DE112021001212T5

DE112021001212T5 - Verstärkte Ladungsaufhebung in einem Berührungssensor und verwandte Systeme, Verfahren und Vorrichtungen

Info

Publication number: DE112021001212T5
Application number: DE112021001212.6T
Authority: DE
Inventors: Torbjoern Loevseth Finnoey; Lei Zou
Original assignee: Microchip Technology Inc
Current assignee: Microchip Technology Inc
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2022-12-15
Also published as: US11604539B2; JP2023522694A; US20210333924A1; JP7531607B2; KR20230002774A; CN115461997B; WO2021217164A1; TW202147084A; CN115461997A

Abstract

Es ist eine Ladungskompensationsschaltung offenbart, die eine verstärkte Ladungsaufhebung bereitstellt. Es ist eine Berührungssteuerung offenbart, die eine solche Ladungskompensationsschaltung einschließt und eine verbesserte Immunität gegenüber Basislinienkapazitätssignalen realisieren kann, die viel größer sind als eine Änderung der Kapazität aufgrund der Nähe eines Objekts. Eine solche Ladungskompensationsschaltung kann einen Kondensator, eine Ansteuerschaltung, die angeordnet ist, um ein gepulstes Spannungssignal an den Kondensator anzulegen, und einen Stromförderer mit einer programmierbaren Verstärkung, der so angeordnet ist, dass er eine von dem Kondensator als Reaktion auf das gepulste Spannungssignal erzeugte Anfangsladung verstärkt und eine verstärkte Ladung an einen Ausgang der Ladungsaufhebungsschaltung bereitstellt, einschließen.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung beansprucht gemäß 35 U.S.C. §119(e) die Vorteile der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 63/013,721 , eingereicht am 22. April 2020, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang hierin aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Beschreibung bezieht sich allgemein auf eine Ladungskompensationsschaltung, die eine verstärkte Ladungsaufhebung bereitstellt, einschließlich in Berührungserfassungssystemen, die in einigen Ausführungsformen eine verbesserte Ladungsaufhebung ohne mindestens einige der Nachteile bereitstellt, die einigen herkömmlichen Ladungsaufhebungstechniken und Ladungskompensationsschaltungen zugeordnet sind.
HINTERGRUND
Kapazitive Berührungssensoren werden manchmal zur Erfassung von Objekten verwendet. Bei einem kapazitiven Berührungssensor, der die Eigenkapazität misst, wenn sich ein Objekt in der Nähe des kapazitiven Berührungssensors befindet, induziert das Objekt eine Änderung der Eigenkapazität an den Sensorleitungen des kapazitiven Berührungssensors. Eine Messschaltung kann die Änderung der Eigenkapazität durch Messen der Eigenkapazität einer Sensorleitung beobachten und, als nicht einschränkende Beispiele, eine Änderung der gemessenen Werte oder eine Differenz zwischen einem gemessenen Wert und einem Schwellenwert erfassen.
Figurenliste
Um die Erörterung eines besonderen Elements oder einer besonderen Handlung leicht zu identifizieren, bezieht/beziehen sich die Hauptziffer(n) in einem Bezugszeichen auf die Figurennummer, in der dieses Element zuerst eingeführt wird.

1 stellt ein schematisches Diagramm einer Berührungssteuerung dar, die eine verstärkte Ladungsaufhebungsschaltung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen einschließt;
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zum Durchführen einer Eigenkapazitätsmessung eines Berührungssensors unter Verwendung einer verstärkten Ladungsaufhebung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zum Injizieren von Aufhebungsladung während des Prozesses zum Durchführen der von 2 dargestellten Eigenkapazitätsmessung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt;
4 ist ein Diagramm, das eine Wellenform eines Abtastsignals darstellt, das durch Spannungspegel an der Berührungssensorleitung über eine Abtastzeitdauer erzeugt wird, die von dem Pad beobachtbar ist, das verwendet wird, um die Berührungssteuerung von 1 mit einer Berührungssensorleitung zu koppeln.
5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Berührungssystem darstellt, wobei die Berührungssteuerung ein nicht einschränkendes Beispiel einer herkömmlichen Ladungskompensationsschaltung einschließt.

ART(EN) ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieses Dokuments bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Beispiele von Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die vorliegende Offenbarung ausgeübt werden kann. Diese Ausführungsformen sind hinreichend detailliert beschrieben, um es einem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die vorliegende Offenbarung in die Praxis umzusetzen. Es können jedoch auch andere hierin ermöglichte Ausführungsformen verwendet werden, und Änderungen der Struktur, des Materials und des Prozesses können vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen.
Die hierin dargestellten Veranschaulichungen sollen keine tatsächlichen Ansichten eines bestimmten Verfahrens oder Systems oder einer bestimmten Vorrichtung oder Struktur sein, sondern sind lediglich idealisierte Darstellungen, die zur Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. In einigen Fällen können ähnliche Strukturen oder Komponenten in den verschiedenen Zeichnungen zur Vereinfachung für den Leser die gleiche oder eine ähnliche Nummerierung beibehalten; die Ähnlichkeit in der Nummerierung bedeutet jedoch nicht notwendigerweise, dass die Strukturen oder Komponenten in Größe, Zusammensetzung, Konfiguration oder einer anderen Eigenschaft identisch sind.
Die folgende Beschreibung kann Beispiele einschließen, um es einem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die offenbarten Ausführungsformen auszuführen. Die Verwendung der Begriffe „beispielhaft“, „als Beispiel“ und „zum Beispiel“ bedeutet, dass die zugehörige Beschreibung erläuternd ist, und obwohl der Schutzumfang der Offenbarung die Beispiele und ihre rechtlichen Äquivalente umfassen soll, ist die Verwendung solcher Begriffe nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang einer Ausführungsform oder dieser Offenbarung auf die spezifizierten Komponenten, Schritte, Merkmale, Funktionen oder dergleichen einzuschränken.
Es versteht sich, dass die Komponenten der Ausführungsformen, wie sie hierin allgemein beschrieben und in den Zeichnungen veranschaulicht sind, in einer großen Vielfalt unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet und ausgelegt werden könnten. Somit soll die folgende Beschreibung verschiedener Ausführungsformen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken, sondern ist lediglich repräsentativ für verschiedene Ausführungsformen. Während die verschiedenen Gesichtspunkte der Ausführungsformen in den Zeichnungen dargestellt sein können, sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet, sofern nicht ausdrücklich angegeben.
Des Weiteren sind die gezeigten und beschriebenen spezifischen Implementierungen nur Beispiele und sollten nicht als die einzige Möglichkeit zur Implementierung der vorliegenden Offenbarung ausgelegt werden, sofern hierin nicht anders angegeben. Elemente, Schaltungen und Funktionen können in Blockdiagrammform gezeigt sein, um die vorliegende Offenbarung nicht durch unnötige Details undeutlich werden zu lassen. Umgekehrt sind gezeigte und beschriebene spezifische Implementierungen nur beispielhaft und sollten nicht als die einzige Möglichkeit zur Implementierung der vorliegenden Offenbarung ausgelegt werden, sofern hierin nicht anders angegeben. Außerdem sind Blockdefinitionen und die Aufteilung von Logik zwischen verschiedenen Blöcken beispielhaft für eine spezifische Implementierung. Es ist für den Durchschnittsfachmann ohne Weiteres ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung durch zahlreiche andere Aufteilungslösungen ausgeführt werden kann. Auf Details zu zeitlichen Erwägungen und dergleichen wurde größtenteils verzichtet, soweit solche Details für ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung nicht erforderlich sind und innerhalb der Fähigkeiten eines Durchschnittsfachmanns liegen.
Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass Informationen und Signale unter Verwendung einer Vielfalt verschiedener Technologien und Techniken dargestellt werden können. Einige Zeichnungen können Signale zur Übersichtlichkeit der Darstellung und Beschreibung als ein einzelnes Signal veranschaulichen. Ein Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass das Signal einen Bus von Signalen darstellen kann, wobei der Bus eine Vielfalt von Bitbreiten aufweisen kann und die vorliegende Offenbarung auf einer beliebigen Anzahl von Datensignalen, einschließlich eines einzelnen Datensignals, implementiert werden kann.
