DE102017208675A1

DE102017208675A1 - Kompensationsschaltung für Berührungssensoren

Info

Publication number: DE102017208675A1
Application number: DE102017208675.0A
Authority: DE
Inventors: Trond Jarle Pedersen; Armin Prohaska; Torgeir Fenheim; Peter Kolb
Original assignee: Atmel Corp
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2017-05-23
Publication date: 2017-11-30
Also published as: CN107436703B; CN107436703A; TWI737737B; TW201800923A; US20190034005A1; US10684733B2; US10120513B2; US20170344144A1

Abstract

Eine Vorrichtung enthält eine Integratorschaltung, eine Kompensationsschaltung und eine Ausleseschaltung. Die Kompensationsschaltung legt eine positive Ladung und eine negative Ladung an die Integratorschaltung während einer ersten Zeitspanne bzw. einer zweiten Zeitspanne an. Die Integratorschaltung integriert ein Signal und die positive Ladung, um ein erstes Auslesesignal zu erzeugen. Das Signal basiert auf einer Ladung an einer Elektrode eines Berührungssensors. Die Integratorschaltung integriert das Signal und die negative Ladung, um ein zweites Auslesesignal zu erzeugen. Die Ausleseschaltung detektiert eine Berührung auf Basis des ersten Auslesesignals und des zweiten Auslesesignals.

Description

Technischer Bereich
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf die Berührungssensortechnik.
Hintergrund
In einem Beispielsszenario detektiert ein Berührungssensor die Gegenwart und die Position eines Objekts (z. B. den Finger eines Benutzers oder einen Stift) innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensorfeldes, das z. B. einem Anzeigebildschirm überlagert ist. In einer Anwendung für eine berührungsempfindliche Anzeige ermöglicht es ein Berührungssensorfeld einem Benutzer, direkt mit dem auf dem Bildschirm Dargestellten zu interagieren, und nicht nur indirekt mit einer Maus oder einem Touchpad. Ein Berührungssensor ist befestigt auf, oder Bestandteil 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 einem anderen Gerät. Ein Steuerpanel eines Haushaltsgerätes oder einer anderen Einrichtung kann einen Berührungssensor enthalten. Es gibt eine Reihe von unterschiedlichen Arten von Berührungssensoren, wie z. B. resistive Berührungssensoren, Berührungssensoren mit akustischen Oberflächenwellen und kapazitive Berührungssensoren.
Wenn in einem Beispiel ein Objekt einen Berührungsbildschirm physikalisch innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs eines Berührungssensors des Berührungsbildschirms berührt (z. B. durch eine physikalische Berührung einer Abdeckschicht, die ein Berührungssensorfeld des Berührungssensors überlagert), oder innerhalb eines Detektionsabstands des Berührungssensors kommt (z. B. indem es über der Abdeckschicht, die das Berührungssensorfeld des Berührungssensors überlagert, schwebt), tritt eine Kapazitätsänderung innerhalb des Berührungsbildschirm an einer Position des Berührungssensors des Berührungsbildschirm auf, die mit der Position des Objekts innerhalb des berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors übereinstimmt. Eine Berührungssensor-Steuereinheit verarbeitet die Kapazitätsänderung, um die Position der Kapazitätsänderung innerhalb des Berührungssensors (z. B. innerhalb eines Berührungssensorfeldes des Berührungssensors) zu ermitteln.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Offenbarung und ihrer Vorteile wird auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
1 ein Beispielsystem illustriert, das einen Berührungssensor enthält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 illustriert ein Beispielgerät, das den Berührungssensor beherbergt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3A illustriert eine beispielhafte Berührungssensor-Steuereinheit, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3B illustriert eine beispielhafte Berührungssensor-Steuereinheit, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
4 illustriert eine beispielhafte Kompensationsschaltung, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5 illustriert ein beispielhaftes Signaldiagramm, das eine erste beispielhafte Vorladung einer Integratorschaltung unter Verwendung einer Kompensationsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
6 illustriert ein beispielhaftes Signaldiagramm, das eine zweite beispielhafte Vorladung einer Integratorschaltung unter Verwendung einer Kompensationsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
7 illustriert ein Beispielverfahren zur Detektion einer Berührung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
Berührungssensoren können Berührungen und/oder Objekte detektieren, indem sie elektrische Signale überwachen, die durch ein Feld von Elektroden in dem Berührungssensor erzeugt werden. Jede Elektrode ist mit einer Ladung verknüpft, die ein elektrisches Signal durch die Elektrode erzeugt. Wenn eine Berührung auftritt und/oder ein Objekt in die Nähe der Elektrode kommt, ändert sich die mit der Elektrode verknüpfte Ladung, und im Ergebnis ändert sich auch das durch diese Ladung erzeugte elektrische Signal. Der Berührungssensor überwacht das elektrische Signal, um festzustellen, wann sich dieses elektrische Signal ändert. Wenn der Berührungssensor feststellt, dass sich das elektrische Signal geändert hat, stellt der Berührungssensor fest, dass eine Berührung und/oder ein Objekt in der Nähe der Elektrode vorliegt.
Eine Art die elektrischen Signale zu überwachen besteht darin, die elektrischen Signale über einen Überwachungszyklus zu integrieren. Während jedes Zyklus integriert der Berührungssensor das elektrische Signal über diesen Zyklus und vergleicht das integrierte Signal mit einer Basislinie, um festzustellen, ob eine Änderung aufgetreten ist. Wenn eine Änderung aufgetreten ist, kann der Berührungssensor schließen, dass eine Berührung und/oder ein Objekt in der Nähe der Elektrode vorliegt.
Ein Problem, das die Leistungsfähigkeit des Berührungssensors verschlechtert, sind die parasitären Kapazitäten der Komponenten des Berührungssensors. Diese parasitären Kapazitäten erzeugen fixe Anteile und/oder Gleichstromanteile (DC-Anteile) in dem elektrischen Signal, das durch die Elektroden übertragen wird. Wenn diese DC-Anteile verstärkt und/oder integriert werden, verschlechtern sie die Genauigkeit des Berührungssensors, indem sie den Spielraum reduzieren, der zur Überwachung der integrierten Signale des Berührungssensors zur Verfügung steht. Im Ergebnis wird das Signalrauschverhältnis des Berührungssensors verringert.
Diese Offenbarung betrifft einen Berührungssensor, der eine Kompensationsschaltung verwendet, um die fixen Anteile und/oder die DC-Anteile zu entfernen, die durch die parasitären Kapazitäten erzeugt wurden. Die Kompensationsschaltung addiert und/oder entfernt eine Ladung von einem Eingang einer Integratorschaltung, um den DC-Anteil des elektrischen Signals aufzuheben und/oder zu reduzieren. Im Ergebnis wird die Menge an Spielraum, die zur Überwachung des integrierten Signals zur Verfügung steht, erhöht. Darüber hinaus wird auch des Signalrauschverhältnis erhöht. Der Berührungssensor wird allgemein unter Verwendung der 1 und 2 beschrieben. Im Einzelnen wird der Berührungssensor unter Verwendung der 3 bis 7 beschrieben.
1 zeigt ein Beispielsystem 100, das einen Berührungssensor 102 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält. Der Berührungssensor 102 enthält ein Berührungssensorfeld 106 und eine Berührungssensor-Steuereinheit 108. Das Berührungssensorfeld 106 und die Berührungssensor-Steuereinheit 108 detektieren die Gegenwart und Position einer Berührung oder die Annäherung eines Objektes innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereiches des Berührungssensorfeldes 106.
Das Berührungssensorfeld 106 enthält einen oder mehrere berührungsempfindliche Bereiche. In einer Ausführungsform enthält das Berührungssensorfeld 106 ein Feld von Elektroden, die auf einem oder auf mehreren Substraten angeordnet sind, die aus einem dielektrischen Material besteht. Eine Bezugnahme auf ein Berührungssensorfeld kann hier sowohl die Elektroden des Berührungssensorfeldes 106 als auch das Substrat oder die Substrate, auf denen sie angeordnet sind, umfassen. Alternativ dazu kenn eine Bezugnahme auf ein Berührungssensorfeld die Elektroden des Berührungssensorfeldes 106 umfassen, aber nicht das Substrat oder die Substrate, auf denen sie angeordnet sind.
In einer Ausführungsform ist ein Elektrode ein Bereich aus leitfähigem Material, das eine Form bildet, wie z. B. eine Kreisscheibe, ein Quadrat, ein Rechteck, eine dünne Linie, eine andere Form, oder eine Kombination dieser Formen. Ein oder mehrere Schnitte in einer oder in mehreren Schichten eines leitfähigen Materials erzeugen (zumindest zum Teil) die Form einer Elektrode, und der Bereich der Form wird (zumindest zum Teil) durch diese Schnitte begrenzt. In einer Ausführungsform bedeckt das leitfähige Material einer Elektrode ungefähr 100% der Fläche ihrer Form. Eine Elektrode besteht z. B. aus Indiumzinnoxid (ITO) und das ITO der Elektrode bedeckt ungefähr 100% der Fläche ihrer Form (manchmal auch als 100%ige Füllung bezeichnet). In einer Ausführungsform bedeckt das leitfähige Material einer Elektrode weniger als 100% der Fläche ihrer Form. Eine Elektrode kann z. B. aus feinen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material (FLM) bestehen, wie z. B. aus 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, netzförmigen, oder anderen Muster bedecken. Eine Bezugnahme auf FLM umfasst derartige Materialien. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Elektroden bestehend aus bestimmten leitfähigen Materialien, das bestimmte Formen mit bestimmten Füllprozentsätzen in bestimmten Mustern bildet, umfasst diese Offenbarung, in beliebiger Kombination, Elektroden aus anderen leitfähigen Materialien, die andere Formen mit anderen Füllprozentsätzen in einem anderen Muster bilden.
