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In vielen Anwendungen ist es notwendig, eine Kapazität zu erfassen, um zum Beispiel eine Änderung einer Kapazität zu bestimmen oder um den Wert einer Kapazität zu bestimmen. Zum Beispiel sind heutzutage viele Anwendungen mit einer Berührungserfassungsfunktion ausgestattet, bei der das Steuern, Starten oder Beenden einer Operation auf dem Berühren eines berührungsempfindlichen Elements durch einen Benutzer basiert. Das Berühren des Elements wird dann durch Bestimmen einer Änderung der Kapazität bestimmt.
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In dieser Hinsicht besteht eine Notwendigkeit von Kapazitätserfassungsverfahren und -einrichtungen und flexiblerer Kapazitätserfassung. Ferner besteht eine Notwendigkeit von Kapazitätserfassungskonzepten, die leicht integriert und durch Mikrocontroller-Einrichtungen durchgeführt werden können.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Konzept zum Erfassen von Kapazitäten zu schaffen. Dies wird durch ein einen Mikrocontroller nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 11, ein Verfahren nach Anspruch 18 und eine Einrichtung nach Anspruch 25 gelöst.
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In einem Aspekt umfasst eine Ausführungsform einen Mikrocontroller mit einem Analog-Digital-Umsetzer zum Bereitstellen eines digitalen Werts auf der Basis eines analogen Eingangssignals. Es ist ein Grenzprüfer vorgesehen, um zu bestimmen, ob der digitale Wert in einem vorbestimmten Bereich liegt, und um ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn bestimmt wird, dass der digitale Wert außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt. Mindestens ein erster Eingang ist mit dem Analog-Digital-Umsetzer verbunden oder verbindbar. Mindestens ein Schalter ist vorgesehen und dafür ausgelegt, alternierend den ersten Eingang mit einem ersten Potential zum Laden der Kapazität und mit einem zweiten Potential zum Entladen der Kapazität zu koppeln. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um eine Änderung der Kapazität auf der Basis des alternierenden Ladens und Entladens der Kapazität zu bestimmen.
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Der Mikrocontroller kann dafür ausgelegt sein, die Kapazität über mindestens eine Impedanz zu laden und zu entladen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist umfasst die mindestens eine Impedanz einen für den ersten Eingang vorgesehenen Pulldown-Widerstand und einen für den ersten Eingang vorgesehenen Pullup-Widerstand.
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Der Mikrocontroller kann einen Multiplexer zum Multiplexen mehrerer Eingänge an einen Eingang des Analog-Digital-Umsetzers aufweisen. Hierbei kann jeder der mehreren Eingänge einen Pulldown-Widerstand und einen Pullup-Widerstand umfasst.
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Die Einrichtung zum Bestimmen eines Werts oder einer Änderung der Kapazität kann dafür ausgelegt sein, auf der Basis des Bestimmens einer Zeitperiode oder Frequenz eines Ladens und Entladens die Änderung der Kapazität zu bestimmen.
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Die Einrichtung zum Bestimmen eines Werts oder einer Änderung der Kapazität kann dafür ausgelegt ist, auf der Basis des Bestimmens einer Zeitperiode oder Frequenz der Ausgangssignale des Grenzprüfers eine Änderung der Kapazität zu bestimmen.
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Die Einrichtung zum Bestimmen eines Werts oder einer Änderung der Kapazität kann dafür ausgelegt sein, die Änderung der Kapazität auf der Basis von Folgendem zu bestimmen:
Bestimmen von Werten für eine Zeitperiode oder Frequenz sukzessiver Ausgangssignale des Grenzprüfers;
Mitteln der bestimmten Werte, um einen ersten gemittelten Wert zu erhalten; und
Vergleichen des ersten gemittelten Werts mit einem zweiten Wert.
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Hierbei repräsentiert bei einem Ausführungsbeispiel der erste gemittelte Wert einen über eine erste Zeitperiode gemittelten Wert und der zweite Wert repräsentiert einen über eine zweite Zeitperiode, die länger als die erste Zeitperiode ist, gemittelten Wert für die Zeitperiode oder Frequenz.
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Der Mikrocontroller kann mehrere mit dem Analog-Digital-Umsetzer verbindbare Eingänge umfassen, wobei die mehreren Eingänge den ersten Eingang zur Berührungserfassungsdetektion und mindestens einen weiteren Eingang zum Bereitstellen einer Steuer- oder Erfassungsfunktionalität umfassen.
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In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zum Detektieren einer Änderung einer Kapazität das Leiten eines Signals von einem mit der Kapazität verbundenen ersten Eingang zu einem Analog-Digital-Umsetzer und das wiederholte Erzeugen eines Schaltsignals auf der Basis eines digitalen Ausgangssignals des Analog-Digital-Umsetzers. Es ist ein Umschalten zwischen Laden der Kapazität und Entladen der Kapazität auf der Basis des Schaltsignals vorgesehen und die Änderung der Kapazität wird basierend auf dem Umschalten zwischen Laden und Entladen detektiert.
