JP2021114293A - 静電容量タッチセンシングチャネル - Google Patents

Abstract

【課題】シグマデルタ変調器に基づく静電容量センシング変換器を含む、静電容量タッチセンシングチャネルに関する技術を提供する。【解決手段】静電容量タッチセンシングチャネル１００において、１つのシグマデルタ変調器１０４は、比較器１２０と、入力ノード１０３からの入来信号を受信して第１の出力信号を提供するように結合された第１の積分器１２２と、入来信号を受信して第２の出力信号を提供するための、第１の積分器に対して並列に結合された第２の積分器１２４と、スイッチング回路１２６と、を含む。スイッチング回路は、第１の出力信号を比較器に提供するために、第１の積分器を入力ノードと比較器との間に選択的に結合するか又は第２の出力信号を比較器に提供するために、第２の積分器を入力ノードと比較器との間に選択的に結合する。【選択図】図１

Description

関連出願
本願は、２０２０年１月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／９６１８９３号明細書の利益を主張し、その内容全体を参照により援用するものとする。

タッチセンサを使用して、タッチセンサのタッチセンシティブ領域内でのオブジェクトの存在および位置またはオブジェクトの近接を検出することができる。例えば、タッチセンシング回路は、ディスプレイ画面に関連して配置されたタッチセンサに近接するタッチオブジェクトの存在および位置を検出することができる。種々異なる種類のタッチセンサが存在する。タッチセンサの種類には、抵抗性タッチセンサ、弾性表面波タッチセンサ、静電容量タッチセンサ、誘導性タッチセンシング等が含まれ得る。それぞれ異なるタッチセンサは、それぞれ異なる種類のオブジェクトを検出することができる。

ほとんどのタッチセンシングアプリケーションは、タッチセンサ上の厚いオーバーレイ、グローブを使用したタッチセンサの操作、または近傍の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、誘導性負荷のスイッチング、無線放射等によって引き起こされるような雑音の多い条件下での高距離ホバー認識を支援するために、高感度を必要とする。さらに、タッチセンサの放射は限定されており、これにより、十分な信号対雑音比（ＳＮＲ）を実現するためのタッチセンサの励起エネルギが制限されている。

本開示を、添付図面において限定としてではなく例示として説明する。

一実施形態による累積式の一次シグマデルタ変換器に基づく静電容量タッチセンシングチャネルの機能図である。 一実施形態による累積式の一次シグマデルタ変換器の波形図である。 一実施形態による累積式の一次シグマデルタ変換器の波形図である。 一実施形態による雑音伝達関数の波形図である。 一実施形態による累積式の一次シグマデルタ変換器のブロック図である。 一実施形態による累積式の一次シグマデルタ変換器のブロック図である。 一実施形態による累積式の一次シグマデルタ変換器のブロック図である。 一実施形態による電流−電流変換器の概略図である。 一実施形態によるローパスフィルタを有する電流−電流変換器の概略図である。 一実施形態による、電極のアレイと、複数の静電容量タッチセンシング受信チャネルと、を有するタッチシステムである。 一実施形態による、電極のアレイと、複数の静電容量タッチセンシングチャネルと、処理装置と、を有するタッチシステムである。 一実施形態による累積式の一次シグマデルタ変換器を動作させる方法である。

以下の説明は、静電容量タッチセンシングチャネルについて本明細書に記載されている技術の種々の実施形態の十分な理解を提供するために、特定のシステム、構成要素、方法等の例のような多数の具体的な詳細を記載している。静電容量タッチセンシングチャネルは、静電容量センシング変換器を含み、静電容量センシング変換器は、センシング結果の累積特性を取得するように構造が修正されたシグマデルタ変調器に基づいており、積分期間に比例するセンシング分解能を提供する。上記のように、ほとんどのタッチセンシングアプリケーションは、高感度を必要とする。本明細書に記載するように、実施形態は、正弦波励起とともに正弦波復調窓を使用することによって外部雑音に対する耐性を高めることができ、また、積分期間を延長することによってセンシング分解能を高めることができる。しかしながら、少なくともいくつかの実施形態を、これらの具体的な詳細なしに実施してもよいことは、当業者には明らかであろう。他の事例では、本明細書に記載されている技術を不必要に曖昧にすることを回避するために、周知の構成要素、要素、または方法は、詳細には記載されていないか、または単純なブロック図の形式で提示されている。したがって、以下に記載されている具体的な詳細は、単なる例示に過ぎない。特定の実装形態は、これらの例示的な詳細とは異なっている場合があるが、それでもなお、本発明の思想内および範囲内にあると考えることができる。

本明細書に記載されているのは、静電容量センシングのための技術の種々の実施形態である。実施形態は、種々異なる種類のオブジェクトを検出するために静電容量センシング回路と一緒に使用することができる（タッチセンサとも称される）センスユニットを提供することができる。一実施形態では、センスユニットは、相互静電容量センシングまたは自己静電容量センシングのために使用可能である。一実施形態では、静電容量センシング回路（本明細書では「静電容量センシング回路」または「センシング回路」とも称される）は、本明細書により詳細に記載されるように、センス要素（例えば、接地電位に関する、または受信（ＲＸ）電極と送信（ＴＸ）電極との間の、単一電極）の静電容量を測定することができるように、静電容量タッチセンシングチャネルを使用することができる。センシング回路は、誘導性センシング技術を使用して、センスユニットに近接する鉄製および非鉄製の金属オブジェクトを検出するためなど、センス要素のインダクタンスを検出するようにも構成可能である。静電容量センシングを使用することができる装置の例には、限定するわけではないが、自動車、家電製品（例えば、冷蔵庫、洗濯機等）、パーソナルコンピュータ（例えば、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ等）、モバイルコンピューティングデバイス（例えば、タブレット、タブレットコンピュータ、ｅリーダーデバイス等）、モバイル通信デバイス（例えば、スマートフォン、携帯電話、携帯情報端末、メッセージングデバイス、ポケットＰＣ等）、接続用および充電用デバイス（例えば、ハブ、ドッキングステーション、アダプタ、充電器等）、オーディオ／ビデオ／データの記録用および／または再生用デバイス（例えば、カメラ、ボイスレコーダ、ハンドヘルドスキャナ、モニタ等）、身体装着可能なデバイス、およびその他の同様の電子デバイスが含まれ得る。

説明における「実施形態」、「一実施形態」、「例示的な実施形態」、「いくつかの実施形態」、および「種々の実施形態」への参照は、これらの実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、ステップ、動作、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。さらに、説明の種々の場所での「実施形態」、「一実施形態」、「例示的な実施形態」、「いくつかの実施形態」、および「種々の実施形態」という文言の出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を指しているとは限らない。

説明は、詳細な説明の一部を構成している添付図面への参照を含む。図面は、例示的な実施形態による例示を示す。本明細書で「例」とも称される場合があるこれらの実施形態は、本明細書に記載されている特許請求対象の主題の実施形態を当業者が実施できるようにするために十分に詳細に記載されている。特許請求対象の主題の思想および精神から逸脱することなく、複数の実施形態を組み合わせてもよいし、または他の実施形態を利用してもよいし、または構造的、論理的、および電気的な変更を行ってもよい。本明細書に記載されている実施形態は、主題の範囲を限定することを意図したものではなく、むしろ、当業者が主題を実践、作成、および／または使用できるようにすることを意図したものであることを理解すべきである。

図１は、一実施形態による、累積式の一次シグマデルタ変換器に基づく静電容量タッチセンシングチャネル１００の機能図である。静電容量タッチセンシングチャネル１００は、入力ノード１０３に結合されたシグマデルタ変調器１０４を含む。シグマデルタ変調器１０４は、一次シグマデルタ変調器であり得る。入力ノード１０３は、タッチセンサ１０２に結合されている。一実施形態では、タッチセンサ１０２は、図１に等価回路として表されているように、送信（ＴＸ）電極および受信（ＲＸ）電極を含む。別の実施形態では、タッチセンサ１０２は、単一の電極を含む。これに代えて、他の種類のタッチセンサを使用してもよい。シグマデルタ変調器１０４の出力部１０５は、カウンタ１０６に結合されており、カウンタ１０６は、復調器１０８に結合されている。一実施形態では、波形発生器１１０が、ＴＸ電極のようなタッチセンサ１０２に印加される励起信号１０７を生成する。復調器１０８は、カウンタ１０６の出力１０９を復調するために励起信号１０７を受信するようにも構成されている。復調器１０８の出力部１１１には、累積器１１２が結合されており、累積器１１２の出力部１１３には、デシメータ１１４が結合されている。デシメータ１１４は、タッチセンサ１０２の静電容量を表すデジタルカウント値のようなデジタル結果１１５を出力する。

