TW201413555A - 用於具有雜訊耐受性之電容式感測器系統之信號處理 - Google Patents

用於具有雜訊耐受性之電容式感測器系統之信號處理 Download PDF

Info

Publication number
TW201413555A
TW201413555A TW102129604A TW102129604A TW201413555A TW 201413555 A TW201413555 A TW 201413555A TW 102129604 A TW102129604 A TW 102129604A TW 102129604 A TW102129604 A TW 102129604A TW 201413555 A TW201413555 A TW 201413555A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
noise
signal
operating frequency
frequency
capacitive sensor
Prior art date
Application number
TW102129604A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI616795B (zh
Inventor
Axel Heim
Martin Hoch
Original Assignee
Microchip Tech Germany Ii Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Microchip Tech Germany Ii Gmbh filed Critical Microchip Tech Germany Ii Gmbh
Publication of TW201413555A publication Critical patent/TW201413555A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI616795B publication Critical patent/TWI616795B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/005—Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0445—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using two or more layers of sensing electrodes, e.g. using two layers of electrodes separated by a dielectric layer
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/001—Analogue/digital/analogue conversion
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

本發明揭示一種電容式感測器，其包含：一發射電極，其經組態以將一交流電場提供至一感測器；一或多個接收電極，其(等)用於偵測該交流電場之變動；及一自適應頻率調整單元，其經組態以回應於偵測到一雜訊量測值(諸如雜訊功率)而調整該交流電場之一操作頻率。

Description

用於具有雜訊耐受性之電容式感測器系統之信號處理 相關申請案之交叉參考
本申請案主張2012年8月16日提交之美國臨時專利申請案第61/684,009號之優先權，該案之全文以引用方式如同本文中所陳述般併入。
本發明係關於電容式感測器系統之方法及系統，特定言之，本發明係關於此等系統中之信號處理。
可藉由產生一交流電場且在此電場內之一感測器電極處量測一循環中所獲得之電位差(即，電壓)而實現電容式感測器系統。可使用一單一電極或一發射電極及一或多個接收電極。此電壓為該感測器電極與其電環境之間之電容之一量測值，即，其受如人之一手指或一手之物體影響。此外，可自此電壓推斷(例如)一手指之距離。此資訊可用於人機介面。
根據上述原理而操作之習知系統之問題在於：電雜訊源(諸如螢光燈或USB充電器)會影響電場。因此，在一雜訊環境中精確可靠地估計此電壓係成問題的。
根據各種實施例，提供一種在具有頻率選擇性雜訊之環境中實 施一操作頻率之自動調適的電容式感測器系統。根據實施例之一電容式感測器包含：一發射電極，其經組態以將一交流電場提供至一感測器；一或多個接收電極，其(等)用於偵測該交流電場之變動；及一自適應頻率調整單元，其經組態以回應於偵測到一雜訊量測值(諸如雜訊功率)而調整該交流電場之一操作頻率。在一些實施例中，該自適應頻率調整單元經組態以判定潛在操作頻率處之複數個雜訊功率且選擇一新操作頻率。
根據實施例之用於將雜訊耐受性提供至一電容式感測系統之一方法包含：界定複數個潛在操作發射頻率；判定對應於該等潛在操作頻率之各者的一對應雜訊量測值；依該複數個潛在操作發射頻率之一者操作該電容式感測系統；量測該操作頻率處之一操作雜訊量測值；及回應於該所量測之操作雜訊量測值之一值而選擇一新操作頻率。
根據實施例之一電容式感測器系統包含：一發射電極，其經組態以將一交流電場提供至一感測器；一或多個接收電極，其(等)用於偵測該交流電場之變動；及一自適應頻率調整單元，其經組態以根據將該電容式感測器系統模型化為具有直接取樣及同步解調變之一振幅調變系統而調整該交流電場之一操作頻率。在一些實施例中，該自適應頻率調整單元經組態以判定潛在操作頻率處之複數個雜訊量測值且選擇對應於該複數個雜訊量測值之一最小值或最大值的一操作頻率。
根據實施例之一感測器系統包含經受雜訊且與接收一雜訊信號之一信號處理單元耦合之一交流電場感測器配置，其中該信號處理單元將該雜訊信號轉換為一數位信號，其中該信號處理單元進一步經組態以藉由與(-1)k(其中k指示離散時間)相乘、隨後之低通濾波、隨後之R倍降低取樣及進一步之低通濾波而解調變取樣信號。該信號處理單元可進一步操作以根據經處理信號而執行一距離估計、定位或手勢辨認。該交流電場可由一脈衝信號產生。
