DE112018001278T5 - Kapazitätserfassung und Induktivitätserfassung in unterschiedlichen Modi - Google Patents

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DE112018001278T5
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Cathal O'Lionaird
Markus Unseld
Paul M. Walsh
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Cypress Semiconductor Corp
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Abstract

Beschrieben wird eine Einrichtung für eine induktive Erfassung oder eine kapazitive Erfassung. Die Einrichtung kann einen Signalgenerator umfassen, um an einem ersten Anschluss ein erstes Signal in einem ersten Modus und ein zweites Signal in einem zweiten Modus auszugeben. Die Einrichtung kann eine Ladungsmessschaltung umfassen, um an einem zweiten Anschluss ein drittes Signal in dem ersten Modus und ein viertes Signal in dem zweiten Modus zu empfangen. Das dritte Signal ist für eine Induktivität einer Erfassungseinheit, die zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss gekoppelt ist, repräsentativ. Das vierte Signal ist für eine Kapazität der Erfassungseinheit repräsentativ.

Description

  • VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
  • Diese Patentanmeldung ist eine internationale Patentanmeldung der US-Patentanmeldung Nummer 15/637,090 , eingereicht am 29. Juni 2017, die den Nutzen der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/470,061 , eingereicht am 10. März 2017, und der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/470,044 , eingereicht am 10. März 2017, beansprucht, die hierin alle durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit einbezogen sind.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Berührungssensor kann verwendet werden, um das Vorhandensein und den Ort eines Objekts oder die Nähe eines Objekts innerhalb eines berührungsempfindlichen Bereichs des Berührungssensors zu erkennen. Beispielsweise kann ein Berührungserfassungsschaltkreis das Vorhandensein und den Ort eines Berührungsobjekts in der Nähe eines Berührungssensors, der in Verbindung mit einem Anzeigebildschirm angeordnet ist, erkennen. Es gibt eine Anzahl unterschiedlicher Arten von Berührungssensoren. Die Arten von Berührungssensoren können resistive Berührungssensoren, Oberflächenwellen-Berührungssensoren, kapazitive Berührungssensoren, induktive Berührungssensoren und so weiter umfassen. Die unterschiedlichen Berührungssensoren können unterschiedliche Arten von Objekten erkennen.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Offenbarung ist in den Figuren der begleitenden Zeichnungen beispielhaft und nicht begrenzend illustriert, wobei:
    • 1 eine Erfassungsschaltung für eine Eigenkapazitätserfassung gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 2A eine Vorrichtung für eine kapazitive Erfassung und eine induktive Erfassung gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 2B die Erfassungseinheit, die als ein variabler Kondensator in einem Kapazitätsmodus arbeitet, wenn sich eine Frequenz des TX-Signals unter oder über einer Resonanzfrequenz befindet, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 2C die Erfassungseinheit, die als ein variabler Induktor in einem Induktivitätsmodus arbeitet, wenn die Phase des TX-Signals verschoben worden ist, um eine Resonanzschaltung zu erregen, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 2D ein Schaltungsebenendiagramm der Vorrichtung, die eine kapazitive und induktive Vollwellenerfassung durchführt, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 2E die Ladungsmessschaltung (CMC, Charge Measurement Circuit) der Vorrichtung, die für eine kapazitive und induktive Halbwellenerfassung konfiguriert ist, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 3 eine Erfassungseinheit, bei der die Resonanzschaltung ein Widerstandselement, einen Induktor, einen Kondensator, einen zweiten Kondensator und eine Masse umfasst, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 4A die Erfassungseinheit, die einen Kondensator und einen Induktor umfasst, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 4B die Erfassungseinheit aus 4A, die eine Flachspule umfasst, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 4C die Erfassungseinheit aus 4A, die eine Flachspule mit einem kleinen Innenumfang umfasst, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 4D die Erfassungseinheit aus 4A, die eine Rechteckspule umfasst, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 4E die Erfassungseinheit aus 4A, die eine Mehrschichtspule umfasst, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 4F die Erfassungseinheit aus 4A, die eine Primärspule und eine Sekundärspule umfasst, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 4G die Erfassungseinheit aus 4A, die die Primärspule 438 und die Sekundärspule, die in der gleichen Ebene liegen, umfasst, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 5 eine Erfassungsschaltung mit einem kapazitiv-induktiven Hybridsensor gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 6A die Erfassungseinheit aus 5, die den ersten Schaltkreis mit einem Kondensator und den zweiten Schaltkreis mit einem Induktor umfasst, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 6B die Erfassungseinheit aus 5, die den ersten Schaltkreis mit dem Kondensator und den zweiten Schaltkreis mit dem Induktor, einem Kondensator und einer Masse umfasst, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 6C die Erfassungseinheit, bei der die GPIO offen ist und die GPIO geschlossen ist, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 6D die Erfassungseinheit aus 5, die einen ersten Schaltkreis mit einem Kondensator und den zweiten Schaltkreis mit dem Induktor, einem Kondensator, einem Induktor, einem Kondensator und einer Masse umfasst, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 7 einen Graphen einer Amplitudenänderung, assoziiert mit einer digitalen Darstellung des RX-Signals, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 8A einen Graphen einer Phasenverschiebung und einer Demodulation eines TX-Signals für eine induktive Erfassung gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 8B einen Graphen mit einem TX-Signal für eine kapazitive Erfassung gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 9 einen Graphen, der die Phasenverschiebung und die Demodulation eines Ausgabesignals einer Resonanzschaltung für eine induktive Erfassung zeigt, gemäß einer Ausführungsform illustriert.
    • 10A einen Graphen der Frequenzen, die durch die CMC in 2A für eine induktive Erfassung verwendet werden, gemäß einer Ausführungsform zeigt.
    • 10B einen Graphen einer anderen Frequenz, die durch die CMC in 2A für eine induktive Erfassung verwendet werden kann, gemäß einer Ausführungsform zeigt.
    • 10C einen Graphen einer anderen Frequenz, die durch die CMC in 2A für eine induktive Erfassung verwendet wird, gemäß einer Ausführungsform zeigt.
    • 11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Induktivität einer Erfassungseinheit gemäß einer anderen Ausführungsform illustriert.
    • 12 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Anlegen von Signalen an eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode gemäß einer anderen Ausführungsform illustriert.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Viele elektronische Vorrichtungen umfassen Berührungssensoren (hierin auch als Erfassungseinheiten oder Einheitszellen bezeichnet), damit der Benutzer mit den elektronischen Vorrichtungen interagieren kann. Beispielsweise können Geldausgabeautomaten (ATMs, Automatic Teller Machines), Informationskioske, Smartphones, Verkaufsautomaten, Waschmaschinen, Fernseher, Computer und Kühlschränke Erfassungseinheiten und entsprechende Berührungserfassungsschaltkreise umfassen. Wenn ein Objekt die Erfassungseinheit berührt oder sich in ihrer Nähe befindet, kann der Berührungserfassungsschaltkreis verwendet werden, um das Vorhandensein und den Ort der Objekte, die die Erfassungseinheit verwenden, wahrzunehmen und aufzuzeichnen.
  • Im Gegensatz zu Tasten oder anderen mechanischen Steuerungen können Erfassungseinheiten empfindlicher sein und auf unterschiedliche Berührungsarten, wie etwa Tippen, Wischen und Kneifen, unterschiedlich reagieren. Die unterschiedlichen Erfassungseinheiten können auch auf unterschiedliche Objektarten unterschiedlich reagieren. Es gibt verschiedene Techniken zum Messen von Kapazität, Induktivität oder Widerstand, jedoch verwenden diese unterschiedlichen Techniken unterschiedliche Arten von Erfassungseinheiten und unterschiedliche Schaltungen, um Kapazität, Induktivität oder Widerstand zu messen. Beispielsweise kann die induktive Erfassung verwendet werden, um Eisen- und Nichteisenmetalle zu erkennen, und kann die kapazitive Erfassung verwendet werden, um leitfähige Eisen- und Nichteisenobjekte zu erkennen. Herkömmlicherweise müsste eine Vorrichtung, um die unterschiedlichen Objektarten zu erkennen, unterschiedliche Erfassungselemente und unterschiedliche Schaltungen umfassen, um diese unterschiedlichen Objektarten zu messen. Eine Integration dieser unterschiedlichen Erfassungselemente und -schaltkreise kann im Hinblick auf Kosten oder verfügbaren Platz innerhalb der Vorrichtung nicht realisierbar sein, vor allem wenn der Formfaktor der Vorrichtung klein ist.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschreiben eine Technologie für eine kombinierte induktive und kapazitive Erfassung. Die Ausführungsformen können eine Erfassungseinheit, die verwendet werden kann, um unterschiedliche Arten von Objekten zu erkennen, und einen kombinierten induktiven und kapazitiven Erfassungsschaltkreis, der verwendet werden kann, um diese unterschiedlichen Arten von Objekten unter Verwendung einer induktiven Erfassung und einer kapazitiven Erfassung zu erkennen, bereitstellen. In einer Ausführungsform kann die Erfassungseinheit in einem ersten Modus für eine kapazitive Erfassung verwendet werden und kann die gleiche Erfassungseinheit in einem zweiten Modus für eine induktive Erfassung verwendet werden. In einer Ausführungsform verwendet der kombinierte induktive und kapazitive Erfassungsschaltkreis (hierin auch als „Berührungserfassungsschaltkreis“ oder „Erfassungsschaltkreis“ bezeichnet) eine Art eines kapazitiven Erfassungsschaltkreises auf eine soche Weise, dass er die Induktivität des Berührungselements in einem ersten Modus (induktiver Erfassungsmodus) und die Kapazität des Berührungselements in einem zweiten Modus (kapazitiver Erfassungsmodus) messen kann, wie hierin näher beschrieben. Wenn die Erfassungsschaltung im kapazitiven Erfassungsmodus arbeitet, kann die Erfassungsschaltung die Erfassungseinheit verwenden, um Objekte unter Verwendung einer kapazitiven Erfassungstechnik zu erkennen. Wenn die Erfassungsschaltung im induktiven Erfassungsmodus arbeitet, kann die Erfassungsschaltung Eisen- und Nichteisenmetallobjekte in der Nähe der Erfassungseinheit unter Verwendung induktiver Erfassungstechniken erkennen.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Erfassungsschaltkreis 1) einen Signalgenerator, um an einem ersten Anschluss ein erstes Signal in einem ersten Modus und ein zweites Signal in einem zweiten Modus auszugeben; und 2) eine Ladungsmessschaltung, um an einem zweiten Anschluss ein drittes Signal in dem ersten Modus und ein viertes Signal in dem zweiten Modus zu empfangen. Das dritte Signal ist für eine Induktivität einer Erfassungseinheit, die zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss gekoppelt ist, repräsentativ und das vierte Signal ist für eine Kapazität der Erfassungseinheit repräsentativ.
    In einer anderen Ausführungsform umfasst eine Erfassungseinheit einen ersten Anschluss, der mit einem ersten Knoten gekoppelt ist, eine erste Elektrode, die mit dem ersten Knoten gekoppelt ist, einen zweiten Anschluss und eine zweite Elektrode, die mit dem zweiten Anschluss gekoppelt ist. Die Erfassungseinheit umfasst auch eine induktive Spule und einen ersten Kondensator. In einem ersten Modus (kapazitiver Erfassungsmodus) wird ein erstes Signal an dem ersten Anschluss empfangen und wird ein zweites Signal an dem zweiten Anschluss ausgegeben. Das zweite Signal ist für eine Kapazität der Erfassungseinheit repräsentativ. In einem zweiten Modus (induktiver Erfassungsmodus) wird ein drittes Signal an dem ersten Anschluss empfangen und wird ein viertes Signal von dem zweiten Anschluss ausgegeben. Das vierte Signal ist für eine Induktivität der Erfassungseinheit repräsentativ.
  • 1 illustriert eine Erfassungsschaltung 100 für eine Eigenkapazitätserfassung gemäß einer Ausführungsform. Die Erfassungsschaltung 100 kann einen Prozessor 119, eine Ladungsmessschaltung (CMC) 110, eine Allzweckeingabe/-ausgabe (GPIO, General Purpose Input/Output) 112, einen Erfassungskondensator (Csense) 114, eine GPIO 116 und einen Modulationskondensator (Cmod) 118 umfassen. Die GPIO 112 und die GPIO 116 können beliebige Arten von Anschlüssen sein, die konfiguriert sind, um mit externen Komponenten, wie etwa den Erfassungseinheiten, sowie anderen externen Vorrichtungen gekoppelt zu werden. In einem Beispiel können GPIOs Anschlüsse sein, die Verbindungspunkte zu einer Schaltung sind. Die GPIOs, die mit Stiften, Pads, Lötbuckeln oder dergleichen gekoppelt werden können. In einem anderen Beispiel können GPIOs spezialisierte Ausgaben, dedizierte Ausgaben/Eingaben oder dergleichen umfassen. Die GPIOs können ein interner Routing-Mechanismus sein, um Stifte oder ein Pad mit einer Leistungsquelle, einer Masse, einem High-Z, einem internen Schaltkreis (wie etwa einem Erfassungsschaltkreis), einem Pulsweitenmodulator (PWM) oder dergleichen zu verbinden.
