DE112015004839T5

DE112015004839T5 - Kapazitive Niedrigstrom-Sensortaste

Info

Publication number: DE112015004839T5
Application number: DE112015004839.1T
Authority: DE
Inventors: Carl Liepold; Hans Klein; Andriy Maharyta
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2017-07-13
Also published as: WO2016064484A1; US20160118980A1; US10558313B2; CN106471455B; US9176636B1; CN106471455A; CN109766032B; US20190158089A1; CN109766032A; US10116307B2

Abstract

Ein Kapazitätserfassungsmodul umfasst eine Zeitgeberschaltung, die konfiguriert ist, um ein repetitives Auslösesignal zu generieren, einen Niedrigstromoszillatorblock, der konfiguriert ist, um ein Taktsignal zu generieren, das eine höhere Frequenz als das repetitive Auslösesignal aufweist, einen Erfassungsblock, der mit der Zeitgeberschaltung und dem Oszillatorblock gekoppelt ist und konfiguriert ist, um, als Reaktion auf das repetitive Auslösesignal, durch Anlegen eines Erregungssignals basierend auf dem Taktsignal an den kapazitiven Sensorknopf eine Präsenz eines leitfähigen Objekts am kapazitiven Sensorknopf zu detektieren, und einen Wecklogikblock, der mit dem Erfassungsblock gekoppelt ist und konfiguriert ist, um die Verarbeitungseinheit als Reaktion auf das Detektieren der Präsenz des leitfähigen Objekts am kapazitiven Sensorknopf durch den Erfassungsblock von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand zu überführen.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine internationale Anmeldung der US-Anmeldung Nummer 14/667,434, eingereicht am 24. März 2015, die die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/067,347, eingereicht am 22. Oktober 2014, beansprucht, die beide unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hier einbezogen sind.
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Offenbarung betrifft das Gebiet der Berührungssensoren und insbesondere der kapazitiven Berührungserfassungsknöpfe.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Viele elektronische Geräte umfassen ein Benutzerschnittstellengerät, um Benutzerinteraktion und Benutzereingabe zu erlauben. Ein Benutzerschnittstellengerät ist ein Knopf oder eine Taste. Herkömmliche Knöpfe umfassen mechanische Bauteile, um einen Schalter zu betätigen, um einen Knopfdruck oder eine Knopfaktivierung anzuzeigen. Mechanische Knöpfe stellen dem Benutzer auch taktile Rückmeldung bereit, um anzuzeigen, dass der Knopf gedrückt worden ist. In jüngerer Zeit werden in einigen Anwendungen auch Berührungssensorknöpfe verwendet, um mechanische Knöpfe zu ersetzen.
Eine Art von Berührungssensorknopf arbeitet mittels Kapazitätserfassung, wobei Kapazitätssensorelektroden benutzt werden. Die durch einen Kapazitätssensor detektierte Kapazität ändert sich als Funktion der Nähe eines leitfähigen Objekts auf oder nahe der Sensorelektrode. Das leitfähige Objekt kann zum Beispiel ein Stift oder ein Finger eines Benutzers sein. Bei einem Berührungssensorknopf kann eine Änderung der durch jeden Sensor detektierten Kapazität aufgrund der Nähe eines leitfähigen Objekts mittels einer Vielfalt von Verfahren gemessen werden. Typischerweise wird ein elektrisches Signal, das für die durch jeden Kapazitätssensor detektierte Kapazität repräsentativ ist, durch ein Verarbeitungsgerät verarbeitet, das wiederum elektrische oder optische Signale produziert, die für die Knopf- oder Sensoraktivierung des Berührungssensorknopfs repräsentativ sind.
Mechanische Knöpfe können jedoch trotzdem weniger Strom verbrauchen als kapazitive Sensorknöpfe, da es für mechanische Knöpfe in ihrem inaktiven Zustand möglich ist, keinen Strom aufzunehmen, während sie trotzdem auf eine Eingabe reagieren. Im Gegensatz dazu kann das Überwachen der Berührungspräsenz für existierende kapazitive Sensorknöpfe vom Betrieb von verschiedenen analogen und digitalen Schaltungen abhängen, wodurch der Strombedarf erhöht wird, auch wenn die Knöpfe nicht berührt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird beispielhaft und nicht beschränkend in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen illustriert.
1A und 1B illustrieren einen kapazitiven Sensorknopf gemäß einer Ausführungsform.
1C und 1D illustrieren einen kapazitiven Sensorknopf gemäß einer Ausführungsform.
2A ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform eines Computersystems illustriert, das eine Eingabe über kapazitive Sensorknöpfe erhält.
2B ist eine Zeitlinie, die den Betrieb einer Ausführungsform eines Computersystems illustriert, das eine Eingabe über kapazitive Sensorknöpfe erhält.
3 illustriert eine Ausführungsform einer Brückenschaltung zum Detektieren von Berührungen an einem kapazitiven Sensorknopf.
4A illustriert eine Ausführungsform einer Widerstand-Kondensator(RC)-Schaltung zum Detektieren von Berührungen an einem kapazitiven Sensorknopf.
4B und 4C illustrieren Spannungswellenformen für eine Widerstand-Kondensator(RC)-Schaltung zum Detektieren von Berührungen an einem kapazitiven Sensorknopf gemäß einer Ausführungsform.
5A illustriert eine Ausführungsform einer Kondensatorteilerschaltung zum Detektieren von Berührungen an einem kapazitiven Sensorknopf.
5B und 5C illustrieren Spannungswellenformen für eine Kondensatorteilerschaltung zum Detektieren von Berührungen an einem kapazitiven Sensorknopf gemäß einer Ausführungsform.
6A illustriert eine Ausführungsform einer Kondensatorteilerschaltung zum Detektieren von Berührungen an einem kapazitiven Sensorknopf ohne eine Referenzspannung.
6B und 6C illustrieren Spannungswellenformen für eine Kondensatorteilerschaltung zum Detektieren von Berührungen an einem kapazitiven Sensorknopf ohne eine Referenzspannung gemäß einer Ausführungsform.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf des Detektierens von Berührungen an einem oder mehreren kapazitiven Sensorknöpfen in einem Computersystem, gemäß einer Ausführungsform, illustriert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung legt zahlreiche spezifische Details dar, wie etwa Beispiele für spezifische Systeme, Bauteile, Verfahren und so weiter, um ein gutes Verständnis von mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es wird einem Fachmann auf dem Gebiet jedoch klar sein, dass mindestens einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeübt werden können. In anderen Fällen werden gut bekannte Bauteile oder Verfahren nicht im Detail beschrieben oder werden in einem einfachen Blockdiagrammformat präsentiert, um unnötiges Unverständlichmachen der vorliegenden Erfindung zu vermeiden. Die dargelegten spezifischen Details sind daher lediglich beispielhaft. Besondere Ausführungsformen können von diesen beispielhaften Details abweichen und trotzdem im Geist und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein.
In einer Ausführungsform eines Computersystems, das einen oder mehrere kapazitive Sensorknöpfe aufweist, kann ein Kapazitätserfassungsmodul des Computersystems in einem Zustand arbeiten, bei dem das Computersystem auf eine Eingabe über den einen oder die mehreren kapazitiven Sensorknöpfe reagiert, während ein durchschnittlicher Ruhestrom aufgenommen wird, der nicht größer als 100 Nanoampere (nA) ist. In diesem Zustand überwacht das Kapazitätserfassungsmodul den einen oder die mehreren kapazitiven Sensorknöpfe, um ein leitfähiges Objekt in Kontakt mit oder in der Nähe von einem der kapazitiven Sensorknöpfe zu detektieren, und kann auf eine detektierte Berührung durch Wecken einer Verarbeitungseinheit von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand reagieren. Beim Betrieb im Hochstromverbrauchszustand verbraucht die Verarbeitungseinheit mehr Strom als im Niedrigstromverbrauchszustand. In einer Ausführungsform umfasst das Kapazitätserfassungsmodul einen Niedrigstromoszillator, der eine minimale Menge an Strom für den Großteil der Knopfüberwachungsperiode aufnimmt, und eine Erfassungsschaltung, die periodisch nur für eine kurze Zeitperiode eine größere Menge an Strom verwendet. Das Kapazitätserfassungsmodul kann daher zum Minimieren des Stromverbrauchs anstatt für das Signal-Rausch-Verhältnis und die Abtastrate optimiert werden.
