JP2013531326A - 受信器と相互関係を有する容量型タッチセンサ - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書では、送信波形とセンサの受信器における信号との相関を取るのにデジタル信号処理を用いる容量型タッチセンサを伴ういくつかの技法および実装形態が説明される。一実装形態では、例えば、センサシステムのアナログフロントエンド回路からの出力電圧VD0は、アナログデジタル変換器(ADC)を使用してサンプリングすることができる。次いで、その離散時間型信号の送信波形に対する相関は、VD0[k]×E[k]の積分期間にわたる合計としてデジタル的に計算することができ、この式で、E[k]は予想される受信信号である。この合計は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)を使用し、E[k]を0、−1、または+1と選択することにより計算することができ、ここで、相関は、加算器および/または減算器によって計算されてよい。この実装形態では、導入される誤差を比較的小さくすることができ、デジタル論理で効率的に実施することができる。
送信器および受信器を有する容量型タッチセンサ方式のマトリクスに関する技法および実装形態が説明され、送信器は、直交波形を送出することができ、各受信器は、各送信波形に対して別々に相関を取ることができる。
選択的な走査により、容量型タッチセンサの信号対雑音比を局所的に改善するための技法および実装形態が説明される。
容量型タッチセンサ方式マトリクス向けの送信波形の雑音排除性をもたらす技法および実装形態が説明される
タッチセンサがLCDの頂部で使用されるおよび/または実施されると、LCDの動作から雑音の主要なソースが導出される可能性が高くなる。例えば、LCDは、約1000×1000個のピクセルを有することができ、約100フレーム/秒で動作することができ、したがって約(100フレーム/秒)×(1000ライン/フレーム)=100,000ライン/秒、すなわち100kHzのライン走査周波数を有することができる。これは、フラットスクリーンテレビおよび大きなモニタなどの大きなディスプレイに関して、かなり注目に値し得る。これは、容量型タッチセンサの励起周波数に近いものであり得て、したがって帯域内「雑音」と見なされてよい。これらの実装形態のいくつかでは、励起波形が、積分期間にわたって、「雑音」の主要なソースである信号を含んでいるLCDのライン走査周波数に対して直交するように、励起周波数を選択することができる。
システムの雑音性能は、一般に、例えば受信器における信号対雑音比によって求めることができる。前述のように、正確な予想波形に対して相関を取ることを含むさまざまな技法がSNRを改善することができ、全体の受信雑音を低下させるために、有効な受信エネルギーが信号から抽出されて、雑音に対して直交する波形が選択される。SNRを改善する別の技法は、送信電力を増加することであり得る。例えば、小さな容量型タッチセンサ(例えば対角線距離が約4インチ(10.16cm)のもの)は、標準的な論理電圧(例えば約3.3Vまたはそれよりわずかに高い電圧)で動作することができ、より大きなタッチスクリーン(例えば対角線距離が約15インチ(38.1cm)以上のもの)は、例えば約10〜20Vで動作することができる。SNRは電圧に応じて定められ得るので、いくつかの実装形態は、例えば200Vの最大送信電圧で動作するシステムを有することによりSNRを改善することができる。これによって放射妨害波が増加する可能性があるが、放射妨害波は、例えば高速のエッジのスルーレートを制限することにより、または送信信号を雑音状の(例えば広帯域の)符号で変調することにより緩和することができる。これによって、ユーザを通る電流も増加し得るが、その電流は例えば数十マイクロアンペアにすぎない可能性がある。この電流は、対象の周波数では約10mAであり得る感覚の閾値よりはるかに小さいものであり得る。(神経と相互作用によって)ちくちくする感覚から、(肉のI2×R加熱による)暖かい感じに変化するとき、感覚の閾値が周波数につれて増加するので、高周波では、ユーザを通る最大許容電流のさらなる増加が可能になり得る。さらに、1度に走査されるのが1列だけで、ユーザが少数の列にしか触れていなければ、平均電流はさらに低減される。これは、例えばユーザが100列のセンサの3列に触れているとすると、平均電流はピーク電流の3/100であり得ることを意味することができる。
容量型タッチセンサ式システム用のアナログフロントエンド回路を設計するための技法および実装形態が説明される。
Claims (45)