  • In 1 ist die GPIO 112 mit einem Erfassungselement 114, das eine einzelne Elektrode ist, gekoppelt. Die CMC 110 kann eine Eigenkapazität der einzelnen Elektrode mit Bezug auf ein Massepotential messen. Als solches ist das Erfassungselement 114 (Csense) als ein externer Kondensator dargestellt. Die CMC 110 kann einen Modulationskondensator (Cmod) 118 zum Messen der Kapazität an dem Erfassungselement 114 verwenden. In einigen Ausführungsformen ist der Cmod 118 ein externer Kondensator, der mit der GPIO 116 gekoppelt ist, wie in 1 illustriert. In einem Beispiel kann die CMC 110 ein Kapazitäts-Digital-Wandler (CDC, Capacitance-to-Digital Converter) sein. In einem anderen Beispiel kann die CMC 110 eine Ladungstransferschaltung, eine Ladungsmessschaltung für eine kapazitive Erfassung, eine Sigma-Delta-Schaltung für eine kapazitive Erfassung (CSD-Schaltung, CSD = Capacitive sensing Sigma-Delta) oder dergleichen sein. Die CSD-Schaltung kann physische, elektrische und Softwarekomponenten umfassen.
  • Die CSD-Schaltung kann ein Array kapazitiver Erfassungselemente (als die Erfassungseinheiten), das über einen analogen Multiplexer mit einem Sigma-Delta-Modulator gekoppelt ist, digitale Zählfunktionen und High-Level-Softwareroutinen aufweisen, um umweltbezogene und physische Sensorelementvariationen zu kompensieren. Die physische Komponente kann das physische Sensorelement an sich, typischerweise ein Muster, das mit einer Isolierabdeckung auf einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) ausgebildet ist, eine flexible Membran oder eine transparente Auflage umfassen. In einer Ausführungsform kann die physische Komponente auch einen transparenten Leiter, wie etwa Indium-Zinnoxid (ITO, Indium Tin Oxide), das auf einem Substrat, das ebenfalls transparent sein kann, angeordnet ist, umfassen. Die elektrische Komponente kann eine geladene Kapazität in ein Messsignal umwandeln. Die elektrische Komponente kann einen Operationsverstärker umfassen, der einen Bitstrom ausgeben kann, der von einer Zählerschaltung oder einer Timer-Schaltung quantifiziert werden kann. Die Softwarekomponente kann Erkennungs- und Kompensations-Softwarealgorithmen umfassen, um einen Zählwert in eine Sensorelement-Erkennungsentscheidung umzuwandeln.
  • Wie in 1 illustriert, kann die CMC 110 mit der GPIO 112 und der GPIO 116 gekoppelt sein. In einem Beispiel kann die GPIO 112 ein erster Anschluss der CMC 110 sein und kann die GPIO 116 ein zweiter Anschluss der CMC 110 sein. Anschlüsse können Stifte, Pads, Lötbuckel oder andere Mechanismen sein, um Leiter der unterschiedlichen Vorrichtungen oder Komponenten zu verbinden. Während des Betriebs kann die CMC 110 das Erfassungselement 114 (Csense) verwenden, um eine Ladungsmessung aufzunehmen. Beispielsweise kann die CMC 110 die Elektrode der Erfassungseinheit laden und entladen, um eine Kapazität des Erfassungselements 114 (Csense) zu messen. Die CMC 110 kann die gemessene Kapazität in einen Wert oder Bitstrom kumulierter Spannung digitalisieren. In einer Ausführungsform kann die CMC 110 die Ladungsmessung mit einem Referenzwert vergleichen, um eine Differenz zwischen der Ladungsmessung und dem Referenzwert zu bestimmen. In einer Ausführungsform kann der Referenzwert ein vorheriger Wert sein, der durch die Ladungsmessschaltung 110 gemessen wurde. In einer anderen Ausführungsformen kann der Referenzwert ein vordefinierter Wert sein. Der vordefinierte Wert kann ein Vorgabereferenzwert sein oder aus zuvor gemessenen Ladungsmesswerten, die über die Zeit aufgenommen wurden, abgeleitet sein. Der Differenzwert kann eine Differenz zwischen der Ladungsmessung und dem Referenzwert anzeigen. In einem Beispiel kann die CMC 110 den Differenzwert an den Prozessor 119 senden. Der Prozessor 119 oder die CMC 110 können bestimmen, ob der Differenzwert einen Schwellenwert überschreitet. Wenn der Differenzwert den Schwellenwert überschreitet, zeigt der Differenzwert an, dass sich ein Objekt in der Nähe des Erfassungselements 114 (Csense) befindet. Wenn der Differenzwert den Schwellenwert nicht überschreitet, zeigt der Differenzwert an, dass sich kein Objekt, das unter Verwendung kapazitiver Erfassung erkannt werden kann, in der Nähe des Csense 114 befindet.
  • 2A illustriert eine Vorrichtung 200 für eine kapazitive Erfassung und eine induktive Erfassung gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 200 kann eine Kapazität einer Erfassungseinheit 225, eine Induktivität der Erfassungseinheit 225 oder beides messen, wie hierin beschrieben. Die Vorrichtung 200 umfasst eine Ladungsmessschaltung 210, die mit der Erfassungseinheit 225 gekoppelt ist. In einem kapazitiven Erfassungsmodus kann die Ladungsmessschaltung 210 einen Signalgenerator 229, der ein Erregersignal (TX-Signal) erzeugen kann, das über eine GPIO 226 an die Erfassungseinheit 225 angelegt werden kann, und einen Empfängerkanal (in 2A nicht illustriert), der ein Empfangssignal (RX-Signal) an einer GPIO 220 messen kann, umfassen. Das RX-Signal ist für eine Gegenkapazität der Erfassungseinheit 225 repräsentativ. In einer anderen Ausführungsform kann die Ladungsmessschaltung 210 die Erfassungseinheit 225 über die GPIO 220 laden und entladen, um eine Eigenkapazität zu messen.
  • Im induktiven Erfassungsmodus kann die Ladungsmessschaltung 210 das TX-Signal relativ zu einem Referenzsignal phasenverschieben, um ein phasenverschobenes Signal zu erzeugen, das an die Erfassungseinheit 225 angelegt werden soll. Beispielsweise kann die Ladungsmessschaltung 210 das TX-Signal an eine intelligente Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 230 (im Folgenden „intelligente E/A 230“) und einen Pulsweitenmodulator (PWM) 228 ausgeben, um ein phasenverschobenes TX-Signal (z. B. ein um 90 Grad verschobenes TX-Signal) zu erzeugen, wie hierin beschrieben. In einem anderen Beispiel können die intelligente E/A 230 und/oder der PWM 228 eine Phase eines Signals verschieben. Ein zweites Empfangssignal (RX-Signal) kann durch die Ladungsmessschaltung 210 über die GPIO 220 gemessen werden. Das zweite RX-Signal ist für eine Induktivität der Erfassungseinheit 225 repräsentativ.
  • Im kapazitiven Erfassungsmodus, im induktiven Erfassungsmodus oder in beiden kann die Ladungsmessschaltung 210 einen Modulationskondensator (Cmod) 214 und einen anderen Kondensator (CTank) 218 verwenden, wie hierin beschrieben. Die Ladungsmessschaltung 210 kann auch einen Analog-Digital-Wandler (ADC, Analog-to-Digital Converter) umfassen, um die analogen Messungen der Kapazität und Induktivität der Erfassungseinheit 225 in digitale Werte umzuwandeln. Diese digitalen Werte können zur weiteren digitalen Signalverarbeitung für eine Anwendung an einen Prozessor 219 ausgegeben werden.
  • Wie in 2A illustriert, kann die Erfassungseinheit 225 eine Resonanzschaltung 224 und ein Paar Elektroden (eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode), die einen Erfassungskondensator 222 bilden, aufweisen. Verschiedene Ausführungsformen der Erfassungseinheit 225, die die Resonanzschaltung 224 umfasst, sind mit Bezug auf die 2B-6D beschrieben und illustriert. Im kapazitiven Erfassungsmodus kann die CMC 210 eine Gegenkapazität der Erfassungseinheit 225 messen, wobei die Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode des Erfassungskondensators 222 besteht. Im induktiven Erfassungsmodus kann die CMC 210 eine Induktivität für eine induktive Erfassung messen, wie hierin beschrieben. Beispielsweise kann die CMC 210 eine Induktivität einer Erfassungseinheit 225 messen. Die Anzahl an Erfassungseinheiten 225, die die Vorrichtung 200 umfasst, soll nicht begrenzend sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung 200 eine einzelne Erfassungseinheit 225 oder mehrere Erfassungseinheiten 225 umfassen.
  • In einer Ausführungsform können der Prozessor 219, die CMC 210, der Cmod 214, der CTank 218, der PWM 228 und/oder die intelligente E/A 230 der Vorrichtung 200 auf der gleichen integrierten Schaltung befindlich sein, die die GPIO 226, 212, 220, 216 aufweist, die mit der Erfassungseinheit 225, dem Modulationskondensator (Cmod) 214 und dem Tankkondensator (Ctank) 218 gekoppelt sind. Alternativ können die unterschiedlichen Komponenten der Vorrichtung 200 in mehreren integrierten Schaltungen implementiert sein. Der Modulationskondensator (Cmod) 214 und der Tankkondensator (Ctank) 218 können, zumindest teilweise, außerhalb der integrierten Schaltung, die die Ladungsmessschaltung 210 enthält, befindlich sein.
  • Wie oben angemerkt, kann die CMC 210 einen Signalgenerator 229 umfassen. Der Signalgenerator 229 kann ein Übertragungssignal (TX-Signal) (auch als ein Erregersignal bezeichnet) erzeugen. In einem Beispiel kann das TX-Signal ein Rechtecksignal sein. Die intelligente E/A 230 kann mit der CMC 210 gekoppelt sein. Die intelligente E/A 230 kann ein digitaler Controller einer E/A-Schnittstelle sein, der sich außerhalb eines Mikrocontrollers (MCU) befindet oder nicht mit dem MCU gekoppelt ist. Die intelligente E/A 230 kann dem MCU Aufgaben abnehmen, um eine Konfiguration von E/As bereitzustellen.
  • In einer Ausführungsform kann der PWM 228 mit der intelligenten E/A 230 gekoppelt sein. In einer anderen Ausführungsform kann der PWM 228 direkt mit der CMC 210 gekoppelt sein. Der PWM 228 kann eine Phase des TX-Signals einstellen. In einem Beispiel kann eine Eingabe des PMW 228 mit dem TX-Signal gemischt werden, um eine Phase des TX-Signals einzustellen.
  • Eine Phase des TX-Signals kann verschoben werden, wenn die Vorrichtung 200 eine induktive Erfassungsmessung aufnimmt. Alternativ kann es andere Ausführungsformen geben, bei denen das TX-Signal für eine kapazitive Erfassungsmessung verschoben wird. In einem Beispiel kann der Signalgenerator 229 ein TX-Signal mit einer Phase von 0 Grad relativ zu einem Referenzsignal erzeugen. Wenn die Phase des TX-Signals 0 Grad beträgt, kann die CMC 210 in einem Kapazitätserfassungsmodus arbeiten, um eine kapazitive Erfassungsmessung aufzunehmen, wie unten diskutiert. Wenn die CMC 210 in einem Induktivitätserfassungsmodus arbeitet, um eine induktive Erfassungsmessung aufzunehmen, kann die Phase des TX-Signals um 90 Grad verschoben sein, wie unten diskutiert.
  • Die GPIO 226 kann einen Treiber umfassen, um eine Amplitude des TX-Signals einzustellen. Beispielsweise kann die GPIO 226 einen ersten Schalter 231 und einen zweiten Schalter 232 umfassen. Ein Schalter kann ein Transistor, ein Gate, eine Vorrichtung zum Einrichten oder Unterbrechen der Verbindung in einer Schaltung und so weiter sein. In einem Beispiel kann die GPIO 226, wenn die GPIO 226 durch einen geschlossenen ersten Schalter 231 und einen offenen zweiten Schalter 232 mit einer Leistungsquelle gekoppelt ist, auf hoch gesetzt sein. In einem anderen Beispiel kann die GPIO 226, wenn die GPIO 226 durch einen geschlossenen zweiten Schalter 232 und einen offenen ersten Schalter 231 mit Masse gekoppelt ist, auf niedrig gesetzt sein. In einem anderen Beispiel sind, wenn die GPIO 226 mit Leistung und Masse kurzgeschlossen ist, der erste Schalter 231 und der zweite Schalter 232 geschlossen. In einem anderen Beispiel kann die GPIO 226, wenn die Schalter 231 und 232 beide offen sind, auf eine hohe Impedanz (High-Z) gesetzt sein und kann sie das von dem PMW 228 empfangene Signal ausgeben. In einem Beispiel können der Prozessor 119 oder die intelligente E/A 230 die Schalter 231 und 232 über den PWM 228 steuern.
  • In einer Ausführungsform kann die GPIO 226 mit dem Erfassungskondensator 222 (erste und zweite Elektrode) gekoppelt sein. Die Ladungsmessschaltung 210 kann ein TX-Signal an die GPIO 226 anlegen, die mit der Erfassungseinheit 225 gekoppelt ist. Das TX-Signal kann den Erfassungskondensator 222 erregen. Das Erregen einer Schaltung oder einer Komponente kann sich auf das Anlegen einer Spannung oder eines Stroms an die Schaltung oder die Komponente beziehen. Beispielsweise wird durch das Anlegen einer Spannung des TX-Signals an eine erste Elektrode des Erfassungskondensators 222 ein RX-Signal an einer zweiten Elektrode des Erfassungskondensators 222 induziert. Die Spannung oder der Strom des RX-Signals kann durch die Ladungsmessschaltung 210 über die GPIO 220 gemessen werden. Wie oben angemerkt, kann das RX-Signal von einem Analog-Digital-Wandler (ADC) als Teil der Digitalisierung des RX-Signals integriert werden. Der Prozessor 219 kann die digitalen Signale weiterverarbeiten, wie hierin beschrieben.
