DE112019001089T5

DE112019001089T5 - Verfahren und system zur berührungslosen gestenerkennung und schwebe- und berührungserkennung

Info

Publication number: DE112019001089T5
Application number: DE112019001089.1T
Authority: DE
Inventors: Axel Heim
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-11-26
Also published as: US10901551B2; US20190272059A1; TW201937851A; WO2019169116A1; CN111771181A; JP2021515931A; JP7348195B2; KR20200125692A; TWI815864B

Abstract

Ein Sensorsystem, das erste und zweite Detektionssysteme kombiniert, stellt Ansteuersignale an Elektroden der Knoten A und B dieser Systeme bereit. Eine Ansteuerungssequenz besteht aus einer Wiederholung eines elementaren Erfassungszyklus, der zwei aufeinanderfolgende Hauptphasen mit Vor-Ladungs- und Erfassungsphasen aufweist. Während einer ersten Vor-Ladephase wird Knoten A auf ein erstes elektrisches Potential gesteuert, und während einer ersten Erfassungsphase, auf ein erstes elektrisches Zwischenpotential, und Knoten B wird auf ein zweites elektrisches Potential gesteuert und schaltet danach Knoten B auf hochohmig bei Gleichstrom, und während einer zweiten Vor-Ladephase wird Knoten A auf ein drittes elektrisches Potential gesteuert, und während einer zweiten Erfassungsphase auf ein zweites elektrisches Zwischenpotential, und Knoten B wird auf ein viertes Potential gesteuert und schaltet danach den Knoten B auf hochohmig bei Gleichspannung. Die ersten und zweiten Detektionssysteme führen eine elektrische Messung an Knoten A bzw. B durch.