Die verschiedenen veranschaulichenden logischen Blöcke, Module und Schaltungen, die in Verbindung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen beschrieben werden, können mit einem Universalprozessor, einem Spezialprozessor, einem digitalen Signalprozessor (Digital Signal Processor, DSP), einer integrierten Schaltung (Integrated Circuit, IC), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), einer anwenderprogrammierbaren Gatteranordnung (Field Programmable Gate Array, FPGA) oder einer anderen programmierbaren Logikvorrichtung, einer diskreten Gate- oder Transistorlogik, diskreten Hardwarekomponenten oder einer beliebigen Kombination davon, die zum Durchführen der hierin beschriebenen Funktionen ausgelegt sind, implementiert oder durchgeführt werden - wovon alle durch die Verwendung des Begriffes „Prozessor“ umfasst sind. Ein Universalprozessor kann ein Mikroprozessor sein, aber alternativ kann der Prozessor jeder herkömmliche Prozessor, jede herkömmliche Steuerung, jeder herkömmliche Mikrocontroller oder jede herkömmliche Zustandsmaschine sein. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Rechenvorrichtungen, wie eine Kombination aus einem DSP und einem Mikroprozessor, eine Vielzahl von Mikroprozessoren, ein oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder eine beliebige andere derartige Konfiguration implementiert sein. Ein Universalcomputer einschließlich eines Prozessors wird als Spezialcomputer angesehen, während der Universalcomputer konfiguriert ist, um Rechenanweisungen (z. B. Softwarecode, ohne Einschränkung) auszuführen, die sich auf Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen.
Die Ausführungsformen können in Bezug auf einen Prozess beschrieben sein, der als ein Flussdiagramm, ein Fließschema, ein Strukturdiagramm oder ein Blockdiagramm dargestellt ist. Obwohl ein Flussdiagramm Vorgangshandlungen als einen sequentiellen Prozess beschreiben kann, können viele dieser Handlungen in einer anderen Abfolge, parallel oder im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden. Außerdem kann die Reihenfolge der Handlungen geändert werden. Ein Prozess kann einem Verfahren, einem Thread, einer Funktion, einer Prozedur, einer Subroutine, einem Unterprogramm, einer anderen Struktur oder Kombinationen davon entsprechen. Des Weiteren können die hierin offenbarten Verfahren in Hardware, Software oder beidem implementiert werden. Bei Implementierung in Software können die Funktionen als eine oder mehrere Anweisungen oder als Code auf computerlesbaren Medien gespeichert oder übertragen werden. Computerlesbare Medien schließen sowohl Computerspeichermedien als auch Kommunikationsmedien, einschließlich aller Medien, welche die Übertragung eines Computerprogramms von einem Ort zu einem anderen unterstützen, ein.
Jede Bezugnahme auf ein Element hierin unter Verwendung einer Bezeichnung, wie „erste/r/s“, „zweite/r/s“ usw. schränkt die Menge oder Reihenfolge dieser Elemente nicht ein, es sei denn, eine solche Einschränkung wird ausdrücklich angegeben. Vielmehr können diese Bezeichnungen hierin als ein zweckmäßiges Verfahren zum Unterscheiden zwischen zwei oder mehr Elementen oder Instanzen eines Elements verwendet werden. Eine Bezugnahme auf ein erstes und ein zweites Element bedeutet also nicht, dass dort nur zwei Elemente eingesetzt werden dürfen oder dass das erste Element dem zweiten Element in irgendeiner Art und Weise vorausgehen muss. Außerdem kann ein Satz von Elementen, sofern nicht anders angegeben, ein oder mehrere Elemente einschließen.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen“ in Bezug auf einen gegebenen Parameter, eine gegebene Eigenschaft oder eine gegebene Bedingung und schließt in einem für den Durchschnittsfachmann verständlichen Ausmaß ein, dass der gegebene Parameter, die gegebene Eigenschaft oder die gegebene Bedingung mit einem geringen Maß an Varianz, wie etwa innerhalb annehmbarer Fertigungstoleranzen, erfüllt ist. Beispielhaft kann in Abhängigkeit von dem bestimmten Parameter, der bestimmten Eigenschaft oder der bestimmten Bedingung, der bzw. die im Wesentlichen erfüllt ist, der Parameter, die Eigenschaft oder die Bedingung zu mindestens 90 % erfüllt, zu mindestens 95 % erfüllt oder sogar zu mindestens 99 % erfüllt sein.
Wie hierin verwendet, werden relationale Begriffe, wie „über“, „unter“, „auf“, „unterliegend“ „oberhalb“, „unterhalb“ usw. aus Gründen der Klarheit und Zweckmäßigkeit für das Verständnis der Offenbarung und der begleitenden Zeichnungen verwendet und sind nicht mit einer bestimmten Präferenz, Ausrichtung oder Reihenfolge verbunden oder davon abhängig, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor.
In dieser Beschreibung kann der Begriff „gekoppelt“ und Derivate davon verwendet werden, um anzugeben, dass zwei Elemente zusammenwirken oder miteinander interagieren. Wenn ein Element als mit einem anderen Element „gekoppelt“ beschrieben wird, können die Elemente in direktem physischem oder elektrischem Kontakt sein oder es können Zwischenelemente oder -schichten vorhanden sein. Wenn dagegen ein Element als mit einem anderen Element „direkt gekoppelt“ bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente oder -schichten vorhanden. Der Begriff „verbunden“ kann in dieser Beschreibung austauschbar mit dem Begriff „gekoppelt“ verwendet werden und hat die gleiche Bedeutung, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist oder der Kontext einem Fachmann etwas anderes angeben würde.
Wenn ein Objekt einen kapazitiven Sensor berührt oder sich der kapazitive Einfluss eines Objekts, das mit einem kapazitiven Sensor in Kontakt steht, ändert, kann eine Kapazitätsänderung innerhalb des kapazitiven Sensors („Sensorkapazität“) an oder in der Nähe der Kontaktstelle auftreten. Die übertragene Ladungsmenge kann von einem Analog-Digital-Wandler (analog-to-digital converter, ADC) in digitale Werte umgewandelt werden, und ein Prozessor kann diese digitalen Werte verarbeiten, um die Kapazität und Kapazitätsänderung zu bestimmen oder eine Berührung zu erkennen, ohne Einschränkung.
Ein Eigenkapazitätssensor (der hierin als „Eigenkap.-sensor“ bezeichnet werden kann) ist ein kapazitiver Feldsensor, der einzeln (oder in einem Fall eines Sensorarrays kollektiv) auf Änderungen der Kapazität gegenüber Masse reagiert. Sie sind in der Regel in einem Array aus Zeilen und Spalten angeordnet, die unabhängig voneinander auf Berührungen oder Veränderungen eines Objekts in Kontakt mit dem Sensor reagieren. Als nicht einschränkendes Beispiel kann ein Eigenkap.-sensor eine Schaltung einschließen, die sich wiederholende Laden-dann-Übertragen-Zyklen unter Verwendung einer gemeinsamen integrierten CMOS-Gegentakt-Ansteuerschaltung mit Floating-Anschlüssen verwendet.
Gegenseitige Kapazitätssensoren sind kapazitive Feldsensoren, die auf Kapazitätsänderungen zwischen zwei Elektroden reagieren: einer Ansteuerelektrode und einer Erfassungselektrode. Die Paare aus Ansteuerelektrode und Erfassungselektrode an jedem Schnittpunkt der Ansteuerleitungen und Erfassungsleitungen bilden einen Kondensator. Ein solches Paar einer Ansteuerelektrode und einer Erfassungselektrode kann hierin als ein „kapazitiver Sensor“ bezeichnet werden
Im Allgemeinen können Sensorleitungen eines Berührungssensors in einem zweidimensionalen (2D) Raster von N mal M Sensorleitungen angeordnet sein, die ohne Einschränkung eine berührungsempfindliche Oberfläche für ein Touchpad, eine Berührungsanzeige oder einen Pegelsensor bereitstellen. Die Sensorleitungen können auf oder in einer Trägerstruktur gebildet werden, die ein oder mehrere Materialien wie Harze, Glas und Kunststoff einschließt oder daraus besteht. In einigen Fällen kann das gleiche Material oder ein anderes Material isolierende Schutzüberlagerungen bereitstellen, um einen Berührungssensor abzudecken.
Die Techniken der Eigenkapazität und der gegenseitigen Kapazität können in ein und demselben kapazitiven Erfassungssystem verwendet werden und sich gegenseitig ergänzen, beispielsweise kann die Eigenkapazität verwendet werden, um den Kontakt oder die Veränderung eines Objekts zu bestätigen, das mit der gegenseitigen Kapazität erkannt wird.
Beispielsweise können kapazitive Sensoren in einer zweidimensionalen Anordnung (2D) für eine berührungsempfindliche 2-D-Kontaktfläche überlagert sein und können eine Pegelerfassung mit einem zugehörigen Material oder einer zugehörigen Vorrichtung oder Benutzerinteraktion mit einer zugehörigen Vorrichtung oder einem zugehörigen Gerät ermöglichen. Isolierende Schutzschichten (z. B. Harze, Glas und/oder Kunststoff, ohne Einschränkung) können verwendet werden, um kapazitive Sensoren abzudecken, und können hierin als „Überlagerung“ bezeichnet werden. Eine solche 2-dimensionale Anordnung mit oder ohne Überlagerung kann hierin als „kapazitives
Sensorarray“ bezeichnet werden In einigen Anwendungen kann eine Schutzschicht Glas, ein Gehäuse, eine Lackierung oder eine andere Beschichtung sein, die auf eine Vorrichtung oder ein Gerät aufgebracht ist, die/das ein kapazitives Sensorarray, wie eine kapazitive tastenartige Anordnung, ohne Einschränkung einschließt.
