JP6463513B2 - 静電容量センシング式識別システム用の装置及び方法 - Google Patents
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Description
本願は、２０１６年８月１６日に出願された、「静電容量センシング式識別システム用の装置及び方法」を名称とする中国特許出願第２０１６１０６７７５２６．２号の優先権を主張し、前述の特許出願の内容全体を参照により本願に援用する。
本発明は、静電容量センシング式識別システム用の装置及び方法に関し、さらに具体的には、静電容量センシング式識別システムのダイナミックレンジを調節するための装置及び方法に関する。
現在、静電容量センシング式識別システムは、投影型静電容量式タッチスクリーン、タッチパネル及び指紋識別などのヒューマンコンピュータインタラクションアプリケーションに幅広く使用され、その原理はフロントエンド検出回路により容量値を電気信号量（電圧、電流など）に変換することである。タッチスクリーン用途の場合、指の押圧によって対応する位置のセンシング容量の大きさが変化し、フロントエンド検出回路により出力される電気信号の大きさも、それに対応してタッチがない場合とは異なるため、タッチの有無及びタッチの位置情報が判断される。静電容量式指紋識別センサの場合、指紋の谷線及び隆線とセンサとにより形成される静電容量の大きさは異なり、フロントエンド検出回路により検出される電気信号の出力も異なる。
タッチがない場合、静電容量センシング式識別システムは自己容量を有し、本発明において「バックグラウンド容量」と称する。タッチが発生した後、センシングコンデンサの容量値は、それに応じて自己容量に基づいて変化する。上述した原理から分かるように、静電容量センシング式識別システムの有効ダイナミックレンジは検出静電容量の変化量である。タッチスクリーンシステムの有効ダイナミックレンジはタッチの前後の容量の差であり、指紋識別システムの有効ダイナミックレンジは指紋谷線と隆線の容量の差である。フロントエンド検出回路のゲインを増加させることによって、システムの有効ダイナミックレンジを増加させることができる。
幾つかの用途では、フロントエンド検出回路は、異なる状態での容量値を順に検出し、即ち、バックグラウンド容量とタッチが発生した後に導入されるセンシング容量をそれぞれ検出し、後続の処理回路又はソフトウェアにより差を処理する。
他の幾つかの用途では、フロントエンド検出回路は、異なる条件下の容量値を同時に検出し、即ち、バックグラウンド容量とタッチが発生した後に導入されるセンシングコンデンサを同時に検出する。
バックグラウンド容量をＣｂとし、検出の必要がある容量の変化量をＣΔとすると、フロントエンド検出回路が容量を電圧に変換する変換関係は、以下のように簡単に表すことができる。
フロントエンド検出回路の出力振幅が制限されているため（ＶＯＵＴ＜＝Ｖｈ＿ｌｉｍｉｔ）、フロントエンド検出回路の変換ゲインＡの最大値は、
となる。
フロントエンド検出回路の出力振幅が制限されているため（ＶＯＵＴ＜＝Ｖｈ＿ｌｉｍｉｔ）、フロントエンド検出回路の変換ゲインＡの最大値は、
となる。
「バックグラウンド容量」の存在により、フロントエンド検出回路は検出容量の変化量を直接増幅することができず、フロントエンド検出回路のゲインをただ増加させてしまえば、フロントエンド検出回路が飽和されてしまうことが分かる。検出容量の変化量が容量の絶対値と比べて非常に小さい場合、システムの有効ダイナミックレンジは小さくなり、フロントエンド検出回路は、ゲインを増加させることによってシステムの入力信号量を効果的に増加させることができない。
従って、静電容量センシング式識別システムのダイナミックレンジを調節するための新たな装置及び方法が必要とされている。
そのため、本発明の実施形態は、静電容量センシング式識別システムのダイナミックレンジを効果的に調節できる静電容量センシング式識別システム用の装置及び方法を提供する。
本発明の一態様によれば、静電容量センシング式識別システム用の装置が提供される。この装置は、
第１入力端子、第２入力端子及び出力端子を有する増幅器モジュールと、
静電容量センシング式識別システムのセンシングコンデンサを介して増幅器モジュールの第１入力端子に励起信号を供給するための励起信号源と、
前記増幅器モジュールの第１入力端子と出力端子の間に接続されているフロントエンドフィードバックコンデンサと、
前記増幅器モジュールの第２入力端子と出力端子の間に接続されており、増幅器モジュールの第２入力端子に入力差電圧を供給し、増幅器モジュールの出力端子から出力電圧を受け、増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧が予め設定された範囲内にない場合、静電容量センシング式識別システム中のバックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するための補正モジュールとを備える。