Description

VERWANDTE PATENTANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht Vorrang vor der Seriennummer 62/637,002 der vorläufigen US-Patentanmeldung im gemeinsamen Besitz; eingereicht am 1. März 2018; mit dem Titel „Verfahren und System zur berührungslosen Gesten-Detektion und Schwebe- und Berührungsdetektion“ und wird hiermit für alle Zwecke durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Mensch-Maschine-Schnittstellen, insbesondere auf ein Verfahren und ein System zur Gesten-Detektion und zur Schwebe- und Berührungsdetektion.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die integrierte Schaltung „GestIC®“, auch bekannt als MGC3130, hergestellt vom Einreicher dieser Anmeldung, ist eine hochempfindliche kapazitive Sensortechnologie, die zur berührungslosen Gesten-Detektion unter Verwendung eines elektrischen Wechselfelds, beispielsweise bei 40 bis 250 kHz, verwendet wird. HMI-Vorrichtungen (Human Machine Interface), die kapazitive Abtastung verwenden, weisen Sensorelektroden auf, die häufig in Schichten aus leitendem Material ausgebildet sind, z. Kupferstreifen aus Leiterplattenschicht (PCB) oder Indiumzinnoxid (ITO) auf Glas. Diese Elektroden sind elektrisch mit einer Gestendetektionseinheit verbunden, beispielsweise auf derselben Leiterplatte oder einer separaten Platine. Der Messwert der Gestendetektionseinheit hängt unter anderem von der Position eines Zielobjekts (Finger/Hand) in der Nähe der Sensorelektrode ab, die die kapazitive Kopplung zwischen Elektrode und Ziel beeinflusst und abhängig von der Verzerrung des elektrischen Wechselfeldes ein Zielmesssignal erzeugt. Die Gesten werden über einem Erfassungsbereich ausgeführt, ohne einen Bereich des jeweiligen Geräts zu berühren.
Gewöhnlicher Weise wird eine zusätzliche Berührungsdetektionssensorvorrichtung verwendet, um einen Berührungspunkt präzise zu bestimmen. Die Berührungsdetektion kann im Allgemeinen nicht anhand der 3D-Koordinaten durchgeführt werden, insbesondere anhand des vertikalen Abstands, der vom 3D-Detektionssystem bereitgestellt wird. Da ein solches System beispielsweise eine Störung des erzeugten elektrischen Feldes bestimmt, um 3D-Positionsdaten zu erzeugen, identifiziert das System einen Ort innerhalb eines Objekts, wie beispielsweise einen Schwerpunkt oder ein Massenzentrum. Daher kann eine Berührung eines anderen Teils eines Objekts auftreten, während ein bestimmter Abstand in vertikaler Richtung noch größer als 0 ist. Zu diesem Zweck wird auf Grund des Unterschieds zwischen den Detektionssystemen im Allgemeinen Multiplexing zwischen einem reinen Berührungsdetektionssystem und einem 3D-Detektionssystem verwendet. Die US-Patentanmeldung US2016/0261250A1 offenbart ein Beispiel für ein solches Zeitmultiplexsystem, auf das hiermit in seiner Gesamtheit Bezug genommen wird.
1 zeigt ein typisches 2D/3D-Gesten-/Berührungsdetektionssystem 100, das vom Einreicher der vorliegenden Anmeldung erhältlich ist und 2D-Scans und 3D-Scans auf Zeitmultiplex-Weise ausführt. Ein solches System sieht ein Berührungsgitter 150 und vier Empfangselektroden 110-140 vor. Das Berührungsgitter kann auch als Übertragungselektrode arbeiten, wenn im 3D-Modus gearbeitet wird. Ein solches System kann wie in 1a gezeigt mit Multiplexperioden von beispielsweise 12 ms Dauer arbeiten, wobei für einen Zeit-Slot von 2 ms das 2D-Scannen aktiv ist und für den verbleibenden Zeit-Slot von 10 ms das 3D-Scannen aktiv ist, während das 2D-Elektrodengitter 150 mit einem Übertragungssignal Tx angesteuert wird, um das 3D-Scannen zu unterstützen. Das heißt, es wird ein Zeitmultiplexing durchgeführt, bei dem der Kanalzugriff zwischen 2D- und 3D-Scannen wechselt und jeder Zeit-Slot für 2D- oder 3D-Scannen eine Vielzahl von Elementarerfassungszyklen aufweist, wie nachstehend ausführlicher erläutert wird. Wenn während des 2-ms-Zeitfensters für das 2D-Scannen eine Berührung erkannt wird, wechselt das System in einen Nur-2D-Modus, bis keine Berührung mehr erkannt wird, d. h. Die Berührung wird losgelassen, und das Multiplexen zwischen 2D- und 3D-Scannen wird fortgesetzt. Dies ist im Flussdiagramm von 9 dargestellt.
Ein solches Multiplexen hat jedoch normalerweise eine hohe maximale Verzögerung einer Erstberührungsdetektion. Während sich das System im 3D-Scanmodus befindet, kann eine Berührung des 2D-Rasters nicht erkannt werden. Eine solche Berührung kann aus den oben erläuterten Gründen erst erkannt werden, wenn sich das System wieder im 2D-Berührungsdetektionsmodus befindet. Daher tritt bei dieser Lösung eine zusätzliche Verzögerung von bis zu 10 ms für die Detektion der ersten Berührung auf, verglichen mit einem Nur-2D-System mit 100% Scanzeit.
Während ein System in einem der beiden Betriebsmodi arbeitet, werden für den anderen Betriebsmodus keine Daten erfasst. Dies reduziert direkt die empfangene Signalenergie. Beispielsweise ist für die obige Konfiguration die 3D-Messempfindlichkeit im Vergleich zu einem Nur-3D-System auf (10 ms/12 ms) = 83% reduziert.
Darüber hinaus reduziert Multiplexing auch die Rauschunterdrückungsfähigkeit für 3D-Scans. Das Fehlen einer zeitlichen Kontinuität beim Erfassen von Daten verringert die Fähigkeit digitaler Filter, z.B. Tiefpassfilter, zur Unterdrückung von Energie bei Frequenzen, bei denen nur Rauschen, aber kein Signal vorhanden ist. 19 zeigt die 3D-GestIC®-Anfälligkeit für Einzeltonrauschen - nur unter Berücksichtigung der digitalen Filterung - für eine Trägerfrequenz von fTx = 100 kHz. Es wird eine Abtastfrequenz von 2 * fTx = 200 kHz und eine Abwärtsabtastung auf 1 kHz angenommen. Zwei von zwölf Abtastwerten bei 1 kHz werden periodisch verworfen, was sich im Punktionsmuster PP = [0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1] widerspiegelt. Das untere Diagramm zeigt einen Zoom in das obere Diagramm um die Trägerfrequenz. Wir beobachten, dass die Anfälligkeit für Rauschen signifikant zunimmt, am stärksten in der Nähe der Trägerfrequenz (sowie ungerader Vielfachen davon, die im Bild nicht gezeigt sind), wo neue Seitenspitzen für den Fall mit Zeitmultiplex auftreten, deutlich über - 60 dB, auch wenn mehr als 1 kHz von der Trägerfrequenz entfernt. Eine reduzierte Rauschunterdrückungsfähigkeit impliziert direkt eine reduzierte Detektionsreichweite in verrauschten Umgebungen.
Weiterhin ist die Fähigkeit zur Rauschunterdrückung für 2D-Scans verringert. Um den Erfassungsbereich und die Robustheit des Rauschens beim 3D-Scannen zu maximieren, wird die 3D-Scanzeit auf 10 von 12 ms maximiert, sodass für 2D nur zwei Millisekunden gescannt werden. Diese Abtastzeit reicht lediglich aus, um eine erste Berührung zu erkennen, aber nicht, um eine rauschresistente Schwebepositionsverfolgung durchzuführen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht ein Bedarf an einem kapazitiven Detektionssystem für Mehrfinger-2D-Berührungsdetektion, einschließlich Schwebedetektion, d.h. Nahfelddetektion (<5cm) und Verfolgung eines oder mehrerer Finger sowie Mittelreichweiten- oder 3D- (~5 bis 20cm) Positionsverfolgung und Gesten-Detektion.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Sensorsystem ein erstes Detektionssystem und ein zweites Detektionssystem kombinieren, wobei das Sensorsystem ausgebildet ist, um Ansteuersignale an Elektroden des ersten Detektionssystems und des zweiten Detektionssystems bereitzustellen, wobei die Ansteuersignale eine Ansteuerungssequenz bestehend aus einer Wiederholung eines elementaren Erfassungszyklus aufweisen, wobei jeder elementare Erfassungszyklus zwei aufeinanderfolgende Hauptphasen aufweist, wobei während einer ersten Hauptphase das Sensorsystem ausgebildet ist, um während einer Vor-Ladephase der ersten Hauptphase einen mit zumindest einer Elektrode des ersten Detektionssystems gekoppelten Knoten A für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der ersten Hauptphase auf ein erstes elektrisches Potential zu steuern und während einer Erfassungsphase der ersten Hauptphase den Knoten A für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der ersten Hauptphase auf ein erstes elektrisches Zwischenpotential zu steuern, und einen Knoten B, der mit zumindest einer Elektrode des zweiten Detektionssystems gekoppelt ist, für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der ersten Hauptphase auf ein zweites elektrisches Potential zu steuern und danach den Knoten B für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der ersten Hauptphase auf hochohmig bei Gleichstrom umzuschalten, und wobei während einer zweiten Hauptphase das Sensorsystem ausgebildet ist während einer Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase den Knoten A für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase auf ein drittes elektrisches Potential zu steuern und während einer Erfassungsphase der zweiten Hauptphase den Knoten A für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der zweiten Hauptphase auf ein zweites elektrisches Zwischenpotential zu steuern und den Knoten B für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase auf ein viertes elektrisches Potential zu steuern und danach den Knoten B für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der zweiten Hauptphase hochohmig bei Gleichstrom zu schalten, wobei das erste Detektionssystem weiterhin ausgebildet ist, um eine elektrische Messung an Knoten A durchzuführen, und wobei das zweite Detektionssystem weiterhin ausgebildet ist, um eine elektrische Messung an Knoten B durchzuführen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Verfahren zum Kombinieren eines ersten Erfassungsverfahrens und eines zweiten Erfassungsverfahrens aufweisen: Zuführen von Ansteuersignalen an Elektroden, wobei die Ansteuersignale eine Ansteuerungssequenz aufweisen, die aus einer Wiederholung eines elementaren Erfassungszyklus besteht, jeder elementare Erfassungszyklus (EAC) aus zwei aufeinanderfolgenden Hauptphasen besteht, wobei während einer ersten Hauptphase ein mit zumindest einer Elektrode gekoppelter Knoten A während einer Vor-Ladephase der ersten Hauptphase für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der ersten Hauptphase auf ein erstes elektrisches Potential gesteuert wird und der Knoten A während einer Erfassungsphase der ersten Hauptphase für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der ersten Hauptphase auf ein erstes elektrisches Zwischenpotential gesteuert wird und ein Knoten B für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der ersten Hauptphase auf ein zweites elektrisches Potential gesteuert wird und danach Knoten B für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der ersten Hauptphase auf hochohmig bei Gleichstrom geschaltet wird Zeit und wobei während einer zweiten Hauptphase der Knoten A während einer Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase auf ein drittes elektrisches Potential gesteuert wird und während einer Erfassungsphase der zweiten Hauptphase der Knoten A für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der zweiten Hauptphase auf ein zweites elektrisches Zwischenpotential gesteuert wird und der Knoten B für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase auf ein viertes elektrisches Potential gesteuert wird und danach Knoten B für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der zweiten Hauptphase hochohmige bei Gleichstrom geschaltet wird, wobei eine elektrische Messung am Knoten A durchgeführt wird und eine elektrische Messung am Knoten B durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann das erste Detektionssystem weiterhin ausgebildet sein, um eine elektrische Messung an Knoten A durchzuführen, während Knoten A zum ersten bzw. zweiten elektrischen Zwischenpotential gesteuert wird, wobei das zweite Detektionssystem weiterhin ausgebildet ist, um ein elektrisches Potential an Knoten B zu messen, das erreicht wird, nachdem Knoten B bei Gleichstrom hochohmig geschaltet wurde. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann das erste elektrische Zwischenpotential niedriger als das erste elektrische Potential sein und das zweite elektrische Zwischenpotential kann höher als das dritte elektrische Potential sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann das erste elektrische Potential höher sein als das zweite elektrische Zwischenpotential, und das dritte elektrische Potential kann niedriger sein als das erste elektrische Zwischenpotential. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann das erste elektrische Potential gleich dem zweiten elektrischen Zwischenpotential sein, und das dritte elektrische Potential kann gleich dem ersten elektrischen Zwischenpotential sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann das Sensorsystem während jeder Vor-Ladephase nach einem ersten Zeitintervall ausgebildet sein, um den Knoten A während eines zweiten Zeitintervalls auf das erste oder dritte elektrische Potential zu steuern, und während jeder Erfassungsphase, um den Knoten A nach einem dritten Zeitintervall auf das zweite bzw. erste elektrische Zwischenpotential zu steuern. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann das Sensorsystem nach dem zweiten Zeitintervall ausgebildet sein, um den Knoten A in Tristate zu schalten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann das Sensorsystem während jeder Vor-Ladephase ausgebildet werden, um nach einem vierten Zeitintervall den Knoten B während eines fünften Zeitintervalls auf das zweite oder vierte elektrische Potential zu steuern und danach Knoten B in Tristate umzuschalten und während jeder Erfassungsphase, um Knoten B bei Gleichstrom hochohmig zu halten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens können das erste elektrische Potential und das zweite elektrische Potential gleich sein und wobei das dritte elektrische Potential und das vierte elektrische Potential gleich sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens können ein Zeitintervall, in dem sich Knoten A auf dem ersten oder dritten elektrischen Potential und sich Knoten B auf dem zweiten oder vierten elektrischen Potential befindet, überlappen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann das Sensorsystem während der Vor-Ladephase der ersten Hauptphase ausgebildet sein, um den Knoten A auf dem ersten elektrischen Potential zu halten, und während der Erfassungsphase der ersten Hauptphase Knoten A auf das erste elektrische Zwischenpotential zu steuern und während der Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase, um Knoten A auf dem dritten elektrischen Potential zu halten, und während der Erfassungsphase der zweiten Hauptphase, um Knoten A auf das zweite elektrische Zwischenpotential zu steuern. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens ist jeder der elektrischen Knoten galvanisch gekoppelt oder mit einem Port einer integrierten Schaltung verbunden, wobei jeder dieser Ports mit einem Anschlussfeld einer Chipbaugruppe verbunden ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann der Knoten A zur Berührungs- und/oder Schwebedetektion verwendet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann der Knoten B zur Detektion der Position im mittleren Reichweitenbereich und der Geste verwendet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens können Analog-Digital-Wandler während der Erfassungsphasen die Abtastung durchführen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann das Sensorsystem zum Erfassen der Position zumindest eines Objekts auf oder vor oder in der Nähe eines Touchpanels ausgelegt sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann eine Trägerfrequenz, die durch das Umschalten zwischen dem ersten und dritten elektrischen Potential definiert ist, zwischen 1 kHz und 1000 kHz liegen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder - verfahrens kann das System einen oder mehrere Knoten A aufweisen und jeder Knoten A ist mit Elektroden eines Touchpanels verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann das System einen oder mehrere Knoten B aufweisen und zumindest ein Knoten B ist mit Elektroden eines Touchpanels verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann das System einen oder mehrere Knoten A und zumindest einen Knoten B aufweisen, der mit Elektroden des zweiten Detektionssystems verbunden ist, die in der Nähe eines Touchpanels angeordnet sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder - verfahrens kann der Knoten A Teil eines ersten Mikrocontrollers für die 2D-Berührungs- und Schwebedetektion sein, und der Knoten B kann Teil eines zweiten Mikrocontrollers für die 3D-Mittelbereichspositions- und Gesten-Detektion sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens können die Knoten A und B Teil eines Mikrocontrollers zur gemeinsamen 2D-Berührungs- und Schwebedetektion und zur 3D-Positions- und Gesten-Detektion sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann das Sensorsystem einen nahtlosen Übergang zwischen 3D-Mittelbereichspositionserfassung, 2D-Schwebepositionserfassung und Berührungspositionserfassung ermöglichen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann eine mit dem Knoten A verbundene Elektrode zur Berührungs- und/oder Schwebedetektion verwendet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des obigen Sensorsystems oder -verfahrens kann eine mit dem Knoten B verbundene Elektrode zur berührungslosen 3D-Positions- und/oder Gestenerfassung verwendet werden.
Figurenliste