將結合【實施方式】及附圖而更佳地瞭解及理解本發明之此等及其他態樣。然而，應瞭解：儘管【實施方式】指示本發明及其諸多特定細節之各種實施例，其僅具繪示性而非限制性。可在不背離本發明之精神之情況下於本發明之範疇內進行諸多取代、修改、添加及/或重新配置，且本發明包含所有此等取代、修改、添加及/或重新配置。
100‧‧‧感測器電極配置
102‧‧‧手指
104‧‧‧發射電極
106a‧‧‧接收電極
106b‧‧‧接收電極
106c‧‧‧接收電極
106d‧‧‧接收電極
106e‧‧‧接收電極
108‧‧‧距離
200‧‧‧電容式感測器系統
202‧‧‧矩形脈衝列電壓源
204‧‧‧電容式分壓器
300‧‧‧輸出信號
302‧‧‧輸出信號
307a‧‧‧感測器信號
307b‧‧‧信號
400‧‧‧電容式感測器
402‧‧‧經低通濾波之矩形脈衝列
403‧‧‧低通濾波器
404‧‧‧電容式分壓器
406‧‧‧緩衝器
408‧‧‧類比帶通濾波器
410‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
412‧‧‧數位信號處理(DSP)單元/數位信號處理(DSP)區塊
414‧‧‧控制路徑
501‧‧‧調變
504‧‧‧取樣
506‧‧‧數位解調變
508‧‧‧低通濾波
510‧‧‧整數倍降低取樣
512‧‧‧低通濾波
514‧‧‧頻率相依信號調整/自動頻率調適(AFA)模組
516‧‧‧定位及手勢辨認
518‧‧‧自動頻率調適(AFA)單元
902‧‧‧有用信號/低通濾波信號
904‧‧‧主電源電壓/低頻雜訊
906‧‧‧雜訊底限
908‧‧‧頻帶/外部雜訊功率
1004‧‧‧TX頻率組
1006‧‧‧雜訊功率陣列
1008‧‧‧雜訊功率
1100‧‧‧感測器系統
1101‧‧‧感測控制器
1102‧‧‧感測電極
1103‧‧‧主機系統/主機
1104‧‧‧TX信號產生器
1106‧‧‧信號調節模組
1107‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
1108‧‧‧匯流排/信號處理單元
1109‧‧‧內部時脈單元
1110‧‧‧電壓參考單元
1112‧‧‧快閃記憶體
1114‧‧‧電力管理單元
1116‧‧‧低電力喚醒單元
1118‧‧‧IO單元
1120‧‧‧通信控制單元
1122‧‧‧重設控制單元
包含構成本說明書之部分的附圖以描繪本發明之某些態樣。應注意，圖式中所繪示之特徵未必按比例繪製。可藉由參考結合附圖之【實施方式】而獲取對本發明及其優點之一更完全理解，其中相同參考符號指示相同特徵，且其中：圖1描繪例示性電容式感測之一圖解表示。
圖2描繪一例示性電容式感測器之一圖解表示。
圖3繪示例示性雜訊及雜訊消減。
圖4描繪一例示性電容式感測器之一圖解表示。
圖5更詳細地描繪圖4之例示性電容式感測器。
圖6係一例示性雜訊功率頻譜密度。
圖7係一雜訊輸入信號之一例示性功率頻譜密度。
圖8係一取樣雜訊輸入信號之一例示性功率頻譜密度。
圖9係展示所關注之信號的一示意頻譜。
圖10係繪示根據實施例之程序流程的一圖式。
圖11係實施根據實施例之方法的一例示性系統。
參考附圖中所繪示及以下描述中所詳述之例示性及因此非限制性實施例而更完全地解釋本發明及其各種特徵及有利細節。然而，應瞭解：儘管詳細描述及特定實例指示較佳實施例，但其等僅具繪示性 而非限制性。可省略已知程式化技術、電腦軟體、硬體、操作平台及協定之描述以免不必要地使本發明之詳細不清楚。熟習技術者將自本發明明白基本發明概念之精神及/或範疇內之各種取代、修改、添加及/或重新配置。
現轉至圖式且尤其關注圖1，圖中展示用於評估一交流電場之一例示性感測器電極配置100。該感測器電極配置包含複數個接收電極106a至106e及一或多個發射電極104。一或多個接收電極106a至106e通常配置於發射電極104上方之一層中，且其中一絕緣層(圖中未展示)配置於發射電極與接收電極之間。感測器電極配置100經組態以判定一物體(諸如手指102)對該交流電場之一效應。可藉此判定手指102與感測器電極配置之間之一距離108。
更特定言之，根據各種實施例，一前端裝置藉由量測接收電極與手指(GND)之間之電容而估計手指102與感測器配置之間之距離。由一交流電壓激發一電容式分壓器處之電位變化。
此藉由參考圖2而示意性繪示。特定言之，圖2展示具有一發射器電極ETX及一接收器電極ERX之一電容式感測器系統200之橫截面上方之距離xO處的人之一手指102。使用一矩形脈衝列電壓源202來激發ETX，其中電源電阻Rs及ETX與接地(GND)之間之電容CTX形成一低通濾波器。矩形脈衝列電壓通常具有40kHz至140kHz之一頻率。ERX與GND之間之可變電容Cf受控於ERX與手指102之間之電容，該電容取決於手指與ERX之間之距離xO。Cf及ETX與ERX之間之常數電容Cs建立一電容式分壓器204。因此，電壓Vf係xO之一函數。
應注意，圖式中省略對感測器系統之基本理解不太重要之另外電容。此外，電容Cf不僅取決於距離xO，且取決於指尖之三維位置、手之定向、手之尺寸等等。
圖3繪示一整合前端裝置之輸出信號300、302。輸出信號300展 示根據實施例之無雜訊矯正(即，自動頻率調適)之輸出信號，而輸出信號302為根據實施例之具有自動頻率調適之輸出。如圖所展示，在304處導通一雜訊源(諸如一螢光燈)。感測器信號307a展示雜訊之效應，而信號307b展示一乾淨無雜訊信號。
如下文將更詳細解釋，根據各種實施例，可將感測器電極配置之雜訊耐受性提供至(例如)用於直接評估感測器信號之一整合前端電路。根據各種實施例，可自動地評估通道雜訊且可選擇最佳操作頻率。
圖4繪示根據各種實施例之一例示性電容式感測器400。電壓源VTX之輸出在403處經低通濾波且驅動一電容式分壓器404。接收電極ERX可連接至一可選緩衝器406、一類比帶通濾波器408及一類比轉數位轉換器(ADC)410以執行直接取樣。ADC 410可與電壓源同步以在各發射器週期內取樣兩次。將ADC之輸出饋送至一數位信號處理(DSP)單元412中。如下文將更詳細解釋，DSP 412經由控制路徑414而控制振盪器VTX以在面對雜訊條件時選擇一最佳操作頻率。