Der Niedrigstromoszillator im Kapazitätserfassungsmodul arbeitet unabhängig von anderen Taktressourcen im Computersystem, wodurch den anderen Taktressourcen erlaubt wird, abgeschaltet zu werden, um den Strombedarf zu reduzieren, selbst während die kapazitiven Sensorknöpfe überwacht werden. Darüber hinaus enthält das Kapazitätserfassungsmodul genügend Schaltungs- und Berührungsdetektionslogik zum Detektieren von Knopfberührungen ohne Unterstützung von einer zentralen Verarbeitungseinheit (Central Processing Unit, CPU) des Computersystems, wodurch der CPU erlaubt wird, während der Knopfüberwachungsperiode unterbrochen und in einen Niedrigstromverbrauchszustand überführt zu werden.
In einer Ausführungsform erlaubt ein solches Kapazitätserfassungsmodul mit einem reduzierten Strombedarf, kapazitive Sensorknöpfe anstelle von mechanischen Schaltern zu verwenden, mit minimaler Auswirkung auf den Strombedarf, der an das Computersystem gelegt wird. Insbesondere kann ein Niedrigstromkapazitätserfassungsmodul verwendet werden, um kapazitive Sensorknöpfe in batteriebetriebenen Geräten oder anderen Geräten zu implementieren, wo ein niedriger niedrige Stromverbrauch gewünscht ist.
1A und 1B illustrieren einen ersten Typ eines kapazitiven Sensorknopfs zum Messen der Eigenkapazität, der gemäß der Erfindung mit einem Niedrigstromkapazitätserfassungsmodul verwendet werden kann. 1A illustriert eine obere Schicht 101 und eine untere Schicht 102 des Eigenkapazitätssensorknopfs, während 1B eine Profilschnittansicht 103 des Sensorknopfs entlang der Achse 104 illustriert. Der Eigenkapazitätssensorknopf, wie in 1A und 1B illustriert, umfasst die kreisförmigen Muster des leitfähigen Materials in der oberen Schicht 101 und der unteren Schicht 102, die jeweils an die obere und untere Fläche eines Substrats 105 angebracht sind. Die obere Schicht 101 umfasst eine Sensorelektrode 106, die im Wesentlichen von einer Schildelektrode 107 umgeben ist und die mit einer Verbindungsspur 109 elektrisch verbunden ist, die sich über die Schildelektrode 107 hinaus erstreckt und zum Verbinden der Sensorelektrode 106 mit der Erfassungsschaltung im Kapazitätserfassungsmodul verwendet werden kann. Die untere Schicht 102 umfasst eine Schildelektrode 108, die ein kreuzschraffiertes Füllmuster aufweist, das den von der Elektrode 106, Elektrode 107 und Spur 109 bedeckten Bereich überlappt. Die Schildelektrode 108 ist mit der Schildelektrode 107 elektrisch verbunden und die Schildelektroden 107 und 108 sind geerdet.
Mit Bezug auf die Profilansicht 103 repräsentiert die Eigenkapazität Cs 110 eine Kapazität zwischen der Sensorelektrode 106 und den Schildelektroden 107 und 108. In einer Ausführungsform liegt die Kapazität Cs 110 im Bereich von 3 Picofarad (pF) bis 5 pF und ändert sich um mindestens 1 pF, wenn der Knopf durch ein leitfähiges Objekt, wie etwa einen Finger oder Stift, berührt wird.
1C und 1D illustrieren einen anderen Typ eines kapazitiven Sensorknopfs zum Messen der Gegenkapazität zwischen zwei Elektroden, der gemäß der Erfindung mit einem Niedrigstromkapazitätserfassungsmodul verwendet werden kann. 1C illustriert eine obere Schicht 121 und eine untere Schicht 122 des Gegenkapazitätssensorknopfs, während 1D eine Profilschnittansicht 123 des Sensorknopfs entlang der Achse 124 illustriert. Der Gegenkapazitätssensorknopf, wie in 1C und 1D illustriert, umfasst die Muster des leitfähigen Materials in der oberen Schicht 121 und der unteren Schicht 122, die jeweils an die obere und untere Fläche eines Substrats 125 angebracht sind. Die obere Schicht 121 umfasst eine Empfangs(RX)-Sensorelektrode 126, die mit einer Sende(TX)-Sensorelektrode 127 kapazitiv gekoppelt ist. Die TX-Sensorelektrode 127 und die RX-Sensorelektrode 126 sind durch Spuren 130 bzw. 129 verlängert, die als Verbindungspunkte verwendet werden können, um die Elektroden 127 und 126 mit der Erfassungsschaltung im Kapazitätserfassungsmodul zu verbinden. Die untere Schicht 122 umfasst eine Schildelektrode 128, die mit der Erde verbunden ist und die den von der RX-Elektrode 126, TX-Elektrode 127 und Spur 129 bedeckten Bereich mit einem kreuzschraffierten Füllmuster überlappt.
Mit Bezug auf die Profilansicht 123 repräsentiert die Gegenkapazität Cm 131 eine Kapazität zwischen der TX-Sensorelektrode 127 und der RX-Sensorelektrode 126, während die Eigenkapazität Cs 132 eine Kapazität zwischen der RX-Sensorelektrode 126 und der geerdeten Schildelektrode 128 repräsentiert. In einer Ausführungsform nimmt die Eigenkapazität Cm 131 als Reaktion auf ein leitfähiges Objekt in Berührung mit oder in der Nähe der Grenze zwischen der TX-Elektrode 127 und der RX-Sensorelektrode 126 ab, während die Eigenkapazität Cs 132 zunimmt.
In einigen Ausführungsformen können kapazitive Sensorknöpfe, wie oben beschrieben, über der oberen Schicht des leitfähigen Materials des Sensorknopfs mit einem Schutzfilm, einer Beschichtung oder anderem Material überlegt werden. Zum Beispiel kann eine Schicht aus Kunststoff oder Glas verwendet werden, um das leitfähige Material vor direktem Kontakt zu schützen. Der Sensorknopf kann ein leitfähiges Objekt, wie etwa einen Finger oder Stift, detektieren, das die Oberfläche des überlegten Materials kontaktiert anstatt das leitfähige Material des Sensorknopfs direkt kontaktiert.
2A illustriert ein Computersystem 200 gemäß einer Ausführungsform. Das Computersystem 200 umfasst kapazitive Sensorknöpfe 201, ein Kapazitätserfassungsmodul 202 und ein Verarbeitungsmodul 203. Das Kapazitätserfassungsmodul 202 arbeitet in einem anderen Strombereich als das Verarbeitungsmodul 203, sodass das Kapazitätserfassungsmodul 202 in anderen Stromverbrauchszuständen unabhängig vom Stromverbrauchszustand des Verarbeitungsmoduls 203 arbeiten kann. Demgemäß kann das Kapazitätserfassungsmodul 202 während einer Knopfüberwachungsperiode arbeiten, um Berührungen an den kapazitiven Sensorknöpfen 201 zu überwachen, sogar während das Verarbeitungsmodul 203 und/oder der Rest des Computersystems 200 in einem Niedrigstromverbrauchszustand gehalten werden, wie etwa einem Aussetz-, Standby- oder Schlafzustand.
