DE102013206395A1

DE102013206395A1 - Berührungssensor mit Eigenkapazitätsmessung

Info

Publication number: DE102013206395A1
Application number: DE102013206395A
Authority: DE
Inventors: Samuel Brunet; Trond Jarle Pedersen; Bernard J. Hermes; Luben Hristov; Vivek Pant; Shahrooz Shahparnia
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2013-10-24
Also published as: TW201351254A; CN103376967A; US9372582B2; US20130278538A1

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Ändern einer Ladungsmenge auf einer Kapazität eines Berührungssensors. Die geänderte Ladungsmenge führt dazu, dass die Spannung an der Kapazität einem ersten vorbestimmten Spannungspegel entspricht. Das Verfahren umfasst auch das Aufbringen einer ersten vorbestimmten Ladungsmenge auf der Kapazität. Das Aufbringer der ersten vorbestimmten Ladungsmenge auf der Kapazität ändert die Spannung an Kapazität von dem ersten vorbestimmten Spannungspegel auf einen ersten Ladespannungspegel. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer ersten Differenz zwischen dem ersten Ladespannungspegel und einem Referenzspannungspegel und das Feststellen, auf Basis der ersten Differenz, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Berührungssensoren.
Hintergrund
Ein Berührungssensor kann die Gegenwart und den Ort einer Berührung oder die Annäherung eines Objekts (wie z. B. den Finger eines Benutzers oder einen Stift) innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors detektieren, der z. B einem Anzeigebildschirm überlagert ist. In einer berührungsempindlichen Anzeigeanwendung kann es der Berührungssensor einem Nutzer ermöglichen, direkt mit dem auf dem Bildschirm dargestellten zu interagieren, und nicht nur indirekt mit einer Maus oder einem Touchpad. Ein Berührungssensor kann befestigt sein auf, oder Bestandteil sein von, einem Desktop-Computer, einem Laptop-Computer, einem Tablet-Computer, einem persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einem Smartphone, einem Satellitennavigationsgerät, einem tragbaren Medienabspielgerät, einer tragbaren Spielekonsole, einem Kiosk-Computer, einem Kassengerät, oder anderen geeigneten Geräten. Ein Steuerpanel auf einem Haushaltsgerät oder einer anderen Einrichtung kann ebenfalls einen Berührungssensor beinhalten.
Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann hier ggf. einen Berührungsbildschirm mit umfassen, und umgekehrt. Wenn ein Objekt die Oberfläche des kapazitiven Berührungsbildschirms berührt oder in dessen Nähe kommt, so kann eine Kapazitätsänderung innerhalb des kapazitiven Berührungsbildschirms am Ort der Berührung oder der Annäherung auftreten. Eine Berührungssensorsteuereinheit kann die Kapazitätsänderung verarbeiten, um ihre Position auf dem Berührungsbildschirm zu bestimmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 illustriert einen beispielhaften kapazitiven Berührungssensor mit einer beispielhaften Berührungssensorsteuereinheit.
2A bis B zeigen ein Schema einer beispielhaften Eigenkapazitätsmessung.
3 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm für Eigenkapazitätsmessungen.
4A bis B zeigen eine Spannung an einem Messkondensator als Funktion der Zeit für eine beispielhafte Eigenkapazitätsmessung.
5A bis B zeigen beispielhafte Schaltungsdiagramme für Eigenkapazitätsmessungen mit zweifachem Laden.
5C zeigt eine Spannung an einem Messkondensator als Funktion der Maschinenzyklen.
6 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm für eine Eigenkapazitätsmessung mit Niederfrequenzrauschunterdrückung (LF).
7A bis C zeigen eine Spannung an einem Messkondensator als Funktion der Zeit für ein Beispiel einer Eigenkapazitätsmessung mit LF-Rauschunterdrückung.
8 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm für Eigenkapazitätsmessungen mit LF-Rauschunterdrückung unter Verwendung einer dualen Referenzspannung.
9A bis C zeigen eine Spannung an einem Messkondensator als Funktion der Zeit für eine beispielhafte Eigenkapazitätsmessung mit LF-Rauschunterdrückung unter Verwendung eines dualen Referenzspannungspegels.
10 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm einer Referenzschaltung für Eigenkapazitätsmessungen.
11 zeigt eine Spannung an einem Referenzkondensator der beispielhaften Referenzbiasschaltung als Funktion der Zeit.
12 zeigt ein Beispielverfahren für Eigenkapazitätsmessungen.
Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
1 illustriert einen beispielhaften kapazitiven Berührungssensor 10 mit einer beispielhaften Berührungssensorsteuereinheit. Der Berührungssensor 10 und die Berührungssensorsteuereinheit 12 können die Gegenwart und den Ort einer Berührung oder der Annäherung eines Objekts innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors 10 detektieren. Eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor kann hier ggf. sowohl den Berührungssensor als auch seine Berührungssensorsteuereinheit umfassen. In ähnlicher Weise kann eine Bezugnahme auf eine Berührungssensorsteuereinheit ggf. sowohl die Berührungssensorsteuereinheit als auch ihren Berührungssensor umfassen. Der Berührungssensor 10 kann ggf. einen oder mehrere berührungsempfindliche Bereiche beinhalten. Der Berührungssensor 10 kann ein Feld von Ansteuer- und Ausleseelektroden (oder ein Feld von Elektroden von nur einem Typ) beinhalten, die auf einem oder auf mehreren Substraten angebracht sind, die aus einem dielektrischen Material bestehen können. Ein Bezug auf einen Berührungssensor kann hier ggf. sowohl die Elektroden auf dem Berührungssensor als auch das Substrat oder die Substrate umfassen, auf denen die Elektroden angebracht sind. Umgekehrt kann eine Bezugnahme auf einen Berührungssensor ggf. die Elektroden des Berührungssensors, nicht aber die Substrate, auf denen sie angebracht sind, umfassen.
Eine Elektrode (entweder eine Masseelektrode, eine Schutzelektrode, eine Ansteuerelektrode, oder ein Ausleseelektrode) kann ein Bereich aus leitfähigem Material sein, der eine bestimmte Form hat, wie z. B. eine Kreisscheibe, ein Quadrat, ein Rechteck, eine dünne Linie, oder eine andere geeignete Form oder deren Kombinationen. Ein oder mehrere Schnitte in einer oder in mehreren Schichten aus einem leitfähigen Material können (zumindest zum Teil) die Form einer Elektrode bilden und die Fläche der Form kann (zumindest zum Teil) durch diese Schnitte begrenzt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann das leitfähige Material einer Elektrode ungefähr 100% der Fläche ihrer Form bedecken. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine Elektrode aus Indiumzinnoxid (ITO) bestehen und das ITO der Elektrode kann ungefähr 100% der Fläche ihrer Form bedecken (manchmal als 100%-ige Füllung bezeichnet). In bestimmten Ausführungsformen kann das leitfähige Material einer Elektrode deutlich weniger als 100% der Fläche ihrer Form bedecken. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine Elektrode aus feinen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material (FLM) bestehen, wie z. B. Kupfer, Silber oder einem kupfer- oder silberhaltigen Material, und die feinen Leitungen aus leitfähigem Material können ungefähr 5% der Fläche ihrer Form in einem schraffierten, netzartigen oder einem anderen geeigneten Muster bedecken. Eine Bezugnahme auf FLM kann hier ggf. derartige Materialien umfassen. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Elektroden bestehend aus bestimmten leitfähigen Materialien in bestimmten Formen mit bestimmten Füllungen in bestimmten Mustern beschreibt oder illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Elektroden aus jedem geeigneten leitfähigen Material in jeder geeigneten Form mit jedem geeigneten Füllprozentsatz in jedem geeigneten Muster.
Gegebenenfalls können die Formen der Elektroden (oder anderer Elemente) eines Berührungssensors im Ganzen oder zum Teil ein oder mehrere Makromerkmale des Berührungssensors bilden. Eine oder mehrere Eigenschaften der Implementierung dieser Formen (wie z. B. das leitfähige Material, die Füllung, oder die Muster innerhalb der Formen) können im Ganzen oder zum Teil ein oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensors bilden. Ein oder mehrere Makromerkmale des Berührungssensors können eine oder mehrerer Eigenschaften seiner Funktionalität bestimmen und ein oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensors können eine oder mehrere optische Eigenschaften des Berührungssensors, wie z. B. die Durchsichtigkeit, die Brechung oder die Reflektion bestimmen.
Ein mechanischer Stapel kann das Substrat (oder mehrere Substrate) und das leitfähige Material, das die Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Berührungssensors 10 bildet, enthalten. In einem nicht einchränkenden Beispiel kann der mechanische Stapel eine erste Schicht aus einem optisch klaren Klebstoff (OCA) unterhalb eines Abdeckpanels beinhalten. Das Abdeckpanel kann durchsichtig sein und aus einem widerstandsfähigen Material bestehen, das für eine wiederholte Berührung beeignet ist, wie z. B. Glas, Polycarbonat, oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Abdeckpanele besehend aus jedem geeigneten Material. Die erste Schicht aus OCA kann zwischen dem Abdeckpanel und dem Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Ansteuer- oder Ausleseelektrode bildet, angeordnet sein. Der mechanische Stapel kann auch eine zweite Schicht aus OCA und eine dielektrische Schicht (die aus PET oder einem anderen geeigneten Material besteht, ähnlich zu dem Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Ansteuer- oder Ausleseelektroden bildet) beinhalten. Alternativ kann gegebenenfalls eine dünne Beschichtung aus einem dielektrischen Material anstelle der zweiten Schicht aus OCA und der dielektrischen Schicht angebracht werden. Die zweite Schicht aus OCA kann zwischen dem Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Ansteuer- oder Ausleseelektroden bildet, und der dielektrischen Schicht angeordnet sein und die dielektrische Schicht kann zwischen der zweiten Schicht aus OCA und einem Luftspalt angrenzend an eine Anzeige eines Geräts, das den Berührungssensor 10 und die Berührungssensorsteuereinheit 12 enthält, angeordnet sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Abdeckpanel eine Dicke von ungefähr 1 mm haben; die erste Schicht aus OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben. Das Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Ansteuer- oder Ausleseelektrode bildet, kann eine Dicke von 0,05 mm haben; die zweite Schicht aus OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben, und die dielelektrische Schicht kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben. Obwohl die vorliegende Offenbarung einen konkreten mechanischen Stapel mit einer konkreten Zahl von konkreten Schichten bestehend aus bestimmten Materialien mit einer bestimmten Dicke beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten mechanischen Stapel mit jeder geeigneten Zahl von geeigneten Schichten von jedem geeigneten Material mit jeder geeigneten Dicke. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen eine Schicht aus Klebstoff oder einem Dielektrikum, die dielektrische Schicht, die zweite Schicht aus OCA und den obenstehend beschriebenen Luftspalt ersetzen, so dass kein Luftspalt zur Anzeige hin besteht.
Ein oder mehrere Abschnitte des Substrats des Berührungssensors 10 können aus Polyethylenterephthalat (PET) oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Substrate, bei denen irgendein geeigneter Abschnitt aus irgendeinem geeigneten Material besteht. In bestimmten Ausführungsformen können die Ansteuer- oder Ausleseelektroden in dem Berührungssensor 10 ganz oder zum Teil aus ITO bestehen. In bestimmten Ausführungsformen können die Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Berührungssensors 10 aus dünnen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material bestehen. In einem nicht einschränkenden Beispiel können ein oder mehrere Abschnitte des leitfähigen Materials aus Kupfer oder aus einem kupferhaltigen Material bestehen und eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger haben. In einem anderer Beispiel können oder mehrere Abschnitte des leitfähigen Materials aus Silber oder einem silberhaltigen besehen und gleichermaßen eine Dicke von 5 μm oder weniger und eine Breite von 10 μm oder weniger haben. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Elektroden bestehend aus jedem geeigneten Material.
Der Berührungssensor 10 kann eine kapazitive Form der Berührungserfassung implementieren. In einer Gegenkapazitätserfassung in der Berührungssensor 10 ein Feld von Ansteuer- und Ausleseelektroden beinhalten, die ein Feld von kapazitiven Knoten bilden. Eine Ansteuerelektrode und eine Ausleseelektrode können einen kapazitiven Knoten bilden. Die Ansteuer- und Ausleseelektroden, die den kapazitiven Knoten bilden, können einander nahekommen, machen aber keinen elektrischen Kontakt miteinander. Stattdessen sind die Ansteuer- und Ausleselektroden kapazitiv miteinander über einen Abstand zwischen ihnen gekoppelt. Eine gepulste oder alternierende Spannung, die an die Ansteuerelektroden (durch die Berührungssensorsteuereinheit 12) angelegt wird, kann eine Ladung auf den Ausleseelektroden induzieren und die induzierte Ladungsmenge kann von externen Einflüssen (wie z. B. einer Berührung oder der Annäherung eines Objekts) abhängen. Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Kapazitätsänderung an den kapazitiven Knoten auftreten und die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann die Kapazitätsänderung messen. Durch Messung der Kapazitätsänderung über das Feld hinweg, kann die Berührungssensorsteuereinheit 12 den Ort der Berührung oder der Annäherung innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 bestimmen.
In einer Eigenkapazitätsimplementierung kann der Berührungssensor 10 ein Feld von Elektroden einer einzigen Art beinhalten, die einen kapazitiven Knoten bilden. Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Änderung der Eigenkapazität an dem kapazitiven Knoten auftreten und die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann die Kapazitätsänderung messen, z. B. als Änderung der Ladungsmenge, die erforderlich ist, um die Spannung an dem kapazitiven Knoten um einen vorbestimmten Betrag zu erhöhen. Wie bei der Gegenkapazitätsimplementierung kann durch eine Messung der Kapazitätsänderung über das Feld hinweg die Position der Berührung oder der Annäherung innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 durch die Berührungssensorsteuereinheit 12 bestimmt werden. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Formen der kapazitiven Berührungserfassung.
In bestimmten Ausführungsformen können eine oder mehrere Ansteuerelektroden zusammen eine Ansteuerleitung bilden, die horizontal oder vertikal oder in jeder anderen geeigneten Richtung verläuft. In ähnlicher Weise können eine oder mehrere Ausleseelektroden zusammen eine Ausleseleitung bilden, die horizontal oder vertikal oder in jeder anderen geeigneten Richtung verläuft. In bestimmten Ausführungsformen können die Ansteuerleitungen im Wesentlichen senkrecht zu den Ausleseleitungen verlaufen. Eine Bezugnahme auf eine Ansteuerleitung kann gegebenenfalls eine oder mehrere Ansteuerelektroden mit umfassen, die die Ansteuerleitung bilden, und umgekehrt. In ähnlicher Weise kann hier eine Bezugnahme auf eine Ausleseleitung gegebenenfalls eine oder mehrere Ausleselektroden mit umfassen, die die Ausleseleitung bilden, und umgekehrt.
Der Berührungssensor 10 kann Ansteuer- und Ausleseelektroden haben, die in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats angeordnet sind. In einer derartigen Konfiguration kann ein Paar aus einer Ansteuer- und einer Ausleseelektrode, die miteinander über einen Zwischenraum zwischen ihnen kapazitiv gekoppelt sind, einen kapazitiven Knoten bilden. Bei einer Eigenkapazitätsimplementierung können Elektroden von nur einer Art in einem Muster auf einem einzigen Substrat angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ zu den Ansteuer- oder Ausleseelektroden, die in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats angeordnet sind, kann der Berührungssensor 10 Ansteuerelektroden, die in einem Muster auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind, und Ausleseelektroden, die in einem Muster auf einer anderen Seite des Substrats angeordnet sind, haben. Darüber hinaus kann der Berührungssensor 10 Ansteuerelektroden haben, die in einem Muster auf einer Seite eines Substrats angeordnet sind, und Ausleseelektroden, die in einem Muster auf einer Seite eines anderen Substrats angeordnet sind. In derartigen Konfigurationen kann eine Kreuzungsstelle einer Ansteuerelektrode und einer Ausleseelektrode einen kapazitiven Knoten bilden. Derartige Kreuzungsstellen können Orte sein, an denen die Ansteuerungs- und Ausleseelektroden einander „kreuzen” oder einander in der jeweiligen Ebene am nächsten kommen. Die Ansteuer- und Ausleseelektroden machen keinen elektrischen Kontakt miteinander, sondern sind über ein Dielektrikum an der Kreuzungsstelle kapazitiv miteinander gekoppelt. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine konkrete Konfiguration konkreter Elektroden beschreibt, die konkrete Knoten ausbilden, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Konfigurationen aller geeigneten Elektroden, die irgendwelche geeigneten Knoten bilden. Darüber hinaus umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Elektroden, die auf jeder geeigneten Seite von geeigneten Substraten in jedem geeigneten Muster angeordnet sind.