- フロントエンドインターフェースと、少なくとも1つのトレースラインと、前記フロントエンドインターフェースと前記トレースラインの少なくとも1つの上の第1の位置の両方に結合された少なくとも1つの送信器と、前記少なくとも1つのトレースライン上の第2の位置に結合された受信器とを有するセンサに関連したデータ処理装置によって遂行される方法であって、
前記センサの前記フロントエンドインターフェースにおいて信号にアクセスするステップと、
前記アクセスされた信号を、前記送信器から、前記センサの前記トレースラインの少なくとも1つの上の前記第1の位置に送信して、前記アクセスされた信号を、前記アクセスされた信号が送信される前記第1の位置に対応する前記トレースラインに沿って送信するのを促進するステップと、
前記アクセスして送信された信号を、前記トレースラインから、前記センサの前記トレースラインの前記第2の位置に結合された前記受信器を介して前記センサの前記受信器で受信するステップと、
前記アクセスされた信号を送信するのに使用された前記トレースラインに沿って、送信器の前記第1の位置と受信器の前記第2の位置の間の距離にアクセスするステップと、
前記アクセスされた距離に基づいて、前記送信信号が経験すると予想される変換を、前記第1の位置と前記第2の位置の間の前記距離の関数としての伝達に基づいて求めるステップと、
前記求められた変換に基づいて、予想される相関信号を生成するステップと、
前記予想される相関信号を前記センサの前記受信器で受信するステップと、
前記受信した予想される相関信号に基づいて、前記送信信号が前記送信に基づいて経験すると予想される前記変換を少なくとも部分的に補償するのに用いることができる情報を識別するステップと、
前記受信した予想される相関信号を適用することにより、前記送信信号が前記送信に基づいて経験すると予想される前記変換の最小部分を補償するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 前記予想される相関信号は、アナログ信号に対応する相関情報に相当することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記予想される相関信号は、デジタルデータに対応する相関情報に相当することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記変換は位相シフトを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記変換は減衰をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 前記変換は線形フィルタリングの効果を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記変換は減衰および遅延を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記変換は、前記予想される相関信号用の正弦波形に適用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記変換は、前記予想される相関信号用の非正弦波形に適用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記補償するステップは、
積分期間にわたって、前記受信した送信信号の波形と前記予想される相関信号の波形の積を計算するステップと、
前記積の積分を計算するステップと
を含み、
前記受信器の出力に前記計算結果を供給するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記センサはマトリクス構造のトレースラインを備え、
前記方法は、前記受信した送信信号の前記変換を、前記マトリクス構造の前記送信器と前記受信器の間の前記距離の関数としてモデル化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記変換をモデル化するステップは、前記少なくとも1つのトレースラインを、前記第1の位置と前記第2の位置の間の前記距離に沿って分布した抵抗およびキャパシタンスを有するものとしてモデル化するステップを含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記送信信号が経験すると予想される前記変換を求めるステップは、
前記第1の位置と前記第2の位置の間の前記距離に沿って1組の変換を測定するステップと、
前記送信信号が経験すると予想される前記変換を近似する、前記変換の組の中の1つの前記変換を選択するステップと