1 zeigt ein 2D/3D-Detektionssystem, das mit Zeitmultiplex arbeitet;
1a zeigt ein Zeitdiagramm für das System von 1;
2 zeigt ein Schaltbild zur Messung von Eigenkapazität;
3 zeigt ein Zeitdiagramm für ein spezifisches Verfahren zur Messung der Eigenkapazität;
4 zeigt den Zeitpunkt für die reine 3D-Erfassung mit CVD-Messungen;
5 zeigt ein Schaltbild zum Messen der Eigenkapazität gemäß einer Ausführungsform;
6 und 6a zeigen Zeitdiagramme von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Anmeldung;
6b zeigt ein Schaltbild zum Messen der Eigenkapazität gemäß dem in 6a gezeigten Zeitdiagramm;
7 zeigt ein Zeitdiagramm einer weiteren Ausführungsform, das die Überlagerungs-2D- und 3D-Abtastzyklen für die verschachtelte Erfassung zeigt;
8 zeigt ein Zeitdiagramm mit einer 2D-Anschlussfeld-Ansteuerungssequenz, wenn das Vor-Laden auf Vv_{E_high} und V_{VE_low} gemäß einer weiteren Ausführungsform durchgeführt wird.
9 zeigt ein vereinfachtes Zustandsdiagramm des konventionellen Zeitmultiplexens;
10 zeigt ein Zustandsdiagramm mit konventionellen Schalten;
11 und 12 zeigen Ausführungsformen mit einem 2D-Gitter mit horizontalen und vertikalen Elektroden („Leitungen“) und einem Rahmen von vier weiteren Elektroden;
13 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem 2D-Gitter mit horizontalen und vertikalen Elektroden („Leitungen“) und einer segmentierten Elektrode nahe einer Seite des 2D-Gitters; und
14 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem 2D-Gitter mit horizontalen und vertikalen Elektroden („Leitungen“), einer segmentierten Elektrode nahe einer Seite des 2D-Gitters und einer weiteren Elektrode auf der gegenüberliegenden Seite des 2D-Gitters;
15 bis 18 zeigen verschiedene weitere Ausführungsformen von Sensoranordnungen; und
19 zeigt die Rauschanfälligkeit mit und ohne Zeitmultiplex.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
2D-Berührungsdetektionssysteme haben sich seit langem zu Standard-Mensch-Maschine-Schnittstellen entwickelt, beispielsweise in Touch-Displays. Anwendungsfälle für die Schwebepositionsverfolgung über solchen Anzeigen sind beispielsweise das Hervorheben des angezeigten Kontexts unter der Hand, z.B. in einem Kontextmenü oder einer Taskleiste. Beispielsweise kann eine Anzeige, die eine solche Schnittstelle verwendet, allgemeine Informationen anzeigen, und wenn sich eine Benutzerhand der Anzeige nähert und eine vordefinierte Entfernung erreicht, kann ein Popup-Menü angezeigt werden. Außerdem kann ein Finger über den verschiedenen Menütasten schweben, die vergrößert angezeigt werden können, wenn der Finger über ihnen schwebt. Sobald eine tatsächliche Berührung erkannt wird, kann die entsprechende Taste hervorgehoben, die Farbe geändert oder ein anderes Funktionsmenü angezeigt werden. Beispielhafte Anwendungsfälle für die 3D-Gesten-Detektion sind Flick-Gesten zum Navigieren durch ein Menü oder zum Umschalten einer Audiospur sowie kreisförmige Bewegungsgesten zur Steuerung der Audiolautstärke. Die Nachfrage nach solchen Merkmalen wurde insbesondere auf dem Automobilmarkt adressiert.
Wie oben diskutiert, gibt es existierende Lösungen für die eigenständige 2D-Berührungs-/Schwebedetektion, z.B. maXTouch®-Chips, und es gibt andere existierende Lösungen für die eigenständige 3D-Detektion im mittleren Reichweitenbereich, z.B. MGC3xxx GestIC®-Chips von Microchip Technology Inc. Diese Systeme verwenden kapazitive Abtastung. Sie erzeugen einen wiederholten elektrischen Stimulus und messen dessen Einfluss auf eine an einer Messelektrode gemessene Größe. Diese Größe wird durch Änderungen in der kapazitiven Umgebung der Erfassungselektrode amplitudenmoduliert, insbesondere durch die positionsabhängigen Kapazitäten eines Fingers oder einer Hand in dieser Umgebung. Die Wiederholungsfrequenz dieses Stimulus wird als Trägerfrequenz bezeichnet und liegt typischerweise im Bereich von 40 kHz bis 250 kHz. Neben diesem Stimulus ist ein kapazitives Sensorsystem typischerweise so ausgebildet, dass es ebenfalls periodische digitale und/oder analoge Ansteuer- und Steuersequenzen ausführt, die direkt messbar sein können oder nicht, beispielsweise für Eingangsportschalter, Verstärker, Analog-Digital-Wandler (ADC) oder andere Front-End-Timings. Eine Periode dieses Satzes von simultanen periodischen Stimuli und Sequenzen wird als elementarer Erfassungszyklus (EAC) bezeichnet, d.h. ein EAC selbst ist eine nicht periodische Sequenz.
Die Berührungsdetektion - insbesondere die Detektion der ersten Berührung - mit einem maXTouch®-Controller wird normalerweise durch Selbstkapazitätsmessungen ausgeführt, bei denen die Erfassungselektrode während der Messungen auf sogenannte elektrische Potentiale der virtuellen Erde (Virtual Earth, VE) gesteuert wird. Für solche Selbstkapazitätsmessungen können mehrere Elektroden eines Sensors gleichzeitig verwendet werden. Weiterhin können Elektroden, die derzeit noch nicht erfasst werden, auf die gleiche Weise wie die erfassten Elektroden angesteuert werden, wodurch gegenseitige Kapazitätseffekte auf die gemessenen Daten unterdrückt werden, was als „Driven Shield“ bezeichnet werden.
2 zeigt eine beispielhafte Konfiguration zur Selbstkapazitätsmessung einer Sensorelektrode mit einer Schaltung, die eine Schalteinheit 240, einen Integrator 220 und einen zugehörigen ADC 230 aufweist. Das Anschlussfeld 215 und seine angeschlossene Sensorelektrode 210 werden vorgeladen, indem entweder der Schalter S1 auf Vdd oder der Schalter S2 auf Masse geschaltet wird, während S0 geöffnet ist, und auch der Schalter Sint geschlossen ist, um den Integrationskondensator Cint zu entladen, während S0 geöffnet ist. Dann werden für eine Erfassungsphase alle Schalter geöffnet und dann wird S0 geschlossen. Dadurch wird das Anschlussfeld 215 und seine angeschlossene Elektrode 210 auf das VirtualEarth-Potential V_VE gesteuert, und Cint integriert die Ladung, die sich zur oder von der Sensorelektrode 210 bewegt. Der Vorgang kann wiederholt werden, indem die Sensorelektrode 210 auf das entgegengesetzte Potential, Masse oder Vdd vorgeladen wird und ein anderes elektrisches VirtualEarth-Potential verwendet wird.
3 zeigt schematisch einen Zeitverlauf der Anschlussfeld-Spannung, d.h. des Stimulus, während einer Eigenkapazitäts-EAC, die im Wesentlichen aus zwei Hauptphasen besteht, wobei jede eine Vor-Ladephase und eine Erfassungsphase aufweisen kann. Somit gibt es gemäß einer Ausführungsform in einer EAC zwei Vor-Ladephasen P1, P2, in denen das Anschlussfeld auf ein gewünschtes elektrisches Potential gesteuert wird, und zwei Erfassungsphasen Q1, Q2, in denen das Anschlussfeld auf andere elektrische Potentiale gesteuert wird, die virtuellen Erdpotentiale Vv_{E_high} oder V_{VE_low}, und die zum Anschlussfeld fließende Ladungsmenge wird gemessen. Dies kann beispielsweise durch eine Schaltung wie in 2 gezeigt oder durch eine Strommessung der jeweiligen Ansteuerschaltung erreicht werden. Dies ist auch in Tabelle 1 mit der Vor-Ladephase P1 einschließlich der Unterphasen P1_A1, P1_A2 und P1_A3, der Erfassungsphase Q1 mit den Unterphasen Q1_A1 und Q1_A2, der Vor-Ladephase P2 einschließlich der Unterphasen P2 A1, P2_A2 und P2 A3, der Erfassungsphase Q2 mit Unterphasen Q2_A1 und Q2_A2 zusammengefasst. Weiterhin verallgemeinern wir in Tabelle 1 die Vorladespannung Vdd in der Unterphase P1_A2 auf V_PC,high und die Vorladespannung Vss oder Masse in der Unterphase P2_A2 auf V_PC,low. Jedes Anschlussfeld, an das eine Sensorelektrode angeschlossen werden kann, ist galvanisch mit einem elektrischen Knoten eines Stromkreises verbunden. Wir bezeichnen einen elektrischen Knoten, der mit einer Ansteuerungssequenz für Messungen der virtuellen Erde angesteuert wird, als Knoten vom Typ A oder Knoten A. Wie gemäß Stand der Technik bekannt, wird davon ausgegangen, dass ein elektrischer Knoten keinen physikalischen Punkt in einem Schaltplan bildet, sich aber im Wesentlichen auf alles bezieht, was galvanisch gekoppelt ist.