第１入力端子、第２入力端子及び出力端子を有する増幅器モジュールと、
静電容量センシング式識別システムのセンシングコンデンサを介して増幅器モジュールの第１入力端子に励起信号を供給するための励起信号源と、
前記増幅器モジュールの第１入力端子と出力端子の間に接続されているフロントエンドフィードバックコンデンサと、
前記増幅器モジュールの第２入力端子と出力端子の間に接続されており、増幅器モジュールの第２入力端子に入力差電圧を供給し、増幅器モジュールの出力端子から出力電圧を受け、増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧が予め設定された範囲内にない場合、静電容量センシング式識別システム中のバックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するための補正モジュールとを備える。
幾つかの実施形態では、前記補正モジュールは、
前記増幅器モジュールの出力端子に接続されているアナログデジタル変換器と、
前記増幅器モジュールの第２入力端子に接続されているデジタルアナログ変換器と、
アナログデジタル変換器とデジタルアナログ変換器の間に接続され、デジタルアナログ変換器を介して増幅器モジュールの第２入力端子に入力差電圧を供給し、アナログデジタル変換器を介して増幅器モジュールの出力端子から出力電圧を受け、受けた出力電圧が予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するためのデジタル制御ユニットとを備える。
前記増幅器モジュールの出力端子に接続されているアナログデジタル変換器と、
前記増幅器モジュールの第２入力端子に接続されているデジタルアナログ変換器と、
アナログデジタル変換器とデジタルアナログ変換器の間に接続され、デジタルアナログ変換器を介して増幅器モジュールの第２入力端子に入力差電圧を供給し、アナログデジタル変換器を介して増幅器モジュールの出力端子から出力電圧を受け、受けた出力電圧が予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するためのデジタル制御ユニットとを備える。
幾つかの実施形態では、前記補正モジュールは、さらに、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節すると同時に、フロントエンドフィードバックコンデンサの容量を調節するために用いられる。
幾つかの実施形態では、前記増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節することは、バックグラウンド容量の定量化段階で行われる。
幾つかの実施形態では、静電容量センシング式識別システム用の装置は、前記フロントエンドフィードバックコンデンサと並列接続され、リセット時に前記増幅器モジュールに前記入力差電圧を出力させるためのリセットスイッチをさらに備える。
幾つかの実施形態では、前記静電容量センシング式識別システムは、指紋識別装置に使用され、前記バックグラウンド容量の定量化段階で、指紋谷線と指紋識別装置のタッチ表面との間の容量をバックグラウンド容量として定量化する。
幾つかの実施形態では、前記静電容量センシング式識別システムは、タッチスクリーンに使用され、前記バックグラウンド容量の定量化段階で、タッチスクリーンのタッチ表面のタッチがないときの結合容量をバックグラウンド容量として定量化する。
幾つかの実施形態では、前記入力差電圧は、入力基準電圧とシステムオフセット電圧の差である。
幾つかの実施形態では、前記第１入力端子は負入力端子であり、前記第２入力端子は正入力端子である。
幾つかの実施形態では、前記第１入力端子は正入力端子であり、前記第２入力端子は負入力端子である。
本発明の別の態様によれば、静電容量センシング式識別システム用の方法がさらに提供される。この方法は、
静電容量センシング式識別システムのセンシングコンデンサを介して増幅器モジュールの第１入力端子に励起信号を供給し、増幅器モジュールの第２入力端子に入力差電圧を供給するステップであって、前記増幅器モジュールの第１入力端子と出力端子の間にフロントエンドフィードバックコンデンサが接続されているステップと、
増幅器モジュールの出力端子から出力電圧を受けるステップと、
