TD verzögert. Der zweite Abtastzyklus (Durchlauf 2) beginnt mit dem zufällig ausgewählten Kanal N, gefolgt von Kanal 1 und so weiter, bis der zweite Abtastzyklus mit Kanal N - 1 endet. Der letzte Abtastzyklus K (Durchlauf K) beginnt mit dem zufällig ausgewählten Kanal 11, gefolgt von Kanal 12 und so weiter, bis der letzte Abtastzyklus mit Kanal 10 endet. Die Kapazität, oder ein repräsentativer Wert dafür, eines jeden Kanals wird periodisch durch Mitteln der abgetasteten Werte für einen jeden Kanal über die K Abtastzyklen bestimmt. Da die Kanäle nicht in der gleichen absoluten Reihenfolge von einem Schaltzyklus zum nächsten abgetastet werden, muss der Prozessor die Abtastreihenfolge neu einrichten, um die Mittelwertberechnung auszuführen. Zum Beispiel kann Kanal 1 der erste Kanal sein, der in einem bestimmten Abtastzyklus abgetastet wird, aber Kanal 1 wird nicht immer als der erste Kanal in allen Abtastzyklen abgetastet. Als solche müssen die Abtastungen von Kanal 1 von unterschiedlichen Abtastpositionen innerhalb der unterschiedlichen Abtastzyklen zusammen angepasst werden, um korrekt gemittelt zu werden. Diese Umordnung erfordert zusätzliche Verarbeitung.
6 erläutert einen beispielhaften Frequenzgang unter Verwendung der Nicht-Zufalls-Abtasttechnik. 7 erläutert einen mit 6 vergleichbaren Frequenzgang mit dem Unterschied, dass die erste Zufalls-Abtasttechnik angewendet wird. 6 zeigt die an den Schlagfrequenzen vorhandenen Rauschanteile. 7 zeigt eine Reduktion in den Rauschanteilen, die sich aus der ersten Zufalls-Abtasttechnik ergibt.
In einer alternativen Ausführungsform wird die erste Zufalls-Abtasttechnik modifiziert, so dass jeder Kanal zufällig ausgewählt wird, nicht nur der Startkanal. In dieser modifizierten Technik wird jede Abtastung während jedes Abtastzyklus einmal und zufällig ausgewählt.
8 erläutert eine zweite Zufalls-Abtasttechnik zum Abtasten der Kanäle eines Touchpanels. Die zweite Zufalls-Abtasttechnik randomisiert die Abtastzyklus-Verzögerungsperiode zwischen jedem Abtastzyklus. In der zweiten Zufalls-Abtasttechnik bleibt die Abtastreihenfolge der Kanäle konstant von Abtastzyklus zu Abtastzyklus. Wie in der beispielhaften Reihenfolge nach 8 dargestellt ist, wird Kanal 1 immer als erstes abgetastet. Es versteht sich, dass irgendein Kanal als der erste abgetastete Kanal ausgewählt werden kann, solange dieser Kanal der erste abgetastete Kanal für alle Abtastzyklen bleibt. Alle N Kanäle werden der Reihe nach abgetastet, beginnend mit dem ersten abgetasteten Kanal wie etwa Kanal 1. In manchen Ausführungsformen wird ein Zufallszahlengenerator verwendet, um die Kanal-Verzögerungsperiode zwischen jedem Abtastzyklus zu erzeugen. Alternativ kann irgendein herkömmliches Verfahren zum Erzeugen einer zufälligen Startzahl verwendet werden.
Das Abtasten eines jeden Kanals wird um die Kanal-Verzögerungsperiode T verzögert. Jeder Abtastzyklus wird um die Abtastzyklus-Verzögerungsperiode verzögert, die als eine gewisse feststehende Periode TD plus eine zufällig erzeugte Verzögerung dX repräsentiert ist. Wie in 8 dargestellt ist, ist die Abtastzyklus-Verzögerungsperiode zwischen dem ersten Abtastzyklus (Durchlauf 1) und dem zweiten Abtastzyklus (Durchlauf 2) gleich TD + d1, und die Abtastzyklus-Verzögerungsperiode zwischen dem zweiten Abtastzyklus und dem dritten Abtastzyklus (nicht dargestellt) ist TD + d2. Die Größe und der Bereich der zufälligen Verzögerung dX ist programmierbar, so dass ein gewünschtes Maß an Randomisierung erreicht wird. In manchen Ausführungsformen ist die Größe der zufälligen Verzögerung dX so eingestellt, dass sie innerhalb 10% der feststehenden Periode TD beträgt. Für jede spezielle Touchpanel-Implementierung kann der programmierbare Wert variieren. Die Kapazität oder ein diese repräsentierender Wert eines jeden Kanals wird periodisch bestimmt, indem die erfassten Werte für jeden Kanal über die K Abtastzyklen gemittelt werden. Da die Abtastreihenfolge in jedem Abtastzyklus die gleiche ist, wird keine zusätzliche Verarbeitung benötigt, um die Kanalabtastungen vor der Mittelwertbildung umzuordnen.