図１に示されているように、シグマデルタ変調器１０４は、比較器１２０と、第１の積分器１２２と、第２の積分器１２４と、スイッチング回路１２６と、を含む。第１の積分器１２２は、比較器１２０に結合されており、入力ノード１０３からの入来信号および基準電圧を受信して、第１の出力信号を提供するように構成されている。第２の積分器１２４は、第１の積分器１２２に対して並列に、比較器１２０に結合されている。第２の積分器１２４は、入力ノード１０３における入来信号を受信して第２の出力信号を提供するように構成されている。スイッチング回路１２６は、第１の出力信号を比較器１２０に提供するために、第１の積分器１２２を入力ノード１０３と比較器１２０との間に選択的に結合するか、または第２の出力信号を比較器１２０に提供するために、第２の積分器１２４を入力ノード１０３と比較器１２０との間に選択的に結合するように構成されている。

動作中、電流の形態の入来信号は、第１の積分器１２２または第２の積分器１２４のうちの一方に入り、比較器１２０からのシングルビットのデジタイザ出力、すなわち出力１０５によって形成されるフィードバックループによって平衡化される。一実施形態では、このフィードバックは、−Ｇとして表され、ここで、Ｇは、
Ｇ≧Ｖｅｘ・（Ｃｘｍ／Ｃｉｎｔ）・（Ｆｔｘ／Ｆｍｏｄ）
のように表される。入力信号を平衡化する手順は、カウンタ１０６に入力される出力１０５の上にビットストリームを形成する。カウンタ１０６は、デジタル形式の積分器である。カウンタ１０６は、タッチセンサ１０２の静電容量に比例してスケーリングされた、デジタル化された励起信号を反映する。カウンタ１０６の動作は、
Δｔ＝１／Ｆｍｏｄ
のように表すことができる。

復調器１０８は、カウンタ出力と、励起信号１０７にコヒーレントであるデジタル化された基準信号１１７と、を乗算する。出力部１１１における復調されたデジタル化された信号は、累積器１１２によって積分され、センシングされた信号の大きさが出力部１１３において取得される。デシメータ１１４は、整数個の励起信号周期（Ｎｔｘ）の間のセンシングのデジタル結果１１５を形成する。静電容量タッチセンシングチャネル１００の構成要素は、タッチセンサ１０２の静電容量を、この静電容量を表すデジタル値に変換する累積式の一次シグマデルタ変換器を形成する。以下でより詳細に説明するように、累積式の一次シグマデルタ変換器により、励起信号１０７のいくつかの周期中にサンプルが累積されるときの量子化誤差の累積の特性が供給される。

静電容量タッチセンシングチャネル１００のチャネル伝達関数が、タッチセンサ１０２のセンシングされた静電容量の線形掃引に対して線形であることに留意すべきである。従来のシグマデルタ変換器では、変換が比較的長く続き、ディザリングによって量子化誤差の低減が可能である場合には、センシングされた信号の大きさの量子化誤差は変化しない。すなわち、静電容量タッチセンシングチャネル１００は、信号の大きさを測定する。信号形状の歪みは、追加的なフィルタリングによって低減させることができるが、この手法では、信号の大きさに関する分解能は、一定のままであるので変化しない。（Ｔｘ周期とも称される）励起周期の１回の変換は、正および負の半周期の形状の対称性に起因して量子化ステップ値を定義する。この形状は、それぞれの半周期の終わりに同じ大きさの量子化誤差を供給するが、極性は異なる。最終的に、励起信号の周期の終わりにおける量子化誤差は、ゼロに等しくなる。それぞれ後続する変換を、以前の変換からの履歴のない別個の変換として見なす必要がある。励起信号の後続する周期中に変換のサンプルを累積すると、チャネルの通過帯域が狭められるが、分解能は高められない。ディザリングは、１つの平衡化ステップよりも大きいランダム部分により、それぞれの周期の変換の結果を作成するために必要である。この場合には、励起信号のＮｔｘ周期の後続する累積により、ｓｑｒｔ（Ｎｔｘ）倍

だけ高められた分解能が提供される。この解決方法では、高周波雑音による飽和を防止するためにアンチエイリアシングフィルタを実装することは不可能である。チャネル周波数応答は、外部雑音によって影響を受ける可能性があり、これにより、積分時間（デシメーション係数）が増加すると、チャネル通過帯域が狭くなる。例えば、高周波雑音信号がチャネルに注入されると、注入された雑音は、シグマデルタ変調器の入力の上に、平衡化電流よりも大きい電流を生成する。インパルス雑音がタッチセンサに影響を与える場合（例えば、ＬＣＤ雑音）には、このことにより、変換が大幅に歪められる可能性がある。アンチエイリアシングフィルタが雑音高周波成分の大きさを低減する場合には、飽和を防止することができる。しかしながら、従来のシグマデルタ変換器は、アンチエイリアシングフィルタを実装していない。従来の解決方法は、飽和する可能性のある高次の変調器を使用している。飽和は、サンプリング周期中の信号変動が平衡化信号よりも大きい場合に発生する。従来の解決方法は、センサ電流を電圧に変換し、その後、フィルタを使用する必要がある。十分な過負荷能力を得るために、高次のシグマデルタ変調器を使用することができるが、チャネル分解能は、これに比例して低下する。

対照的に、静電容量タッチセンシングチャネル１００は、以下のようなシグマデルタ変調器１０４に基づいており、すなわち、シグマデルタ変調器１０４のビットストリームは、カウンタ１０６によって積分され、励起信号１０７にコヒーレントな正弦波データと乗算されることによってコヒーレントに復調され、このビットストリームは、最終的に累積器１１２によって累積される。シグマデルタ変調器１０４は、主積分器、すなわち第１の積分器１２２に対して並列である追加的な積分器、すなわち第２の積分器１２４を含む。これらの積分器は、スイッチング回路１２６を使用して、入来信号および比較器１２０に接続されている。例えば、第１のスイッチＳ１および第２のスイッチＳ２は、２つの分岐を介して入来信号を比較器１２０に接続する。スイッチＳ１およびＳ２は、タッチセンサ１０２から比較器１２０への２つの分岐を形成するために、同期して動作する。１つの分岐は、励起信号１０７が上昇しているときに第１の積分器１２２を通り、別の分岐は、励起信号１０７が降下しているときに第２の積分器１２４を通る。平衡化フィードバックループは、スイッチＳ１およびＳ２と同期して動作する第３のスイッチＳ３によって、アクティブな方の分岐に接続される。

このようにして、これらの積分器は、各自のアクティブフェーズの終了時に形成された量子化誤差を保存し、後続するアクティブフェーズの各々は、他方の積分器の以前のアクティブフェーズの量子化条件で開始する。これにより、図２Ａ〜図２Ｂに示されているように、励起信号１０７のいくつかの周期中にサンプルが累積されるときの量子化誤差の累積の特性が供給される。

別の実施形態では、静電容量タッチセンシングチャネル１００は、ビットストリームに余弦波データを乗算することによって、シグマデルタ変調器のビットストリームを復調することができる。この場合には、第１のデジタル積分器１０６を取り外すことができる。余弦波データは、＋１および−１によって乗算可能である。乗算の代わりに、正弦波データの加算または減算を使用してもよい。この方法は、チャネル通過帯域が２倍広くなる等、チャネルの基底帯域が広くなるという利点を提供することができる。