増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧が予め設定された範囲内にない場合、静電容量センシング式識別システム中のバックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するステップとを含む。
静電容量センシング式識別システムのセンシングコンデンサを介して増幅器モジュールの第１入力端子に励起信号を供給し、増幅器モジュールの第２入力端子に入力差電圧を供給するステップであって、前記増幅器モジュールの第１入力端子と出力端子の間にフロントエンドフィードバックコンデンサが接続されているステップと、
増幅器モジュールの出力端子から出力電圧を受けるステップと、
増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧が予め設定された範囲内にない場合、静電容量センシング式識別システム中のバックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するステップとを含む。
幾つかの実施形態では、この静電容量センシング式識別システム用の方法は、増幅器モジュールの第２入力端子に入力差電圧を供給する前にデジタルアナログ変換を行い、且つ、増幅器モジュールの出力端子から出力電圧を受けた後にアナログデジタル変換を行うステップをさらに含む。
幾つかの実施形態では、増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧が予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するステップは、
増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧の最小値が予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するステップを含む。
増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧の最小値が予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するステップを含む。
幾つかの実施形態では、この静電容量センシング式識別システム用の方法は、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節すると同時に、フロントエンドフィードバックコンデンサの容量を調節するステップをさらに含む。
幾つかの実施形態では、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節すると同時に、フロントエンドフィードバックコンデンサの容量を調節するステップは、
増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧の最大値が予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節し、且つ、それに対応してフロントエンドフィードバックコンデンサの容量を調節するステップを含む。
増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧の最大値が予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節し、且つ、それに対応してフロントエンドフィードバックコンデンサの容量を調節するステップを含む。
幾つかの実施形態では、前記増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節することは、バックグラウンド容量の定量化段階で行われる。
幾つかの実施形態では、前記入力差電圧は、入力基準電圧とシステムオフセット電圧の差である。
幾つかの実施形態では、前記第１入力端子は負入力端子であり、前記第２入力端子は正入力端子である。
幾つかの実施形態では、前記第１入力端子は正入力端子であり、前記第２入力端子は負入力端子である。
本発明の実施形態による技術案をより明確に説明するために、以下、実施形態の図面を簡単に説明する。以下の説明に係る図面は、単に本発明の幾つかの実施形態に関するものであり、本発明を制限するものではない。
以下、本発明の実施形態の目的、技術手段及びメリットをさらに明確にするために、本発明の実施形態に係る添付図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る技術的解決手段を明確かつ完全に説明する。当然ながら、ここで説明する実施形態は本発明の実施形態の全てではなく一部にすぎない。当業者が創造的な作業なしに本発明の実施形態に基づいて得る他の全ての実施形態は、本発明の保護範囲に入る。