  • Um eine Gegenkapazitätsmessung aufzunehmen, kann die CMC 210 eine Gegenkapazität zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode messen, wobei die Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode als der Erfassungskondensator 222 dargestellt werden kann. Die Vorrichtung 200 kann auch zwei Kondensatoren zur Integration umfassen. In einer Ausführungsform kann CMod 214 für eine Gegenkapazitätserfassung verwendet werden. Der Strom von CMod 214 kann auf Ctank 218 integriert werden und das TX-Signal wird demoduliert. In einem Beispiel kann CMod 214 für eine Eigenkapazitätserfassung verwendet werden und kann der Strom auf Ctank 218 integriert werden. Für eine Gegenkapazitätserfassung können CMod 214 und Ctank 218 für eine Kapazitätserfassung verwendet werden.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Vorrichtung 200 die Resonanzschaltung 224, die zwischen der GPIO 226 und dem Erfassungskondensator 222 gekoppelt ist, umfassen. Die Resonanzschaltung 224 und der Erfassungskondensator 222 können eine Erfassungseinheit 225 bilden. Die CMC 210 kann das TX-Signal über die GPIO 226 an die Resonanzschaltung 224 anlegen, um die Resonanzschaltung 224 zu erregen. 3-6D illustrieren unterschiedliche Ausführungsformen der Resonanzschaltung 224, wie unten diskutiert.
  • Die GPIO 220 kann das von der GPIO 226 über die Resonanzschaltung 224 und/oder den Kondensator 222 gesendete TX-Signal mit der CMC 210 koppeln. Das an der GPIO 220 empfangene Signal kann als ein empfangenes Signal (RX-Signal) bezeichnet werden. Die CMC 210 kann eine Amplitude des RX-Signals mit einem Referenzsignal vergleichen. Beispielsweise kann ein Wandler der CMC 210 den CMod 214 als einen Integrationskondensator verwenden. Eine Ladung kann dem Kondensator hinzugefügt oder von ihm entfernt werden. Beispielsweise kann ein Strom durch Spannungsschwankungen an dem Kondensator von einer Elektrode induziert werden. Die Ladung des Integrationskondensators kann an einem Wandler der CMC 210 in eine erste Zählung digitalisiert werden. Die an dem Kondensator 222 gemessene Ladung wird auch durch den Wandler in eine zweite Zählung digitalisiert. Die Digitalisierung der gemessenen Ladungen in Zählungen funktioniert wie ein Kapazitäts-Digital-Wandler.
  • Die erste Zählung wird mit der zweiten Zählung verglichen, um eine relative Differenz zwischen den digitalen Darstellungen der Kapazität von den Kondensatoren 214 und 218 und dem Kondensator 222 zu bestimmen. Wenn eine relative Differenz zwischen der ersten Zählung und der zweiten Zählung eine Schwelle überschreitet, zeigt die Differenz zwischen den Zählungen eine Änderung der Kapazität des Kondensators 222 an. Die Änderung der Kapazität kann ein Vorhandensein eines Objekts in der Nähe des Kondensators 222 anzeigen. In einem Beispiel kann die Differenz zwischen den Zählungen als die Differenz zwischen den Amplituden der Signale von der GPIO 220 und einem integrierten Signal von den GPIOs 212 und 216 dargestellt werden.
  • In einem Beispiel kann, wenn eine relative Differenz zwischen den Zählungen eine Schwellenmenge nicht überschreitet, die relative Differenz anzeigen, dass sich kein Objekt in der Nähe der Vorrichtung 200 befindet. In einem anderen Beispiel kann, wenn die relative Differenz zwischen den Zählungen eine Schwellenmenge nicht überschreitet, die Vorrichtung 200 nicht konfiguriert sein, um die Art des Objekts in der Nähe der Vorrichtung 200 zu erfassen. In einem Beispiel kann, wenn die Vorrichtung 200 konfiguriert ist, um eine kapazitive Erfassung durchzuführen, die Vorrichtung 200 nicht fähig sein, Eisen- oder Nichteisenmetallobjekte zu erfassen. In einem anderen Beispiel kann, wenn die Vorrichtung 200 konfiguriert ist, um eine induktive Erfassung durchzuführen, die Vorrichtung 200 nicht fähig sein, kapazitive Objekte zu erfassen. In einer Ausführungsform kann, um die kapazitive Erfassung durchzuführen, eine Phase des TX-Signals 0 Grad sein. In einer anderen Ausführungsform kann, um die induktive Erfassung durchzuführen, eine Phase des TX-Signals verschoben sein. Wenn die Phase des TX-Signals verschoben ist, ändert die Verschiebung der Phase, wie Ladung mit der Resonanzschaltung 224 und dem Kondensator 222 gekoppelt wird. In einem Beispiel kann die Resonanzschaltung 224 nicht schwingen, wenn sie für eine kapazitive Erfassung verwendet wird. Wenn die Resonanzschaltung 224 nicht schwingt, kann der Induktor in der Resonanzschaltung 224 nicht erregt werden. In einem anderen Beispiel kann die Resonanzschaltung 224, wie etwa der Induktor, schwingen, wenn sie für eine induktive Erfassung verwendet wird. Das TX-Signal kann phasenverschoben sein, vorausgesetzt, dass das entsprechende RX-Signal in der CMC 210 demoduliert werden kann. In einem Beispiel kann die Phase des TX-Signals um ungefähr 80 bis 100 Grad verschoben sein. In einem anderen Beispiel kann die Phase des TX-Signals um mindestens 45 Grad verschoben sein. In einem anderen Beispiel kann die Phase des TX-Signals um ungefähr 90 Grad verschoben sein. Wenn sich die Phasenverschiebung weiter von der 90-Grad-Phasenverschiebung entfernt, kann sich eine Änderung der Amplitude des RX-Signals an der GPIO 220 reduzieren. Da sich die Ladungsmenge durch das Entfernen von der 90-Grad-Phasenverschiebung reduziert, kann sich die Genauigkeit der induktiven Erfassung reduzieren.
  • Der Prozessor 219 kann mit dem PWM 228 gekoppelt sein. Der Prozessor 119 kann den PWM 228 justieren, um die Phase des durch die CMC 210 erzeugten TX-Signals auf eine erste Phase für eine leitfähige Erfassung oder auf eine zweite Phase für eine induktive Erfassung zu justieren. Der Prozessor 119 kann auch die CMC 210 justieren, um basierend auf der Phase des TX-Signals eine kapazitive Erfassung oder eine induktive Erfassung zu messen. In einem Beispiel kann die CMC 210 Strom in Form von Ladung für das TX-Signal an der GPIO 220 messen. Die CMC kann in dem Strom eine Ladung über die Zeit messen. Wenn die CMC 210 justiert ist, um den Strom oder die Spannung für eine kapazitive Erfassung zu messen, kann die CMC 210 bestimmen, dass eine erste Änderung der Ladung für ein Signal mit einer 0-Grad-Phasenverschiebung ein Vorhandensein eines Objekts anzeigt. Wenn die CMC 210 justiert ist, um den Strom für eine induktive Erfassung zu messen, kann die CMC 210 bestimmen, dass eine zweite Änderung der Ladung für ein Signal mit einer 90-Grad-Phasenverschiebung ein Vorhandensein eines Objekts in der Nähe des Kondensators 222 anzeigt. In einer Ausführungsform können die CMC 210, die intelligente E/A 230, der Prozessor 119, der PWM 228, die GPIO 226, die Resonanzschaltung 224, der Kondensator 222, die GPIO 533, die GPIO 216, die GPIO 220, der CMod 214 und der CTank 218 auf einem einzelnen Substrat, wie etwa einem einzelnen Substrat einer integrierten Schaltung oder einem gemeinsamen Trägersubstrat, befindlich sein.
  • Die CMC 210 kann einen Filter umfassen, um das an der GPIO 220 empfangene Signal zu filtern. In einem Beispiel kann der Filter ein Filter mit unendlicher Impulsantwort (IIR-Filter, IIR = Infinite Impulse Response) sein. In einem anderen Beispiel kann der Filter ein Decimator sein. In einem Beispiel kann die Vorrichtung 200 für eine kapazitive Erfassung konfiguriert sein, um eine Eingabe von einem Benutzer zu empfangen, und kann für eine induktive Erfassung konfiguriert sein, um Eingaben, die nicht von einem Benutzer stammen, zu empfangen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 200 für eine kapazitive Erfassung konfiguriert sein, wenn sie Benutzereingaben über einen Berührungsbildschirm empfängt, und kann für eine induktive Erfassung konfiguriert sein, wenn sie Eingaben von einer Metalltaste, einem Winkelpositionssensor für Steuerknöpfe, einem Türöffnungssensor, einem Schubladenöffnungs-/-schließsensor, einem Flüssigkeitsniveausensor und so weiter empfängt.
  • In einer Ausführungsform kann für ein Automobilumfeld eine induktive Erfassung verwendet werden, um Schalthebelpositionen zu bestimmen, und kann ein kapazitiver Sensor zur Berührungsfeld-Krafterkennung verwendet werden. Die Vorrichtung 200 kann in Folgendes integriert werden: einen Desktop-Computer, einen Laptop-Computer, einen Tablet-Computer, einen Personal Digital Assistant (PDA), ein Smartphone, eine Satellitennavigationsvorrichtung, ein tragbares Medienabspielgerät, eine tragbare Spielekonsole, einen Kiosk-Computer, eine Verkaufsstellenvorrichtung, eine Geschirrspülmaschine, eine Waschmaschine, einen Flüssigkeitsspender, ein Steuerfeld auf einem Haushalts- oder anderen Gerät, das eine Erfassungseinheit umfasst, und so weiter.
  • 2B illustriert die Erfassungseinheit 225, die als ein variabler Kondensator in einem Kapazitätsmodus arbeitet, wenn sich eine Frequenz des TX-Signals unter oder über einer Resonanzfrequenz befindet, gemäß einer Ausführungsform. Wenn sich die Frequenz des an der Resonanzschaltung 224 empfangenen TX-Signals von einer Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 224 unterscheidet (etwa unter oder über der Resonanzfrequenz liegt), können die Resonanzschaltung 224 und der Erfassungskondensator 222 einen Strom für eine Kapazitätserfassung ausgeben. Beispielsweise erregt das TX-Signal einen Strom einer Spule der Resonanzschaltung 224. Die Spule kann mit einem an dem Objekt induzierten Strom interagieren. Die Nähe des Objekts 237 kann eine Induktivität der Spule beeinträchtigen. Wenn das Objekt 237 geerdet ist, kann eine Kapazität zwischen der Spule und dem Objekt zu einer gesamten parasitären Kopplung der Spule mit der Masse beitragen und wird die Kapazität verteilt. Wenn sich eine TX-Frequenz nicht an der Resonanzfrequenz befindet, kann die Resonanzschaltung als ein variabler Kondensator in einem Kapazitätsmodus arbeiten, der ein RX-Signal an die CMC 210 weiterleiten kann, damit die CMC 210 eine Kapazitätserfassung durchführen kann.
  • 2C illustriert die Erfassungseinheit 225, die als ein variabler Induktor in einem Induktivitätsmodus arbeitet, wenn die Phase des TX-Signals verschoben worden ist, um eine Resonanzschaltung zu erregen, gemäß einer Ausführungsform. Wenn sich das TX-Signal ungefähr an einer Resonanzfrequenz der Erfassungseinheit 225 befindet, wie in dem Graphen 235 gezeigt, können die Resonanzschaltung 224 und der Kondensator 222 als eine induktive Erfassungseinheit in einem Induktivitätsmodus arbeiten. Wenn das Objekt 237 geerdet ist, kann die Kapazität zwischen der Spule und dem Objekt 237 zu der parasitären Kopplung der Spule mit der Masse beitragen und wird die Kapazität verteilt. Der elektrische Strom in der Spule interagiert mit einem an dem Metallobjekt induzierten Strom. Die Nähe des Metallobjekts kann die Induktivität der Spule beeinträchtigen. Zusätzlich kann, wenn sich die Frequenz des TX-Signals an der Resonanzfrequenz befindet, der Strom maximiert sein, sodass die Resonanzschaltung, wenn sie in einem Induktivitätsmodus arbeitet, relativ empfindlich gegenüber einer Änderung der Induktivität ist, im Vergleich zu einer Änderung der Kapazität.
  • 2D illustriert ein Schaltungsebenendiagramm der Vorrichtung 200, die eine kapazitive und induktive Vollwellenerfassung durchführt, gemäß einer Ausführungsform. Einige der Merkmale in 2D sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in den 1 und 2A, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben. Die Vorrichtung 200 kann unter Verwendung der GPIOs 212, 216, 220 und 226, der Resonanzschaltung 224, einer CMC 216, einer digitalen Ablaufsteuerung 233, einer intelligenten E/A 230 und/oder einem PWM 228 eine Vollwellenerfassung durchführen.
  • Die CMC 210 kann ein TX-Signal (auch als csd_sense-Signal bezeichnet) erzeugen. Die Vorrichtung 200 kann in einem kapazitiven Erfassungsmodus oder einem induktiven Erfassungsmodus arbeiten. Die digitale Ablaufsteuerung 233 kann die Schalter in der CMC 210 steuern, um die CMC 210 für eine kapazitive Erfassung oder eine induktive Erfassung zu konfigurieren. Wenn die Vorrichtung 200 in einem kapazitiven Erfassungsmodus arbeitet, kann der PWM 228 eine Phase des TX-Signals, das über die GPIO 226 an die Erfassungseinheit 225 gesendet wird, nicht verschieben. Wenn die Vorrichtung 200 in einem induktiven Erfassungsmodus arbeitet, kann der PWM 228 das TX-Signal phasenverschieben, bevor das TX-Signal an die GPIO 226 gesendet wird.