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Das Umschalten kann ein alternierendes Schalten einer ersten Impedanz zwischen ein erstes Potential und den ersten Eingang und Schalten einer zweiten Impedanz zwischen den ersten Eingang und ein zweites Potential umfassen.
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Das Umschalten kann bei einem Ausführungsbeispiel ein alternierendes Schalten eines Pullup-Widerstands zwischen das erste Potential und den ersten Eingang und Schalten eines Pulldown-Widerstands zwischen das zweite Potential und den ersten Eingang umfassen.
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Die Änderung der Kapazität kann dabei auf der Basis einer Zeitperiode oder Frequenz sukzessiver Schaltsignale detektiert werden.
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Das wiederholte Erzeugen eines Schaltsignals kann ferner Folgendes umfassen: wiederholtes Erzeugen eines digitalen Werts auf der Basis des Signals am Eingang des Analog-Digital-Umsetzers; Bestimmen, ob der digitale Wert in einem vorbestimmten Bereich liegt; und Erzeugen des Schaltsignals basierend auf dem Bestimmen, ob der digitale Wert in dem vorbestimmten Bereich liegt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der vorbestimmte Bereich ein programmierbarer Bereich ist. Ferner kann das Verfahren den Schritt des Multiplexens mehrerer Eingänge an den Analog-Digital-Umsetzer umfassen.
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In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zum Erfassen einer Kapazität das Programmieren von Werten einer oberen und unteren Schwellengrenze und das Erzeugen eines Schaltsignals, wenn eine Ausgabe eines Analog-Digital-Umsetzers einen der programmierten Werte erreicht. Es ist ein Umschalten zwischen einem Laden einer mit einem Eingang des Analog-Digital-Umsetzers gekoppelten Kapazität und einem Entladen der Kapazität vorgesehen, dergestalt, dass das Schalten auf dem Schaltsignal basiert. Die Kapazität wird basierend auf dem Umschalten zwischen Laden und Entladen erfasst.
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Hierbei kann die Kapazität auf der Basis einer Änderung einer Zeitperiode sukzessiver Schaltsignale oder einer Änderung einer Frequenz sukzessiver Schaltsignale erfasst werden.
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Die Kapazität wird bei einem Ausführungsbeispiel auf der Basis von Folgendem erfasst: Bestimmen von Werten für eine Zeitperiode oder Frequenz sukzessiver Schaltsignale; Mitteln der bestimmten Werte, um einen ersten gemittelten Wert zu erhalten; und Vergleichen des ersten gemittelten Werts mit einem zweiten Wert.
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Hierbei kann bei einem Ausführungsbeispiel der erste gemittelte Wert einen über eine erste Zeitperiode gemittelten Wert repräsentieren und der zweite Wert einen über eine zweite Zeitperiode, die länger als die erste Zeitperiode ist, gemittelten Wert repräsentieren.
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Der obere und untere Schwelle können Schwellen gesetzt sein, die in einen mit einem Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers verbundenen Mehrzweck-Grenzprüfer programmiert werden.
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Das Verfahren kann das Multiplexen mehrerer Eingangsports an den Eingang des Analog-Digital-Umsetzers umfassen.
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Das Umschalten zwischen Laden einer Kapazität und Entladen einer Kapazität umfasst bei einem Ausführungsbeispiel Folgendes:
alternierendes Schalten eines Pullup-Widerstands eines Mikrocontrollers zwischen einen mit der Kapazität gekoppelten ersten Eingang und ein erstes Potential und Schalten eines Pulldown-Widerstands des Mikrocontrollers zwischen den ersten Eingang und ein zweites Potential.
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In einem weiteren Aspekt umfasst eine Einrichtung eine Oszillatorschaltung zum Bereitstellen einer zum Bestimmen einer Änderung einer Kapazität verwendeten Oszillation. Die Oszillatorschaltung umfasst eine Schaltung zum Bereitstellen eines digitalen Werts auf der Basis eines analogen Eingangssignals, einen Grenzprüfer zum Bestimmen, ob der digitale Wert in einem programmierten Bereich liegt und zum Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn bestimmt wird, dass der digitale Wert außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, und mindestens einen ersten mit einem Eingang des Analog-Digital-Umsetzers gekoppelten Eingang. Die Oszillatorschaltung umfasst ferner mindestens einen Schalter, der dafür ausgelegt ist, eine Elektrode der Kapazität alternierend mit einem ersten Potential und einem zweiten Potential zu verbinden, um alternierend die Kapazität über mindestens eine Impedanz zu laden und zu entladen, wobei der mindestens eine Schalter auf der Basis des Ausgangssignals des Grenzprüfers gesteuert wird. Die Einrichtung kann bei einem Ausführungsbeispiel durch einen Mikrocontroller implementiert sein, wodurch dieser ohne wesentliche Modifikationen im Design zum Erfassen von Kapazitäten geeignet ist.