圖5繪示圖4之電容式感測器之一通信理論模型。特定言之，如下文將更詳細解釋，電容式感測器可模型化為具有直接取樣之一振幅調變系統。一例示性取樣頻率可為(例如)發射信號VTX之頻率之兩倍。例如，若fTX為100kHz，則fs=1/Ts=2fTX=200kHz。應注意，其他頻率亦可行。
根據各種實施例，數位信號處理區塊412可實施數位解調變506、降低取樣達R倍(諸如至fs'=200Hz，其中R=1000)(即，低通濾波508)以及隨後之整數倍降低取樣510、低通濾波512、頻率相依信號調整514及隨後之定位及手勢辨認516。
更特定言之，低通濾波器403之輸出(即，經低通濾波之矩形脈衝列402)可模型化為一載波信號c(t)，其中t表示連續時間。載波信號c(t) 在501處經以電容Cf(圖2、圖4)為函數之[m0+m(t)]調變以產生y(t)。
在502處，信號y(t)已添加至其隨機雜訊e(t)。隨機雜訊e(t)可表示(例如)來自螢光燈或其他來源之雜訊。所得雜訊信號z(t)=y(t)+e(t)在504處依離散時間k*Ts取樣，其中Ts=1/(2*fTX)係發射器頻率fTX之兩倍之倒數且k=0、1、2...係離散時間指數。
ADC 410將時間離散信號轉換為數位域。接著，由DSP 412處理ADC之輸出z(k)。在所繪示之實例中，信號z(k)藉由與(-1)k相乘而進行數位解調變506、低通濾波508、R(通常為400至1400)倍降低取樣510及二次低通濾波512以僅含有手動作之頻率(通常為0至20Hz)。接著，該信號用於如距離估計、定位或手勢辨認516之進一步處理。一自動頻率調適(AFA)模組514接收整數倍降低取樣器輸出且提供用於調整該信號之控制信號以提供頻率選擇性雜訊耐受性。
圖6展示一螢光燈(作為一外部雜訊源之一實例)之功率頻譜密度(PSD)。此PSD(其已在系統之ADC輸入處被量測)展示諧波窄帶發射。若系統之TX頻率fTX(即，載波頻率)符合此等發射之一者，則系統對一使用者之輸入之辨認受影響。圖7展示一外部雜訊源(如一螢光燈)之一更詳細頻譜。該頻譜亦包含系統之矩形TX信號在70kHz之一例示性頻率處之不同峰值。在此實例中，fTX及其諧波與雜訊源之發射不一致。
根據類比帶通濾波器408之陡度，甚至fTX數倍處之發射會影響系統。例如，圖8展示歸因於一不夠陡之類比帶通濾波器之後之取樣而依(200-3*47)=59kHz折疊為200kHz頻帶之圖6中之PSD中之47kHz雜訊峰值之三次諧波。
圖9中示意性描繪在降低取樣510之後所獲得之頻譜。經降低取樣之信號之頻譜窄於圖8中之雜訊峰值。外部雜訊之PSD此時較平。外部雜訊功率908之估計值位於(例如)70Hz至90Hz之一頻帶內。
降低取樣之後之頻譜之組分為：a)有用信號(0至20Hz)902；b)已知低頻雜訊，例如主電源(即，50Hz或60Hz線)電壓904，其已歸因於非線性系統組件而調變至載波上；及c)一雜訊底限906，其表示高頻源，諸如一螢光燈。雜訊底限906在所關注之頻率處大致較平且在不存在高頻(HF)雜訊時相對較低。
若電流fTX位於其寬度超過經解調變信號之取樣率(其為典型情況)的一雜訊頻帶內，則此雜訊底限906將升高。因此，可量測不含有用信號902或一已知低頻雜訊904之任何頻帶內(諸如頻帶908內)之經降低取樣信號中之HF雜訊功率。
根據各種實施例，自動頻率調適(AFA)單元518採用此雜訊功率量測技術。然而，其他雜訊量測亦可行。
現轉至圖10，圖中展示繪示根據實施例之一例示性程序的一圖式。在1002處，AFA 518在系統啟動時或在無使用者活動被辨認時(或基於任何其他適合事件)對一預定組1004之TX頻率(例如40kHz至140kHz範圍內之8個頻率)執行雜訊功率之一系列量測。例如，在圖9中展示之一頻帶(諸如908)內進行量測。將該等各自量測雜訊功率保存於一專用陣列1006中。基於一出射準則，例如，若組1004中之所有頻率已被研究或一使用者之活動之啟動被辨認，則系統依一固定TX頻率(fTX)操作。此頻率可經選擇以成為展示雜訊功率之陣列1006中之最低值的頻率。
當使用者活動時，AFA週期性量測當前操作頻率fTX處之雜訊功率1008。若雜訊功率之值超過某一臨限值，則將TX頻率fTX調整至具有一更低雜訊功率之一不同頻率。例如，在某些實施例中，將頻率改變為對應於雜訊功率之陣列1006中之最低值的頻率。
另外，在一些實施例中，AFA可觸發DSP中之頻率相依調整(例如降低取樣率)且可作出調整以給隨後處理步驟提供頻率相依資料。 亦將與信號可靠性有關之資訊傳至該等DSP區塊。例如，根據信號可靠性而調整濾波器增益。亦可調整信號位準臨限值之概率臨限值以觸發某些功能性或其他(例如)概率參數。
若所量測雜訊值超過所有頻率處之預定臨限值，則系統可被視為無法操作以可發信號至主機單元(圖11)。接著，繼續搜尋一無雜訊操作頻率。
在另一實施例中，可藉由計算低通濾波信號902之功率與總功率之比率且比較此比率與一預定臨限值而實施雜訊偵測。替代地，可評估不含手勢之任何副頻帶。
大量研究已說明：螢光燈及USB充電器之頻譜雜訊帶通常顯著寬於經整數倍降低取樣之取樣率，其證明經整數倍降低取樣之信號之一相對較平雜訊頻譜之假定。此允許在經整數倍降低取樣之信號(其不被目標信號或其他已知低頻雜訊源涵蓋)之一副頻帶內偵測到HF雜訊源。
現轉至圖11，一方塊圖繪示根據實施例之包含雜訊耐受性之一感測器系統1100之一特定實施方案。系統1100包含一感測控制器1101、感測電極1102及一主機系統1103。感測電極1102可實施諸如圖1中所展示之一組態。主機1103可為可利用電容式感測器信號及/或源自於電容式感測器信號之資訊或資料的任何系統，諸如蜂巢式電話、膝上型電腦、I/O裝置及類似物。
在所繪示之實例中，一TX信號產生器1104將發射器信號VTX提供至發射電極TXD。在用於實施濾波等等之信號調節模組1106處接收接收電極RX0至RX4。信號調節之輸出被提供至ADC 1107且經由信號線或其他介質(諸如一匯流排1108)而提供至一信號處理單元1108。信號處理單元1108可實施DSP(圖5、圖10)之功能性。所得輸出可經由IO單元1118而提供至主機1103。