Die Ansteuerungssequenz ist im Wesentlichen für alle 2D-Gitterelektroden gleich, d.h. horizontale und vertikale Elektroden des Gitters 150 in 1. Es wird jedoch typischerweise nur eine Teilmenge von 2D-Elektroden abgetastet. Typischerweise werden Teilmengen von Elektroden abwechselnd abgetastet, so dass nach einem Wechselzyklus jede Elektrode zumindest einmal erfasst wurde. „Abtasten“ oder „Erfassen“ bezieht sich hiermit auf das Messen der Menge an elektrischer Ladung, die während der Phasen Q1 bzw. Q2 zu oder von einer 2D-Elektrode fließt. Tabelle 1: Vor-Lade- und Erfassungsphasen

	Virtuelle Erde - Knoten A	CVD - Knoten B
VorLadung (P1)	P1_A1: indifferent	P1_B1: indifferent
	P1_A2: Ansteuerung auf V_PC,high	P1_B2: Ansteuerung auf V_B,high
	P1_A3 (optional): Tristate	P1_B3: Tristate

Akquisition (Q1)	Q1_A1: indifferent	Q1_B: hochohmig @DC (kapazitive Reaktanz)
Akquisition (Q1)	Q1_A2: Ansteuerung auf V_VE _low	nicht angesteuert
VorLadung (P2)	P2_A1: indifferent	P2_B1: indifferent
	P2_A2: Ansteuerung auf V_PC,low	P2_B2: Ansteuerung auf V_B,high
	P2_A3 (optional): Tristate	P2_B3: Tristate
Akquisition (Q2)	Q2 A1: indifferent	Q2_B: hochohmig @DC (kapazitive Reaktanz)
Akquisition (Q2)	Q2_A2: Ansteuerung auf V_{VE_high}	nicht angesteuert