Wie obenstehend beschrieben, kann eine Kapazitätsänderung an einem kapazitiven Knoten des Berührungssensors 10 eine Berührungs- und Annäherungseingabe an dem Ort des kapazitiven Knotens anzeigen. Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann die Kapazitätsänderung erfassen und verarbeiten, um die Gegenwart und den Ort der Berührungs- oder Annäherungseingabe zu bestimmen. Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann dann Informationen über die Berührungs- oder Annäherungseingabe an eine oder mehrere Komponenten (wie z. B. eine oder mehrere Zentralverarbeitungseinheiten (CPUs)) eines Geräts, das den Berührungssensor 10 und die Berührungssensorsteuereinheit 12 enthält, übertragen, das wiederum auf die Berührungs- oder Annäherungseingabe durch Initiierung einer damit verbundenen Funktion des Geräts (oder einer auf dem Gerät laufenden Anwendung) antwortet. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine konkrete Berührungssensorsteuereinheit mit bestimmter Funktionalität in Bezug auf ein bestimmtes Gerät und einen bestimmten Berührungssensor beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Berührungssensorsteuereinheiten mit jeder geeigneten Funktonalität bezüglich jedes Geräts und jedes geeigneten Berührungssensors.
Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann aus einer oder aus mehreren integrierten Schaltungen (ICs) bestehen, wie z. B. aus Universalmikroprozessoren, Mikrocontrollern, programmierbaren logischen Geräten oder Feldern, anwendungsspezifischen ICs (ASICs). In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Berührungssensorsteuereinheit 12 analoge Schaltungen, digitale Logiken und digitale nichtflüchtige Speicher. In bestimmten Ausführungsformen ist die Berührungssensorsteuereinheit 12 auf einer flexiblen gedruckten Leiterplatte (FPC) angeordnet, die mit dem Substrat des Berührungssensors 10, wie untenstehend beschrieben wird, verbunden ist. Die FPC kann ggf. aktiv oder passiv sein. In bestimmten Ausführungsformen können mehrere Berührungssensorsteuereinheiten 12 auf der FPC angeordnet sein. Die Berührungssensorsteuereinheit 12 kann eine Verarbeitungseinheit, eine Ansteuereinheit, eine Ausleseeinheit und eine Speichereinheit beinhalten. Die Ansteuereinheit kann Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden des Berührungssensors 10 liefern. Die Ausleseeinheit kann Ladungen an den kapazitiven Knoten des Berührungssensors 10 erfassen und Messsignale an die Verarbeitungseinheit liefern, die Kapazitäten an den kapazitiven Knoten repräsentieren. Die Verarbeitungseinheit kann das Anlegen der Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden durch die Ansteuereinheit steuern und Messsingnale von der Ausleseeinheit verarbeiten, um die Gegenwart und den Ort einer Berührungs- oder Annäherungseingabe innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 zu detektieren und zu verarbeiten. Die Verarbeitungseinheit kann Änderungen in der Position einer Berührungs- oder Annäherungseingabe innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 verfolgen. Die Speichereinheit kann Programme zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit speichern, inklusive Programme zur Steuerung der Ansteuereinheit zum Anlegen der Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden, Programme zur Verarbeitung der Messsignale von der Ausleseeinheit, und gegebenenfalls andere geeignete Programme. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine konkrete Berührungssensorsteuereinheit mit einer konkreten Implementierung mit bestimmten Komponenten beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Berührungssensorsteuereinheiten mit jeder geeigneten Implementierung mit irgendwelchen geeigneten Komponenten.
Die auf dem Substrat des Berührungssensors 10 angeordneten Leiterbahnen 14 aus leitfähigem Material könnend die Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Berührungssensors 10 mit Anschlussflächen 16 verbinden, die ebenfalls auf dem Substrat des Berührungssensors 10 angeordnet sind. Wie untenstehend beschrieben wird, ermöglichen die Anschlussflächen 16 die Verbindung der Leiterbahnen 14 mit der Berührungssensorsteuereinheit 12. Die Leiterbahnen 14 können sich in oder um (z. B. an den Kanten) die berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 erstrecken. Bestimmte Leiterbahnen 14 können Ansteuerverbindungen zur Verbindung der Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Ansteuerelektroden des Berührungssensors zur Verfügung stellen, über die die Ansteuereinheit der Berührungssensorsteuereinheit 12 Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden anlegen kann. Andere Leiterbahnen 14 können Ausleseverbindungen für die Kopplung der Berührungssteuersensoreinheit 12 mit den Ausleseelektroden des Berührungssensors 10 zur Verfügung stellen, über die die Ausleseeinheit der Berührungssensorsteuereinheit 12 Ladungen an den kapazitiven Knoten des Berührungssensors 10 erfassen kann. Die Leiterbahnen 14 können aus dünnen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material gebildet sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das leitfähige Material der Leiterbahnen 14 Kupfer oder kupferhaltig sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger haben. In einem anderen Beispiel kann das leitfähige Material der Leiterbahnen 14 Silber oder silberhaltig sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger haben. In bestimmten Ausführungsformen können die Leiterbahnen 14 ganz oder zum Teil aus ITO bestehen, zusätzlich oder als Alternative zu den dünnen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material. Obwohl die vorliegende Offenbarung konkrete Leiterbahnen aus einem bestimmten Material mit einer bestimmten Breite beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Leiterbahnen bestehend aus jedem geeigneten Material jeder geeigneten Breite. Zusätzlich zu den Leiterbahnen 14 kann der Berührungssensor 10 ein oder mehrere Masseleitungen beinhalten, die an einem Masseverbinder (der eine Anschlussfläche 16 sein kann) an einer Kante des Substrats des Berührungssensors 10 (ähnlich zu den Leiterbahnen 14) enden.
Die Anschlussflächen 16 können entlang eines oder mehrerer Ränder des Substrats außerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs oder der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensors 10 angeordnet sein. Wie obenstehend beschrieben, kann die Berührungssensorsteuereinheit 12 auf einer FPC angeordnet sein. Die Anschlussflächen 16 können aus dem gleichen Material bestehen, wie die Leiterbahn 14 und können auf der FPC unter Verwendung eines anisotropen leitfähigen Films (ACF) befestigt sein. Die Verbindung 18 kann leitfähige Leitungen auf der FPC beinhalten, die die Berührugssensorsteuereinheit 12 mit den Anschlussflächen 16 verbinden, die wiederum die Berührungssensorsteuereinheit 12 mit den Leiterbahnen 14 und den Ansteuer- oder Ausleseelektroden Berührungssensors 10 verbinden. In einer anderen Ausführungsform können die Anschlussflächen 16 mit einem elektromechanischen Verbinder (wie z. B. einem einsetzkraftfreien Leiterplattenverbinder) verbunden sein; in dieser Ausführungsform muss die Verbindung 18 keine FPC beinhalten. Die vorliegende Offenbarung umfasst alle geeigneten Verbinder 18 zwischen der Berührungssensorsteuereinheit 12 und dem Berührungssensor 10.
2A bis B zeigen ein Schema einer beispielhaften Eigenkapazitätsmessung. In dem Beispiel der 2A ist eine Elektrode 24 des Berührungssensors mit einer Messschaltung 20 gekoppelt. Wie unten stehend beschrieben wird, bildet die Elektrode 24 eine Kapazität mit Masse, die im Raum verteilt ist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Kapazität zur Masse mehrere Elemente beinhalten, wie z. B. eine Kapazität der Leiterbahnen im Silizium, Leiterbahnen auf der gedruckten Leiterplatte (PCB), Elektroden 24 bestehend aus leitfähigem Material (ITO, Kupfernetz, etc.), oder ein Objekt, das eine Berührungseingabe liefert. Die Elektrode 24 ist kapazitiv über Objekt in der Umgebung mit Masse gekoppelt, die galvanisch oder kapazitiv mit Masse gekoppelt sind. Wie oben stehend beschrieben, überträgt die Messschaltung 20 der Berührungssensorsteuereinheit ein Ansteuersignal und liest ein Signal, das eine Berührungs- oder Annäherungseingabe anzeigt, z. B. von einem Finger 22, über die Elektrode 24 aus. In bestimmten Ausführungsformen erzeugt die Messschaltung 20 der Berührungssensorsteuereinheit das Ansteuersignal, das an die Elektrode 24 übertragen wird, und erfasst die Kapazität bezüglich Masse. Die Kapazität der umgebenden Materialien beinhaltet zumindest zum Teil die Kapazität zwischen der Elektrode 24 und Masse, wobei der Finger 22 die Berührungs- oder Annäherungseingabe liefert. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die durch den Finger 22, der die Berührungs- oder Annäherungseingabe liefert, hinzugefügte Kapazität 5 bis 10% der durch die Elektrode 24 erfassten Kapazität ausmachen.
In dem Beispiel der 2B erzeugt das von der Elektrode 24 übertragene Ansteuersignal ein elektrisches Feld, das von der Elektrode 24 ausgeht und an einer Signalmasse des Berührungssensors endet. Die Signalmasse ist galvanisch oder kapazitiv mit Masse gekoppelt. Die Gegenwart des Fingers 22 beeinflusst das elektrische Feld, und damit den Betrag der auf der Elektrode 24 durch die Messschaltung 20 erfassten Ladungsmenge. Wenn sich der Finger 22 der Elektrode 24 annähert, erhöht sich die durch die Messschaltung 20 detektierte Kapazität zwischen der Elektrode 24 und Masse. Obwohl die vorliegende Offenbarung die Messschaltung als innerhalb einer Berührungssensorsteuereinheit integriert beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung auch Messschaltungen, die eine diskrete Schaltung oder Teil einer geeigneten Schaltung sind.
3 illustriert ein Beispielschaltdiagramm für Eigenkapazitätsmessungen. Die Eigenkapazitätsmessschaltung 20 bestimmt eine Änderung einer Berührungssensorkapazität, die schematisch in dem Beispiel der 3 durch die Messkapazität C_X dargestellt ist. In bestimmten Ausführungsformen ist die Messkapazität C_X zumindest zum Teil zwischen einer Elektrode des Berührungssensor und anderem leitfähigen Material des Berührungssensors (nicht dargestellt) ausgebildet, das kapazitiv oder galvanisch mit Masse gekoppelt ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das leitfähige Material des Berührungssensors Teile von Leiterbahnen, Anschlüssen oder internen Netzwerken des Berührungssensors beinhalten. Wie oben stehend beschrieben, erfasst die Elektrode des Berührungssensors die Kapazität zwischen der Elektrode und Masse, wobei der Finger die Berührungs- oder Annäherungseingabe über das elektrische Feld, das durch die Elektrode übertragen wird, liefert.
Der Messkondensator C_X enthält zumindest einen Abschnitt der Elektrode und ist über die Schalter S₁ und S₂ mit einer Stromquelle 30 bzw. mit Masse verbunden. In bestimmten Ausführungsformen ist die Stromquelle 30 dazu eingerichtet, einen Strom I zu erzeugen. In anderen Ausführungsformen kann der Schalter S₂ mit einer von Masse verschiedenen Spannung gekoppelt sein. In bestimmten Ausführungsformen verbindet der Schalter S₃ den Elektrodenabschnitt des Messkondensators C_X mit einer Integratorschaltung 38 über einen Widerstand R. Der Widerstand R kann den Einfluss des Rauschens auf die Eigenkapazitätsmessschaltung 20 reduzieren und die Integratorschaltung 38 stabilisieren. In bestimmten Ausführungsformen enthält die Integratorschaltung 38 einen Operationsverstärker (Op-Amp) 32, der über den Schalter S₃ mit dem Messkondensator C_X verbunden ist. Ein Anschluss eines Speicherkondensators C_S ist mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 32 verbunden und der andere Anschluss des Speicherkondensators C_S ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 32 verbunden. Der Schalter S₄ verbindet einen Anschluss des Speicherkondensators C_S mit dem anderen Anschluss. Eine Referenzspannung V_REF ist mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 32 verbunden. Der Ausgang der Integratorschaltung 38 ist mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 34 verbunden. In bestimmten Ausführungsformen verstärkt die Integratorschaltung 38 den Unterschied zwischen der Spannung am Messkondensator C_X und der Referenzspannung V_REF. In anderen Ausführungsformen kann die Differenz zwischen der Spannung am Messkondensator C_X und der Referenzspannung V_REF unter Verwendung eines Verstärkers mit einem hohen Verstärkungsfaktor verstärkt werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Anordnung bestimmter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Anordnung geeigneter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung.
4A bis B zeigen eine Spannung an einem Messkondensator als Funktion der Zeit für eine beispielhafte Eigenkapazitätsmessung. Wie oben stehend beschrieben wurde, beeinflusst eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors die Ladungsmenge, und damit die Spannung, am Messkondensator C_X. Die geänderte Ladungsmenge führt dazu, dass die Spannung am Messkondensator C_X einen vorbestimmten Spannungspegel annimmt, wer der Schalter S₂ vor dem Zeitpunkt 1 geschlossen wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist der vorbestimmte Spannungspegel am Messkondensator C_X zum Zeitpunkt 1 gleich Masse. Zwischen dem Zeitpunkt 1 und dem Zeitpunkt 2 wird eine vorbestimmte Ladungsmenge durch eine Stromquelle auf den Messkondensator C_X aufgebracht, wenn der Schalter S₁ geschlossen wird. In bestimmten Ausführungsformen wird die vorbestimmte Ladungsmenge durch die Stromquelle erzeugt, die einen vorbestimmten Strom erzeugt, wenn der Schalter S₁ für eine vorbestimmte Zeitdauer geschlossen ist.
In dem Beispiel der 4A ist die Spannung am Messkondensator C_X zum Zeitpunkt 2 nach dem Aufbringen der vorbestimmten Ladungsmenge ein Ladespannungspegel, der unterhalb des Referenzspannungspegels V_REF liegt. In dem Beispiel der 4B ist die Spannung am Messkondensator C_X zum Zeitpunkt 2 nach dem Aufbringen der vorbestimmten Ladungsmenge ein Ladespannungspegel, der über den Referenzspannungspegel V_REF liegt. Der Ladespannungspegel am Messkondensator C_X zum Zeitpunkt 2 hängt zumindest zum Teil von der vorbestimmten Ladungsmenge ab und davon, ob eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors aufgetreten ist, die mit dem Messkondensator C_X verbunden ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel wird die aufgebrachte vorbestimmte Ladungsmenge zwischen dem Messkondensator C_X und der Kapazität zwischen dem Finger und der Elektrode aufgeteilt, wenn die Berührungs- oder Annäherungseingabe auftritt. In diesem Fall ist der resultierende Spannungspegel am Messkondensator C_X niedriger als der Spannungspegel ohne die Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Verhältnisse zwischen dem Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Verhältnisse zwischen dem Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel, wie z. B. Ladespannungspegel, die größer, kleiner oder im Wesentlichen gleich dem Referenzspannungspegel sind.
In bestimmten Ausführungsformen wird zum Zeitpunkt 2 der Schalter S₃ geschlossen, wodurch die Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X über den negativen Anschluss des Operationsverstärkers geändert wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die Spannung an dem negativen Anschluss des Operationsverstärkers gleich dem Referenzspannungspegel V_REF. Eine Änderung der Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X ändert die Spannung am Messkondensator C_X vom Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF. In bestimmten Ausführungsformen wird eine Ladung von dem Messkondensator C_X auf den Speicherkondensator C_S der Integratorschaltung transferiert.
Die zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S transferierte Ladung wird durch die Integratorschaltung bis zum Zeitpunkt 3 integriert, wenn die Spannung am Messkondensator C_X im Wesentlichen dem Referenzspannungspegel V_REF entspricht. In einem nicht einschränkenden Beispiel erhöht der Ladungstransfer in dem Beispiel der 4A zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S die Spannung an dem Messkondensator C_X auf den Referenzspannungspegel V_REF. In einem anderen Beispiel verringert der Ladungstransfer zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S in dem Beispiel der 4B die Spannung am Messkondensator C_X auf den Referenzspannungspegel V_REF. In bestimmten Ausführungsformen misst die Integratorschaltung die transferierte Ladungsmenge, die die Spannung am Messkondensator C_X von dem Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF ändert. Die Spannung am Speicherkondensator C_S variiert um einen Betrag, der proportional ist zu der transferierten Ladungsmenge. Eine Integration der transferierten Ladungsmenge verstärkt die Differenz zwischen dem Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF. In bestimmten Ausführungsformen kann die Differenz zwischen dem Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF direkt unter Verwendung des ADC-Ausgangs gemessen werden oder indirekt über den Ausgang der Integratorschaltung. Eine Berührungs- oder Annäherungseingabe wird relativ zu einer kalibrierten Spannungsdifferenz festgestellt, die zwischen dem Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF ohne eine Berührungs- oder Annäherungseingabe gemessen wurde.