系統可進一步包含各種額外模組，諸如內部時脈單元1109、記憶體(諸如快閃記憶體1112)、電壓參考單元1110、電力管理單元1114、低電力喚醒單元1116、重設控制單元1122及通信控制單元1120。
儘管已相對於本發明之特定實施例而描述本發明，但此等實施例僅繪示而非限制本發明。本發明之所繪示實施例之本文描述(其包含【中文】及【發明內容】中之描述)非意欲具窮舉性或將本發明限制於本文中所揭示之精確形式(且特定言之，【中文】及【發明內容】內所包含之任何特定實施例、特徵或功能非意欲將本發明之範疇限制於此實施例、特徵或功能)。相反地，該描述意欲描述繪示性實施例、特徵及功能以使一般技術者理解本發明且不將本發明限制於任何特定描述之實施例、特徵或功能(其包含【中文】或【發明內容】中所描述之任何此類實施例、特徵或功能)。儘管本文中已描述僅用於繪示目的之本發明之特定實施例及實例，但各種等效修改可落於本發明之精神及範疇內，如熟習相關技術者將認知及瞭解。如所指示，可鑒於本發明之所繪示實施例之先前描述而對本發明作出此等修改且此等修改將包含於本發明之精神及範疇內。因此，儘管本文中已參考本發明之特定實施例而描述本發明，但先前揭示內容中意欲進行大量修改、各種改變及取代，且應瞭解：在一些例項中，將在不背離如所陳述之本發明之範疇及精神之情況下採用本發明之實施例之一些特徵且無需對應地使用其他特徵。因此，可作出諸多修改以使一特定情形或材料適應本發明之基本範疇及精神。
在本說明書中，參考「一實施例」或「一特定實施例」或類似術語意味著：結合該實施例而描述之一特定特徵、結構或特性包含於至少一實施例中且未必存在於所有實施例中。因此，分別出現於本說明書之各種位置中之片語「在一實施例中」或「在一特定實施例中」或類似術語未必意指相同實施例。此外，任何特定實施例之特定特 徵、結構或特性可依任何合適方式與一或多項其他實施例組合。應瞭解：本文中所描述及所繪示之實施例之其他變動及修改可鑒於本文中之教示且將被視為本發明之精神及範疇之部分。
在本文之描述中，提供諸多特定細節(諸如組件及/或方法之實例)以提供對本發明之實施例之完全理解。然而，熟習相關技術者將認知：能夠在無該等特定細節之一或多者之情況下或藉由其他設備、系統、總成、方法、組件、材料、部件及/或類似物而實踐一實施例。在其他例項中，未特別詳細地展示或描述熟知結構、組件、系統、材料或操作以避免使本發明之實施例之態樣不清楚。儘管可藉由使用一特定實施例而繪示本發明，但此非必然且並不將本發明限制於任何特定實施例，且一般技術者將認知：額外實施例係易於理解的且係本發明之一部分。
任何適合程式撰寫語言(其包含C、C++、Java、組合語言等等)可用於實施本文中所描述之本發明之實施例之常式、方法或程式。可採用不同程式撰寫技術，諸如過程或物件導向。可於一單一電腦處理裝置或多個電腦處理裝置、一單一電腦處理器或多個電腦處理器上執行任何特定常式。資料可儲存於一單一儲存媒體中或透過多個儲存媒體而分佈，且可駐留於一單一資料庫或多個資料庫中(或其他資料儲存技術)。儘管可依一特定順序呈現步驟、操作或計算，但在不同實施例中可改變此順序。在一些實施例中，就本說明書中展示為循序之多個步驟而言，可在替代實施例中同時執行此等步驟之某一組合。本文中所描述之操作序列可由另一程序(諸如一操作系統、核心等等)中斷、暫停或依其他方式控制。常式可在一操作系統環境中操作或用作獨立常式。可在硬體、軟體、韌體或其等之組合中執行本文中所描述之功能、常式、方法、步驟及操作。
可在軟體或硬體或兩者之一組合中以控制邏輯之形式實施本文 中所描述之實施例。控制邏輯可儲存於一資訊儲存媒體(諸如一電腦可讀媒體)中作為經調適以引導一資訊處理裝置執行各種實施例中所揭示之一組步驟的複數個指令。基於本文中所提供之揭示內容及教示，一般技術者將瞭解實施本發明之其他方式及/或方法。
在軟體程式化或編碼中實施本文中所描述之步驟、操作、方法、常式或其等之部分之任何者亦落於本發明之精神及範疇內，其中此等軟體程式化或編碼可儲存於一電腦可讀媒體中且可由一處理器操作以允許一電腦執行本文中所描述之步驟、操作、方法、常式或其等之部分之任何者。可藉由在一或多個通用數位電腦中使用軟體程式化或編碼、藉由使用專用積體電路、可程式化邏輯裝置、場可程式化閘陣列等等而實施本發明。可使用光學、化學、生物、量子或奈米工程之系統、組件及機構。一般而言，本發明之功能可由此項技術中已知之任何構件實現。例如，可使用分佈式或聯網式系統、組件及電路。在另一實例中，資料之通信或傳送(或依其他方式自一位置移動至另一位置)可為有線的、無線的或藉由任何其他方式。
一「電腦可讀媒體」可為可含有、儲存、傳送、傳播或輸送供指令執行系統、設備、系統或裝置使用或與指令執行系統、設備、系統或裝置一起使用之程式的任何媒體。僅舉例而言(但不限於)，該電腦可讀媒體可為一電子、磁性、光學、電磁、紅外線或半導體之系統、設備、系統、裝置、傳播媒體或電腦記憶體。此電腦可讀媒體一般應為機器可讀的且包含人類可讀(諸如原始碼)或機器可讀(諸如目標碼)之軟體程式化或編碼。非暫時性電腦可讀媒體之實例可包含隨機存取記憶體、唯讀記憶體、硬碟、資料匣、磁帶、軟碟、快閃記憶體驅動器、光學資料儲存裝置、光碟唯讀記憶體及其他適當電腦記憶體及資料儲存裝置。在一繪示性實施例中，一些或所有軟體組件可駐留於一單一伺服器電腦上或駐留於分離伺服器電腦之任何組合上。熟習 技術者應瞭解：本文中所揭示之實施一實施例之一電腦程式產品可包括儲存在一計算環境中可由一或多個處理器轉譯之電腦指令的一或多個非暫時性電腦可讀媒體。
一「處理器」包含處理資料、信號或其他資訊之任何硬體系統、機構或組件。一處理器可包含具有一通用中央處理單元、多個處理單元、用於實現功能性之專用電路、或其他系統的一系統。處理無需受限於一地理位置或具有時間限制。例如，一處理器可「即時」、「離線」、在一「批次模式」中等等執行其功能。可在不同時間及不同位置由不同(或相同)處理系統執行部分處理。
如本文中所使用，術語「包括」、「包含」、「具有」或其等之任何其他變形意指涵蓋一非排除包含。例如，包括一列表之元件的一程序、產品、物件或設備未必僅限於該等元件，且可包含此程序、產品、物件或設備未明確列出或固有之其他元件。