図２Ａ〜図２Ｂは、一実施形態による、累積式の一次シグマデルタ変換器の波形図２００である。波形図２００において、励起信号２０２（「Ｖｔｘ」とラベル付けされている）は、上昇および降下する正弦波である。正弦波テーブル２０８は、励起信号２０２にコヒーレントである正弦波データである。励起信号２０２が上昇している間、スイッチ制御信号２０４（「θａ（φａ）」とラベル付けされている）は、第１の状態（例えば、ロー状態またはロジック０）にある。励起信号２０２が降下している間、スイッチ制御信号２０４は、第２の状態（例えば、ハイ状態またはロジック１）にある。波形図２００は、図４Ａに関して以下に図示および説明するような減衰器の出力電流２１０を示す。波形図２００は、励起信号２０２の周期にわたって周波数が増加および減少している平衡化電流信号２０６（「Ｉｂａｌ」とラベル付けされている）も示す。平衡化電流信号２０６は、比較器１２０からのシングルビットのデジタイザ出力、すなわち出力１０５によって形成されるフィードバックループに基づいて積分器を平衡化するために使用される電流を表す。波形図２００は、センシングされた大きさの量子化誤差２１４が含まれた、積分器上の信号２１２を示す。上記のように、図２Ａ〜図２Ｂのシグナリングにより、累積式の一次シグマデルタ変換器の積分器は、各自のアクティブフェーズの終了時に形成された量子化誤差を保存することが可能となり、後続するアクティブフェーズの各々は、積分器の以前のアクティブフェーズの量子化誤差条件で開始することが可能となり、その結果として、量子化誤差が累積される。波形図２００は、カウンタの出力２１６および復調器の出力２１８も示す。図２Ｂは、励起信号２０２、スイッチ制御信号２０４および平衡化電流信号２０６の拡大図を示す。図２Ａ〜図２Ｂのシグナリングにより、静電容量センシングチャネルは、狭帯域になり、センシング周期の期間に比例した分解能を有することが可能になる。累積式の一次シグマデルタ変換器に基づく静電容量タッチセンシングチャネル１００の動作は、正弦波励起と一緒に正弦波復調窓を使用することによって外部雑音に対する耐性を高めることができる。従来の試みでは、センシング周期（センシング期間とも称される）を延長することによって解像度を上げることはできないが、静電容量タッチセンシングチャネル１００は、センシング周期を延長することによって解像度を上げることを可能にする。静電容量タッチセンシングチャネル１００は、正弦波励起を使用する従来の静電容量タッチセンシングチャネルの特性と、電荷移動法に基づくダブルスロープ電荷平衡化変換器の特性と、を組み合わせることができる。しかしながら、静電容量タッチセンシングチャネル１００は、ダブルスロープ電荷平衡化変換器の代わりに、本明細書に記載されているような累積式のシグマデルタ変調器を使用する。

図３は、一実施形態による雑音伝達関数の波形図３００である。波形図３００は、正弦波同期復調器３０２に対する雑音源と、矩形窓同期復調器３０４に対する雑音源と、を示す。正弦波励起の場合、励起信号の正弦波形状は、放射に対する強力な制限なしに周波数範囲に配置することができるシングルトーン放射を生成する。高調波成分を低減するために、複雑なシンセサイザを使用することができる。シングルローブの雑音伝達関数により、結果的に、高感度モードでの雑音耐性およびＳＮＲがより良好になる。チャネルサンプルの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により、周波数ホッピングのためのサイレント帯域を発見することが可能となり、その結果、雑音の多い環境での高信頼性の動作が得られる。チャネルサンプルの復調は、サンプルにデジタル形式の正弦波値を乗算することによって実施可能である。チャネルサンプルにデジタル形式の正弦波値を乗算するために、処理要素を使用することができる。これに代えて、チャネルサンプルの乗算のために、既存のチャネルエンジンに修正を加えてもよい。チャネルエンジンは、復調器に接続された処理装置によって実行されるファームウェアであり得る。

以下の説明は、図１〜図２に関して上で説明した機能動作の実装に関する。例えば、静電容量タッチセンシングチャネル１００は、図４Ａ〜図４Ｃの累積式の一次シグマデルタ変換器において示されているように、それぞれ電流−電流変換器を使用して構築される２つの積分器を含むことができる。

図４Ａ〜図４Ｃは、一実施形態による、累積式の一次シグマデルタ変換器４００（以下、「変換器４００」）のブロック図である。変換器４００は、説明を容易にするために、以下では変換器４００と称される。変換器４００は、タッチセンサからの電流または電荷をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）である。ＡＤＣは、一次変換器である。なぜなら、ＡＤＣは、連続平衡化積分器のために使用される、量子化誤差を表すフィードバックを測定する一次シグマデルタ変調器４０２を有するからである。一次シグマデルタ変調器４０２は、説明を容易にするために、以下ではシグマデルタ変調器４０２と称される。カウンタ４０４は、入力信号のデジタル表現を保存するために使用される。カウンタ４０４の出力は、図４Ｃに関して以下に図示および説明する乗算累積演算回路（ＭＡＣ）４０６によって乗算および累積される。

一実施形態では、シグマデルタ変調器４０２は、２つの積分器を含むことができ、これら２つの積分器は、それぞれ演算増幅器および積分器コンデンサを含む。これに代えて、シグマデルタ変調器４０２は、図４Ａに示されているような減衰器４０８を含んでもよく、この減衰器４０８により、出力電流を適切な範囲内に維持することが可能となり、これにより、ユニティ値の平衡化源を使用することが可能になる。

図示のように、シグマデルタ変調器４０２は、入力ノード４０１およびバイアス電圧４０３に結合された減衰器４０８を含む。減衰器４０８は、第１の積分器および第２の積分器のための共通の１つの増幅器（例えば、トランスインピーダンス演算増幅器４１０）を含む。シグマデルタ変調器４０２は、第１のノード４０５に結合された第１の積分器コンデンサ４１２と、第２のノード４０７に結合された第２の積分器コンデンサ４１４と、もまた含む。シグマデルタ変調器４０２は、第１の電流源４１６と、第２の電流源４１８と、比較器４２０と、比較器４２０の出力部に結合されていて、かつカウンタ４０４の入力部に結合されているフリップフロップ４２２と、もまた含む。フリップフロップ４２２の出力は、スイッチング回路に結合された平衡化フィードバックループ４２４の一部である。図４Ａに示されているように、スイッチング回路は、減衰器４０８、第１のノード４０５および第２のノード４０７に結合された第１のスイッチ４２６と、比較器４２０、第１のノード４０５および第２のノード４０７に結合された第２のスイッチ４２８と、第３のノード４０９、第１のノード４０５および第２のノード４０７に結合された第３のスイッチ４３０と、第３のノード４０９、第１の電流源４１６および第２の電流源４１８に結合された第４のスイッチ４３２と、を含む。第１のスイッチ４２６と第２のスイッチ４２８と第３のスイッチ４３０とは、同期して動作するように構成されている。これらのスイッチは、励起信号４１３に依存している第１の制御信号４１１（「θＡｃｃ（φＡｃｃ）」とラベル付けされている）によって制御可能である。励起信号４１３が上昇しているときには、第１の制御信号４１１はローであり、これにより、第１のスイッチ４２６および第２のスイッチ４２８は、第１の積分器コンデンサ４１２に結合されている第１のノード４０５を介して入来信号を比較器４２０に結合する。励起信号４１３が降下しているときには、第１の制御信号４１１はハイであり、これにより、第１のスイッチ４２６および第２のスイッチ４２８は、第２の積分器コンデンサ４１４に結合されている第２のノード４０７を介して入来信号を比較器４２０に結合する。第３のスイッチ４３０は、励起信号４１３が上昇しているときには平衡化フィードバックループ４２４を第１のノード４０５に接続し、励起信号４１３が降下しているときには平衡化フィードバックループ４２４を第２のノード４０７に接続するように、第１の制御信号４１１によって制御される。第４のスイッチ４３２は、フリップフロップ４２２の出力によって制御される。第４のスイッチ４３２は、積分器の平衡化のために、第１の電流源４１６または第２の電流源４１８のいずれかを第３のノード４０９に結合する。平衡化フィードバックループ４２４は、入来信号の平衡化のために電流源を制御する平衡化電流信号２０６を含む。比較器４２０は、平衡化フィードバックが含まれた入来信号を電圧基準４１５と比較する。フリップフロップ４２２は、クロック信号４２９（「Ｆｍｏｄ」とラベル付けされている）を使用してクロックされる。同じクロック信号が、カウンタ４０４によって使用される。上記のように、第４のスイッチ４３２を制御するためにフィードバックされる平衡化電流信号は、シングルビットのデジタイザ出力４１７によって形成される平衡化フィードバックループ４２４に基づいて積分器を平衡化するために使用される電流を表し、なお、シングルビットのデジタイザ出力４１７は、フリップフロップ４２２によってサンプリングされた比較器４２０からの出力を表す。平衡化フィードバックループ４２４のシグナリングにより、シグマデルタ変調器４０２の積分器は、各自のアクティブフェーズの終了時に形成された量子化誤差を保存することが可能となり、後続するアクティブフェーズの各々は、積分器の以前のアクティブフェーズの量子化誤差条件で開始することが可能となり、その結果として、量子化誤差が累積される。カウンタ４０４は、センシング周期にわたってシングルビットのデジタイザ出力４１７をカウントし、デジタルカウント値４１９を、図４Ｃに関して以下に説明するＭＡＣ４０６に出力する。