を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 前記変換は位相シフトを含み、前記変換の組は1組の位相シフトを含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 前記変換は位相シフトを含み、前記送信信号が経験すると予想される前記変換を求めるステップは、
前記少なくとも1つのトレースラインに沿って、それぞれの位置に沿ったそれぞれの位相シフトを測定するステップと、
前記測定された位相シフトのうちの1つに関連する前記距離を、前記第1の位置と前記第2の位置の間の距離と照合することに基づいて、前記測定された位相シフトのうちの1つを選択するステップと、
前記測定された位相シフトの選択されたものを、前記送信信号が経験すると予想される前記位相シフトとして割り当てるステップと
を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 前記変換は位相シフトを含み、前記送信信号が経験すると予想される前記変換を求めるステップは、
前記少なくとも1つのトレースラインに沿って、それぞれの位置に沿ったそれぞれの位相シフトを測定するステップと、
前記測定された位相シフトの線形補間を利用し、前記送信信号が前記第2の位置において前記受信器で経験すると予想される前記位相シフトを近似するステップと、
前記補間された位相シフトを、前記送信信号が経験すると予想される前記位相シフトとして割り当てるステップと
を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 前記変換は位相シフトを含み、前記送信信号が経験すると予想される前記変換を求めるステップは、
前記送信信号の波形の同相バージョンおよび直角位相バージョンに対して相関を取るステップと、
前記同相波形と前記直角位相波形のアークタンジェント関数を計算することにより、前記送信信号が経験すると予想される前記位相シフトを計算するステップと
を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 前記センサはマトリクス構造のトレースラインを備え、前記送信するステップは、前記マトリクスの2つのエッジにおいて前記センサを前記送信信号で駆動し、抵抗−キャパシタンスの時定数を、1つのエッジにおいて前記送信信号で前記センサを駆動することから導出される時定数と比較して1/2に低減するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記センサはマトリクス構造のトレースラインを備え、前記送信するステップは、前記マトリクスの複数のエッジにおいて前記センサを前記送信信号で駆動し、抵抗−キャパシタンスの時定数を、1つのエッジにおいて前記送信信号で前記センサを駆動することから導出される時定数と比較して低減するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 多くの複数のエッジは4であり、前記抵抗−キャパシタンスの時定数を、1つのエッジにおいて前記送信波形で前記センサを駆動することから導出される前記時定数と比較して1/4に低減することを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記センサは、行と列を有するマトリクス構造に形成されたトレースラインを備え、
前記行の少なくとも1つまたは前記列の少なくとも1つの、少なくとも1つのトレースラインは、分割されて、前記1つのトレースラインのおよそ半分の長さの2つのトレースラインを形成し、
前記分割されたトレースラインは、前記分割されたトレースラインの第1の部分に相当する前記トレースラインの第1の区間および前記分割されたトレースラインの第2の部分に相当する前記トレースラインの第2の区間を形成し、
前記第1の分割されたトレースラインまたは前記第2の分割されたトレースラインのいずれかの抵抗−キャパシタンスの時定数は、前記第1の分割されたトレースラインまたは前記第2の分割されたトレースラインの長さの関数であることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記センサは容量型タッチセンサを備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- フロントエンドインターフェースと、
トレースライン上の第1の位置および第2の位置を有する少なくとも1つのトレースラインと、
前記フロントエンドインターフェースと前記トレースラインの少なくとも1つの上の前記第1の位置の両方に結合された少なくとも1つの送信器と、
前記少なくとも1つのトレースライン上の前記第2の位置に結合された受信器と
を備えたセンサを備えるシステムであって、