図１は、静電容量センシング式識別システム用の装置１００の構造模式図を示す。
図１に示されるように、装置１００は第一信号源１０１と、第二信号源１０２と、フロントエンドフィードバックコンデンサ１０３と、増幅器モジュール１０４とを備える。幾つかの実施形態では、フロントエンドフィードバックコンデンサ１０３には、リセットスイッチ１０５が並列接続されている。
第一信号源１０１は励起信号ＶＴＸを供給するために用いられる。励起信号ＶＴＸは、静電容量センシング式識別システムのセンシングコンデンサＣｓを介して増幅器モジュール１０４の第１入力端子に達する。第二信号源１０２は、増幅器モジュール１０４の第２入力端子に直列接続されている入力基準電圧源１０２１とシステムオフセット電圧源１０２２を含む。入力基準電圧源１０２１とシステムオフセット電圧源１０２２は互いに逆に接続されることによって、増幅器モジュール１０４に入力基準電圧ＶＲＥＦとシステムオフセット電圧ＶＯＳの差を供給する。フロントエンドフィードバックコンデンサ１０３は、増幅器モジュール１０４の第１入力端子と出力端子の間に接続され、フロントエンドフィードバック容量Ｃｆを有する。本実施形態では、増幅器モジュールの第１入力端子は負入力端子であってもよく、第２入力端子は正入力端子であってもよい。幾つかの実施形態では、増幅器モジュールの第１入力端子は正入力端子であってもよく、第２入力端子は負入力端子であってもよい。
図２は、静電容量センシング式識別システム用の装置の信号タイミング図を示す。
図２に示されるように、ＶＲＥＦは入力基準電圧であり、ＶＯＳはシステムオフセット電圧であり、ＶＴＸは励起信号である。本実施形態において、それは矩形波であり、ローレベルはＶＲＥＦであり、ハイレベルはＶＴＸである。ＲＳＴはリセットスイッチの制御信号であり、Ｃｓはセンシング容量であり、Ｃｆはフロントエンドフィードバック容量である。ＲＳＴ信号がハイレベルである場合、フロントエンド検出回路はリセットされ、増幅器モジュールの出力電圧ＶＯＵＴは入力差電圧ＶＲＥＦ−ＶＯＳとなる。ＲＳＴがローレベルである場合、ＶＴＸ信号が変化すると回路は電荷を移動させて、出力電圧ＶＯＵＴを変化させる。
以下、図１と図２を参照しながら、本発明の実施形態の動作原理を説明する。
具体的には、まず、システムオフセット電圧ＶＯＳが０であると仮定すると、リセット信号ＲＳＴがハイレベルである場合、２つのコンデンサにおける電荷は
となる。
となる。
励起信号ＶＴＸがハイレベルからローレベルに変化すると、電荷は２つのコンデンサに再分配される。２つのコンデンサにおける電荷は
となる。
となる。
電荷保存則によれば、出力電圧ＶＯＵＴを求めることができる。
システムオフセット電圧ＶＯＳがゼロでないと考えると、次の式を得ることができる。
静電容量センシング式識別システムでは、バックグラウンド容量がＣｂであり、検出される容量変化量がＣΔであると仮定すると、式（６）は次のように書き直すことができる。
式（７）から分かるように、バックグラウンド容量Ｃｂが存在するため、フロントエンド検出回路の飽和を回避するために、容量変化量ＣΔによるフロントエンド出力電圧の変化量が小さくなるように、フィードバック容量Cfを十分に大きくする必要がある。
これに対し、式（７）について、
にすると、
バックグラウンド容量Ｃｂの影響は完全に相殺される。
にすると、
バックグラウンド容量Ｃｂの影響は完全に相殺される。
さらに、
にすると、
システムにはバックグラウンド容量のみが存在する場合、出力電圧はＶＯＵＴ＝０である一方、タッチにより容量変化量ＣΔが導入された後、出力電圧ＶＯＵＴは
に変化する。
にすると、
システムにはバックグラウンド容量のみが存在する場合、出力電圧はＶＯＵＴ＝０である一方、タッチにより容量変化量ＣΔが導入された後、出力電圧ＶＯＵＴは
に変化する。
式（１０）によれば、より小さいフィードバック容量Cf値を採用することで、フロントエンドゲインを増加することができ、さらにシステムのダイナミックレンジを広げることができる。
上記の原理に基づいて、本発明は、フィードバック機構によりバックグラウンド容量に基づいて静電容量センシング式識別システムのダイナミックレンジを効果的に調節することができる静電容量センシング式識別システム用の装置及び方法を提案する。
図３は、本発明の一つの実施形態による静電容量センシング式識別システム用の装置３００の図を示す。図３に示されるように、この装置３００は、励起信号源３０１、増幅器モジュール３０２、フロントエンドフィードバックコンデンサ３０３、及び補正モジュール３０４を備える。幾つかの実施形態では、装置３００はリセットスイッチ３０５をさらに備えてもよい。