一実施形態では、励起信号４１３は、波形発生器４３４によって生成される。波形発生器４３４は、励起信号４１３を正弦波（サイン波とも称される）として生成する。入力ノード４０１は、タッチセンサ４３６に結合可能であり、タッチセンサ４３６は、波形発生器４３４に結合された第１の電極４３８と、入力ノード４０１に結合された第２の電極４４０と、を含む。スイッチング回路は、タッチセンサ４３６と比較器４２０との間に第１の分岐を形成し、タッチセンサ４３６と比較器４２０との間に第２の分岐を形成するように構成されている。第１の分岐は、励起信号４１３が上昇しているときに第１の積分器を通り、第２の分岐は、励起信号４１３が降下しているときに第２の積分器を通る。スイッチング回路は、励起信号４１３が上昇しているときには平衡化フィードバックループ４２４を第１の分岐に結合し、励起信号４１３が降下しているときには平衡化フィードバックループ４２４を第２の分岐に結合するようにさらに構成されている。第１の積分器は、第１の積分器の第１のアクティブフェーズの終了時に形成された量子化誤差を保存するように構成されており、第２の積分器は、第２の積分器の第２のアクティブフェーズの開始時に量子化誤差で開始して、量子化誤差を累積するように構成されている。一実施形態では、波形発生器４３４は、制御データ４２１（「正弦波テーブル」とラベル付けされている）によって制御される。制御データは、正弦波テーブルに保存可能である。制御データ４２１は、励起信号４１３にコヒーレントであるデジタルデータである。制御データ４２１は、図４Ｃに関して以下に説明するデジタル復調器によっても使用される。

別の実施形態では、シグマデルタ変調器は、比較器と、入力ノードからの入来信号を受信して第１の出力信号を提供するように結合された第１の積分器と、入来信号を受信して第２の出力信号を提供するための、第１の積分器に対して並列に結合された第２の積分器と、第１の出力信号を比較器に提供するために、第１の積分器を入力ノードと比較器との間に選択的に結合するか、または第２の出力信号を比較器に提供するために、第２の積分器を入力ノードと比較器との間に選択的に結合するためのスイッチング回路と、を含む。さらなる実施形態では、スイッチング回路は、入来信号を第１の積分器または第２の積分器に提供するように結合された第１のスイッチと、第１の出力信号を比較器に、または第２の出力信号を比較器に提供するように結合された第２のスイッチと、を含む。第１のスイッチと第２のスイッチとは、同期して動作するように構成されている。

別の実施形態では、シグマデルタ変調器は、スイッチング回路に結合された平衡化フィードバックループを含み、スイッチング回路は、入来信号を第１の積分器または第２の積分器に提供するように結合された第１のスイッチと、第１の出力信号を比較器に、または第２の出力信号を比較器に提供するように結合された第２のスイッチと、平衡化フィードバックループからの平衡化フィードバック信号を、第１の積分器に提供される入来信号に、または第２の積分器に提供される入来信号に提供するように結合された第３のスイッチと、を含む。この実施形態では、第１のスイッチと第２のスイッチと第３のスイッチとは、同期して動作するように構成されている。

図４Ｂに示されているように、変換器４００は、電流−電流変換器（減衰器４０８とも称される）を含み、この減衰器４０８は、１００％フィードバックループを有するトランスインピーダンス演算増幅器４１０と、出力段増幅器４４２とに基づく。すなわち、トランスインピーダンス演算増幅器４１０は、フィードバックループを有する。減衰器４０８は、出力電流を適切な範囲内に維持し、これにより、連続的な平衡化のためにユニティ値の平衡化源を使用することを可能にする。

図４Ｃに示されているように、変換器４００は、ＭＡＣ４０６に結合されている。ＭＡＣ４０６は、図１の復調器１０８、累積器１１２、およびデシメータ１１４の１つの実装形態であり得る。ＭＡＣ４０６は、カウンタ４０４に結合された乗算回路４４４と、乗算回路４４４に結合された累積回路４４６と、を含む。乗算回路４４４は、カウンタ４０４によって出力されたデジタルカウント値４１９を、当該デジタルカウント値４１９に制御データ４２１を乗算することによって復調するように構成されている。乗算回路４４４の出力は、被復調信号４２３である。制御データ４２１は、波形発生器４３４からの励起信号４１３にコヒーレントな正弦波データである。累積回路４４６は、乗算回路４４４の電流出力４２５をレジスタ４４８内に既に保存されている累積値４２７に加算することによって被復調信号４２３を累積するように構成されている。累積回路の出力は、更新された累積値４２９としてレジスタ４４８内に保存され、この更新された累積値４２９が、ＭＡＣ４０６から出力される。

図４Ｄは、一実施形態による電流−電流変換器４０８の概略図である。図４Ｄに示されているように、トランスインピーダンス演算増幅器４１０は、第１のトランジスタセットの出力段４５０を含むことができ、トランスインピーダンス演算増幅器４１０の出力段４５０によって生成された電流をミラーリングするための、第２のトランジスタセットのさらなる出力段４５２によって補完可能である。出力電流の増幅または減衰は、ミラーリング段におけるトランジスタの個数を変更することによって実現可能である。減衰調整により、出力電流を適切な範囲内に維持することが可能となり、これにより、ユニティ値の平衡化源を使用することが可能になる。

図４Ｅは、一実施形態による、ローパスフィルタ４５４を有する電流−電流変換器の概略図である。図４Ｅに示されているように、駆動信号の経路にローパスフィルタ（ＬＰＦ）４５４を追加することができる。ＬＰＦ４５４は、入来電流の高周波雑音成分を抑制することができる。ＬＰＦは、アンチエイリアシングフィルタとして動作することができる。

図５は、一実施形態による、電極のアレイ５０２と、複数の静電容量タッチセンシングチャネル５０４と、を有するタッチシステム５００である。タッチシステム５００は、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）静電容量タッチセンシングコントローラを含み、このコントローラは、アレイ５０２に結合されている。ＡＦＥは、第１のマルチプレクサ回路５０８に結合された波形発生器５０６と、複数の静電容量タッチセンシングチャネル５０４に結合された第２のマルチプレクサ回路５１０と、を含む。波形発生器５０６は、制御データまたは正弦波データと称されるデジタル入力を受信して、励起信号を生成するダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）であり得る。ＤＤＳは、ＤＤＳベースの正弦波を生成することができる。正弦波は、従来のような矩形の励起信号とは異なる。励起信号は、第１のマルチプレクサ回路５０８を介して、アレイ５０２の複数の電極のうちのいずれか１つに印加可能である。第１のマルチプレクサ回路５０８は、波形発生器５０６の直接出力または逆出力を、多相パターンに従って任意のセンサＴＸラインに接続することができることに留意すべきである。複数の静電容量タッチセンシングチャネル５０４のうちのいずれか１つを、第２のマルチプレクサ回路５１０を介して、アレイ５０２の複数の電極のうちのいずれか１つに結合することができる。複数の静電容量タッチセンシングチャネル５０４の各々は、累積式のシグマデルタ変換器５１２およびＭＡＣ５１４を含むことができる。累積式のシグマデルタ変換器５１２は、図４Ａ〜図４Ｃの累積式のシグマデルタ変換器４００と同様である。ＭＡＣ５１４は、図４Ａ〜図４ＣのＭＡＣ４０６と同様である。本明細書に記載するように、累積式のシグマデルタ変換器５１２は、サンプルを生成し、このサンプルは、励起信号にコヒーレントな正弦波データによって乗算され、ＭＡＣ５１４によって復調される。波形発生器５０６は、累積式のシグマデルタ変換器５１２における量子化誤差の累積を駆動するために半周期信号を形成する。