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Weitere Ausführungsformen sind in der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen gezeigt, bei denen
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1 ein Blockschaltbild gemäß einer Ausführungsform zeigt;
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2 ein Blockschaltbild gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt;
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3a und 3b Impulsdiagramme gemäß einer Ausführungsform zeigen;
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4 ein Blockschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform eines Ergebnisanalyseblocks zeigt;
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5 ein Blockschaltbild gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt;
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6a, 6b und 6c beispielhafte Ausführungsformen von Impedanzkonfigurationen zeigen;
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7 ein beispielhaftes Flussdiagramm zeigt; und
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8 ein beispielhaftes Flussdiagramm zeigt.
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Die folgende Beschreibung erläutert beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Bei den in den Zeichnungen gezeigten und nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen kann jede direkte Verbindung oder Kopplung zwischen Funktionsblöcken, Einrichtungen, Komponenten oder anderen physischen oder Funktionseinheiten, die in den Zeichnungen gezeigt oder hier beschrieben werden, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert sein. Funktionsblöcke können in Hardware, Firmware, Software oder einer Kombination davon implementiert werden.
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Ferner versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern es nicht spezifisch anders angemerkt wird.
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In den verschiedenen Figuren kann identischen oder ähnlichen Entitäten, Modulen, Einrichtungen usw. dieselbe Bezugszahl zugewiesen sein.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer Einrichtung 100, die einen Analog-Digital-Umsetzer 102 und einen Grenzprüfer 104 umfasst. Bei einer Ausführungsform ist die Einrichtung 100 ein Mikrocontroller, wie etwa ein Vielzweck-Mikrocontroller oder ein spezieller Mikrocontroller. Ein Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 102 ist mit einem Eingang des Grenzprüfers 104 verbunden. Ein Eingang des Analog-Digital-Umsetzers 102 ist mit einem Signaleingang 106 verbunden. Der Eingang 106 bildet einen Eingang, der im Betrieb mit einer Elektrode einer Kapazität 114 gekoppelt ist, wie etwa einer Kapazität eines berührungsempfindlichen Elements, die bei der Berührungserfassungsdetektion zum Detektieren der Berührung eines Elements durch den Finger einer Person erfasst wird. Zum Beispiel kann bei einer Ausführungsform die Kapazität 114 eine Kapazität eines Touchpad sein. Der Eingang 106 kann ein Anschluss, wie etwa ein gemeinsamer Eingangsanschluss oder ein Eingangsport der Einrichtung oder ein Schaltungsknoten in den Schaltkreisen der Einrichtung 100 sein.
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Die Einrichtung 100 umfasst ferner einen Schalter 110 mit einem ersten Schaltelement 110a und einem zweiten Schaltelement 110b. Die Schaltelemente 110a und 110b sind bei einer Ausführungsform Schalttransistoren, wie etwa ein MOS-Transistor oder ein Bipolartransistor oder eine Schaltung, die Schalttransistoren oder beliebige andere Schaltelemente umfasst. Das erste Schaltelement 110a ist vorgesehen, um den Eingang 106 über einen Knoten 118 mit einem ersten Potential 112a zu verbinden oder den Eingang 106 von dem ersten Potential 112a zu trennen. Das zweite Schaltelement 110b ist vorgesehen, um den Eingang 106 über den Knoten 118 mit einem zweiten Potential 112b zu verbinden oder den Eingang 106 von dem zweiten Potential 112b zu trennen. Bei einer Ausführungsform kann eines des ersten oder zweiten Potentials 112a und 112b ein Potential einer positiven Versorgungsspannung, wie etwa VDD, sein, und eines des ersten oder zweiten Potentials 112a und 112b kann Masse sein oder kann ein Potential einer negativen Versorgungsspannung sein.
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Die Verbindung des Eingangs 106 mit dem ersten und zweiten Potential 112a und 112b gewährleistet ein Laden oder Entladen der Kapazität 114 über mindestens eine (in 1 nicht gezeigte) Impedanz. Ob die Kapazität geladen oder entladen wird, hängt davon ab, welches des ersten und zweiten Potentials 112a und 112b mit der Kapazität 114 gekoppelt ist. Für die mindestens eine zum Laden und Entladen der Kapazität 114 vorgesehene Impedanz sind in 6a–6c mehrere beispielhafte Konfigurationen gezeigt. Bei einer in 6a gezeigten Ausführungsform kann die mindestens eine Impedanz eine erste Impedanz 600a und eine zweite Impedanz 600b umfassen. Die erste Impedanz 600a ist zwischen das erste Schaltelement 110a und das erste Potential 112a geschaltet, und die zweite Impedanz 600b ist zwischen das zweite Schaltelement 110b und das zweite Potential 112b geschaltet. Bei einer Ausführungsform kann die erste Impedanz ein Pullup-Widerstand sein, und die zweite Impedanz kann ein Pulldown-Widerstand sein, der mit einem Eingangsanschluss oder Eingangsport der Einrichtung 100 assoziiert ist. Bei einer Ausführungsform kann die erste Impedanz 600a und die zweite Impedanz 600b zwischen dem Knoten 118 und dem jeweiligen ersten und zweiten Schaltelement 110a und 110b angeordnet sein, wie in 6b gezeigt. Ferner kann die mindestens eine Impedanz, über die die Kapazität geladen wird, eine einzige zwischen die Kapazität 114 und den Eingang 106 geschaltete Impedanz sein. 6c zeigt eine solche Implementierung. Genauso gut kann die einzige Impedanz auch zwischen den Eingang 106 und den Knoten 108 geschaltet sein.