In einer Ausführungsform umfasst das Kapazitätserfassungsmodul 202 einen Zeitsteuerungsblock 210 und einen Erfassungsblock 220. Der Zeitsteuerungsblock 210 umfasst einen Niedrigstromoszillator 211 und eine Zeitgeberschaltung 212, die kontinuierlich laufen, um den Erfassungsblock 220 wiederholt auszulösen, um zu bestimmen, ob ein Kontakt an einem der Knöpfe 201 präsent ist (d. h. Bestimmen, ob ein leitfähiges Objekt in Kontakt mit oder in der Nähe von einem der Knöpfe 201 ist). 2B illustriert eine Zeitlinie, die den Betrieb des Zeitsteuerungsblocks 210 und Erfassungsblocks 220 während einer Knopfüberwachungsperiode 260, gemäß einer Ausführungsform, beschreibt, wobei die Zeit von links nach rechts verläuft. Wie in 2B illustriert, umfasst die Dauer der Knopfüberwachungsperiode 260 wiederholte Messperioden 261, während der der Erfassungsblock 220 bestimmt, ob ein Knopf aktiviert ist. Die Messperioden 261 repräsentieren einen relativ kleinen Prozentteil der Knopfüberwachungsperiode 260; daher ist der betriebliche Lastzyklus des Erfassungsblocks 220 relativ gering und nimmt der Erfassungsblock 220 nur für einen kleinen Prozentteil (z. B. 1 %–10 %) der Zeit, während der die Zustände des Knopfes 201 überwacht werden, Strom auf.
2B illustriert auch den Stromverbrauch 270 des Erfassungsblocks 220 während der Knopfüberwachungsperiode 260. Der Stromverbrauch 270 des Erfassungsblocks 220 ist während der Messperiode 261 höher und für den Rest der Knopfüberwachungsperiode 260 niedriger, wenn keine Messungen durchgeführt werden. In einer Ausführungsform ist ein vom Erfassungsblock 220 während der Messperiode 261 aufgenommener Ruhestrom nicht mehr als 1 µA und ein vom Niedrigstromoszillatorblock während der Knopfüberwachungsperiode 260 aufgenommener Ruhestrom nicht mehr als 10 nA. In alternativen Ausführungsformen kann der vom Niedrigstromoszillatorblock aufgenommene Ruhestrom bis zu 12 nA oder mehr sein. In einer Ausführungsform ist der von der Zeitgeberschaltung, dem Niedrigstromoszillatorblock und dem Erfassungsblock 220 während der Knopfüberwachungsperiode 260 aufgenommene durchschnittliche Gesamtruhestrom nicht mehr als 200 nA; in alternativen Ausführungsformen kann dieser durchschnittliche Gesamtruhestrom größer als 200 nA sein. In einer Ausführungsform kann dieser durchschnittliche Gesamtruhestrom weniger als 100 nA sein.
In einer Ausführungsform nimmt der Niedrigstromoszillator 211 nicht mehr als ungefähr 10 Nanoampere (nA) auf und generiert ein Taktsignal 213, das eine Frequenz aufweist, die nicht größer als 1 Kilohertz (kHz) ist. Der Niedrigstromoszillator 211 ist mit der Zeitgeberschaltung 212 verbunden und stellt der Zeitgeberschaltung 212 das 1-kHz-Taktsignal 213 bereit. In alternativen Ausführungsformen kann die Frequenz des Taktsignals 213 größer oder geringer als 1 kHz sein.
Die Zeitgeberschaltung 212 empfängt das Taktsignal 213 vom Niedrigstromoszillator 211 und generiert ein repetitives Auslösesignal 214 basierend auf dem Taktsignal 213. In einer Ausführungsform kann die Zeitgeberschaltung durch einen Taktteiler oder einen Zähler implementiert werden, um ein repetitives Auslösesignal 214 zu generieren, das eine Frequenz aufweist, die geringer als die Frequenz des Taktsignals 213 ist. In einer Ausführungsform kann das repetitive Auslösesignal 214 eine Impulsfolge sein, die eine Frequenz aufweist, die nicht größer als 1 Hertz (Hz) ist. In einer Ausführungsform ist das repetitive Auslösesignal 214 ein im Wesentlichen periodisches Signal (d. h. mit einer festen Nennperiode); in alternativen Ausführungsformen kann das repetitive Auslösesignal 214 aperiodisch sein.
Der Zeitsteuerungsblock 210 sendet das Taktsignal 213 und das repetitive Auslösesignal 214 an den Erfassungsblock 220. Als Reaktion auf das repetitive Auslösesignal 214 initiiert der Erfassungsblock 220 eine Messabtastung, um zu bestimmen, ob ein leitfähiges Objekt mit einem der kapazitiven Sensorknöpfe 201 in Kontakt ist. Zum Beispiel kann bei einem repetitiven Auslösesignal 214, das als Impulsfolge implementiert wird, der Erfassungsblock 220 eine Messabtastung als Reaktion auf jeden Impuls in der Impulsfolge initiieren und kann die Messabtastung durch sequentielles Anlegen von einem der Taktsignale 213 oder 225 an jedem der kapazitiven Sensorknöpfe 201 durchführen, um deren jeweiligen Kapazitätswerte während der Messperiode zu messen. Wie in 2B illustriert, initiiert der Impuls 251 des Auslösesignals 214 die erste der illustrierten Messperioden 261, während der der Erfassungsblock 220 Kapazitätswerte von den kapazitiven Sensorknöpfen 201 misst.
Die Reaktion des Erfassungsblocks 220 auf das repetitive Auslösesignal 214 wird durch die Zustandsmaschine 221 gesteuert, die das repetitive Auslösesignal 214 von der Zeitgeberschaltung 212 empfängt. Zum Beispiel kann die Zustandsmaschine 221 auf einen Impuls des repetitiven Auslösesignals 214 reagieren, indem der Erfassungsblock 220 von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand überführt wird. In einer Ausführungsform ist der Niedrigstromverbrauchszustand ein Betriebsmodus des Erfassungsblocks 220, bei dem die Bauteile des Erfassungsblocks 220, wie etwa der Oszillator 222, die Erfassungsschaltung 223 und die Wecklogik 224 nicht arbeiten und keinen Strom oder minimalen Strom aufnehmen. Die Zustandsmaschine 221 kann daher den Erfassungsblock 220 in einen Hochstromverbrauchszustand überführen, indem bewirkt wird, dass Strom an den Oszillator 222, die Erfassungsschaltung 223 und/oder die Wecklogik 224 geliefert wird. Durch Einschalten dieser Bauteile des Erfassungsblocks 220 bewirkt die Zustandsmaschine 221, dass der Oszillator 222 ein Taktsignal 225 für die Erfassungsschaltung 223 generiert, und bewirkt, dass die Erfassungsschaltung 223 die Messung der kapazitiven Sensorknöpfe 201 beginnt.
In einer Ausführungsform wählt die Erfassungsschaltung 223 eines der Taktsignale 214 oder 225 aus und legt das ausgewählte Taktsignal an jeden der kapazitiven Sensorknöpfe 201 der Reihe nach an, um Änderungen der Kapazität zu detektieren, die von einem leitfähigen Objekt auf oder nahe einem der Knöpfe 201 resultieren. In einer Ausführungsform verbraucht der Niedrigstromoszillator 211 10 nA Strom, um das Taktsignal 213 zu generieren, das eine Frequenz von 1 kHz aufweist, während der Oszillator 222 1 Mikroampere (µA) verbraucht, um das Taktsignal 225 zu generieren, das eine Frequenz von 100 kHz aufweist.
Die Verwendung des Taktsignals 213 anstatt des Taktsignals 225 kann einen relativ geringeren Stromverbrauch und eine erhöhte Messperiode zur Folge haben, entsprechend einer langsameren Reaktionszeit für das Detektieren eines Knopfkontakts. In einer Ausführungsform, bei der nur das 1-kHz-Taktsignal 213 verwendet wird, kann der Oszillator 222 auch ausgelassen oder im Aus-Zustand für alle Stromverbrauchszustände gehalten werden, um den Stromverbrauch weiter zu reduzieren. Die Verwendung des Taktsignals 225 anstatt des Taktsignals 213 kann einen relativ höheren Stromverbrauch, eine kürzere Messperiode und eine schnellere Reaktionszeit für das Detektieren eines Knopfkontakts zur Folge haben.
In einer Ausführungsform ist die Zustandsmaschine 221 zusätzlich konfiguriert, um den Erfassungsblock 220 nach Abschluss der Messabtastung und vor einem nächsten anschließenden Impuls nach dem jüngsten Impuls des repetitiven Auslösesignals 214 zurück in den Niedrigstromverbrauchszustand zu überführen.