Unter Verwendung eines nicht einschränkenden Beispiels eines kapazitiven Sensorarrays, bei dem ein Matrixsensoransatz von Eigenkapazitätssensoren verwendet wird, können sich Elektroden in Zeilen und Spalten erstrecken, um ein „Matrix“-Array von N mal M kapazitiven Sensorknoten zu definieren. Die Matrix von kapazitiven Sensoren kann mit einer Elektrode an jedem kapazitiven Sensorknoten aufgebaut sein, wobei jede Elektrode einzeln adressierbar ist, oder jede Zeile und jede Spalte kann eine adressierbare Elektrode sein und jeder kapazitive Sensorknoten entspricht einem eindeutigen Zeilen-/Spaltenpaar. Ein Messsignal (d. h. ein zeitlich variierender Stimulus mit einer beliebigen Wellenform, die ohne Einschränkung eine oder mehrere von einer quadratischen Welle, einer rechteckigen Welle, einer dreieckigen Welle und einer sinusförmigen Welle einschließt) wird wiederholt an die Elektroden des kapazitiven Sensorarrays bereitgestellt. Wenn ein Objekt das kapazitive Sensorarray berührt, erhöht die Kopplung zwischen dem Objekt und den Elektroden die Stromaufnahme an den Elektroden, was die Eigenkapazität Cs eines oder mehrerer der kapazitiven Sensoren ändert (z. B. erhöht), und diese Änderung der Sensorkapazität kann erfasst werden. Wenn zum Beispiel eine Erhöhung der Kapazität erfasst wird, während ein Ansteuersignal an die Elektrodenzeile 2 und die Elektrodenspalte 3 angelegt wird, dann kann die Stelle der Berührung oder eine Änderung eines bereits berührenden Objekts Zeile 2, Spalte 3 sein. Interpolationstechniken können verwendet werden, um Stellen zwischen kapazitiven Sensorknoten zu identifizieren. Durch Sequenzierung durch Kombinationen von Zeilen und Spalten von Elektroden können kapazitive Sensorknoten eines kapazitiven Sensorarrays sequenziell abgetastet werden.
Ein Berührungserfassungssystem kann einen Berührungssensor (allein oder als Touchscreen angeordnet oder in ein Touchpanel integriert, ohne Einschränkung) und eine Berührungssteuerung einschließen. Eine Berührungssteuerung kann ein Computerprozessor, der Firmware ausführt, ein Spezialprozessor wie eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ein geistiges Eigentum (IP) wie einen oder mehrere Funktionsblöcke/Module, die in integrierten Schaltungen (wie integrierte Schaltungen eines Systems-on-Chip (SoC), ohne Einschränkung) implementiert sind, sein.
Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „Nähe“ sowohl einen physischen Kontakt eines Objekts mit einem kapazitiven Sensor als auch ein Vorhandensein eines Objekts in ausreichender Nähe eines kapazitiven Sensors, um zuverlässig erfasst zu werden. Wie hierin verwendet, sollte der Begriff „Berührung“ so verstanden werden, dass er „Nähe“ bedeutet, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Die offenbarten kapazitiven Sensoren können auf ein Objekt reagieren, das in die Nähe eines kapazitiven Sensors gebracht wird, auf ein Objekt reagieren, das sich bereits in der Nähe des kapazitiven Sensors befindet, wenn sich der kapazitive Sensor einschaltet, oder auf eine Änderung der Menge oder einer elektrischen Eigenschaft eines Materials des Objekts, das die Kapazität ändert, ohne Einschränkung.
Die Begriffe „Berührungssensor“, „kapazitiver Sensor“ und „eigenkapazitiver Sensor“ werden hierin austauschbar verwendet, um sich auf einen eigenkapazitiven Sensor zu beziehen. Die Begriffe „Berührungssensorleitung“ und „Sensorleitung“ werden hierin austauschbar verwendet, um sich auf eine Sensorleitung eines eigenkapazitiven Sensors zu beziehen.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „Basislinienkapazität“ eine Größe (die auch als „Betrag“ bezeichnet werden kann) der Eigenkapazität Cs einer Sensorleitung, wenn sich ein Objekt nicht in der Nähe der Sensorleitung befindet. Wie hierin verwendet, bedeutet „Basislinienmesswert“ einen Wert, der einer Basislinienkapazität entspricht, z. B. als ein Messwert der Basislinienkapazität. Wie hierin verwendet, bedeutet „Basisliniensignal“ ein Signal, das eine Basislinienkapazität anzeigt.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „induzierte Kapazität“ den Betrag einer Änderung ΔC der Eigenkapazität Cs einer Sensorleitung, wenn ein Berührungssensor mit einem Objekt in Kontakt steht. Wie hierin verwendet, bedeutet „induzierter Messwert“ einen Wert, der einer induzierten Kapazität entspricht, z. B. als ein Messwert der induzierten Kapazität. Wie hierin verwendet, bedeutet „induziertes Signal“ ein Signal, das eine induzierte Kapazität anzeigt.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „Messkapazität“ die effektive Eigenkapazität einer Sensorleitung, wenn eine Berührungsmessung durchgeführt wird. Wenn ein Berührungssensor mit einem Objekt in Kontakt steht, kann die Messkapazität eine Basislinienkapazität und eine induzierte Kapazität einschließen, und wenn ein Berührungssensor nicht mit einem Objekt in Kontakt steht, kann eine induzierte Kapazität in einer Messkapazität fehlen. Wie hierin verwendet, bedeutet ein „Berührungsmesswert“ einen durch eine Messschaltung messbaren Wert, der einer Messkapazität entspricht. Wie hierin verwendet, bedeutet „Messsignal“ ein Signal, das eine Messkapazität anzeigt.
Eine Ladungsübertragung, die einem Basisliniensignal zugeordnet ist, kann hierin als eine „Basislinienladungsübertragung“ bezeichnet werden, und eine Ladungsübertragung, die einem induzierten Signal zugeordnet ist, kann hierin als eine „induzierte Ladungsübertragung“ bezeichnet werden.
Zum Zwecke der Erörterung kann in einigen Fällen angenommen werden, dass eine Messkapazität eine Komponente der Basislinienkapazität und eine Komponente der induzierten Kapazität einschließt, und wenn ein Berührungssensor nicht mit einem Objekt in Kontakt steht, dann wird angenommen, dass ein Beitrag der Komponente der induzierten Kapazität zur Messkapazität gleich Null (oder unbedeutend) ist.
Eine Sensorleitung eines Berührungssensors weist eine zugehörige Eigenkapazität Cs auf, die als ein Schaltungselement (hierin als Sensorelement bezeichnet) mit einer Kapazität Cs modelliert werden kann. Die Eigenkapazität Cs kann je nach physischer Realisierung eines Berührungssensors sehr groß sein, z. B. bis zu 1 nF (Nanofarad) in einigen Berührungssensoren, ohne Einschränkung. Wenn sich ein Objekt in der Nähe einer Sensorleitung befindet, kann das Objekt eine Differenz oder eine Änderung der Eigenkapazität gegenüber einer Basislinienkapazität induzieren, wobei die Differenz oder Änderung der Eigenkapazität an der Sensorleitung mit ΔC bezeichnet wird (hierin als „induzierte Kapazität“ bezeichnet), wobei die induzierte Kapazität mindestens teilweise basierend auf einem Abstand zwischen dem Objekt und einer Sensorleitung variiert. Die induzierte Kapazität beträgt in der Regel weniger als ein paar pF (Picofarad).
Einige Berührungserfassungssysteme arbeiten durch Reaktion auf die induzierte Kapazität. Eine induzierte Kapazität kann von einer Messschaltung (die einen ADC, wie vorstehend erörtert, einschließen kann) beobachtet und verwendet werden, um das Vorhandensein eines Objekts oder eine Position eines Objekts relativ zu einem Touchpanel zu bestimmen.
Eine Technik zur Beobachtung einer induzierten Kapazität an einem Berührungssensor ist das Durchführen einer Ladungsübertragungstechnik, bei der eine Kapazitätsänderung anhand einer messbaren Differenz zwischen einer Basislinienladungsübertragung (d. h. einer Menge an übertragener Ladung bei einer bestimmten Basislinienkapazität) und einer Messladungsübertragung (d. h. einer Menge an übertragener Ladung bei einer Basislinienkapazität und einer induzierten Kapazität) beobachtet wird. Um eine solche Messung durchzuführen, werden Spannungsänderungen (z. B. in Form von Spannungsimpulsen, die hierin ohne Einschränkung als „Messimpulse“ bezeichnet werden) an eine Ansteuerleitung und damit an eine vorgeladene Sensorleitung angelegt. Als Reaktion auf die angelegten Spannungsänderungen erfolgt eine Ladungsübertragung über die Basislinienkapazität an die Sensorleitung. Eine Amplitude eines Basisliniensignals entspricht einer Menge an Basislinienladungsübertragung.