別の実施形態では、システムは、第１の電極および第２の電極を有するタッチセンサと、タッチセンサに結合された静電容量タッチセンシングコントローラと、を含む。静電容量タッチセンシングコントローラは、第１の電極に結合された波形発生器を含む。波形発生器は、励起信号と、励起信号にコヒーレントな正弦波データと、励起信号の上昇または降下を示す制御信号と、を生成する。センシングチャネルは、入力ノードにおいて第２の電極に結合されている。センシングチャネルは、タッチセンサの静電容量を表すデジタル値を生成するための累積式のシグマデルタアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。累積式のシグマデルタＡＤＣは、比較器と、入力ノードからの入来信号を受信して第１の出力信号を提供するように結合された第１の積分器と、入来信号を受信して第２の出力信号を提供するための、第１の積分器に対して並列に結合された第２の積分器と、第１の出力信号を比較器に提供するために、第１の積分器を入力ノードと比較器との間に選択的に結合するか、または第２の出力信号を比較器に提供するために、第２の積分器を入力ノードと比較器との間に選択的に結合するためのスイッチング回路と、を含むことができる。さらなる実施形態では、累積式のシグマデルタＡＤＣは、スイッチング回路に結合された平衡化フィードバックループをさらに含む。スイッチング回路は、入来信号を第１の積分器または第２の積分器に提供するように結合された第１のスイッチと、第１の出力信号を比較器に、または第２の出力信号を比較器に提供するように結合された第２のスイッチと、平衡化フィードバックループからの平衡化フィードバック信号を、第１の積分器に提供される入来信号に、または第２の積分器に提供される入来信号に提供するように結合された第３のスイッチと、を含むことができる。第１のスイッチと第２のスイッチと第３のスイッチとは、同期して動作するように構成されている。

別の実施形態では、累積式のシグマデルタＡＤＣは、一次シグマデルタ変調器を含み、一次シグマデルタ変調器は、入力ノードおよびバイアス電圧に結合された減衰器を含む。減衰器は、第１の積分器および第２の積分器のための共通の１つの増幅器を含むことができる。累積式のシグマデルタＡＤＣは、第１のノードに結合された第１の積分器コンデンサと、第２のノードに結合された第２の積分器コンデンサと、第１の電流源と、第２の電流源と、比較器の出力部に結合されていて、かつカウンタの入力部に結合されているフリップフロップと、をさらに含む。フリップフロップの出力は、スイッチング回路に結合された平衡化フィードバックループの一部である。この実施形態では、スイッチング回路は、減衰器、第１のノード、および第２のノードに結合された第１のスイッチと、比較器、第１のノード、および第２のノードに結合された第２のスイッチと、第３のノード、第１のノード、および第３のノードに結合された第３のスイッチと、第３のノード、第１の電流源、および第２の電流源に結合された第４のスイッチと、を含む。第１のスイッチと第２のスイッチと第３のスイッチとは、同期して動作するように構成されている。第４のスイッチは、フリップフロップの出力によって制御される。

一実施形態では、第１の積分器は、第１の積分器の第１のアクティブフェーズの終了時に形成された量子化誤差を保存するように構成されており、第２の積分器は、第２の積分器の第２のアクティブフェーズの開始時に量子化誤差で開始して、量子化誤差を累積するように構成されている。

別の実施形態では、累積式のシグマデルタＡＤＣは、一次シグマデルタ変調器を含み、一次シグマデルタ変調器は、第１の積分器コンデンサと、第２の積分器コンデンサと、電流−電流変換器と、を含む。電流−電流変換器は、フィードバックループを有するトランスインピーダンス演算増幅器と、トランスインピーダンス演算増幅器に結合されたトランジスタセットの出力段と、を含むことができる。トランジスタセットは、トランスインピーダンス演算増幅器によって生成された電流信号をミラーリングする。さらなる実施形態では、電流−電流変換器は、トランスインピーダンス演算増幅器とトランジスタセットとの間に結合されたＬＰＦのセットをさらに含むことができる。ＬＰＦのセットは、電流信号の高周波成分をフィルタリングする。この実施形態では、スイッチング回路は、第１の積分器コンデンサを電流−電流変換器と比較器との間の第１の分岐に結合することによって、第１の積分器を形成し、第２の積分器コンデンサを電流−電流変換器と比較器との間の第２の分岐に結合することによって、第２の積分器を形成するように構成可能である。さらなる実施形態では、スイッチング回路は、励起信号が上昇しているときには入来信号が第１の分岐を通過できるようにし、励起信号が降下しているときには入来信号が第２の分岐を通過できるようにするように構成されている。スイッチング回路は、励起信号が上昇しているときには平衡化フィードバックループを第１の分岐に結合し、励起信号が降下しているときには平衡化フィードバックループを第２の分岐に結合するようにもさらに構成可能である。

別の実施形態では、静電容量タッチセンシングチャネルは、乗算累積回路をさらに含むことができ、乗算累積回路は、累積値を保存するためのレジスタと、変調器のカウンタに結合された乗算回路と、を含む。乗算累積回路は、波形発生器からの励起信号にコヒーレントな正弦波データをカウンタの出力に乗算することによってカウンタの出力を復調するための乗算回路を含む。乗算累積回路は、乗算回路に結合された累積回路も含む。累積回路は、乗算回路の電流出力を累積値に加算することによって被復調信号を累積して、更新された累積値を取得し、更新された累積値をレジスタに保存する。

図６は、一実施形態による、電極のアレイ６０２と、複数の静電容量タッチセンシングチャネル６０４と、処理装置６１８と、を有するタッチシステム６００である。タッチシステム６００は、マルチプレクサ回路６０８に結合された波形発生器６０６を含む。マルチプレクサ回路６０８は、図５の第１のマルチプレクサ回路５０８および第２のマルチプレクサ回路５１０であってもよい。マルチプレクサ回路６０８は、波形発生器６０６をアレイ６０２の任意の１つまたは複数の電極に結合するために、かつアレイ６０２の任意の１つまたは複数の電極を複数の静電容量タッチセンシングチャネル６０４のうちの１つに結合するために使用される。波形発生器６０６は、制御データまたは正弦波データと称されるデジタル入力を受信して、励起信号を生成するＤＤＳであり得る。制御データは、静電容量タッチセンシングチャネル６０４にも送信される。本明細書に記載するように、励起信号は、正弦波である。マルチプレクサ回路６０８は、波形発生器６０６の直接出力または逆出力を、多相パターンに従って任意のセンサＴＸラインに接続することができることに留意すべきである。複数の静電容量タッチセンシングチャネル６０４のうちのいずれか１つを、マルチプレクサ回路６０８を介して、アレイ６０２の複数の電極のうちのいずれか１つに結合することができる。複数の静電容量タッチセンシングチャネル６０４の各々は、累積式のシグマデルタ変換器６１２およびＭＡＣ６１４を含むことができる。累積式のシグマデルタ変換器６１２は、図４Ａ〜図４Ｃの累積式のシグマデルタ変換器４００と同様である。ＭＡＣ６１４は、図４Ａ〜図４ＣのＭＡＣ４０６と同様である。多相パターンを使用することができるので、静電容量タッチセンシングチャネル６０４は、ＭＡＣ６１４の出力部に結合されたデコンボリューション回路６１６を含むことができる。本明細書に記載するように、累積式のシグマデルタ変換器６１２は、サンプルを生成し、このサンプルは、励起信号にコヒーレントな正弦波データによって乗算され、ＭＡＣ６１４によって復調される。デコンボリューション回路６１６は、サンプリングされたデータに対してデコンボリューションを実行することができる。波形発生器６０６は、累積式のシグマデルタ変換器６１２における量子化誤差の累積を駆動するために半周期信号を形成する。

タッチシステム６００は、複数の静電容量タッチセンシングチャネル６０４からのデジタル出力を受信する処理装置６１８を含むこともできる。処理装置６１８は、デジタルデータのさらなる処理を実行することができるプロセッサ、コントローラ、ハードウェア回路であり得る。一実施形態では、処理装置６１８は、後処理ロジック、通信ロジック、相互静電容量マッピング、自己静電容量ベクトル発生器等を含むファームウェアを実行する。処理装置６１８は、ステートマシンを含むことができる。処理装置６１８は、デジタルデータを処理した後、ホスト６２０にデータを出力することができる。タッチシステム６００は、マルチプレクサ回路６０８を制御するための制御回路、アレイ６０２の複数の電極の順番付けを行うシーケンサ、ベースライン補償回路等のような他の構成要素を含むことができる。