増幅器モジュール３０２は、第１入力端子、第２入力端子及び出力端子を有する。例えば、増幅器モジュール３０２は普通の差動増幅器であってもよく、その第１入力端子は負入力端子であってもよく、第２入力端子は正入力端子であってもよく、その逆も可能である。
励起信号源３０１は、静電容量センシング式識別システムのセンシングコンデンサＣｓを介して増幅器モジュール３０２の負入力端子に励起信号ＶＴＸを供給するために用いられる。センシングコンデンサＣｓは、タッチパネル上のセンシングコンデンサであってもよく、タッチによりセンシングコンデンサＣｓは変化することができる。
フロントエンドフィードバックコンデンサ３０３は、増幅器モジュール３０２の負入力端子と出力端子の間に接続されている。フロントエンドフィードバックコンデンサ３０３は、フィードバック容量Cfを供給することができる。
補正モジュール３０４は、増幅器モジュール３０２の正入力端子と出力端子の間に接続されており、増幅器モジュール３０２の正入力端子に入力差電圧ＶＤＡＣ（即ち、入力基準電圧ＶＲＥＦとシステムオフセット電圧ＶＯＳの差であるＶＲＥＦ−ＶＯＳ）を供給し、増幅器モジュール３０２の出力端子から出力電圧ＶＯＵＴを受け、増幅器モジュール３０２の出力端子により供給された出力電圧ＶＯＵＴが予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの正入力端子に供給される入力差電圧ＶＤＡＣを調節するために用いられる。
幾つかの実施形態では、補正モジュール３０４はアナログデジタル変換器ＡＤＣ３０４１、デジタルアナログ変換器ＤＡＣ３０４２及びデジタル制御ユニット３０４３を備えてもよい。アナログデジタル変換器ＡＤＣ３０４１は前記増幅器モジュール３０２の出力端子に接続され、デジタルアナログ変換器ＤＡＣ３０４２は前記増幅器モジュール３０２の正入力端子に接続され、デジタル制御ユニット３０４３はアナログデジタル変換器ＡＤＣ３０４１とデジタルアナログ変換器ＤＡＣ３０４２の間に接続される。
デジタル制御ユニット３０４３は、デジタルアナログ変換器ＤＡＣ３０４２を介して増幅器モジュールの正入力端子に入力差電圧ＶＤＡＣを供給し、アナログデジタル変換器ＡＤＣ３０４１を介して増幅器モジュールの出力端子から出力電圧ＶＯＵＴを受け、受けた出力電圧ＶＯＵＴが予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの正入力端子に供給される入力差電圧ＶＤＡＣを調節するために用いられる。例えば、上記式（９）を満たすように入力差電圧ＶＤＡＣを設定してもよい。この場合、理論的には出力電圧ＶＯＵＴは上記式（１０）を満たす必要があるが、実際には出力電圧ＶＯＵＴは依然として所望の範囲内にない可能性があるため、その後入力電圧差ＶＤＡＣを微調節して、例えば、一定の値を累増又は累減して、最終的に出力電圧ＶＯＵＴを所望の範囲内に調節することができる。
幾つかの実施形態では、デジタル制御ユニット３０４３は、さらに、増幅器モジュール３０２の正入力端子に供給される入力差電圧ＶＤＡＣを調節すると同時に、フロントエンドフィードバックコンデンサの容量Ｃｆを調節するために用いられてもよい。例えば、入力電圧差ＶＤＡＣを調節することによって出力電圧ＶＯＵＴの最小値を予め設定された範囲内にした後、入力差電圧ＶＤＡＣを調節すると同時にフロントエンドフィードバック容量Ｃｆを調節することによって、さらに出力電圧ＶＯＵＴの最大値も予め設定された範囲内にすることができる。例えば、式（１０）により、フロントエンドフィードバック容量を減少することによって出力電圧ＶＯＵＴを高めることができる。一例として、入力差電圧ＶＤＡＣの調節とフロントエンドフィードバックコンデンサの容量Ｃｆの調節は同じ比率で行われてもよい。別の例として、入力差電圧ＶＤＡＣの調節とフロントエンドフィードバックコンデンサの容量Ｃｆの調節は異なる比率で行われてもよい。フロントエンドフィードバック容量Ｃｆの調節は様々な方式、例えば、コンデンサアレイと選択スイッチにより実現することができるが、ここでは詳述しない。
幾つかの実施形態では、入力差電圧ＶＤＡＣの調節は、バックグラウンド容量の定量化段階で行うことができる。例えば、「バックグラウンド容量」に対する補正は、指で押している間及びセンシング容量を定量化するプロセス中に行うことができる。バックグラウンド容量の定量化は様々な方式で実現することができる。例えば、指紋識別の場合、タッチがないときのセンシング容量はゼロであり、指がセンサの表面に接触した後に指紋の谷線及び隆線はセンサと形成する容量が異なるため、指紋谷線と指紋識別装置のタッチ表面との間の容量をバックグラウンド容量として定量化することができる。別の例として、タッチスクリーンの場合、タッチスクリーンのタッチ表面がタッチされていないときの結合容量をバックグラウンド容量として定量化することができる。当業者であれば、他の用途のために、バックグラウンド容量の定量化は様々な他の方式で実現することができる。