Eine Basislinienkapazität einer jeweiligen Sensorleitung eines Berührungssensors ist in der Regel viel größer als eine induzierte Kapazität, sodass ein Basisliniensignal in der Regel auch signifikant größer ist als ein induziertes Signal. Anders ausgedrückt ist der relative Beitrag des Basisliniensignals zu einem Messsignal in der Regel viel größer als der relative Beitrag des induzierten Signals zu dem Messsignal.
Ein relativ zu einem induzierten Signal großes Basisliniensignal kann für eine typische Messschaltung, die versucht, ein induziertes Signal zu beobachten und/oder einen induzierten Messwert zu bestimmen, eine Herausforderung darstellen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann ein induzierter Messwert durch einen viel größeren Basislinienmesswert überskaliert werden, und eine Überskalierung kann zu einer nicht optimalen Auflösung, Genauigkeit oder Linearität eines Berührungserfassungssystems führen.
Darüber hinaus verarbeitet eine Messschaltung eines Berührungssystems üblicherweise Messsignale, die in einigen Fällen Basisliniensignale einschließen und in einigen Fällen sowohl Basisliniensignale als auch induzierte Signale einschließen. Das Induzieren einer Ladungsübertragung, die einem Basisliniensignal zugeordnet ist, kann eine starke Ansteuerungsfähigkeit der Messschaltung erfordern, um ein gewünschtes Hochfahren/Herunterfahren durch eine Messschaltung zu ermöglichen, um z. B. die Anforderungen an die Einschwingzeit der Rampe zu erfüllen, ohne Einschränkung. Eine starke Ansteuerungsfähigkeit einer Messschaltung wird manchmal verwendet, um eine große Ladungsübertragung beim schnellen Hochfahren und/oder Herunterfahren zu unterstützen. Ein großer Ansteuerstrom, der eine große Ladungsübertragung über eine kurze Zeitspanne unterstützt, kann die Fähigkeit einer Messschaltung verringern, eine induzierte Kapazität aufgrund einer induzierten Ladungsübertragung genau zu messen, die im Vergleich zu einer Kapazität aufgrund einer Basislinienladungsübertragung (in diesem Fall einer maximalen Ladungsübertragung) viel kleiner ist.
Eine den Erfindern dieser Offenbarung bekannte Technik fügt eine Kompensationsladung hinzu, die ein Basisliniensignal aus einem Messsignal aufhebt. 5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Berührungssystem darstellt, wobei die Berührungssteuerung eine herkömmliche, den Erfindern dieser Offenbarung bekannte Ladungskompensationsschaltung einschließt, wobei eine Ansteuerschaltung (CCCAP-Ansteuerschaltung) eine Ladung an einem Ausgang der Kompensationsschaltung durch Anlegen eines Spannungsimpulses an einen Ladungskompensationskondensator (CCCAP) induziert. Durch Verwenden einer solchen Kompensationsschaltung muss eine Messschaltung nicht notwendigerweise Basislinienmesswerte unterstützen, die viel größer sind als die induzierten Messwerte.
Die Erfinder dieser Offenbarung haben erkannt, dass es wünschenswert wäre, eine Ladungsaufhebung ohne die hohen Siliziumkosten eines großen CCCAP zu haben, die typischerweise in herkömmlichen Ladungskompensationsschaltungen, wie in 5 dargestellt, erforderlich sind.
Eine oder mehrere Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf eine verstärkte Ladungskompensationsschaltung, die eine verbesserte Ladungskompensation ohne einige oder alle der Nachteile bereitstellen kann, die in Verbindung mit herkömmlichen Ladungskompensationsschaltungen auftreten, die den Erfinder dieser Offenbarung bekannt sind. Eine oder mehrere Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Berührungssteuerungen und Berührungsmessungen, die verbesserte Ladungskompensationsschaltungen und Ladungskompensation implementieren. Eine oder mehrere Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Berührungssysteme, die Berührungssteuerungen und Ladungskompensationsschaltungen gemäß den offenbarten Ausführungsformen einschließen.
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Berührungserfassungssystem 100 darstellt, das einen in eine Berührungssteuerung integrierten Chip 102 (hierin auch als „Berührungssteuerung 102“ bezeichnet) einschließt, der konfiguriert ist, um eine verstärkte Ladungsaufhebung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen durchzuführen.
Die Berührungssteuerung 102 schließt eine Vorladeschaltung 106, eine Messschaltung 108, einen ersten und einen zweiten Schalter, Schalter1 und Schalter2, sowie eine Ladungsaufhebungsschaltung 104 (hierin auch als „Ladungskompensationsschaltung 104“ bezeichnet) ein.
Die Ladungsaufhebungsschaltung 104 ist angeordnet, um eine Ladung zum Aufheben zumindest eines Teils eines Basisliniensignals von einem Messsignal, das der Berührungssensorleitung 116 durch die Messschaltung 108 bereitgestellt wird, zu injizieren. Die Ladungsaufhebungsschaltung 104 schließt einen Ladungskompensationskondensator 110 (hierin auch als „CAP 110“ bezeichnet), eine CAP-Ansteuerschaltung 112 (hierin auch als „Ansteuerschaltung 112“ bezeichnet) und einen programmierbaren Stromförderer 114 (hierin auch als „Stromförderer 114“ bezeichnet), der in Reihe mit CAP 110 gekoppelt ist, ein.
Die Berührungssteuerung 102 ist, hier durch ein Pad 122, das externe Konnektivität bereitstellt, mit einer externen Berührungssensorleitung 116 eines Berührungssensors gekoppelt. Die Vorladeschaltung 106 ist im Allgemeinen konfiguriert, um eine Spannung zu erzeugen, die einen Spannungspegel aufweist, der einer von zwei entgegengesetzten Versorgungsspannungsquellen 120 der Berührungssteuerung 102, z. B. VDD oder Masse, ohne Einschränkung, entspricht (z. B. im Wesentlichen gleicht, ohne Einschränkung). Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Vorladeschaltung 106 ein Spannungsumrichter sein. Bei den Schaltern, Schalter1 und Schalter2, handelt es sich um Schalter vom Transistortyp CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), die so angeordnet sind, dass sie wahlweise die erste oder die zweite Versorgungsspannung, die von der Vorladeschaltung 106 erzeugt wird, an die Berührungssensorleitung 116 anlegen und dadurch die Berührungssensorleitung 116 auf eine erste Versorgungsspannung, eine zweite Versorgungsspannung oder eine Zwischenspannung dazwischen vorladen, je nachdem.
Die Messschaltung 108 ist im Allgemeinen dazu konfiguriert, Messimpulse mindestens teilweise als Reaktion auf das Steuersignal 124 (z. B. ein digitales Signal, dessen Aussagen verwendet werden, um den Zeitpunkt für die Erzeugung von Messimpulsen und Ansteuerungsimpulsen anzugeben, ohne Einschränkung) zu erzeugen. Ein solcher Messimpuls kann eine steigende Flanke eines Impulses auf eine Spannung V1 (eine Spannung, die einen Spannungspegel aufweist, der im Allgemeinen monoton auf V1 ansteigt) oder eine fallende Flanke eines Impulses auf eine Spannung V2 (z. B. eine Spannung, die einen Spannungspegel aufweist, der im Allgemeinen monoton auf V2 abfällt) einschließen. Die Messschaltung ist auch konfiguriert, um eine Messkapazität zu erfassen, die eine induzierte Kapazität einschließt.
Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Messschaltung 108 einen Spannungsimpulsgenerator oder eine Impulsformungsschaltung (zusammen „ein Spannungsimpulsgenerator“), einen Stromförderer, einen Integrator und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) einschließen. In einer Basislinienmessung durch die Messschaltung 108 wird eine Basislinienkapazität beobachtet und eine induzierte Kapazität fehlt. In einer Berührungsmessung wird eine Messkapazität beobachtet, die sowohl eine Basislinienkapazität als auch eine induzierte Kapazität einschließen kann. Im Allgemeinen ist eine Differenz zwischen einem Berührungsmesswert (ein Wert, der für Basislinienkapazität und induzierte Kapazität repräsentativ ist) und dem Basislinienmesswert (ein Wert, der für die Basislinienkapazität repräsentativ ist) ein induzierter Messwert (ein Wert, der für induzierte Kapazität repräsentativ ist). Ein induzierter Messwert kann verwendet werden, um eine Logik einer Berührungssteuerung (Logik, die nicht in 1 dargestellt ist) über einen Kontakt an einer Sensorleitung und die Stelle eines solchen Kontakts an einem Berührungssensor zu informieren, der die jeweilige Sensorleitung einschließt.