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Bei Ausführungsformen wird das Schalten des ersten und zweiten Schaltelements 110a und 110b alternierend vorgesehen. Zum Beispiel wird das erste Schaltelement 110a geschlossen, wenn das zweite Schaltelement 110b geöffnet ist, und umgekehrt. Das alternierende Schalten gewährleistet eine alternierende Kopplung der ersten Elektrode 114a der Kapazität 114 mit dem ersten Potential 112a und dem zweiten Potential 112b. Dies bewirkt das sich wiederholende Laden und Entladen der Kapazität 114 und stellt eine Oszillation der an der Kapazität 114 anwesenden Spannung her. Anders ausgedrückt, bilden die zum Laden und Entladen verwendeten Impedanzen mit der Kapazität 114 ein RC-Netzwerk, und die Spannung dieses RC-Netzwerks wird durch den Analog-Digital-Umsetzer 102 kontinuierlich gescannt.
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Unter der Annahme, dass die zweite Elektrode 114b der Kapazität 114 auf einem festen elektrischen Potential gehalten wird, zum Beispiel wie in 1 gezeigt auf Massepotential, wird die Spannung zwischen den Elektroden der Kapazität 114 durch das Potential an dem Eingang 106, subtrahiert um den Wert des festen Potentials, repräsentiert. Falls eines der Potentiale Masse, d. h. 0 V, ist, repräsentiert das elektrische Potential an dem Eingang 106 direkt die Spannung zwischen den Elektroden der Kapazität 114.
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Wie später ausführlicher beschrieben werden wird, hängen Parameter der durch das alternierende Laden und Entladen hergestellten kontinuierlichen Oszillation von dem Wert der Kapazität 114 ab und können deshalb zum Bestimmen des Werts der Kapazität 114 verwendet werden zum Entscheiden, ob sich der Wert der Kapazität 114 zum Beispiel aufgrund einer Benutzerberührung geändert hat. Zu solchen Parametern gehören die Frequenz oder Periode der Oszillation.
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Da der Eingang 106 mit dem Eingang des Analog-Digital-Umsetzers 102 verbunden ist, repräsentiert der durch den Analog-Digital-Umsetzer 102 ausgegebene digitale Wert die Spannung zwischen den Elektroden der Kapazität 114.
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Der Grenzprüfer 104 ist dafür ausgelegt, zu bestimmen, ob der das Eingangssignal des Analog-Digital-Umsetzers 102 repräsentierende digitale Wert in einem in den Grenzprüfer 104 programmierten vorbestimmten Bereich liegt, und ein Schaltsignal auszugeben, das einem Steuereingang 116 des Schalters 110 zugeführt wird. Der Grenzprüfer 104 kann bei Ausführungsformen eine fest verdrahtete Schaltung oder ein Schaltungselement umfassen, das zum Beispiel einen Automaten usw. bildet, oder eine Softwareimplementierung, bei der ein Softwareprogramm, das zum Beispiel auf einem Prozessor ausgeführt werden kann, verwendet wird, um die Grenzprüferfunktionen auszuführen. Das Programmieren des Bereichs kann vor dem Betrieb, beim Starten des Betriebs oder während des Betriebs der Einrichtung 100 erfolgen. Der Grenzprüfer 104 kann ein allgemeiner benutzbarer Grenzprüfer eines Mikrocontrollers sein, der zum Beispiel auch dazu verwendet werden kann, Außerbereichswerte in anderen Operationen zu bestimmen, wie zum Beispiel beim Steuern und Erfassen von Eingangskanälen des Mikrocontrollers. Der Grenzprüfer 104 kann bei beispielhaften Implementierungen als ein von der CPU (Zentralverarbeitungseinheit) getrennter Block implementiert sein und kann deshalb die CPU von solchen Aufgaben entlasten.
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Bei Ausführungsformen wird die untere Schwelle (untere Grenze) des Grenzprüfers 104 so gewählt, dass der digitale Wert, der dem Momentan-Eingangssignal des Analog-Digital-Umsetzers 102 entspricht, die untere Schwelle erreicht, bevor die Kapazität voll entladen ist. Umgekehrt kann die obere Schwelle (obere Grenze) so gewählt werden, dass der digitale Wert, der dem Momentan-Eingangssignal des Analog-Digital-Umsetzers 102 entspricht, die obere Schwelle erreichen, bevor die Kapazität auf die maximal mögliche Spannung geladen ist.