Der Erfassungsblock 220 umfasst eine Wecklogik 224, die konfiguriert ist, um die Verarbeitungseinheit 230 zu veranlassen, als Reaktion auf das Detektieren der Präsenz des leitfähigen Objekts an dem einen oder den mehreren der kapazitiven Sensorknöpfe 201 von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand zu überführen. Die Wecklogik 224 überführt das Verarbeitungsmodul 203 vom Niedrigstromverbrauchszustand in den Hochstromverbrauchszustand durch Ausgeben eines Wecksignals an die Verarbeitungseinheit 230. Die Wecklogik 224 kann zum Beispiel die Verarbeitungseinheit 230 von einem Niedrigstromverbrauchszustand, der ein Advanced-Configuration-and-Power Interface(ACPI, Erweiterte Konfigurations- und Stromverwaltungsschnittstelle)-C3-„Schlaf“-Stromzustand ist, in einen Hochstromverbrauchszustand, der ein ACPI-C0-„Betriebs“-Stromzustand ist, überführen.
In einer Ausführungsform wird der Verarbeitungseinheit 230 und/oder anderen Bauteilen des Verarbeitungsmoduls 203 Strom aus einem anderen Strombereich als das Kapazitätserfassungsmodul 202 geliefert. Durch Betreiben des Kapazitätserfassungsmoduls 202 und Verarbeitungsmoduls 203 in unterschiedlichen Strombereichen können die Module 202 und 203 unabhängig hochgefahren und heruntergefahren werden und können in unterschiedlichen Stromverbrauchszuständen arbeiten. In einer Ausführungsform ist das Verarbeitungsmodul 203 auf einem anderen integrierten Schaltungschip als das Kapazitätserfassungsmodul 202 aufgebaut. Zum Beispiel kann ein erster integrierter Schaltungschip, der Strom von einem ersten Strombereich geliefert erhält, den Zeitsteuerungsblock 210 und Erfassungsblock 220 umfassen, während ein zweiter integrierter Schaltungschip, der Strom von einem zweiten Strombereich geliefert erhält, die Verarbeitungseinheit 230 und den Speicher 231 umfassen kann. In einer alternativen Ausführungsform können das Verarbeitungsmodul 203 und das Kapazitätserfassungsmodul 202 auf dem gleichen integrierten Schaltungschip vorliegen.
In einer Ausführungsform kann die Wecklogik 224 bestimmen, ob eine spezifische Wecksequenz aufgetreten ist, und dann als Reaktion auf die Wecksequenz das Wecksignal an das Verarbeitungsmodul 203 ausgeben. Eine Wecksequenz kann zum Beispiel als Aktivierung eines bestimmten Knopfes oder einer Kombination oder Sequenz von Knöpfen definiert sein. Falls keine gültige Wecksequenz detektiert wird, erlaubt die Wecklogik 224 der Verarbeitungseinheit 230, im Niedrigstromverbrauchszustand zu bleiben.
In einer Ausführungsform kann die Wecksignalausgabe von der Wecklogik 224 auch bewirken, dass das Verarbeitungsmodul 203 zwischen Niedrig- und Hochstromverbrauchszuständen überführt, da das Verarbeitungsmodul 203 andere Bauteile (wie etwa Speicher 231) umfassen kann, die zwischen Stromzuständen geschaltet werden können. Zum Beispiel kann das Wecksignal das Verarbeitungsmodul 203 zwischen einem der ACPI-G1-„Schlaf“-Stromzustände und dem ACPI-G0-„Arbeits“-Stromzustand schalten. In einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 230 das Wecksignal zu den anderen Bauteilen des Verarbeitungsmoduls 203 propagieren, um den Stromverbrauchszustand des Verarbeitungsmoduls 203 zu ändern; alternativ kann das Wecksignal von anderer Logik im Verarbeitungsmodul 203 empfangen und verarbeitet werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Verarbeitungsmodul 203 einen Speicher 231, in dem Anweisungen 232 gespeichert werden, die durch die Verarbeitungseinheit 230 ausführbar sind. In einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinheit 230 konfiguriert, um die Anweisungen 232 nach dem Überführen von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand automatisch auszuführen. Die Verarbeitungseinheit 230 kann unterschiedliche Sätze von Anweisungen abhängig von der spezifischen Wecksequenz ausführen, die von der Wecklogik 224 detektiert wird. Zum Beispiel kann die Wecklogik 224, wenn der Erfassungsblock 220 einen Kontakt am ersten kapazitiven Sensorknopf detektiert, die Verarbeitungseinheit 230 wecken und bewirken, dass die Verarbeitungseinheit 230 einen ersten Block von Anweisungen ausführt, und kann die Wecklogik 224, wenn der Erfassungsblock 220 einen Kontakt am zweiten kapazitiven Sensorknopf detektiert, die Verarbeitungseinheit 230 wecken und bewirken, dass die Verarbeitungseinheit 230 einen anderen Block von Anweisungen ausführt.
In einer Ausführungsform kann die Erfassungsschaltung 223 unter Verwendung einer Brückenschaltung 300, wie in 3 illustriert, implementiert werden. Die Brückenschaltung 300 umfasst einen Sensorzweig 310 und einen Referenzzweig 320. Der Sensorzweig 310 umfasst Impedanzen 311 und 312 und der Referenzzweig 320 umfasst Impedanzen 321 und 322. Der Knoten 313 zwischen den Impedanzen 311 und 312 des Sensorzweigs 310 ist mit dem positiven Eingang des Vergleichers 302 verbunden und der Knoten 323 zwischen den Impedanzen 321 und 322 des Referenzzweigs ist mit dem negativen Eingang des Vergleichers 302 verbunden.
In einer Ausführungsform sind die Impedanzen 321 und 322 des Referenzzweigs 320 so programmierbar, dass sich ein Verhältnis zwischen den Impedanzen 321 und 322 von einem Verhältnis zwischen den Impedanzen 311 und 312 des Sensorzweigs 310 unterscheidet. Zum Beispiel können die Impedanzen 321 und 322 so programmiert werden, dass sich die Referenzzweig- und Sensorzweigverhältnisse um zwischen 5 % und 10 % unterscheiden.
In einer Ausführungsform können die Referenzimpedanzen 321 und 322 als programmierbare oder einstellbare Impedanzen implementiert werden, die auf dem gleichen integrierten Schaltungschip wie die Erfassungsschaltung 223 aufgebaut sind. Zum Beispiel können die Referenzzweigimpedanzen 321 und 322 unter Verwendung eines Satzes schaltbarer Kondensatoren implementiert werden, die in einem Firmware-Vorgang eingestellt werden können, wenn die Verarbeitungseinheit 230 aktiv ist. Alternativ kann die Referenzimpedanz 322 eine externe Struktur sein, die ähnliche Charakteristiken wie der kapazitive Sensorknopf aufweist.
Gemäß dem Betrieb der Brückenschaltung 300 wird das Erregungssignal 301 sowohl an den Sensorzweig 310 als auch den Referenzzweig 320 angelegt. In einer Ausführungsform ist das Erregungssignal 301 ein Wechselstrom(AC)-Signal, das von einer digitalen Logikeinheit basierend auf einem der Taktsignale 213 oder 225 generiert wird und die gleiche Frequenz wie das Taktsignal 213 oder 225 aufweist, von dem es abgeleitet wurde. Während des Betriebs der Brückenschaltung 300 beeinträchtigt ein leitfähiges Objekt in Kontakt mit dem kapazitiven Sensorknopf die Zeitsteuerungsreaktion des Sensorzweigs 310 so, dass die Spannungspolarität an den Eingängen des Vergleichers 302 umgekehrt wird. Der Ausgang des Vergleichers 302 zeigt somit an, ob der kapazitive Sensorknopf berührt worden ist.
In einer Ausführungsform ist die Brückenschaltung 300 als Widerstand-Kondensator(RC)-Schaltung implementiert, wie in 4A illustriert. Die RC-Schaltung 400, wie in 4A illustriert, kann verwendet werden, um Änderungen der Eigenkapazität eines kapazitiven Sensorknopfs aufgrund der Nähe oder Berührung eines leitfähigen Objekts zu detektieren. Mit Bezug auf 1B kann zum Beispiel der Knoten 413 der Schaltung 400 mit der Sensorelektrode 106 elektrisch gekoppelt werden, um Änderungen in Cs 110 zu detektieren.