  • Die GPIO 226 kann ein Treiber sein, der das TX-Signal oder das phasenverschobene TX-Signal verstärkt, wenn Amplituden dieser Signale unter einem Schwellenamplitudenniveau liegen. An dem Knoten 251 kann die CMC 210 das TX-Signal über die GPIO 226 an die Resonanzschaltung 224 senden. Die Resonanzschaltung 224 kann ein Sensor, wie etwa eine RLC-Schaltung oder eine Elektrode, sein, den die CMC 210 verwenden kann, um eine Kapazitätsmessung oder eine Induktivitätsmessung aufzunehmen, wie oben diskutiert. Die GPIO 220 kann das RX-Signal von dem Kondensator 222 empfangen und das RX-Signal mit der CMC 210 koppeln.
  • Die CMC 210 kann einen analogen Multiplexer (AMUX) 236, einen Ausgleicher 238 und einen Komparator 240 umfassen. Der AMUX 236 kann die Signale von der GPIO 212, der GPIO 216 und der GPIO 220 kombinieren oder zusammenführen und das kombinierte Signal an den Ausgleicher 238 senden. Der Ausgleicher 238 kann Stromquellen der CMC 210 ausgleichen. Beispielsweise kann der Ausgleicher 238 durch eine Steuerleitung mit der digitalen Ablaufsteuerung 233 gekoppelt sein. Der Ausgleicher 238 kann Steuersignale von Anschlüssen PHI1 252 und PHI2 254 der digitalen Ablaufsteuerung 233 empfangen, um die CMC 210 auszugleichen.
  • Der Ausgleicher 238 kann auch ein Timing-Netzwerk (nicht gezeigt) umfassen. Das Timing-Netzwerk kann positive und negative Ladungen an der CMC 210 mit der korrekten Phase koppeln. Der Ausgleicher 238 kann auch einen Demodulator umfassen, der die Zählungen der CMC 210 bestimmt. Der Ausgleicher 238 kann der Resonanzschaltung 224, dem CMod 214, dem CTank 218 und dem Kondensator 222 Ladung hinzufügen. In einem Beispiel kann der Ausgleicher 238 dem CMod 214 und dem CTank 218 eine Ladung wieder hinzufügen, um die Ladung des CMod 214 und des CTank 218 auf ein anfängliches Ladungsniveau zurückzubringen.
  • Ein Wandler kann den CMod 214 als einen Integrationskondensator verwenden, um Ladung aus mehreren Transfervorgängen zu speichern oder zu integrieren. Die Ladung wird in dem Wandler in einen digitalen Wert des Stroms (RX) digitalisiert, der für die Kapazität repräsentativ ist. Der Komparator 240 kann den digitalen Wert mit einer Schwelle vergleichen, um zu bestimmen, ob sich die Amplitude des RX-Signals geändert hat. Der Komparator 240 kann einen digitalen Wert, der für eine Amplitude des RX-Signals von der GPIO 220 repräsentativ ist, mit einem digitalen Wert, der für eine Amplitude des Referenzsignals an dem Komparator 240 repräsentativ ist, vergleichen, um eine relative Differenz zwischen den Amplituden der Spannungen für das RX-Signal und das Referenzsignal zu bestimmen. Wenn die Differenz zwischen den Amplituden eine Schwellenmenge überschreitet, kann die Differenz ein Vorhandensein eines Objekts in der Nähe des Kondensators 222 anzeigen.
  • Die CMC 210 kann Messungen, während die Vorrichtung 200 für eine kapazitive Erfassung justiert ist, und Messungen, die aufgenommen werden, während die Vorrichtung 200 für eine induktive Erfassung justiert ist, kombinieren. Die CMC 210 kann die kombinierten Messinformationen verwenden, um zwischen unterschiedlichen Arten von Objekten zu unterscheiden. Beispielsweise können die kombinierten Informationen anzeigen, ob ein Objekt eine Plastikflasche oder eine Metalldose ist.
  • Die digitale Ablaufsteuerung 233 kann die Schalter in der CMC 210 steuern, um die CMC 210 für eine kapazitive Erfassung oder eine induktive Erfassung zu konfigurieren. Die intelligente E/A 230 kann eine interne Querverbindung der digitalen Ablaufsteuerung 233 mit dem PWM 228 oder einem TX-Signaltreiber aktivieren. Die digitale Ablaufsteuerung 233 kann über die intelligente E/A 230 eine Triggereingabe an den PWM 228 senden, um den PWM 228 zu triggern, eine Phase des TX-Signals zu verschieben. In einer anderen Ausführungsform kann die intelligente E/A 230 ein externer Anschlussverbinder sein, der das Signal zwischen der digitalen Ablaufsteuerung und dem PWM 228 weiterleitet.
  • Der PWM 228 kann eine Phase des TX-Signals verschieben, um die Komponenten der Resonanzschaltung 224 für eine kapazitiver Erfassung oder eine induktive Erfassung zu erregen. In einer Ausführungsform kann der PWM 228 eine 0-Grad-Phase aufrechterhalten, um die Resonanzschaltung 224 für eine kapazitive Erfassung zu erregen. In einer anderen Ausführungsform kann der PWM 228 eine Phase des TX-Signals um 90 Grad verschieben, um die Resonanzschaltung 224 für eine induktive Erfassung zu erregen.
  • In einem Beispiel kann das Widerstandselement Rs der Resonanzschaltung 224 den Stromfluss begrenzen. In einem anderen Beispiel kann das TX-Signal eine Sinuswelle sein und kann das Widerstandselement Rs eine Spitze-Spitze-Spannung der Sinuswelle justieren. Der Kondensator 222 kann die Sinuswelle von der Resonanzschaltung 224 in die CMC 210 koppeln. In einem Beispiel kann das Widerstandselement Rs ein Teil einer GPIO sein und kann programmierbar sein. In einem anderen Beispiel könnte die GPIO eine Steuerung für unterschiedliche Treibstärken aufweisen, um den Widerstand zu erreichen.
  • In einem Beispiel kann, um einen Leistungsverbrauch der Resonanzschaltung 224 zu reduzieren, eine Schwankung an den LC-Komponenten der Resonanzschaltung 224 nicht maximiert werden und kann ein relativ großes Widerstandselement Rs verwendet werden. Die GPIO 220 kann die Sinuswelle von dem Kondensator 222 empfangen und das RX-Signal mit einem Erfassungskanal der CMC 210 koppeln. Die CMC 210 kann das RX-Signal in einen digitalen Wert umwandeln.
  • In einer Ausführungsform kann die CMC 210 einen Vollwellenwandler für eine kapazitive Erfassung umfassen. Die 90-Grad-Phasenverschiebung durch den PWM 228 kann eine Demodulation der Sinuswelle durch den Vollwellenwandler für die kapazitive Erfassung ermöglichen.
  • 2E illustriert die CMC 210 der Vorrichtung 200, die für eine kapazitive und induktive Halbwellenerfassung konfiguriert ist, gemäß einer Ausführungsform. Einige der Merkmale in 2E sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in den 1 und 2A-2D, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben.
  • Wenn sich die Vorrichtung 200 in der Konfiguration der kapazitiven und induktiven Halbwellenerfassung befindet, können die GPIO 216 und der CTank 218 aus der Vorrichtung 200 entfernt werden. Die CMC 210 kann einen analogen Multiplexer (AMUX) 242, einen Ausgleicher 244 und einen Komparator 246 umfassen. Der AMUX 242 kann die Signale von der GPIO 212 und der GPIO 220 kombinieren und das kombinierte Signal an den Ausgleicher 244 senden.
  • Der Ausgleicher 244 kann Stromquellen der CMC 210 ausgleichen. Beispielsweise kann der Ausgleicher 244 durch eine Steuerleitung mit der digitalen Ablaufsteuerung 233 gekoppelt sein. Der Ausgleicher 244 kann Steuersignale an die digitale Ablaufsteuerung 233 senden, um die CMC auszugleichen. Der Ausgleicher 244 kann auch ein Timing-Netzwerk umfassen. Der Ausgleicher 244 kann auch einen Demodulator umfassen, der die digitalen Werte der CMC 210 bestimmt und eine Ladung für die Resonanzschaltung 224, den CMod 214 und den Kondensator 222 kumuliert.
  • Der Komparator 246 kann einen digitalen Wert für das RX-Signal von der GPIO 220 mit einer digitalen Darstellung einer Amplitude des Referenzsignals des Komparators 246 vergleichen, um eine Differenz zwischen Amplituden des RX-Signals und des Referenzsignals zu bestimmen. Wenn die Differenz ein Schwellenniveau überschreitet, kann die Differenz ein Vorhandensein eines Objekts in der Nähe des Kondensators 222 anzeigen.
  • 3 illustriert eine Erfassungseinheit 300, bei der die Resonanzschaltung 224 ein Widerstandselement 332, einen Induktor 334, einen Kondensator 336, einen zweiten Kondensator 338 und eine Masse 340 umfasst, gemäß einer Ausführungsform. Einige der Merkmale in 3 sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in den 1 und 2A-2E, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben.
  • Das Widerstandselement 332 kann zwischen der GPIO 226 und dem Knoten 342 gekoppelt sein. Der Induktor 334, der Kondensator 336, der zweite Kondensator 338 und die Masse 340 können Komponenten einer Reihenschaltung 344 sein, die mit dem Knoten 342 gekoppelt sein kann. In einem Beispiel können der Kondensator 336 und/oder der zweite Kondensator 338 diskrete Komponenten sein. In einem anderen Beispiel können der Kondensator 336 und/oder der zweite Kondensator 338 zwischen Komponenten gebildete Kapazitäten darstellen. Beispielsweise kann der Kondensator 336 eine zwischen dem Induktor 334 und 340 gebildete Kapazität darstellen. Die Reihenschaltung 344 kann zwischen dem Widerstandselement 332 und dem Kondensator 222 gekoppelt sein. Der Kondensator 222 kann zwischen dem Knoten 342 und der CMC 210 gekoppelt sein.
  • In einer Ausführungsform kann die Reihenschaltung 344 den Induktor 334, der sich in Reihe mit dem Kondensator 336 befindet, umfassen (d. h. L-C). Der Kondensator 336 kann mit der Masse 340 verbunden sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Reihenschaltung 344 den Induktor 334, der sich parallel zu dem zweiten Kondensator 338 befindet, umfassen (d. h. L∥C). Der Induktor 334 und der zweite Kondensator 338 können mit der Masse 340 gekoppelt sein.
  • Die Kombination aus dem Induktor 334 und dem zweiten Kondensator 338 kann sich in Reihe mit dem Kondensator 336 befinden (d. h. L∥C-C). Der Kondensator 336 kann mit der Masse 340 verbunden sein. Die LIIC-C-Konfiguration kann die minimale und die maximale Impedanz der Resonanzschaltung 224 steuern. Beispielsweise kann die LIIC-C-Konfiguration als ein analoger Verstärker arbeiten, um den Frequenzbereich zwischen der minimalen und der maximalen Impedanz der Resonanzschaltung 224 zu steuern. Die LIIC-C-Konfiguration kann eine Abstimmung für eine Resonanzfrequenz der Erfassungsschaltung bereitstellen.
  • Die Komponenten der Reihenschaltung 344 oder der Resonanzschaltung 224 sind nicht als begrenzend zu verstehen. Die Resonanzschaltung 224 kann andere Komponenten umfassen oder andere Konfigurationen aufweisen.
  • 4A illustriert die Erfassungseinheit 400, die einen Kondensator 412 und einen Induktor 416 umfasst, gemäß einer Ausführungsform. Der Kondensator 412 und der Induktor 416 können mit einer Verarbeitungsschaltung 418 gekoppelt sein. Die Verarbeitungsschaltung 418 kann den Induktor 416 verwenden, um das Vorhandensein eines Objekts zu erkennen, wenn sie in einem induktiven Erfassungsmodus arbeitet.
  • Im induktiven Erfassungsmodus kann der Kondensator 412 eine Masse für den Induktor 416 sein. Beispielsweise kann im induktiven Erfassungsmodus ein Magnetfeld an dem Induktor 416 erzeugt werden und wenn ein Signal an den Induktor 416 angelegt wird, induziert das Magnetfeld einen Strom an dem Induktor 416. Wenn ein Objekt in die Nähe des Magnetfelds gelangt, kann das Objekt einen Wirbelstrom produzieren, der dem Magnetfeld entgegengerichtet ist.
  • Die Verarbeitungsschaltung 418 kann den Kondensator 412 verwenden, um das Vorhandensein eines Objekts zu erkennen, wenn sie in einem kapazitiven Erfassungsmodus arbeitet. Die Feldlinien 420 können die Kapazität zwischen dem Induktor 416 und dem Kondensator 412 illustrieren. In einem Eigenkapazitätserfassungsmodus kann eine Kapazität an dem Induktor 416 gemessen werden. In einem Gegenkapazitätserfassungsmodus kann die Kapazität zwischen dem Induktor 416 und dem Kondensator 412 gemessen werden. Beispielsweise kann der Induktor 416 nicht erregt werden, wenn Wechselstromleistung (AC-Leistung, AC = Alternating Current) an die Erfassungseinheit 400 angelegt wird, und kann als ein geerdetes Metall fungieren.
  • In einer Ausführungsform kann der Kondensator 412 eine parallele Platte sein, die sich auf einer ersten Seite eines Substrats befindet. Der Kondensator 412 kann mit einer Masse verbunden sein. Der Induktor 416 kann eine Spiralspule sein, die sich auf einer zweiten Seite des Substrats befindet. Der Induktor 416 kann sich auf einer zweiten Seite des Substrats befinden. Im induktiven Modus kann der Kondensator 412 geerdet und inaktiv sein. Im kapazitiven Modus koppelt die Masse des Induktors 416 das kapazitive Feld, um ein Objekt zu erkennen.
