DE112019000804T5

DE112019000804T5 - Verbesserung der referenzrauschunterdrückung auf basis von abtast- und halte-schaltung

Info

Publication number: DE112019000804T5
Application number: DE112019000804.8T
Authority: DE
Inventors: Ajay Kumar; Mikael Tual; Regis Vix
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2020-11-05
Also published as: US20190250756A1; CN111713020B; US10521045B2; WO2019160857A1; CN111713020A

Abstract

Ein Touch-Controller kann eine Messschaltung aufweisen, die ausgebildet ist, um ein Signal von einem aktiven Kanal in einem Näherungssensor zu empfangen und das Signal abzutasten und zu halten, um das Signal zu messen. Der Touch-Controller kann einen angesteuerten Abschirmpuffer aufweisen. Der Touch-Controller kann eine Spannungsreferenzschaltung aufweisen, die ausgebildet ist, um eine geteilte Spannungsreferenz zu erzeugen, die geteilte Spannungsreferenz für die Messschaltung bereitzustellen und die geteilte Spannungsreferenz über eine geschaltete Schaltung zum angesteuerten Abschirmpuffer zu treiben, um während der Messung des aktiven Kanals Kanäle im Näherungssensor zu halten.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Berührungs- und Näherungserfassung für Mensch-Maschine-Schnittstellen und insbesondere die Referenzrauschunterdrückung unter Verwendung einer Abtast- und Halteschaltung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Rauschen kann zufällige Schwankungen elektrischer Signale beinhalten. Das Rauschen kann aus Fehlern oder unerwünschten zufälligen Störungen eines nutzbaren Informationssignals bestehen. Rauschen ist eine Summe unerwünschter oder störender Energie aus natürlichen oder künstlichen Quellen. Das Rauschen kann durch ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) quantifiziert werden. Rauschen kann verschiedene Ursachen haben. Rauschen kann beispielsweise thermisches Rauschen, Schussrauschen, Flimmerrauschen, Burst-Rauschen, Laufzeitrauschen, Koppelrauschen, Intermodulationsrauschen, Übersprechen, Interferenz oder industrielles Rauschen umfassen. Industrielles Rauschen kann Rauschen von Komponenten von Geräten aufweisen, die sich auf umgebende Komponenten oder Komponenten innerhalb der Geräte auswirken können. Beispielsweise kann Rauschen erzeugt werden, wenn ein Elektromotor startet und stoppt. In einem anderen Beispiel kann Wasser auf einem Touch-Panel eine Kapazitätsabweichung verursachen und somit Rauschen verursachen.
Das Rauschen kann durch eine Vielzahl von Verfahren reduziert werden. Das Rauschen kann durch Faradaysche Käfige reduziert werden, wodurch kapazitive Kopplungen oder Erdschleifen vermieden werden. In einigen Fällen ist es jedoch nicht möglich, alle Erdungsverbindungen an einen identischen Erdungsbus anzuschließen.
Das Rauschen kann typischerweise als elektrische Leistung N in Watt oder dBm, als quadratische mittlere Spannung (RMS) (identisch mit der Rauschstandardabweichung) in Volt, dBµV oder als mittlerer quadratischer Fehler (MSE) in Volt im Quadrat gemessen werden. Rauschen kann auch durch seine Wahrscheinlichkeitsverteilung und Rauschspektraldichte in Watt pro Hertz charakterisiert werden. Ein Rauschsignal wird typischerweise als lineare Addition zu einem nutzbaren Informationssignal betrachtet. Die Rauschleistung kann in Watt oder Dezibel (dB) relativ zu einer Standardleistung gemessen werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können einen Touch-Controller aufweisen. Der Touch-Controller kann eine Messschaltung aufweisen, die ausgebildet ist, um ein Signal von einem aktiven Kanal in einem Näherungssensor zu empfangen und das Signal abzutasten und zu halten, um das Signal zu messen. Der Touch-Controller kann einen angesteuerten Abschirmpuffer aufweisen. Der Touch-Controller kann eine Spannungsreferenzschaltung aufweisen, die ausgebildet ist, um eine geteilte Spannungsreferenz zu erzeugen, die geteilte Spannungsreferenz für die Messschaltung bereitzustellen und die geteilte Spannungsreferenz über eine geschaltete Schaltung zum angesteuerten Abschirmpuffer zu treiben, um während der Messung des aktiven Kanals Kanäle im Näherungssensor zu halten. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann die geschaltete Schaltung einen ersten Schalter, einen zweiten Schalter, einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator aufweisen. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann die geschaltete Schaltung ausgebildet sein, um in einer ersten Betriebsphase den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu aktivieren, um den zweiten Kondensator gemäß der geteilten Spannungsreferenz aufzuladen. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann die geschaltete Schaltung ausgebildet sein, um in einer zweiten Betriebsphase abwechselnd den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu aktivieren, um die geteilte Spannungsreferenz durch den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator zu treiben, um eine Kanalspannungsreferenz zum Halten der Kanäle im Näherungssensor zu erzeugen. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen ist die geschaltete Schaltung so ausgebildet, dass sie in der zweiten Betriebsphase und während jedes nachfolgenden Zyklus eine äquivalente Menge an Gesamtladung vom ersten Kondensator und vom zweiten Kondensator zu den gehaltenen Kanälen steuert. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann das Ansteuern der geteilten Spannungsreferenz durch die geschaltete Schaltung ausgebildet sein, um Rauschen zu reduzieren, das von einer Spannungsversorgung herrührt, die die geteilte Spannungsreferenz versorgt. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann die geteilte Spannungsreferenz eine mittelanaloge Versorgungsspannung sein.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können eine Spannungsreferenzschaltung aufweisen. Die Spannungsreferenzschaltung kann einen Energieversorgungseingang aufweisen, der mit einem Widerstandsnetzwerk verbunden ist, einen ersten Schalter, einen zweiten Schalter, der mit dem ersten Schalter und einem Mittelpunkt des Widerstandsnetzwerks verbunden ist, einen ersten Kondensator, der mit einem Punkt zwischen dem ersten Schalter und dem zweiten Schalter verbunden ist, einen zweiten Kondensator, der mit dem ersten Kondensator und dem ersten Schalter verbunden ist, und ein Schaltsteuersignal, das ausgebildet ist, um eine geteilte Spannungsreferenz vom Mittelpunkt des Widerstandsnetzwerks über den ersten Schalter, den zweiten Schalter, den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator anzusteuern, um während der Messung eines aktiven Kanals eines Näherungssensors Kanäle des Näherungssensors zu halten. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann die Spannungsreferenzschaltung weiterhin einen Ausgang für die geteilte Spannungsreferenz zu einer Messschaltung aufweisen. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann das Schaltersteuersignal ausgebildet sein, um in einer ersten Betriebsphase den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu aktivieren, um den zweiten Kondensator gemäß der geteilten Spannungsreferenz aufzuladen. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann das Schaltersteuersignal ausgebildet sein, um in einer zweiten Betriebsphase abwechselnd den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu aktivieren, um die geteilte Spannungsreferenz durch den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator zu treiben, um eine Kanalspannungsreferenz zum Halten der Kanäle im Näherungssensor zu erzeugen. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann das Schaltsteuersignal ausgebildet sein, um in einer zweiten Betriebsphase und während jedes nachfolgenden Zyklus eine äquivalente Menge an Gesamtladung vom ersten Kondensator und vom zweiten Kondensator zu den gehaltenen Kanälen zu treiben. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann das Ansteuern der geteilten Spannungsreferenz durch die geschaltete Schaltung ausgebildet sein, um Rauschen zu reduzieren, das von einer Spannungsversorgung herrührt, die das Widerstandsnetzwerk versorgt. In Kombination mit einer der obigen Ausführungsformen kann ein Mittelpunkt des Widerstandsnetzwerks eine mittelanaloge Versorgungsspannung sein.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können Verfahren aufweisen, die von einer der obigen Spannungsreferenzschaltungen oder Touch-Controller ausgeführt werden.
Figurenliste

1 ist eine Veranschaulichung eines Systems zur Referenzrauschunterdrückung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine detailliertere Ansicht von Elementen eines Systems zur Referenzrauschunterdrückung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 ist eine Darstellung eines Systems 100 zur Referenzrauschunterdrückung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einer Ausführungsform kann das System 100 eine Referenzrauschunterdrückung unter Verwendung einer Abtast- und Halteschaltung implementieren.
In einer Ausführungsform kann das System 100 eine Referenzspannungsschaltung 114 aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann das System 100 einen angesteuerten Abschirmpuffer 120 aufweisen, der mit der Referenzspannungsschaltung 114 gekoppelt oder kommunikativ gekoppelt ist. Beispielhafte Implementierungen von Referenzspannungsschaltung 114 und angesteuertem Abschirmpuffer 120 sind in 1 gezeigt, jedoch können die Referenzspannungsschaltung 114 und der angesteuerte Abschirmpuffer 120 in verschiedenen Ausführungsformen mehr oder weniger Komponenten aufweisen, oder Komponenten, die auf eine andere, aber funktionell äquivalente Weise angeordnet sind, gemäß den in der vorliegenden Offenbarung diskutierten Konfigurationen. Die Referenzspannungsschaltung 114 kann ausgebildet sein, um eine Referenzspannung für andere Teile des Systems 100 allein oder in der durch den angesteuerten Abschirmpuffer 120 modifizierten Form bereitzustellen. Eine solche Referenzspannung kann erzeugt werden, wobei Rauschen unterdrückt oder aufgehoben wurde.