此外，若無另外說明，則如本文中所使用之術語「或」一般意指「及/或」。例如，一條件A或B滿足以下之任何者：A為真(或存在)且B為假(或不存在)；A為假(或不存在)且B為真(或存在)；及A及B兩者為真(或存在)。如本文中(其包含以下申請專利範圍)所使用，若申請專利範圍內未另外明確說明(即，涉及項「一」明確地指示僅為單數或僅為複數)，則前面加上「一」(及「該(等)」，前提為前文已出現過「一」)之一術語包含此術語之單數形式及複數形式兩者。此外，如本文之描述中及以下申請專利範圍中所使用，若內文無另外明確說明，則「在...中」之含義包含「在...中」及「在...上」。
應瞭解：圖式/圖中所描繪之元件之一或多者亦可依一更分離或更整合之方式實施，或甚至被移除或在某些情況中呈現為無法操作，如根據一特定應用所使用。另外，若無另外特別說明，則圖式/圖中之任何信號箭頭應被視為僅具例示性而非限制性。
402‧‧‧經低通濾波之矩形脈衝列
403‧‧‧低通濾波器
410‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
412‧‧‧數位信號處理(DSP)單元/數位信號處理(DSP)區塊
501‧‧‧調變
504‧‧‧取樣
506‧‧‧數位解調變
508‧‧‧低通濾波
510‧‧‧整數倍降低取樣
512‧‧‧低通濾波
514‧‧‧頻率相依信號調整/自動頻率調適(AFA)模組
516‧‧‧定位及手勢辨認
518‧‧‧自動頻率調適(AFA)單元

Claims (31)

  1. 一種電容式感測器，其包括：一發射電極，其經組態以將一交流電場提供至一感測器；一或多個接收電極，其(等)用於偵測該交流電場之變動；及一自適應頻率調整單元，其經組態以回應於偵測到一雜訊量測值而調整該交流電場之一操作頻率。
  2. 如請求項1之電容式感測器，其中該自適應頻率調整單元經組態以判定潛在操作頻率處之複數個雜訊量測值且選擇一新操作頻率。
  3. 如請求項2之電容式感測器，其中該新操作頻率對應於該複數個雜訊量測值之一最小值或最大值。
  4. 如請求項2之電容式感測器，其中該新操作頻率對應於該複數個雜訊量測值之一足夠高或足夠低之雜訊量測值。
  5. 如請求項2之電容式感測器，其中該等雜訊量測值包括雜訊功率。
  6. 如請求項2之電容式感測器，其中該等雜訊量測值係該操作頻率處之雜訊之一量測值。
  7. 如請求項6之電容式感測器，其中該雜訊量測值係操作頻率處之雜訊功率之一量測值。
  8. 如請求項7之電容式感測器，其中由一低頻目標信號使用振幅調變來調變該操作頻率處之一載波信號。
  9. 如請求項8之電容式感測器，其中同步地解調變及降低取樣該經調變之載波信號。
  10. 如請求項9之電容式感測器，其中該雜訊量測值係與低頻調變信號之頻帶不相等且與含有低頻雜訊之頻帶不相等之一頻帶內之 該經降低取樣之信號之信號能量之一量測值。
  11. 如請求項2之電容式感測器，其中該自適應頻率調整單元經組態以在一所偵測之雜訊量測值超過或低於一預定臨限值時選擇一新操作頻率。
  12. 如請求項11之電容式感測器，其中該新操作頻率係對應於該複數個雜訊量測值之一最小值或最大值的一操作頻率。
  13. 一種用於將雜訊耐受性提供至一電容式感測系統之方法，其包括：界定複數個潛在操作發射頻率；判定對應於該等潛在操作頻率之各者的一對應雜訊量測值；依該複數個潛在操作發射頻率之一者操作該電容式感測系統；量測該操作頻率處之一操作雜訊量測值；及回應於該所量測操作雜訊量測值之一值而選擇一新操作頻率。
  14. 如請求項13之方法，其中該新操作頻率對應於該複數個雜訊量測值之一最小值或最大值。
  15. 如請求項13之方法，其中該新操作頻率對應於該複數個雜訊量測值之一足夠高或足夠低之雜訊量測值。
  16. 如請求項13之方法，其中該等雜訊量測值包括雜訊功率。
  17. 如請求項13之方法，其中該雜訊量測值係該操作頻率處之雜訊之一量測值。
  18. 如請求項13之方法，其中該雜訊量測值係該操作頻率處之雜訊功率之一量測值。
  19. 如請求項13之方法，其中由一低頻目標信號使用振幅調變來調變該操作頻率處之一載波信號。
  20. 如請求項19之方法，其中同步地解調變及降低取樣該經調變之載波信號。
  21. 如請求項19之方法，其中該雜訊量測值係與低頻調變信號之頻帶不相等且與含有低頻雜訊之頻帶不相等之一頻帶內之該經降低取樣之信號之信號能量之一量測值。
  22. 如請求項13之方法，其包含：在一所偵測之雜訊量測值超過或低於一預定臨限值時選擇一新操作頻率。
  23. 如請求項22之方法，其中該新操作頻率係對應於該複數個雜訊量測值之一最小值或最大值的一操作頻率。
  24. 一種電容式感測器系統，其包括：一發射電極，其經組態以將一交流電場提供至一感測器；一或多個接收電極，其(等)用於偵測該交流電場之變動；及一自調適頻率調整單元，其經組態以根據將該電容式感測器系統模型化為具有直接取樣及同步解調變之一振幅調變系統而調整該交流電場之一操作頻率。
  25. 如請求項24之電容式感測器系統，其中該自適應頻率調整單元經組態以判定潛在操作頻率處之複數個雜訊量測值且選擇對應於該複數個雜訊量測值之一最小值或最大值的一操作頻率。
  26. 如請求項25之電容式感測器系統，其中該自適應頻率調整單元經組態以在一所偵測之雜訊量測值超過一預定臨限值時選擇一新操作頻率。
  27. 如請求項27之電容式感測器系統，其中該雜訊量測值係一雜訊功率。
  28. 一種感測器系統，其包括經受雜訊且與接收一類比雜訊信號之一信號處理單元耦合之一交流電場感測器配置，其中該信號處理單元將該類比雜訊信號轉換為一數位信號，其中該信號處理 單元進一步經組態以藉由與(-1)k相乘(其中k指示離散時間)、隨後之低通濾波、隨後之R倍降低取樣及進一步低通濾波而解調變取樣信號。
  29. 如請求項28之感測器系統，其中該信號處理單元進一步可操作以根據該經處理之信號而執行一距離估計、定位或手勢辨認。
  30. 如請求項28之感測器系統，其中該交流電場由一脈衝信號產生。