  • 4B illustriert die Erfassungseinheit 401 aus 4A, die eine Flachspule 422 umfasst, gemäß einer Ausführungsform. Einige der Merkmale in 4B sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in 4A, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben. Die Flachspule 422 kann als der Induktor 416, wie etwa ein ebener Induktor, fungieren. Die Flachspule 422 kann verglichen mit dem Außendurchmesser der Flachspule 422 einen relativ großen Innendurchmesser aufweisen. Aufgrund des reduzierten Oberflächenbereichs der Flachspule 422 kann der verglichen mit dem Außendurchmesser der Flachspule 422 relativ große Innendurchmesser eine relativ kleine Kapazitätskopplung mit einem Objekt in der Nähe der Flachspule 422 bereitstellen. Die Flachspule 422 kann mit einer Masseplatte 424 gekoppelt sein. In einem Beispiel kann die Masseplatte 424 auf einer Oberseite oder einer Unterseite der Flachspule befindlich sein.
  • 4C illustriert die Erfassungseinheit 402 aus 4A, die eine Flachspule 426 mit einem kleinen Innenumfang umfasst, gemäß einer Ausführungsform. Einige der Merkmale in 4C sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in 4A, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben. Die Flachspule 426 kann als der Induktor 416 fungieren. Die Flachspule 426 kann verglichen mit dem Außendurchmesser der Flachspule 426 einen relativ kleinen Innendurchmesser aufweisen. Aufgrund eines erhöhten Oberflächenbereichs der Flachspule 426 kann der verglichen mit dem Außendurchmesser der Flachspule 426 relativ kleine Innendurchmesser eine relativ hohe Kapazitätskopplung mit einem Objekt in der Nähe der Flachspule 426 bereitstellen.
  • 4D illustriert die Erfassungseinheit 403 aus 4A, die eine Rechteckspule 428 umfasst, gemäß einer Ausführungsform. Einige der Merkmale in 4D sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in 4A, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben. Die Rechteckspule 428 kann als der Induktor 416 fungieren. Die Rechteckspule 428 kann verglichen mit dem Außendurchmesser der Rechteckspule 428 einen relativ kleinen Innenbereich aufweisen. Aufgrund des erhöhten Oberflächenbereichs der Rechteckspule 428 kann der verglichen mit dem Außenbereich der Flachspule 426 relativ kleine Innenbereich eine relativ hohe Kapazitätskopplung mit einem Objekt in der Nähe der Rechteckspule 428 bereitstellen.
  • 4E illustriert die Erfassungseinheit 404 aus 4A, die eine Mehrschichtspule 430 umfasst, gemäß einer Ausführungsform. Einige der Merkmale in 4E sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in den 2 und 4A, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben. Die Mehrschichtspule 430 kann eine erste Spule 432 und eine zweite Spule 434 umfassen. Die erste Spule 432 kann entlang einer Z-Achse über der zweiten Spule 434 befindlich sein. In einem Beispiel kann, wenn die Erfassungseinheit 400 für eine Kapazitätserfassung verwendet wird, die Spule 432 für eine Kopplung mit dem Kondensator 412 verwendet werden. In einem anderen Beispiel können, wenn die Vorrichtung 200 für eine Induktivitätserfassung verwendet wird, die Spule 432 und die Spule 434 für eine induktive Kopplung verwendet werden.
  • 4F illustriert die Erfassungseinheit 405 aus 4A, die eine Primärspule 438 und eine Sekundärspule 440 umfasst, gemäß einer Ausführungsform. Einige der Merkmale in 4F sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in 4A, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben. Ein Außenumfang der Sekundärspule 440 kann geringer als ein Innenumfang der Primärspule 438 sein. Die Sekundärspule 440 kann in der gleichen Ebene liegen und innerhalb des Innenumfangs der Primärspule 438 befindlich sein.
  • 4G illustriert die Erfassungseinheit 406 aus 4A, die die Primärspule 438 und die Sekundärspule 440, die in der gleichen Ebene liegen, umfasst, gemäß einer Ausführungsform. Einige der Merkmale in 4G sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in den 2, 4A und 4H, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben. Ein Außenumfang der Sekundärspule 440 kann ungefähr gleich wie der Außenumfang der Primärspule 438 sein. Die Sekundärspule 440 kann in der gleichen Ebene liegend und angrenzend an die Primärspule 438 befindlich sein. Die Implementierungen in den 4A-4G sind nicht als begrenzend zu verstehen. Beispielsweise kann die Erfassungseinheit 400 eine Spiralspule, eine Magnetspule, eine Dreieckspule, eine gestreckte Spule und so weiter umfassen.
  • 5 illustriert eine Erfassungsschaltung 500 mit einem kapazitiv-induktiven Hybridsensor gemäß einer Ausführungsform. Einige der Merkmale in 5 sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in den 1 und 2A-2E, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben.
  • Die Erfassungsschaltung 500 kann den PWM 228, die GPIO 226 und eine Erfassungseinheit 540 umfassen. Die Erfassungseinheit 540 kann mindestens eines von einem Widerstandselement 511, einer ersten LC-Schaltung 512, einer GPIO 514, einer zweiten LC-Schaltung 516, einem Kondensator 518, einer Masse 520, einem Kondensator 522, der GPIO 533, der GPIO 220 oder der CMC 210 umfassen. Die erste LC-Schaltung 512, die zweite GPIO 514, die zweite LC-Schaltung 516, die GPIO 533 und die GPIO 220 können konfigurierbar sein, um verschiedene Konfigurationen der Erfassungsschaltung 500 für eine Kapazitätserfassung und eine Induktivitätserfassung bereitzustellen.
  • Die CMC 210 kann einen Signalgenerator umfassen. Der Signalgenerator kann ein TX-Signal erzeugen. In einem Beispiel kann das TX-Signal ein Rechtecksignal sein. Eine anfängliche Phase des durch den Signalgenerator erzeugten TX-Signals kann relativ zu einem Referenzsignal an der CMC 210 sein. Der Phasenschieber des PWM 228 kann eine Phase des TX-Signals steuern. Die CMC 210 kann die Erfassungseinheit 540 für eine kapazitive Erfassung verwenden, wenn keine Phasenverschiebung vorliegt. Die CMC 210 kann die Erfassungseinheit 540 für eine induktive Erfassung verwenden, wenn eine Phasenverschiebung vorliegt.
  • Die GPIO 226 kann ein Treiber sein, um eine Amplitude des TX-Signals einzustellen. Die GPIO 226 kann mit dem Widerstandselement 511 gekoppelt sein. Das TX-Signal kann über das Widerstandselement 511, einen ersten Schaltkreis 528, einen zweiten Schaltkreis 530, den Kondensator 522, die GPIO 220 und/oder die GPIO 533 als ein RX-Signal an die CMC 210 gesendet werden. Das TX-Signal kann das Widerstandselement 511, einen ersten Schaltkreis 528, einen zweiten Schaltkreis 530, den Kondensator 522, die GPIO 220 und/oder die GPIO 533 erregen.
  • In einer Ausführungsform kann das Widerstandselement 511 mit einem Knoten 524 gekoppelt sein. In einer anderen Ausführungsform kann ein erster Schaltkreis 528 mit dem Knoten 524 gekoppelt sein. Die LC-Schaltung 512 und die GPIO 514 können Teil des ersten Schaltkreises 528 sein. Die GPIO 514 kann eine Masse umfassen oder kann mit einer Masse gekoppelt sein. Die LC-Schaltung 512 und die GPIO 514 können in einer Reihe verbunden sein. Der erste Schaltkreis 528 kann mit dem Widerstandselement 511 in Reihe geschaltet sein.
  • In einer anderen Ausführungsform können das Widerstandselement 511 oder der erste Schaltkreis 528 mit einem Knoten 526 parallel gekoppelt sein. Beispielsweise können die zweite LC-Schaltung 516 und der Kondensator 518 Teil eines zweiten Schaltkreises 530 sein, der mit dem Knoten 526 gekoppelt ist. Der Kondensator 518 kann auch mit einer Masse gekoppelt sein. Die zweite LC-Schaltung 516 und der Kondensator 518 können in Reihe verbunden sein. In einer Ausführungsform kann der zweite Schaltkreis 528 mit dem Widerstandselement 511 in Reihe geschaltet sein. In einer anderen Ausführungsform kann der zweite Schaltkreis 528 mit dem ersten Schaltkreis 528 parallel geschaltet sein.
  • Das Widerstandselement 511, der erste Schaltkreis 528 und/oder der zweite Schaltkreis 530 können mit einem Knoten 532 gekoppelt sein. Der Kondensator 522 kann in Reihe mit dem Widerstandselement 511, dem ersten Schaltkreis 528 und/oder dem zweiten Schaltkreis 528 mit dem Knoten 532 gekoppelt sein. Die GPIO 220 kann mit dem Kondensator 522 und der CMC 210 in Reihe gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann die GPIO 533 mit dem Knoten 532 gekoppelt sein und mit dem Kondensator 522 und der GPIO 220 parallel geschaltet sein. Die GPIO 533 kann auch mit der CMC gekoppelt sein.
  • Wenn das TX-Signal über das Widerstandselement 511, den ersten Schaltkreis 528 und/oder den zweiten Schaltkreis 528 und den Kondensator 522 gesendet wird, kann das resultierende Signal als ein RX-Signal bezeichnet werden. Die GPIO 220 und/oder die GPIO 533 können das von der GPIO 226 über das Widerstandselement 511, den ersten Schaltkreis 528 und/oder den zweiten Schaltkreis 528 empfangene RX-Signal in die CMC 210 koppeln. Die CMC 210 kann den digitalen Wert, der dem RX-Signal entspricht, mit einem digitalen Wert eines Referenzsignals vergleichen, um zu bestimmen, ob eine relative Differenz zwischen einer Amplitude des RX-Signals und einer Amplitude des Referenzsignals vorliegt, die einen Schwellenwert überschreitet. Wenn die relative Differenz zwischen den repräsentativen Amplituden des RX-Signals und des Referenzsignals die Schwellenmenge überschreitet, kann die Differenz ein Vorhandensein eines Objekts in der Nähe der Vorrichtung 200 anzeigen.
  • In einem Beispiel kann, wenn eine Differenz zwischen dem RX-Signal und dem Referenzsignal die Schwellenmenge nicht überschreitet, die Differenz anzeigen, dass sich kein Objekt in der Nähe der Erfassungsschaltung 500, wie etwa der LC-Schaltung 512 oder der LC-Schaltung 516, befindet. In einem Beispiel kann, wenn eine Differenz zwischen dem RX-Signal und dem Referenzsignal eine Schwellenmenge nicht überschreitet, die Erfassungsschaltung 500 nicht konfiguriert sein, um die Art des Objekts in der Nähe der Vorrichtung 200 zu erfassen, und kann nicht anzeigen, dass sich ein Objekt in der Nähe der Erfassungsschaltung 500 befindet. In einem Beispiel kann, wenn die Erfassungsschaltung 500 konfiguriert ist, um eine kapazitive Erfassung durchzuführen, die Erfassungsschaltung 500 fähig sein, leitfähige Eisen- oder Nichteisenobjekte zu erfassen. In einem anderen Beispiel kann, wenn die Erfassungsschaltung 500 konfiguriert ist, um eine induktive Erfassung durchzuführen, die Erfassungsschaltung 500 fähig sein, leitfähige Objekte an einem Potential zu erfassen. Die Erfassungsschaltung 500 kann den ersten Schaltkreis 528 und/oder 530 verwenden, um die induktive Erfassung durchzuführen, und den Kondensator 522 verwenden, um die kapazitive Erfassung durchzuführen. Die Komponenten des ersten Schaltkreises 528 oder 530 sind nicht als begrenzend zu verstehen. Die 6A-6D illustrieren unterschiedliche Implementierungen der Resonanzschaltungen 528 und 530 und der GPIOs 533 und 220, wie unten diskutiert.
  • 6A illustriert eine Erfassungsschaltung 600, die die Erfassungseinheit 540 aus 5 umfasst, die den ersten Schaltkreis 528 mit einem Kondensator 640 und den zweiten Schaltkreis 530 mit einem Induktor 642 umfasst, gemäß einer Ausführungsform. In einer Ausführungsform kann die Erfassungsschaltung als eine hybride Zwei-Sensor-Erfassungsschaltung bezeichnet werden, die für eine induktive Erfassung bzw. eine kapazitive Erfassung konfiguriert sein kann. Einige der Merkmale in 6A sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in 5, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben. Das Widerstandselement 511 und der erste Schaltkreis 528 können in Reihe verbunden und können mit dem Knoten 524 verbunden sein. Der Knoten 524 kann mit dem Knoten 526 verbunden sein. Der zweite Schaltkreis 530 kann mit dem Knoten 526 verbunden sein. Der zweite Schaltkreis 530 kann auch mit dem ersten Schaltkreis 528 parallel verbunden sein. Der Induktor 642 des ersten Schaltkreises 530 kann eine erste Elektrode sein. Der erste Schaltkreis 528 und der zweite Schaltkreis 530 können mit einer gemeinsamen Wechselstrommasse (AC-Masse) verbunden sein.
  • Der Kondensator 518 kann zwischen dem Knoten 526 und der GPIO 220 verbunden sein. Die GPIO 220 kann mit der CMC 210 verbunden sein. Die CMC 210 kann durch einen Schalter 645 mit der Resonanzschaltung 646 verbunden sein. Wenn der Schalter 645 offen ist, ist die Resonanzschaltung 646 von der CMC 210 getrennt. Wenn der Schalter 645 geschlossen ist, kann die Resonanzschaltung 646 mit der CMC 210 gekoppelt sein. In einer Ausführungsform ist die Resonanzschaltung 646 eine zweite Elektrode.