Die RC-Schaltung 400 umfasst einen Referenzzweig 420, der einen Widerstand 421 umfasst, der durch einen Knoten 423 mit einer Referenzkapazität 422 verbunden ist. Diese entsprechen Referenzzweig 320, Impedanz 321, Knoten 323 und Impedanz 322 in der Brückenschaltung 300. Die RC-Schaltung 400 umfasst auch einen Sensorzweig 410, der einen Widerstand 411 umfasst, der durch Knoten 413 mit der Sensorkapazität 110 verbunden ist, die jeweils Sensorzweig 310, Impedanz 311, Knoten 313 und Impedanz 312 der Brückenschaltung 300 entsprechen.
Gemäß dem Betrieb der RC-Schaltung 400 generiert die Erregungssignalquelle 401 ein Erregungssignal VTx, das sowohl an den Referenzzweig 420 als auch den Sensorzweig 410 angelegt wird. Die Spannungen VR und VA von den Knoten 423 und 413 sind mit dem positiven bzw. negativen Eingang des Vergleichers 402 verbunden. Die Zeitkonstante des Sensorzweigs 410 ändert sich als Reaktion auf die Präsenz eines leitfähigen Objekts in Kontakt mit oder in der Nähe des kapazitiven Sensorknopfs und die Spannungspolarität an den Eingängen des Vergleichers 402 wird relativ dazu, wenn der Knopf nicht berührt wird, umgekehrt.
Das XNOR-Gate 403 aktiviert seinen Ausgang, wenn der Ausgang Vout des Vergleichers 402 sowie das Erregungssignal VTx beide aktiviert oder beide deaktiviert sind. Der Ausgang des XNOR-Gates 403 wird dann durch das Strob-Signal über das AND-Gate 404 abgetastet. Der Ausgang Dout des AND-Gates 404 ist eine Folge von positiven Impulsen, wenn eine Berührung detektiert wird, und ist eine konstante Niedrigspannung, wenn keine Berührung detektiert wird. 4B illustriert die Spannungen VTx, VA, VR, Strob und Dout der RC-Schaltung 400, wenn am kapazitiven Sensorknopf keine Berührung detektiert wird, und 4C illustriert die gleichen Spannungen, wenn eine Berührung detektiert wird.
In einer Ausführungsform ist die Brückenschaltung 300 als Kondensatorteilerschaltung implementiert, wie in 5A illustriert. Die Kondensatorteilerschaltung 500 umfasst einen Referenzzweig 520, der Kapazitäten 521 und 522 umfasst, die am Knoten 523 miteinander verbunden sind. Diese entsprechen Referenzzweig 320, Impedanz 321, Impedanz 322 und Knoten 323 in der Brückenschaltung 300. Die Kondensatorteilerschaltung 500 umfasst auch einen Sensorzweig 510, der Kapazitäten 131 und 132 umfasst, die am Knoten 513 miteinander verbunden sind, die jeweils Sensorzweig 310, Impedanz 311, Impedanz 312 und Knoten 313 der Brückenschaltung 300 entsprechen.
Die Kondensatorteilerschaltung 500, wie in 5A illustriert, kann verwendet werden, um Änderungen der Gegenkapazität und Eigenkapazität eines kapazitiven Sensorknopfs aufgrund der Nähe oder Berührung eines leitfähigen Objekts zu detektieren. Mit Bezug auf 5A und 1D kann zum Beispiel der Erregungssignalgenerator 501 das Erregungssignal VTx an die TX-Sensorelektrode 127 anlegen, während der Knoten 513 der Schaltung 500 mit der RX-Sensorelektrode 126 elektrisch gekoppelt ist, um Änderungen in Cm 131 und Cs 132 zu detektieren.
Die Widerstände 524 und 514 verbinden die Knoten 523 bzw. 513 mit einer Referenzspannung Vref, um die Spannungen VR und VA im Betriebsbereich des Vergleichers 502 zu initialisieren und zu halten. Die Spannungen VR und VA werden am positiven und negativen Eingang des Vergleichers 502 angelegt. Während die Erregungssignalquelle 501 das Erregungssignal VTx an den Sensorzweig 510 und den Referenzzweig 520 anlegt, wird ein leitfähiges Objekt in Kontakt mit dem kapazitiven Sensorknopf Cm 131 verringern und Cs 132 erhöhen. Als Resultat wird die Spannungspolarität an den Eingängen des Vergleichers 502 relativ dazu, wenn der Knopf nicht kontaktiert wird, umgekehrt. Die Ausgangsspannung Vout des Vergleichers 502 zeigt daher an, ob ein leitfähiges Objekt den kapazitiven Sensorknopf berührt oder in dessen Nähe ist. Ein Vout-Signal, das eine Knopfberührung anzeigt, kann unter Verwendung eines XNOR-Gates und eines AND-Gates, ähnlich dem XNOR-Gate 403 und AND-Gate 404 in der RC-Schaltung 400, auf eine Impulsfolge umgewandelt werden. 5B illustriert die Spannungen VTx, VA, VR, Strob und Dout der Kondensatorteilerschaltung 500, wenn am kapazitiven Sensorknopf keine Berührung detektiert wird, und 5C illustriert die gleichen Spannungen, wenn eine Berührung detektiert wird.
6A illustriert eine Ausführungsform einer Kondensatorteilerschaltung 600. Ähnlich wie Schaltung 500 arbeitet die Kondensatorteilerschaltung 600 durch Anlegen eines Erregungssignals VTx an einen Referenzzweig 620 und einen Sensorzweig 610, dann Vergleichen der Spannungen VR und VA an Knoten 623 bzw. 613 unter Verwendung eines Vergleichers 602. Die Kondensatorteilerschaltung 600 verbraucht jedoch durch Eliminieren der Referenzspannung Vref und Widerstände 524 und 514 weniger Strom als Schaltung 500.
Ohne die Widerstände 524 und 514 initialisiert und hält die Kondensatorteilerschaltung 600 die Spannungen VR und VA im Betriebsbereich des Vergleichers 602 unter Verwendung der Schalter 624 und 614. Die Schalter 624 und 614 sind während einer Initialisierungsphase des Detektionsprozesses geschlossen und während einer Messphase des Direktionsprozesses geöffnet. Während der Initialisierungsphase sind die Knoten 623 und 613 miteinander verbunden, um eine Spannungsdifferenz zwischen VR und VA zu eliminieren.
Die Schalter 624 und 614 werden durch ein Steuersignal C betätigt, das von einem Gate 632 generiert wird, das am Erregungssignal und einer verzögerten Version (über Verzögerung 631) des Erregungssignals eine XOR-Operation durchführt. Dies resultiert in einem Signal C, das einer umgekehrten Impulsfolge ähnelt, mit der fallenden Flanke von jedem Impuls im Wesentlichen mit der steigenden Flanke des Erregungssignals VTx übereinstimmend und mit der Impulsbreite bestimmt durch die Dauer der Verzögerung 631.
6B und 6C illustrieren Spannungswellenformen für die Schaltung 600, wenn am kapazitiven Sensorknopf eine Berührung nicht präsent ist bzw. wenn eine Berührung präsent ist. Wie in 6B illustriert, entspricht die Initialisierungsphase 652 der Zeit, wenn die Schalter 624 und 614 durch das Steuersignal C geschlossen sind und die Differenz zwischen VR und VA auf 0V reduziert ist. Die Messphase 651 entspricht der Zeit, wenn die Schalter 624 und 614 durch das Steuersignal C geöffnet sind.
Während der Messphase 651 wird das Zeichen der Differenz zwischen VR und VA dadurch bestimmt, ob ein leitfähiges Objekt in Kontakt mit dem oder in der Nähe des kapazitiven Sensorknopfs ist. Der Ausgang Vout des Vergleichers 602 zeigt daher an, ob der kapazitive Sensorknopf kontaktiert worden ist. Ein Vout-Signal, das eine Knopfberührung anzeigt, kann unter Verwendung eines XNOR-Gates und eines AND-Gates, ähnlich dem XNOR-Gate 403 und AND-Gate 404 in der RC-Schaltung 400, auf eine Impulsfolge umgewandelt werden.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Knopferfassungsprozesses 700 illustriert. Der Prozess 700 kann vom Computersystem 200 durchgeführt werden, das die Bauteile des Kapazitätserfassungsmoduls 202 und des Verarbeitungsmoduls 203 umfasst.