Die Formen der Elektroden (oder anderer Elemente) eines Berührungssensorfeldes 106 bestimmen, im Ganzen oder zum Teil, ein oder mehrere Makromerkmale des Berührungssensorfeldes 106. Eine oder mehrere Eigenschaften der Implementierung dieser Formen (wie z. B. der leitfähigen Materialien, Füllungen, oder Mustern innerhalb der Formen) bilden ganz oder zum Teil ein oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensorfeldes 106. Ein oder mehrere Makromerkmale eines Berührungssensorfeldes 106 können eine oder mehrere Eigenschaften seiner Funktionalität bestimmen, und eine oder mehrere Mikromerkmale des Berührungssensorfeldes 106 können ein oder mehrere optische Merkmale des Berührungssensorfeldes 106 bestimmen, wie z. B. die Durchlässigkeit, Brechung oder Reflexion.
Obwohl diese Offenbarung eine Reihe von Beispielelektroden beschreibt, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Beispielelektroden beschränkt und andere Elektroden können implementiert werden. Obwohl darüber hinaus diese Offenbarung eine Reihe von Beispielausführungsformen beschreibt, die bestimmte Konfigurationen von bestimmten Elektroden enthalten, die bestimmte Knoten bilden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Beispielausführungsformen beschränkt und andere Konfigurationen können implementiert werden. In einer Ausführungsform ist eine Reihe von Elektroden auf der gleichen oder auf unterschiedlichen Oberflächen des gleichen Substrats angeordnet. Zusätzlich oder alternativ dazu können unterschiedliche Elektroden auf unterschiedlichen Substraten angeordnet sein. Obwohl diese Offenbarung eine Reihe von Beispielausführungsformen beschreibt, die bestimmte Elektroden enthalten, die in bestimmten Beispielmustern angeordnet sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Beispielmuster beschränkt und andere Elektrodenmuster können implementiert werden.
Ein mechanischer Stapel enthält das Substrat (oder mehrere Substrate) und das leitfähige Material, das die Elektroden des Berührungssensorfeldes 106 bildet. Der mechanische Stapel kann z. B. eine erste Schicht aus optisch klarem Klebstoff (OCA) unterhalb eines Abdeckpanels enthalten. Das Abdeckpanel kann klar sein und aus einem widerstandsfähigem Material für wiederholte Berührungen bestehen, wie z. B. aus Glas, Polycarbonat oder Poly(methylmethacrylat) (PMMA). Diese Offenbarung umfasst Abdeckpanele bestehend aus beliebigen Materialien. Die erste Schicht aus OCA kann zwischen dem Abdeckpanel und dem Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Elektroden bilden, angeordnet sein. Der mechanische Stapel kann auch eine zweite Schicht aus OCA und eine dielektrische Schicht enthalten (die aus PET oder einem anderen Material bestehen kann, ähnlich dem Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Elektroden bildet). Alternativ dazu kann eine dünne Beschichtung aus einem dielektrischen Material anstelle der zweiten Schicht aus OCA und der dielektrischen Schicht aufgetragen werden. Die zweite Schicht aus OCA kann zwischen dem Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Elektroden bildet, und der dielektrischen Schicht angeordnet sein, und die dielektrische Schicht kann zwischen der zweiten Schicht aus OCA und einem Luftspalt zu einer Anzeige eines Geräts, das das Berührungssensorfeld 106 und die Berührungssensor-Steuereinheit 108 enthält, angeordnet sein. Das Abdeckpanel kann z. B. eine Dicke von ungefähr 1 Millimeter (mm) haben; die erste Schicht aus OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; das Substrat mit dem leitfähigen Material, das die Elektroden bildet, kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; die zweite Schicht aus OCA kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben; und die dielektrische Schicht kann eine Dicke von ungefähr 0,05 mm haben.
Obwohl diese Offenbarung einen bestimmten mechanischen Stapel mit einer bestimmten Zahl von bestimmten Schichten bestehend aus bestimmten Materialien und mit bestimmten Dicken beschreibt, umfasst diese Offenbarung andere mechanische Stapel mit einer beliebigen Zahl von Schichten bestehend aus beliebigen Materialien mit beliebigen Dicken. In einer Ausführungsform kann z. B. eine Schicht aus Klebstoff oder Dielektrikum die dielektrische Schicht, die zweite Schicht aus OCA und den oben beschriebenen Luftspalt ersetzen, so dass kein Luftspalt in der Anzeige vorhanden ist.
Ein oder mehrere Abschnitte des Substrats des Berührungssensorfeldes 106 können aus Polyethylenterephthalat (PET) oder einem anderen Material bestehen. Diese Offenbarung umfasst beliebige Substrate, bei denen Teile aus beliebigen Materialien gefertigt sind. In einer Ausführungsform bestehen ein oder mehrere Elektroden in dem Berührungssensorfeld 106 ganz oder zum Teil aus ITO. Zusätzlich oder alternativ dazu bestehen ein oder mehrere Elektroden in dem Berührungssensorfeld 106 aus feinen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material. Ein oder mehrere Abschnitte des leitfähigen Materials können z. B. Kupfer oder kupferhaltig sein und eine Dicke von ungefähr 5 Mikrometer (μm) oder weniger und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger haben. In einem anderen Beispiel können ein oder mehrere Teile des leitfähigen Materials Silber oder silberhaltig sein und in gleicher Weise eine Dicke von ungefähr 5 μm oder weniger und eine Breite von ungefähr 10 μm oder weniger haben. Diese Offenbarung umfasst beliebige Elektroden bestehend aus beliebigen Materialien.
In einer Ausführungsform implementiert das Berührungssensorfeld 106 eine kapazitive Form der Berührungserfassung. In einer Gegenkapazitätsimplementierung kann das Berührungssensorfeld 106 ein Feld von Ansteuer- und Ausleseelektroden enthalten, 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, sind nahe beieinander positioniert, gehen aber keinen elektrischen Kontakt miteinander ein. Als Reaktion auf ein Signal, das z. B. an die Ansteuerelektroden angelegt wird, sind die Ansteuer- und Ausleseelektroden stattdessen kapazitiv miteinander über einen Zwischenraum zwischen ihnen gekoppelt. Eine gepulste oder alternierende Spannung, die an die Ansteuerelektrode (durch die Berührungssensor-Steuereinheit 108) angelegt wird, induziert eine Ladung auf der Ausleseelektrode, und die Menge der induzierten Ladung hängt empfindlich von äußeren Einflüssen ab (wie z. B. einer Berührung oder der Nähe eines Objekts). Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Kapazitätsänderung an dem kapazitiven Knoten auftreten und die Berührungssensor-Steuereinheit 108 misst die Kapazitätsänderung. Durch Messen der Kapazitätsänderung über das Feld hinweg ermittelt die Berührungssensor-Steuereinheit 108 die Position der Berührung oder Annäherung innerhalb der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensorfeldes 106.
In einer Eigenkapazitätsimplementierung kann das Berührungssensorfeld 106 ein Feld von Elektroden von einer einzigen Art enthalten, die jeweils einen kapazitiven Knoten bilden können. Wenn ein Objekt den kapazitiven Knoten berührt oder in dessen Nähe kommt, kann eine Änderung der Eigenkapazität an dem kapazitiven Knoten auftreten, und die Berührungssensor-Steuereinheit misst die Kapazitätsänderung, z. B. als Änderung der Ladungsmenge, die implementiert ist, um die Spannung an dem kapazitiven Knoten um einen vorbestimmten Betrag zu erhöhen. Wie bei der Gegenkapazitätsimplementierung ermittelt die Berührungssensor-Steuereinheit 108 durch Messen der Kapazitätsänderungen über das Feld hinweg die Position der Berührung oder Annäherung innerhalb der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensarfeldes 106. Diese Offenbaraung umfasst beliebige Formen der kapazitiven Berührungserfassung.
In einer Ausführungsform bilden eine oder mehrere Ansteuerelektroden zusammen eine Ansteuerleitung, die horizontal oder vertikal oder in einer anderen Orientierung verläuft. In ähnlicher Weise bilden in einer Ausführungsform eine oder mehrere Ausleseelektroden zusammen eine Ausleseleitung, die horizontal oder vertikal oder in einer anderen Orientierung verläuft. In einem konkreten Beispiel verlaufen die Ansteuerleitungen im Wesentlichen senkrecht zu den Ausleseleitungen. Eine Bezugnahme auf eine Ansteuerleitung kann hier eine oder mehrere Ansteuerelektroden umfassen, die die Ansteuerleitung bilden, oder umgekehrt. Eine Bezugnahme auf eine Ausleseleitung kann hier gegebenenfalls eine oder mehrere Ausleseelektroden umfassen, die die Ausleseleitung bilden, und umgekehrt.
In einer Ausführungsform enthält das Berührungssensorfeld 106 Ansteuer- und Ausleseelektroden, die in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats angeordnet sind. In einer derartigen Konfiguration bildet ein Paar von Ansteuer- und Ausleseelektroden, die miteinander über einen Zwischenraum zwischen ihnen kapazitiv gekoppelt sind, einen kapazitiven Knoten. Im Beispiel einer Eigenkapazitätsimplementierung sind Elektroden einer einzigen Art in einem Muster auf einem einzigen Substrat angeordnet. Zusätzlich oder alternativ dazu, dass die Ansteuer- und Ausleseelektroden in einem Muster auf einer Seite eines einzigen Substrats angeordnet sind, kann das Berührungssensorfeld 106 Ansteuerelektroden haben, die in einem Muster auf einer Seite eines Substrate angeordnet sind, und Ausleseelektroden, die in einem Muster auf einer anderen Seite des Substrats angeordnet sind. Darüber hinaus kann das Berührungssensorfeld 106 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 bildet eine Kreuzungsstelle einer Ansteuerelektrode und einer Ausleseelektrode einen kapazitiven Knoten. Eine derartige Kreuzungsstelle kann eine Stelle sein, an der sich die Ansteuerelektrode und die Ausleseelektrode ”kreuzen” oder einander in ihrer jeweiligen Ebene am nächsten kommen. Die Ansteuer- und Ausleseelektroden gehen keinen elektrischen Kontakt miteinander ein, sondern sind kapazitiv miteinander über ein Dielektrikum an der Kreuzungsstelle gekoppelt. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Konfigurationen von bestimmten Elektroden beschreibt, die bestimmte Knoten bilden, umfasst diese Offenbarung andere Konfigurationen von Elektroden, die Knoten bilden. Darüber hinaus umfasst diese Offenbarung andere Elektroden, die auf einer beliebigen Zahl von Substraten in beliebigen Mustern angeordnet sind.