Tabelle 1 zeigt eine beispielhafte Sequenz von Vorgängen für die beispielhafte Eigenkapazitätsmessung, die in 4A bis 4B illustriert ist. Die Schritte 1 bis 3 modifizieren die Spannung an dem Kondensator auf einen vorbestimmten Spannungspegel und legen die vorbestimmte Ladungsmenge an den Messkondensator C_X an. Das Anlegen der Ladung ändert die Spannung am Messkondensator C_X auf den Ladespannungspegel. In bestimmten Ausführungsformen kann die Ladungsmenge für den vorbestimmten Spannungspegel, einen Zielladespannungspegel und die Kapazität des Messkondensators C_X vorbestimmt sein. Wie oben stehend beschrieben, hängt der Ladespannungspegel zum Teil davon ab, ob eine Berührungs- oder Annäherungseingabe auf der Elektrode des Berührungssensors vorliegt. Die Schritte 5 bis 9 messen die Ladungsmenge, die die Spannung am Messkondensator C_X vom Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF, wie oben stehend beschrieben wurde, abgeändert hat. In bestimmen Ausführungsformen werden die Schritte 2 bis 9 entsprechend einer Burstlänge einige Male wiederholt. Eine Wiederholung des Anlegens der vorbestimmten Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X und des Transferierens der Ladung auf den Speicherkondensator C_S erhöht die Ladungsmenge auf dem Speicherkondensator C_S. Im Schritt 11 wird der Messkondensator C_X durch das Schließen des Schalters S₂ zum Zeitpunkt 3 entladen. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Reihenfolge der Schritte in Tabelle 1 beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Reihenfolge der Schritte zur Ausführung einer Eigenkapazitätsmessung. Tabelle 1:

Schritt	S₁	S₂	S₃	S₄	Beschreibung
1	aus	ein	aus	ein	Anfänglicher Ladezustand – alle Kondensatoren vollständig entladen
2	ein	ein	aus	ein	Spannung auf dem Messkondensator C_X halten, um Stromsprünge beim Verbinden der Stromquelle zu unterdrücken
3	ein	aus	aus	ein	Aufbringen einer vorbestimmten Ladungsmenge auf den Messkondensator C_X
4					Vorbestimmte Zeitdauer abwarten, um eine vorbestimmte Ladungsmenge zu erzeugen
5	aus	aus	aus	ein	Stromquelle von dem Messkondensator C_X abtrennen
6	aus	aus	aus	aus	Integratorschaltung für die Ladungsintegration vorbereiten
7	ein	aus	ein	aus	Messkondensator C_X mit der Integratorschaltung verbinden
8					Abschluss des Ladungstransfers abwarten
9	aus	aus	aus	aus	Speicherkondensator C_S schwebend
10	aus	aus	aus	aus	Ausgangsspannung messen
11	aus	ein	aus	ein	Zum anfänglichen Zustand zurückkehren

ein = geschlossener Schalter
aus = offener Schalter

5A bis B zeigen beispielhafte Schaltungsdiagramme für Eigenkapazitätsmessungen mit zweifachem Laden. In dem Beispiel der 5A legt die Eigenkapazitätsmessschaltung 20 die vorbestimmte Ladungsmenge über eine einstellbare Stromquelle an. Der Messkondensator C_X ist über den Schalter S₂ mit Masse verbunden und über den Schalter S₁ mit der einstellbaren Stromquelle 30. In bestimmten Ausführungsformen ist die einstellbare Stromquelle 30 dazu eingerichtet, einen einstellbaren Strom I an den Messkondensator C_X anzulegen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Betrag des Stroms I durch die Berührungssensorsteuereinheit über ein Steuersignal Cntr geändert werden, das an die einstellbare Stromquelle 30 übertragen wird. Der Schalter S₃ verbindet den Messkondensator C_X mit einer Integratorschaltung 38 über einen Widerstand R. Der Ausgang der Integratorschaltung 38 ist mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 34 verbunden. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Anordnung bestimmter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Anordnung geeigneter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung.
In dem Beispiel der 5B legt die Eigenkapazitätsmessschaltung 20 den vorbestimmten Betrag über eine duale Stromquelle an. Der Abschnitt des Messkondensators C_X, der die Elektrode enthält, ist über den Schalter S₂ mit Masse verbunden. Der Messkondensator C_X ist über die Schalter S_1H und S_1L mit den Stromquellen 30A und 30B verbunden. Die Stromquellen 30A und 30B sind dazu eingerichtet, Ströme I_1H bzw. I_1L an den Messkondensator C_X anzulegen. In bestimmten Ausführungsformen ist der Strom I_1H größer als der Strom Der Schalter S₃ verbindet den Messkondensator C_X mit einer Integratorschaltung 38 über einen Widerstand R. Der Ausgang der Integratorschaltung 38 ist mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 34 verbunden. Obwohl die vorliegen Offenbarung eine bestimmte Anordnung bestimmter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Anordnung geeigneter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung.
5C zeigt eine Spannung an einem Messkondensator als Funktion der Maschinenzyklen für eine beispielhafte Eigenkapazitätsmessung mit dualen Strombeträgen. Wie oben stehend beschrieben wurde, wird zum Zeitpunkt 1 der Schalter S₂ geschlossen, wodurch die Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X geändert wird und dazu führt, dass die Spannung am Messkondesator C_X einem vorbestimmten Spannungspegel entspricht. Zwischen den Zeitpunkten 1 und 3 wird eine vorbestimmte Ladungsmenge auf den Messkondensator C_X aufgebracht. In dem Beispiel der 5A wird der vorbestimmte Strom über die einstellbare Stromquelle 30 angelegt, wenn der Schalter S₁ geschlossen ist. In dem Beispiel der 5B wird der vorbestimmte Strom über die Stromquellen 30A und 30B angelegt, wenn die Schalter S_1L und S_1H geschlossen sind. Die Fähigkeit, die Differenz zwischen dem Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF zu minimieren, wird zumindest zum Teil durch die Genauigkeit bestimmt, mit der die vorbestimmte Ladungsmenge auf den Messkondensator C_X aufgebracht wird.
In bestimmten Ausführungsformen wird die vorbestimmte Ladungsmenge durch die einstellbare Stromquelle 30 erzeugt, die einen Strom I anlegt, wenn der Schalter S₁ für eine vorbestimmte Zeitdauer geschlossen ist, wie dies in dem Beispiel der 5A dargestellt ist. In bestimmten Ausführungsformen wird die vorbestimmte Ladungsmenge durch die Stromquellen 30A und 30B erzeugt, die Ströme I_1H und I_1L anlegen, wenn die Schalter S_1L und S_1H für eine vorbestimmte Zeitdauer geschlossen sind, wie dies in dem Beispiel der 5B dargestellt ist. Die Auflösung für die vorbestimmte Zeitdauer, in der die Ströme angelegt werden, wird zumindest zum Teil durch eine Taktfrequenz der Berührungssensorsteuereinheit bestimmt.
Für eine gegebene Taktfrequenz kann die Auflösung für die vorbestimmte Ladungsmenge festgelegt werden, in dem der Strom I der einstellbaren Stromquelle 30 angepasst wird, oder Stromquellen 30A und 30B verwendet werden, die unterschiedliche Strombeträge I_1H und I_1L erzeugen. In bestimmten Ausführungsformen, wie dies in dem Beispiel der 5A dargestellt ist, wird die Ladung auf dem Messkondensator C_X geändert, in dem ein Strom I angelegt wird, der zwischen den Zeitpunkten 1 und 2 einen ersten Wert hat. Zwischen den Zeitpunkten 2 und 3 wird die Ladung auf dem Messkondensator C_X geändert, in dem der Strom I auf einen zweiten Wert eingestellt wird, der kleiner sein kann als der erste Wert. In bestimmten Ausführungsformen, wie dies in dem Beispiel der 5B dargestellt ist, wird die Ladung auf dem Messkondensator C_X geändert, in dem die Ströme I_1H und I_1L zwischen den Zeitpunkten 1 und 2 angelegt werden. Zwischen den Zeitpunkten 2 und 3 wird der Schalter S_1L geöffnet und die Ladung auf dem Messkondensator C_X wird durch Anlegen des Stroms I_1H geändert. Zum Zeitpunkt 3 wird kein Strom mehr an den Messkondensator C_X angelegt und die Spannung am Messkondensator C_X liegt auf dem Ladespannungspegel. Obwohl die vorliegende Offenbarung ein bestimmtes Verfahren zum Anlegen einer vorbestimmten Ladungsmenge beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jedes geeignete Verfahren zum Anlegen einer vorbestimmten Ladungsmenge auf einen Kondensator.
6 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm für Eigenkapazitätsmessungen mit LF-Rauschunterdrückung. Die Eigenkapazitätsmessschaltung 20 bestimmt eine Änderung einer Berührungssensorkapazität, die in dem Beispiel der 6 schematisch durch den Messkondensator C_X angedeutet ist. Wie oben stehend beschrieben wurde, kann der Messkondensator C_X zumindest ist zum Teil zwischen einer Elektrode des Berührungssensors und anderen leitfähigen Umgebungsmaterialien des Berührungssensors (nicht dargestellt) ausgebildet sein, die kapazitiv oder galvanisch mit Masse sind. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Messkondensator C_X einige intrinsische Kapazitäten beinhalten, die mit dem Design des Berührungssensors verbunden sind. Der Messkondensator C_X enthält zumindest einen Teil der Elektrode und ist über die Schalter S₁ und S₂ mit einer Spannungsquelle V_H bzw. einer Stromquelle 36 verbunden. Der Messkondensator C_X ist über die Schalter S₃ und S₄ mit einer zweiten Stromquelle 30 bzw. mit Masse verbunden. In bestimmten Ausführungsformen sind die Stromquelle 30 und die Stromquelle 36 dazu eingerichtet, Ströme I_ZH bzw. I_ZL zu erzeugen. Der Schalter S₅ verbindet den Messkondensator C_X mit einer Integratorschaltung 38 über einen Widerstand R.
In bestimmten Ausführungsformen enthält die Integratorschaltung 38 einen Operationsverstärker 32, der über den Schalter S₅ mit dem Messkondensator C_X verbunden ist. Ein Anschluss eines Speicherkondensators C_S ist mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 32 verbunden und der andere Anschluss des Speicherkondensators C_S ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 32 verbunden. Der Schalter S₆ verbindet einen Anschluss des Speicherkondensators C_S mit dem anderen Anschluss. In bestimmten Ausführungsformen ist eine Referenzspannung V_REF mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 32 verbunden. Der Ausgang des Integrators 38 ist mit dem ADC 34 verbunden.
Die Schalter S₇ und S₈ haben zwei Positionen, die die Konfiguration des Speicherkondensators C_S bezüglich des negativen Eingangs und des Ausgangs des Operationsverstärkers 32 bestimmen. Mit den Schaltern S₇ und S₈ in einer ersten Position sind die Anschlüsse des Speicherkondensators C_S in einer bestimmten Weise mit dem negativen Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 32 verbunden. Mit den Schaltern S₇ und S₈ in einer zweiten Position sind die Anschlüsse des Speicherkondensators C_S in umgekehrter Weise mit dem negativen Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden. Eine Umkehrung der Konfiguration der Anschlüsse des Speicherkondensators C_S zwischen den Messvorgängen führt zu einer Subtraktion von einer Messung von der anderen, in dem die Richtung umgekehrt wird, in der die Ladung von dem Messkondensator C_X auf den Speicherkondensator C_S transferiert wird. Wie unten stehend beschrieben wird, führt eine Umkehrung der Polarität von einer Messung und die Subtraktion einer anfänglichen und einer nachfolgenden Messung zu einer deutlichen Unterdrückung des LF-Rauschens, das den beiden Messungen gemeinsam ist. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Anordnung bestimmter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Anordnung geeigneter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung. Darüber hinaus kann die Subtraktion der nachfolgenden Messung von der anfänglichen Messung im analogen Bereich oder im digitalen Bereich durchgeführt werden, in dem die Signale gemessen wurden mathematisch voneinander subtrahiert wurden.
7A bis C zeigen eine Spannung an einem Messkondensator als Funktion der Zeit für eine beispielhafte Eigenkapazitätsmessung mit LF-Rauschunterdrückung. Wie oben stehend beschrieben wurde, beeinflusst eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors die Ladungsmenge, und damit die Spannung, an dem Messkondensator C_X, der zumindest um Teil durch eine Elektrode des Berührungssensors gebildet wird. Die geänderte Ladungsmenge führt dazu, dass die Spannung an dem Messkondensator C_X einen vorbestimmten Spannungswert annimmt, wenn der Schalter S₄ zum Zeitpunkt 1 geschlossen wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist der vorbestimmte Spannungspegel am Messkondensator C_X zum Zeitpunkt 1 gleich Masse. Zwischen den Zeitpunkten 1 und 2 wird eine vorbestimmte Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X durch die Stromquelle 30 aufgebracht, wenn der Schalter S₃ geschlossen wird. In bestimmten Ausführungsformen wird die vorbestimmte Ladungsmenge durch die Stromquelle 30 aufgebracht, die einen vorbestimmten Strom I_ZH erzeugt, wenn der Schalter S₃ für eine vorbestimmte Zeitdauer geschlossen wird.
In dem Beispiel der 7A ist die Spannung am Messkondensator C_X zum Zeitpunkt 2 nach dem Aufbringen der vorbestimmten Ladungsmenge ein Spannungspegel, der niedriger ist als der Referenzspannungspegel V_REF. In dem Beispiel der 7B ist die Spannung zum Zeitpunkt 2 ein Spannungspegel, der größer ist als der Referenzspannungspegel V_REF. Wie oben stehend beschrieben wurde, hängt der Ladespannungspegel, d. h. die Spannung am Messkondensator C_X nach Aufbringen der vorbestimmten Ladungsmenge, zum Zeitpunkt 2 zum Teil von der vorbestimmten Ladungsmenge ab und davon, ob eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors aufgetreten ist.
Zum Zeitpunkt 2 wird der Schalter S₅, der den Messkondensator C_X mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers verbindet, geschlossen, so dass die Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X geändert wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die Spannung an dem negativen Eingang des Operationsverstärkers auf den Referenzspannungspegel V_REF eingestellt. Wie oben stehend beschrieben wurde, führt die Änderung der Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X zu einer Änderung der Spannung am Messkondensator C_X vom Ladespannugspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF. In bestimmten Ausführungsformen wird eine Ladung zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S der Integratorschaltung transferiert. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die Spannung an dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 32 auf den Referenzspannungspegel V_REF eingestellt.
In einem nicht einschränkenden Beispiel erhöht der Ladungstransfer zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S in dem Beispiel der 7A die Spannung an dem Messkondensator C_X vom Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF. In einem anderen Beispiel verringert der Ladungstransfer zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S in dem Beispiel der 7B die Spannung an dem Messkondensator C_X von dem Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF.
Die transferierte Ladung wird durch die Integratorschaltung bis zum Zeitpunkt 3 integriert, wenn die Spannung am Messkondensator C_X im Wesentlichen der Referenzspannung V_REF entspricht. In bestimmten Ausführungsformen misst die Integratorschaltung die transferierte Ladungsmenge, die die Spannung am Messkondensator C_X von dem Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF abändert. In bestimmten Ausführungsformen ist die Referenzspannung V_REF im Wesentlichen gleich der Hälfte der Versorgungsspannung. Die Spannung am Speicherkondensator C_S ändert sich um einen Betrag, der proportional ist zu der transferierten Ladungsmenge.
Zum Zeitpunkt 4 wird die Ladungsmenge am Messkondensator C_X durch Schließen des Schalters S₁ geändert, wodurch die Spannung am Messkondensator C_X zur Spannung V_H wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die Spannung V_H eine Versorgungsspannung des Berührungssensors. Eine andere vorbestimmte Ladungsmenge wird auf den Messkondensator C_X über die Elektrode des Berührungssensors aufgebracht, in dem der Schalter S₁ geöffnet wird und der Schalter S₂ zwischen dem Zeitpunkt 5 und dem Zeitpunkt 6 geschlossen wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel wird die andere vorbestimmte Ladungsmenge durch die Stromquelle 36 erzeugt, die dazu eingerichtet ist, einen vorbestimmten Strom I_ZL zu liefern, während der Schalter S₂ für einen vorbestimmten Zeitraum geschlossen ist. In bestimmten Ausführungsformen hat der vorbestimmte Strom I_ZH das umgekehrte Vorzeichen wie der vorbestimmte Strom I_ZL. In dem Beispiel der 7A ist die Spannung am Messkondensator C_X zum Zeitpunkt 6 nach dem Aufbringen der vorbestimmten Ladungsmenge ein Spannungspegel, der höher ist als der Referenzspannungspegel V_REF. In dem Beispiel der 7B ist die Spannung am Messkondensator C_X zum Zeitpunkt 6 ein Spannungspegel, der niedriger ist als der Referenzspannungspegel V_REF. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Differenzen zwischen den Ladespannungspegeln und den Referenzspannungspegeln beschreibt und illustriert, wie z. B. größer oder kleiner als der Referenzspannungspegel, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Differenzen zwischen den Ladespannungspegeln und den Referenzspannungspegeln, inklusive z. B. Ladespannungspegel, die im Wesentlichen den Referenzspannungen entsprechen.
Zum Zeitpunkt 6 wird der Schalter S₅, der ein Elektrodenabschnitt des Messkondensators C_X mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers verbindet, geschlossen, wodurch die Ladungsmenge auf dem Messkondenskondensator C_X geändert wird, wie oben stehend beschrieben wurde. Die Änderung der Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X führt zu einer Änderung der Spannung am Messkondensator C_X vom Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF. In bestimmten Ausführungsformen wird Ladung zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S der Integratorschaltung transferiert. Änderungen der Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X führen zu einer Änderung der Spannung am Messkondensator C_X von dem zweiten Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF. In einem nicht einschränkenden Beispiel verringert der Ladungstransfer zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S in dem Beispiel der 7A die Spannung am Messkondensator C_X von dem zweiten Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF. In einem anderen Beispiel erhöht der Ladungstransfer zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S in dem Beispiel der 7B die Spannung am Messkondensator C_X von dem zweiten Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF.
Der Unterschied zwischen dem ersten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF, der durch die Zeitpunkte 2 und 3 illustriert wird, hat das umgekehrte Vorzeichen wie die zweite Differenz zwischen dem zweiten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF, der durch die Zeitpunkte 6 und 7 illustriert wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die Differenz zwischen dem ersten Ladespannungspegel zum Zeitpunkt 2 und dem Referenzspannungspegel V_REF zum Zeitpunkt 3 positiv, d. h. der Referenzspannungspegel V_REF ist höher als der erste Ladespannungspegel. Die Differenz zwischen dem zweiten Ladespannungspegel zum Zeitpunkt 6 und dem Referenzspannungspegel V_REF zum Zeitpunkt 7 ist negativ, d. h. der Referenzspannungspegel V_REF ist niedriger als der erste Ladespannungspegel. In bestimmten Ausführungsformen kann ein LF-Rauschen, das das Signal von der Elektrode stört, zwischen den Zeitpunkten 1 bis 3 und zwischen den Zeitpunkten 5 bis 7 auftreten. Zwischen den Zeitpunkten 1 bis 3 und zwischen den Zeitpunkten 5 bis 7 hat das LF-Rauschen das gleiche Vorzeichen und die gleiche Amplitude, wohingegen die gemessenen Unterschiede zwischen den gleichen Zeitpunkten die gleiche Amplitude haben, aber entgegen gesetztes Vorzeichen, wie dies oben stehend beschrieben wurde. Eine Subtraktion des zwischen den Zeitpunkten 1 bis 3 erfassten Signals von dem zwischen den Zeitpunkten 5 bis 7 erfassten Signal unterdrückt das LF-Rauschen, das beiden Signalen gemeinsam ist, und erhält stattdessen das Messsignal.
In dem Beispiel der 7C ist die absolute Spannung des Speicherkondensators als Funktion der Zeit dargestellt. Zwischen den Zeitpunkten 2 und 3 steigt die absolute Spannung am Speicherkondensator C_S als Funktion der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF am Messkondensator C_X an. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF am Messkondensator C_X proportional zu der Differenz zwischen der vorbestimmten Spannung und dem Referenzspannungspegel V_REF, und das Verhältnis zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S. Die Spannung am Speicherkondensator C_S bleibt gleich, wenn keine Ladung zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S bis zum Zeitpunkt 6 transferiert wird. Zwischen den Zeitpunkten 6 und 7 steigt die absolute Spannung am Speicherkondensator C_S als Funktion der Spannungsdifferenz zwischen den zweiten Ladespannungspegel und den Referenzspannungspegel V_REF am Messkondensator C_X an. Der Anstieg der absoluten Spannung am Speicherkondensator C_S wird durch den Ladungstransfer zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S bewirkt.
Die beispielhafte Eigenkapazitätsmessschaltung aus 6 kann dazu eingerichtet sein, eine Doppelintegrationsmessung durchzuführen. In dem Beispiel der 6 ist der Speicherkondensator C_S der Integratorschaltung über die Schalter S₇ und S₈, die eine erste und eine zweite Position haben, konfiguriert. Durch Umschalten der Position der Schalter S₇ und S₈ subtrahiert die Integratorschaltung die Differenz zwischen dem zweiten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF. Wie oben stehend beschrieben wurde, wird dieser Beitrag von der Ladung, die zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S transferiert wurde, von der Ladungsmenge des Speicherkondensators C_S vom vorherigen Ladungstransfer abgezogen, wie dies in dem Beispiel der 6C dargestellt ist.
LF-Rauschen kann die Eingabe, die über die Elektrode des Berührungssensors detektiert wird, stören. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das LF-Rauschen von der Stromversorgung des Berührungssensors, die bei 50 bis 60 Hz betrieben wird, herrühren. In einem anderen Beispiel kann LF-Rauschen eine hohe Amplitude, wie z. B. 100 Volt oder mehr haben. Während eines Ladungstransfers kann eine LF-Rauschquelle eine Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X aufbringen. Abhängig davon, ob das LF-Rauschen auf der steigenden oder fallenden Flanke der LF-Signalform positioniert ist, addiert oder subtrahiert sich die hinzugefügte Ladung auf dem Messkondensator C_X in Form einer Verschiebung der Ladungsänderung auf dem Messkondensator C_X, die durch die Messschaltung durchgeführt wird. In dem Falle, dass mehrere aufeinander folgende Messungen durchgeführt werden, erscheint die durch die LF-Rauschquelle addierte oder subtrahierte Ladung als gleichförmige (common-mode) Verschiebung des Signals von dem Messkondensator C_X. Abhängig von der Messfrequenz kann die gleichförmige Verschiebung die Amplitude oder das Vorzeichen des Signals von dem Messkondensator C_X ändern.
Das LF-Rauschen zu den Zeitpunkten 2 und 3 und zu den Zeitpunkten 6 und 7 tritt als gleichförmige Verschiebung in beiden Messungen auf. Bei Messungen, die innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeitdauer durchgeführt wurden, hat das induzierte Rauschen das gleiche Vorzeichen und die gleiche Amplitude, wohingegen die Messsignale die gleiche Amplitude aber das entgegen gesetzte Vorzeichen haben. Wie oben stehend beschrieben wurde, können gleichförmige Verschiebungen eine Frequenz haben, die niedriger ist als eine Messfrequenz und Signalfluktuationen verursachen. Die Rauschverschiebung der Eigenkapazitätsmessung wird unterdrückt, in dem die zweite Spannungsdifferenz und die damit verbundene Rauschkomponente invertiert wird und das Signal mit der ersten Spannungsdifferenz durch eine Konfiguration der Schalter S₇ und S₈ subtrahiert wird. Um eine Aufhebung des Messsignals zu vermeiden, kann das Vorzeichen des Signals von einer der Messungen am Messkondensator C_X invertiert werden, bevor die Signale subtrahiert werden. Wie oben stehend beschrieben wurde, wird eine Berührungs- oder Annäherungseingabe relativ zu einer kalibrierten Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF ohne Berührungs- oder Annäherungseingabe bestimmt.