Der Prozess 700 beginnt in Block 701. In Block 701 generiert der Niedrigstromoszillator 211 das Taktsignal 213 und liefert das Taktsignal 213 an die Zeitgeberschaltung 212 und den Erfassungsblock 220. Von Block 701 setzt sich der Prozess 700 in Block 703 fort.
In Block 703 empfängt die Zeitgeberschaltung 212 das Taktsignal 213 und generiert das repetitive Auslösesignal 214, das eine niedrigere Frequenz als das Taktsignal 213 aufweist. In einer Ausführungsform ist das repetitive Auslösesignal 214 eine Impulsfolge. Das repetitive Auslösesignal 204 wird der Zustandsmaschine 221 im Erfassungsblock 220 bereitgestellt. Von Block 703 setzt sich der Prozess 700 in Block 705 fort.
In Block 705 überwacht die Zustandsmaschine das repetitive Auslösesignal 204 mindestens für die Dauer der Knopfüberwachungsperiode, die nicht mit einer Messperiode übereinstimmt. Die Vorgänge von Block 701 und 703 werden ebenfalls für die Dauer der Knopfüberwachungsperiode fortgesetzt. Der Prozess 700 setzt sich nicht bis zum nächsten Block 707 fort, bis die Zustandsmaschine 221 einen Auslöseimpuls im repetitiven Auslösesignal 214 detektiert.
Als Reaktion auf den Auslöseimpuls vom repetitiven Auslösesignal 214 detektiert der Erfassungsblock die Präsenz eines leitfähigen Objekts an einem kapazitiven Sensorknopf (z. B einem von den kapazitiven Sensorknöpfen 201) durch Anlegen eines Erregungssignals VTx an den kapazitiven Sensorknopf. Die Detektion des Auslöseimpulses durch die Zustandsmaschine 221 initiiert daher eine Messperiode.
Die Messperiode beginnt in Block 707, wenn die Zustandsmaschine 221 den Erfassungsblock 220 von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand überführt. In einer Ausführungsform führt die Zustandsmaschine 221 dieses Überführen durch Liefern von Strom oder andernfalls Aktivieren der Bauteile des Erfassungsblocks 220, wie etwa der Erfassungsschaltung 223 und Wecklogik 224, durch. In Ausführungsformen, die einen Oszillator 222 umfassen, umfasst das Überführen in einen Hochstromzustand auch das Aktivieren des Oszillators 222, wodurch dem Oszillator 222 erlaubt wird, Strom aufzunehmen und das Taktsignal 225 zu generieren. Von Block 707 setzt sich der Prozess 700 in Block 709 fort.
In Block 709 erzeugt die Erfassungsschaltung 223 ein Erregungssignal VTx basierend auf dem Taktsignal 213 oder, in Ausführungsformen, die einen Oszillator 222 umfassen, dem Taktsignal 225. Das Erregungssignal kann in der Erfassungsschaltung 223 durch eine Erregungssignalquelle, wie etwa Erregungssignalquelle 401, 501 oder 601, generiert werden. In einer Ausführungsform weist das generierte Erregungssignal VTx die gleiche Frequenz wie das Taktsignal 213 oder 225 auf, von dem es generiert wird. Von Block 709 setzt sich der Prozess 700 in Block 711 fort.
In Block 711 legt die Erregungssignalquelle das generierte Erregungssignal VTx an einen Referenzzweig (wie etwa Referenzzweig 420, 520 oder 620) und an einen kapazitiven Sensorknopf über einen Sensorzweig (wie etwa Sensorzweig 410, 510 oder 610) der Erfassungsschaltung 223 an. Von Block 711 setzt sich der Prozess 700 in Block 713 fort.
In Block 713 vergleicht ein Vergleicher der Erfassungsschaltung 223 eine Spannung VR von einem Knoten des Referenzzweigs mit einer Spannung VA von einem Knoten des Sensorzweigs. Mit Bezug auf 4A vergleicht zum Beispiel der Vergleicher 402 die Spannung VR vom Knoten 423 mit der Spannung VA vom Knoten 413. Gleichermaßen vergleichen die Vergleicher 502 und 602 die Spannungen von den Referenzzweigknoten 523 und 623 jeweils mit Spannungen von den Sensorzweigknoten 510 und 610, in 5A und 6A. Der Vergleicherausgang zeigt daher an, ob ein leitfähiges Objekt in Kontakt mit oder in enger Nähe zu dem kapazitiven Sensorknopf ist oder nicht. In einer Ausführungsform können die Blöcke 709, 711 und 713 wiederholt werden, um mehrere kapazitive Sensorknöpfe zu erfassen. Von Block 713 setzt sich der Prozess 700 in Block 715 fort.
In Block 715 bestimmt die Wecklogik 224 basierend auf dem Ausgang Vout oder Dout der Erfassungsschaltung 223, ob der kapazitive Sensorknopf kontaktiert worden ist oder nicht. In Ausführungsformen, bei denen mehr als ein Knopf erfasst wird, kann die Wecklogik 224 bestimmen, ob eine gültige Wecksequenz durchgeführt worden ist, wie etwa Aktivierung eines spezifischen Knopfs oder einer spezifischen Sequenz von Knöpfen. In Block 715 setzt sich der Prozess 700, falls kein Knopfkontakt oder keine gültige Wecksequenz detektiert worden sind, zu Block 717 fort. In einigen Ausführungsformen kann der Prozess 700 die Blöcke 709–715 vor dem Fortsetzen in Block 717 für mehrere Iterationen wiederholen, um Knopfberührungen über eine längere Messperiode zu detektieren.
In Block 717 führt die Zustandsmaschine 221 den Erfassungsblock 220 vom Hochstromverbrauchszustand in den Niedrigstromverbrauchszustand über. Die Zustandsmaschine 221 kann den Erfassungsblock 220 durch Ausschalten (z. B. Trennen des Stroms oder andernfalls Deaktivieren) der Bauteile des Erfassungsblocks 220, wie etwa die Erfassungsschaltung 223 und Wecklogik 224, in den Niedrigstromverbrauchszustand überführen. In Ausführungsformen, die den Oszillator 222 umfassen, kann die Überführung in den Niedrigstromverbrauchszustand auch das Ausschalten des Oszillators 222 umfassen, wodurch die Generierung des Taktsignals 225 beendet wird. In einer Ausführungsform ist die Messperiode geringer als die Periode zwischen Auslöseimpulsen des repetitiven Auslösesignals 214. Demgemäß tritt die Überführung des Erfassungsblocks 220 in den Niedrigstromverbrauchszustand nach der Messperiode und vor einem nächsten anschließenden Impuls des repetitiven Auslösesignals nach dem Impuls des repetitiven Auslösesignals auf, der die jüngste Messperiode initiiert hat.
Falls, in Block 715, eine Knopfberührung oder eine gültige Wecksequenz detektiert wird, setzt sich der Prozess 700 in Block 719 fort. In Block 719 sendet die Wecklogik 224 ein Wecksignal an die Verarbeitungseinheit 230, wodurch bewirkt wird, dass die Verarbeitungseinheit 230 von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand überführt wird. In einer Ausführungsform wird die Verarbeitungseinheit 230 während der Knopfüberwachungsperiode in einem Niedrigstromverbrauchszustand (z. B. einem ACPI-C3-„Schlaf“-Stromzustand) gehalten. Als Reaktion auf das Empfangen des Wecksignals 224 geht die Verarbeitungseinheit 230 in einen Hochstromverbrauchszustand (z. B. einem ACPI-C0-„Betriebs“-Stromzustand) über. In einer Ausführungsform bewirkt die Wecklogik 224 auch, dass andere Bauteile im Verarbeitungsmodul 203 als Reaktion auf eine Knopfberührung oder Wecksequenz von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand übergehen. Von Block 719 setzt sich der Prozess 700 in Block 721 fort.