Jede Phase oder Unterphase entspricht einem Zeit-Slot in der EAC, wie in 3 gezeigt. Zuerst wird während der Phase P1 das Empfangspad auf Knoten A mit seiner angeschlossenen Empfangselektrode auf V_PC,high = Vdd gesteuert, und dann während einer sogenannten Ladungsintegrationsphase Q1 auf V_{VE_low} gesteuert, dann wird das Anschlussfeld auf Knoten A während der Phase P2 auf V_PC,low = Vss gesteuert, und dann während einer weiteren Ladungsintegrationsphase Q2 auf V_{VE_high}. Die Phasen P1 und Q1 können gemeinsam mit den Phasen P2 und Q2 ausgetauscht werden, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen. Das Anschlussfeld - oder genauer gesagt der angeschlossene elektrische Knoten - kann jederzeit in Tristate gesetzt werden, solange die in Tabelle 1 aufgeführten Ansteuerungszustände P1_A2, Q1_A2, P2_A2 und P2_A3 zumindest für einige Zeit in jedem entsprechenden Zeit-Slot erhalten bleiben. Der Knotenzustand, d.h. ob der Knoten während der Phasen P1_A1, Q1_A1, P2_A1 und Q2_A1 angesteuert, hochohmig oder in Tristate eingestellt wird, beeinflusst die während der Erfassungsphasen gemessenen Werte nicht und wird daher als „indifferent“ angegeben.
Für 3D-Messungen führt der MGC3140 GestIC®-Controller von Microchip Technology Inc. kombinierte Messungen der Eigenkapazität und der gegenseitigen Kapazität durch, wobei sogenannte Capacitive Voltage Division (CVD-) Messungen verwendet werden, siehe auch Application Note AN1478, veröffentlicht vom Einreicher dieser Anmeldung und hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen. Während an einer Rx-Erfassungselektrode eine Selbstkapazitätsmessung durchgeführt wird, wird an einer benachbarten sogenannten Tx-Elektrode, die mit einem Tx-Anschlussfeld verbunden ist, das elektrische Potential während der CVD-Erfassungsphase geändert. 4 zeigt schematisch ein Zeitdiagramm der Tx-Anschlussfeld-Spannung, die im Wesentlichen einen zweiten Stimulus darstellt, der Rx- (Erfassungs-) Anschlussfeld-Spannung und der Spannung an einem internen Kondensator während einer EAC. Wie bei Messungen der virtuellen Erde ist jedes Anschlussfeld, an das eine Sensorelektrode angeschlossen werden kann, galvanisch mit einem elektrischen Knoten eines Stromkreises verbunden. Wir bezeichnen einen elektrischen Knoten, der mit einer Ansteuerungssequenz für CVD-Messungen angesteuert wird, als Knoten vom Typ B oder Knoten B. Die Ansteuerungssequenz für eine EAC auf einem Knoten B, der mit einem CVD-Rx-Anschlussfeld und einer Elektrode verbunden werden kann, ist ebenfalls in Tabelle 1 in der Spalte ‚CVD - Knoten B‘ aufgeführt: Im Wesentlichen besteht die Sequenz darin, das an Knoten B angeschlossene Anschlussfeld abwechselnd mit zwei Spannungen V_B,high und V_B,low, vorzuladen und dann das Anschlussfeld hochohmig bei Gleichstrom (DC) einzustellen, d.h. das Anschlussfeld nicht zu steuern. In dem Beispiel von 4 ist V_B,high = Vdd und V_B,low = Vss. Eine mögliche Realisierung für eine hohe Impedanz bei Gleichstrom besteht darin, das Anschlussfeld mit einer kapazitiven Reaktanz zu verbinden, beispielsweise dem Abtastkondensator eines ADC. Das Einstellen des Anschlussfeldes auf hohe Impedanz bei Gleichstrom wird während der Phasen Q1_B und Q2_B für zumindest einen Teil der Zeit durchgeführt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Knoten für einige Zeit-Slots während Q1 B und Q2_B in Tristate betrieben werden oder beispielsweise getrennt werden.
Es können mehrere Knoten A und Knoten B implementiert werden, und je nach System können sie parallel oder sequentiell ausgewertet werden. Beispielsweise kann ein 3D-Detektionssystem vier oder mehr Sensorelektroden verwenden, wie in 11 bis 18 mit den Elektroden 110 bis 140 und 180 gezeigt. Diese Elektroden können gemäß verschiedenen Ausführungsformen nacheinander oder parallel ausgewertet werden.
5 zeigt die Hauptkonfiguration für CVD-Eigenkapazitätsmessungen mit einer Schalteinheit 310 und einem zugehörigen ADC 230: wenn der Schalter Saperture der Schalteinheit 310 geöffnet wird, d.h. ausgeschaltet wird, wird die Sensorelektrode 210 mit der Eigenkapazität C_s gegen Masse entweder auf V_dd oder Masse vorgeladen, und der interne Haltekondensator C_Hold des ADC 230 wird auf das entgegengesetzte elektrische Potential vorgeladen, d.h. auf Masse, wenn die Sensorelektrode 210 auf V_dd vorgeladen wird und umgekehrt durch Schließen der jeweiligen Schalter der Schalteinheit 310 auf V_dd und Masse. Nach dem Vorladen werden dann alle Schalter der Schalteinheit 310 geöffnet und der Aperturschalter Saperture geschlossen. Folglich muss Vs = - V_Hold gehalten werden und daher bewegen sich die Ladungen zwischen C_S und C_Hold, um diese Gleichung zu erfüllen. Dann wird V_Hold vom ADC 230 gemessen.
Unter der Annahme, dass diese beiden Systeme für die 2D-Erfassung und die 3D-Erfassung unabhängig voneinander betrieben werden könnten, sind Beispiele für gewünschte Sensorlayouts in 11 bis 14 gezeigt.
11 und 12 zeigen ein rechteckiges Standard-Touchpanel mit einem 2D-Gitter 170 aus horizontalen und vertikalen leitenden Leitungen oder Elektroden, beispielsweise aus transparentem Indiumzinnoxid (ITO), zur 2D-Berührungs- und Schwebepositionserfassung. 11 zeigt zusätzlich, wie das Berührungsgitter zur Berührungspositionserfassung und zur Näherungs- und 3D-Berührungsdetektion gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden kann. 11 zeigt zusätzlich eine 2D-Berührungserfassungsschaltung 410 und eine 3D-Gestenerfassungsschaltung 420 mit Zeitmultiplex 430. Während der Zeit der 2D-Erfassung werden die 3D-Rahmenelektroden 110, 120, 130, 140 auf ein konstantes elektrisches Potential eingestellt. Während der Zeit der 3D-Erfassung schaltet die Berührungssteuerung 410 einen Satz von 2D-Gitterelektroden 170 auf einen 3D-Stimulus um. Dieser Satz könnte nur aus den Spalten bestehen, wie in 11 gezeigt. Andere Ausführungsformen können jedoch nur Zeilen, eine Kombination bestimmter Spalten und Zeilen oder alle Spalten- und Zeilenelektroden auswählen.
12 zeigt, dass n Leitungen verwendet werden, um dieses Gitter 170 mit einer Auswerteschaltung 190 gemäß einer Ausführungsform zu verbinden. Um dieses Touchpanel herum sind vier Rahmenelektroden 110-140 angeordnet, um die Position eines Objekts über dem Touchpanel bis zu beispielsweise 10 cm entfernt von der Touchpanel-Oberfläche zu erfassen. Aufgrund der geringeren Empfindlichkeit und des geringeren Erfassungsbereichs kann das 2D-Berührungserfassungssystem typischerweise mit dem 2D-Elektrodengitter 170 dieses Layouts arbeiten, unabhängig davon, wie die Rahmenelektroden angesteuert werden. Die empfindlichere 3D-Erfassung mit den Rahmenelektroden 110 bis 140 könnte jedoch sehr großen Nutzen daraus ziehen, wenn das 2D-Sensorgitter 170 dazu dienen könnte, einen Tx-Stimulus bereitzustellen. Als Gegenbeispiel hätte das 2D-Gitter 170 unter der Annahme, dass es auf Erdpotential oder Gleichstrom eingestellt ist, einen ähnlichen Effekt auf die 3D-Messwerte als ein tatsächlich zielgerichteter Finger, und dieser Einfluss des 2D-Gitters 170 würde den Effekt eines Fingers auf die Messwerte teilweise oder vollständig maskieren. In dem Beispiel des Sensorlayouts in 12 würden die linke und rechte Rahmenelektrode 140, 120 überwiegend zum Erfassen der Handposition in x-Richtung verwendet, und die obere und untere Elektrode 110, 130 würden überwiegend zum Erfassen der Handposition in y-Richtung verwendet. Die Ansteuerungssequenz für die 3D-Rahmenelektroden ist in der rechten Spalte von Tabelle 1 („CVD - Knoten B“) aufgeführt. Die Ansteuerung der 2D-Gitterelektroden ist im Wesentlichen für alle 2D-Gitterelektroden gleich, wie in Tabelle 1 „VirtualEarth - Knoten A“ aufgeführt, und eine Teilmenge der 2D-Gitterelektroden wird angesteuert und abgetastet, während die verbleibenden 2D-Gitterelektroden nur angesteuert, aber nicht abgetastet werden oder auf ein konstantes elektrisches Potential gebracht werden.
13 zeigt einen Ansatz mit vier GestIC®-Elektroden 110a, 120a, 130a und 140a, die neben einer Kante des 2D-Gitters 170 angeordnet sind und eine bessere 3D-Positionierung in x-Richtung, jedoch nicht in y-Richtung ermöglichen.
14 zeigt einen Ansatz mit vier GestIC®-Elektroden 110a bis 140a, die entlang einer Kante des 2D-Gitters 170 angeordnet sind, sowie einer weiteren GestIC®-Elektrode 180, die neben einer anderen Kante des 2D-Gitters 170 angeordnet ist.
Trotz der Tatsache, dass es wünschenswert wäre, das 2D-Gitter 170 zu verwenden, um einen Stimulus während der 3D-Erfassung bereitzustellen, können die oben erwähnten eigenständigen Lösungen nicht einfach gleichzeitig in unmittelbarer Nähe zueinander betrieben werden: Beide Lösungen führen eine kapazitive Erfassung durch, und während die die Auswirkungen solcher Systeme auf ihre elektrische Umgebung typischerweise in ihrer Reichweite begrenzt sind, können, sobald die Systeme nahe beieinander betrieben werden, diese als denselben physikalischen Kanal verwendend betrachtet werden. Dies bedeutet weiter, dass - sofern die Systeme nicht ordnungsgemäß für den gemeinsamen Betrieb ausgebildet sind - jedes das andere als Rauschquelle wahrnimmt, was die Leistung beeinträchtigen oder vollständig verhindern kann.
Bestehende Lösungen für dieses Problem, wie im Abschnitt Hintergrund der Erfindung erläutert, implementieren zwei parallele Systeme, eines für die 2D-Berührungserfassung und eines für die 3D-Mittelbereichserfassung, und diese beiden Systeme arbeiten hinsichtlich der gemeinsamen Nutzung der Kanalressource mit Zeit-Multiplexing zusammen, d.h. tatsächlich erfasst immer nur eines der beiden Systeme zu einem Zeitpunkt. Dies ist ein Leistungskompromiss für jedes der Systeme in Bezug auf Reaktionszeit, Empfindlichkeit, Rauschwiderstandsfähigkeit und elektromagnetische Emission.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden für die 2D-Selbstkapazitätserfassung der virtuellen Erde die elektrischen Knoten, die über Chip-Anschlussfelder mit einer oder mehreren Erfassungselektroden eines 2D-Elektrodengitters verbunden sind, während der Erfassungsphase angesteuert, wodurch das elektrische Potential der Knoten von einem höheren Pegel auf einen niedrigeren Pegel (Phase Q1) geändert wird oder umgekehrt (Phase Q2). Diese Ansteuerung des elektrischen Knotens und seiner angeschlossenen Elektroden kann als Tx-Stimulus für 3D-GestIC®-Messungen an den Rahmenelektroden verwendet werden, siehe ‚3D Tx‘ in 4. Folglich müssen die Trägerfrequenzen für die 2D- und 3D-Erfassung angepasst werden. Die 2D-Elektroden, die derzeit nicht erfasst werden, können immer noch mit demselben Stimulus angesteuert werden, so dass das durch das 2D-Gitter 170 angeregte elektrische Feld - das die Messwerte der 3D-Rahmenelektroden beeinflusst - unabhängig davon ist, welche der 2D-Elektroden des 2D-Gitters 170 zu einem Zeitpunkt erfasst werden. Dies hat den Vorteil, dass die Auswertung der 3D-Rahmenelektrodenmessdaten völlig unabhängig von der 2D-Erfassung erfolgen kann, da die 3D-Messung nur durch das äußere Erscheinungsbild des 2D-Gitters beeinflusst wird, d.h. wie die 2D-Elektroden angesteuert werden, und nicht durch die 2D interne Signalauswertung. Weiterhin ergibt das Ansteuern auch der Elektroden, die gegenwärtig nicht erfasst werden, den vorgenannten Effekt der Unterdrückung von Einflüssen der gegenseitigen Kapazität zwischen den angesteuerten Elektroden.