リセットスイッチ３０５はフロントエンドフィードバックコンデンサ３０３と並列接続され、リセット時に前記増幅器モジュール３０２に前記入力差電圧ＶＲＥＦ−ＶＯＳを出力させるために用いられる。一例として、ＲＳＴ信号がハイレベルである場合、装置３００はリセットされ、増幅器モジュールの出力電圧ＶＯＵＴは入力差電圧ＶＲＥＦ−ＶＯＳとなる。ＲＳＴがローレベルである場合、ＶＴＸ信号が変化すると装置３００は電荷を移動させて、出力電圧ＶＯＵＴを変化させる。
図４は、本発明の他の実施形態による静電容量センシング式識別システム用の方法４００のフローチャートを示す。この方法４００は、上述した装置３００において実行することができる。
ステップＳ４０１では、初期化を実行する。例えば、増幅器モジュールに供給される入力差電圧ＶＤＡＣを入力基準電圧ＶＲＥＦに等しくするように初期化することができる。
ステップＳ４０２では、増幅器モジュールの第１入力端子に励起信号を供給し、増幅器モジュールの第２入力端子に入力差電圧を供給し、増幅器モジュールの出力端子から出力電圧を受ける。
ステップＳ４０３では、タッチの有無を検出しており、タッチがある場合ステップＳ４０３を実行し、タッチがない場合ステップＳ４０１に戻る。例えば、増幅器モジュールからの出力電圧に基づいて、センシング容量Ｃｓの変化を確定して、タッチの有無を判断することができる。このステップは、上記装置３００のデジタル制御ユニットによって実行されてもよく、外部の制御ユニットによって実行されてもよい。
ステップＳ４０４では、タッチが発生した場合、出力電圧の最大値及び最小値を統計する。例えば、取得した画像出力の最大値Ｄｍａｘ、最小値Ｄｍｉｎ及びそれらの分布を統計することができる。
ステップＳ４０５では、出力電圧の最小値が所望の範囲内にあるか否かを判定し、最小値が所望の範囲内にない場合、ステップＳ４０６を実行し、最小値が所望の範囲内にある場合、ステップＳ４０７まで進む。例えば、最小値Ｄｍｉｎが範囲｛Ｄｍｉｎｌ、Ｄｍｉｎｈ｝内にあるか否かを判定してもよい。Ｄｍｉｎｌは最小値の下限であり、Ｄｍｉｎｈは最小値の上限である。
ステップＳ４０６では、バックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの正入力端子に供給される入力差電圧ＶＤＡＣを調節し、そして、ステップＳ４０４に戻る。例えば、上記式（９）を満たすように入力差電圧ＶＤＡＣを設定し、その後、入力電圧差ＶＤＡＣを微調節して、例えば、一定の値を累増又は累減して、最終的に出力電圧ＶＯＵＴを所望の範囲内に調節することができる。
ステップＳ４０７では、フロントエンドフィードバック容量Ｃｆの大きさを調節し、それに対応して入力差電圧ＶＤＡＣを調節することによって、出力電圧ＶＯＵＴの最大値は所望の範囲内となる。例えば、式（１０）により、フロントエンドフィードバック容量を減少することによって出力電圧ＶＯＵＴを高めることができ、それにより、最大値Ｄｍａｘは範囲｛Ｄｍａｘｌ、Ｄｍａｘｈ｝内にある。ここで、Ｄｍａｘｌは最大値の下限であり、Ｄｍａｘｈは最大値の上限である。一例として、入力差電圧ＶＤＡＣの調節とフロントエンドフィードバックコンデンサの容量Ｃｆの調節は同じ比率で行われてもよい。別の例として、入力差電圧ＶＤＡＣの調節とフロントエンドフィードバックコンデンサの容量Ｃｆの調節は異なる比率で行われてもよい。
ステップＳ４０８では、上記の最小値と最大値がいずれも所望の範囲内にあるか否かを確定する。所望の範囲内にない場合にはステップＳ４０５に戻る。所望の範囲内にある場合には終了する。
上述した入力差電圧ＶＤＡＣの調節は、バックグラウンド容量の定量化段階で行うことができる。例えば、「バックグラウンド容量」に対する補正は、指で押している間及びセンシング容量を定量化するプロセス中に行うことができる。バックグラウンド容量の定量化は様々な方式で実現することができる。例えば、指紋識別の場合、タッチがないときのセンシング容量はゼロであり、指がセンサの表面に接触した後に指紋の谷線及び隆線はセンサと形成する容量が異なるため、指紋谷線と指紋識別装置のタッチ表面との間の容量をバックグラウンド容量として定量化することができる。別の例として、タッチスクリーンの場合、タッチスクリーンのタッチ表面がタッチされていないときの結合容量をバックグラウンド容量として定量化することができる。当業者であれば、他の用途のために、バックグラウンド容量の定量化は様々な他の方式で実現することができる。
本発明に例示されている方法は、他のダイナミックレンジ調節機制と組み合わせることができる。例えば、バックグラウンド容量の補正を本発明に例示されている方法に従って優先的に完了した後、後続のＡＤＣゲインなどの動的な調節機制を行うことができる。