Wie obenstehend beschrieben wurde, kann eine Kapazitätsänderung an einem kapazitiven Knoten des Berührungssensorfeldes 106 eine Berührungs- oder Annäherungseingabe am Ort des kapazitiven Knotens anzeigen. Die Berührungssensor-Steuereinheit 108 detektiert und verarbeitet die Kapazitätsänderung, um die Gegenwart und den Ort der Berührungs- oder Annäherungseingabe zu ermitteln. In einer Ausführungsform überträgt die Berührungssensor-Steuereinheit 108 dann Informationen über die Berührungs- oder Annäherungseingabe an eine oder mehrere andere Komponenten (wie z. B. eine oder mehrere Zentralverarbeitungseinheiten (CPUs)) eines Geräts, das das Berührungssensorfeld 106 und die Berührungssensor-Steuereinheit 108 enthält, welches auf die Berührungs- oder Annäherungseingabe mit der Initiierung einer Funktion des Geräts (oder einer auf dem Gerät laufenden Anwendung) reagieren kann. Obwohl diese Offenbarung eine bestimmte Berührungssensor-Steuereinheit 108 mit einer bestimmten Funktionalität hinsichtlich eines bestimmten Geräts und einem bestimmten Berührungssensor 102 beschreibt, umfasst diese Offenbarung auch andere Berührungssensor-Steuereinheiten mit anderen Funktionalitäten hinsichtlich beliebiger Geräte und beliebiger Berührungssensoren.
In einer Ausführungsform ist die Berührungssensor-Steuereinheit 108 in Form von einer oder von mehreren integrierten Schaltungen (ICs) implementiert, wie z. B. Universal-Mikroprozessoren, Mikrokontrollern, programmierbaren logischen Geräten oder Feldern, an wendungsspezifischen ICs (ASICs). Die Berührungssensor-Steuereinheit 108 umfasst beliebige Kombinationen aus analogen Schaltungen, digitaler Logik und digitalen nicht-flüchtigen Speichern. In einer Ausführungsform ist die Berührungssensor-Steuereinheit 108 auf einer flexiblen gedruckten Leiterplatte (FPC) angeordnet, die auf dem Substrat des Berührungssensorfeldes 106 befestigt ist, wie untenstehend beschrieben wird. Die FPC kann aktiv oder passiv sein. In einer Ausführungsform sind mehrere Berührungssensor-Steuereinheiten 108 auf der FPC angeordnet.
In einer Beispielimplementierung enthält die Berührungssensor-Steuereinheit 108 eine Verarbeitungseinheit, eine Ansteuereinheit, eine Ausleseeinheit und eine Speichereinheit. In einer derartigen Implementierung legt die Ansteuereinheit ein Ansteuersignal an die Ansteuerelektroden des Berührungssensorfeldes 106 an, und die Ausleseeinheit erfasst Ladungen an dem kapazitiven Knoten des Berührungssensorfeldes 106 und liefert Messsignale an die Verarbeitungseinheit, die Kapazitäten an den kapazitiven Knoten repräsentieren. Die Verarbeitungseinheit steuert das Anlegen der Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden durch die Ansteuereinheit und verarbeitet die Messsignale von der Ausleseeinheit, um die Gegenwart und den Ort einer Berührungs- oder Annäherungseingabe innerhalb der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensorfeldes 106 zu detektieren und zu verarbeiten. Die Verarbeitungseinheit kann auch Änderungen in der Position einer Berührungs- oder Annäherungseingabe innerhalb der berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensorfeldes 106 verfolgen. Die Speichereinheit speichert Programme zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit, inklusive Programme zur Steuerung der Ansteuereinheit zum Anlegen der Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden, Programme zur Verarbeitung der Messsignale von der Ausleseeinheit, und andere Programme. Obwohl diese Offenbarung eine bestimmte Berührungssensor-Steuereinheit 108 mit einer bestimmten Implementierung mit bestimmten Komponenten beschreibt, umfasst diese Offenbarung auch Berührungssensor-Steuereinheiten mit anderen Implementierungen mit anderen Komponenten.
Leiterbahnen 110 aus leitfähigem Material, die auf dem Substrat des Berührungssensorfeldes 106 angeordnet sind, verbinden die Ansteuer- und Ausleseelektroden des Berührungssensorfeldes 106 mit Verbindungsflächen 112, die ebenfalls auf dem Substrat des Berührungssensorfeldes 106 angeordnet sind. Wie untenstehend beschrieben wird, ermöglichen die Verbindungsflächen 112 die Kopplung der Leiterbahnen 110 mit der Berührungssensor-Steuereinheit 108. Die Leiterbahnen 110 können sich um die berührungsempfindlichen Bereiche des Berührungssensorfeldes 106 außen herum (z. B. an deren Rändern) erstrecken oder in diese hinein. In einer Ausführungsform stellen bestimmte Leiterbahnen 110 Ansteuerverbindungen zur Kopplung der Berührungssensor-Steuereinheit 108 mit den Ansteuerelektroden des Berührungssensorfeldes 106 zur Verfügung, über die die Ansteuereinheit der Berührungssensor-Steuereinheit 108 Ansteuersignale an die Ansteuerelektroden anlegt, und andere Leiterbahnen 110 stellen Ausleseverbindungen zum Koppeln der Berührungssensor-Steuereinheit mit den Ausleseelektroden des Berührungssensorfeldes 106 zur Verfügung, über die die Ausleseeinheit der Berührungssensor-Steuereinheit 108 Ladungen an den kapazitiven Knoten des Berührungssensorfeldes 106 erfasst.
Die Leiterbahnen 110 bestehen aus feinen Leitungen aus Metall oder einem anderen leitfähigen Material. Das leitfähige Material der Leiterbahnen 110 kann z. B. Kupfer oder kupferhaltig sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger haben. In einem anderen Beispiel kann das leitfähige Material der Leiterbahnen 110 Silber oder silberhaltig sein und eine Breite von ungefähr 100 μm oder weniger haben. In einer Ausführungsform bestehen die Leiterbahnen 110 auch ganz oder zum Teil aus ITO, zusätzlich oder alternativ zu den feinen Leitungen aus Metall oder dem anderen leitfähigen Material. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Leiterbahnen bestehend aus bestimmten Materialien mit bestimmten Breiten beschreibt, umfasst diese Offenbarung Leiterbahnen bestehend aus anderen Materialien und/oder anderen Breiten. Zusätzlich zu den Leiterbahnen 110 kann das Berührungssensorfeld 106 eine oder mehrere Masseleitungen enthalten, die an einem Masseverbinder (der eine Verbindungsfläche 112 sein kann) an einem Rand des Substrats des Berührungssensorfeldes 106 enden (ähnlich wie die Leiterbahnen 110).
Die Verbindungsflächen 112 können entlang eines oder mehrere Ränder des Substrats außerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensorfeldes 106 angeordnet sein. Wie obenstehend beschrieben wurde, kann die Berührungssensor-Steuereinheit 108 auf einer FPC liegen. Die Verbindungsflächen 112 können aus dem gleichen Material bestehen, wie die Leiterbahnen 110 und können mit der FPC unter Verwendung eines anisotrop leitfähigen Films (ACF) verbunden sein. In einer Ausführungsform enthalten die Verbindungen 114 leitfähige Leitungen auf der FPC, die die Berührungssensor-Steuereinheit 108 mit den Verbindungsflächen 112 verbinden, die wiederum die Berührungssensor-Steuereinheit 108 mit den Leiterbahnen 110 und den Ansteuer- oder Ausleseelektroden des Berührungssensorfeldes 106 koppeln. In einer anderen Ausführungsform sind die Verbindungsflächen 112 mit einem elektromechanischen Verbinder (wie z. B. einem einsetzkraftfreien Kabel-Leiterplatten-Verbinder) verbunden. Die Verbindung 114 kann, muss aber nicht, eine FPC enthalten. Diese Offenbarung umfasst beliebige Verbindungen 114 zwischen der Berührungssensor-Steuereinheit 108 und dem Berührungssensorfeld 106.
2 zeigt ein Beispielgerät 200, das einen Berührungssensor 102 beherbergt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Gerät 200 ist ein beliebiger persönlicher digitaler Assistent, ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein Tablet-Computer, oder dergleichen. In einer Ausführungsform umfasst das Gerät 200 andere Arten von Geräten, wie z. B. einen Geldautomaten, Haushaltsgeräte, Personal-Computer, oder andere derartige Geräte mit einem Berührungsschirm. In dem dargestellten Beispiel liegen die Komponenten des Systems 100 innerhalb des Geräts 200. Obwohl diese Offenbarung ein bestimmtes Gerät 200 mit einer bestimmten Implementierung mit bestimmten Komponenten beschreibt, umfasst diese Offenbarung beliebige Geräte 200 mit beliebigen Implementierungen mit beliebigen Komponenten.
Ein bestimmtes Beispiel des Geräts 200 ist ein Smartphone, das ein Gehäuse 201 und einen Berührungsbildschirm 202 enthält, der einen Teil einer Oberfläche 204 des Gehäuses 201 des Geräts 200 bedeckt. In einer Ausführungsform ist das Gehäuse 201 ein Gehäuse eines Geräts 200, das bestimmte interne Komponenten (z. B. interne elektrische Komponenten) des Geräts 200 enthält. Der Berührungssensor 102 kann direkt oder indirekt mit dem Gehäuse 201 des Geräts 200 gekoppelt sein. Der Berührungsbildschirm 202 kann einen wesentlichen Teil einer Oberfläche 204 oder die ganze Oberfläche 204 (z. B. eine der größten Oberflächen 204) des Gehäuses 201 des Geräts 200 bedecken. Eine Bezugnahme auf einen Berührungsbildschirm 202 enthält Abdeckschichten, die die tatsächliche Anzeige überlagern, und Berührungssensorelemente des Geräts 200, inklusive einer obersten Abdeckschicht (z. B. einer gläsernen Abdeckschicht). In dem darstellten Beispiel ist die Oberfläche 204 eine Oberfläche der obersten Abdeckschicht des Berührungsbildschirms 202. In einer Ausführungsform wird die oberste Abdeckschicht (z. B. eine gläserne Abdeckschicht) des Berührungsbildschirms 200) als Bestandteil des Gehäuses 201 des Geräts 200 betrachtet.
