TW201523408A - 多通道電容分壓器掃描方法及裝置 - Google Patents

多通道電容分壓器掃描方法及裝置 Download PDF

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Abstract

可藉由使用僅一ADC轉換而監控複數個電容感測器之相對電容。複數個電容感測器對一取樣及保持電容器個別地充電。在該複數個電容感測器之所有已對該取樣及保持電容器充電之後，對該取樣及保持電容器之所得類比電壓進行一數位轉換並將該數位電壓儲存於一記憶體中。比較此儲存之數位集合電壓與一先前儲存之電壓且若兩者不同，則可已發生一近接/觸碰事件。因此，可快速地監控一整個面板之電容感測器之「群組」電容之一變更，或可監控該等電容感測器之部分之「子群組」電容之一變更。藉由獲知電容感測器之哪個子群組已變更其集合電容值，可進行使用較低功率之一更集中及更具選擇性的電容感測器量測。

Description

多通道電容分壓器掃描方法及裝置 【相關專利申請案】
本申請案主張2013年10月4日申請之共同擁有之美國臨時專利申請案第61/886,993號之優先權，該案出於所有目的以引用的方式併入本文中。
本揭示內容係關於一種用於掃描連接至類比轉數位轉換器(ADC)輸入通道之複數個電容感測器之方法及裝置，其使用電容分壓方法來判定該等感測器之電容變更。
對於低功率系統，用於此等低功率系統之微控制器需要在使用者不主動使用該系統時處於睡眠模式，而電容感測僅在主動模式中操作，因此為使涉及電容量測之一系統達成低功率消耗，該系統必須在一定時間間隔內將其自睡眠模式喚醒，執行所有電容感測器之一叢發掃描，進行是否已發生來自一先前掃描之一電容變更之一評估，且若未偵測到電容變更，則返回至其睡眠模式。該系統將繼續此睡眠/喚醒交替直至偵測到對任何電容感測器之一觸碰/近接為止。該系統之平均功率消耗可藉由最小化掃描所有電容感測器所花之喚醒時間而減小。
因此，需要具有掃描多個電容感測器而花儘可能少的時間以節省功率消耗之能力的微控制器。
根據一實施例，一種用於判定複數個電容感測器之至少一電容感測器之電容變更的方法可包括以下步驟：將複數個電容感測器充電至一第一電壓；將一取樣及保持電容器充電至一第二電壓；將該複數個電容感測器之各者個別地耦合至該取樣及保持電容器，其中來自該複數個電容感測器之個別耦合之電容感測器之各者的電子電荷可轉移至該取樣及保持電容器；在該複數個電容感測器之所有已個別地耦合至該取樣及保持電容器之後，量測該取樣及保持電容器上之一所得電壓；及比較該量測之所得電壓與一先前量測之所得電壓，其中若該量測之所得電壓可不同於該先前量測之所得電壓，則該複數個電容感測器之至少一電容感測器可已變更電容值。
根據該方法之另一實施例，其可包括以下步驟：(a)將該複數個電容感測器之一第一者充電至該第一電壓；(b)將該取樣及保持電容器充電至該第二電壓；(c)將該複數個電容感測器之第一者耦合至該取樣及保持電容器，其中來自該複數個電容感測器之第一者之電子電荷可轉移至該取樣及保持電容器；(d)量測該取樣及保持電容器上之一所得電壓；及(e)比較該量測之所得電壓與該複數個電容感測器該第一者之一先前量測之所得電壓，其中若該量測之所得電壓可不同於該先前量測之所得電壓，則該複數個電容感測器之第一者可已變更電容值，若該量測之所得電壓相同於該先前量測之所得電壓，則對該複數個電容感測器之另一者重複步驟(a)至(e)。