9 erläutert eine dritte Zufalls-Abtasttechnik zum Abtasten der Kanäle eines Touchpanels. Die dritte Zufalls-Abtasttechnik randomisiert die Kanal-Verzögerungsperiode zwischen dem Abtasten eines jeden Kanals. In der dritten Zufalls-Abtasttechnik bleibt die Abtastreihenfolge der Kanäle konstant von einem Abtastzyklus (Durchlauf) zum nächsten Abtastzyklus. Wie in der beispielhaften Reihenfolge nach 9 dargestellt ist, wird Kanal 1 stets als erstes abgetastet. Es versteht sich, dass ein beliebiger Kanal als der erste abgetastete Kanal ausgewählt werden kann, solange dieser Kanal der erste abgetastete Kanal für alle Abtastzyklen bleibt. Alle N Kanäle werden der Reihe nach abgetastet, beginnend mit dem ersten abgetasteten Kanal, wie etwa Kanal 1. In manchen Ausführungsformen wird ein Zusatzzahlengenerator verwendet, um die Kanal-Verzögerungsperiode zwischen jedem Abtastzyklus zu erzeugen. Alternativ kann irgendein herkömmliches Verfahren zum Erzeugen einer zufälligen Startzahl verwendet werden.
Das Abtasten eines jeden Kanals wird um die Kanal-Verzögerungsperiode verzögert, die als eine gewisse feststehende Periode T plus eine zufällig erzeugte Verzögerung dX repräsentiert ist. Jeder Abtastzyklus wird um die Abtastzyklus-Verzögerungsperiode verzögert, die sich als eine gewisse feststehende Periode TD plus die zufällig erzeugte Verzögerung dX darstellt. Die zufällige Verzögerung dX wird nach der Abtastung von jeweils M Kanälen geändert. In der dritten Zufalls-Abtasttechnik ist M kleiner als die Anzahl von Kanälen N. Wie in 9 dargestellt ist, wird die zufällige Verzögerung d1 auf die ersten M Kanäle angewendet. Die zufällige Verzögerung d2 wird auf die nächsten M Kanäle angewendet, was die Kanäle M + 1 bis N im Abtastzyklus 1 (Durchlauf 1) und die Kanäle 1 bis 2M - N im Abtastzyklus 2 (Durchlauf 2) umfasst. Die zufällige Verzögerung d2, die zwischen dem Kanal M in Abtastzyklus 1 bis zum Kanal 2M - N im Abtastzyklus 2 angewendet wird, wird zu dem feststehenden Teil TD der Abtastzyklus-Verzögerungsperiode addiert. Es versteht sich, dass die Größen der zufälligen Verzögerungen d1 und d2 in der dritten Zufalls-Abtasttechnik gleich den Größen der zufälligen Verzögerungen d1 und d2 in der zweiten Zufalls-Abtasttechnik sein können. In manchen Ausführungsformen sind die Größen der zufälligen Verzögerungen d1 und d2 in der dritten Zufalls-Abtasttechnik kleiner als die Größen der zufälligen Verzögerungen d1 und d2 in der zweiten zufälligen Abtasttechnik. Die Größe und der Bereich der zufälligen Verzögerung dX ist programmierbar, um eine gewünschte Größe an Randomisierung zu erreichen. Die Kapazität oder ein dafür repräsentativer Wert eines jeden Kanals wird periodisch bestimmt, indem die abgetasteten Werte für jeden Kanal über die K Abtastzyklen gemittelt werden. Da die Abtastreihenfolge für jeden Abtastzyklus die gleiche ist, wird keine zusätzliche Verarbeitung benötigt, um die Kanalabtastungen vor der Mittelwertbildung umzuordnen.