本発明の実施形態では、フィードバック機構によって静電容量センシング式識別システムにおけるバックグラウンド容量に基づいて、増幅器モジュールに対する入力を調節することによって、バックグラウンド容量の出力への影響を補正することができ、それにより、静電容量センシング式識別システムのダイナミックレンジを効果的に調節して、センシング容量の変化量を効果的に検出することができる。
本発明の実施形態では、入力差電圧ＶＤＡＣのみを調節することによってバックグラウンド容量を補正してもよく、入力差電圧ＶＤＡＣを調節すると同時にフロントエンドフィードバック容量Ｃｆを調節することによってバックグラウンド容量を補正してもよい。両者は同じ比率で調節されてもよく、異なる比率で調節されてもよい。調節方式はフレキシブルであり、精度が高い。
本発明の実施形態は、様々な静電容量センシング式識別システムに適用することができ、例えば、指紋識別や、タッチ制御などに対して出力信号のダイナミックレンジを効果的に制御することができる。
以上は、本発明の具体的な実施形態に過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものではなく、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で確定される。
Claims (19)
- 静電容量センシング式識別システム用の装置であって、
第１入力端子、第２入力端子及び出力端子を有する増幅器モジュールと、
静電容量センシング式識別システムのセンシングコンデンサを介して増幅器モジュールの第１入力端子に励起信号を供給するための励起信号源と、
前記増幅器モジュールの第１入力端子と出力端子の間に接続されているフロントエンドフィードバックコンデンサと、
前記増幅器モジュールの第２入力端子と出力端子の間に接続されており、増幅器モジュールの第２入力端子に入力差電圧を供給し、増幅器モジュールの出力端子から出力電圧を受け、増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧が予め設定された範囲内にない場合、静電容量センシング式識別システム中のバックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するための補正モジュールとを備える、ことを特徴とする静電容量センシング式識別システム用の装置。 - 前記補正モジュールは、
前記増幅器モジュールの出力端子に接続されているアナログデジタル変換器と、
前記増幅器モジュールの第２入力端子に接続されているデジタルアナログ変換器と、
アナログデジタル変換器とデジタルアナログ変換器の間に接続され、デジタルアナログ変換器を介して増幅器モジュールの第２入力端子に入力差電圧を供給し、アナログデジタル変換器を介して増幅器モジュールの出力端子から出力電圧を受け、受けた出力電圧が予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するためのデジタル制御ユニットとを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 前記補正モジュールは、さらに、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節すると同時に、フロントエンドフィードバックコンデンサの容量を調節するために用いられる、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節することは、バックグラウンド容量の定量化段階で行われる、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記フロントエンドフィードバックコンデンサと並列接続され、リセット時に前記増幅器モジュールに前記入力差電圧を出力させるためのリセットスイッチをさらに備える、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
- 前記静電容量センシング式識別システムは、指紋識別装置に使用され、前記バックグラウンド容量の定量化段階で、指紋谷線と指紋識別装置のタッチ表面との間の容量をバックグラウンド容量として定量化する、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
- 前記静電容量センシング式識別システムは、タッチスクリーンに使用され、前記バックグラウンド容量の定量化段階で、タッチスクリーンのタッチ表面のタッチがないときの結合容量をバックグラウンド容量として定量化する、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