図７は、一実施形態による、累積式の一次シグマデルタ変換器を動作させる方法である。方法７００は、ハードウェア（例えば、回路、専用ロジック、プログラマブルロジック、マイクロコード等）、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせを含む処理ロジックによって実行可能である。一実施形態では、方法７００は、本明細書に記載されている任意の処理装置によって実行可能である。一実施形態では、方法７００は、図１の静電容量タッチセンシングチャネル１００によって実行される。別の実施形態では、方法７００は、図４Ａ〜図４Ｅの累積式の一次シグマデルタ変換器４００によって実行される。別の実施形態では、方法７００は、静電容量タッチセンシングチャネルと、当該静電容量タッチセンシングチャネルに結合された処理装置と、を含む装置によって実行される。

方法７００は、静電容量センシングチャネルのシグマデルタ変調器により、タッチセンサからの入来信号を受信することを、処理ロジックによって開始する（ブロック７０２）。シグマデルタ変調器は、比較器と、第１の積分器と、第２の積分器と、を含む。処理ロジックは、静電容量センシングチャネルのスイッチング回路により、励起信号が上昇しているときに、第１の分岐内の第１の積分器を介して入来信号を比較器に選択的に結合する（ブロック７０４）。処理ロジックは、スイッチング回路により、励起信号が降下しているときに、第２の分岐内の第２の積分器を介して入来信号を比較器に選択的に結合する（ブロック７０６）。処理ロジックは、比較器により、出力信号を生成する（ブロック７０８）。処理ロジックは、スイッチング回路により、比較器の出力信号からの平衡化フィードバックループを、励起信号が上昇しているときには第１の分岐に、励起信号が降下しているときには第２の分岐に選択的に結合する（ブロック７１０）。処理ロジックは、出力信号のカウントを生成する（ブロック７１２）。処理ロジックは、励起信号にコヒーレントな正弦波データを、カウントに乗算することによってカウントを復調して、被復調信号を取得する（ブロック７１４）。処理ロジックは、被復調信号を累積して、量子化誤差の累積を取得する（ブロック７１６）。処理ロジックは、量子化誤差の累積をダウンサンプリングして、デジタル値を取得し（ブロック７１８）、方法７００は終了する。デジタル値は、タッチセンサに関連する静電容量を示す。

さらなる実施形態では、処理ロジックは、入力ノードおよび比較器を第１の積分器コンデンサに結合された第１のノードに結合するように、第１のスイッチおよび第２のスイッチを制御することにより、第１の積分器を介して入来信号を比較器に選択的に結合する。処理ロジックは、入力ノードおよび比較器を第２の積分器コンデンサに結合された第２のノードに結合するように、第１のスイッチおよび第２のスイッチを制御することにより、第２の積分器を介して入来信号を比較器に選択的に結合する。さらなる実施形態では、処理ロジックは、第３のノードを第１のノードまたは第２のノードに結合するように、第３のスイッチを制御し、出力信号に基づいて第１の電流源または第２の電流源を第３のノードに結合するように、第４のスイッチを制御することにより、比較器の出力信号からの平衡化フィードバックループを第１の分岐および第２の分岐に選択的に結合する。

上記の説明において、詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリの内部のデータビットに対する演算のアルゴリズムおよび記号表現の観点から提示されている。これらのアルゴリズムの記述および表現は、データ処理技術の当業者が自身の作業の実体を他の当業者に最も効果的に伝達するために使用する手段である。アルゴリズムは、本明細書でも一般的にも、所期の結果をもたらす自己矛盾のないステップのシーケンスであると考えられる。ステップは、物理量の物理的な操作を要求するステップである。これらの物理量は、必ずしもそうであるとは限らないが、通常、保存可能、転送可能、結合可能、比較可能、およびその他には操作可能である電気信号または磁気信号の形態をとる。これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、数等と呼ぶことは、主に一般的な使用法の理由から便利なときがあることが判明している。

しかしながら、上記および類似の用語はすべて、適切な物理量に関連付けることができ、これらの物理量に適用される単なる便利なラベルに過ぎないことに留意すべきである。上記の考察から明らかなように、特に別段の明記がない限り、本明細書全体を通して、「決定する」、「割り当てる」、「動的に割り当てる」、「再分配する」、「無視する」、「再び割り当てる」、「検出する」、「実行する」、「ポーリングする」、「登録する」、「監視する」等のような用語を使用した考察は、コンピューティングシステムのレジスタおよびメモリの内部における物理（例えば、電子）量として表されるデータを、コンピューティングシステムのメモリもしくはレジスタまたは他のこのような情報ストレージ、伝送装置、または表示装置の内部における物理量として同様に表される他のデータへと操作および変換するコンピューティングシステムまたは類似の電子コンピューティングデバイスのアクションおよびプロセスを指すことが理解される。

「例」または「例示的」という用語は、本明細書では、一例、事例、または例示として機能することを意味するために使用されている。本明細書において「例」または「例示的」として記載されている任意の態様または設計は、必ずしも他の態様または設計よりも好適または有利であると解釈されるべきではない。むしろ、「例」または「例示的」という言葉の使用は、概念を具体的に提示することを意図している。本願において使用される場合、「または」という用語は、排他的な「または」ではなく、包括的な「または」を意味することを意図している。すなわち、特に別段の明記がない限り、または文脈から明らかでない限り、「Ｘは、ＡまたはＢを含む」は、任意の自然の包括的な順列を意味することを意図している。すなわち、ＸがＡを含む場合、ＸがＢを含む場合、またはＸがＡおよびＢの両方を含む場合に、前述した任意の事例において「Ｘは、ＡまたはＢを含む」が満たされる。さらに、本願および添付の特許請求の範囲において使用されている冠詞「ａ」および「ａｎ」は、特に別段の明記がない限り、または文脈から明らかに単数形を対象としていない限り、一般的に「１つまたは複数」を意味すると解釈されるべきである。さらに、全体を通しての「実施形態」または「一実施形態」または「実施形態」または「一実施形態」という用語の使用は、そのように記載されていない限り、同じ実施形態または実施形態を意味することを意図しているわけではない。

本明細書に記載されている実施形態は、本明細書の動作を実行するための装置にも関係し得る。この装置は、所要の目的のために特別に構築されていてもよいし、またはコンピュータに保存されたコンピュータプログラムによって選択的にアクティブ化または再構成される汎用コンピュータを含んでいてもよい。このようなコンピュータプログラムは、限定するわけではないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、および磁気光学ディスクを含む任意の種類のディスク、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カードもしくは光カード、フラッシュメモリ、または電子命令を保存するために適した任意の種類の媒体のような、非一時的なコンピュータ可読ストレージ媒体に保存可能である。「コンピュータ可読ストレージ媒体」という用語は、１つまたは複数の命令セットを保存する単一または複数の媒体（例えば、集中型もしくは分散型のデータベースおよび／または関連するキャッシュおよびサーバ）を含むと解釈されるべきである。また、「コンピュータ可読媒体」という用語は、機械による実行のための命令セットを保存可能、符号化可能、または担持可能であって、かつ本明細書の実施形態の方法のうちのいずれか１つまたは複数を機械に実行させる、任意の媒体を含むと解釈されるべきである。したがって、「コンピュータ可読ストレージ媒体」という用語は、限定するわけではないが、ソリッドステートメモリ、光媒体、磁気媒体、機械による実行のための命令セットを保存可能であって、かつ本明細書の実施形態の方法のうちのいずれか１つまたは複数を機械に実行させる、任意の媒体を含むと解釈されるべきである。

本明細書に提示されている方法および表示は、本質的に、特定のコンピュータまたは他の装置に関連しているわけではない。本明細書の教示によるプログラムと一緒に、種々の汎用システムを使用してもよいし、または所要の方法ステップを実行するために、比較的特別な装置を構築することが便利であることが判明している場合もある。これらの種々のシステムのために必要となる構造は、以下の説明から明らかであろう。さらに、本明細書の実施形態は、特定のプログラミング言語を参照して記載されているわけではない。本明細書に記載されている実施形態の教示を実施するために、種々のプログラミング言語を使用してもよいことが理解されよう。