Tabelle 2 zeigt eine Beispielsequenz von Vorgängen für die beispielhafte Eigenkapazitätsmessung, die in 7A bis C dargestellt ist. Die Schritte 2 bis 4 bringen eine Ladung auf den Messkondensator C_X auf, die die Spannung an dem Messkondensator C_X auf den Ladespannungspegel abändert. Wie oben stehend beschrieben wurde, hängt der Ladespannungspegel zum Teil davon ab, ob eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors vorliegt. Die Schritte 5 bis 7 detektieren eine Ladung, die die Spannung am Messkondensator C_X vom Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF abändern, wie oben stehend beschrieben wurde. Die Schritte 6 bis 7 bringen eine Ladung auf den Messkondensator C_X auf, die die Spannung am Messkondensator C_X auf den zweiten Ladespannungspegel abändert. Die Schritte 8 bis 10 detektieren die Ladung, die die Spannung am Messkondensator C_X von dem zweiten Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF abändert. In bestimmten Ausführungsformen werden die Schritte 2 bis 11 entsprechend einer Burstlänge einige Male wiederholt. Eine Wiederholung des Aufbringens der vorbestimmten Ladungsmenge auf den Messkondensator C_X und des Übertragens der Ladung auf den Speicherkondensator C_S erhöht die Ladungsmenge auf dem Speicherkondensator C_S. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Reihenfolge der Schritte in Tabelle 2 beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Reihenfolge der Schritte zur Ausführung einer Eigenkapazitätsmessung mit LF-Rauschunterdrückung. Tabelle 2:

Schritt	S₁	S₂	S₃	S₄	S₅	S₆	S₇	S₈	Beschreibung
1	aus	aus	aus	ein	aus	ein	1	1	Anfänglicher Entladezustand – Speicherkondensator C_S entladen
2	aus	aus	ein	ein	aus	aus	1	1	Schließe Stromquelle am Messkondensator C_Xan und lasse den Strom sich einstellen
3	aus	aus	ein	aus	aus	aus	1	1	Leite den Strom für eine vorbestimmte Zeitdauer an den Messkondensator C_X um
4	aus	aus	aus	aus	ein	aus	1	1	Integrieren der Ladung vom Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF
5	aus	aus	aus	aus	aus	aus	1	1	Ende der Ladungsintegration
6	ein	ein	aus	aus	aus	aus	1	1	Ändere die Ladung auf dem Messkondensator C_X, was zu einer vorbestimmten Spannung führt
7	aus	ein	aus	aus	aus	aus	1	1	Lege einen zweiten Strom an den Messkondensator C_X für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer an
8	aus	aus	aus	aus	aus	aus	2	2	Schalte die Polarität der Integratorschaltung um
9	aus	aus	aus	aus	ein	aus	2	2	Integriere Ladung von dem zweiten Ladespannungspegel zum Referenzspannungspegel V_REF
10	aus	aus	aus	aus	aus	aus	2	2	Ende der Ladungsintegration; Messe Ausgang der Integratorschaltung
11	aus	aus	aus	ein	aus	ein	1	1	Entlade alle Kondensatoren

ein = geschlossener Schalter
aus = offener Schalter

8 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm für Eigenkapazitätsmessungen mit LF-Rauschunterdrückung unter Verwendung einer dualen Referenzspannung. Die Eigenkapazitätsmessschaltung 20 mit LF-Rauschunterdrückung unter Verwendung einer dualen Referenzspannung ermittelt eine Änderung einer Berührungssensorkapazität, die in dem Beispiel der 8 schematisch durch den Messkondensator C_X angedeutet ist. Der Messkondensator C_X enthält zumindest einen Abschnitt der Elektrode und ist über die Schalter S₁ und S₂ mit einer Spannungsquelle V_H bzw. einer Stromquelle 36 verbunden. Der Messkondensator C_X ist über die Schalter S₃ und S₄ mit einer zweiten Stromquelle 30 bzw. mit Masse verbunden. In bestimmten Ausführungsformen sind die Stromquelle 30 und die Stromquelle 36 dazu eingerichtet, Ströme I_ZH bzw. I_ZL zu erzeugen.
Der Schalter S₅ verbindet den Elektrodenabschnitt des Messkondensators C_X mit einer Integratorschaltung 38 über einen Widerstand R. Ein Anschluss eines Speicherkondensators C_S ist mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 32 der Integratorschaltung 38 verbunden und der andere Anschluss des Speicherkondensators C_S ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 32 verbunden. Der Schalter S₆ verbindet einen Anschluss des Speicherkondensators C_S mit dem anderen Anschluss. In bestimmten Ausführungsformen sind die Referenzspannungen V_REF1 und V_REF2 über den Schalter S₉ mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 32 verbunden. Der Schalter S₉ hat zwei Positionen, die bestimmen, welcher Referenzspannungspegel V_REF1 und V_REF2 an den positiven Anschluss des Operationsverstärkers 32 übertragen wird. Der Ausgang der Integratorschaltung 38 ist mit dem ADC 34 verbunden. In einem nicht einschränkenden Beispiel verstärkt die Integratorschaltung die Spannung am Messkondensator C_X. In einem anderen Beispiel kann ein Operationsverstärker mit einem hohen Verstärkungsfaktor verwendet werden, um die Spannung am Messkondensator C_X zu verstärken.
Die Schalter S₇ und S₈ haben zwei Positionen, die die Konfiguration des Speicherkondensators C_S bezüglich des negativen Eingangs und des Ausgangs des Operationsverstärkers 32 bestimmen. Wenn die Schalter S₇ und S₈ in einer ersten Position sind, sind die Anschlüsse des Speicherkondensators C_S in einer bestimmten Weise mit dem negativen Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 32 verbunden. Wenn die Schalter S₇ und S₈ in einer zweiten Position sind, sind die Anschlüsse des Speicherkondensators C_S in umgekehrter Weise mit dem negativen Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Anordnung bestimmter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Anordnung geeigneter Komponenten für die Eigenkapazitätsmessschaltung und die Integratorschaltung.
9A bis C illustrieren eine Spannung an einem Messkondensator als Funktion der Zeit für eine beispielhafte Eigenkapazitätsmessung mit LF-Rauschunterdrückung unter Verwendung eines dualen Referenzspannungspegels. Wie oben stehend beschrieben wurde, wird die Ladungsmenge auf dem Messkodensator C_X geändert, wenn der Schalter S₄ zum Zeitpunkt 1 geschlossen wird. Eine Änderung der Ladungsmenge durch das Schließen des Schalters S₄ führt dazu, dass die Spannung am Messkondensator C_X einen vorbestimmten Spannungspegel annimmt. Zwischen den Zeitpunkten 1 und 2 wird eine vorbestimmte Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X über die Stromquelle 30 aufgebracht, wenn der Schalter S₃ geschlossen wird. In bestimmten Ausführungsformen wird die vorbestimmte Ladungsmenge durch die Stromquelle 30 erzeugt, die einen vorbestimmten Strom I_ZH erzeugt, wenn der Schalter S₃ für eine vorbestimmte Zeitdauer geschlossen wird.
In dem Beispiel der 9A entspricht die Spannung am Messkondensator C_X zum Zeitpunkt 2 nach dem Aufbringen der vorbestimmten Ladungsmenge einem Spannungspegel, der unterhalb des Referenzspannungspegels V_REF2 liegt. In dem Beispiel der 9B entspricht die Spannung zum Zeitpunkt 2 einem Spannungspegel, der über dem Referenzspannungspegel V_REF2 liegt. Wie oben stehend beschrieben wurde, hängt der Ladespannungspegel am Messkondensator C_X zum Zeitpunkt 2 zum Teil von der vorbestimmten Ladungsmenge ab und davon, ob eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors, die mit dem Messkondensator C_X verbunden ist, vorliegt.
Zum Zeitpunkt 2 wird der Schalter S₅, der den Messkondensator C_X mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers verbindet, geschlossen, wodurch die Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X geändert wird, wie oben stehend beschrieben wurde. In einem nicht einschränkenden Beispiel wird die Spannung an dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 32 auf den Referenzspannungspegel V_REF2 gesetzt, in dem der Schalter S₉ auf die zweite Position umgeschaltet wird. Eine Änderung der Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X ändert die Spannung am Messkondensator C_X vom Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF2. In bestimmten Ausführungsformen wird Ladung zwischen dem Speicherkondensator C_S, der Integratorschaltung und dem Messkondensator C_X übertragen. Änderungen der Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X führen dazu, dass die Spannung am Messkondensator C_X vom Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF2 geändert wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel erhöht die Änderung der Ladungsmenge im Beispiel der 9A die Spannung am Messkondensator C_X vom Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF2. In einem anderen Beispiel verringert die Änderung der Ladung in dem Beispiel der 9B die Spannung am Messkondensator C_X vom Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF2.
Die Ladung vom Messkondensator C_X wird durch die Integratorschaltung bis zum Zeitpunkt 3 integriert, zu dem die Spannung am Messkondensator C_X im Wesentlichen dem Referenzspannungspegel V_REF2 entspricht. Eine zweite vorbestimmte Ladungsmenge wird auf den Messkondensator C_X aufgebracht, in dem der Schalter S₂ zwischen den Zeitpunkten 4 und dem Zeitpunkt 5 geschlossen wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel wird die andere vorbestimmte Ladungsmenge durch die Stromquelle erzeugt, die dazu eingerichtet ist, einen vorbestimmten Strom I_ZL zu erzeugen, wenn der Schalter S₂ für eine vorbestimmte Zeitdauer geschlossen wird. In dem Beispiel der 9A entspricht die Spannung am Messkondensator C_X zum Zeitpunkt 5 nach dem Aufbringen der vorbestimmten Ladungsmenge einem Spannungspegel, der über dem Referenzspannungspegel V_REF1 liegt. In dem Beispiel der 9B ist die Spannung am Messkondensator C_X zum Zeitpunkt 5 ein Spannungspegel, der unterhalb des Referenzspannungspegels V_REF1 liegt.
Die Spannung am negativen Anschluss des Operationsverstärkers 32 wird auf die Referenzspannung V_REF1 gesetzt, in dem der Schalter S₉ auf die erste Position umgeschaltet wird. Zum Zeitpunkt 5 wird der Schalter S₅ geschlossen, wodurch der Messkondensator C_X mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers verbunden wird und die Ladungsmenge des Messkondensators C_X geändert wird, wie oben stehend beschrieben wurde. Eine Änderung der Ladungsmenge des Messkondensators C_X ändert die Spannung am Messkondensator C_X von dem zweiten Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF1. In bestimmten Ausführungsformen wird Ladung zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S der Integratorschaltung transferiert. Eine Änderung der Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X ändert die Spannung am Messkondensator C_X von dem zweiten Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF1. In bestimmten Ausführungsformen wird Ladung von dem Messkondensator C_X auf den Speicherkondensator C_S der Integratorschaltung transferiert. In einem nicht einschränkenden Beispiel verringert der Ladungstransfer zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S in dem Beispiel der 9A die Spannung am Messkondensator C_X von dem zweiten Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF1. In einem anderen Beispiel erhöht der Ladungstransfer zwischen dem Messkodensator C_X und dem Speicherkondensator C_S in dem Beispiel der 9B die Spannung am Messkondensator C_X von dem zweiten Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF1.
Die Differenz zwischen dem ersten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF, der durch die Zeitpunkte 2 und 3 illustriert wird, hat das umgekehrte Vorzeichen wie die zweite Differenz zwischen dem zweiten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF1, die durch die Zeitpunkte 6 und 7 illustriert wird. In einem nicht einschränkenden Beispiel ist die Differenz zwischen dem ersten Ladespannungspegel zum Zeitpunkt 2 und dem Referenzspannungspegel V_REF1 zum Zeitpunkt 3 positiv, d. h. der Referenzspannungspegel V_REF2 ist höher als der erste Ladespannungspegel. Die Differenz zwischen dem zweiten Ladespannungspegel zum Zeitpunkt 6 und dem Referenzspannungspegel V_REF1 zum Zeitpunkt 7 ist negativ, d. h. der Referenzspannungspegel V_REF ist niedriger als der erste Ladespannungspegel. Obwohl die vorliegende Offenbarung bestimmte Unterschiede zwischen den Ladespannungspegeln und dem Referenzspannungspegel beschreibt und illustriert, wie z. B. größer oder kleiner als der Referenzspannungspegel, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Unterschiede zwischen den Ladespannungspegeln und dem Referenzspannungspegel, inklusive z. B. Ladespannungspegel, die im Wesentlichen gleich dem Referenzspannungspegel sind.
In dem Beispiel der 9C ist die absolute Spannung am Speicherkondensator als Funktion der Zeit dargestellt. Zwischen den Zeitpunkten 2 und 3 steigt die absolute Spannung am Speicherkondensator C_S als Funktion der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF2 am Messkondensator C_X an. Die Spannung am Speicherkondensator C_S bleibt gleich, wenn keine Ladung zwischen den Messkondensator C_X und den Speicherkondensator C_S bis zum Zeitpunkt 6 übertragen wird. Zwischen den Zeitpunkten 6 und 7 steigt die absolute Spannung am Speicherkondensator C_S als Funktion der Spannungsdifferenz zwischen dem zweiten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF1 am Messkondensator C_X an. Der Anstieg in der absoluten Spannung am Speicherkondensator C_S wird durch die Ladungsübertragung zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S bewirkt.
Die beispielhafte differentielle Eigenkapazitätsmessschaltung aus 9 kann dazu eingerichtet sein, eine Eigenkapazitätsmessung mit LF-Rauschunterdrückung durchzuführen. In dem Beispiel der 8 ist der Speicherkondensator C_S der Integratorschaltung über die Schalter S₇ und S₈, die eine erste und eine zweite Position haben, konfiguriert. Durch Umschalten der Position der Schalter S₇ und S₈ invertiert die Integratorschaltung die Spannungsdifferenz zwischen dem zweiten Spannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF am Messkondensator C_X. Dieser Beitrag von der Ladung, die zwischen dem Messkondensator C_X und dem Speicherkondensator C_S transferiert wird, wird mit der Ladung des Speicherkondensators C_S vom vorherigen Ladungstransfer summiert, wie dies in dem Beispiel der 9C dargestellt ist. In bestimmten Ausführungsformen kann LF-Rauschen das durch die Elektrode des Berührungssensors detektierte Signal stören. Wie oben stehend beschrieben wurde, tritt das LF-Rauschen in den zu den Zeitpunkten 2 und 3 und den Zeitpunkten 5 und 6 gemessenen Differenzen als gleichförmige Verschiebung in beiden gemessenen Differenzen in Erscheinung. Die Rauschverschiebung der Eigenkapazitätsmessung wird unterdrückt, in dem die zweite Spannungsdifferenz und die damit verbundene Rauschkomponente invertiert wird und das Signal mit der ersten Spannungsdifferenz über die Konfiguration der Schalter S₇ und S₈ summiert wird. Wie oben stehend beschrieben, wird eine Berührungs- oder Annäherungseingabe relativ zu einer kalibrierten Differenz ohne eine Berührungs- oder Annäherungseingabe bestimmt.