In einer Ausführungsform ermöglichen es die großen Abmessungen des Berührungsbildschirms 202 dem Berührungsbildschirm 202, eine große Vielzahl von Daten anzuzeigen, inklusive einer Tastatur, eines Ziffernfeldes, von Programm- oder Anwendungsereignissen, und verschiedenen anderen Schnittstellen. In einer Ausführungsform interagiert ein Benutzer mit dem Gerät 200 durch Berühren des Berührungsbildschirms 202 mit einem Finger, einem Stift, oder einem anderen Objekt, um mit dem Gerät 200 zu interagieren (z. B. um ein Programm zur Ausführung auszuwählen, oder einen Buchstaben auf einer auf dem Berührungsbildschirm 202 dargestellten Tastatur zu tippen). In einer Ausführungsform interagiert ein Benutzer mit dem Gerät 200 unter Verwendung von Mehrfachberührungen, um verschiedene Operationen, wie z. B. eine Zoom-Operation beim Betrachten eines Dokuments oder Bildes auszuführen. In manchen Ausführungsformen, wie z. B. bei Haushaltsgeräten, ändert sich der Berührungsbildschirm 202 nicht oder nur geringfügig während des Betriebs des Geräts und erkennt nur Einzelberührungen.
Benutzer können mit dem Gerät 200 interagieren, indem sie physikalisch auf die Oberfläche 204 (oder eine andere Oberfläche) des Gehäuses 201 des Geräts 200 einwirken, dargestellt als Einwirkung 206, unter Verwendung eines Objekts 208, wie z. B. von einem oder von mehreren Fingern, einem oder mehreren Stiften, oder anderen Objekten. In einer Ausführungsform ist die Oberfläche 204 eine Abdeckschicht, die dem Berührungssensorfeld 106 und einer Anzeige des Geräts 200 überlagert ist. Wie obenstehend beschrieben wurde, können Benutzer eine Reihe von physikalischen Einwirkungen durchführen (z. B. doppelt tippen, dreifach tippen, oder eine andere implementierte Reihe von Einwirkungen), um einen Übergang des Berührungssensors 102 (z. B. die Berührungssensor-Steuereinheit 108) von einem ersten Leistungsmodus (z. B. einem niedrigen Leistungsmodus) zu einem zweiten Leistungsmodus (z. B. um den Berührungssensor 102 (z. B. die Berührungssensor-Steuereinheit 108) des Geräts 200 aufzuwecken) zu initiieren. Der Einwirkungssensor 104 detektiert Einwirkungen 206 und überträgt ein Ausgangssignal, das die detektierten Einwirkungen 206 anzeigt. Die Berührungssensor-Steuereinheit 108 (z. B. eine Überwachungskomponente der Berührungssensor-Steuereinheit 108) empfängt das Ausgangssignal von dem Einwirkungssensor 104 und initiiert, basierend auf dem Ausgangsignal entsprechend einem vorbestimmten Einwirkungsmuster (z. B. einem Doppeltippen während einer vorbestimmten Zeitdauer) den Übergang des Berührungssensors 102 (z. B. die Berührungssensor-Steuereinheit 108) von dem ersten Leistungsmodus zu dem zweiten Leistungsmodus.
Das Gerät 200 enthält Tasten 210, die eine beliebige Funktion im Zusammenhang mit dem Betrieb des Geräts 200 haben können. Eine oder mehrere Tasten 210 (z. B. die Taste 210b) können als sogenannter ”home button” dienen, die dem Gerät, zumindest zum Teil, anzeigt, dass ein Benutzer dabei ist, eine Eingabe an den Berührungssensor 102 des Geräts 200 zu liefern. Wie werter unten im Einzelnen beschrieben wird, kann eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verschiedene Gründe zum Vorsehen eines ”home buttons” reduzieren oder eliminieren.
3A zeigt eine beispielhafte Berührungssensor-Steuereinheit 108 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 3A dargestellt ist, enthält die Berührungssensor-Steuereinheit 208 eine Integratorschaltung 305, eine Ausleseschaltung 310 und eine Kompensationsschaltung 315. In einer Ausführungsform erhöht die Kompensationsschaltung 315 den zur Verfügung stehenden Spielraum, in dem die Ausleseschaltung 310 elektrische Signale von der Integratorschaltung 305 überwacht, indem Ladung an einen Eingang der Integratorschaltung 305 angelegt und/oder entfernt wird. Im Ergebnis können die elektrischen Signale von der Integratorschaltung 305 eine größere Spannungsänderung erfahren, bevor sie an eine Grenzspannung stoßen (entweder Masse- oder Versorgungsspannung). Die Fähigkeit des Berührungssensors 102, eine Berührung zu detektieren, wird daher verbessert.
Die Integratorschaltung 305 ist mit dem Berührungssensorfeld 106 gekoppelt. Die Integratorschaltung 305 empfängt ein elektrisches Signal von einer Elektrode des Berührungssensorfeldes 106. Das elektrische Signal basiert auf einer Ladung an der Elektrode. Die Integratorschaltung 305 integriert das elektrische Signal, um zwei Auslesesignale (z. B. ein positives Auslesesignal und ein negatives Auslesesignal) zu erzeugen. Diese beiden Auslesesignale werden dann durch die Ausleseschaltung 310 überwacht, um festzustellen, ob eine Berührung aufgetreten ist. Wenn z. B. eines oder mehrere der beiden Signale von einem bekannten oder vorgewählten Basisliniensignal abweicht, kann festgestellt werden, dass eine Berührung in der Nähe der Elektrode aufgetreten ist. In einem anderen Beispiel kann, wenn eine Differenz zwischen den beiden Signalen von einem bekannten oder vorgewählten Abstand abweicht, festgestellt werden, dass eine Berührung in der Nähe der Elektrode aufgetreten ist.
Die Ausleseschaltung 310 empfängt die beiden Auslesesignale, die durch die Integratorschaltung 305 erzeugt wurden. Die Ausleseschaltung 310 überwacht die beiden Auslesesignale von der Integratorschaltung 305, um festzustellen, ob eine Berührung in der Nähe der Elektrode des Berührungssensorfeldes 106 aufgetretene ist. Die Ausleseschaltung 310 kann z. B. zunächst eine Basislinie für jedes der beiden Auslesesignale etablieren. Die Ausleseschaltung 310 überwacht dann die beiden Auslesesignale, um zu sehen, ob sie von der Basislinie um einen gewählten Schwellenwert abweichen. Wenn eines oder mehrere der beiden Signale von der Basislinie um mehr als den Schwellenwert abweichen, stellt die Ausleseschaltung 310 fest, dass eine Berührung in der Nähe der Elektrode aufgetreten ist. In einem anderen Beispiel kann die Ausleseschaltung 310 eine differenzielle Basislinie und/oder eine Differenz zwischen den beiden Auslesesignalen etablieren. Die Ausleseschaltung 310 überwacht dann die Differenz zwischen den beiden gesendeten Signalen; wenn diese Differenz von der Basisliniendifferenz um mehr als einen gewählten Schwellenwert abweicht, dann stellt die Ausleseschaltung 310 fest, dass eine Berührung in der Nähe der Elektrode aufgetreten ist.
Gemäß einem Beispielszenario kann die Leistungsfähigkeit und/oder die Genauigkeit der Ausleseschaltung 310 durch parasitäre Kapazitäten von Komponenten des Berührungssensors 110 verschlechtert werden. Diese parasitären Kapazitäten erzeugen DC-Anteile in dem durch die Elektroden des Berührungssensorfeldes 106 übertragenen elektrischen Signal. Wenn diese DC-Anteile integriert werden, reduzieren sie die Menge an Spielraum, in dem die Ausleseschaltung 310 die beiden Auslesesignale überwachen kann, die durch die Integratorschaltung 305 erzeugt wurden. In anderen Worten, die DC-Anteile bringen die beiden Auslesesignalen näher an die Grenzspannungen (z. B. Masse- oder Versorgungsspannung). Der Betrag der Spannungsänderung, dem das Auslesesignal unterliegen kann, bevor es eine Grenzspannung erreicht, wird daher reduziert (weniger Spielraum), wodurch ermöglicht wird, dass die Verstärkung der Integratorschaltung 305 erhöht wird, wodurch die Größe des Berührungssignals erhöht wird. Da die reduzierte Spannungsänderung schwieriger zu detektieren sein kann, kann die Ausleseschaltung 310 unter diesen Umständen eine Berührung nicht unbedingt detektieren. Durch Entfernung der DC-Anteile kann das Auslesesignal eine größere Spannungsänderung erfahren, bevor es eine Grenzspannung erreicht (mehr Spielraum), wodurch der Verstärkungsfaktor der Integratorschaltung 305 erhöht werden kann, wodurch die Größe des Berührungssignals erhöht wird. Im Ergebnis wird das Signalrauschverhältnis der beiden Auslesesignale erhöht, wodurch die Berührungsdetektiansfähigkeiten des Berührungssensors 102 verbessert werden.
Die Berührungssensor-Steuereinheit 108 enthält eine Kompensationsschaltung 315, die eine Ladung hinzufügt oder entfernt, um den Effekt des DC-Anteils zu kompensieren und/oder zu reduzieren, der durch die parasitären Kapazitäten des Berührungssensors 102 verursacht wird. Wie in 3A dargestellt, ist die Kompensationsschaltung 315 mit einem Eingang der Integratorschaltung 305 gekoppelt. Die Kompensationsschaltung 305 addiert und/oder subtrahiert eine Ladung zu/von dem Signal, das durch das Berührungssensorfeld 106 erzeugt wird, bevor dieses Signal durch die Integratorschaltung 305 integriert wird (und/oder während der Integrationsphase oder der Integrationsphasen). Im Ergebnis kompensiert und/oder reduziert die Ladung, die die Kompensationsschaltung 315 hinzufügt und/oder entfernt, den DC-Anteil des verstärkten Signals. Durch Reduzieren und/oder Entfernen des DC-Anteils liefern die beiden Auslesesignale, die durch die Integratorschaltung 305 erzeugt wurden, zusätzlichen Spielraum, in dem die Ausleseschaltung 315 die beiden gesendeten Signale überwachen kann, wodurch es ermöglicht wird, den Systemverstärkungsfaktor zu erhöhen (z. B. gibt es zusätzlichen Spielraum, in dem die Ausleseschaltung 315 das tatsächliche Berührungssignal überwachen kann, wodurch der Systemuerstärkungsfaktor erhöht werden kann). Der Betrieb der Kompensationsschaltung 315 wird im Einzelnen im Zusammenhang mit den 4 bis 7 diskutiert. Diese Offenbarung versteht das Hinzufügen oder Entfernen von Ladung im Sinne eines Anlegens einer positiven und einer negativen Ladung. Eine Ladung kann z. B. hinzugefügt werden, indem eine positive Ladung angelegt wird, und Ladung kann entfernt werden, indem eine negative Ladung angelegt wird, oder umgekehrt.