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Unter der Annahme, dass eine maximale Ladespannung die Differenz zwischen dem Wert φ1, der der höhere der Werte der Potentiale 112a und 112b ist, und dem Wert φ2 des Potentials der zweiten Elektrode 114b ist, d. h. Vmax = φ1 – φ2, können die Einstellungen der Schwellen des Grenzprüfers 104 bei einer Ausführungsform dergestalt sein, dass die obere Schwelle zwischen 60 und 95% von Vmax beträgt und der niedrigere Wert zwischen 5% und 40% von Vmax beträgt. Bei anderen Ausführungsformen kann der Wert andere Schwellengrenzen umfassen, wie z. B. zwischen 70 und 90% von Vmax für die obere Schwelle und 10 und 30% von Vmax für die untere Grenze.
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Wenn zum Beispiel die zweite Elektrode 114b der Kapazität 114 auf Massepotential liegt, werden die Schwellen des vorbestimmten Bereichs so programmiert, dass die obere Schwelle niedriger als das höhere des ersten und zweiten Potentials 112a und 112b ist und die untere Schwelle höher als das niedrigere der zwei Potentiale 112a und 112b ist.
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Bei Ausführungsformen sind die untere und obere Schwelle programmierbar, um die Erfassung von Kapazitäten verschiedenen Werts und für verschiedene Anwendungen zu erlauben. Ferner kann bei bestimmten Ausführungsformen die programmierbare Schwelle die Langzeit- oder Kurzzeitanpassung der Erfassung erlauben, um zum Beispiel Driften zu kompensieren, das zum Beispiel durch Änderungen der Umwelt usw. verursacht wird. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Einstellungen der Schwellenwerte deshalb abhängig von dem Wert der Kapazität, der beabsichtigten Gerätschaft oder aus anderen Gründen von Zeit zu Zeit geändert oder kontinuierlich aktualisiert werden. Ferner erlaubt die Programmierung die Verwendung desselben Analog-Digital-Umsetzers 102 und Grenzprüfers 104 bei bestimmten Ausführungsformen in einem gemultiplexten Modus, wobei der Analog-Digital-Umsetzer 102 durch einen Multiplexer mit anderen Eingängen verbunden wird, die mit anderen Kapazitäten verbunden sind. Da die Schwellenwerte durch Programmieren von neuen Werten leicht geändert werden können, kann jeder der Eingänge im gemultiplexten Modus seine individuelle Schwelleneinstellungen aufweisen. Es ist zu beachten, dass der Analog-Digital-Umsetzer 102 im gemultiplexten Modus auch für andere Aufgaben verwendet werden kann, wie etwa Erfassung und Steuerung, wenn der Analog-Digital-Umsetzer 102 mit anderen Eingängen gemultiplext wird.
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Wenn der digitale Wert eine der oberen Schwelle oder unteren Schwelle des vorbestimmten Bereichs erreicht, wird dem Steuereingang 116 ein Schaltsignal zugeführt. Genauer gesagt wird, wenn die obere Schwelle des vorbestimmten Bereichs erreicht ist, ein Signal an den Schalter angelegt, das bewirkt, dass das mit dem höheren Potential verbundene Schaltelement geschlossen wird, und bewirkt, dass das mit dem niedrigeren Potential verbundene Schaltelement geöffnet wird, um das Entladen der Kapazität 114 zu erlauben. Wenn der durch den Analog-Digital-Umsetzer 102 ausgegebene digitale Wert die untere Schwelle erreicht, wird ferner ein Signal an den Steuereingang 116 angelegt, das bewirkt, dass das mit dem niedrigeren Potential verbundene Schaltelement geöffnet wird, und bewirkt, dass das mit dem höheren Potential verbundene Schaltelement geschlossen wird, um das Laden der Kapazität 114 zu erlauben.
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Um zu unterscheiden, ob die obere Schwelle oder die untere Schwelle erreicht ist, kann der Grenzprüfer 104 dafür ausgelegt werden, abhängig von dem Erreichen der oberen oder unteren Grenze verschiedene Signale zu geben. Zum Beispiel kann der Grenzprüfer 104 für das Erreichen der oberen Schwelle einen logischen hohen Wert und für das Erreichen der unteren Schwelle einen logischen niedrigen Wert ausgeben.
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Die durch das wiederholte Laden und Entladen der Kapazität 114 gewährleistete Oszillation gewährleistet eine Anzeige des Werts der Kapazität 114 und kann zum Beispiel verwendet werden, um zu bestimmen, ob signifikante Änderungen des Kapazitätswerts aufgetreten sind.
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Um die Kapazität oder Änderungen der Kapazität zu bestimmen, werden der Wert der Frequenz oder Zeitperiode der Oszillation oder Änderungen dieser Werte bestimmt.