  • Wenn die Erfassungsschaltung 600 für eine induktive Erfassung konfiguriert ist, können der erste Schaltkreis 528 und der zweite Schaltkreis 530 über den Kondensator 518 mit der CMC 210 verbunden sein. Die CMC 210 und die GPIO 226 können für einen induktiven Erfassungsmodus konfiguriert sein. In einem Beispiel kann ein Metallobjekt in der Nähe der Erfassungsschaltung 600, wie etwa Kondensator 640 parallel mit dem Induktor 642, eine Auswirkung auf die Amplitude und Phase des LC-Schaltkreises, der den ersten Schaltkreis 528 und den Induktor 642 umfasst, haben, was durch die CMC 210 erkannt werden kann. Die CMC 210 kann die relative Änderung der Amplitude des RX-Signals erkennen, die durch die CMC 210 in der induktiven Erfassungskonfiguration erkannt werden kann.
  • In einer Ausführungsform kann, wenn die Erfassungsschaltung 600 für eine induktive Erfassung konfiguriert ist, die Resonanzschaltung 646 durch den Schalter 645 von der CMC 210 getrennt sein. Beispielsweise kann die Resonanzschaltung 646 eine Elektrode sein und kann der Schalter 645 die Elektrodenverbindung entweder auf Masse oder auf High-Z setzen. Die CMC 210 und die GPIO 226 können für eine induktive Erfassung konfiguriert sein. Die CMC 210 kann das RX-Signal, das an der GPIO 220 empfangen wird, verwenden, um Eisen- oder Nichteisenmetallobjekte zu erkennen, die eine Amplitude des RX-Signals ändern.
  • In einer anderen Ausführungsform kann der zweite Schaltkreis 530 eine flache, kreisförmige Elektrode sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Resonanzschaltung 646 eine spiralförmige Elektrode sein. Die Form der Elektroden ist nicht als begrenzend zu verstehen. Beispielsweise können die Elektroden so geformt sein, dass sie ein Schwellenniveau einer kapazitiven Kopplung zwischen dem Induktor 642 und der Resonanzschaltung 646 für eine kapazitive Erfassung aufweisen.
  • 6B illustriert eine Ausführungsform einer hybriden Ein-Sensor-Erfassungsschaltung der Erfassungseinheit 540 aus 5, die den ersten Schaltkreis 528 mit dem Kondensator 640 und den zweiten Schaltkreis 530 mit dem Induktor 642, einem Kondensator 648 und einer Masse 650 umfasst, gemäß einer Ausführungsform. In alternativen Ausführungsformen kann die hybride Ein-Sensor-Erfassungsschaltung für eine kapazitive Erfassung (in 6B) und eine induktive Erfassung (in 6C) konfiguriert sein. Einige der Merkmale in 6B sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in den 5 und 6A, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben.
  • Das Widerstandselement 511 und der erste Schaltkreis 528 können an dem Knoten 524 in Reihe verbunden sein. Der Knoten 524 kann mit dem Knoten 526 verbunden sein. Der zweite Schaltkreis 530 kann mit dem Knoten 526 verbunden sein. Der zweite Schaltkreis 530 kann den Induktor 642, den Kondensator 648 und die Masse 650, die in einer Reihe verbunden sind, umfassen.
  • Der zweite Schaltkreis 530 kann mit dem ersten Schaltkreis 528 auch parallel verbunden sein. In einer Ausführungsform kann der zweite Schaltkreis 530 mit dem ersten Schaltkreis 528 in Reihe verbunden sein (in 6B nicht gezeigt). Der Kondensator 518 kann zwischen dem Knoten 526 und der GPIO 220 verbunden sein. In einem Beispiel kann die GPIO 220 ein Schalter mit einer offenen Position und einer geschlossenen Position sein. Wenn der Schalter geschlossen ist, ist der Kondensator 518 mit der CMC 210 verbunden. Wenn der Schalter geöffnet ist, ist der Kondensator 518 von der CMC 210 getrennt. Die GPIO 651 kann auch ein Schalter sein. Wenn die GPIO 651 geschlossen ist, kann die CMC 210 direkt mit dem Knoten 526 verbunden sein. Wenn die GPIO offen ist, kann die CMC 210 von dem Knoten 526 getrennt sein. In einer Ausführungsform können der erste Schaltkreis 528 und der zweite Schaltkreis 530 über den Kopplungskondensator 518 mit der CMC 210 verbunden sein und kann die GPIO 651 offen sein.
  • Wenn die Erfassungseinheit 540 für eine Kapazitätserfassung konfiguriert ist, kann der Kondensator 518 mit der GPIO 220 umgangen werden. Der Schalter 656 trennt den induktiven Erfassungsschaltkreis von einem Empfang des TX-Signals und setzt die inaktive Verbindung der GPIO 226 auf ein High-Z. Der Schalter 658 trennt eine Masse von der Erfassungsschaltung 500 und setzt die inaktive Masseverbindung auf High-Z. In dieser Konfiguration kann die CMC 210 für eine Eigenkapazitätserfassung (CSD) konfiguriert sein, bei der der Induktor 642 als eine Eigenkapazitätselektrode konfiguriert sein kann. Ein Objekt in der Nähe des Induktors 642 kann die Eigenkapazität des Induktors 642 verändern, was durch die CMC 210, die in der CSD-Konfiguration arbeitet, erkannt werden kann.
  • 6C illustriert die Erfassungseinheit 540, bei der die GPIO 651 offen und die GPIO 220 geschlossen ist, gemäß einer Ausführungsform. Die Ausführungsform in 6C kann der hybriden Ein-Sensor-Erfassungsschaltung in 6B ähnlich sein, aber für eine induktive Erfassung konfiguriert sein. Einige der Merkmale in 6C sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in den 5, 6A und 6B, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben. Das Widerstandselement 511 und der erste Schaltkreis 528 können durch den Knoten 524 in Reihe verbunden sein. Der erste Schaltkreis 528 kann der Kondensator 640 sein. Der Knoten 524 kann mit dem Knoten 526 verbunden sein. Der zweite Schaltkreis 530 kann mit dem Knoten 526 verbunden sein. Der zweite Schaltkreis 530 kann den Induktor 642 umfassen. Der erste Schaltkreis 528 und der zweite Schaltkreis 530 können parallel verbunden sein und können mit einer AC-Masse verbunden sein. In einer alternativen Ausführungsform können der erste Schaltkreis 528 und der zweite Schaltkreis 530 in Reihe verbunden sein.
  • Der Kondensator 518 kann mit dem Knoten 526 und der GPIO 220 verbunden sein. In einem Beispiel kann die GPIO 220 ein Schalter mit einer offenen Position und einer geschlossenen Position sein. Wenn der Schalter in der geschlossenen Position ist, ist der Kondensator 518 mit der CMC 210 verbunden. Wenn der Schalter in der offenen Position ist, ist der Kondensator 518 von der CMC 210 getrennt. Die GPIO 651 kann auch ein Schalter sein. Wenn die GPIO 651 geschlossen ist, kann die CMC 210 direkt mit dem Knoten 526 verbunden sein. Wenn die GPIO offen ist, kann die CMC 210 von dem Knoten 526 getrennt sein oder kann sie über die GPIO 220 mit dem Knoten 526 verbunden sein.
  • In einer Ausführungsform kann, wenn die Erfassungseinheit 540 für eine induktive Erfassung konfiguriert ist, der Induktor 642 durch die GPIO 220 mit der CMC 210 verbunden sein. Die GPIO 651 kann offen sein. Die CMC 210 und die GPIO 226 können für eine induktive Erfassung konfiguriert sein. Die CMC 210 kann das RX-Signal, das an der GPIO 220 empfangen wird, verwenden, um Eisen- oder Nichteisenmetallobjekte zu erkennen, die eine Amplitude des RX-Signals ändern.
  • 6D illustriert die Erfassungseinheit 540 aus 5, die einen ersten Schaltkreis 528 mit einem Kondensator 514 und den zweiten Schaltkreis 530 mit dem Induktor 642, einem Kondensator 662, einem Induktor 664, einem Kondensator 666 und einer Masse 668 umfasst, gemäß einer Ausführungsform. Die Ausführungsform in 6D kann der hybriden Zwei-Sensor-Erfassungsschaltung, die in 6A gezeigt ist, ähnlich sein, aber für eine kapazitive Erfassung konfiguriert sein. Einige der Merkmale in 6D sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in den 1, 2, 5, 6A, 6B, und 6C, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben.
  • Die GPIO 226 kann mit einem Schalter 660 verbunden sein. Wenn der Schalter 660 in der geschlossenen Position ist, ist die GPIO 226 mit dem Widerstandselement 511 verbunden. Wenn der Schalter 660 offen ist, ist die GPIO 226 von der GPIO 226 getrennt. Das Widerstandselement 511 und der erste Schaltkreis 528 können durch den Knoten 524 in Reihe verbunden sein. Der erste Schaltkreis 528 kann die GPIO 514 sein.
  • Der Knoten 524 kann mit dem Knoten 526 verbunden sein. Der zweite Schaltkreis 530 kann mit dem Knoten 526 verbunden sein. Der zweite Schaltkreis 530 kann auch mit dem ersten Schaltkreis 528 parallel verbunden sein. Der Induktor 642 und der Kondensator 640 können mit einer AC-Masse verbunden sein. Der zweite Schaltkreis 530 kann den Induktor 642, den Kondensator 662, den Induktor 664, den Kondensator 666 und die Masse 668 umfassen. Der Induktor 642 kann mit dem Kondensator 662 in Reihe gekoppelt sein. Der Kondensator 662 kann mit der Resonanzschaltung 646 in Reihe gekoppelt sein. Der Induktor 664 kann mit dem Kondensator 666 in Reihe gekoppelt sein. Der Kondensator 666 kann mit der Masse 668 in Reihe gekoppelt sein.
  • Der Kondensator 518 kann zwischen dem Knoten 526 und der GPIO 220 verbunden sein. Die GPIO 220 kann mit der CMC 210 verbunden sein. Wenn die GPIO 220 in einer offenen Position ist, kann der Kondensator 518 von der CMC 210 getrennt sein. Wenn die GPIO 220 in einer geschlossenen Position ist, kann der Kondensator mit der CMC 210 verbunden sein.
  • In einer Ausführungsform kann, wenn die Erfassungseinheit 540 für eine Kapazitätserfassung konfiguriert ist, die Resonanzschaltung 642 durch die GPIO 220 von der CMC 210 getrennt sein und kann die dritte Resonanzschaltung 642 über den Kondensator 662 und die Resonanzschaltung 646 mit der CMC 210 verbunden sein. Beispielsweise kann die GPIO 220 die dritte Resonanzschaltung 642 auf Masse oder auf High-Z setzen. Der Schalter 660 kann die GPIO 226 trennen, sodass die Erfassungseinheit 540 das TX-Signal nicht empfängt. Der Schalter 660 kann die Verbindung für das TX-Signal auf Masse oder auf High-Z setzen.
  • In einer Ausführungsform kann, wenn die CMC 210 für eine Eigenkapazitätserfassung konfiguriert ist, die dritte Resonanzschaltung 642 geerdet sein und als eine zweite Elektrode konfiguriert sein, um mit der Resonanzschaltung 646 gekoppelt zu sein. Die CMC 210 kann das RX-Signal, das empfangen wird, verwenden, um leitfähige Objekte zu erkennen, die ein kapazitives Feld zwischen der dritten Resonanzschaltung und der Resonanzschaltung 646 ändern können.
  • 7 illustriert einen Graphen 700 einer Amplitudenänderung 720, assoziiert mit einer digitalen Darstellung des RX-Signals 712, gemäß einer Ausführungsform. Der Graph 700 zeigt eine digitale Darstellung des RX-Signals 712, das an der CMC 210 in 2A empfangen wird. Die Resonanzschaltung 224 und der Kondensator 222 aus 2A können in einer Zeitspanne 714 ein TX-Signal empfangen und können durch das TX-Signal erregt werden.
  • In der Zeitspanne 714 zeigt die Linie 710 keine relative Änderung zwischen den Amplituden des RX-Signals und des Referenzsignals. Keine relative Änderung kann anzeigen, dass durch die CMC 210, wenn diese eine kapazitive Erfassung für das nicht phasenverschobene Signal durchführt, kein Objekt erkannt werden kann, wie oben diskutiert. In einer Zeitspanne 716 kann der PWM 228 die Phase des TX-Signals um ungefähr 90 Grad verschieben. In der Zeitspanne 716 zeigt die Linie 710 eine relative Änderung zwischen den Amplituden des RX-Signals und des Referenzsignals. Die relative Änderung kann anzeigen, dass durch die CMC 210, wenn diese eine induktive Erfassung unter Verwendung des phasenverschobenen Signals durchführt, ein Objekt erkannt werden kann, wie oben diskutiert. In einer Ausführungsform können die Spitzen 722 des RX-Signals 712 eine Spanne von Zeit zeigen, in der ein Objekt in der Nähe der Vorrichtung 200 platziert wird.
  • In einer Zeitspanne 718 kann der PWM 228 die Phase des TX-Signals zurück auf ungefähr 0 Grad verschieben. In der Zeitspanne 718 zeigt die Linie 710 keine relative Änderung einer Amplitude zwischen dem RX-Signal und dem Referenzsignal. Keine relative Änderung kann anzeigen, dass durch die CMC 210, wenn diese eine kapazitive Erfassung unter Verwendung des nicht phasenverschobenen Signals durchführt, kein Objekt erkannt werden kann, wie oben diskutiert.