Das System 100 kann Elemente aufweisen, die Referenzspannungen verwenden können, die von der Referenzspannungsschaltung 114 bereitgestellt werden, allein durch diese oder modifiziert durch den angesteuerten Abschirmpuffer 120. Das System 100 kann beispielsweise eine Peripherie-Steuerung 102 aufweisen. Die Peripherie-Steuerung 102 kann ausgebildet sein, um zu einem Peripheriegerät eine Schnittstelle zu bilden, dieses zu steuern oder damit zu kommunizieren. Ein solches Peripheriegerät kann beispielsweise ein Touchpad 104 aufweisen. Das Touchpad 104 kann ausgebildet sein, um eine Berührungs- oder Näherungserfassung als Teil einer Mensch-Maschine-Schnittstelle für ein elektronisches Gerät durchzuführen. Das Touchpad 104 und die Peripherie-Steuerung 102 können kommunikativ über beispielsweise eine Schaltmatrix 112 gekoppelt sein. Die Peripherie-Steuerung 102, das Touchpad 104 und die Schaltmatrix können unter Verwendung einer analogen Schaltung, einer digitalen Schaltung, Anweisungen zur Ausführung durch einen Prozessor oder einer beliebigen geeigneten Kombination davon implementiert werden. Die Peripherie-Steuerung 102 kann auf einem Chip, einer Matrize, einer Leiterplatte, einem System auf einem Chip oder einer anderen geeigneten Plattform implementiert sein. In einer Ausführungsform kann die Peripherie-Steuerung 102 auf derselben Plattform wie die Referenzspannungsschaltung 114 implementiert sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Peripherie-Steuerung 102 auf einer anderen Plattform als die Referenzspannungsschaltung 114 implementiert sein.
Die Peripherie-Steuerung 102 kann ausgebildet sein, um Messungen von Touchpad 104 durchzuführen. Die Peripherie-Steuerung 102 kann weiterhin ausgebildet sein, um die Verarbeitung solcher Messungen durchzuführen. Die Peripherie-Steuerung 102 kann auch so ausgebildet sein, dass sie nach einer Messung die gemessenen Werte über den Ausgabewert 122 an andere Entitäten wie ein größeres System oder einen größeren Prozessor sendet. Um Messungen durchzuführen, kann die Peripherie-Steuerung 102 eine Messschaltung aufweisen 116. Die Messschaltung 116 kann unter Verwendung von Abtast- und Halteschaltungen oder Abtast- und Haltetopologien implementiert werden. Beispielimplementierungen der Messschaltung 116 sind unten in 2 gezeigt.
Das Touchpad 104 kann ausgebildet sein, um Signale entsprechend der Nähe oder Berührung eines Fremdobjekts, wie eines Fingers oder Stifts, zu einer Erfassungsfläche zu erzeugen. Das Touchpad 104 kann mehrere Kanäle 108 aufweisen, wobei jeder dieser Kanäle unabhängige Messungen durchführen kann. Das Touchpad 104 kann eine beliebige geeignete Anzahl N von Touchpad-Kanälen 108 aufweisen, die in einer geeigneten Konfiguration angeordnet sind, wie z. B. eine Linie oder ein Gitter. Die spezifischen Messungen von diesen verschiedenen Kanälen bilden, wenn sie im Hinblick auf die Position der Kanäle betrachtet werden, Datenpunkte, über die ein Empfänger des Ausgabewerts 122 eine vollständigere Sicht auf die Nähe, Position oder Berührung vornehmen kann.
Jeder Kanal 108 kann einen Berührungssensor 132 aufweisen. Der Berührungssensor 132 kann über einen Kondensator und ein Ansteuersignal wie drv_ext 130 mit Masse verbunden sein. Drv_ext 130 kann durch einen Algorithmus angesteuert werden, der geeignet ist, eine kapazitive Erfassung zu ermöglichen. Solche Algorithmen können ausgewählt werden, je nachdem, ob der Sensor während der Sequenz hoch, niedrig oder nicht angesteuert wird. Ein Drei-Zustands-Treiber kann verwendet werden. Jeder Kanal 108 kann einen oder mehrere Schalter, Schalterstrukturen, Multiplexer oder andere geeignete Implementierungen aufweisen, um Signale von der Peripherie-Steuerung 102 selektiv weiterzuleiten. Beispielsweise kann der Spannungsausgang 142 selektiv von der Peripherie-Steuerung 102 zu einzelnen Kanälen 108 geleitet werden Das selektive Routing kann beispielsweise durch den Schalter 134 durchgeführt werden. In einem anderen Beispiel kann eine resultierende gemessene Spannung 138 vom Kanal 108 selektiv von einem einzelnen Kanal 108 zur Peripherie-Steuerung 102 geroutet werden. Das selektive Routing kann beispielsweise durch den Schalter 136 durchgeführt werden. Die Schalter 134, 136 können getrennt in einzelnen Kanälen 108 oder zusammen in einem Multiplexer, einer Vermittlungsstruktur oder einer anderen Einheit für alle Kanäle 108 implementiert werden.