In Block 721 arbeitet die Verarbeitungseinheit 230 normal in einem Hochstromverbrauchszustand und kann vom Speicher 231 abgerufene Anweisungen 232 ausführen. In einer Ausführungsform können Anweisungen 232 eine oder mehrere Anwendungen definieren, die basierend auf eine Eingabe arbeiten, die von den kapazitiven Sensorknöpfen empfangen wird. Von Block 721 setzt sich der Prozess 700 in Block 723 fort.
In Block 723 bestimmt die Wecklogik 224, ob die Verarbeitungseinheit 230 zurück in den Niedrigstromverbrauchszustand überführt wurde. Falls die Verarbeitungseinheit 230 nicht im Niedrigstromverbrauchszustand ist, setzt sich der Prozess zurück zu Block 721 fort. Die Verarbeitungseinheit 230 funktioniert daher weiter im normalen Betriebsmodus, bis sie von einem Benutzer, einer Zeitverzögerung oder einem anderen Systemprozess in den Niedrigstromverbrauchszustand überführt wird. Falls, in Block 723, die Verarbeitungseinheit 230 im Niedrigstromverbrauchszustand ist, setzt sich der Prozess 700 zu Block 717 fort.
In Block 717 führt die Zustandsmaschine 221 den Erfassungsblock 220 von einem Hochstromverbrauchszustand in einen Niedrigstromverbrauchszustand über. Wie in 7 illustriert, bleibt der Erfassungsblock 220 daher in einem Hochstromverbrauchszustand, um das Überwachen bezüglich Kontakten an den kapazitiven Sensorknöpfen fortzusetzen, während die Verarbeitungseinheit 230 normal im Hochstromverbrauchszustand gemäß Block 721 arbeitet. Nachdem die Verarbeitungseinheit 230 zurück in den Niedrigstromverbrauchszustand überführt worden ist, beginnt die Knopfüberwachungsperiode und der Erfassungsblock 220 geht ebenfalls in einen Niedrigstromverbrauchszustand über. Der Erfassungsblock 220 bleibt in diesem Niedrigstromverbrauchszustand, bis die nächste Messperiode vom nächsten Auslöseimpuls des repetitiven Auslösesignals 214 ausgelöst wird.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Erfassungsblock 220 während des normalen Hochstromverbrauchsbetriebs der Verarbeitungseinheit 230 im Niedrigstromverbrauchszustand bleiben. Gemäß einer solchen Ausführungsform kann der Erfassungsblock 220 nach Detektieren einer Knopfberührung oder gültigen Wecksequenz in Block 715 in den Niedrigstromverbrauchszustand überführt werden.
In den vorangehenden Ausführungsformen können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden; zum Beispiel können TX-Sensorelektroden und RX-Sensorelektroden ausgetauscht werden und können physische Merkmale der Elektroden relativ zu den illustrierten Ausführungsformen geändert werden. Wie hier beschrieben, kann sich „Kontakt“ oder „Berührung“ eines kapazitiven Sensors auf einen Kontakt oder eine Präsenz eines Objekts beziehen, das sich ausreichend nahe am Sensor befindet, um eine Wirkung auf die Kapazität aufzuweisen, die durch die beschriebenen Kapazitätserfassungsgeräte oder Schaltungen messbar ist. Wie hier beschrieben, können leitfähige Elektroden, die „elektrisch verbunden“ oder „elektrisch gekoppelt“ sind, so gekoppelt sein, dass ein relativ niederohmiger leitfähiger Pfad zwischen den leitfähigen Elektroden existiert. Die Begriffe „im Wesentlichen“ und „ungefähr“ können Werte oder Charakteristiken anzeigen, die von einem Nennwert oder einer idealen Charakteristik abweichen (wobei eine solche Abweichung von Fertigungstoleranzen, einem Rundungsfehler und dergleichen resultiert), während die gewünschte Wirkung des Nennwerts oder der idealen Charakteristik erhalten bleibt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die hier beschrieben werden, umfassen verschiedene Vorgänge. Diese Vorgänge können durch Hardwarebauteile, Software, Firmware oder eine Kombination davon durchgeführt werden. Wie hier verwendet, kann der Begriff „gekoppelt mit“ durch einen oder mehrere dazwischenliegende Bauteile direkt oder indirekt gekoppelt bedeuten. Alle der hier beschriebenen über verschiedene Busse bereitgestellten Signale können mit anderen Signalen zeitgemultiplext und über einen oder mehrere gemeinsame Busse bereitgestellt werden. Zusätzlich kann die Zwischenverbindung zwischen Schaltungsbauteilen oder Blöcken als Busse oder als Einzelsignalleitungen gezeigt werden. Jeder der Busse kann alternativ eine oder mehrere Einzelsignalleitungen sein und jede der Einzelsignalleitungen kann alternativ Busse sein.
Gewisse Ausführungsformen können als Computerprogrammprodukt implementiert werden, das auf einem computerlesbaren Medium gespeicherte Anweisungen umfasst. Diese Anweisungen können verwendet werden, um einen Allzweck- oder Spezialzweck-Prozessor zu programmieren, um die beschriebenen Vorgänge auszuführen. Ein computerlesbares Medium umfasst einen beliebigen Mechanismus zum Speichern oder Senden von Informationen in einer Form (z. B. Software, Verarbeitungsanwendung), die von einer Maschine (z. B. einem Computer) lesbar ist. Das computerlesbare Speichermedium kann unter anderem magnetisches Speichermedium (z. B. Disketten); optisches Speichermedium (z. B. CD-ROM); magnetooptisches Speichermedium; Festwertspeicher (ROM); Arbeitsspeicher (RAM); löschbaren, programmierbaren Speicher (z. B. EPROM und EEPROM); Flash-Speicher oder einen anderen Typ von Medium, das für das Speichern von elektronischen Anweisungen geeignet ist, umfassen.
Darüber hinaus können einige Ausführungsformen in verteilten Computerumgebungen ausgeübt werden, wo das computerlesbare Medium auf mehr als einem Computersystem gespeichert ist und/oder von mehr als einem Computersystem ausgeführt wird. Zusätzlich können die zwischen Computersystemen übertragenen Informationen entweder über das Übertragungsmedium, das die Computersysteme verbindet, gezogen oder gedrückt werden.
Obwohl die Vorgänge des Verfahrens/der Verfahren hier in einer bestimmten Reihenfolge gezeigt und beschrieben werden, kann die Reihenfolge von jedem Verfahren geändert werden, sodass gewisse Vorgänge in einer umgekehrten Reihenfolge durchgeführt werden können oder sodass gewisse Vorgänge, mindestens teilweise, gleichzeitig mit anderen Vorgängen durchgeführt werden können. In einer anderen Ausführungsform können Anweisungen oder Untervorgänge von separaten Vorgängen auf eine intermittierende und/oder alternierende Weise erfolgen.
In der vorangehenden Patentschrift wurde die Erfindung unter Verweis auf spezifische beispielhafte Ausführungsformen von dieser beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass verschiedene Änderungen an diesen vorgenommen werden können, ohne von dem in den beiliegenden Ansprüchen beschriebenen umfassenderen Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die Patentschrift und Zeichnungen sind demgemäß als illustrativ und nicht beschränkend aufzufassen.