Die Ansteuerschaltung 112 ist im Allgemeinen dazu konfiguriert, zumindest teilweise als Reaktion auf das Steuersignal 124 ein gepulstes Spannungssignal 118 (hierin auch als „Ansteuerimpuls 118“ bezeichnet) zu erzeugen. Da die Ansteuerschaltung 112 das Timing der von der Messschaltung 108 erzeugten Messimpulse kennt, die zumindest teilweise auf dem Steuersignal 124 basieren, kann der Ansteuerimpuls 118 eine im Wesentlichen gleiche oder entgegengesetzte (in Bezug auf die Polarität - d. h. ansteigender oder abfallender Spannungspegel) Spannungsänderung aufweisen wie ein von der Messschaltung 108 erzeugter Messimpuls. In Ausführungsformen, in denen der Stromförderer 114 eine negative Ausgabe aufweist/verwendet, kann ein Ansteuerimpuls 118 zu einem gegebenen Zeitpunkt eine gleiche Spannungsänderungspolarität aufweisen wie ein von der Messschaltung 108 erzeugter Messimpuls. In Ausführungsformen, in denen der Stromförderer 114 eine positive Ausgabe aufweist/verwendet, kann der Ansteuerimpuls 118 zu einem gegebenen Zeitpunkt eine entgegengesetzte Spannungsänderungspolarität aufweisen wie der von der Messschaltung 108 erzeugte Messimpuls.
Der CAP 110 kann ein On-Chip-Kondensator der Berührungssteuerung 102 sein, als ein nicht einschränkendes Beispiel ein On-Chip-Kondensator einschließlich einer Kombination aus Metall-Isolator-Metall-Kondensator und Poly-Poly-Kondensator.
Der Stromförderer 114 ist eine Art von Strommodusschaltung, die eine Reaktion aufweist, die hauptsächlich durch Ströme bestimmt wird (z. B. Eigenschaften eines Stromsignals wie Amplitude, Spitzenamplitude, ohne Einschränkung), und die Ein- und Ausgänge einer solchen Schaltung sind Ströme. Der Stromförderer 114 ist eine elektronische Vorrichtung und insbesondere ein elektronischer Verstärker, der während des Betriebs eine vorbestimmte Stromverstärkung in Form einer Mehrfachverstärkung (z. B. etwa 1,5-fach, 2-fach, 10-fach, 20-fach oder mehr, ohne Einschränkung) aufweist. Da der Stromförderer 114 jedoch programmierbar und optional umprogrammierbar ist, kann die vorgegebene Stromverstärkung programmiert werden und ist nicht konstruktionsbedingt festgelegt. In einer oder mehreren Ausführungsformen wird die Stromverstärkung des Stromförderers 114 während der Erzeugung der verstärkten Aufhebungsladung ΔQ_amp, die nachstehend erörtert wird, nicht auf eine Teil- oder Einheitsverstärkung eingestellt. Die Verwendung eines Stromförderers mit einer Stromverstärkung, die als Mehrfachverstärkung programmiert ist, aber auf eine Teil- oder Einheitsverstärkung programmiert werden kann, überschreitet jedoch nicht den Schutzumfang dieser Offenbarung. In einigen Ausführungsformen kann eine Stromverstärkung des Stromförderers 114 initialisiert und/oder auf einen gewünschten Stromverstärkungswert eingestellt werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das Abstimmen der Stromverstärkung G des Stromförderers 114 ein Prozess, bei dem die Stromverstärkung G über mehrere Neuprogrammierungszyklen schrittweise erhöht oder verringert wird, bis eine Bedingung erfüllt ist, wie etwa eine gewünschte Stromverstärkung, ohne Einschränkung. Das Abstimmen ist ein nicht einschränkendes Beispiel für eine Technik zur Neuprogrammierung der Stromverstärkung des Stromförderers 114, um mit nicht-idealen Bedingungen in einer Anwendung fertig zu werden. Angenommen, die initialisierte Stromverstärkung des Stromförderers 114 führt nicht zu einer gewünschten verstärkten Aufhebungsladung, als nicht einschränkendes Beispiel, aufgrund möglicher Prozessvariationen des CCCAP, dann kann der umprogrammierbare Förderer einem Abstimmungsprozess unterzogen werden, z. B. durch Verschieben der Verstärkung jeweils um ein „Inkrement“ nach oben/unten, um zu versuchen, einen programmierten Wert zu finden, der zu einer gewünschten verstärkten Aufhebungsladung oder einer kleinsten getesteten Abweichung von der gewünschten verstärkten Aufhebung der Ladung führt, ohne Einschränkung.
Der Stromförderer 114 ist so angeordnet, dass ein Eingang mit der oberen Platte des CAP 110 gekoppelt ist und ein Ausgang (je nach Fall positiv oder negativ) mit einem Ladungsübertragungspfad zwischen der Messschaltung 108 und dem Pad 122 gekoppelt ist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann ein Wert einer Stromverstärkung G des Stromförderers 114 so eingestellt werden, dass ein verstärkter Strom, der eine verstärkte Aufhebungsladung ΔQ_amp einschließt, die durch den Stromförderer 114 bereitgestellt wird, eine Größe aufweist, die ausreicht, um eine Ladungsübertragung zwischen der Berührungssensorleitung 116 und der Messschaltung 108 um eine vorgegebene Menge zu reduzieren, die der Messschaltung 108 bekannt ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die vorgegebene Menge einer erwarteten Größe einer Basislinienladungsübertragung entsprechen oder einer beliebigen Menge der Ladungsübertragungsreduzierung entsprechen, die ausreicht, um die Belastung der Messschaltung 108 zu reduzieren, um die induzierte Kapazität zu identifizieren.
Die nachstehenden Gleichungen 1, 2 und 3 veranschaulichen, wie die Ladungsaufhebung ΔQ_amp durch Verwendung eines programmierbaren Stromförderers für den Stromförderer 114 erreicht wird.
Für eine anfängliche Aufhebungsladung ΔQ_initial, die an einem Eingang des Stromförderers 114 durch Anlegen des Ansteuerimpulses 118 an die Bodenplatte des CAP 110 injiziert wird, kann ΔQ_initial als die Amplitude des an die untere Platte des CAP 110 angelegten Ansteuerimpulses 118 ausgedrückt und als ΔV_capdriver bezeichnet werden, und eine Kapazität des CAP 110, bezeichnet als C_CAP, ist a in Gleichung 1: $Δ Q i n i t i a l = Δ V c a p d r i v e r * C_{C A P}$
Für den Stromförderer 114 werden die Beziehungen zwischen seinem Eingang und einem positiven Ausgang in Gleichung 2 und Gleichung 3 ausgedrückt: $Δ I o u t = Δ l i n * S t r o m v e r s t \ddot{a} r k u n g$
$Δ Q o u t = Δ Q i n * S t r o m v e r s t \ddot{a} r k u n g$
Bei einem in Betracht gezogenen Betrieb wird die anfängliche Aufhebungsladung ΔQ_initial an einem Eingang des Stromförderers 114 empfangen und als Reaktion darauf wird die verstärkte Aufhebungsladung ΔQ_amp an einem Ausgang des Stromförderers 114 erzeugt. Der Stromförderer 114 ist an der Ladungsaufhebungsschaltung 104 derart angeordnet, dass die verstärkte Aufhebungsladung ΔQ_amp an der Sensorleitung (und genauer an dem Ladungsübertragungspfad zwischen der Messschaltung 108 und dem Pad 122) injiziert wird, wodurch eine Messladung ΔQ reduziert wird, die aufgrund von Spannungsänderungen, die durch Anlegen des Messimpulses an die Berührungssensorleitung 116 verursacht werden, über die Berührungssensorleitung 116 übertragen wird. Die Beziehung der verstärkten Aufhebungsladung ΔQ_amp zur anfänglichen Aufhebungsladung ΔQ_initial wird durch Gleichung 4 ausgedrückt: $Δ Q a m p = Δ Q i n i t i a l * S t r o m v e r s t \ddot{a} r k u n g = Δ V c a p d r i v e r * C A P * S t r o m v e r s t \ddot{a} r k u n g$
Insbesondere kann für CAP 110 ein Kondensator mit kleinerer Fläche (d. h. in Bezug auf die Siliziumfläche) verwendet werden als in der herkömmlichen Kompensationsschaltung, die den Erfindern dieser Offenbarung bekannt ist (z. B. CCCAP in 5). Der Grad der Flächenreduzierung ist proportional zu einer Erhöhung der Stromverstärkung des Stromförderers 114. Wenn der Stromförderer 114 mit einer kleinen Verstärkung programmiert ist, dann kann CAP 110 nur geringfügig kleiner sein als der CCCAP in 5, und wenn der Stromförderer 114 mit einer großen Verstärkung programmiert ist, kann CAP 110 viel kleiner sein als der CCCAP in 5. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann durch die Einstellung der Stromverstärkung auf das 10-fache der Kondensatorwert von CAP 110 und damit seine Fläche auf 1/10 von herkömmlichen Ladungskompensationskondensatoren (wie CCCAP in 5) reduziert werden und im Wesentlichen die gleiche verstärkte Aufhebungsladung ΔQ_amp erreichen.