Da mit diesem Ansatz die Selbstkapazitätsmessungen an den 2D-Gitterelektroden bis zu 100% der Zeit durchgeführt werden können, sind sie nicht durch Zeitmultiplex-3D-Abtastung begrenzt wie bei der Lösung nach dem Stand der Technik, und es gibt keine zusätzliche Verzögerung mehr für die Detektion der ersten Berührung.
Ein erstes Beispiel einer resultierenden Ansteuerungs-und Erfassungs-Sequenz ist in dem Zeitdiagramm von 6 gezeigt, das auch Anmerkungen zu dem verschiedenen Zeitsteuerungsphasen und einer EAC zeigt.
Das Signal ‚2D mXT Self-Cap - Knoten A‘ kann auf die gleiche Weise wie bei einem reinen 2D-Berührungserfassungssystem gesteuert werden (siehe 3). Gleichzeitig können 3D-Messungen durch Messen des elektrischen Potentials beispielsweise am Ende der Erfassungsphasen Q1 und Q2 erhalten werden, wo das Signal ‚2D mXT Self-Cap‘ als Tx-Stimulus genutzt wird.
15 veranschaulicht ein rechteckiges Standard-Touchpanel 170 mit einem 2D-Gitter aus horizontalen und vertikalen leitenden Sensorleitungen oder Elektroden und umgebenden 3D-Rx-Rahmenelektroden 110 bis 140. Jede der Elektroden ist galvanisch mit einem Anschlussfeld 510 verbunden, das selbst mit einem elektrischen Knoten in einem Stromkreis 520 verbunden ist.
16 veranschaulicht ein rechteckiges Standard-Touchpanel 170 mit einem 2D-Gitter aus horizontalen und vertikalen leitenden Sensorleitungen oder Elektroden, von denen einige dauerhaft mit elektrischen Knoten vom Typ A oder Typ B verbunden sind, und einige, beispielsweise Elektroden 530, 540 und 560, können durch entsprechende Multiplexer 570 zwischen Knoten von Typ A oder Typ B gemultiplext werden. Wie ersichtlich ist, könnte jede der verfügbaren Elektroden permanent einer der 2D- oder 3D-Erfassungsschaltungen zugeordnet sein. Um beispielsweise einen Rahmen ähnlich den Elektroden 110 bis 140 von 15 anstelle der Elektrode 540 zu bilden, könnte die Elektrode 580 variabel der 3D-Erfassungsschaltung zugeordnet werden. Jede geeignete feste, konfigurierbare oder gemischte Konfiguration ist gemäß den spezifischen Anforderungen einer Anwendung möglich.
17 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform mit einem rechteckigen Standard-Touchpanel 170 mit einem 2D-Gitter aus horizontalen und vertikalen leitenden Sensorleitungen oder Elektroden und umgebenden 3D-Rx-Eckelektroden 610, 620, 630, 640.
18 veranschaulicht standardmäßige kapazitive Berührungstasten 650 und eine standardmäßige kapazitive Schieberelektrodenanordnung 660 und 3D-Rx-Rahmenelektroden 110 bis 140.
10 zeigt ein mögliches Zustandsdiagramm zum Umschalten zwischen a) GestIC®-Mittelbereichspositions- und Gesten-Detektion unter Verwendung von Messdaten, beispielsweise von Rahmenelektroden, zusammen mit der Selbstkapazitäts-Schwebe-Detektion aus Messdaten, beispielsweise von dem 2D Elektrodengitter und b) einen reinen Berührungs- und Schwebedetektionsmodus, der aktiv ist, solange eine Berührung des 2D-Elektrodengitters erfasst wird. Ein Wechsel in den letzteren Modus ist nur bei Detektion einer ersten Berührung und möglicherweise für jede Art von Kalibrierungsscans erforderlich.
In einer alternativen Implementierung werden 3D-Messungen auch durchgeführt, während eine oder mehrere Berührungen erfasst werden. Zum Beispiel werden sie durchgeführt, während Selbstkapazitätsmessungen am 2D-Elektrodengitter durchgeführt werden, was beispielsweise wiederholt und abwechselnd mit Messungen der gegenseitigen Kapazität erfolgen kann.
Die Vorladeunterphasen P1_A2 und P1_B2 sowie P2_A2 und P2_B2 können dieselbe Startzeit und/oder dieselbe Stoppzeit aufweisen, dies ist jedoch nicht erforderlich. Zum Beispiel sehen wir in 6, dass P1_A2 vor P1_B2 beginnt - der Start von P1_B2 ist, wenn das 3D-Rx-Anschlussfeld-Signal auf Vdd springt - und dann überlappen sich P1_A2 und P1_B2 einige Zeit, bis P1_B2 endet, wie in 6 angegeben, oder P1_A2 endet (in 6 nicht sichtbar). Im Folgenden werden nicht bevorzugte Varianten des vorgeschlagenen Ansatzes mit ihren Vor- und Nachteilen vorgestellt.
Verschachtelte Erfassung:
Tabelle 1 zeigt die verschiedenen Phasen oder Zeit-Slots einer EAC für 2D VirtualEarth (Knoten A) und 3D-CVD-Messungen (Knoten B). Bei diesem bevorzugten Ansatz treten gemäß verschiedenen Ausführungsformen sowohl die 2D-Erfassung als auch die 3D-Erfassung während der Phasen Q1 und Q2 auf. Alternativ könnten diese beiden Phasen auch für die 3D-Erfassung verwendet werden, wobei das „2D mXT Self Cap“-Signal nur einen Stimulus für diese 3D-CVD-Messungen liefert, d.h. die 2D-Leitungen während der Phasen Q1 und Q2 nicht erfasst werden. Stattdessen würde die 2D-Erfassung während der erweiterten Phasen P1_A1 und P2_A1 erfolgen. Dies ist in dem alternativen Zeitdiagramm von 7 dargestellt. Nachdem die Erfassungsphasen für 2D- und 3D-Messungen zeitlich getrennt wurden, können die Signale auf den Elektroden, die gegenwärtig nicht erfasst werden, ausgewählt werden, um die Strommessung zu unterstützen. Beispielsweise könnten die Anschlussfelder für die 3D-Erfassung während der 2D-Erfassungsphase auf ein konstantes elektrisches Potential eingestellt werden, wie in 7 gezeigt, oder sie könnten auf das gleiche elektrische Potential wie die Anschlussfelder für die 2D-Elektroden (in 7 nicht gezeigt) gesteuert werden. Dieser Ansatz kann als Verschachtelung von 2D- und 3D-Messungen innerhalb einer EAC interpretiert werden, bei der das 2D-Gitter oder Teile davon mit einem Tx-Stimulus für die 3D-Erfassung angesteuert werden, während es nicht für 2D-Selbstkapazitätsmessungen verwendet wird. Ein möglicher Nachteil könnte sein, dass dieser zusätzliche Teil des Stimulus den Gesamtstromverbrauch und die elektromagnetische Emission im Vergleich zu dem in 6 bevorzugten Ansatz erhöht.
Weitere mögliche Nachteile dieser Lösung der verschachtelten Erfassung können sein: 1) Analog-Digital-Wandlung: Die Abtastzeitinstanzen für 2D/Schwebe-Messungen und 3D GestIC® sind verschachtelt. Das heißt, entweder müssen die ADC-Timings für 2D/Schwebe-Messungen und 3D-Messungen einzeln gesteuert werden, oder - für das gemeinsame Timing aller ADCs - es muss jede andere resultierende digitale Probe verworfen werden, d.h. die 2D/Schwebe-Messprobe wird verworfen während die 3D GestIC®-Messprobe behalten wird und umgekehrt. Letzteres würde die Anforderungen an die ADC-Konvertierungsgeschwindigkeit ungefähr verdoppeln. In Anbetracht der Tatsache, dass das System nach dem Stand der Technik aufgrund von EMV-Einschränkungen typischerweise bei 40 bis 50 kHz betrieben wird, würde die resultierende maximale Abtastfrequenz immer noch nur 200 kHz betragen.
2) Signaleinschwingzeit: Aufgrund der verschachtelten Messungen wird die für die Signaleinstellung verfügbare Zeit im Vergleich zum bevorzugten Ansatz oder einem Nur-2D/3D-System, das mit derselben Trägerfrequenz arbeitet, reduziert. Dies kann für größere Displays mit ITO-Elektroden und höheren Betriebsfrequenzen relevant werden. Höhere Trägerfrequenzen werden derzeit jedoch unter Berücksichtigung der EMV-Einschränkungen und der daraus resultierenden Auswahl der Betriebsfrequenzen (-40-50 kHz) für den Ansatz nach dem Stand der Technik nicht erwartet.
2D-VE-Selbstkapazitätsmessungen mit Vorladung auf V_{VE_high} und V_{VE_low} : Anstatt die 2D-Erfassungsknoten während der Vor-Ladephasen P1_A2 bzw. P2_A2 auf V_PC,high = Vdd und V_PC,low = Vss zu steuern, können sie auch auf andere elektrische Potentiale gesteuert werden. Zum Beispiel können sie auf V_PC,high = V_{VE_high} und V_PC,low = V_{VE_low} gesteuert werden, wie zum Beispiel in 8 gezeigt, wo das elektrische Potential während der Phasen P1 bzw. P2 konstant ist. Da die Knoten bereits während der jeweiligen vorhergehenden Erfassungsphasen auf diese Spannungen gesteuert wurden, ist möglicherweise nicht einmal eine aktive Ansteuerung erforderlich, und die Anschlussfelder können alternativ im Modus Tristate eingestellt werden. Dies ist in 6a weitergehend veranschaulicht. 6b zeigt eine beispielhafte Systemkonfiguration für solche Messungen. In dieser Ausführungsform weist der Integrator einen als Integrator ausgebildeten Operationsverstärker 710 auf, wobei der invertierende Eingang mit der Sensorelektrode 720 gekoppelt werden kann und der nicht invertierende Eingang selektiv entweder mit Vv_{E_high} oder V_{VE_low} gekoppelt werden kann.
2D-CVD-Selbstkapazitätsmessungen: Anstatt die 2D-Sensorknoten während der Phasen Q1 und Q2 aktiv zu steuern, besteht ein alternativer Ansatz darin, sie bei Gleichstrom hochohmig einzustellen, ähnlich wie bei den 3D-CVD-Sensorknoten. Weiterhin könnten die Vorladepotentiale, auf die die Anschlussfelder während der Phasen P1_A2 und P2_A2 gesteuert werden, zur besseren Empfindlichkeit als V_dd bzw. V_ss gewählt werden.
Um die Anzahl der Erfassungsleitungen für 2D-Eigenkapazitätsmessungen zu begrenzen und gleichzeitig 3D-Messungen mit mittlerer Reichweite durchzuführen - beispielsweise aufgrund einer begrenzten Anzahl von analogen Empfangskanälen - könnten zwei oder mehr 2D-Erfassungsleitungen mit demselben elektrischen Knoten kurzgeschlossen werden um erfasst zu werden. Beim Verbinden benachbarter Leitungen sollte die Schwebepositionierung immer noch mit ausreichender Genauigkeit möglich sein, wenn nur wenige, beispielsweise zwei oder drei Leitungen verbunden werden. Im Extremfall würden alle horizontalen, alle vertikalen oder alle 2D-Erfassungsleitungen mit einem einzelnen 2D-Erfassungsknoten verbunden. Dies würde natürlich keine 2D-Positionsschätzung mehr ermöglichen, sondern nur noch eine Annäherungs- und eine (Erst-) Berührungsdetektion. Auch die kapazitive Last des Elektrodengitters 170 wäre wahrscheinlich eine Herausforderung für die Signalansteuerung.
Die verschiedenen Ausführungsformen ergeben eine Reihe von Vorteilen gegenüber der Zeitmultiplexlösung nach dem Stand der Technik:

Die 2D-Reaktionszeit bei der ersten Berührung bleibt so kurz wie bei einem reinen 2D-Berührungsdetektionssystem, d.h. es würde keine zusätzliche Verzögerung bei der Detektion der ersten Berührung auftreten: Im Gegensatz zum Ansatz nach dem Stand der Technik, bei dem 2D-Scans beispielsweise nur während 2 von 10ms durchgeführt werden können, besteht bei der vorgeschlagenen Lösung eine solche Einschränkung nicht mehr. Die Reaktionszeit bei der ersten Berührung ist sowohl für die Benutzererfahrung als auch für das Marketing von großer Bedeutung - dies ist ein wichtiges Verkaufsargument.

Bei der Lösung nach dem Stand der Technik ist die 2D-Messzeit sehr begrenzt - sie reicht lediglich aus, um eine zuverlässige Detektion bei erster Berührung zu erzielen. Mit der vorgeschlagenen Lösung gibt es aufgrund des Zeitmultiplexens keine zeitliche Begrenzung mehr, daher kann das SNR der 2D-Signale erheblich profitieren, was beispielsweise eine Nahbereichs-Schwebedetektion ermöglicht. Mit der Positionsschätzung bei mittlerer Reichweite unter Verwendung von beispielsweise GestIC® zusammen mit der gleichzeitigen 2D-Schwebedetektion wird ein sukzessiver Übergang zwischen der mittleren Reichweite (gröbere Auflösung) und dem Nahbereich (feinere Auflösung) möglich.
Elektromagnetische Emission ist für Kunden sehr wichtig. Sowohl beim Ansatz nach dem Stand der Technik als auch beim vorgeschlagenen Ansatz gibt es zu 100% der Zeit einen elektrischen Stimulus. Aber nur mit dem vorgeschlagenen Ansatz sind die aufgrund dieses Stimulus verfügbaren analogen Informationen zu 100% der Zeit sowohl für die 2D- als auch für die 3D-Erfassung zugänglich. Zum Beispiel sind es nach dem Stand der Technik nur 83%. Umgekehrt bedeutet dies, dass wir mit dem vorgeschlagenen Ansatz die Amplitude des Stimulussignals verringern und so die Emission reduzieren könnten, während wir immer noch das gleiche SNR wie beim Stand der Technik erhalten.
Verbesserte Rauschwiderstandsfähigkeit für 3D-Messungen: Digitale Tiefpassfilter erwarten normalerweise Eingangswerte, die in regelmäßigen Zeitintervallen abgetastet werden. Ihre Filterleistung wird verschlechtert, wenn Abtastwerte fehlen, wie dies beim Zeitmultiplexsystem nach dem Stand der Technik der Fall ist. Für den vorgeschlagenen Ansatz bleibt die Datenerfassung ununterbrochen, und daher ist die Rauschunterdrückung des Digitalfilters gleich dem Fall ohne Zeitmultiplex in 19.
Vereinfachung des Gesamterfassungssystems I: Da bei übergeordneten Algorithmen die erfassten Daten so aussehen, als wären sie mit einem Nur-2D- bzw. nur-3D-System erhalten worden, können algorithmische Fortschritte leichter auf eine breitere Produktpalette verteilt werden: Eine Unterscheidung zwischen Nur-2D-/3D-Systemen und dem vorgeschlagenen Ansatz wäre hinfällig. Dies ermöglicht kürzere Entwicklungszyklen.
Vereinfachung des Gesamterfassungssystems II: Typische Systeme für die kapazitive Erfassung verwenden einen adaptiven Frequenzauswahlalgorithmus, der es ermöglicht, auf eine andere Trägerfrequenz umzuschalten, wenn der Rauschpegel bei der aktuellen zu hoch ist. Da bei dem vorgeschlagenen Ansatz sowohl das 2D-System als auch das 3D-System mit derselben Trägerfrequenz arbeiten, ist nur eine algorithmische Instanz zum Auffinden der besten oder einer guten Trägerfrequenz erforderlich.
Der vorgeschlagene Ansatz stellt ein maXTouch®-Silizium für die 2D- und 3D-Positions- und Gesten-Detektion bereit. Weiterhin kann eine solche Lösung mehrstufige virtuelle Erdpotentiale unterstützen, indem beispielsweise ein 6-Bit-Digital-Analog-Wandler verwendet wird, was bedeutet, dass die Form des Ansteuersignals während der Phasen Q1_A1, Q2_A1 (und möglicherweise auch P1_A1 und P2_A1) zur Optimierung der elektromagnetischen Emission besser optimiert werden kann. In Bezug auf die 2D-Erfassungsleistung ist es nur wichtig, dass das Knotenpotential während Q1 bzw. Q2 essentiell/wesentlich abnimmt oder zunimmt und schließlich einen definierten Wert erreicht - wie dies durch das Ansteuern der Knoten auf bestimmte Stoppwerte während Q1_A2 und Q2 A2 vorgesehen ist.
Die Elektroden des 2D-Elektrodengitters können an denselben Stromkreis wie die GestIC-Elektroden angeschlossen werden, oder sie können an einen oder mehrere andere Stromkreise angeschlossen werden. Im letzteren Fall muss eine Signalisierungsverbindung zwischen den zwei oder mehr Stromkreisen hergestellt 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 2016/0261250 A1 [0004]