  • In einer Ausführungsform kann der PWM 228 zwischen dem Senden eines TX-Signals mit einer 0-Grad-Phase und eines phasenverschobenen TX-Signals alternieren. Ein Timing der CMC 210 kann synchronisiert sein, um eine Phase des TX-Signals zu alternieren, sodass die CMC 210 so justiert ist, dass sie eine kapazitive Erfassung oder eine induktive Erfassung sequentiell durchführt.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Vorrichtung 200 basierend auf einer Anwendung, für die die Vorrichtung 200 verwendet wird, zwischen einer kapazitiven Erfassung und einer induktiven Erfassung hin- und herschalten. Beispielsweise kann eine Vorrichtung mit der Vorrichtung 200 einen Modus niedriger Leistung aufweisen, der für eine Leistungstaste eine kapazitive Erfassung verwendet. Sobald die Vorrichtung eingeschaltet ist, kann die Vorrichtung darauf umschalten, eine induktive Erfassung zum Empfangen einer Benutzereingabe zu verwenden.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Vorrichtung 200 kapazitive Erfassungsmessungen aufnehmen, bis ein Signal-Rausch-Niveau (SNR-Niveau, SNR = Signal to Noise) des RX-Signals, das eine Eingabeladung (Vtank*Cc) ist, ein Schwellen-SNR-Niveau überschreitet. Wenn das SNR-Niveau das Schwellen-SNR-Niveau überschreitet, kann der Prozessor 119 in 2A den PWM 228 und die CMC 210 auf eine induktive Erfassung umschalten. Wenn die Vorrichtung 200 eine induktive Erfassung durchführt und das SNR-Niveau des TX-Signals das Schwellen-SNR-Niveau überschreitet, kann der Prozessor 119 den PWM 228 und die CMC 210 gleichermaßen auf eine kapazitive Erfassung umschalten.
  • In einer Ausführungsform kann das Schwellen-SNR-Niveau basierend auf einer Objektgröße oder Objektart, für deren Erfassung die Vorrichtung 200 konfiguriert ist, variieren. Wenn beispielsweise eine Größe des Objekts relativ klein ist, kann das Schwellen-SNR-Niveau erhöht werden, um der Vorrichtung 200 ausreichend Zeit bereitzustellen, um eine kapazitive oder induktive Erfassung durchzuführen. Mehr Zeit kann erforderlich sein, da das TX-Signal rauschbehafteter sein kann und die CMC 210 länger brauchen kann, um diverse kapazitive oder induktive Messungen zu mitteln, um ein Vorhandensein des Objekts zu bestimmen. Das Messen relativ kleiner Objekte kann eine längere Menge an Zeit erfordern als das Messen relativ großer Objekte, da die Menge an Kopplung zwischen den relativ kleinen Objekten und der Vorrichtung 200 kleiner ist.
  • 8A illustriert einen Graphen 800 einer Phasenverschiebung und einer Demodulation eines TX-Signals 810 für eine induktive Erfassung gemäß einer Ausführungsform. Wie oben diskutiert, kann die Resonanzschaltung 224 in 2B das TX-Signal 810 von dem Knoten 250 der GPIO 226 empfangen, das die Komponenten des Resonanzschaltung 224 erregt. Für eine induktive Erfassung verschiebt der PWM 228 aus 2A die Phase des TX-Signals.
  • In dem Graphen 800 für eine induktive Erfassung kann das TX-Signal 810 um ungefähr 90 Grad phasenverschoben sein. Das Vamp-Signal 812 kann eine Änderung der Spannung in einem Induktor der Resonanzschaltung 224 und dem Kondensator 222 zeigen. Das Vamp-Signal 812 kann an der GPIO 220 empfangen werden. Das Vamp-Signal 812 kann eine Sinuswelle sein, da der Induktor nicht augenblicklich auf eine Änderung zwischen einer hohen Spannung und einer niedrigen Spannung des TX-Signals 810 reagieren kann. In einem Beispiel kann der PWM 228 das TX-Signal mit Bezug auf die Demodulationstaktsignale PHI1 814 und PHI2 816 um 90 Grad phasenverschieben. Die Demodulationstaktsignale PHI1 814 und PHI2 816 können interne Signale sein, die von PHI1 252 und PHI2 254 der digitalen Ablaufsteuerung 233 in den Demodulator der CMC 210 in 2A eingespeist werden. In einer Ausführungsform kann zwischen PHI1 814 und PHI2 816 eine Totzone liegen. Die Totzone kann ein Intervall eines Signalbereichs oder einer Signalzone sein, in dem/der keine Aktion auftritt. In einer anderen Ausführungsform können PHI1 814 und PHI 816 die Schalter der CMC 210 in den 2A-6D steuern.
  • Das phasenverschobene TX-Signal kann so phasenverschoben werden, dass die Spitze des Sinuswellen-Vamp-Signals 818 90° nach einer steigenden Flanke des anfänglichen TX-Signals auftritt. Das phasenverschobene TX-Signal kann durch die CMC 210 vollständig integriert werden. Der Demodulator der CMC 210 kann die durch die CMC 210 von den GPIOs 212, 216 und/oder 220 empfangenen Signale 820 schalten, um ein zusammengeführtes Signal 822 mit der gleichen Phase zu erzeugen. Beispielsweise kann die CMC 210 die positiven und negativen Abschnitte der Signale von den GPIOs 212, 216 und 220 addieren, um das Signal 822 zu erhalten. In diesem Beispiel kann, da die CMC 210 Ladung in die Resonanzschaltung 224 schiebt und aus ihr zieht, die CMC 210 die Signale über die Zeit zusammenführen und integrieren, um ein Vintegrate-Signal 824 zu erzeugen. Die Zusammenführung und Integration der Signale kann die Menge an Ladung, die an die Resonanzschaltung 224 angelegt wird, erhöhen. Die CMC 210 kann auch unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers (ADC) das Signal 822 in ein digitales Signal umwandeln.
  • Das Vintegrate-Signal 824 kann eine virtuelle Spannung sein, die eine Kumulation einer Signalspannung illustriert. In einem Beispiel können digitale Werte aus dem Wandler unter Verwendung eines Zählers kumuliert werden und können die digitalen Werte von dem Anschluss 256 des Komparators 240 gesendet werden. Jeder Zyklus wird integriert und umgewandelt und die Integrationskondensatoren werden auf einen Wert (Vref) zurückgebracht, an dem die Integrationskondensatoren angefangen haben. Die CMC 210 kann die digitalen Werte verwenden, um ein Signal an die Resonanzschaltung 224 anzulegen, um die Komponenten der Resonanzschaltung 224 für eine induktive Erfassung zu erregen.
  • 8B illustriert einen Graphen 802 mit einem TX-Signal 810 für eine kapazitive Erfassung gemäß einer Ausführungsform. Das TX-Signal 810 kann mit Bezug auf die Demodulationstaktsignale PHI1 814 und PHI2 816 nicht phasenverschoben sein. Die Demodulationstaktsignale PHI1 814 und PHI2 816 können interne Signale sein, die von PHI1 252 und PHI2 254 der digitalen Ablaufsteuerung 233 in den Demodulator der CMC 210 in 2A eingespeist werden. Vref 826 ist die Spannung, die von dem Signal des Kondensators 218 an dem Punkt 255 in 2D gesehen wird. Vref 828 ist die Spannung, die von dem Signal des Kondensators 214 an dem Punkt 257 in 2D gesehen wird. Vref 830 ist die Spannung, die von dem Signal der GPIO 220 an dem Punkt 259 in 2D gesehen wird. Eine Zähldauer 832 ist repräsentativ für Vref 826, Vref 828 und Vref 830 kann anzeigen, ob sich ein Objekt in der Nähe einer Erfassungseinheit befindet.
  • In einem Beispiel können digitale Werte aus dem Wandler unter Verwendung eines Zählers kumuliert werden und können die digitalen Werte von dem Anschluss 256 des Komparators 240 gesendet werden. Jeder Zyklus wird integriert und in einen digitalen Wert umgewandelt, unter Verwendung der VDD an Punkt 261 aus 2D. Die CMC 210 kann die digitalen Werte verwenden, um zu bestimmen, ob sich ein Objekt in der Nähe der Erfassungseinheit befindet. Beispielsweise kann die CMC 210 bestimmen, dass sich ein Objekt in der Nähe der Erfassungseinheit befindet, wenn sich eine Zählerdauer der digitalen Werte ändert.
  • 9 illustriert einen Graphen 900, der die Phasenverschiebung und die Demodulation eines Ausgabesignals einer Resonanzschaltung für eine induktive Erfassung zeigt, gemäß einer Ausführungsform. Einige der Merkmale in 9 sind die gleichen oder ähnlich wie einige der Merkmale in 8, wie durch die gleichen Bezugszeichen verdeutlicht, sofern nicht ausdrücklich anderweitig beschrieben. Das Signal 912 zeigt, dass PHI1 814 und PHI2 816 zu einem Demodulationstaktsignal 912 kombiniert werden können, das in den Demodulator der CMC 210 in 2A eingespeist wird. Das Signal 912 kann die Schalter der CMC 210 in den 2A-6D steuern.
  • In einer Ausführungsform kann während der PHI2-Taktphase des Demodulationstaktsignals 912 eine Ladung an einem AMUX der CMC 210 über unter eine Referenzspannung (Vref HI) ansteigen. Während der PHI1-Taktphase kann die digitale Ablaufsteuerung 233 in 2A den CTank 218 wieder unter die Vref HI entladen. Während der hohen Phase des Demodulationstaktsignals 912 kann sich die Spannung an dem AMUX über die Vref HI-Spannung erhöhen. Während der PHI2-Taktphase lädt die digitale Ablaufsteuerung 233 den CMod 214 aus 2A herunter auf die Referenzspannung.
  • 10A zeigt einen Graphen 1000 der Frequenzen, die durch die CMC 210 in 2A für eine induktive Erfassung verwendet werden, gemäß einer Ausführungsform. Für eine induktive Erfassung kann eine Elektrode verwendet werden. Die Erfassungsreichweite einer Elektrode kann von der Art des erkannten Objekts und der Größe und Form der Elektrode abhängen. Beispielsweise können Eisenmetalle wie etwa Eisen und Stahl eine längere Reichweite zulassen, während Nichteisenmetalle wie etwa Aluminium und Kupfer eine Erfassungsreichweite der Elektrode um bis zu 60 Prozent reduzieren können.
  • In einer Ausführungsform kann das Auswählen einer Größe und Form einer Elektrode das Bestimmen eines in der Nähe von D_innen/D_außen-Verhältnisses der Elektrode, das Bestimmen einer Induktivität pro Windung (AL) für die Elektrode als Funktion des D_innen, D_außen, der Dicke, der Pfad- und Raumbreite, der Anzahl von Windungen und Schichten und des Layouts der Schichten der Elektrode umfassen. Die Größe und Form einer Elektrode können basierend auf der Anwendung, in der sie verwendet wird, variieren. Beispielsweise kann die Elektrodenform eine Flachspule oder eine pfannkuchenförmige Spiralspule sein. Wenn die Elektrode für eine kapazitive Erfassung verwendet wird, kann ein hohes Potential eher an einen äußeren Anschluss der Elektrode als an das zentrale oder Innen-Pad angelegt werden. Ein Verhältnis eines Innendurchmessers (D_innen) der Elektrode zu einem Außendurchmesser (D_außen) der Elektrode kann auf der Größe des erkannten Objekts und dem Arbeitsabstand zwischen der Elektrode und dem Objekt basieren. In einem Beispiel kann das D_innen/D_außen-Verhältnis für Objekte, die sich relativ dicht an der Elektrode befinden, ungefähr 0,25 betragen. In einem anderen Beispiel kann das D_innen/D_außen-Verhältnis für Objekte, die sich relativ weit von der Elektrode entfernt befinden, ungefähr 0,6 betragen.
  • In einer anderen Ausführungsform kann das Auswählen der Größe der Elektrode auch das Bestimmen einer kapazitiven Spulenkopplung zwischen den Windungen und Schichten der Elektrode und zwischen der Masse und einem Zielobjekt umfassen. Die Induktivität und der Widerstand der Elektrode können dann analysiert werden, um eine Größe der Elektrode mit einem optimalen Frequenzgang auszuwählen.
  • Die optimale Arbeitsfrequenz liegt dort, wo eine Signaldifferenz zwischen einem Objekt und keinem Objekt am größten ist und wo sich die digitalen Werte um die größte Menge ändern. In einem Beispiel kann eine Resonanzschaltung durch ein TX-Signal an einer Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung erregt werden. In einem Beispiel kann die Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung 1/2*π*LC sein. In einem anderen Beispiel kann eine Differenz zwischen den Signalen umso größer sein, je weiter sich die Frequenz von der Resonanzfrequenz entfernt. In einem anderen Beispiel kann ein Reihenwiderstand in der Resonanzschaltung 224 in 2A geändert werden, um die Menge an Differenz zwischen den Signalen zu verstärken oder abzuschwächen.
  • Der Graph 1000 zeigt eine Amplitude eines Referenzsignals 1012 und eine Amplitude des RX-Signals 1010. An den Punkten 1014 und 1016 ist die Differenz der Amplitude zwischen dem Referenzsignal 1012 und dem RX-Signal 1010 am größten, was eine größte Differenz zwischen den digitalen Werten anzeigt. Die Amplitudendifferenzen zeigen an, dass ungefähr 600 Kilohertz (kHz) oder 1000 kHz die optimale Frequenz sind.
  • 10B zeigt einen Graphen 1020 einer anderen Frequenz, die durch die CMC 210 in 2A für eine induktive Erfassung verwendet werden kann, gemäß einer Ausführungsform. Der Graph 1020 zeigt eine Amplitude eines Referenzsignals 1024 und eine Amplitude des TX-Signals 1022. An Punkt 1026 ist die Differenz der Amplitude zwischen dem Referenzsignal 1024 und dem TX-Signal 1022 am größten. Die Amplitudendifferenzen zeigen an, dass ungefähr 1000 kHz die optimale Frequenz ist.
  • 10C zeigt einen Graphen 1030 einer anderen Frequenz, die durch die CMC 210 in 2A für eine induktive Erfassung verwendet wird, gemäß einer anderen Ausführungsform. Der Graph 1030 zeigt eine Amplitude eines Referenzsignals 1034 und eine Amplitude des TX-Signals 1032. An Punkt 1036 ist die Differenz der Amplitude zwischen dem Referenzsignal 1034 und dem TX-Signal 1032 am größten. Die Amplitudendifferenzen zeigen an, dass ungefähr 1000 kHz die optimale Frequenz ist.