前記センサの前記フロントエンドインターフェースにおいて信号にアクセスし、
前記アクセスされた信号を、前記送信器から前記センサの前記トレースラインの少なくとも1つへ送信し、前記アクセスされた信号の、前記アクセスされた信号が送信される前記第1の位置に対応する前記トレースラインに沿った送信を促進し、
前記アクセスして送信された信号を、前記トレースラインから、前記センサの前記トレースラインの前記第2の位置に結合された前記受信器を介して前記センサの前記受信器で受信し、
前記アクセスされた信号を送信するのに使用された前記トレースラインに沿って、前記送信器の前記第1の位置と受信器の前記第2の位置の間の距離にアクセスし、
前記アクセスされた距離に基づいて、前記送信信号が経験すると予想される変換を、前記第1の位置と前記第2の位置の間の前記距離の関数としての伝達に基づいて求め、
前記求められた変換に基づいて、予想される相関信号を生成し、
前記予想される相関信号を前記センサの前記受信器で受信し、
前記受信した予想される相関信号に基づいて、前記送信信号が前記送信に基づいて経験すると予想される前記変換を少なくとも部分的に補償するのに用いることができる情報を識別して、
前記受信した予想される相関信号を適用することにより、前記送信信号が前記送信に基づいて経験すると予想される前記変換の最小部分を補償するように構成されることを特徴とするシステム。 - 前記予想される相関信号は、アナログ信号に対応する相関情報に相当することを特徴とする請求項23に記載のシステム。
- 前記予想される相関信号は、デジタルデータに対応する相関情報に相当することを特徴とする請求項23に記載のシステム。
- 前記変換は位相シフトを含むことを特徴とする請求項23に記載のシステム。
- 前記変換は減衰をさらに含むことを特徴とする請求項26に記載のシステム。
- 前記変換は線形フィルタリングの効果を含むことを特徴とする請求項23に記載のシステム。
- 前記システムにおける前記変換は減衰および遅延を含むことを特徴とする請求項23に記載のシステム。
- 前記変換を、前記予想される相関信号用の正弦波形に適用するように構成されることを特徴とする請求項23に記載のシステム。
- 前記変換を、前記予想される相関信号用の非正弦波形に適用するように構成されることを特徴とする請求項23に記載のシステム。
- 前記補償は、
積分期間にわたって、前記受信した送信信号の波形と前記予想される相関信号の波形の積を計算すること、および
前記積の積分を計算することを含むように、前記システムが構成され、
前記受信器の出力に前記計算結果を供給するように構成されることを特徴とする請求項23に記載のシステム。 - 前記センサはマトリクス構造のトレースラインを備え、
前記システムは、前記受信した送信信号の前記変換を、前記マトリクス構造の前記送信器と前記受信器の間の前記距離の関数としてモデル化するように構成されることを特徴とする請求項23に記載のシステム。 - 前記システムにおける前記変換のモデル化は、前記少なくとも1つのトレースラインを、前記第1の位置と前記第2の位置の間の前記距離に沿って分布した抵抗およびキャパシタンスを有するものとしてモデル化することを含むことを特徴とする請求項23に記載のシステム。
- 前記システムは、
前記第1の位置と前記第2の位置の間の前記距離に沿って1組の変換を測定して、
前記送信信号が経験すると予想される前記変換を近似する、前記変換の組の中の1つの変換を選択することにより、前記送信信号が経験すると予想される前記変換を求めるように構成されることを特徴とする請求項23に記載のシステム。 - 前記変換は位相シフトを含み、前記変換の組は1組の位相シフトを含むことを特徴とする請求項35に記載のシステム。
- 前記変換は位相シフトを含み、前記システムは、
前記少なくとも1つのトレースラインに沿って、それぞれの位置に沿ったそれぞれの位相シフトを測定し、
前記測定された位相シフトのうちの1つに関連する前記距離を、前記第1の位置と前記第2の位置の間の距離と照合することに基づいて、前記測定された位相シフトのうちの1つを選択して、
前記測定された位相シフトの選択されたものを、前記送信信号が経験すると予想される前記位相シフトとして割り当てることにより、前記送信信号が経験すると予想される前記変換を求めるように構成されることを特徴とする請求項23に記載のシステム。 - 前記変換は位相シフトを含み、
前記システムは、
前記少なくとも1つのトレースラインに沿って、それぞれの位置に沿ったそれぞれの位相シフトを測定し、
前記測定された位相シフトの線形補間を利用し、前記送信信号は前記第2の位置において前記受信器で経験すると予想される前記位相シフトを近似して、