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Bei einer Ausführungsform können die Frequenz oder Zeitperiode oder Änderungen davon auf der Basis des durch den Grenzprüfers 104 bereitgestellten Schaltsignals bestimmt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass bei anderen Ausführungsformen auch andere Implementierungen verwendet werden können.
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7 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm zum Detektieren einer Änderung einer Kapazität. Es beginnt bei 700 mit dem Leiten eines Signals von dem mit der Kapazität verbundenen ersten Eingang zu einem Analog-Digital-Umsetzer 102. Bei 702 wird dann wiederholt ein Schaltsignal auf der Basis eines digitalen Ausgangssignals des Analog-Digital-Umsetzers 102 erzeugt. Bei 704 wird ein Schalten zwischen Laden der Kapazität und Entladen der Kapazität auf der Basis des Schaltsignals durchgeführt. Dann wird bei 706 die Änderung der Kapazität auf der Basis des Schaltens zwischen Laden und Entladen detektiert.
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Wie oben beschrieben, kann die Änderung der Kapazität auf der Basis einer Zeitperiode oder Frequenz sukzessiver Schaltsignale detektiert werden. Ferner kann das wiederholte Erzeugen eines Schaltsignals das wiederholte Erzeugen eines digitalen Werts auf der Basis des Signals am Eingang des Analog-Digital-Umsetzers 102 und das Bestimmen, ob der digitale Wert in einem vorbestimmten Bereich liegt, umfassen. Das Erzeugen des Schaltsignals auf der Basis des Bestimmens, ob der digitale Wert in dem vorbestimmten Bereich liegt. Der vorbestimmte Bereich kann wie oben skizziert ein programmierbarer Bereich sein, so dass eine digitale Programmierung des Bereichs durchgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Multiplexen mehrerer Eingänge des Analog-Digital-Umsetzers 102 bei einer Ausführungsform durchgeführt werden, wie später ausführlicher beschrieben werden wird.
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8 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm zum Erfassen einer Kapazität mit programmierten Schwellengrenzen. Bei 800 werden Werte einer oberen und unteren Schwellengrenze programmiert. Das Programmieren kann vor dem Kapazitätserfassungsbetrieb, am Anfang des Kapazitätserfassungsbetriebs oder während des Kapazitätserfassungsbetriebs erfolgen. Bei 802 wird ein Schaltsignal erzeugt, wenn ein Ausgang eines Analog-Digital-Umsetzers 102 einen der programmierten Werte erreicht. Bei 804 wird auf der Basis des Schaltsignals Schalten zwischen Laden der mit einem Eingang des Analog-Digital-Umsetzers 102 gekoppelten Kapazität und Entladen der Kapazität durchgeführt. Die Kapazität wird bei 806 auf der Basis des Schaltens zwischen Laden und Entladen erfasst.
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2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, bei der die Schaltsignale direkt die Informationen zum Bestimmen der Oszillationsfrequenz oder Änderungen der Oszillationsfrequenz bereitstellen. In 2 werden die Schaltsignale einem Timer-Block 202 zugeführt, der einen Zähler 204 zum Bereitstellen eines Zählergebnisses entsprechend der Zeitperiode zwischen zwei sukzessiven Schaltsignalen umfasst. Das Zählergebnis wird zur Analyse und Berechnung des durch den Timer 202 bereitgestellten Ergebnisses einem Ergebnisanalyseblock 206 zugeführt. Es ist zu beachten, dass Timer-Blöcke typischerweise in Halbleitereinrichtungen wie Mikrocontroller enthalten sind und deshalb keine zusätzlichen Hardwarekomponenten zum Implementieren dieser beispielhaften Ausführungsform benötigt werden.
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3a zeigt ein beispielhaftes Diagramm, das das an den Analog-Digital-Umsetzer 102 angelegte Potential als Funktion der Zeit zeigt. Die Schaltsignale, die durch den Grenzprüfer 104 bereitgestellt werden, wenn die obere Schwelle erreicht ist, sind in 3a als SW-U angegeben, und Schaltsignale, die durch den Grenzprüfer 104 bereitgestellt werden, wenn die untere Schwelle erreicht ist, sind in 3a als SW-L angegeben. 3b zeigt das entsprechende interne Timer-Signal als Funktion der Zeit. Die Frequenz wird durch den Timer gemessen, der die Periodenzeit der Oszillation autonom erfasst. Die Frequenz der Oszillation hängt von dem Wert der Kapazität 114, dem Wert der zum Laden der Kapazität bereitgestellten Impedanzen und dem oberen und unteren Schwellenwert ab. Bei einer Ausführungsform wird die Änderung der Frequenz durch Überwachen der Zählerergebnisse zum Beispiel durch Vergleichen der Zählerergebnisse mit vorherigen Zählerergebnissen detektiert. Bei einer Berührungserfassungsanwendung kann dies angeben, dass ein Benutzer den berührungsempfindlichen Kondensator berührt hat, was zu einer Zunahme der Lade-/Entladezeiten für die Kapazität führt. Bei anderen Ausführungsformen kann der Wert der Kapazität direkt auf der Basis der Werte der Impedanzen und der programmierten Schwellenwerte berechnet werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann nur eine Teilmenge der Schaltsignale zum Bestimmen des Werts der Kapazität verwendet werden. Wenn zum Beispiel die Ladezeit und Entladezeit für die Kapazität 114 aufgrund von Differenzen der Ladeimpedanzen und Entladeimpedanzen verschieden sind, können nur die Schaltsignale SW-U oder nur die Schaltsignale SW-L zum Bestimmen des Werts der Kapazität oder Änderung des Kapazitätswerts verwendet werden.