Die an der Berührungssensorleitung 116 als Reaktion auf den von der Messschaltung 108 erzeugten Messimpuls injizierte Messladung ΔQ wird um einen Betrag reduziert, der im Wesentlichen einem bestimmten Betrag entspricht, wie etwa einer erwarteten Größe einer Basislinienladungsübertragung. Dementsprechend wird die Amplitude des Messsignals entsprechend um den Betrag des erwarteten Basisliniensignals reduziert und der Anteil des Messsignals, der dem induzierten Signal entspricht, bleibt verbleibt.
Insbesondere, da die Basislinienmessladung (signifikant) reduziert wird, muss die Messschaltung keine starke Stromansteuerfähigkeit unterstützen, um einen Basislinienkondensator anzusteuern. Dies bedeutet, dass unabhängig (oder teilweise unabhängig) von dem großen Basislinienkondensator eine schnell eingestellte Rampe an der Sensorleitung erhalten werden kann. Darüber hinaus ist die offenbarte Ladungsaufhebungsschaltung 104 in Bezug auf die benötigte Fläche (Layoutfläche) kostengünstiger als herkömmliche Kompensationsschaltungen, die den Erfindern dieser Offenbarung bekannt sind.
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess 200 zum Durchführen einer Eigenkapazitätsmessung eines Berührungssensors unter Verwendung einer verstärkten Ladungsaufhebung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt.
Bei Vorgang 202 des Prozesses 200, bei ausgeschaltetem Schalter1 und eingeschaltetem Schalter2, wird eine Berührungssensorleitung (Berührungssensorleitung 116, ohne Einschränkung) auf eine erste Versorgungsspannung (z. B. MASSE oder VDD, ohne Einschränkung) vorgeladen (z. B. durch eine Vorladeschaltung 106, ohne Einschränkung).
Bei Vorgang 204 des Prozesses 200 wird bei ausgeschaltetem Schalter2 und eingeschaltetem Schalter1 eine Messladung (z. B. durch die Messschaltung 108) an der Berührungssensorleitung injiziert, indem ein erster Messimpuls (z. B. ein Impuls mit einer steigenden Spannungsflanke zu V1, ohne Einschränkung) an die Berührungssensorleitung angelegt wird.
Bei Vorgang 206 des Prozesses 200 wird, während der erste Messimpuls an die Berührungssensorleitung angelegt wird, eine erste verstärkte Ladungsaufhebung an der Sensorleitung injiziert (z. B. durch Ladungsaufhebungsschaltung 104, ohne Einschränkung). Die Größe der ersten verstärkten Aufhebungsladung weist eine Größe auf, die im Wesentlichen gleich der erwarteten Größe der Basislinienladungsübertragung ist.
Bei Vorgang 208 des Prozesses 200 wird bei ausgeschaltetem Schalter1 und eingeschaltetem Schalter2 die Berührungssensorleitung auf eine zweite Versorgungsspannung (z. B. die andere von VDD oder MASSE in Vorgang 202, ohne Einschränkung) vorgeladen (z. B. durch die Vorladeschaltung 106, ohne Einschränkung).
Bei Vorgang 210 des Prozesses 200 wird, während Schalter2 ausgeschaltet und Schalter1 eingeschaltet ist, eine Messladung an der Sensorleitung (z. B. durch die Messschaltung 108) injiziert, indem ein zweiter Messimpuls (z. B. eine fallende Spannungsflanke zu V2, ohne Einschränkung) an der Berührungssensorleitung angelegt wird.
Bei Vorgang 212 des Prozesses 200 wird, während der zweite Messimpuls an die Berührungssensorleitung angelegt wird, eine zweite verstärkte Ladungsaufhebung an der Sensorleitung injiziert (z. B. durch Ladungsaufhebungsschaltung 104, ohne Einschränkung). Die zweite verstärkte Aufhebungsladung weist eine Größe auf, die im Wesentlichen der erwarteten Größe der Basislinienladungsübertragung entspricht.
Bei Vorgang 214 des Prozesses 200 wird bei ausgeschaltetem Schalter1 und eingeschaltetem Schalter2 die Berührungssensorleitung auf die erste Versorgungsspannung vorgeladen (z. B. durch die Vorladeschaltung 106, ohne Einschränkung).
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess 300 zum Injizieren einer verstärkten Aufhebungsladung während des Prozesses 200 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen darstellt. In einer oder mehreren Ausführungsformen wird ein Ansteuerimpuls erzeugt, der eine Spannungsänderung aufweist, die gleich oder entgegengesetzt zu der Spannungsänderung ist, die ein Messimpuls aufweist. Einer der durch den Prozess 300 erzeugten Ansteuerimpulse sollte eine Spannungsänderung aufweisen, die mit der Spannungsänderung übereinstimmt, die der Messimpuls aufweist, und einer der durch den Prozess 300 erzeugten Ansteuerimpulse sollte eine Spannungsänderung aufweisen, die der Spannungsänderung entgegengesetzt ist, die der Messimpuls aufweist.
Bei Vorgang 302 erzeugt der Prozess 300 eine erste anfängliche Aufhebungsladung durch Anlegen eines Ansteuerimpulses mit einer Spannungsänderung, die Spannungsänderungen aufweist, die der Spannungsänderung folgen, die ein erster Messimpuls oder ein invertierter erster Messimpuls aufweist, an eine untere Platte eines Kompensationskondensators (je nach Fall).
Bei Vorgang 304 injiziert der Prozess 300 die erste verstärkte Aufhebungsladung an einer Berührungssensorleitung durch Verstärken der ersten anfänglichen Aufhebungsladung an einem Stromförderer.
Bei Vorgang 306 erzeugt der Prozess 300 eine zweite anfängliche Aufhebungsladung durch Anlegen eines zweiten Ansteuerimpulses, der Spannungsänderungen aufweist, die der Spannungsänderung folgen, die von einem zweiten Messimpuls oder einem invertierten zweiten Messimpuls gezeigt wird (je nach Fall).
Bei Vorgang 308 injiziert der Prozess 300 eine zweite verstärkte Aufhebungsladung an der Berührungssensorleitung durch Verstärken der zweiten anfänglichen Aufhebungsladung an dem Stromförderer.
4 ist ein Diagramm, das eine Wellenform 400 eines Basislinienkondensatorabtastsignals darstellt, das durch Spannungspegel an der Berührungssensorleitung 116 über eine Abtastzeitdauer 412 erzeugt wird, die von dem Pad 122 von 1 beobachtet werden kann. In dem spezifischen durch 4 dargestellten Beispiel bezieht sich die erste Versorgungsspannung auf MASSE und die zweite Versorgungsspannung bezieht sich auf VDD. Die ansteigende Flanke zum Spannungspegel V1 an der Berührungssensorleitung 116 schließt mindestens zwei Rampenflanken ein, eine erste Rampenflanke 414 und eine zweite Rampenflanke 416.
Die abfallende Flanke zum Spannungspegel V2 von VDD an der Berührungssensorleitung 116 schließt mindestens zwei Rampenflanken ein, eine erste Rampenflanke 414' und eine zweite Rampenflanke 416'. Die Spannung an der Berührungssensorleitung 116 weist aufgrund der hierin beschriebenen Ladungsaufhebung an der Berührungssensorleitung 116 während eines ersten Abschnitts der ersten Messphase 404 (und in Bezug auf die abfallende Flanke, während eines ersten Abschnitts der zweiten Messphase 408) eine erste Rampenflanke 414 zwischen MASSE und etwa 90 % von V1 auf (und weist in ähnlicher Weise in Bezug auf die abfallende Flanke eine erste Rampenflanke 414' zwischen VDD und etwa 90 % von VDD-V2 auf) und die Messschaltung 108 erzeugt keinen Ansteuerstrom zum Laden des Basislinienkondensators. Die Spannung an der Berührungssensorleitung 116 weist während eines zweiten, späteren Abschnitts der ersten Messphase 404 (und in Bezug auf die fallende Flanke während eines zweiten Abschnitts der zweiten Messphase 408) eine zweite Rampenflanke 416 zwischen etwa 90 % V1 und etwa V1 auf (und weist in Bezug auf die fallende Flanke in ähnlicher Weise eine erste Rampenflanke 416' zwischen etwa 90 % von VDD-V2 und etwa V2 auf). Die Messschaltung 108 erzeugt einen Ansteuerstrom, um den Basislinienkondensator für die letzten 10 % von V1 (und in Bezug auf die abfallende Flanke um die letzten 10 % von VDD-V2) zu laden. Der gesamte Ansteuerstrom, der von der Messschaltung 108 erzeugt wird, um eine Spannungsänderung am Basislinienkondensator von MASSE zu V1 und von VDD zu VDD-V2 zu bewirken, wird etwa 10 % oder weniger von V1 und VDD-V2 zugeschrieben. Insbesondere werden mit der Ladungsverstärkung durch den Stromförderer 114 die verbleibenden 10 % von V1 und V2 ausreichend kompensiert, indem die Stromverstärkung G des Stromförderers 114 so programmiert wird, dass eine gewünschte verstärkte Aufhebungsladung ΔQ_amp erhalten wird, um die gesamte Basislinienladungsübertragung aufzuheben. Dementsprechend muss die Messschaltung 108 keinen Ansteuerstrom bereitstellen, um den Basislinienkondensator anzusteuern.