10 erläutert eine vierte Zufalls-Abtasttechnik zum Abtasten der Kanäle eines Touchpanels. Die vierte Zufalls-Abtasttechnik ist die gleiche wie die dritte Zufalls-Abtasttechnik mit dem Unterschied, das M größer als die Anzahl von Kanälen N ist.
11 erläutert einen beispielhaften Frequenzgang unter Verwendung der Nicht-Zufalls-Abtasttechnik. 12 erläutert einen mit 11 vergleichbaren Frequenzgang mit dem Unterschied, dass die dritte oder vierte Zufalls-Abtasttechnik angewendet wird. 11 zeigt die Rauschanteile, die auf den Schlagfrequenzen vorhanden sind. 12 zeigt eine Reduzierung in den Rauschanteilen, die sich aus der dritten oder vierten Zufalls-Abtasttechnik ergibt.
Ähnliche Ergebnisse wie die, die in 12 dargestellt sind, sind für die Verwendung der zweiten Zufalls-Abtasttechnik erkennbar.
Die Zufalls-Abtasttechniken sind vorstehend im Zusammenhang eines zweidimensionalen Felds von Touchsensoren beschrieben, wie etwa des Touchpanels nach 2. Die Zufalls-Abtasttechniken können auch auf ein eindimensionales Feld von Touchsensoren angewendet werden, wo jeder individuelle Touchsensor gemessen wird, im Gegensatz zu einer Zeile oder Spalte von Touchsensoren. Ein Beispiel für eine solche eindimensionale Anordnung ist die Anwendung der Zufalls-Abtasttechnik auf virtuelle Schieber und Scroll-Räder.
Die vorliegende Erfindung ist anhand von speziellen Ausführungsformen beschrieben worden, bei denen Details enthalten sind, um das Verständnis der Grundlagen von Aufbau und Wirkungsweise der Erfindung zu erleichtern. Solche Bezugnahmen auf spezielle Ausführungen und Details davon sind hierin allerdings nicht beabsichtigt, um den Umfang der angefügten Ansprüche zu beschränken. Für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet ist es klar, dass Modifikationen an den zur Erläuterung ausgewählten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Entwurf und den Umfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Erfassen eines oder mehrerer Berührungsereignisse auf einem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät, umfassend: Ausgestalten einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal mit dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät korrespondiert; Abtasten eines jeden Kanals aus der Vielzahl von Kanälen entsprechend einem Randomisierungs-Algorithmus während eines ersten Abtastzyklus, wobei entsprechend dem Randomisierungs-Algorithmus jeder Abtastzyklus mit einem zufällig ausgewählten Kanal beginnt, wobei jeder aus der Vielzahl der Kanäle nach einer definierten Kanal-Zeitverzögerungsperiode abgetastet wird; Abtasten, nach einer definierten ersten Zeitverzögerungsperiode zwischen dem ersten Abtastzyklus und einem zweiten Abtastzyklus, eines jeden Kanals aus der Vielzahl von Kanälen entsprechend einem Randomisierungs-Algorithmus während des zweiten Abtastzyklus, wobei entsprechend dem Randomisierungs-Algorithmus der zweite Abtastzyklus mit einem zufällig ausgewählten Kanal beginnt, wobei jeder aus der Vielzahl der Kanäle nach der definierten Kanal-Zeitverzögerungsperiode abgetastet wird, wobei die definierte erste Abtastzyklus-Zeitverzögerungsperiode größer ist als die definierte Kanal-Zeitverzögerungsperiode; und Abtasten, nach einer definierten zweiten Abtastzyklus-Zeitverzögerungsperiode zwischen dem zweiten Abtastzyklus und einem dritten Abtastzyklus, eines jeden Kanals aus der Vielzahl von Kanälen entsprechend einem Randomisierungs-Algorithmus während des dritten Abtastzyklus, wobei entsprechend dem Randomisierungs-Algorithmus der dritte Abtastzyklus mit einem zufällig ausgewählten Kanal beginnt, wobei jeder aus der Vielzahl der Kanäle nach der definierten Kanal-Zeitverzögerungsperiode abgetastet wird, wobei die definierte zweite Abtastzyklus-Zeitverzögerungsperiode größer ist als die definierte Kanal-Zeitverzögerungsperiode, wobei die definierte zweite Abtastzyklus-Zeitverzögerungsperiode ebenso groß