Die Kompensationsschaltung 315 empfängt eine Eingabe über die Stromversorgungsleitung 325 und die Steuerleitungen 330. Die Stromversorgungsleitung 325 liefert eine Ladung an die Kompensationsschaltung 315. In manchen Ausführungsformen wird diese Ladung zur Integratorschaltung 305 hinzugefügt und/oder von dieser entfernt. Ein Signal von der Steuerung 330 steuert, ob die Kompensationsschaltung 315 Ladungen hinzufügt oder entfernt.
In einer Ausführungsform wird die Kompensationsschaltung 315 über eine auf Masse bezogene Referenzspannung versorgt, die im Wesentlichen konstant ist über einen Betriebstemperaturbereich (z. B. einen Bereich von 5°C) einer Betriebstemperatur des Berührungssensors 102. Darüber hinaus ist die massebezogene Referenzspannung im Wesentlichen unabhängig von einer Versorgungsspannung, mit der die Integratorschaltung 305 versorgt wird. Die massebasierte Referenzspannung weicht z. B. um weniger als 1% über einen Bereich von 145°C (z. B. von –40°C bis 105°C) der Betriebstemperatur des Berührungssensors 102 ab. In einem anderen Beispiel weicht die massebasierte Referenzspannung um weniger als 1% von einer Änderung der Versorgungsspannung, die die Integratorschaltung 305 versorgt, ab.
3B zeigt eine beispielhafte Berührungssensor-Steuereinheit 108 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Berührungssensor-Steuereinheit 108 enthält eine Stromverstärkerschaltung 300, eine Integratorschaltung 305, eine Ausleseschaltung 310, eine Kompensationsschaltung 315 und eine eingebaute Selbsttestschaltung 320. Die Hinzufügung der Stromverstärkerschaltung 300 verbessert den Betrieb des Berührungssensors 102 dadurch, dass eine Skalierung des Eingangssignals ermöglicht wird. Die eingebaute Selbsttestschaltung 320 reduziert die Testzeit und die Produktionskosten der Berührungssensor-Steuereinheit 108 dadurch, dass geringere Interaktionen mit externer Testausrüstung erforderlich sind. Darüber hinaus wird der Betrieb des Berührungssensors 102 verbessert, weil die eingebaute Selbsttestschaltung 320 eine Kalibrierung während der Laufzeit oder diagnostische Tests ermöglicht. Der Betrieb der beispielhaften Berührungssensor-Steuereinheit 108 aus 3B gleicht im Wesentlichen dem Betrieb der beispielhaften Berührungssensor-Steuereinheit 108 aus 3A mit einigen wenigen Unterschieden.
Wie in 3B dargestellt, ist die Stromverstärkerschaltung 300 mit dem Berührungssensorfeld 106 und der Integratorschaltung 305 gekoppelt. Die Stromverstärkerschaltung 300 empfängt ein elektrisches Signal von einer Elektrode des Berührungssensorfeldes 106. Das Signal basiert auf einer Ladung an der Elektrode. Die Stromverstärkerschaltung 300 verstärkt das elektrische Signal. Diese Offenbarung umfasst Stromverstarkerschaltungen 300, die eine beliebige Zahl von Komponenten, wie z. B. einen oder mehrere Stromverstärker und/oder einen oder mehrere Differenzverstärker enthalten, die dazu konfiguriert sind, das elektrische Signal von dem Berührungssensorfeld 106 zu verstärken. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass jede Elektrode des Berührungssensorfeldes 106 ein elektrisches Signal überträgt, das durch die Stromverstärkerschaltung 300 verstärkt wird. In einer Ausführungsform werden durch die Verstärkung des elektrischen Signals von der Elektrode kleine Änderungen und Variationen in dem elektrischen Signal, die durch eine Berührung und/oder ein Objekt in der Nähe der Elektrode verursacht werden, leichter detektierbar. Die Stromverstärkerschaltung 300 kann so abgestimmt und/oder eingestellt werden, dass die Stromverstärkerschaltung 300 einen bestimmten Verstärkungsfaktor auf ein elektrisches Signal zu einem ersten Zeitpunkt anwendet und, basierend auf der Abstimmung und/oder Einstellung, einen anderen Verstärkungsfaktor zu einem anderen Zeitpunkt anwendet. Die Integratorschaltung 305 empfängt das verstärkte elektrische Signal von der Stromverstärkerschaltung 300 und integriert das verstärkte elektrische Signal, um die beiden Auslesesignale zu erzeugen. Es ist des Weiteren auch vorgesehen, dass die Verstärkerschaltung 300 einen Verstärkungsfaktor kleiner als Eins haben kann, so dass die Verstärkerschaltung 300 als Dämpfungsglied arbeitet.
Zusätzlich ist die Kompensationsschaltung 315 auch mit einem Eingang der Stromverstärkerschaltung 300 gekoppelt. Auf diese Weise addiert und/oder entfernt die Kompensationsschaltung 315 Ladung von dem elektrischen Signal, das durch die Stromverstärkerschaltung 300 empfangen wird. Im Ergebnis kann ein beliebiger DC-Anteil in dem elektrischen Signal, das durch eine Elektrode des Berührungssensorfeldes 106 übertragen wird, reduziert und/oder entfernt werden, bevor dieses durch die Stromverstärkerschaltung 300 verstärkt wird.
Darüber hinaus ist die Kompensationsschaltung 315 auch mit einem Eingang einer eingebauten Selbsttestschaltung 320 in einer Ausführungsform gekoppelt. Die Kompensationsschaltung 315 addiert und/oder entfernt Ladung an einem Eingang der eingebauten Selbsttestschaltung 320. Die Leitung, über die die Kompensationsschaltung 315 Ladung von der eingebauten Selbsttestschaltung 320 entfernt oder hinzufügt, wird als eingebauter Selbsttestbus bezeichnet. Auf diese Weise kann die Ladung, die die Kompensationsschaltung 315 hinzufügt und/oder entfernt, unter Verwendung der eingebauten Selbsttestschaltung 320 getestet werden. Im Ergebnis kann ein Selbsttest der Kompensationsschaltung 315 durch die eingebaute Selbsttestschaltung 320 ausgeführt werden, wodurch Herstellungstests des Berührungssensors 102 vereinfacht werden. Darüber hinaus kann die eingebaute Selbsttestschaltung 320 verwendet werden, um diagnostische Überprüfungen des Berührungssensors 102 während eines Betriebs des Berührungssensors 102 durchzuführen. In einer Ausführungsform kann die Kompensationsschaltung 315 verwendet werden, um andere Schaltungsblöcke zu testen, indem ein Ladungssignal an die anderen Blöcke angelegt wird. Die eingebaute Selbsttestschaltung 320 stellt einen Bus zur Verfügung, der die Kompensationsschaltung 315 mit den anderen Blöcken verbindet. Ein Eingang einer anderen Integratorschaltung (falls es mehrere Integratoren in der Berührungs-Steuereinheit 108 gibt) kann mit der Kompensationsschaltung 315 über die eingebaute Selbsttestschaltung verbunden werden.
Darüber hinaus empfängt die Kompensationsschaltung 315 eine zusätzliche Eingabe über die Steuerleitung 335. Ein Signal von der Steuerleitung 335 steuert, wo die Kompensationsschaltung 315 Ladung hinzufügt/entfernt (z. B. die Stromverstärkerschaltung 300, die Integratorschaltung 305 und/oder die eingebaute Selbsttestschaltung 320).
Zusätzlich enthält die Stromverstärkerschaltung 300 in einer Ausführungsform einen Eingang für eine positive Referenzspannung und eine negative Referenzspannung. Die Größe der positiven Referenzspannung und die Größe der negativen Referenzspannung sind im Wesentlichen gleich der Größe der massebasierten Referenzspannung, die verwendet wird, um die Kompensationsschaltung 315 zu betreiben. Die Größe der positiven Referenzspannung und die Größe der negativen Referenzspannung können z. B. um weniger als 1% von der Größe der massebasierten Referenzspannung abweichen. Im Ergebnis werden die massebasierte Referenzspannung, die positive Referenzspannung und die negative Referenzspannung unabhängig von der Versorgungsspannung gehalten, mit der die Integratorschaltung 305 betrieben wird, wodurch Effekte von Versorgungsspannungsvariationen (z. B. über Temperaturbereiche oder Batterielebensdauern hinweg, etc.) und von Versorgungsspannungsrauschen auf die massebasierte Referenzspannung, die positive Referenzspannung und die negative Referenzspannung reduziert werden.
4 illustriert eine beispielhafte Kompensationsschaltung 315 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 4 dargestellt, enthält die Kompensationsschaltung 315 einen Treiber 400, einen Widerstand 405, einen Kondensator 410 und einen Demultiplexer 415. In einer Ausführungsform addiert und/oder entfernt die Kompensationsschaltung 315 Ladung bei verschiedenen Komponenten der Berührungssensor-Steuereinheit 108, um den zur Verfügung stehenden Spielraum zu vergrößern, in dem die Ausleseschaltung 315 ein erstes Auslesesignal und ein zweites Auslesesignal überwachen kann, die durch die Integratorschaltung 305 erzeugt werden.