Die Darstellung schließt Beschriftungen für den Vorgang und die Schaltersteuerung von Schalter1 und Schalter2 während der fünf Phasen der Abtastzeitdauer 412 ein: erste Vorladephase 402 (auf MASSE), erste Messphase 404, in der ein erster Messimpuls angelegt wird, um einen zu V1 ansteigenden Spannungsimpuls zu erzeugen, zweite Vorladephase 406 (auf VDD), zweite Messphase 408, in der ein zweiter Messimpuls angelegt wird, um einen zu V2 abfallenden Spannungsimpuls zu erzeugen, und dritte Vorladephase 410 (wieder auf MASSE).
Mit geringfügigen Änderungen und/oder Ergänzungen der offenbarten Ausführungsformen, die für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet dieser Offenbarung ersichtlich sind, könnten die hierin erörterten Polaritäten umgekehrt werden und Zwischenspannungspegel verwendet werden, ohne den Umfang dieser Offenbarung zu überschreiten.
Wie in der vorliegenden Offenbarung verwendet, kann der Begriff „Kombination“ in Bezug auf eine Vielzahl von Elementen eine Kombination aller Elemente oder eine beliebige von verschiedenen unterschiedlichen Unterkombinationen einiger der Elemente einschließen. Zum Beispiel kann die Phrase „A, B, C, D oder Kombinationen davon“ Bezug nehmen auf eines von A, B, C oder D; die Kombination von jedem von A, B, C und D; und jede Unterkombination von A, B, C oder D, wie A, B und C; A, B und D; A, C und D; B, C und D; A und B; A und C; A und D; B und C; B und D; oder C und D.
Begriffe, die in der vorliegenden Offenbarung und insbesondere in den beiliegenden Ansprüchen (z. B. Hauptteilen der beiliegenden Ansprüche, ohne darauf beschränkt zu sein) verwendet werden, sind allgemein als „offene“ Begriffe gedacht (z. B. sollte der Begriff „einschließlich“ als „einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein“ interpretiert werden, der Begriff „aufweisend“ sollte als „mindestens aufweisend“ interpretiert werden, der Begriff „schließt ein“ sollte als „schließt ein, ohne darauf beschränkt zu sein“ interpretiert werden, ohne darauf beschränkt zu sein). Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „jedes“ einige oder eine Gesamtheit. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „alle“ eine Gesamtheit.
Darüber hinaus wird, wenn eine bestimmte Anzahl von einer eingeführten Anspruchsangabe beabsichtigt ist, diese Absicht ausdrücklich im Anspruch angegeben, und in Ermangelung dieser Nennung liegt keine solche Absicht vor. Als Verständnishilfe können zum Beispiel die folgenden beiliegenden Ansprüche die Verwendung der einleitenden Phrasen „mindestens eine/r/s“ und „eine/r/s oder mehrere“ zum Einführen von Anspruchsangaben enthalten. Die Verwendung solcher Formulierungen sollte jedoch nicht dahin gehend ausgelegt werden, dass sie impliziert, dass die Einführung einer Anspruchsangabe durch die unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ einen bestimmten Anspruch, der eine solche eingeführte Anspruchsangabe enthält, auf Ausführungsformen beschränkt, die nur eine solche Angabe enthalten, selbst wenn derselbe Anspruch die einleitenden Phrasen „eine/r/s oder mehrere“ oder „mindestens eine/r/s“ und unbestimmte Artikel wie „ein“ und/oder „eine“ einschließt (z. B. soll „ein“ und/oder „eine“ so interpretiert werden, dass es „mindestens ein/e“ oder „ein/e oder mehrere“ bedeutet, ohne Einschränkung); gleiches gilt für die Verwendung von bestimmten Artikeln, die zur Einführung von Anspruchsangaben verwendet werden.
Auch wenn eine bestimmte Anzahl einer eingeführten Anspruchsangabe explizit angegeben wird, wird der Fachmann zusätzlich erkennen, dass eine solche Angabe dahin gehend interpretiert werden sollte, dass sie mindestens die angegebene Anzahl bedeutet (z. B. bedeutet die bloße Angabe von „zwei Angaben“ ohne andere Modifikatoren mindestens zwei Angaben oder zwei oder mehr Angaben, ohne Einschränkung). Des Weiteren ist in den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „mindestens eines von A, B und C usw.“ oder „eines oder mehrere von A, B und C usw.“ verwendet wird, eine solche Konstruktion im Allgemeinen A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen oder A, B und C zusammen usw. einschließen soll.
Ferner sollte jedes disjunkte Wort oder jede disjunkte Formulierung, das bzw. die zwei oder mehr alternative Begriffe darstellt, sei es in der Beschreibung, den Ansprüchen oder den Zeichnungen, dahingehend verstanden werden, dass die Möglichkeit des Einschließens eines der Begriffe, des einen oder des anderen Begriffs oder beider Begriffe in Betracht gezogen wird. Zum Beispiel sollte die Formulierung „A oder B“ so verstanden werden, dass sie die Möglichkeiten „A“ oder „B“ oder „A und B“ einschließt. Zusätzliche, nicht einschränkende Ausführungsformen der Offenbarung schließen ein:

Ausführungsform 1: Ladungsaufhebungsschaltung, umfassend: einen Kondensator; eine Ansteuerschaltung, die angeordnet ist, um ein gepulstes Spannungssignal an den Kondensator anzulegen; und einen Stromförderer mit einer programmierbaren Verstärkung, wobei der Stromförderer so angeordnet ist, dass er eine von dem Kondensator als Reaktion auf das gepulste Spannungssignal erzeugte Anfangsladung verstärkt und eine verstärkte Ladung an einen Ausgang der Ladungsaufhebungsschaltung bereitstellt.
Ausführungsform 2: Ladungsaufhebungsschaltung gemäß Ausführungsform 1, wobei der Stromförderer eines von einem positiven Ausgang oder einem negativen Ausgang umfasst.
Ausführungsform 3: Ladungsaufhebungsschaltung nach einer der Ausführungsformen 1 und 2, wobei der negative Ausgang konfiguriert ist, um eine Polarität eines Ausgangssignals relativ zu einer Polarität eines Eingangssignals umzukehren.
Ausführungsform 4: Ladungsaufhebungsschaltung nach einer der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei der positive Ausgang konfiguriert ist, um eine Polarität eines Ausgangssignals relativ zu einer Polarität eines Eingangssignals zu verfolgen.
Ausführungsform 5: Verfahren zum Reduzieren der Ladungsübertragung über einen Kondensator einer Erfassungsleitung eines Berührungserfassungssystems, umfassend: Vorladen einer Berührungssensorleitung auf eine erste Versorgungsspannung; Injizieren einer ersten Messladung an der Berührungssensorleitung; Injizieren einer ersten verstärkten Aufhebungsladung an der Berührungssensorleitung; Vorladen der Berührungssensorleitung auf eine zweite Versorgungsspannung; Injizieren einer zweiten Messladung an der Berührungssensorleitung; Injizieren einer zweiten verstärkten Aufhebungsladung an der Berührungssensorleitung; und Vorladen der Berührungssensorleitung auf die erste Versorgungsspannung.
Ausführungsform 6: Verfahren gemäß Ausführungsform 5, wobei das Injizieren der ersten Messladung oder der zweiten Messladung an der Berührungssensorleitung umfasst: Anlegen eines ersten oder eines zweiten Messimpulses an der Berührungssensorleitung, um die erste Messladung oder die zweite Messladung zu erzeugen.
Ausführungsform 7: Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 5 und 6, wobei das Injizieren der ersten verstärkten Aufhebungsladung oder der zweiten verstärkten Aufhebungsladung an der Berührungssensorleitung umfasst: Anlegen eines ersten oder eines zweiten Ansteuerimpulses an einen Kompensationskondensator, um die erste verstärkte Aufhebungsladung oder respektive die zweite verstärkte Aufhebungsladung zu erzeugen.