  31. 如請求項30之感測器系統，其中該交流電場係一矩形脈衝信號。
TW102129604A 2012-08-16 2013-08-16 用於具有雜訊耐受性之電容式感測器系統之信號處理 TWI616795B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261684009P 2012-08-16 2012-08-16
US61/684,009 2012-08-16
US13/967,324 2013-08-14
US13/967,324 US9279874B2 (en) 2012-08-16 2013-08-14 Signal processing for a capacitive sensor system with robustness to noise

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201413555A true TW201413555A (zh) 2014-04-01
TWI616795B TWI616795B (zh) 2018-03-01

Family

ID=50099623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102129604A TWI616795B (zh) 2012-08-16 2013-08-16 用於具有雜訊耐受性之電容式感測器系統之信號處理

Country Status (7)

Country Link
US (2) US9279874B2 (zh)
EP (1) EP2885611B1 (zh)
JP (1) JP6438394B2 (zh)
KR (1) KR102056428B1 (zh)
CN (1) CN104662393B (zh)
TW (1) TWI616795B (zh)
WO (1) WO2014027074A2 (zh)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9279874B2 (en) 2012-08-16 2016-03-08 Microchip Technology Germany Gmbh Signal processing for a capacitive sensor system with robustness to noise
TWI531949B (zh) * 2014-06-26 2016-05-01 矽創電子股份有限公司 電容電壓資訊感測電路及其相關抗雜訊觸控電路
TW201602877A (zh) * 2014-07-01 2016-01-16 義隆電子股份有限公司 觸碰感測裝置以及其使用之方法
US9927933B2 (en) 2014-07-10 2018-03-27 Microchip Technology Germany Gmbh Method and system for gesture detection and touch detection
TWI559202B (zh) * 2014-10-01 2016-11-21 義隆電子股份有限公司 電容式觸控裝置及其刺激訊號產生電路與方法
KR102276911B1 (ko) 2015-01-14 2021-07-13 삼성전자주식회사 터치 컨트롤러, 터치 센싱 장치 및 터치 센싱 방법
CN107250818B (zh) * 2015-03-06 2020-03-17 德州仪器公司 使用感测信号调制进行宽带电容性感测
US10108292B2 (en) * 2015-04-22 2018-10-23 Microchip Technology Incorporated Capacitive sensor system with multiple transmit electrodes
US10444892B2 (en) * 2015-10-07 2019-10-15 Microchip Technology Incorporated Capacitance measurement device with reduced noise
US10151608B2 (en) * 2015-12-22 2018-12-11 Microchip Technology Incorporated System and method for reducing noise in a sensor system
CN105677099B (zh) * 2016-01-05 2018-09-21 京东方科技集团股份有限公司 用于设定触摸检测系统的工作频段的方法和系统
US10631752B2 (en) * 2016-01-27 2020-04-28 Life Detection Technologies, Inc. Systems and methods for detecting physical changes without physical contact
JP2018072928A (ja) * 2016-10-25 2018-05-10 シナプティクス インコーポレイテッド センシングシステム、タッチ検出回路および半導体装置
EP3418870A4 (en) * 2016-12-22 2019-05-22 Shenzhen Goodix Technology Co., Ltd. NOISE DETECTION CIRCUIT AND TOUCH CONTROL APPARATUS
US20180335458A1 (en) * 2017-05-18 2018-11-22 Cirrus Logic International Semiconductor Ltd. Capacitance sensor
US10175824B2 (en) * 2017-06-12 2019-01-08 Synaptics Incorporated Interference mitigation and clock dithering for a continuous-time receiver for capacitive sensing