Tabelle 3 zeigt eine Beispielsequenz von Vorgängen für die beispielhafte Eigenkapazitätsmessung unter Verwendung einer dualen Referenzspannung, die in 9A bis C dargestellt ist. In den Schritten 2 bis 4 wird die vorbestimmte Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X aufgebracht, die die Spannung am Messkondensator C_X auf den Ladespannungspegel abändert. Wie oben stehend beschrieben wurde, hängt der Ladespannungspegel zum Teil davon ab, ob eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors vorliegt. Die Schritte 4 bis 5 messen die Ladungsmenge, die die Spannung am Messkondensator C_X von dem Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF2 abändern, wie oben stehend beschrieben wurde. Die Schritte 6 bis 7 bringen die vorbestimmte Ladungsmenge auf dem Messkondensator C_X auf, die die Spannung am Messkondensator C_X auf den zweiten Ladespannungspegel abändert. Die Schritte 8 bis 9 messen die Ladungsmenge, die die Spannung am Messkondensator C_X von dem zweiten Ladespannungspegel auf den Referenzspannungspegel V_REF1 abändert. In bestimmten Ausführungsformen werden die Schritte 2 bis 9 entsprechend einer Burstlänge einige Male wiederholt. Eine wiederholte Aufbringung der vorbestimmten Ladungsmenge auf den Messkondensator C_X und die Übertragung der Ladung auf den Speicherkondensator C_S erhöht die Ladungsmenge auf dem Speicherkondensator C_S. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Reihenfolge der Schritte in Tabelle 3 illustriert und beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Reihenfolge zur Durchführung der Eigenkapazitätsmessung mit LF-Rauschunterdrückung unter Verwendung dualer Referenzspannungspegel. Tabelle 3:

Schritt	S₁	S₂	S₃	S₄	S₅	S₆	S₇	S₈	S₉	Beschreibung
1	aus	aus	aus	ein	aus	ein	1	1	2	Anfänglicher Entladezustand – Speicherkondensator C_S entladen
2	aus	aus	ein	ein	aus	aus	1	1	2	Verbinde Stromquelle mit dem Messkondensator C_X und warte ab bis sich der Strom eingestellt hat
3	aus	aus	ein	aus	aus	aus	1	1	2	Strom an den Messkondensator C_X für eine vorbestimmte Zeitdauer anlegen
4	aus	aus	aus	aus	ein	aus	1	1	2	Ladung vom Ladespannungspegel bis zum Referenzspannungspegel V_REF2 integrieren
5	aus	aus	aus	aus	aus	aus	1	1	2	Ende der Ladungsintegration
6	aus	ein	aus	aus	aus	aus	1	1	1	Zweiten Strom für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer an den Messkondensator C_X anlegen
7	aus	aus	aus	aus	aus	aus	2	2	1	Polarität der Integratorschaltung umschalten
8	aus	aus	aus	aus	ein	aus	2	2	1	Ladung von dem zweiten Ladespannungspegel zum Referenzspannungspegel V_REF integrieren
9	aus	aus	aus	aus	aus	aus	2	2	1	Ende der Ladungsintegration; Messe Ausgangsspannung der Integratorschaltung
10	aus	aus	aus	ein	aus	ein	1	1	2	Entlade alle Kondensatoren

ein = geschlossener Schalter
aus = offener Schalter

10 illustriert ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm für eine Referenzschaltung für Eigenkapazitätsmessungen. In bestimmten Ausführungsformen können die Ströme, die zur Lieferung der vorbestimmten Ladungsmengen an den Messkondensator C_X verwendet werden, Variationen aufgrund der Temperatur, etc. aufweisen. Wie oben stehend beschrieben wurde, werden die Ladespannungspegel der Eigenkapazitätsmessungen zumindest zum Teil durch die vorbestimmten Ladungsmengen bestimmt, die auf den Messkondensator C_X aufgebracht werden. Variationen in der vorbestimmten Ladungsmenge können zu Variationen in den Ladespannungspegeln führen. Eine Feststellung der Gegenwart einer Berührungs- oder Annäherungseingabe kann durch Variationen in den Ladespannungspegeln beeinflusst werden. In bestimmten Ausführungsformen können die vorbestimmten Ströme I_ZH und I_ZL eine Funktion von Referenzströmen I_ZHREF und I_ZLREF sein.
Die Referenzbiasschaltung 54 enthält einen Referenzkondensator C_REF, der einen vorbestimmten Wert hat und über die Schalter S₁ und S₂ mit der Spannungsquelle V_H bzw. der Referenzstromquelle 36A verbunden ist. Der Referenzkondensator C_REF ist auch über die Schalter S₃ und S₄ mit einer zweiten Referenzstromquelle 30A bzw. mit Masse verbunden. In bestimmten Ausführungsformen sind die Referenzstromquelle 30A und die Referenzstromquelle 36A dazu eingerichtet, Referenzströme I_ZHREF und I_ZLREF zu erzeugen. Der Schalter S₅ verbindet den Referenzkondensator C_REF mit der Integratorschaltung 38. In einem nicht einschränkenden Beispiel modelliert die Kapazität des Referenzkondensators C_REF die Kapazität des Messkondensators ohne eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an der Elektrode des Berührungssensors. Ein Anschluss eines Referenzspeicherkondensators C_SREF ist mit dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 56 der Integratorschaltung 38 verbunden und der andere Anschluss des Referenzspeicherkondensators C_SREF ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 56 verbunden. Der Schalter S₆ verbindet einen Anschluss des Referenzspeicherkondensators C_SREF mit dem anderen Anschluss. Der Ausgang der Integratorschaltung 38 ist mit einem Eingang einer Subtraktionsschaltung 52 verbunden, die dazu eingerichtet ist, zwei Spannungsdifferenzen zu subtrahieren. Der negative Anschluss des Operationsverstärkers 56 ist mit der Subtraktionsschaltung 52 verbunden. Der positive Anschluss des Operationsverstärkers 56 ist mit dem Referenzspannung V_IREF verbunden und der Ausgang des Operationsverstärkers 56 ist mit einer Steuereinheit 50 verbunden. Die Steuereinheit 50 ist mit Stromquellen 30A und 36A verbunden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuereinheit 50 ein PID-Regler (Proportional-Integral-Derivativ-Regler) sein. Obwohl die vorliegende Offenbarung eine bestimmte Anordnung bestimmter Komponenten für die Referenzbiasschaltung und die Integratorschaltung beschreibt und illustriert, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Anordnung geeigneter Komponenten für die Referenzbiasschaltung und die Integratorschaltung.
In bestimmten Ausführungsformen arbeitet die Referenzschaltung 54 in ähnlicher Weise wie die Eigenkapazitätsmessschaltung mit LF-Rauschunterdrückung, die oben beschrieben wurde. Die Ladungsmenge des Referenzkondensators C_REF wird geändert, in dem der Schalter S₄ geschlossen wird, wodurch die Spannung am Referenzkondensator C_REF geerdet wird. Eine vorbestimmte Ladungsmenge wird auf den Referenzkondensator C_REF aufgebracht, in dem der Schalter S₃ geschlossen wird, wodurch die Spannung am Referenzkondensator C_REF einen Ladespannungspegel annimmt. Durch das Schließen des Schalters S₅ wird Ladung zwischen dem Referenzkondensator C_REF und dem Referenzspeicherkondensator C_SREF transferiert, wodurch die Spannung am Referenzkondensator C_REF den Referenzspannungspegel V_REF annimmt. Die Differenz zwischen dem Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF wird durch die Subtraktionsschaltung 52 gespeichert.
Die Ladungsmenge des Referenzkondensators C_REF wird geändert, in dem der Schalter S₁ geschlossen wird, wodurch die Spannung am Referenzkondensator C_REF den Wert V_H annimmt. Eine zweite vorbestimmte Ladungsmenge wird auf den Referenzkondensator C_REF aufgebracht, in dem der Schalter S₂ geschlossen wird, wodurch die Spannung am Referenzkondensator CHEF von V_H auf einen zweiten Ladespannungspegel abgeändert wird. Durch das Schließen des Schalters S₅ wird Ladung zwischen dem Referenzkondensator C_REF und dem Speicherkondensator C_SREF transferiert, wodurch die Spannung am Referenzkondensator C_REF den Referenzspannungspegel V_REF annimmt. Die zweite Differenz zwischen dem Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF wird durch die Subtraktionsschaltung 52 von der gespeicherten ersten Differenz abgezogen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Ausgang der Subtraktionsschaltung 52 für die oben beschriebene Kalibrierungsdifferenz ohne Berührungs- oder Annäherungseingabe verwendet werden.
11 zeigt eine Spannung an einem Referenzkondensator der beispielhaften Referenzbiasschaltung als Funktion der Zeit. In dem Beispiel der 11 entspricht der Referenzspannungspegel V_REF der Referenzschaltung im Wesentlichen dem Referenzspannungspegel V_REF der Eigenkapazitätsmessschaltung. In bestimmten Ausführungsformen können die Referenzströme I_ZHREF und I_ZLREF so eingerichtet sein, dass sie gleich sind, so dass der Unterschied zwischen dem ersten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF gleich dem Unterschied zwischen dem zweiten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel V_REF ist. Jede Verschiebung zwischen den beiden Spannungsdifferenzen wird an den Operationsverstärker übertragen und mit dem Referenzspannungspegel V_IREF am positiven Eingang des Operationsverstärkers verglichen. In bestimmten Ausführungsformen ist der Operationsverstärker dazu eingerichtet, ein Signal zu übertragen, das die Verschiebung zwischen den Spannungsdifferenzen und dem Referenzspannungspegel V_IREF angibt.
Die Steuereinheit der beispielhaften Referenzbiasschaltung stellt rekursiv die Referenzströme I_ZHREF und I_ZLREF ein, so dass Spannungsdifferenzen innerhalb einer Fehlergrenze um den Refenzspannungspegel V_IREF liegen. In anderen Worten, die Spannungsdifferenzen liegen innerhalb des Referenzspannungspegels V_IREF ± δ, wobei δ ein kleiner Spannungswert ist. In einem nicht einschränkenden Beispiel werden die Referenzströme I_ZHREF und I_ZLREF rekursiv eingestellt, so dass die Ladespannungspegel zu den Zeitpunkten 2 und 6 in Wesentlichen gleich sind zur Referenzspannung V_IREF. In dem Beispiel der 11 ist die Spannung am Referenzkondensator C_REF im Wesentlichen gleich zur Referenzspannung V_IREF zwischen den Zeitpunkten 1 und 2 und zwischen den Zeitpunkten 3 und 4. Das Einstellen der Referenzströme I_ZHREF und I_ZLREF kann wiederum die Ströme I_ZH und I_ZL der beispielhaften differentiellen Eigenkapazitätsmessschaltung aus 6 einstellen, so dass die Ladespannungspegel der differentiellen Eigenkapazitätsmessschaltung im Wesentlichen gleich sind zur Referenzspannung ohne eine Berührungs- oder Annäherungseingabe. Nach der Einstellung der Ströme I_ZH und I_ZL wird eine Modulation der Spannung an dem Messkondensator der beispielhaften differentiellen Eigenkapazitätsmessschaltung von der Referenzspannung im Wesentlichen durch eine Berührungs- oder Annäherungseingabe bewirkt, die an der Elektrode des Berührungssensors vorliegt.
12 illustriert ein Beispielverfahren für Eigenkapazitätsmessungen. Das Verfahren kann im Schritt 100 beginnen, in dem eine Ladungsmenge auf einem Kondensator eines Berührungssensors geändert wird. Die geänderte Ladungsmenge führt dazu, dass die Spannung an dem Kondensator einen ersten vorbestimmten Spannungspegel annimmt. In bestimmten Ausführungsformen ist der erste vorbestimmte Spannungspegel Masse. Im Schritt 102 wird eine erste vorbestimmte Ladungsmenge auf dem Kondensator aufgebracht. Das Aufbringen der ersten vorbestimmten Ladungsmenge ändert die Spannung an dem Kondensator von dem ersten vorbestimmten Spannungspegel auf einen ersten Ladespannungspegel. In bestimmten Ausführungsformen wird die vorbestimmte Ladungsmenge durch Anlegen eines vorbestimmten Stroms an den Kondensator für eine vorbestimmte Zeitdauer erzeugt. Im Schritt 104 wird eine erste Differenz zwischen dem ersten Ladespannungspegel und einem Referenzspannungspegel bestimmt. In bestimmten Ausführungsformen ist der Referenzspannungspegel die Hälfte einer Versorgungsspannung. Im Schritt 106 wird auf Basis der ersten Differenz festgestellt, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor vorliegt, womit das Verfahren enden kann. Der erste Ladespannungspegel hängt zumindest zum Teil davon ab, ob eine Berührungs- oder Annäherungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist. Obwohl die vorliegende Offenbarung die Schritte des Verfahrens aus 12 als in einer bestimmten Reihenfolge auftretend beschreibt, umfasst die vorliegende Offenbarung alle geeigneten Schritte des Verfahrens aus 12 in jeder geeigneten Reihenfolge. Obwohl darüber hinaus die vorliegende Offenbarung bestimmte Komponenten beschreibt und illustriert, die bestimmte Schritte des Verfahrens aus 12 ausführen, umfasst die vorliegende Offenbarung jede geeignete Kombination von geeigneten Komponenten, die geeignete Schritte des Verfahrens aus 12 ausführen.
Ein Bezug auf ein computerlesbares Speichermedium kann hier ein oder mehrere, nicht-transitorische Strukturen mit computerlesbaren Speichemedium umfassen. In einem nicht-einschränkenden Beispiel kann ein computerlesbares Speichermedium eine halbleiterbasierte oder eine andere integrierte Schaltung (IC) (wie z. B. ein Feld-programmierbares Gatterarray (FPGA) oder ein anwendungsspezifisches IC (ASIC)), eine Festplatte, eine HDD, eine Hybridfestplatte (HHD), eine optische Platte, ein optisches Plattenlaufwerk (ODD), eine magnetooptische Platte, ein magnetooptisches Laufwerk, eine Floppydisk, ein Floppydisklaufwerk (FDD), ein Magnetband, ein holographisches Speichermedium, ein Festkörperlaufwerk (SSD), ein RAM-Laufwerk, eine SD-Karte, ein SD-Laufwerk oder andere geeignete computerlesbare Speichermedien oder Kombinationen aus zwei oder mehreren dieser Speichermedien beinhalten.
Unter „oder” wird hier ein inklusives und nicht ein exklusives Oder verstanden, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. „A oder B” bedeutet daher „A, B oder beides”, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. Darüber hinaus bedeutet „und” sowohl einzeln als auch insgesamt, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt. „A und B” bedeutet daher „A und B, einzeln oder insgesamt”, sofern nichts Gegenteiliges gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang ergibt.
Die vorliegende Offenbarung umfasst alle Änderungen, Ersetzungen, Variationen, Abwandlungen und Modifikationen an den beispielhaften Ausführungsformen, die der Fachmann in Betracht ziehen würde. Darüber hinaus umfasst eine Bezugnahme in den beigefügten Ansprüchen auf eine Vorrichtung oder ein System oder eine Komponente einer Vorrichtung oder eines Systems, die/das dazu eingerichtet ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente unabhängig davon, ob die bestimmte Funktion aktiviert, eingeschaltet oder entsperrt ist, solange diese Vorrichtung, dieses System oder diese Komponente dazu eingerichtet ist, diese Funktion auszuführen.