Der Treiber 400 liefert eine positive Ladung oder eine negative Ladung durch die Kompensationsschaltung 315. Der Treiber 400 empfängt eine Ladung über die Versorgungsleitung 325 und ein Steuersignal über die Steuerleitung 330. Basierend auf diesem Steuersignal entscheidet der Treiber 400, ob der Treiber 400 eine positive Ladung oder eine negative Ladung liefert. Wenn das Steuersignal z. B. anzeigt, dass der Treiber 400 eine Ladung hinzufügen soll, dann wird der Treiber 400 die über die Versorgungsleitung 325 empfangene Ladung liefern. Wenn das Steuersignal anzeigt, dass der Treiber 400 Ladung entfernen soll, wird der Treiber 400 stattdessen Ladung nach Masse ziehen. In einer Ausführungsform trägt die Versorgungsleitung 325 eine Referenzspannung, die durch ein massebasiertes Referenzsystem gesetzt wird. Der Ausgang des Treibers 400 wird zwischen der Versorgungsleitung 325 und Masse hin und her geschaltet, um die positive und die negative Ladung zu liefern (z. B. von Masse zur Versorgungsleitung 325, um eine positive Ladung zu liefern, und von der Versorgungsleitung 325 zu Masse, um eine negative Ladung zu liefern). In einer Ausführungsform wird das Steuersignal durch die Berührungssensor-Steuereinheit 108 anstelle einer externen Komponente der Steuereinheit 108 geliefert. Das Steuersignal basiert in einer Ausführungsform auf einer Phase der Integratorschaltung 305. Während einer negativen Integrationsphase der Integratorschaltung 305 veranlasst das Steuersignal z. B. den Treiber 400, eine positive Ladung durch die Kompensationsschaltung 315 zu liefern. In einem anderen Beispiel veranlasst das Steuersignal während einer positiven Integrationsphase der Integratorschaltung 305 den Treiber 400, eine negative Ladung zu liefern oder Ladung von der Kompensationsschaltung 315 zu entfernen. In einer Ausführungsform verwendet der Treiber 400 eine massebasierte Referenzspannung als Versorgungsspannung, um Effekte einer Hauptversorgungsspannungsdrift des Geräts zu vermeiden.
Der Widerstand 405 und der Kondensator 410 sind in Reihe mit dem Treiber 400 geschaltet. Ein Eingang des Widerstands 405 ist mit einem Ausgang des Treibers 400 gekoppelt und ein Eingang des Kondensators 410 ist mit einem Ausgangs des Widerstands 405 gekoppelt. Der Widerstand 405 und der Kondensator 410 beeinflussen, wie schnell Ladung durch die Kompensationsschaltung 315 hinzugefügt und/oder entfernt wird. Eine Impedanz oder ein Widerstandswert des Widerstands 405 beeinflusst z. B. wie schnell elektrische Energie zu oder von dem Kondensator 410 transferiert wird, und eine Kapazität des Kondensators 410 beeinflusst, wie viel Energie durch den Kondensator 410 gespeichert wird. In einer Ausführungsform ist der Widerstand 405 ein verstellbarer Widerstand, dessen Impedanz/Widerstandswert eingestellt werden kann. Darüber hinaus ist in einer Ausführungsform der Kondensator 410 ein verstellbarer Kondensator, dessen Kapazität eingestellt werden kann. Dadurch, dass der Widerstand 405 und/oder der Kondensator 410 variabel gemacht werden, kann die Kompensationsschaltung 315 dazu konfiguriert werden, unterschiedliche Ladungsmenge mit unterschiedlichen Raten abhängig von dem Zustand des Berührungssensors 102 hinzuzufügen und/oder zu entfernen. Die Kompensationsschaltung 315 kann z. B. dazu konfiguriert sein, eine bestimmte Ladungsmenge während einer negativen Integrationsphase der Integratorschaltung 305 hinzuzufügen, und eine davon verschiedene Ladungsmenge während einer positiven Integrationsphase der Integratorschaltung 305 zu entfernen. In einem anderen Beispiel kann die Kompensationsschaltung 315 dazu konfiguriert werden, eine bestimmte Ladungsmenge hinzuzufügen, wenn die Kompensationsschaltung 315 Ladung an einem Eingang der Stromverstärkerschaltung 300 hinzufügt, und eine andere Ladungsmenge zu entfernen, wenn die Kompensationsschaltung 315 Ladung von einem Eingang der Integratorschaltung 305 entfernt.
Der Demultiplexer 415 schaltet den Ausgang der Kompensationsschaltung 315. Ein Eingang des Demultiplexers 415 ist mit einem Ausgang des Kondensators 410 gekoppelt. Darüber hinaus empfängt der Demultiplexer 415 ein Steuersignal über die Steuerleitung 335. In einer Ausführungsform wird das Steuersignal durch die Berührungssensor-Steuereinheit 108 geliefert, anstelle einer externen Komponente der Steuereinheit 108. Der Demultiplexer 315 enthält mehrere Ausgänge: einen Ausgang für die Stromverstärkerschaltung 300, einen Ausgang für die Integratorschaltung 305 und einen Ausgang für die eingebaute Selbsttestschaltung 320. Abhängig von dem über die Steuerleitung 335 empfangenen Steuersignal sendet der Demultiplexer 315 den Ausgang des Kondensators 410 an einen dieser Ausgänge. Zum Beispiel während eines diagnostischen Selbsttests veranlasst das Steuersignal den Demultiplexer 415 den Ausgang des Kondensators 410 an die eingebaute Selbsttestschaltung 320 zu richten. In einem anderen Beispiel während einer Integrationsphase der Integratorschaltung 305 veranlasst das Steuersignal den Demultiplexer 415 den Ausgang des Kondensators 410 an die Integratorschaltung 305 und/oder die Stromverstärkerschaltung 300 zu richten.
5 zeigt ein beispielhaftes Signaldiagramm zur Vorladung einer Integratorschaltung 305 unter Verwendung einer Kompensationsschaltung 315 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 5 dargestellt, kann Ladung an einem Eingang der Integratorschaltung 305 während der Initialisierung der Integratorschaltung 305 hinzugefügt und/oder entfernt werden.
Nach der Initialisierung der Integratorschaltung 305 tritt eine negative Integrationsphase und eine positive Integration auf. Während dieser Phase integriert die Integratorschaltung 305 ein Eingangssignal, das durch das Berührungssensorfeld 106 und/oder die Stromverstärkerschaltung 300 geliefert wird, um ein erstes Auslesesignal 500 und ein zweites Auslesesignal 505 zu erzeugen. Die Initialisierung bereitet die Integratorschaltung 305 und die Berührungssensor-Steuereinheit 108 darauf vor, Berührungen auf oder in der Nähe des Berührungssensorfeldes 106 zu detektieren. Diese Offenbarung umfasst Initialisierungen, die auftreten, bevor die Berührungssensor-Steuereinheit 108 Messungen für eine Berührung durchführt.
Wie in 5 dargestellt, wird Ladung auf dem Signal hinzugefügt und/oder entfernt bevor die Integratorschaltung 305 in die negative Integrationsphase und die positive Integrationsphase eintritt. Zum Beispiel addiert die Kompensationsschaltung 315 vor der negativen Integrationsphase Ladung zu dem Signal. Nachdem die Ladung addiert wurde, führt die Integratorschaltung 305 eine negative Integration auf dem Signal durch, um ein erstes Auslesesignal 500 zu erzeugen. Das Signal beginnt bei der Hälfte der Versorgungsspannung. Dann, kurz vor der negativen Integrationsphase, steigt die Spannung des Signals aufgrund der hinzugefügten Ladung an. Dann fällt das Signal allmählich auf ein Viertel der Versorgungsspannung während der negativen Integrationsphase ab. Die Integratorschaltung 305 hält dann das erste Auslesesignal 500 bei einem Viertel der Versorgungsspannung. Im Ergebnis erhöht sich der zur Verfügung stehende Spielraum in dem ersten Auslesesignal 500, wodurch ein größerer Systemverstärkungsfaktor ermöglicht wird, der die Größe des Berührungssignals erhöht und es leichter detektierbar macht.
Um das zweite Auslesesignal 505 zu erzeugen, führt die Integratorschaltung 305 eine positive Integration während der positiven Integrationsphase durch. Vor der positiven Integrationsphase entfernt die Kompensationsschaltung 315 Ladung von dem Signal. Wie in 5 darstellt, beginnt das Signal bei der Hälfte der Versorgungsspannung. Dann, vor der positiven Integrationsphase, fällt das Signal mit der entfernten Ladung. Die Integratorschaltung 305 führt dann die positive Integration auf dem Signal durch und das Signal steigt allmählich auf drei Viertel der Versorgungsspannung. Die Integratorschaltung 305 hält dann das zweite Auslesesignal 505 bei drei Viertel der Versorgungsspannung. Im Ergebnis wird der zur Verfügung stehende Spielraum im zweiten Auslesesignal 505 erhöht, wodurch ein höherer Systemverstärkungsfaktor ermöglicht wird, der die Größe des Berührungssignals erhöht und es leichter detektierbar macht.
In einer Ausführungsform wird das Signal auf der Steuerleitung 330 verwendet, um eine Ladungsmenge hinzuzufügen und/oder zu entfernen, die Offset-Fehler in der Stromverstärkerschaltung 300 kompensiert. Die Stromverstärkerschaltung 300 kann eine Fehlerladungsmenge während der Integrationsphase aufgrund eines internen Offsets hinzufügen und/oder entfernen. Die Kompensationsschaltung 315 und die Steuerleitung können diese Fehlerladung aufheben, so dass der Effekt des Offsets in der Stromverstarkerschaltung 300 am Ausgang der Integratorschaltung 305 nicht sichtbar ist.
6 zeigt ein beispielhaftes Signaldiagramm zur Vorladung einer Integratorschaltung 305 unter Verwendung einer Kompensationsschaltung 315 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 6 dargestellt, kann die Kompensationsschaltung 315, anstelle eine Ladung auf dem elektrischen Signal vor der negativen Integrationsphase und der positiven Integrationsphase hinzuzufügen und/oder zu entfernen, Ladung während der negativen Integrationsphase und der positiven Integrationsphase hinzufügen und/oder entfernen.