Claims

Sensorsystem, das ein erstes Detektionssystem und ein zweites Detektionssystem kombiniert; wobei das Sensorsystem ausgebildet ist, um Ansteuersignale an Elektroden des ersten Detektionssystems und des zweiten Detektionssystems bereitzustellen, wobei die Ansteuersignale eine Ansteuerungssequenz aufweisen, die aus einer Wiederholung eines elementaren Erfassungszyklus besteht, wobei jeder elementare Erfassungszyklus zwei aufeinanderfolgende Hauptphasen aufweist, wobei das Sensorsystem ausgebildet ist, um während einer ersten Hauptphase einen Knoten A, der mit zumindest einer Elektrode des ersten Detektionssystems gekoppelt ist, während einer Vor-Ladephase der ersten Hauptphase für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der ersten Hauptphase auf ein erstes elektrisches Potential zu steuern und, um während einer Erfassungsphase der ersten Hauptphase, den Knoten A für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der ersten Hauptphase auf ein erstes elektrisches Zwischenpotential zu steuern, und um einen Knoten B, der mit zumindest einer Elektrode des zweiten Detektionssystems gekoppelt ist, für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der ersten Hauptphase auf ein zweites elektrisches Potential zu steuern und danach den Knoten B für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der ersten Hauptphase auf hochohmig bei Gleichstrom zu schalten, und wobei während einer zweiten Hauptphase das Sensorsystem ausgebildet ist, um den Knoten A während einer Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase auf ein drittes elektrisches Potential zu steuern und, um während einer Erfassungsphase der zweiten Hauptphase den Knoten A für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der zweiten Hauptphase auf ein zweites elektrisches Zwischenpotential zu steuern, und um den Knoten B für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase auf ein viertes elektrisches Potential zu steuern und danach den Knoten B für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der zweiten Hauptphase auf hochohmig bei Gleichstrom zu schalten, wobei das erste Detektionssystem weiterhin ausgebildet ist, um eine elektrische Messung an Knoten A durchzuführen, und wobei das zweite Detektionssystem weiterhin ausgebildet ist, um eine elektrische Messung an Knoten B durchzuführen.
Sensorsystem nach Anspruch 1, wobei das erste Detektionssystem weiterhin ausgebildet ist, um eine elektrische Messung an Knoten A durchzuführen, während Knoten A auf das erste bzw. zweite elektrische Zwischenpotential gesteuert wird, und wobei das zweite Detektionssystem weiterhin ausgebildet ist, um ein elektrisches Potential an Knoten B zu messen, das nach dem Umschalten des Knotens B auf hochohmig bei Gleichstrom erreicht wird.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das erste elektrische Zwischenpotential niedriger ist als das erste elektrische Potential und wobei das zweite Zwischenpotential höher ist als das dritte elektrische Potential.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das erste elektrische Potential höher ist als das zweite elektrische Zwischenpotential und wobei das dritte elektrische Potential niedriger ist als das erste elektrische Zwischenpotential.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das erste elektrische Potential gleich dem zweiten elektrischen Zwischenpotential ist und wobei das dritte elektrische Potential gleich dem ersten elektrischen Zwischenpotential ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Sensorsystem ausgebildet ist, um während jeder Vor-Ladephase nach einem ersten Zeitintervall den Knoten A während eines zweiten Zeitintervalls auf das erste oder dritte elektrische Potential zu steuern, und um während jeder Erfassungsphase den Knoten A nach einem dritten Zeitintervall auf das zweite bzw. erste elektrische Zwischenpotential zu steuern.
Sensorsystem nach Anspruch 6, wobei das Sensorsystem ausgebildet ist, um den Knoten A nach dem zweiten Zeitintervall in Tristate zu schalten.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Sensorsystem ausgebildet ist, um den Knoten B während jeder Vor-Ladephase nach einem vierten Zeitintervall während eines fünften Zeitintervalls auf das zweite oder vierte elektrische Potential zu steuern und danach Knoten B in Tristate zu schalten, und Knoten B während jeder Erfassungsphase hochohmig bei Gleichstrom zu halten.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 2 oder 6 bis 8, wobei das erste elektrische Potential und das zweite elektrische Potential gleich sind und wobei das dritte elektrische Potential und das vierte elektrische Potential gleich sind.
Sensorsystem nach Anspruch 6, wobei ein Zeitintervall, in dem sich Knoten A auf dem ersten oder dritten elektrischen Potential befindet bzw. in dem sich Knoten B auf dem zweiten oder vierten elektrischen Potential befindet, überlappen.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Sensorsystem ausgebildet ist, um während der Vor-Ladephase der ersten Hauptphase den Knoten A auf dem ersten elektrischen Potential zu halten, und Knoten A während der Erfassungsphase der ersten Hauptphase auf das erste Zwischenpotential zu steuern und wobei während der Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase der Knoten A auf dem dritten elektrischen Potential gehalten wird und während der Erfassungsphase der zweiten Hauptphase der Knoten A auf das zweite elektrische Zwischenpotential gesteuert wird.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jeder der elektrischen Knoten galvanisch mit einem Port einer integrierten Schaltung gekoppelt oder verbunden ist, wobei jeder dieser Ports mit einem Anschlussfeld einer Chipbaugruppe verbunden ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Knoten A zur Berührungs- und/oder Schwebe-Detektion verwendet wird.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Knoten B zur Positions- und Gesten-Detektion im mittleren Reichweitenbereich verwendet wird.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei Analog-Digital-Wandler so ausgebildet sind, dass sie während der Erfassungsphasen abtasten.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Sensorsystem zum Erfassen der Position zumindest eines Objekts auf oder vor oder in der Nähe eines Touchpanels ausgelegt ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei eine Trägerfrequenz, die durch das Umschalten zwischen dem ersten und dritten elektrischen Potential definiert ist, zwischen 1 kHz und 1000 kHz liegt.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das System einen oder mehrere Knoten A aufweist und jeder Knoten A mit Elektroden eines Touchpanels verbunden ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das System einen oder mehrere Knoten B aufweist und zumindest ein Knoten B mit Elektroden eines Touchpanels verbunden ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das System einen oder mehrere Knoten A und zumindest einen Knoten B aufweist, der mit Elektroden des zweiten Detektionssystems verbunden ist, das in der Nähe eines Touchpanels angeordnet sind.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der Knoten A Teil eines ersten Mikrocontrollers zur 2D-Berührungs- und Schwebe-Detektion und der Knoten B Teil eines zweiten Mikrocontrollers zur 3D-Positions- und Gesten-Detektion im mittleren Reichweitenbereich ist.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Knoten A und B Teil eines Mikrocontrollers zur gemeinsamen 2D-Berührungs- und Schwebedetektion und zur 3D-Positions- und Gesten-Detektion sind.
Sensorsystem nach Anspruch 22, wobei das Sensorsystem einen nahtlosen Übergang zwischen 3D-Mittelbereichspositionsdetektion, 2D-Schwebepositionsdetektion und Berührungspositionsdetektion ermöglicht.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei eine mit dem Knoten A verbundene Elektrode zur Berührungs- und/oder Schwebedetektion verwendet wird.
Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder 24, wobei eine mit dem Knoten B verbundene Elektrode zur berührungslosen 3D-Positions- und/oder Gesten-Detektion verwendet wird.
Verfahren zum Kombinieren eines ersten Detektionsverfahrens und eines zweiten Detektionsverfahrens, wobei das Verfahren aufweist: Zuführen von Ansteuersignalen an Elektroden, wobei die Ansteuersignale eine Ansteuerungssequenz bilden, die aus einer Wiederholung eines elementaren Erfassungszyklus besteht, wobei jeder elementare Erfassungszyklus (EAC) aus zwei aufeinanderfolgenden Hauptphasen besteht; wobei während einer ersten Hauptphase ein mit zumindest einer Elektrode gekoppelter Knoten A während einer Vor-Ladephase der ersten Hauptphase für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der ersten Hauptphase auf ein erstes elektrisches Potential gesteuert wird und, während einer Erfassungsphase der ersten Hauptphase, der Knoten A für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der ersten Hauptphase auf ein erstes elektrisches Zwischenpotential gesteuert wird, und ein Knoten B für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der ersten Hauptphase auf ein zweites elektrisches Potential gesteuert wird und danach Knoten B für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der ersten Hauptphase hochohmig bei Gleichstrom geschaltet wird, und wobei während einer zweiten Hauptphase Knoten A während einer Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase auf ein drittes elektrisches Potential gesteuert wird und, während einer Erfassungsphase der zweiten Hauptphase, Knoten A für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der zweiten Hauptphase auf ein zweites elektrisches Zwischenpotential gesteuert wird, und Knoten B für zumindest einige Zeit der Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase auf ein viertes elektrisches Potential gesteuert wird und danach Knoten B für zumindest einige Zeit der Erfassungsphase der zweiten Hauptphase hochohmig bei Gleichstrom geschaltet wird, Durchführen einer elektrischen Messung an Knoten A, und Durchführen einer elektrischen Messung an Knoten B.
Verfahren nach Anspruch 26, das weiterhin Durchführen einer elektrischen Messung an Knoten A aufweist, während Knoten A auf das erste bzw. zweite elektrische Zwischenpotential gesteuert wird, und Messen eines elektrischen Potentials am Knoten B, das erreicht wird, nachdem der Knoten B auf hochohmig bei Gleichstrom geschaltet wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 27, wobei das erste elektrische Zwischenpotential niedriger ist als das erste elektrische Potential und wobei das zweite Zwischenpotential höher ist als das dritte elektrische Potential.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 27, wobei das erste elektrische Potential höher ist als das zweite elektrische Zwischenpotential und wobei das dritte elektrische Potential niedriger ist als das erste elektrische Zwischenpotential.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 27, wobei das erste elektrische Potential gleich dem zweiten elektrischen Zwischenpotential ist und wobei das dritte elektrische Potential gleich dem ersten elektrischen Zwischenpotential ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, wobei während jeder Vor-Ladephase nach einem ersten Zeitintervall der Knoten A während eines zweiten Zeitintervalls auf das erste oder dritte elektrischen Potential gesteuert wird, und während jeder Erfassungsphase der Knoten A nach einem dritten Zeitintervall auf das zweite bzw. erste elektrische Zwischenpotential gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei nach dem zweiten Zeitintervall der Knoten A in Tristate geschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 32, wobei während jeder Vor-Ladephase nach einem vierten Zeitintervall der Knoten B während eines fünften Zeitintervalls auf das zweite oder vierte elektrische Potential gesteuert wird und danach der Knoten B in Tristate geschaltet wird, und der Knoten B während jeder Erfassungsphase hochohmig bei Gleichstrom gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 27 oder 31 bis 33, wobei das erste elektrische Potential und das zweite elektrische Potential gleich sind und wobei das dritte elektrische Potential und das vierte elektrische Potential gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei ein Zeitintervall, in dem sich Knoten A auf dem ersten oder dritten elektrischen Potential bzw. Knoten B auf dem zweiten oder vierten elektrischen Potential befindet, überlappen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 35, wobei während der Vor-Ladephase der ersten Hauptphase der Knoten A auf dem ersten elektrischen Potential gehalten wird und während der Erfassungsphase der ersten Hauptphase der Knoten A auf ein erstes elektrisches Zwischenpotential gesteuert wird, und wobei während der Vor-Ladephase der zweiten Hauptphase der Knoten A auf dem dritten elektrischen Potential gehalten wird und während der Erfassungsphase der zweiten Hauptphase der Knoten A auf das zweite elektrische Zwischenpotential gesteuert wird.
Verfahren, das den Betrieb eines der Sensorsysteme nach Anspruch 1 bis 25 aufweist.