Um eine Messung von einem gegebenen Kanal 108 durchzuführen, um die resultierende gemessene Spannung 138 zu erzeugen, kann die Instanz des Schalters 136 bewirken, dass ein Signal von der entsprechenden Instanz des Sensors 132 als resultierende gemessene Spannung 138 zur Peripherie-Steuerung 102 geleitet wird. Das Signal vom Sensor 132 kann durch Nähe oder Berührung eines Körpers zum Sensor 132 angesteuert und durch drv_ext 130 angesteuert werden. Gleichzeitig wird die Messung des gegebenen Kanals 108 durchgeführt, in einer Ausführungsform kann an die verbleibenden Kanäle 108 der Spannungsausgang 142 angelegt werden. Der Spannungsausgang 142 kann mit der Referenzspannung 140, Masse oder Versorgung angesteuert werden, um die Integratoreingangsleitungsspannung nachzuahmen, die in der Messschaltung 116 verwendet wird. Der Spannungsausgang 142 kann somit zeitweise die resultierende gemessene Spannung 138 imitieren. Wenn ein Sensor von einem Sensortreiber mit hoher Impedanz untersteuert werden soll, kann der Spannungsausgang 142 die Referenzspannung nachahmen. Infolgedessen kann die Kapazität zwischen benachbarten Kanälen 108 aufgehoben werden, indem sie mit derselben Spannung angesteuert werden.
Beispielsweise kann während des Betriebs ein zu testender Kanal, wie der Kanal 108A, ein Signal an die Messschaltung 116 erzeugen. Während eine solche Messung durchgeführt wird, können andere Kanäle des Touchpads 104, wie die Kanäle 108B-108N, auf Spannungsausgang 142 vom angesteuerten Abschirmpuffer 120 gehalten werden. Der angesteuerte Abschirmpuffer 120 kann ausgebildet sein, um einen solchen Spannungsausgang 142 nach dem Verarbeiten einer Referenzspannung 140 von der Referenzspannungsschaltung 114 bereitzustellen.
In einer Ausführungsform kann die Referenzspannungsschaltung 114 ausgebildet sein, um eine Messreferenzspannung 140 an die Messschaltung 116 bereitzustellen. In einer anderen Ausführungsform kann die Referenzspannungsschaltung 114 ausgebildet sein, um eine Kanalreferenzspannung für den angesteuerten Abschirmpuffer 120 bereitzustellen, der wiederum den Spannungsausgang 142 für die Kanäle des Touchpads 104 bereitstellen kann.
Die Referenzspannungsschaltung 114 kann eine Spannungsteilerschaltung aufweisen. Eine Versorgungsspannung, VDD, kann als Quelle für die Referenzspannung 140 verwendet werden. VDD kann durch zwei Widerstände, R1 und R2, geleitet werden, bevor sie zur Masse geleitet wird. Die Widerstände können den gleichen Wert aufweisen, z. B. 50 kOhm. Eine Referenzspannung, wie beispielsweise die Messreferenzspannung, kann erzielt werden, indem die Spannungsteilerschaltung zwischen R1 und R2 abgegriffen wird. Die Messreferenzspannung kann an die Messschaltung 116 weitergeleitet und als VDD/2 ausgedrückt werden. In einer Ausführungsform kann die Messreferenzspannung durch andere Komponenten der Referenzspannungsschaltung 114 geleitet werden, bevor sie für das Touchpad 104 verwendet wird. Die Messreferenzspannung kann beispielsweise als ein Integratorteil der Messschaltung 116 verwendet werden, der unter Verwendung einer Spannungsreferenz arbeitet, die gemäß den Werten von R1 und R2 eingestellt ist. Wenn R1 und R2 gleich sind, kann die Spannungsreferenz auf die mittelanaloge Versorgungsspannung eingestellt werden. In anderen Lösungen kann diese Referenz aus einem einfachen Widerstandsteiler erzeugt werden, und die Referenz kann auch für das Touchpad 104 bereitgestellt werden. In solchen anderen Lösungen kann dies zu einer 3dB-Unterdrückung von Versorgungsrauschen führen. Die Verwendung der Referenzspannungsschaltung 114, die durch den angesteuerten Abschirmpuffer 120 bereitgestellt wird, kann stattdessen die Erzeugung derselben Messspannungsreferenz sowie die Aufteilung des Niederfrequenzversorgungsrauschens ermöglichen. Dies kann unter der Annahme erfolgen, dass das Versorgungsrauschen nicht mit dem Rauschen der Masse korreliert.