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4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Ergebnisanalyseblocks 206. Gemäß der Ausführungsform von 4 umfasst der Ergebnisanalyseblock 206 ein als ein Akkumulator implementiertes erstes Tiefpassfilterelement 302. Ein Ausgang des ersten Tiefpassfilterelements 302 ist mit einem zweiten Tiefpassfilterelement 304 verbunden. Das erste und zweite Tiefpassfilterelement 302 können zum Beispiel eine sinc-Filterstruktur oder beliebige andere bekannte Arten von Tiefpassfiltern umfassen. Der Ausgang des ersten Tiefpassfilterelements 302 ist ferner mit einem ersten Eingang eines Addiererknotens 306 verbunden. Einem zweiten Eingang des Addiererknotens 306 wird ein Offsetwert M310 zugeführt und zu dem Ausgang des ersten Tiefpassfilterelements 302 addiert. Der Ausgang des Addiererknotens ist mit einem ersten Eingang eines Komparators 308 verbunden, um dem Komparator das Ausgangsergebnis des ersten Filterelements 302, korrigiert um den Offsetwert, zuzuführen. Der Ausgang des zweiten Filterelements ist mit einem zweiten Eingang des Komparators 308 verbunden.
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Der in 4 gezeigte Ergebnisanalyseblock 206 gewährleistet vergrößerte Robustheit und/oder vergrößerte Empfindlichkeit durch Filtern und Verarbeiten der Ergebnisse, die durch den Timer 202 dem Ergebnisanalyseblock 206 zugeführt werden. In dem ersten Filterelement 302 werden die Ergebnisse des Timers mit einer durch die Anzahl N akkumulierter Abtastwerte bestimmten ersten Zeitkonstanten gemittelt. Diese Mittelung vermeidet Falschdetektion aufgrund von Einmal-Effekten wie etwa kurzen Glitches und vergrößert die Empfindlichkeit weiter. Das zweite Tiefpassfilterelement 304 besitzt eine Zeitkonstante T und kann zum Anpassen des Systems an einen spezifischen Wert verwendet werden. Zum Beispiel kann bei der Berührungserfassung das System an den Leerlaufwert angepasst werden, der die Ausgabe des ersten Filterelements 302 ist, wenn das berührungsempfindliche Element nicht berührt wird. Der Komparator 308 vergleicht den von dem ersten Tiefpassfilterelement 302 ausgegebenen akkumulierten Wert mit dem tiefpassgefilterten Ergebnis des zweiten Tiefpassfilterelements 304 und gibt eine Entscheidung aus, ob und zu welchem Ausmaß sich die Kapazität geändert hat. Als Ergebnis des obigen werden nur Änderungen, die schneller als eine programmierbare Zeitkonstante sind, detektiert. Die programmierbaren Zeitkonstanten der Filterelemente ermöglichen bei beispielhaften Ausführungsformen, dass die Zeitempfindlichkeit der Kapazitätsdetektion programmierbar ist. Anders ausgedrückt, ist bei Berührungserfassungsanwendungen die minimale Berührungszeit des Touchpad oder anderen berührungsempfindlichen Elements programmierbar. Wie oben erwähnt erlaubt beim Multiplexen des Eingangs des Analog-Digital-Umsetzers 102 mit anderen Eingängen dieses Programmieren der Berührungszeitempfindlichkeit zum Beispiel, für jeden Eingang über eine individuelle programmierte Berührungszeit zu verfügen.
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Der Ergebnisanalyseblock 206 kann in Hardware, Software oder einer beliebigen Kombination davon implementiert werden. Das Ergebnis des Analyseblocks 206 kann in andere Schaltungselemente integriert werden oder kann eine separate Einheit sein.
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5 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Analog-Digital-Umsetzer 102 durch einen Multiplexer 400 mit anderen Eingängen gemultiplext wird. 5 zeigt zusätzlich zu dem Eingang 106 nur einen weiteren Eingang 406 mit einem entsprechenden Schalter 410 und einer mit dem Eingang 406 verbundenen Kapazität 414. Es versteht sich jedoch, dass eine beliebige Anzahl von Eingängen mit dem Multiplexer 400 verbunden und durch diesen mit dem Eingang des Analog-Digital-Umsetzers 102 gemultiplext werden können. Ferner wird entsprechend dem Multiplexer 400 ein weiterer Multiplexer 402 vorgesehen, um die durch den Grenzprüfer 104 ausgegebenen Schaltsignale auf die jeweiligen Schalter, zum Beispiel den Schalter 110 oder 410, zu multiplexen.