ist wie die definierte erste Abtastzyklus-Zeitverzögerungsperiode; Abstimmen der abgetasteten Daten für jeden aus der Vielzahl der Kanäle, die während des ersten Abtastzyklus abgetastet wurden, mit denen, die während des zweiten Abtastzyklus und gegebenenfalls denen, die während des dritten Abtastzyklus für denselben Kanal abgetastet wurden; für jeden Kanal Berechnen einer Kanalkapazität unter Verwendung von abgetasteten Daten wobei das Berechnen der Kanalkapazität für jeden Kanal das Mitteln der abgetasteten Daten für jeden Kanal über mehrere Zyklen umfasst; und Bestimmen eines oder mehrerer Berührungsereignisse auf der Basis der Kanalkapazitäten, die für die Vielzahl von Kanälen berechnet worden sind; wobei jeder Kanal aus der Vielzahl von Kanälen während des ersten, zweiten und gegebenenfalls dritten Abtastzyklus in einer bestimmten Reihenfolge abgetastet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal entweder eine Zeile von Touchsensoren in dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät oder eine Spalte von Touchsensoren in dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Rauschen über einen Frequenzgang der abgetasteten Kanäle verteilt wird.
Vorrichtung zum Erfassen eines oder mehrerer Berührungsereignisse auf einem Touch-Panel, umfassend: ein kapazitives berührungsempfindliches Gerät mit einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder Kanal einen Touchsensor umfasst; einen Prozessor (14), der konfiguriert ist, um einen Randomisierungs-Algorithmus zu implementieren; und eine Messschaltung, die mit dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät und dem Prozessor (14) gekoppelt ist, wobei die Messschaltung konfiguriert ist, um jeden Kanal aus der Vielzahl von Kanälen entsprechend dem Randomisierungs-Algorithmus während eines ersten Abtastzyklus abzutasten und jeden Kanal aus der Vielzahl von Kanälen entsprechend dem Randomisierungs-Algorithmus während eines zweiten Abtastzyklus nach einer definierten Abtastzyklus-Zeitverzögerungsperiode abzutasten, wobei jeder Kanal aus der Vielzahl von Kanälen nach einer definierten Kanal-Zeitverzögerungsperiode abgetastet wird, wobei die definierte Abtastzyklus-Zeitverzögerungsperiode größer ist als die definierte Kanal-Zeitverzögerungsperiode, wobei jeder Abtastzyklus entsprechend einem Randomisierungs-Algorithmus das Abtasten mit einem zufällig ausgewählten Kanal beginnt, wobei der Prozessor (14) konfiguriert ist, um abgetastete Daten von der Messschaltung zu erhalten, um die abgetasteten Daten, die während eines ersten Abtastzyklus für jeden Kanal einer Vielzahl von Kanälen abgetastet wurden, mit den abgetasteten Daten, die während eines zweiten Abtastzyklus für denselben Kanal einer Vielzahl von Kanälen abgetastet wurden, abzustimmen, um eine Kanalkapazität für jeden Kanal unter Verwendung der erhaltenen abgetasteten Daten zu berechnen, und um ein oder mehrere Berührungsereignisse aus den Kanalkapazitäten zu bestimmen, die für die Vielzahl von Kanälen berechnet worden sind, wobei der Prozessor konfiguriert ist, um die Kanalkapazität für jeden Kanal, durch Mitteln der abgetasteten Daten für jeden Kanal über mehrere Zyklen zu berechnen; wobei jeder Kanal aus der Vielzahl von Kanälen in einer bestimmten Reihenfolge abgetastet wird, wobei jeder Abtastzyklus mit dem zufällig ausgewählten Kanal beginnt und das Abtasten mit dem Rest des Abtastzyklus in der bestimmten Reihenfolge weiterläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal entweder einen Zeilensensor in dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät oder einen Spaltensensor in dem kapazitiven berührungsempfindlichen Gerät umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive berührungsempfindliche Gerät ein zweidimensionales Touch-Panel umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive berührungsempfindliche Gerät einen eindimensionalen virtuellen Schieber umfasst.