- 前記入力差電圧は、入力基準電圧とシステムオフセット電圧の差である、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記第１入力端子は負入力端子であり、前記第２入力端子は正入力端子である、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
- 前記第１入力端子は正入力端子であり、前記第２入力端子は負入力端子である、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
- 静電容量センシング式識別システム用の方法であって、
静電容量センシング式識別システムのセンシングコンデンサを介して増幅器モジュールの第１入力端子に励起信号を供給し、増幅器モジュールの第２入力端子に入力差電圧を供給するステップであって、前記増幅器モジュールの第１入力端子と出力端子の間にフロントエンドフィードバックコンデンサが接続されているステップと、
増幅器モジュールの出力端子から出力電圧を受けるステップと、
増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧が予め設定された範囲内にない場合、静電容量センシング式識別システム中のバックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するステップとを含む、ことを特徴とする静電容量センシング式識別システム用の方法。 - 前記増幅器モジュールの第２入力端子に入力差電圧を供給する前にデジタルアナログ変換を行い、且つ、増幅器モジュールの出力端子から出力電圧を受けた後にアナログデジタル変換を行うステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
- 前記増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧が予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節するステップは、
増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧の最小値が予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節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。 - 前記増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節すると同時に、フロントエンドフィードバックコンデンサの容量を調節するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
- 前記増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節すると同時に、フロントエンドフィードバックコンデンサの容量を調節するステップは、
増幅器モジュールの出力端子により供給された出力電圧の最大値が予め設定された範囲内にない場合、バックグラウンド容量の大きさに基づいて、増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節し、且つ、それに対応してフロントエンドフィードバックコンデンサの容量を調節するステップを含む、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。 - 前記増幅器モジュールの第２入力端子に供給される入力差電圧を調節することは、バックグラウンド容量の定量化段階で行われる、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
- 前記入力差電圧は、入力基準電圧とシステムオフセット電圧の差である、ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
- 前記第１入力端子は負入力端子であり、前記第２入力端子は正入力端子である、ことを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第１入力端子は正入力端子であり、前記第２入力端子は負入力端子である、ことを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
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