Der angesteuerte Abschirmpuffer 120 kann im Nachlaufreglermodus angeschlossen werden, indem der Ausgang mit dem negativen Eingang verbunden wird. Der Ausgang des angesteuerten Abschirmpuffers 120 kann die Ausgangsspannung 142 sein. Die Ausgangsspannung kann mit dem invertierenden Eingang des angesteuerten Abschirmpuffers 120 verbunden sein, zusammen mit seinem anderen Eingang, der als VREF angegeben ist. Die Ausgangsspannung 142 kann über Schalter, Multiplexer oder andere geeignete Mechanismen, die das Signal auf die erforderlichen Kanäle routen können, an das Touchpad 104 geliefert werden. Die Referenzspannung 140 kann aus der ursprünglichen Messreferenzspannung (VDD/2) erzeugt werden, die durch eine Schaltung der Schalter S1, S2 und der Kondensatoren C1, C2 gehalten und gefiltert wird. Die Schalter S1 und S2 können eine Reihenschaltung zwischen der ursprünglichen Messreferenzspannung (VDD/2) und dem positiven Eingang des angesteuerten Abschirmpuffers 120 bereitstellen. Die Kondensatoren C1 und C2 können auf einem Zweig zwischen einem Punkt zwischen Schaltern S1, S2 und einem Punkt zwischen Schalter S1 und dem positiven Eingang des angesteuerten Abschirmpuffers 120 in Bezug zueinander in Reihe geschaltet sein. Die Schalter S1, S2 können so ausgebildet sein, dass sie durch ein Schaltersteuersignal 118 gesteuert werden.
In einer Ausführungsform können während einer anfänglichen Betriebsphase die Schalter S1 und S2 beide aktiviert werden, um die Tankkapazität C2 auf ein Niveau vorzuladen, das sich nahe an einen erwarteten Wert annähert. Ein erwarteter Wert kann VDD/2 ohne Rauschen sein. Stattdessen steht (VDD + Rauschen)/2 zur Verfügung. Dementsprechend kann die Differenz (Rauschen/2) sein, die mit der Abtast- und Halteschaltung der Spannungsreferenzschaltung 114 beseitigt wird. Diese Korrektur kann jedoch langsam sein, und somit kann es das Vorladen der Spannungsreferenzschaltung 114 ermöglichen, den nachfolgenden Betrieb näher an dem Endwert zu beginnen. Nach Beendigung der anfänglichen Betriebsphase können in einer nachfolgenden Betriebsphase S1 und S2 durch das Schaltsteuersignal 118 mit komplementären oder polaren entgegengesetzten Signalen angesteuert werden. Dies kann dazu führen, dass jeweils nur einer von S1 und S2 aktiviert wird. Die Frequenz solcher Signale kann gemäß den Konstruktionsmerkmalen der Komponenten des Systems 100 eingestellt werden. In jedem Zyklus während der zweiten Betriebsphase ist die von der Versorgung zur Referenz übertragene (und in der Tankkapazität C2 gespeicherte) Ladungsmenge proportional zu C1/C2. Dies kann zu einer Dämpfung des Rauschens der Versorgung (VDD) um den Faktor C1(C1 + C2) führen. Dieser Faktor C1(C1 + C2) ist ungefähr C1/C2, wenn C2 viel größer als C1 ist. Die Verwendung der Referenzspannungsschaltung 114 und des angesteuerten Abschirmpuffers 120 kann die Nichtbenutzung oder den Ausschluss eines linearen Spannungsreglers ermöglichen, um dieselbe Aufgabe auszuführen.
In einem gegebenen Zyklus der zweiten Phase des Schaltsteuersignals können S1 und S2 abwechselnd zueinander aktiviert und deaktiviert werden. Wenn S1 geöffnet ist, kann S2 geschlossen sein. Wenn S2 geöffnet ist, kann S1 geschlossen sein.
Während eines Zyklus i der zweiten Phase des Schaltsteuersignals 118, wenn sich die Signale zu S1 und S2 abwechseln und S1 ausgeschaltet und S2 eingeschaltet ist, kann die Ladung von C2 und C1 wie folgt angegeben werden: $Q_{2 (i)} = V r e f_{i - 1} \cdot C_{2}$
$Q_{1 (i)} = (\frac{V D D}{2} + \frac{V_{N i}}{2}) \cdot C_{1}$
Während des nächsten Zyklus i + 1 innerhalb derselben zweiten Phase des Schaltsteuersignals 118, wenn sich die Signale zu S1 und S2 abwechseln und S1 eingeschaltet und S2 ausgeschaltet wird, kann sich die auf C2 und C1 angesammelte Ladung angegeben werden als: $Q_{2 (i + 1)} = V r e f_{i} \cdot C_{2}$
$Q_{1 (i + 1)} = V r e f_{i} \cdot C_{1}$
N kann Rauschen identifizieren, und V_N kann der Rauschbeitrag zur Spannung sein. Beim Vergleich zwischen dem ersten und dem zweiten Zyklus, i und i + 1 kann die globale Ladung von C1 und C2 unverändert bleiben: $Q_{1 (i)} + Q_{2 (i)} = Q_{1 (i + 1)} + Q_{2 (i + 1)}$
$V r e f_{i} = V r e f_{i - 1} + \frac{V_{D D}}{2} \cdot \frac{C_{1}}{C_{2}} + \frac{V_{N i}}{2} \cdot \frac{C_{1}}{C_{2}} - V r e f_{i} \cdot \frac{C_{1}}{C_{2}}$
Nach einer großen Anzahl von Iterationen und nachdem i groß wird: $\sum \frac{V_{N i}}{2} \Rightarrow 0$
$\sum V r e f_{i - 1} + \frac{C_{1}}{C_{2}} \cdot (\frac{V_{D D}}{2} - V r e f_{i}) \Rightarrow \frac{V_{D D}}{2}$
Das maximale Rauschen innerhalb eines Zyklus ist gegeben durch $\frac{V_{N i}}{2} \cdot \frac{C_{1}}{C_{2}}$
Dies kann eine 40-dB-Verbesserung des Rauschens der Versorgungsspannung darstellen, wie sie für die Kanäle des Touchpads 104 bereitgestellt wird.