上記の説明は、本開示のいくつかの実施形態の十分な理解を提供するために、特定のシステム、構成要素、方法等の例のような、多数の特定の詳細を記載している。上記の説明が、例示を意図したものであって、限定するものではないことを理解すべきである。上記の説明を読んで理解すると、当業者には他の多数の実施形態が明らかになるであろう。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、等価形態の範囲全体とともに規定されるべきであり、添付の特許請求の範囲は、このような等価形態に対しても権利を有するものとする。

Claims (20)

1. 回路であって、前記回路は、
   タッチセンサに結合された入力ノードと、
   前記入力ノードに結合されたシグマデルタ変調器と、
   を含み、
   前記シグマデルタ変調器は、
   比較器と、
   前記入力ノードからの入来信号を受信して第１の出力信号を提供するように結合された第１の積分器と、
   前記入来信号を受信して第２の出力信号を提供するための、前記第１の積分器に対して並列に結合された第２の積分器と、
   前記第１の出力信号を前記比較器に提供するために、前記第１の積分器を前記入力ノードと前記比較器との間に選択的に結合するか、または、前記第２の出力信号を前記比較器に提供するために、前記第２の積分器を前記入力ノードと前記比較器との間に選択的に結合するためのスイッチング回路と、
   を含む回路。
2. 前記回路は、
   前記シグマデルタ変調器に結合されたカウンタと、
   前記カウンタに結合された復調器と、
   前記復調器に結合された累積器と、
   前記タッチセンサの静電容量を示すデジタル信号を出力するための、前記累積器に結合されたデシメータと、
   をさらに含み、
   前記スイッチング回路は、
   前記入来信号を前記第１の積分器または前記第２の積分器に提供するように結合された第１のスイッチと、
   前記第１の出力信号を前記比較器に、または、前記第２の出力信号を前記比較器に提供するように結合された第２のスイッチと、
   を含み、
   前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとは、同期して動作するように構成されている、
   請求項１記載の回路。
3. 前記シグマデルタ変調器は、前記スイッチング回路に結合された平衡化フィードバックループを含み、
   前記スイッチング回路は、
   前記入来信号を前記第１の積分器または前記第２の積分器に提供するように結合された第１のスイッチと、
   前記第１の出力信号を前記比較器に、または、前記第２の出力信号を前記比較器に提供するように結合された第２のスイッチと、
   前記平衡化フィードバックループからの平衡化フィードバック信号を、前記第１の積分器に提供される入来信号に、または、前記第２の積分器に提供される入来信号に提供するように結合された第３のスイッチと、
   を含み、
   前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチとは、同期して動作するように構成されている、
   請求項１記載の回路。
4. 前記シグマデルタ変調器は、一次シグマデルタ変調器であり、
   前記一次シグマデルタ変調器は、
   カウンタと、
   前記第１の積分器および前記第２の積分器のための共通の１つの増幅器を含む、前記入力ノードおよびバイアス電圧に結合された減衰器と、
   第１のノードに結合された第１の積分器コンデンサと、
   第２のノードに結合された第２の積分器コンデンサと、
   第１の電流源と、
   第２の電流源と、
   前記比較器の出力部に結合されていて、かつ、前記カウンタの入力部に結合されているフリップフロップと、
   を含み、
   前記フリップフロップの出力は、前記スイッチング回路に結合された平衡化フィードバックループの一部であり、
   前記スイッチング回路は、
   前記減衰器、前記第１のノードおよび前記第２のノードに結合された第１のスイッチと、
   前記比較器、前記第１のノードおよび前記第２のノードに結合された第２のスイッチと、
   第３のノード、前記第１のノードおよび前記第２のノードに結合された第３のスイッチと、
   前記第３のノード、前記第１の電流源および前記第２の電流源に結合された第４のスイッチと、
   を含み、
   前記第４のスイッチは、前記フリップフロップの出力によって制御され、
   前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチとは、同期して動作するように構成されている、
   請求項１記載の回路。
5. 前記回路は、正弦波を含む励起信号を生成する波形発生器をさらに含み、
   前記タッチセンサは、前記波形発生器に結合された第１の電極と、前記入力ノードに結合された第２の電極と、を含み、
   前記スイッチング回路は、前記タッチセンサと前記比較器との間に第１の分岐を形成し、前記タッチセンサと前記比較器との間に第２の分岐を形成するように構成されており、
   前記第１の分岐は、前記励起信号が上昇しているときに前記第１の積分器を通り、前記第２の分岐は、前記励起信号が降下しているときに前記第２の積分器を通り、
   前記スイッチング回路は、前記励起信号が上昇しているときには平衡化フィードバックループを前記第１の分岐に結合し、前記励起信号が降下しているときには前記平衡化フィードバックループを前記第２の分岐に結合するようにさらに構成されている、
   請求項１記載の回路。
6. 前記第１の積分器は、前記第１の積分器の第１のアクティブフェーズの終了時に形成された量子化誤差を保存するように構成されており、
   前記第２の積分器は、前記第２の積分器の第２のアクティブフェーズの開始時に前記量子化誤差で開始して、前記量子化誤差を累積するように構成されている、
   請求項１記載の回路。
7. 前記シグマデルタ変調器は、
   第１の積分器コンデンサと、
   第２の積分器コンデンサと、
   電流−電流変換器と、
   を含み、
   前記電流−電流変換器は、
   フィードバックループを有するトランスインピーダンス演算増幅器と、
   前記トランスインピーダンス演算増幅器によって生成された電流信号をミラーリングするための、前記トランスインピーダンス演算増幅器に結合されたトランジスタセットの出力段と、
   前記電流信号の高周波成分をフィルタリングするための、前記トランスインピーダンス演算増幅器と前記トランジスタセットとの間に結合されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）のセットと、
   を含み、
   前記スイッチング回路は、前記第１の積分器コンデンサを前記電流−電流変換器と前記比較器との間の第１の分岐に結合することによって、前記第１の積分器を形成するように構成されており、
   前記スイッチング回路は、前記第２の積分器コンデンサを前記電流−電流変換器と前記比較器との間の第２の分岐に結合することによって、前記第２の積分器を形成するように構成されている、
   請求項１記載の回路。
8. 前記スイッチング回路は、前記励起信号が上昇しているときには前記入来信号が前記第１の分岐を通過できるようにするように構成されており、
   前記スイッチング回路は、前記励起信号が降下しているときには前記入来信号が前記第２の分岐を通過できるようにするように構成されており、
   前記スイッチング回路は、前記励起信号が上昇しているときには平衡化フィードバックループを前記第１の分岐に結合し、前記励起信号が降下しているときには前記平衡化フィードバックループを前記第２の分岐に結合するようにさらに構成されている、
   請求項７記載の回路。
9. 前記回路は、
   前記シグマデルタ変調器に結合されたカウンタと、
   乗算累積回路と、
   前記タッチセンサの静電容量を示すデジタル信号を出力するための、前記乗算累積回路に結合されたデシメータと、
   をさらに含み、
   前記乗算累積回路は、
   累積値を保存するためのレジスタと、
   前記シグマデルタ変調器の前記カウンタに結合された乗算回路であって、波形発生器からの励起信号にコヒーレントな正弦波データを前記カウンタの出力に乗算することによって前記カウンタの出力を復調するための乗算回路と、
   前記乗算回路に結合された累積回路であって、前記乗算回路の電流出力を前記累積値に加算することによって被復調信号を累積して、更新された累積値を取得し、更新された累積値を前記レジスタに保存するための累積回路と、
   を含む、
   請求項１記載の回路。
10. システムであって、前記システムは、
    第１の電極および第２の電極を含むタッチセンサと、
    前記タッチセンサに結合された静電容量タッチセンシングコントローラと、
    を含み、
    前記静電容量タッチセンシングコントローラは、
    前記第１の電極に結合された波形発生器であって、励起信号と、前記励起信号にコヒーレントな正弦波データと、前記励起信号の上昇または降下を示す制御信号と、を生成するための波形発生器と、
    入力ノードにおいて前記第２の電極に結合されているセンシングチャネルであって、前記タッチセンサの静電容量を表すデジタル値を生成するための累積式のシグマデルタアナログ−デジタル変換器を含むセンシングチャネルと