Claims

Verfahren mit den Schritten: Ändern einer Ladungsmenge auf einer Kapazität eines Berührungssensors, wobei die geänderte Ladungsmenge dazu führt, dass die Spannung an der Kapazität einem ersten vorbestimmten Spannungspegel entspricht; Aufbringen einer ersten vorbestimmten Ladungsmenge auf der Kapazität, wobei das Aufbringen der ersten vorbestimmten Ladungsmenge auf der Kapazität die Spannung an der Kapazität von dem ersten vorbestimmten Spannungspegel auf einen ersten Ladespannungspegel ändert; Bestimmen einer ersten Differenz zwischen dem ersten Ladespannungspegel und einem Referenzspannungspegel; und Feststellen, auf Basis der ersten Differenz, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend Schritte: Ändern der Ladungsmenge auf Kapazität, wobei die geänderte Ladungsmenge dazu führt, dass die Spannung an der Kapazität einem zweiten vorbestimmten Spannungspegel entspricht; Aufbringen einer zweiten vorbestimmten Ladungsmenge auf der Kapazität, wobei das Aufbringen der zweiten vorbestimmten Ladungsmenge auf der Kapazität die Spannung an der Kapazität von dem zweiten vorbestimmten Spannungspegel auf einen zweiten Ladespannungspegel ändert; Bestimmen einer zweiten Differenz zwischen dem zweiten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel; und Feststellen, auf Basis der ersten und der zweiten Differenz, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen der ersten vorbestimmten Ladungsmenge des Weiteren umfasst: Aufbringen eines Teils der ersten vorbestimmten Ladungsmenge mit einem ersten vorbestimmten Strom für eine erste vorbestimmte Zeitdauer; und Aufbringen eines anderen Teils der ersten vorbestimmten Ladungsmenge mit einem zweiten vorbestimmten Strom für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer, wobei der zweite vorbestimmte Strom größer ist als der erste vorbestimmte Strom.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen der vorbestimmten Ladungsmenge des Weiteren umfasst: Anlegen eines vorbestimmten Stroms für eine vorbestimmte Zeitdauer, wobei der vorbestimmte Strom eine Funktion eines Referenzstroms ist.
Verfahren nach Anspruch 4, des Weiteren umfassend ein periodisches Anpassen der vorbestimmten Zeitdauer auf Basis der ersten Differenz.
Verfahren nach Anspruch 4, des Weiteren umfassend ein periodisches Anpassen des Referenzstroms auf Basis der ersten Differenz.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend die Schritte: Aufbringen einer zweiten vorbestimmten Ladungsmenge auf der Kapazität, wobei das Aufbringen der zweiten vorbestimmten Ladungsmenge auf der Kapazität die Spannung an der Kapazität von dem Referenzspannungspegel auf einen zweiten Ladespannungspegel ändert; Bestimmen einer zweiten Differenz zwischen dem zweiten Ladespannungspegel und einem zweiten vorbestimmten Spannungspegel; und Feststellen, auf Basis der ersten und der zweiten Differenz, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Computer-lesbares nicht transitorisches Speichermedium mit einer Logik, die dazu eingerichtet ist, bei ihrer Ausführung: eine Ladungsmenge auf einer Kapazität eines Berührungssensors zu ändern, wobei die geänderte Ladungsmenge dazu führt, dass die Spannung an der Kapazität einem ersten vorbestimmten Spannungspegel entspricht; eine erste vorbestimmte Ladungsmenge auf die Kapazität aufzubringen, wobei das Aufbringen der ersten vorbestimmten Ladungsmenge auf der Kapazität die Spannung an der Kapazität von dem ersten vorbestimmten Spannungspegel auf einen ersten Ladespannungspegel ändert; eine erste Differenz zwischen dem ersten Ladespannungspegel und einem Referenzspannungspegel zu bestimmen; und auf Basis der ersten Differenz festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Medium nach Anspruch 8, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist: die Ladungsmenge auf der Kapazität zu ändern, wobei die geänderte Ladungsmenge dazu führt, dass die Spannung an der Kapazität einem zweiten vorbestimmten Spannungspegel entspricht; eine zweite vorbestimmte Ladungsmenge auf der Kapazität aufzubringen, wobei das Aufbringen der zweiten vorbestimmten Ladungsmenge auf der Kapazität die Spannung an der Kapazität von dem zweiten vorbestimmten Spannungspegel auf einen zweiten Ladespannungspegel ändert; eine zweite Differenz zwischen dem zweiten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel zu bestimmen; und auf Basis der ersten und der zweiten Differenz festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Medium nach Anspruch 8, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist: ein Teil der ersten vorbestimmten Ladungsmenge mit einem ersten vorbestimmten Strom für eine erste vorbestimmte Zeitdauer aufzubringen; und ein anderer Teil der ersten vorbestimmten Ladungsmenge mit einem zweiten vorbestimmten Strom für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer aufzubringen, wobei der zweite vorbestimmte Strom größer ist als der erste vorbestimmte Strom.
Medium nach Anspruch 8, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, einen vorbestimmten Strom für eine vorbestimmte Zeitdauer anzulegen, wobei der vorbestimmte Strom eine Funktion eines Referenzstroms ist.
Medium nach Anspruch 11, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, die vorbestimmte Zeitdauer auf Basis der ersten Differenz periodisch anzupassen.
Medium nach Anspruch 11, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, den Referenzstrom auf Basis der ersten Differenz periodisch anzupassen.
Medium nach Anspruch 8, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist: eine zweite vorbestimmte Ladungsmenge auf die Kapazität aufzubringen, wobei das Aufbringen der zweiten vorbestimmten Ladungsmenge auf die Kapazität die Spannung an der Kapazität von dem Referenzspannungspegel auf einen zweiten Ladespannungspegel ändert; eine zweite Differenz zwischen dem zweiten Ladespannungspegel und einem zweiten vorbestimmten Spannungspegel zu bestimmen; und auf Basis der ersten und der zweiten Differenz festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Vorrichtung, umfassend: eine Messschaltung; und ein computer-lesbares, nicht transitorisches Speichermedium, das mit der Messschaltung gekoppelt ist und eine Logik enthält, die dazu eingerichtet ist, bei ihrer Ausführung: eine Ladungsmenge auf einer Kapazität eines Berührungssensors zu ändern, wobei die geänderte Ladungsmenge dazu führt, dass die Spannung an der Kapazität einem ersten vorbestimmten Spannungspegel entspricht; eine erste vorbestimmte Ladungsmenge auf die Kapazität aufzubringen, wobei das Aufbringen der ersten vorbestimmten Ladungsmenge auf der Kapazität die Spannung an der Kapazität von dem ersten vorbestimmten Spannungspegel auf einen ersten Ladespannungspegel ändert; eine erste Differenz zwischen dem ersten Ladespannungspegel und einem Referenzspannungspegel zu bestimmen; und auf Basis der ersten Differenz festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist: die Ladungsmenge auf der Kapazität zu ändern, wobei die geänderte Ladungsmenge dazu führt, dass die Spannung an der Kapazität einem zweiten vorbestimmten Spannungspegel entspricht; eine zweite vorbestimmte Ladungsmenge auf der Kapazität aufzubringen, wobei das Aufbringen der zweiten vorbestimmten Ladungsmenge auf der Kapazität die Spannung an der Kapazität von dem zweiten vorbestimmten Spannungspegel auf einen zweiten Ladespannungspegel ändert; eine zweite Differenz zwischen dem zweiten Ladespannungspegel und dem Referenzspannungspegel zu bestimmen; und auf Basis der ersten und der zweiten Differenz festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist: ein Teil der ersten vorbestimmten Ladungsmenge mit einem ersten vorbestimmten Strom für eine erste vorbestimmte Zeitdauer aufzubringen; und ein anderer Teil der ersten vorbestimmten Ladungsmenge mit einem zweiten vorbestimmten Strom für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer aufzubringen, wobei der zweite vorbestimmte Strom größer ist als der erste vorbestimmte Strom.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, einen vorbestimmten Strom für eine vorbestimmte Zeitdauer anzulegen, wobei der vorbestimmte Strom eine Funktion eines Referenzstroms ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist, den Referenzstrom auf Basis der ersten Differenz periodisch anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Logik des Weiteren dazu eingerichtet ist: eine zweite vorbestimmte Ladungsmenge auf die Kapazität aufzubringen, wobei das Aufbringen der zweiten vorbestimmten Ladungsmenge auf die Kapazität die Spannung an der Kapazität von dem Referenzspannungspegel auf einen zweiten Ladespannungspegel ändert; eine zweite Differenz zwischen dem zweiten Ladespannungspegel und einem zweiten vorbestimmten Spannungspegel zu bestimmen; und auf Basis der ersten und der zweiten Differenz festzustellen, ob eine Berührungseingabe an dem Berührungssensor aufgetreten ist.