Ausführungsform 8: Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 5 bis 7, umfassend das Erzeugen des ersten oder des zweiten Ansteuerimpulses, der Spannungsänderungen aufweist, die Spannungsänderungen verfolgen, die ein Messimpuls aufweist, der zum Injizieren der ersten Messladung oder der zweiten Messladung an der Berührungssensorleitung erzeugt wird.
Ausführungsform 9: Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 5 bis 8, umfassend das Erzeugen des ersten oder des zweiten Ansteuerimpulses, der Spannungsänderungen aufweist, die Spannungsänderungen verfolgen, die ein invertierter Messimpuls aufweist, der einem Messimpuls entspricht, der zum Injizieren der ersten Messladung oder der zweiten Messladung an der Berührungssensorleitung erzeugt wird.
Ausführungsform 10: Eine Berührungssteuerung, umfassend: ein Pad; eine Vorladeschaltung; eine Messschaltung; und eine Ladungsaufhebungsschaltung, die angeordnet ist, um eine verstärkte Aufhebungsladung an einen Ladungsübertragungspfad zwischen dem Pad und der Messschaltung bereitzustellen, wobei die Ladungsaufhebungsschaltung umfasst: einen Kondensator; eine Ansteuerschaltung, die angeordnet ist, um ein gepulstes Spannungssignal an den Kondensator anzulegen; und einen Stromförderer mit einer programmierbaren Verstärkung, der so angeordnet ist, dass er eine von dem Kondensator als Reaktion auf das gepulste Spannungssignal erzeugte Anfangsladung verstärkt und eine verstärkte Ladung an einen Ausgang der Ladungsaufhebungsschaltung bereitstellt.
Ausführungsform 11: Berührungssteuerung gemäß Ausführungsform 10, wobei die Ansteuerschaltung konfiguriert ist, um einen Ansteuerimpuls zu erzeugen, der Spannungsänderungen aufweist, die Spannungsänderungen verfolgen, die ein von der Messschaltung erzeugter Messimpuls aufweist.
Ausführungsform 12: Berührungssteuerung gemäß einer der Ausführungsformen 10 und 11, wobei die Ansteuerschaltung konfiguriert ist, um einen Ansteuerimpuls zu erzeugen, der Spannungsänderungen aufweist, die Spannungsänderungen verfolgen, die ein invertierter Messimpuls, der einem von der Messschaltung erzeugten Messimpuls entspricht, aufweist.
Ausführungsform 13: Berührungssteuerung gemäß einer der Ausführungsformen 10 bis 12, wobei der Ausgang des Stromförderers eines von einem negativen Ausgang und einem positiven Ausgang ist.
Ausführungsform 14: Berührungssteuerung gemäß einer der Ausführungsformen 10 bis 13, umfassend: einen ersten Schalter, der angeordnet ist, um die Vorladeschaltung selektiv mit dem Pad zu koppeln; und einen zweiten Schalter, der angeordnet ist, um die Messschaltung und die Ladungsaufhebungsschaltung selektiv mit dem Pad zu koppeln.

Obwohl die vorliegende Offenbarung hierin in Bezug auf bestimmte veranschaulichte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Durchschnittsfachmann erkennen und anerkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Vielmehr können viele Ergänzungen, Weglassungen und Modifikationen an den veranschaulichten und beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie er nachfolgend zusammen mit ihren rechtlichen Äquivalenten beansprucht wird, abzuweichen. Darüber hinaus können Merkmale einer Ausführungsform mit Merkmalen einer anderen Ausführungsform kombiniert werden, aber dennoch noch innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung enthalten sein, der durch den Erfinder in Betracht gezogen wird.
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 63/013721 [0001]

Claims

Ladungsaufhebungsschaltung, umfassend: einen Kondensator; eine Ansteuerschaltung, die angeordnet ist, um ein gepulstes Spannungssignal an den Kondensator anzulegen; und einen Stromförderer mit einer programmierbaren Verstärkung, wobei der Stromförderer so angeordnet ist, dass er eine von dem Kondensator als Reaktion auf das gepulste Spannungssignal erzeugte Anfangsladung verstärkt und eine verstärkte Ladung an einen Ausgang der Ladungsaufhebungsschaltung bereitstellt.
Ladungsaufhebungsschaltung nach Anspruch 1, wobei der Stromförderer eines von einem positiven Ausgang oder einem negativen Ausgang umfasst.
Ladungsaufhebungsschaltung nach Anspruch 2, wobei der negative Ausgang konfiguriert ist, um eine Polarität eines Ausgangssignals relativ zu einer Polarität eines Eingangssignals umzukehren.
Ladungsaufhebungsschaltung nach Anspruch 3, wobei der positive Ausgang konfiguriert ist, um eine Polarität eines Ausgangssignals relativ zu einer Polarität eines Eingangssignals zu verfolgen.
Verfahren zum Reduzieren der Ladungsübertragung über einen Kondensator einer Erfassungsleitung eines Berührungserfassungssystems, umfassend: Vorladen der Berührungssensorleitung auf eine erste Versorgungsspannung; Injizieren einer ersten Messladung an der Berührungssensorleitung; Injizieren einer ersten verstärkten Aufhebungsladung an der Berührungssensorleitung; Vorladen der Berührungssensorleitung auf eine zweite Versorgungsspannung; Injizieren einer zweiten Messladung an der Berührungssensorleitung; Injizieren einer zweiten verstärkten Aufhebungsladung an der Berührungssensorleitung; und Vorladen der Berührungssensorleitung auf die erste Versorgungsspannung.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Injizieren der ersten Messladung oder der zweiten Messladung an der Berührungssensorleitung umfasst: Anlegen eines ersten oder eines zweiten Messimpulses an der Berührungssensorleitung, um die erste Messladung oder die zweite Messladung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Injizieren der ersten verstärkten Aufhebungsladung oder der zweiten verstärkten Aufhebungsladung an der Berührungssensorleitung umfasst: Anlegen eines ersten oder eines zweiten Ansteuerimpulses an einen Kompensationskondensator, um die erste verstärkte Aufhebungsladung oder respektive die zweite verstärkte Aufhebungsladung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 7, umfassend das Erzeugen des ersten oder des zweiten Ansteuerimpulses, der Spannungsänderungen aufweist, die Spannungsänderungen verfolgen, die ein Messimpuls aufweist, der zum Injizieren der ersten Messladung oder der zweiten Messladung an der Berührungssensorleitung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, umfassend das Erzeugen des ersten oder des zweiten Ansteuerimpulses, der Spannungsänderungen aufweist, die Spannungsänderungen verfolgen, die ein invertierter Messimpuls aufweist, der einem Messimpuls entspricht, der zum Injizieren der ersten Messladung oder der zweiten Messladung an der Berührungssensorleitung erzeugt wird.
Berührungssteuerung, umfassend: ein Pad; eine Vorladeschaltung; eine Messschaltung; und eine Ladungsaufhebungsschaltung, die angeordnet ist, um eine verstärkte Aufhebungsladung an einen Ladungsübertragungspfad zwischen dem Pad und der Messschaltung bereitzustellen, wobei die Ladungsaufhebungsschaltung umfasst: einen Kondensator; eine Ansteuerschaltung, die angeordnet ist, um ein gepulstes Spannungssignal an den Kondensator anzulegen; und einen Stromförderer mit einer programmierbaren Verstärkung, der so angeordnet ist, dass er eine von dem Kondensator als Reaktion auf das gepulste Spannungssignal erzeugte Anfangsladung verstärkt und eine verstärkte Ladung an einen Ausgang der Ladungsaufhebungsschaltung bereitstellt.
Berührungssteuerung nach Anspruch 10, wobei die Ansteuerschaltung konfiguriert ist, um einen Ansteuerimpuls zu erzeugen, der Spannungsänderungen aufweist, die Spannungsänderungen verfolgen, die ein von der Messschaltung erzeugter Messimpuls aufweist.
Berührungssteuerung nach Anspruch 10, wobei die Ansteuerschaltung konfiguriert ist, um einen Ansteuerimpuls zu erzeugen, der Spannungsänderungen aufweist, die Spannungsänderungen verfolgen, die ein invertierter Messimpuls, der einem von der Messschaltung erzeugten Messimpuls entspricht, aufweist.
Berührungssteuerung nach Anspruch 10, wobei der Ausgang des Stromförderers eines von einem negativen Ausgang und einem positiven Ausgang ist.
Berührungssteuerung nach Anspruch 10, umfassend: einen ersten Schalter, der angeordnet ist, um die Vorladeschaltung selektiv mit dem Pad zu koppeln; und einen zweiten Schalter, der angeordnet ist, um die Messschaltung und die Ladungsaufhebungsschaltung selektiv mit dem Pad zu koppeln.