    を含み、
    前記累積式のシグマデルタアナログ−デジタル変換器は、
    比較器と、
    前記入力ノードからの入来信号を受信し、第１の出力信号を提供するように結合された第１の積分器と、
    前記入来信号を受信して第２の出力信号を提供するための、前記第１の積分器に対して並列に結合された第２の積分器と、
    前記第１の出力信号を前記比較器に提供するために、前記入力ノードと前記比較器との間に前記第１の積分器を選択的に結合するか、または、前記第２の出力信号を前記比較器に提供するために、前記入力ノードと前記比較器との間に前記第２の積分器を選択的に結合するためのスイッチング回路と、
    を含むシステム。
11. 前記累積式のシグマデルタアナログ−デジタル変換器は、前記スイッチング回路に結合された平衡化フィードバックループを含み、
    前記スイッチング回路は、
    前記入来信号を前記第１の積分器または前記第２の積分器に提供するように結合された第１のスイッチと、
    前記第１の出力信号を前記比較器に、または、前記第２の出力信号を前記比較器に提供するように結合された第２のスイッチと、
    前記平衡化フィードバックループからの平衡化フィードバック信号を、前記第１の積分器に提供される入来信号に、または、前記第２の積分器に提供される入来信号に提供するように結合された第３のスイッチと、
    を含み、
    前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチとは、同期して動作するように構成されている、
    請求項１０記載のシステム。
12. 前記累積式のシグマデルタアナログ−デジタル変換器は、一次シグマデルタ変調器を含み、
    前記一次シグマデルタ変調器は、
    前記デジタル値を出力するための、前記比較器の出力部に結合されたカウンタと、
    前記第１の積分器および前記第２の積分器のための共通の１つの増幅器を含む、前記入力ノードおよびバイアス電圧に結合された減衰器と、
    第１のノードに結合された第１の積分器コンデンサと、
    第２のノードに結合された第２の積分器コンデンサと、
    第１の電流源と、
    第２の電流源と、
    前記比較器の出力部に結合されていて、かつ前記カウンタの入力部に結合されているフリップフロップと、
    を含み、
    前記フリップフロップの出力は、前記スイッチング回路に結合された平衡化フィードバックループの一部であり、
    前記スイッチング回路は、
    前記減衰器、前記第１のノードおよび前記第２のノードに結合された第１のスイッチと、
    前記比較器、前記第１のノードおよび前記第２のノードに結合された第２のスイッチと、
    第３のノード、前記第１のノードおよび前記第２のノードに結合された第３のスイッチと、
    前記第３のノード、前記第１の電流源および前記第２の電流源に結合された第４のスイッチと
    を含み、
    前記第４のスイッチは、前記フリップフロップの出力によって制御され、
    前記第１のスイッチと前記第２のスイッチと前記第３のスイッチとは、同期して動作するように構成されている、
    請求項１０記載のシステム。
13. 前記第１の積分器は、前記第１の積分器の第１のアクティブフェーズの終了時に形成された量子化誤差を保存するように構成されており、
    前記第２の積分器は、前記第２の積分器の第２のアクティブフェーズの開始時に前記量子化誤差で開始して、前記量子化誤差を累積するように構成されている、
    請求項１０記載のシステム。
14. 前記累積式のシグマデルタアナログ−デジタル変換器は、一次シグマデルタ変調器を含み、
    前記一次シグマデルタ変調器は、
    第１の積分器コンデンサと、
    第２の積分器コンデンサと、
    電流−電流変換器と、
    を含み、
    前記電流−電流変換器は、
    フィードバックループを有するトランスインピーダンス演算増幅器と、
    前記トランスインピーダンス演算増幅器によって生成された電流信号をミラーリングするための、前記トランスインピーダンス演算増幅器に結合されたトランジスタセットの出力段と、
    前記電流信号の高周波成分をフィルタリングするための、前記トランスインピーダンス演算増幅器と前記トランジスタセットとの間に結合されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）のセットと、
    を含み、
    前記スイッチング回路は、前記第１の積分器コンデンサを前記電流−電流変換器と前記比較器との間の第１の分岐に結合することによって、前記第１の積分器を形成するように構成されており、
    前記スイッチング回路は、前記第２の積分器コンデンサを前記電流−電流変換器と前記比較器との間の第２の分岐に結合することによって、前記第２の積分器を形成するように構成されている、
    請求項１０記載のシステム。
15. 前記スイッチング回路は、前記励起信号が上昇しているときには前記入来信号が前記第１の分岐を通過できるようにするように構成されており、
    前記スイッチング回路は、前記励起信号が降下しているときには前記入来信号が前記第２の分岐を通過できるようにするように構成されており、
    前記スイッチング回路は、前記励起信号が上昇しているときには平衡化フィードバックループを前記第１の分岐に結合し、前記励起信号が降下しているときには前記平衡化フィードバックループを前記第２の分岐に結合するようにさらに構成されている、
    請求項１４記載のシステム。
16. 前記センシングチャネルは、
    カウンタと、
    乗算累積回路と、
    をさらに含み、
    前記乗算累積回路は、
    累積値を保存するためのレジスタと、
    前記カウンタに結合された乗算回路であって、波形発生器からの励起信号にコヒーレントな正弦波データを前記カウンタの出力に乗算することによって前記カウンタの出力を復調するための乗算回路と、
    前記乗算回路に結合された累積回路であって、前記乗算回路の電流出力を前記累積値に加算することによって被復調信号を累積して、更新された累積値を取得し、更新された累積値を前記レジスタに保存するための累積回路と、
    を含む、
    請求項１０記載のシステム。
17. 静電容量センシングチャネルのシグマデルタ変調器により、タッチセンサからの入来信号を受信するステップであって、前記シグマデルタ変調器は、比較器と、第１の積分器と、第２の積分器と、を含むステップと、
    前記静電容量センシングチャネルのスイッチング回路により、励起信号が上昇しているときに、第１の分岐内の第１の積分器を介して前記入来信号を前記比較器に選択的に結合するステップと、
    前記スイッチング回路により、前記励起信号が降下しているときに、第２の分岐内の第２の積分器を介して前記入来信号を前記比較器に選択的に結合するステップと、
    前記比較器により、出力信号を生成するステップと、
    前記スイッチング回路により、前記比較器の前記出力信号からの平衡化フィードバックループを、前記励起信号が上昇しているときには前記第１の分岐に、前記励起信号が降下しているときには前記第２の分岐に選択的に結合するステップと、
    前記出力信号のカウントを生成するステップと、
    前記励起信号にコヒーレントな正弦波データを、前記カウントに乗算することによって前記カウントを復調して、被復調信号を取得するステップと、
    前記被復調信号を累積して、静電容量を示す量子化誤差の累積を取得するステップと、
    を含む方法。
18. 前記被復調信号を累積するステップは、
    前記出力信号のサンプルを生成するステップと、
    前記励起信号の複数の周期にわたって前記サンプルを累積して、前記静電容量を示す前記量子化誤差の累積を取得するステップと、
    前記量子化誤差の累積をダウンサンプリングして、前記静電容量を示すデジタル値を取得するステップと、
    を含む、
    請求項１７記載の方法。
19. 前記第１の積分器を介して前記入来信号を前記比較器に選択的に結合するステップは、前記入力ノードおよび前記比較器を第１の積分器コンデンサに結合された第１のノードに結合するように、第１のスイッチおよび第２のスイッチを制御するステップを含み、
    前記第２の積分器を介して前記入来信号を前記比較器に選択的に結合するステップは、前記入力ノードおよび前記比較器を第２の積分器コンデンサに結合された第２のノードに結合するように、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを制御するステップを含む、
    請求項１７記載の方法。
20. 前記比較器の前記出力信号からの前記平衡化フィードバックループを前記第１の分岐および前記第２の分岐に選択的に結合するステップは、
    第３のノードを前記第１のノードまたは前記第２のノードに結合するように、第３のスイッチを制御するステップと、
    前記出力信号に基づいて第１の電流源または第２の電流源を前記第３のノードに結合するように、第４のスイッチを制御するステップと、
    を含む、
    請求項１９記載の方法。

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