Wie in 6 ersichtlich ist, wird das erste Auslesesignal 500 erzeugt, indem die negative Integration durchgeführt wird und Ladung während der negativen Integrationsphase zu dem Signal hinzugefügt wird. Wie in 6 dargestellt ist, beginnt das elektrische Signal bei der halben Versorgungsspannung, und dann wird die negative Integration während der negativen Integrationsphase durchgeführt. Darüber hinaus wird Ladung zu dem elektrischen Signal während der negativen Integrationsphase hinzugefügt. Im Ergebnis endet das erste Auslesesignal 500 noch immer bei einem Viertel der Versorgungsspannung. Als Ergebnis der Ladungskompensation kann der Systemverstärkungsfaktor erhöht werden, ohne dass das erste Auslesesignal 500 eine Grenzspannung (z. B. Masse- oder Versorgungsspannung) während der Integrationsphase erreicht.
In ähnlicher Weise wird das zweite Auslesesignal 505 erzeugt, indem eine positive Integration durchgeführt wird und Ladung während der positiven Integrationsphase entfernt wird. Im Ergebnis beginnt das elektrische Signal bei der halben Versorgungsspannung und dann wird die positive Integration während der positiven Integrationsphase durchgeführt. Darüber hinaus wird Ladung von dem elektrischen Signal während der positiven Integrationsphase entfernt. Im Ergebnis endet das zweite Auslesesignal 505 bei drei Viertel der Versorgungsspannung. Als Ergebnis der Ladungskompensation kann der Systemverstärkungsfaktor erhöht werden, ohne dass das zweite Auslesesignal 505 eine Grenzspannung (z. B. Masse- oder Versorgungsspannung) während der Integrationsphase erreicht.
Diese Offenbarung umfasst auch Integratorschaltungen 305 und Kompensationsschaltungen 315, bei denen die unter Verwendung der 5 und 6 beschriebenen Vorladeroutinen jedes Mal ausgeführt werden, bevor die Ausleseschaltung 310 das erste Auslesesignal 500 und das zweite Auslesesignal 505 misst, um festzustellen, ob eine Berührung aufgetreten ist. Zum Beispiel nachdem die Ausleseschaltung 310 feststellt, dass keine Berührung aufgetreten ist, kann die Integratorschaltung 305 das erste Auslesesignal 500 und das zweite Auslesesignal 505 auf die Hälfte der Versorgungsspannung zurücksetzen. Die Kompensationsschaltung 315 addiert und/oder entfernt Ladung und die negative und die positive Integrationsphase beginnt erneut. Die Ausleseschaltung 310 kann dann das erste Auslesesignal 500 und das zweite Auslesesignal 505 erneut messen, um festzustellen, ob eine Berührung aufgetreten ist.
Obwohl diese Offenbarung die Integratorschaltung 305 so beschreibt, dass sie ein erstes Auslesesignal 500 bei einem Viertel der Versorgungsspannung und ein zweites Auslesesignal 505 bei drei Viertel der Versorgungsspannung erzeugt, umfasst diese Offenbarung Integratorschaltungen 305, die ein erstes Auslesesignal 500 und ein zweites Auslesesignal 505 bei beliebigen Spannungen erzeugen. Die Integratorschaltung 305 könnte z. B. ein erstes Auslesesignal 500 bei einem Drittel der Versorgungsspannung und ein zweites Auslesesignal 505 bei zwei Drittel der Versorgungsspannung erzeugen. Diese Offenbarung umfasst auch Kompensationsschaltungen, die beliebige Ladungsmengen bei Komponenten der Berührungssensor-Steuereinheit 108 hinzufügen und/oder entfernen.
7 zeigt ein Beispielverfahren 700 zur Detektion einer Berührung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In einer Ausführungsform führt die Berührungssensor-Steuereinheit 108 das Verfahren 700 aus. Über die Durchführung des Verfahrens 700 erhöht die Berührungssensor-Steuereinheit den Spielraum, in dem die Berührungssensor-Steuereinheit 108 ein erstes und ein zweites Auslesesignal überwacht, wodurch die Genauigkeit des Berührungssensors 102 verbessert wird. Eine tatsächliche Berührung kann z. B. die Spannung ändern, bei der das erste Auslesesignal 500 und/oder das zweite Auslesesignal 505 enden (z. B. ein Viertel der Versorgungsspannung oder drei Viertel der Versorgungsspannung). Der erhöhte Spielraum ermöglicht einen breiteren Signalbereich, der zur Detektion des Berührungssignals zur Verfügung steht.
Die Steuereinheit 108 setzt im Schritt 705 eine Integratorschaltung auf die Hälfte der Versorgungsspannung zurück. Durch die Zurücksetzung der Integratorschaltung auf die Hälfte der Versorgungsspannung werden zwei Auslesesignale bei der Hälfte der Versorgungsspannung erzeugt. Im Schritt 710 legt die Steuereinheit 108 dann eine positive Ladung an einen Eingang der Integratorschaltung an. Im Schritt 715 führt die Steuereinheit 108 eine negative Integration auf einem Eingangssignal der Integratorschaltung und der positiven Ladung durch, um ein erstes Auslesesignal zu erzeugen. In einer Ausführungsform wird das erste Auslesesignal von der Hälfte der Versorgungsspannung auf ein Viertel der Versorgungsspannung als Ergebnis der negativen Integration reduziert.
Im Schritt 720 legt die Steuereinheit 108 eine negative Ladung an den Eingang der Integratorschaltung an. Im Schritt 725 führt die Steuereinheit 108 dann eine positive Integration auf einem Eingangssignal der Integratorschaltung und der negativen Ladung durch, um ein zweites Auslesesignal zu erzeugen. In einer Ausführungsform steigt das zweite Auslesesignal von der Hälfte der Versorgungsspannung auf drei Viertel der Versorgungsspannung als Ergebnis der positiven Integration an. Die Steuereinheit 108 beendet das Verfahren im Schritt 730 durch die Detektion einer Berührung auf einem Berührungssensor unter Verwendung des ersten Auslesesignals und des zweiten Auslesesignals. In einer Ausführungsform erhöht die Steuereinheit 108 durch die Durchführung des Verfahrens 700 den Spielraum, der zur Detektion einer Berührung unter Verwendung des ersten Auslesesignals und des zweiten Auslesesignals zur Verfügung steht.
In einer Ausführungsform enthält eine Vorrichtung eine Integratorschaltung, eine Kompensationsschaltung und eine Ausleseschaltung. Die Integratorschaltung integriert ein Signal, um ein erstes Auslesesignal und ein zweites Auslesesignal zu erzeugen. Die Signale basieren auf einer Ladung an einer Elektrode eines Berührungssensors. Die Kompensationsschaltung enthält einen Treiber, einen Widerstand und einen Kondensator. Der Widerstand ist mit einem Ausgangs des Treibers gekoppelt. Der Kondensator ist mit dem Widerstand und einem Eingang der Integratorschaltung gekoppelt. Die Ausleseschaltung ist mit einem Ausgang der Integratorschaltung gekoppelt. Die Ausleseschaltung detektiert eine Berührung unter Verwendung des ersten Auslesesignals und des zweiten Auslesesignals. In einer Ausführungsform enthält die Kompensationsschaltung des Weiteren einen Demultiplexer, der mit dem Kondensator gekoppelt ist, und der Kondensator ist weiterhin mit einem Eingang einer Stromverstärkerschaltung über den Demultiplexer gekoppelt. Der Stromverstärker ist mit einem Eingang der Integratorschaltung gekoppelt. In einer Ausführungsform enthält die Kompensationsschaltung des Weiteren einen Demultiplexer, der mit dem Kondensator gekoppelt ist, und der Kondensator ist weiterhin mit einem eingebauten Selbsttestbus gekoppelt. In einer Ausführungsform ist der Kondensator ein variabler Kondensator. In einer Ausführungsform ist der Widerstand ein variabler Widerstand. In einer Ausführungsform wird das erste Auslesesignal während einer negativen Integrationsphase der Integratorschaltung erzeugt, und das zweite Auslesesignal wird während einer positiven Integrationsphase der Integratorschaltung erzeugt. In einer Ausführungsform enthält die Vorrichtung eine Stromverstärkerschaltung, die mit dem Eingang des Integrators gekoppelt ist. Die Kompensationsschaltung wird durch eine massebasierte Referenzspannung versorgt, die im Wesentlichen konstant ist über einen Betriebstemperaturbereich des Berührungssensors 102 (z. B. –40 bis 105°C) und im Wesentlichen unabhängig ist von einer Versorgungsspannung, mit der die Integratorschaltung betrieben wird. Die Stromverstäkerschaltung enthält einen Eingang für eine positive Referenzspannung und eine negative Referenzspannung. Die Größe der positiven Referenzspannung die Größe der negativen Referenzspannung sind im Wesentlichen gleich der Größe der massebasierten Referenzspannung. In einer Ausführungsform addiert die Kompensationsschaltung Ladung zu dem verstärkten Signal vor einer negativen Integrationsphase der Integratorschaltung und die Kompensationsschaltung entfernt Ladung von dem verstärkten Signal vor einer positiven Integrationsphase der Integratorschaltung. In einer Ausführungsform addiert die Kompensationsschaltung Ladung zu dem verstärkten Signal während einer negativen Integrationsphase der Integratorschaltung und die Kompensationsschaltung entfernt Ladung von dem verstärkten Signal während einer positiven Integrationsphase der Integratorschaltung.