前記補間された位相シフトを、前記送信信号が経験すると予想される前記位相シフトとして割り当てることにより、前記送信信号が経験すると予想される前記変換を求めるように構成されることを特徴とする請求項23に記載のシステム。 - 前記変換は位相シフトを含み、
前記システムは、
前記送信信号の波形の同相バージョンおよび直角位相バージョンに対して相関を取って、
前記同相波形と前記直角位相波形のアークタンジェント関数を計算することにより、前記送信信号が経験すると予想される前記位相シフトを計算することにより、前記送信信号が経験すると予想される前記変換を求めるように構成されることを特徴とする請求項23に記載のシステム。 - 前記センサはマトリクス構造のトレースラインを備え、
前記送信することは、前記マトリクスの2つのエッジにおいて前記センサを前記送信信号で駆動し、抵抗−キャパシタンスの時定数を、1つのエッジにおいて前記送信信号で前記センサを駆動することから導出される時定数と比較して1/2に低減することをさらに含むように、前記システムが構成されることを特徴とする請求項23に記載のシステム。 - 前記センサはマトリクス構造のトレースラインを備え、
前記送信することは、前記マトリクスの複数のエッジにおいて前記センサを前記送信信号で駆動し、抵抗−キャパシタンスの時定数を、1つのエッジにおいて前記送信信号で前記センサを駆動することから導出される時定数と比較して低減することをさらに含むように、前記システムが構成されることを特徴とする請求項23に記載のシステム。 - 多くの複数のエッジは4であり、前記抵抗−キャパシタンスの時定数を、1つのエッジにおいて前記送信波形で前記センサを駆動することから導出される前記時定数と比較して1/4に低減することを特徴とする請求項41に記載のシステム。
- 前記センサは、行と列を有するマトリクス構造に形成されたトレースラインを備え、
前記行の少なくとも1つまたは前記列の少なくとも1つの、少なくとも1つのトレースラインは、分割されて、前記1つのトレースラインのおよそ半分の長さの2つのトレースラインを形成し、
前記分割されたトレースラインは、前記分割されたトレースラインの第1の部分に相当する前記トレースラインの第1の区間および前記分割されたトレースラインの第2の部分に相当する前記トレースラインの第2の区間を形成し、前記第1の分割されたトレースラインまたは前記第2の分割されたトレースラインのいずれかの抵抗−キャパシタンスの時定数は、前記第1の分割されたトレースラインまたは前記第2の分割されたトレースラインの長さの関数であることを特徴とする請求項23に記載のシステム。 - 前記センサは容量型タッチセンサを備えることを特徴とする請求項23に記載のシステム。
- フロントエンドインターフェースと、
第1の位置および第2の位置を有する少なくとも1つのトレースラインと、
前記フロントエンドインターフェースと前記トレースラインの少なくとも1つの上の前記第1の位置の両方に結合された少なくとも1つの送信器と、
前記少なくとも1つのトレースライン上の前記第2の位置に結合された受信器と
を備えたセンサと、
前記センサの前記フロントエンドインターフェースにおいて信号にアクセスするための手段と、
前記アクセスされた信号を、前記送信器から前記センサの前記トレースラインの少なくとも1つへ送信し、前記アクセスされた信号の、前記アクセスされた信号が送信される前記第1の位置に対応する前記トレースラインに沿った送信を促進するための手段と、
前記アクセスして送信された信号を、前記トレースラインから、前記センサの前記トレースラインの前記第2の位置に結合された前記受信器を介して前記センサの前記受信器で受信するための手段と、
前記アクセスされた信号を送信するのに使用された前記トレースラインに沿って、前記送信器の前記第1の位置と受信器の前記第2の位置の間の距離にアクセスするための手段と、
前記アクセスされた距離に基づいて、前記送信信号が経験すると予想される変換を、前記第1の位置と前記第2の位置の間の前記距離の関数としての伝達に基づいて求めるための手段と、
前記求められた変換に基づいて、予想される相関信号を生成するための手段と、
前記予想される相関信号を前記センサの前記受信器で受信するための手段と、
前記受信した予想される相関信号に基づいて、前記送信信号が前記送信に基づいて経験すると予想される前記変換を少なくとも部分的に補償するのに用いることができる情報を識別するための手段と、
前記受信した予想される相関信号を適用することにより、前記送信信号が前記送信に基づいて経験すると予想される前記変換の最小部分を補償するための手段と
を備えることを特徴とするシステム。
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