2 ist eine detailliertere Darstellung des Systems 100 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 2 zeigt beispielhafte Implementierungen der Messschaltung 116.
Um Messungen vom Touchpad 104 durchzuführen, kann die Messschaltung 116 ein Treibersignal 206 aufweisen, um die Abtastung und einen Analogeingang 138 vom Touchpad 104 zu ermöglichen. Die Referenzspannung 140 kann von der Referenzspannungsschaltung 114 zu einem positiven Eingang eines Operationsverstärkers 212 ausgegeben werden, während der Eingang 138 vom Touchpad 104 über einen Widerstand 202 zum negativen Eingang des Operationsverstärkers 212 geleitet werden kann. Das Treibersignal 206 kann über einen Puffer 208 und einen variablen Kondensator 204 gesendet werden und mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 212 verbunden sein. Eine Rückkopplungsschaltung 210 kann zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 212 und dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 212 implementiert sein. Die Rückkopplungsschaltung kann eine Reihe von Schaltern und Kondensatoren aufweisen, so dass der Ausgang des Operationsverstärkers 212 gehalten wird, während ein Abtastwert des Ausgangs des Operationsverstärkers 212 entnommen werden kann. Ein Kondensator 214 kann zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 212 und Masse geschaltet sein. Die Abtastung kann unter Verwendung eines Schalters 218 hergestellt werden, der an eine Analog-Digital-Wandler- (ADC-), 216, Schaltung angeschlossen ist. Die Ausgabe des ADC 216 kann den Ausgabewert 122 aufweisen.
Durch den Operationsverstärker 212 und den Kondensator Cint kann ausgebildet ein Integrator werden. Schalter innerhalb der Rückkopplungsschaltung 210 (gesteuert durch pha und not_pha) können das Vertauschen der Polarität des Kondensators Cint ermöglichen.
Zurück zu 1, ohne System 100, könnte die Spannungsreferenz 140 ansonsten einfach VDD/2 sein, wenn sie aus einem Widerstandsteiler erzeugt wird, was nur zu einer 3-dB-Unterdrückung führt. In einem solchen Fall ist die Referenzspannung jedoch selbst verrauscht. Stattdessen kann die Spannungsreferenzschaltung 114 dazu führen, dass die Spannungsreferenz 140 auch ohne einen Linearregler weniger verrauscht ist. Andere Lösungen könnten einen Linearregler anstelle der gesamten oder eines Teils der Spannungsreferenzschaltung 114 verwenden. Ein Linearregler wird zur Versorgung des gesamten Reglers verwendet, der eine Eigenunterdrückung aufweist, die das Versorgungsrauschen handhabt. Ohne einen solchen Linearregler ist der Regler anfällig für Energieversorgungsrauschen. Dies würde insbesondere dann auftreten, wenn ein direkter DC/DC-Regler die Steuerung versorgt. In noch anderen Lösungen können Kanäle des Touchpads 104, die an einer Referenzspannung oder Masse gehalten werden, mit der Masse eines Chips, einer Leiterplatte oder eines Geräts eines Systems verbunden oder von dieser angesteuert werden. In solchen Lösungen kann die Leistung stark eingeschränkt sein.
Eine Bandlücke wird möglicherweise nicht als Referenz verwendet, da sie nicht mit vorhandenen Algorithmen kompatibel ist. Ein modifizierter Algorithmus zur Verwendung der Bandlücke als Referenz ist komplex und umfangreicher in der Größe. Während einer gegebenen Messung des Touchpads 104 werden Panel-Ablaufverfolgungen von VDD, VDD/2 und GND angesteuert. Die Bandlückenspannung enthält möglicherweise keine davon. VDD/2 als Referenz zu haben, vereinfacht den Algorithmus.