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Ferner ist zu erwähnen, dass der Analog-Digital-Umsetzer 102 mit Eingängen verbunden werden kann, die nicht mit einer Kapazität verbunden sind, um zum Beispiel Steuersignale an diesen Eingängen zu erfassen.
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Das Multiplexen kann auf autonome Weise vorgesehen werden. Zum Beispiel kann eine Auto-Scan-Funktion verwendet werden, bei der die jedem Eingang entsprechenden gemultiplexten Kanäle gescannt werden, um zu bestimmen, welche der Kanäle ein kontinuierliches Scannen durch den Analog-Digital-Umsetzer 102 benötigen. Dies gewährleistet eine automatische Einleitung der Analog-Digital-Umsetzung ohne Notwendigkeit von Anweisungen von einer CPU (Zentralverarbeitungseinheit) und entlastet deshalb die CPU weiter. Die Autoscan-Funktion kann bei einer Ausführungsform regelmäßig in vorbestimmten Zeitintervallen vorgesehen werden. Es kann bei bestimmten Ausführungsformen möglich sein, dass das Autoscan auf einer flexiblen Basis steht, wie zum Beispiel auf Anforderung getriggert usw.
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Falls bestimmt wird, dass mehr als ein Kanal kontinuierliches Scannen erfordert, können Arbitrierungstechniken verwendet werden, um das Scannen dieser Kanäle zu bestimmen.
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In der obigen Beschreibung wurden hier Ausführungsformen gezeigt und beschrieben, wodurch es Fachleuten in ausreichendem Detail ermöglicht wird, die hier offenbarten Lehren auszuüben. Es können andere Ausführungsformen benutzt und daraus abgeleitet werden, so dass strukturelle und logische Substitutionen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Solche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands können hier einzeln und/oder kollektiv lediglich der Zweckmäßigkeit halber durch den Ausdruck „Erfindung” bezeichnet werden, und ohne Absicht, den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung freiwillig auf irgendeine einzige Erfindung oder irgendein einziges erfindungsgemäßes Konzept zu beschränken, wenn tatsächlich mehr als eins offenbart wird. Obwohl hier spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, versteht sich somit, dass jede beliebige Anordnung, die dafür berechnet wird, denselben Zweck zu erzielen, die spezifischen gezeigten Ausführungsformen ersetzen kann. Die vorliegende Offenbarung soll jegliche und alle Anpassungen oder Varianten der verschiedenen Ausführungsformen abdecken. Fachleute werden bei Durchsicht der obigen Beschreibung Kombinationen der obigen Ausführungsformen und andere Ausführungsformen erkennen, die hier nicht spezifisch beschrieben werden.
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Ferner ist zu beachten, dass in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete spezifische Ausdrücke in einem sehr allgemeinen Sinne interpretiert werden können. Zum Beispiel sind die hier verwendeten Ausdrücke „Schaltung” oder „Schaltkreise” in einem Sinne zu interpretieren, der nicht nur Hardware, sondern auch Software, Firmware oder eine beliebige Kombination davon umfasst. Ferner können die Ausdrücke „gekoppelt” oder „verbunden” in einem allgemeinen Sinne interpretiert werden und decken nicht nur direkte, sondern auch indirekte Kopplung ab.
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Ferner ist zu beachten, dass in Kombination mit spezifischen Entitäten bzw. Einrichtungen beschriebene Ausführungsformen zusätzlich zu einer Implementierung in dieser Entität bzw. Einrichtung auch eine oder mehrere Implementierungen in einer oder mehreren Teilentitäten bzw. Teileinrichtungen oder Aufteilungen der beschriebenen Entität bzw. Einrichtung sein können.
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Die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, zeigen zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung spezifische Ausführungsformen, in denen der Gegenstand ausgeübt werden kann.
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In der obigen ausführlichen Beschreibung ist ersichtlich, dass verschiedene Merkmale zu einer einzigen Ausführungsform gruppiert werden, um die Offenbarung zu straffen. Dieses Verfahren der Offenbarung ist nicht als eine Absicht wiedergebend zu interpretieren, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale erfordern, als ausdrücklich in jedem Anspruch aufgeführt sind. Stattdessen kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, erfindungsgemäßer Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer einzigen offenbarten Ausführungsform begründet. Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die vorliegende ausführliche Beschreibung integriert, wobei jeder Anspruch als separate Ausführungsform für sich stehen kann. Obwohl jeder Anspruch als eine separate Ausführungsform für sich stehen kann, ist zu beachten, dass – obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann – andere Ausführungsformen auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs umfassen kann. Solche Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben wird, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist.
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Ferner ist zu beachten, dass die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarten Verfahren durch eine Einrichtung ausgeführt werden können, die Mittel zum Ausführen jedes der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