In einer Ausführungsform enthält ein nicht-transitorisches, computerlesbares Medium eine Logik, die, wenn sie durch einen Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor dazu veranlasst, eine positive Ladung über eine Kompensationsschaltung an einen Eingang einer Integratorschaltung anzulegen. Die Integratorschaltung integriert ein durch eine Elektrode eines Berührungssensors übertragenes Signal und die positive Ladung, um ein erstes Auslesesignal zu erzeugen. Das Signal basiert auf einer Ladung an einer Elektrode eines Berührungssensors. Die Logik veranlasst des Weiteren den Prozessor dazu, eine negative Ladung über die Kompensationsschaltung an den Eingang der Integratorschaltung anzulegen. Die Integratorschaltung integriert das Signal und die negative Ladung, um ein zweites Auslesesignal zu erzeugen. Die Logik veranlasst außerdem den Prozessor dazu, eine Berührung unter Verwendung des ersten Auslesesignals und des zweiten Auslesesignals zu detektieren. In einer Ausführungsform veranlasst die Logik des Weiteren den Prozessor dazu, eine positive Ladung über die Kompensationsschaltung an einen Eingang einer Stromverstärkerschaltung anzulegen, die mit dem Eingang der Integratorschaltung gekoppelt ist, und über die Kompensationsschaltung eine negative Ladung an den Eingang der Stromverstarkerschaltung anzulegen. In einer Ausführungsform veranlasst die Logik des Weiteren den Prozessor dazu, eine positive Ladung über die Kompensationsschaltung an einen eingebauten Selbsttestbus anzulegen, und eine negative Ladung über die Kompensationsschaltung an den eingebauten Selbsttestbus anzulegen. In einer Ausführungsform wird das erste Auslesesignal während einer negativen Integrationsphase der Integratorschaltung erzeugt, und das zweite Auslesesignal wird während einer positiven Integrationsphase der Integratorschaltung erzeugt. In einer Ausführungsform wird die positive Ladung an den Eingang der Integratorschaltung vor einer negativen Integrationsphase der Integratorschaltung angelegt, und die negative Ladung wird an den Eingang der Integratorschaltung vor einer positiven Integrationsphase der Integratorschaltung angelegt. In einer Ausführungsform wird die positive Ladung an den Eingang der Integratorschaltung während einer negativen Integrationsphase der Integratorschaltung angelegt, und die negative Ladung wird an den Eingang der Integratorschaltung während einer positiven Integrationsphase der Integratorschaltung angelegt.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung liefern einen oder mehrere technische Vorteile. Eine Ausführungsform verbessert z. B. die Genauigkeit des Berührungssensors 102 dadurch, dass der Spielraum erhöht wird, der zur Überwachung der ersten und zweiten Auslesesignale zur Verfügung steht, wodurch außerdem das Signalrauschverhältnis der durch ein Berührungssensorfeld gelieferten elektrischen Signale verbessert wird. In einem anderen Beispiel ermöglicht eine Ausführungsform Selbsttests und diagnostische Test der Berührungssensor-Steuereinheit 108 während der Laufzeit über einen eingebauten Selbsttestbus. Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung können keine, einige, oder alle der obigen technischen Vorteile aufweisen. Ein oder mehrere andere technische Vorteile können für den Fachmann aus den Figuren, der Beschreibung und den hier beigefügten Ansprüchen ersichtlich sein.
Ein computerlesbares, nicht-transitorisches Speichermedium kann hier eine oder mehrere halbleiterbasierte oder andere integrierte Schaltungen (ICs) (wie z. B. feldprogrammierbare Gatterfelder (FPGAs) oder anwendungsspezifische ICs (ASICs)), Festplattenlaufwerke (HDDs), Hybridlaufwerke (HHDs), optische Platten, optische Plattenlaufwerke (ODDs). magneto-optische Platten, magneto-optische Laufwerke, Floppy Disk, Floppy Disk Laufwerke (FDDs), Magnetbänder, Festkörperlaufwerke (SSDs), RAM-Laufwerke, SD-Karten oder Laufwerke, oder andere computerlesbare, nicht transitorische Speichermedien oder beliebige Kombinationen von zweien oder mehreren derselben enthalten. Ein computerlesbares, nicht-transitorisches Speichermedium kann flüchtig, nicht-flüchtig oder eine Kombination von flüchtig und nicht-flüchtig sein.
”Oder” ist hier inklusive und nicht exklusive zu verstehen, sofern nichts gegenteiliges ausdrücklich angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. ”A oder B” bedeutet daher ”A, B, oder beides”, sofern nichts gegenteiliges explizit angegeben ist, oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. Darüber hinaus bedeutet ”und” sowohl einzeln als auch insgesamt, sofern nichts gegenteiliges explizit angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. ”A und B” bedeutet daher ”A und B, sowohl einzeln als auch insgesamt”, sofern nichts gegenteiliges explizit angegeben ist oder sich anderweitig aus dem Zusammenhang ergibt. Darüber hinaus umfassen Komponenten, die als ”gekoppelt” bezeichnet wurden, diese Komponenten unabhängig davon, ob sie direkt oder indirekt miteinander gekoppelt sind.
Diese Offenbarung umfasst eine Vielzahl von Änderungen, Substitutionen, Variationen, Abwandlung und Modifikationen an den hier angegebenen Beispiel-Ausführungsformen, die der Fachmann in Betracht ziehen würde. In ähnlicher Weise umfassen die beigefügten Ansprüche gegebenenfalls alle Änderungen, Substitutionen, Variationen, Abwandlungen und Modifikationen an den hier angegebenen Beispiel-Ausführungsformen, die ein Fachmann in Betracht ziehen würde. 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, dazu in der Lage ist, dazu konfiguriert ist, oder dazu betreibbar ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, diese Vorrichtung, dieses System, oder diese Komponente, unabhängig davon, ob diese bestimmte Funktion aktiviert, eingeschaltet, oder entsperrt ist, solange diese Vorrichtung, dieses System, oder diese Komponente dazu eingerichtet, angepasst, konfiguriert, oder betreibbar ist, diese Funktionen auszuführen.

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine Integratorschaltung; eine Kompensationsschaltung, die dazu betreibbar ist: während einer ersten Zeitspanne eine positive Ladung an die Integratorschaltung anzulegen, wobei die Integratorschaltung dazu betreibbar ist, ein Signal und die positive Ladung zu integrieren, um ein erstes Auslesesignal zu erzeugen, wobei das Signal auf einer Ladung an einer Elektrode eines Berührungssensors basiert; und während einer zweiten Zeitspanne eine negative Ladung an die Integratorschaltung anzulegen, wobei die Integratorschaltung des Weiteren dazu betreibbar ist, das Signal und die negative Ladung zu integrieren, um ein zweites Auslesesignal zu erzeugen; und eine Ausleseschaltung, die dazu betreibbar ist, eine Berührung auf Basis des ersten Auslesesignals und des zweiten Auslesesignals zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kompensationsschaltung umfasst: einen Treiber; einen mit dem Treiber gekoppelten Widerstand; einen mit dem Widerstand gekoppelten Kondensator; und einen mit dem Kondensator gekoppelten Demultiplexer.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Widerstand ein variabler Widerstand ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Kondensator ein variabler Kondensator ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Treiber eine massebasierte Referenzspannung als Versorgungsspannung verwendet, um einen Effekt einer Drift in einer Hauptversorgungsspannung zu entfernen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kompensationsschaltung einen Demultiplexer umfasst, ein Ausgang des Demultiplexers mit der Integratorschaltung gekoppelt ist, und ein Eingang des Demultiplexers mit dem Kondensator gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kompensationsschaltung einen Demultiplexer umfasst, ein Ausgang des Demultiplexers mit einer Stromverstärkerschaltung gekoppelt ist, und ein Eingang des Demultiplexer mit dem Kondensator gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kompensationsschaltung einen Demultiplexer umfasst, ein Ausgang des Demultiplexers mit einem eingebauten Selbsttestbus gekoppelt ist, und ein Eingang des Demultiplexers mit dem Kondensator gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Stromverstärkerschaltung, die mit der Integratorschaltung und der Kompensationsschaltung gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen eingebauten Selbsttestbus, der mit der Kompensationsschaltung gekoppelt ist.
Gerät, umfassend: ein Berührungssensorfeld; eine Integratorschaltung; eine Kompensationsschaltung, die dazu betreibbar ist: während einer ersten Zeitspanne eine positive Ladung an die Integratorschaltung anzulegen, wobei die Integratorschaltung dazu betreibbar ist, ein Signal und die positive Ladung zu integrieren, um ein erstes Auslesesignal zu erzeugen, wobei das Signal auf einer Ladung an einer Elektrode des Berührungssensorfeldes basiert; und während einer zweiten Zeitspanne eine negative Ladung an die Integratorschaltung anzulegen, wobei die Integratorschaltung des Weiteren dazu betreibbar ist, das Signal und die negative Ladung zu integrieren, um ein zweites Auslesesignal zu erzeugen; und eine Ausleseschaltung, die dazu betreibbar ist, eine Berührung auf Basis des ersten Auslesesignals und des zweiten Auslesesignals zu detektieren.
Gerät nach Anspruch 11, wobei die Kompensationsschaltung umfasst: einen Treiber; einen mit dem Treiber gekoppelten Widerstand; einen mit dem Widerstand gekoppelten Kondensator; und einen mit dem Kondensator gekoppelten Demultiplexer.
Gerät nach Anspruch 12, wobei der Widerstand ein variabler Widerstand ist.
Gerät nach Anspruch 12, wobei der Kondensator ein variabler Kondensator ist.
Gerät nach Anspruch 12, wobei der Treiber eine massebasierte Referenzspannung als Versorgungsspannung verwendet, um einen Effekt einer Drift in einer Hauptversorgungsspannung zu entfernen.
Gerät nach Anspruch 11, wobei die Kompensationsschaltung einen Demultiplexer umfasst, ein Ausgang des Demultiplexers mit der Integratorschaltung gekoppelt ist, und ein Eingang des Demultiplexers mit dem Kondensator gekoppelt ist.
Gerät nach Anspruch 11, wobei die Kompensationsschaltung einen Demultiplexer umfasst, ein Ausgang des Demultiplexers mit einer Stromverstärkerschaltung gekoppelt ist, und ein Eingang des Demultiplexers mit dem Kondensator gekoppelt ist.
Gerät nach Anspruch 11, wobei die Kompensationsschaltung einen Demultiplexer umfasst, ein Ausgang des Demultiplexers mit einem eingebauten Selbsttestbus gekoppelt ist, und ein Eingang des Demultiplexers mit dem Kondensator gekoppelt ist.
Gerät nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend eine Stromverstärkerschaltung, die mit der Integratorschaltung und der Kompensationsschaltung gekoppelt ist.
Gerät nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend einen eingebauten Selbsttestbus, der mit der Kompensationsschaltung gekoppelt ist.