US11609314B2 (en) * 2018-08-02 2023-03-21 Uatc, Llc Lidar system design to mitigate Lidar cross-talk
JP7204416B2 (ja) * 2018-10-23 2023-01-16 ファナック株式会社 タッチパネル装置、タッチパネル装置の制御方法、プログラムおよびプログラムを記憶する記憶媒体
US10949021B2 (en) 2019-03-08 2021-03-16 Chargepoint, Inc. Electric field touchscreen
WO2021069059A1 (de) * 2019-10-08 2021-04-15 Diehl Ako Stiftung & Co. Kg Verfahren zum einstellen einer abtastfrequenz eines kapazitiven berührungsschalters
CN110672952A (zh) * 2019-10-11 2020-01-10 深圳创维－Rgb电子有限公司 一种测试装置
KR102276614B1 (ko) * 2019-11-29 2021-07-13 한국생산기술연구원 비접촉식 생체신호 측정 방법 및 장치와 이를 이용하는 의류
CN111273774A (zh) * 2020-01-19 2020-06-12 惠州Tcl移动通信有限公司 终端设备显示屏控制方法及其系统、存储介质及终端设备
US11916582B2 (en) 2020-12-16 2024-02-27 Microchip Technology Incorporated Methods and systems for determining a noise-robust acquisition configuration for operating a sensor system
CN113466792B (zh) * 2021-06-01 2023-12-05 浙江大学 一种用于氮化镓场效应传感器的低频噪声定位方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4853498A (en) * 1988-06-13 1989-08-01 Tektronix, Inc. Position measurement apparatus for capacitive touch panel system
US5844415A (en) * 1994-02-03 1998-12-01 Massachusetts Institute Of Technology Method for three-dimensional positions, orientation and mass distribution
JP3643993B2 (ja) * 1995-11-27 2005-04-27 富士通株式会社 復調回路
TW343313B (en) 1996-07-12 1998-10-21 Synaptics Inc Object position detector with noise suppression feature
JP3220405B2 (ja) * 1997-02-20 2001-10-22 アルプス電気株式会社 座標入力装置
NO308095B1 (no) 1997-06-30 2000-07-24 Consensus As Fremgangsmate for transport av vaeske i tekstiler
NO20023398D0 (no) 2002-07-15 2002-07-15 Osmotex As Anordning og fremgangsmåte for transport av v¶ske gjennom materialer
DE10245243B3 (de) 2002-09-26 2004-03-04 Eads Deutschland Gmbh Entfeuchtungseinrichtung für einen feuchtigkeitsaufnehmenden Gegenstand, insbesondere einen Sitz, sowie entsprechendes Verfahren
KR100677290B1 (ko) * 2005-12-30 2007-02-02 엘지전자 주식회사 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법
US8493331B2 (en) * 2007-06-13 2013-07-23 Apple Inc. Touch detection using multiple simultaneous frequencies
AU2008202561A1 (en) 2007-06-14 2009-01-08 Fisher & Paykel Appliances Limited Capacitive touch sensor
KR100915149B1 (ko) * 2007-07-19 2009-09-03 (주)에스엠엘전자 다채널 용량 감지 회로
GB0716384D0 (en) 2007-08-22 2007-10-03 Osmolife As Textile having water transport and heating capabilities
JP2010015262A (ja) * 2008-07-01 2010-01-21 Seiko Instruments Inc 静電検出装置及び静電検出方法
WO2011001813A1 (ja) * 2009-06-29 2011-01-06 ソニー株式会社 静電容量式タッチパネルおよびタッチ検出機能付き表示装置
JP2011013996A (ja) * 2009-07-03 2011-01-20 Renesas Electronics Corp タッチパネル及びディスプレイパネル用のドライバ回路