Die vorliegende Offenbarung wurde in Form einer oder mehrerer Ausführungsformen beschrieben, und es versteht sich, dass viele Äquivalente, Alternativen, Variationen und Modifikationen, abgesehen von den ausdrücklich angegebenen, möglich sind und im Schutzumfang der Offenbarung liegen. Während die vorliegende Offenbarung für verschiedene Modifikationen und abwechselnde Formen zugänglich ist, wurden spezifische beispielhafte Ausführungsformen davon in den Zeichnungen gezeigt und werden hier im Detail beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Beschreibung spezifischer beispielhafter Ausführungsformen hierin die Offenbarung nicht auf die hierin offenbarten besonderen Ausbildungen beschränken soll.

Claims

Touch-Controller, der aufweist: eine Messschaltung, ausgebildet um: ein Signal von einem aktiven Kanal in einem Näherungssensor zu empfangen; und das Signal abzutasten und zu halten, um das Signal zu messen; einen angesteuerten Abschirmpuffer; und eine Spannungsreferenzschaltung, ausgebildet um: eine geteilte Spannungsreferenz zu erzeugen; die geteilte Spannungsreferenz an die Messschaltung bereitzustellen; und die geteilte Spannungsreferenz über eine geschaltete Schaltung zum angesteuerten Abschirmpuffer zu treiben, um während der Messung des aktiven Kanals Kanäle im Näherungssensor zu halten.
Touch-Controller nach Anspruch 1, wobei die geschaltete Schaltung einen ersten Schalter, einen zweiten Schalter, einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator aufweist.
Touch-Controller nach Anspruch 2, wobei die geschaltete Schaltung ausgebildet ist, um in einer ersten Betriebsphase den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu aktivieren, um den zweiten Kondensator gemäß der geteilten Spannungsreferenz aufzuladen.
Touch-Controller nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die geschaltete Schaltung ausgebildet ist, um in einer zweiten Betriebsphase abwechselnd den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu aktivieren, um die geteilte Spannungsreferenz durch den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator zu treiben, um eine Kanalspannungsreferenz zum Halten der Kanäle im Näherungssensor zu erzeugen.
Touch-Controller nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die geschaltete Schaltung in einer zweiten Betriebsphase ausgebildet ist, um: abwechselnd den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu aktivieren, um die geteilte Spannungsreferenz durch den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator zu treiben, um eine Kanalspannungsreferenz zu erzeugen, um die Kanäle im Näherungssensor zu halten; und während jedes nachfolgenden Zyklus eine äquivalente Gesamtladungsmenge vom ersten Kondensator und vom zweiten Kondensator zu den gehaltenen Kanälen zu treiben.
Touch-Controller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ansteuern der geteilten Spannungsreferenz durch die geschaltete Schaltung ausgebildet ist, um Rauschen zu reduzieren, das von einer Spannungsversorgung herrührt, die die geteilte Spannungsreferenz versorgt.
Touch-Controller nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die geteilte Spannungsreferenz eine mittelanaloge Versorgungsspannung ist.
Spannungsreferenzschaltung, die aufweist: einen Energieversorgungseingang, der mit einem Widerstandsnetzwerk verbunden ist, einen ersten Schalter; einen zweiten Schalter, der mit dem ersten Schalter und einem Mittelpunkt des Widerstandsnetzwerks verbunden ist; einen ersten Kondensator, der mit einem Punkt zwischen dem ersten Schalter und dem zweiten Schalter verbunden ist; einen zweiten Kondensator, der mit dem ersten Kondensator und dem ersten Schalter verbunden ist; und ein Schaltsteuersignal, das ausgebildet ist, um eine geteilte Spannungsreferenz vom Mittelpunkt des Widerstandsnetzwerks über den ersten Schalter, den zweiten Schalter, den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator zu treiben, um Kanäle eines Näherungssensors während der Messung eines aktiven Kanals des Näherungssensors zu halten.
Spannungsreferenzschaltung nach Anspruch 8, die weiterhin einen Ausgang für die geteilte Spannungsreferenz zu einer Messschaltung aufweist.
Spannungsreferenzschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei das Schaltersteuersignal ausgebildet ist, um in einer ersten Betriebsphase den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu aktivieren, um den zweiten Kondensator gemäß der geteilten Spannungsreferenz aufzuladen.
Spannungsreferenzschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Schaltersteuersignal ausgebildet ist, um in einer zweiten Betriebsphase abwechselnd den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu aktivieren, um die geteilte Spannungsreferenz durch den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator zu treiben, um eine Kanalspannungsreferenz zu erzeugen, um die Kanäle im Näherungssensor zu halten.
Spannungsreferenzschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Schaltersteuersignal in einer zweiten Betriebsphase ausgebildet ist, um: abwechselnd den ersten Schalter und den zweiten Schalter zu aktivieren, um die geteilte Spannungsreferenz durch den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator zu treiben, um eine Kanalspannungsreferenz zu erzeugen, um die Kanäle im Näherungssensor zu halten; und während jedes nachfolgenden Zyklus eine äquivalente Gesamtladungsmenge vom ersten Kondensator und vom zweiten Kondensator zu den gehaltenen Kanälen zu treiben.
Spannungsreferenzschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Ansteuern der geteilten Spannungsreferenz durch die geschaltete Schaltung ausgebildet ist, um Rauschen zu reduzieren, das von einer Spannungsversorgung herrührt, die das Widerstandsnetzwerk versorgt.
Spannungsreferenzschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der Mittelpunkt des Widerstandsnetzwerks eine mittelanaloge Versorgungsspannung ist.
Verfahren, das aufweist: Empfangen eines Signals von einem aktiven Kanal in einem Näherungssensor; Abtasten und Halten des Signals, um das Signal zu messen; Erzeugen einer geteilten Spannungsreferenz; Bereitstellen der geteilten Spannungsreferenz für eine Messschaltung, die ausgebildet ist, um die Schritte des Abtastens durchzuführen und das Signal zu halten, um das Signal zu messen; Ansteuern der geteilten Spannungsreferenz durch einen Schaltkreis zu einem angesteuerten Abschirmpuffer, um Kanäle im Näherungssensor während der Messung des aktiven Kanals zu halten.
Verfahren nach Anspruch 15, das weiterhin in einer ersten Betriebsphase der geschalteten Schaltung das Aktivieren eines ersten Schalters und des zweiten Schalters zum Laden eines zweiten Kondensators gemäß der geteilten Spannungsreferenz aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, das weiterhin in einer zweiten Betriebsphase der geschalteten Schaltung abwechselnd das Aktivieren eines ersten Schalters und eines zweiten Schalters aufweist, um die geteilte Spannungsreferenz über einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator zu treiben, um eine Kanalspannungsreferenz zu erzeugen, um die Kanäle im Näherungssensor zu halten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, das weiterhin in einer zweiten Betriebsphase das abwechselnde Aktivieren eines ersten Schalters und eines zweiten Schalters aufweist, um die geteilte Spannungsreferenz durch einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator zu treiben, um eine Kanalspannungsreferenz zu erzeugen, um die Kanäle im Näherungssensor zu halten.
Verfahren nach Anspruch 18, das weiterhin in der zweiten Betriebsphase der geschalteten Schaltung während jedes nachfolgenden Zyklus Steuern einer äquivalente Menge an Gesamtladung von dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator zu den gehaltenen Kanälen aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das Ansteuern der geteilten Spannungsreferenz durch die geschaltete Schaltung das Rauschen reduziert, das von einer Spannungsversorgung herrührt, die die geteilte Spannungsreferenz versorgt.
Verfahren, das aufweist: Empfangen eines Schaltersteuersignals; Verwenden des Schaltersteuersignals zum Ansteuern einer geteilten Spannungsreferenz von einem Mittelpunkt eines Widerstandsnetzwerks durch: einen ersten Schalter; einen zweiten Schalter, der mit dem ersten Schalter und dem Mittelpunkt des Widerstandsnetzwerks verbunden ist; einen ersten Kondensator, der mit einem Punkt zwischen dem ersten Schalter und dem zweiten Schalter verbunden ist; und einen zweiten Kondensator, der mit dem ersten Kondensator und dem ersten Schalter verbunden ist; wobei das Ansteuern der geteilten Spannungsreferenz Kanäle eines Näherungssensors während der Messung eines aktiven Kanals des Näherungssensors hält.
Verfahren nach Anspruch 21, das weiterhin das Erzeugen einer Ausgabe für die geteilte Spannungsreferenz für eine Messschaltung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 22, das weiterhin in einer ersten Betriebsphase das Verwenden des Schaltersteuersignals zum Aktivieren des ersten Schalters und des zweiten Schalters zum Laden des zweiten Kondensators gemäß der geteilten Spannungsreferenz aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, das weiterhin in einer zweiten Betriebsphase das Verwenden des Schaltersteuersignals zum abwechselnden Aktivieren des ersten Schalters und des zweiten Schalters zum Ansteuern der geteilten Spannungsreferenz durch den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator zum Erzeugen einer Kanalspannungsreferenz zum Halten der Kanäle im Näherungssensor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 24, das weiterhin in einer zweiten Betriebsphase Verwenden des Schaltsteuersignals aufweist, um während jedes nachfolgenden Zyklus eine äquivalente Menge an Gesamtladung von dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator zu den gehaltenen Kanälen zu treiben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, wobei das Ansteuern der geteilten Spannungsreferenz durch die geschaltete Schaltung das Rauschen reduziert, das von einer Spannungsversorgung herrührt, die die geteilte Spannungsreferenz versorgt.