Claims

Eine Vorrichtung, die Folgendes beinhaltet: eine Zeitgeberschaltung, die konfiguriert ist, um ein repetitives Auslösesignal zu generieren; einen Niedrigstromoszillatorblock, der konfiguriert ist, um ein Taktsignal zu generieren, das eine höhere Frequenz als das repetitive Auslösesignal aufweist; einen Erfassungsblock, der mit der Zeitgeberschaltung und dem Oszillatorblock gekoppelt ist und konfiguriert ist, um als Reaktion auf das repetitive Auslösesignal eine Präsenz eines leitfähigen Objekts an einem kapazitiven Sensorknopf durch Anlegen eines Erregungssignals, basierend auf dem Taktsignal an den kapazitiven Sensorknopf während einer Messperiode, zu detektieren; und einen Wecklogikblock, der mit dem Erfassungsblock gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Verarbeitungseinheit als Reaktion auf das Detektieren der Präsenz des leitfähigen Objekts am kapazitiven Sensorknopf durch den Erfassungsblock von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand zu überführen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein während der Messperiode vom Erfassungsblock aufgenommener Ruhestrom nicht mehr als 1 µA ist und wobei ein vom Niedrigstromoszillatorblock aufgenommener Ruhestrom nicht mehr als 10 nA ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei ein von der Zeitgeberschaltung, dem Niedrigstromoszillatorblock und dem Erfassungsblock aufgenommener Gesamtruhestrom nicht mehr als 200 nA ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Niedrigstromverbrauchszustand ein Advanced-Configuration-and-Power-Interface(ACPI, Erweiterte Konfigurations- und Stromverwaltungsschnittstelle)-C3-„Schlaf“-Stromzustand ist und wobei der Hochstromverbrauchszustand ein ACPI-C0-„Betriebs“-Stromzustand ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Niedrigstromoszillatorblock ferner konfiguriert ist, um der Zeitgeberschaltung das Taktsignal bereitzustellen, und wobei die Zeitgeberschaltung ferner konfiguriert ist, um das repetitive Auslösesignal basierend auf dem Taktsignal zu generieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das repetitive Auslösesignal eine Frequenz aufweist, die nicht größer als 1 Hz ist, und wobei das Taktsignal eine Frequenz aufweist, die nicht größer als 1 kHz ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Erfassungsblock ferner Folgendes beinhaltet: eine Zustandsmaschine, die konfiguriert ist, um den Erfassungsblock als Reaktion auf einen ersten Impuls des repetitiven Auslösesignals von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand zu überführen; und eine Erfassungsschaltung, die mit der Zustandsmaschine gekoppelt ist, wobei während des Betriebs des Erfassungsblocks im Hochstromverbrauchszustand die Erfassungsschaltung konfiguriert ist, um das Erregungssignal während der Messperiode an den kapazitiven Sensorknopf anzulegen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei eine Erfassungsschaltung des Erfassungsblocks Folgendes beinhaltet: einen Referenzzweig; einen Sensorzweig; und einen Vergleicher, der mit dem Referenzzweig und dem Sensorzweig gekoppelt ist, wobei die Erfassungsschaltung konfiguriert ist, um: das Erregungssignal an den Referenzzweig anzulegen, das Erregungssignals an den kapazitiven Sensorknopf über einen Sensorzweig anzulegen; und eine Spannung an einem ersten Knoten im Referenzzweig mit einer Spannung an einem zweiten Knoten im Sensorzweig zu vergleichen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Zustandsmaschine konfiguriert ist, um den Erfassungsblock nach der Messperiode und vor einem nächsten anschließenden Impuls nach dem ersten Impuls des repetitiven Auslösesignals in einen Niedrigstromverbrauchszustand zu überführen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Erfassungsblock konfiguriert ist, um als Reaktion auf das Detektieren der Präsenz des leitfähigen Objekts am kapazitiven Sensorknopf zu bewirken, dass eine Verarbeitungseinheit von einem Niedrigstromverbrauchsschlafzustand in einen Hochstromverbrauchsbetriebszustand überführt wird.
Ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Generieren eines repetitiven Auslösesignals; Generieren eines Erregungssignals, das eine höhere Frequenz als das repetitive Auslösesignal aufweist; als Reaktion auf das repetitive Auslösesignal, Detektieren einer Präsenz eines leitfähigen Objekts an einem kapazitiven Sensorknopf durch Anlegen des Erregungssignals an den kapazitiven Sensorknopf während einer Messperiode; und als Reaktion auf das Detektieren der Präsenz des leitfähigen Objekts am kapazitiven Sensorknopf, Überführen einer Verarbeitungseinheit von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das repetitive Auslösesignal und das Erregungssignal basierend auf einem Taktsignal generiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 11, das ferner Folgendes beinhaltet: Anlegen des Erregungssignals an einen Referenzzweig; Anlegen des Erregungssignals an den kapazitiven Sensorknopf über einen Sensorzweig; und Vergleichen einer Spannung an einem ersten Knoten im Referenzzweig mit einer Spannung an einem zweiten Knoten im Sensorzweig.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Niedrigstromverbrauchszustand ein Advanced-Configuration-and-Power-Interface(ACPI, Erweiterte Konfigurations- und Stromverwaltungsschnittstelle)-C3-„Schlaf“-Stromzustand ist und wobei der Hochstromverbrauchszustand ein ACPI-C0-„Betriebs“-Stromzustand ist.
Verfahren gemäß Anspruch 11, das ferner Folgendes beinhaltet: Überführen von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand als Reaktion auf einen ersten Impuls des repetitiven Auslösesignals; und Überführen vom Hochstrom-Verbrauchszustand in den Niedrigstromverbrauchszustand nach der Messperiode und vor einem nächsten anschließenden Impuls des repetitiven Auslösesignals nach dem ersten Impuls des repetitiven Auslösesignals.
Ein System, das Folgendes beinhaltet: eine Verarbeitungseinheit; einen kapazitiven Sensorknopf; eine Zeitgeberschaltung, die konfiguriert ist, um ein repetitives Auslösesignal zu generieren; einen Niedrigstromoszillatorblock, der konfiguriert ist, um ein Taktsignal zu generieren, das eine höhere Frequenz als das repetitive Auslösesignal aufweist; einen Erfassungsblock, der mit der Zeitgeberschaltung und dem Oszillatorblock gekoppelt ist und konfiguriert ist, um als Reaktion auf das repetitive Auslösesignal durch Anlegen eines Erregungssignals basierend auf dem Taktsignal an den kapazitiven Sensorknopf während einer Messperiode eine Präsenz eines leitfähigen Objekts am kapazitiven Sensorknopf zu detektieren; und einen Wecklogikblock, der mit dem Erfassungsblock gekoppelt ist und konfiguriert ist, um die Verarbeitungseinheit als Reaktion auf das Detektieren der Präsenz des leitfähigen Objekts am kapazitiven Sensorknopf durch den Erfassungsblock von einem Niedrigstromverbrauchszustand in einen Hochstromverbrauchszustand zu überführen.
System gemäß Anspruch 16, wobei die Zeitgeberschaltung konfiguriert ist, um das repetitive Auslösesignal basierend auf dem Taktsignal zu generieren und wobei das repetitive Auslösesignal eine Frequenz aufweist, die nicht größer als 1 Hz ist, und wobei das Taktsignal eine Frequenz aufweist, die nicht größer als 1 kHz ist.
System gemäß Anspruch 16, das ferner einen Speicher beinhaltet, der mit der Verarbeitungseinheit gekoppelt ist, wobei der Speicher konfiguriert ist, um Anweisungen zu speichern, die durch die Verarbeitungseinheit ausführbar sind, und wobei die Verarbeitungseinheit konfiguriert ist, um nach dem Überführen vom Niedrigstromverbrauchszustand in den Hochstromverbrauchszustand als Reaktion auf das Detektieren der Präsenz des leitfähigen Objekts am kapazitiven Sensorknopf durch den Erfassungsblock die Anweisungen automatisch auszuführen.
System gemäß Anspruch 16, wobei die Zeitgeberschaltung, der Niedrigstromoszillatorblock, der Erfassungsblock und der Wecklogikblock auf einem ersten integrierten Schaltungschip vorliegen und in einem ersten Strombereich arbeiten und wobei die Verarbeitungseinheit auf einem zweiten integrierten Schaltungschip vorliegt und in einem zweiten Strombereich unabhängig vom ersten Strandbereich arbeitet.
System gemäß Anspruch 16, wobei der kapazitive Sensorknopf ferner Folgendes beinhaltet: eine Sende(TX)-Elektrode, die mit dem Erfassungsblock gekoppelt ist; und eine Empfangs(RX)-Elektrode, die mit dem Erfassungsblock gekoppelt und mit der TX-Elektrode kapazitiv gekoppelt ist, wobei eine Gegenkapazität zwischen der TX-Elektrode und der RX als Reaktion auf das Kontaktieren eines leitfähigen Objekts einer Oberfläche über der TX-Elektrode und der RX-Elektrode abnimmt.