  • 11 illustriert ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 zum Bestimmen einer Induktivität oder einer Kapazität einer Erfassungseinheit gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 1100 kann von einer Verarbeitungslogik durchgeführt werden, die Hardware (z. B. einen Schaltkreis, eine dedizierte Logik, eine programmierbare Logik, einen Mikrocode usw.), Software (wie etwa Anweisungen, die auf einer Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden) oder eine Kombination daraus beinhaltet. Das Verfahren 1100 kann komplett oder teilweise durch die Vorrichtung 200 durchgeführt werden.
  • Das Verfahren 1100 beginnt mit Block 1110, wo ein Signalgenerator ein erstes Signal und ein drittes Signal erzeugt. Das Verfahren 1100 geht mit Block 1120 weiter, wo der PWM eine Phase des ersten Signals verschieben kann, um ein drittes Signal zu erhalten. In einem Beispiel kann der PWM die Phase des dritten Signals um ungefähr 90 Grad relativ zu einer Phase eines Referenzsignals verschieben. Das Verfahren 1100 geht mit Block 1130 weiter, wo das erste Signal eine Erfassungseinheit erregt. Das Verfahren 1100 geht mit Block 1140 weiter, wo eine Ladungsmessschaltung ein zweites Signal an einer Erfassungseinheit messen kann, wenn das erste Signal durch den Signalgenerator an die Erfassungseinheit angelegt wird. Das zweite Signal kann für eine Kapazität der Erfassungseinheit repräsentativ sein. Das Verfahren 1100 geht mit Block 1150 weiter, wo das dritte Signal die Erfassungseinheit erregen kann. Das Verfahren 1100 geht mit Block 1160 weiter, wo die Ladungsmessschaltung ein viertes Signal an einer Erfassungseinheit messen kann, wenn das dritte Signal durch den Signalgenerator an die Erfassungseinheit angelegt wird. Das vierte Signal kann für eine Induktivität der Erfassungseinheit repräsentativ sein.
  • 12 illustriert ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1200 zum Anlegen von Signalen an eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode gemäß einer anderen Ausführungsform. Das Verfahren 1200 kann von einer Verarbeitungslogik durchgeführt werden, die Hardware (z. B. einen Schaltkreis, eine dedizierte Logik, eine programmierbare Logik, einen Mikrocode usw.), Software (wie etwa Anweisungen, die auf einer Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden) oder eine Kombination daraus beinhaltet. Das Verfahren 1200 kann komplett oder teilweise durch die Vorrichtung 200 durchgeführt werden.
  • Das Verfahren 1200 beginnt mit Block 1210, wo in einem ersten Modus ein erstes Signal an eine erste Elektrode angelegt werden kann. Das Verfahren 1200 geht mit Block 1220 weiter, wo als Reaktion darauf, dass das erste Signal an die erste Elektrode angelegt wird, ein zweites Signal an einer zweiten Elektrode empfangen wird. Das zweite Signal kann für eine Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode anzeigend sein. Das Verfahren 1200 geht mit Block 1230 weiter, wo in einem zweiten Modus ein drittes Signal an eine induktive Spule angelegt wird. Das Verfahren 1200 geht mit Block 1240 weiter, wo als Reaktion auf das dritte Signal ein viertes Signal an der induktiven Spule empfangen wird. Das vierte Signal ist für eine Induktivität der induktiven Spule anzeigend. Das vierte Signal kann für eine Induktivität der zweiten Spule anzeigend sein. Das Verfahren 1200 geht mit Block 1240 weiter, wo eine CMC bestimmen kann, dass sich ein Objekt in der Nähe der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode oder der induktiven Spule befindet. In einem Beispiel kann die CMC bestimmen, dass sich ein kapazitives Objekt in der Nähe der ersten Elektrode oder der zweiten Elektrode befindet, wenn sich das zweite Signal ändert. Die Änderung des zweiten Signals ist für eine Änderung der Kapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode anzeigend. In einem anderen Beispiel kann die CMC bestimmen, dass sich ein Eisenmetallobjekt oder ein Nichteisenmetallobjekt in der Nähe der induktiven Spule befindet, wenn sich das vierte Signal ändert. Die Änderung des vierten Signals kann für eine Änderung der Induktivität an der induktiven Spule anzeigend sein.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen verschiedene hierin beschriebene Vorgänge. Diese Vorgänge können durch Hardwarekomponenten, Software, Firmware oder eine Kombination daraus durchgeführt werden.
  • Obwohl die Vorgänge der Verfahren hierin in einer bestimmten Reihenfolge gezeigt und beschrieben sind, kann die Reihenfolge der Vorgänge jedes Verfahrens verändert werden, sodass gewisse Vorgänge in einer umgekehrten Reihenfolge durchgeführt werden können oder sodass ein gewisser Vorgang zumindest teilweise gleichzeitig mit anderen Vorgängen durchgeführt werden kann. In einer anderen Ausführungsform können Anweisungen oder Untervorgänge individueller Vorgänge in einer intermittierenden und/oder alternierenden Art und Weise stattfinden. Die Begriffe „erste(r)“, „zweite(r)“, „dritte(r)“, „vierte(r)“ usw., wie sie hierin verwendet werden, sind als Markierungen zu verstehen, um zwischen unterschiedlichen Elementen zu unterscheiden, und müssen nicht unbedingt eine ordinale Bedeutung gemäß ihrer numerischen Bezeichnung aufweisen.
  • Die oben stehende Beschreibung legt zahlreiche spezifische Details dar, wie etwa Beispiele spezifischer Systeme, Komponenten, Verfahren und so weiter, um ein Verständnis diverser Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es kann einem Fachmann jedoch klar sein, dass mindestens einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeübt werden können. In anderen Fällen werden hinlänglich bekannte Komponenten oder Verfahren nicht im Detail beschrieben oder werden in einem einfachen Blockdiagrammformat präsentiert, um ein unnötiges Verschleiern der vorliegenden Ausführungsformen zu vermeiden. Die dargelegten spezifischen Details sind daher lediglich beispielhaft. Bestimmte Ausführungsformen können von diesen beispielhaften Details abweichen und trotzdem als im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 15637090 [0001]
    • US 62470061 [0001]
    • US 62470044 [0001]

Claims (20)

  1. Eine Einrichtung, die Folgendes beinhaltet: einen Signalgenerator, um an einem ersten Anschluss ein erstes Signal in einem ersten Modus und ein zweites Signal in einem zweiten Modus auszugeben; und eine Ladungsmessschaltung, um an einem zweiten Anschluss ein drittes Signal in dem ersten Modus und ein viertes Signal in dem zweiten Modus zu empfangen, wobei das dritte Signal für eine Induktivität einer Erfassungseinheit, die zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss gekoppelt ist, repräsentativ ist und wobei das vierte Signal für eine Kapazität der Erfassungseinheit repräsentativ ist.
  2. Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Ladungsmessschaltung eine Sigma-Delta-Einheit für eine kapazitive Erfassung (CSD-Einheit, CSD = Capacitive sensing Sigma-Delta) beinhaltet, die konfiguriert ist, um die Induktivität der Erfassungseinheit in dem ersten Modus und die Kapazität der Erfassungseinheit in dem zweiten Modus zu messen, und wobei der Signalgenerator dazu dient, das erste Signal, das zweite Signal oder sowohl das erste als auch das zweite Signal zu erzeugen, und ein Phasenschieber dazu dient, eine Phase des Signals zu verschieben.
  3. Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Ladungsmessschaltung für Folgendes konfiguriert ist: Arbeiten bei einer ersten Frequenz für den ersten Modus; und Arbeiten bei einer zweiten Frequenz für den zweiten Modus.
  4. Einrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die erste Frequenz eine Resonanzfrequenz der Ladungsmessschaltung ist und die zweite Frequenz bei einer anderen Frequenz als der Resonanzfrequenz liegt.
  5. Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Signalgenerator, die Ladungsmessschaltung und die Erfassungseinheit auf einem einzelnen Substrat einer integrierten Schaltung befindlich sind.
  6. Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Ladungsmessschaltung konfiguriert ist, um ein Objekt in der Nähe der Erfassungseinheit unter Verwendung mindestens eines von dem ersten Signal oder dem zweiten Signal zu erkennen.
  7. Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Erfassungseinheit eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode beinhaltet, wobei die Kapazität eine Gegenkapazität zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ist.
  8. Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Ladungsmessschaltung ferner für Folgendes konfiguriert ist: Messen einer Ladung des ersten Signals, um die Induktivität der Erfassungseinheit zu bestimmen; und Messen einer Ladung des zweiten Signals, um die Kapazität der Erfassungseinheit zu bestimmen.
  9. Eine Vorrichtung, die Folgendes beinhaltet: einen Signalgenerator, um ein erstes Signal zu erzeugen; einen Phasenschieber, der mit dem Signalgenerator gekoppelt ist, wobei der Phasenschieber dazu dient, eine Phase des ersten Signals um ungefähr 90 Grad zu verschieben, um ein zweites Signal zu erhalten; und eine Ladungsmessschaltung, die zu Folgendem dient: Messen eines zweiten Signals an einer Erfassungseinheit, wenn das erste Signal durch den Signalgenerator an die Erfassungseinheit angelegt wird; und Messen eines dritten Signals an der Erfassungseinheit, wenn das zweite Signal durch den Signalgenerator an die Erfassungseinheit angelegt wird, wobei das dritte Signal für eine Induktivität der Erfassungseinheit, die zwischen dem Phasenschieber und der Ladungsmessschaltung gekoppelt ist, repräsentativ ist und wobei das zweite Signal für eine Kapazität der Erfassungseinheit repräsentativ ist.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Ladungsmessschaltung ferner dazu dient, ein Vorhandensein eines Objekts in der Nähe der Erfassungseinheit in einem ersten Modus zu erkennen, wenn ein erster digitaler Wert, der für ein Amplitudenniveau des dritten Signals repräsentativ ist, einen digitalen Schwellenwert, der für ein Amplitudenniveau eines Referenzsignals repräsentativ ist, überschreitet.
  11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, die ferner eine digitale Ablaufsteuerung beinhaltet, die mit der Ladungsmessschaltung gekoppelt ist, wobei die digitale Ablaufsteuerung konfiguriert ist, um einen oder mehrere Schalter an der Ladungsmessschaltung zu steuern, um die Ladungsmessschaltung zwischen dem ersten Modus und einem zweiten Modus hin- und herzuschalten.
  12. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der Signalgenerator und der Phasenschieber Teil eines Pulsweitenmodulators (PWM) sind.
  13. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Kapazität der Erfassungseinheit eine Nähe eines kapazitiven Objekts in der Nähe der Erfassungseinheit anzeigt und wobei die Induktivität der Erfassungseinheit eine Nähe eines Eisenmetallobjekts oder eines Nichteisenmetallobjekts in der Nähe der Erfassungseinheit anzeigt.
  14. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei, um die Induktivität der Erfassungseinheit zu bestimmen, die Ladungsmessschaltung dazu dient, einen ersten digitalen Wert, der für eine Amplitude des dritten Signals repräsentativ ist, mit einem zweiten digitalen Wert, der für eine Amplitude eines Referenzsignals repräsentativ ist, zu vergleichen.
  15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei, wenn eine Differenz zwischen dem ersten digitalen Wert und dem zweiten digitalen Wert einen Schwellenwert überschreitet, die Differenz anzeigt, dass sich ein Eisenmetallobjekt oder ein Nichteisenmetallobjekt in der Nähe der Erfassungseinheit befindet.
  16. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Ladungsmessschaltung ferner für Folgendes konfiguriert ist: Bestimmen der Kapazität der Erfassungseinheit unter Verwendung des zweiten Signals, wenn das erste Signal durch den Signalgenerator an die Erfassungseinheit angelegt wird; und Bestimmen der Induktivität der Erfassungseinheit unter Verwendung des dritten Signals, wenn das zweite Signal durch den Signalgenerator an die Erfassungseinheit angelegt wird.
  17. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der Phasenschieber die Phase des zweiten Signals verschiebt, sodass eine Spitze des zweiten Signals ungefähr 90 Grad nach einer steigenden Flanke eines Referenzsignals an der Ladungsmessschaltung auftritt.
  18. Ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Erregen einer Erfassungseinheit mit einem ersten Signal; Messen eines zweiten Signals an der Erfassungseinheit, wenn das erste Signal durch einen Signalgenerator an die Erfassungseinheit angelegt wird, wobei das zweite Signal für eine Induktivität der Erfassungseinheit repräsentativ ist; Erregen der Erfassungseinheit mit einem dritten Signal; und Messen eines vierten Signals an der Erfassungseinheit, wenn das dritte Signal durch den Signalgenerator an die Erfassungseinheit angelegt wird, wobei das vierte Signal für eine Kapazität der Erfassungseinheit repräsentativ ist.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 18, das ferner das Erkennen eines Vorhandenseins eines Objekts in der Nähe der Erfassungseinheit basierend auf der Induktivität oder Kapazität der Erfassungseinheit beinhaltet.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Verfahren ferner Folgendes beinhaltet: Erzeugen des ersten Signals und des dritten Signals durch den Signalgenerator; und Verschieben einer Phase des ersten Signals durch einen Pulsweitenmodulator (PWM), um das dritte Signal zu erhalten.
DE112018001278.6T 2017-03-10 2018-02-21 Kapazitätserfassung und Induktivitätserfassung in unterschiedlichen Modi Pending DE112018001278T5 (de)

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US62/470,044 2017-03-10
US62/470,061 2017-03-10
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