US20110097215A1 (en) 2009-10-23 2011-04-28 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Flexible Solid-State Pump Constructed of Surface-Modified Glass Fiber Filters and Metal Mesh Electrodes
CN201656945U (zh) * 2010-02-26 2010-11-24 十速科技股份有限公司 电容式触控装置
WO2011154468A1 (en) 2010-06-08 2011-12-15 Iee International Electronics & Engineering S.A. Robust capacitive measurement system
EP2617132B1 (en) * 2010-09-14 2020-12-02 Advanced Silicon SA Circuit for capacitive touch applications
US9279874B2 (en) 2012-08-16 2016-03-08 Microchip Technology Germany Gmbh Signal processing for a capacitive sensor system with robustness to noise

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015527005A (ja) 2015-09-10
JP6438394B2 (ja) 2018-12-12
US9678192B2 (en) 2017-06-13
US9279874B2 (en) 2016-03-08
KR20150043353A (ko) 2015-04-22
KR102056428B1 (ko) 2020-01-22
US20140049266A1 (en) 2014-02-20
EP2885611A2 (en) 2015-06-24
EP2885611B1 (en) 2018-10-03
WO2014027074A2 (en) 2014-02-20
US20160187450A1 (en) 2016-06-30
TWI616795B (zh) 2018-03-01
CN104662393B (zh) 2017-06-16
CN104662393A (zh) 2015-05-27
WO2014027074A3 (en) 2014-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI616795B (zh) 用於具有雜訊耐受性之電容式感測器系統之信號處理
US9618553B2 (en) Systems and methods for sensing environmental changes using light sources as sensors
US20130314370A1 (en) Detecting method and device for suppressing interference of low-frequency noise
KR102443490B1 (ko) 아날로그 프론트엔드를 위한 저전력 컨텍스트 인식 제어
CN110737342B (zh) 手写笔、包括手写笔和传感器的系统、控制器集成电路
CN203465699U (zh) 使用半周期的不连续积分的电容感测系统
CN106471455B (zh) 低功率电容式传感器按钮
US8687848B2 (en) Techniques for context-enhanced confidence adjustment for gesture
WO2018129716A1 (zh) 智能灯光控制系统及方法
KR20170028903A (ko) 심장 박동수 모니터의 에너지 소모를 감소시키기 위한 방법들 및 시스템들
EP2674844A1 (en) Display screen management method and device
US10718822B2 (en) Active AC power loss detection
CN107924161B (zh) 具有调整频率和/或采样孔径窗口的采样控制环的超低功率比较器
WO2015054419A1 (en) Devices, systems, and methods for controlling devices using gestures
KR20150131083A (ko) 센서 신호의 에너지 효율적 측정 시스템 및 방법
EP3851938A1 (en) Ultra-low power mode for a low-cost force-sensing device
WO2018098719A1 (zh) 一种睡眠监测方法、装置及终端
CN108984006A (zh) 用于无线充电系统的时钟调谐
CN107969161A (zh) 用于控制触摸屏干扰的方法和装置
US20230169970A1 (en) Remote controller control method and system, storage medium, and electronic device
Mohamed et al. Efficient algorithm for accurate touch detection of large touch screen panels
WO2024114612A1 (zh) 智能设备的录像方法及装置、电子设备和存储介质
CN108984050A (zh) 触控处理装置、方法与系统
CN109791448A (zh) 触摸检测方法和触控芯片
Magno et al. A self-sustaining micro-watt programmable smart audio sensor for always-on sensing