根據該方法之另一實施例，其可包括以下步驟：將該複數個電容感測器之一部分充電至該第一電壓；將該取樣及保持電容器充電至該第二電壓；將該複數個電容感測器之該部分之各者個別地耦合至該取樣及保持電容器，其中來自該複數個電容感測器之該部分之個別耦 合之電容感測器的各者之電子電荷可轉移至該取樣及保持電容器；在該複數個電容感測器之該部分之所有已個別地耦合至該取樣及保持電容器之後，量測該取樣及保持電容器上之一所得電壓；及比較該量測之所得電壓與該複數個電容感測器之該部分之一先前量測之所得電壓，其中若該量測之所得電壓可不同於該先前量測之所得電壓，則該複數個電容感測器之該部分之至少一電容感測器可已變更電容值。
根據該方法之另一實施例，該第一電壓可比該第二電壓更呈正值。根據該方法之另一實施例，該第二電壓可比該第一電壓更呈正值。根據該方法之另一實施例，量測該所得電壓之步驟可包括運用一類比轉數位轉換器(ADC)將該取樣及保持電容器上之所得電壓轉換至一數位值之步驟。根據該方法之另一實施例，比較該量測之所得電壓與一先前量測之所得電壓之步驟可包括運用一數位處理器比較該數位值與一先前數位值之步驟。根據該方法之另一實施例，其可包括當該量測之所得電壓可不同於該先前量測之所得電壓時，將該數位處理器自一低功率睡眠模式喚醒之步驟。
根據另一實施例，一種用於判定複數個電容感測器之至少一電容感測器之電容變更的方法可包括以下步驟：將複數個電容感測器充電至一第一電壓；將一取樣及保持電容器充電至一第二電壓；將該複數個電容感測器耦合至該取樣及保持電容器，其中來自該複數個電容感測器之電子電荷可轉移至該取樣及保持電容器；量測該取樣及保持電容器上之一所得電壓；及比較該所得電壓與一先前量測之所得電壓，其中若該所得電壓可不同於該先前量測之所得電壓，則該複數個電容感測器之至少一電容感測器可已變更電容值。
根據該方法之另一實施例，其可包括以下步驟：將該複數個電容感測器之一部分充電至該第一電壓；將該取樣及保持電容器充電至該第二電壓；將該複數個電容感測器之該部分耦合至該取樣及保持電 容器，其中來自該複數個電容感測器之該部分之電子電荷可轉移至該取樣及保持電容器；量測該取樣及保持電容器上之一所得電壓；及比較該量測之所得電壓與該複數個電容感測器之該部分之一先前量測之所得電壓，其中若該量測之所得電壓可不同於該先前量測之所得電壓，則該複數個電容感測器之該部分之至少一電容感測器可已變更電容值。
根據該方法之另一實施例，其可包括若該量測之所得電壓可並非實質上不同於該先前量測之所得電壓，則可執行以下步驟：將該複數個電容感測器之另一部分充電至該第一電壓；將該取樣及保持電容器充電至該第二電壓；將該複數個電容感測器之該另一部分耦合至該取樣及保持電容器，其中來自該複數個電容感測器之另一部分之電子電荷可轉移至該取樣及保持電容器；量測該取樣及保持電容器上之另一所得電壓；及比較該另一所得電壓與該複數個電容感測器之另一部分之一先前量測之另一所得電壓，其中若該另一所得電壓可不同於該先前量測之另一所得電壓，則該複數個電容感測器之另一部分之至少一電容感測器可已變更電容值。
根據該方法之另一實施例，其可包括以下步驟：(a)將該複數個電容感測器之該部分之一第一者充電至該第一電壓；(b)將該取樣及保持電容器充電至該第二電壓；(c)將該複數個電容感測器之該部分之第一者耦合至該取樣及保持電容器，其中來自該複數個電容感測器之該部分之第一者之電子電荷可轉移至該取樣及保持電容器；(d)量測該取樣及保持電容器上之一所得電壓；及(e)比較該量測之所得電壓與該複數個電容感測器之該部分之第一者之一先前量測之所得電壓，其中若該量測之所得電壓可不同於該先前量測之所得電壓，則該複數個電容感測器之該部分之第一者可已變更電容值，若該量測之所得電壓相同於該先前量測之所得電壓，則對該複數個電容感測器之該 部分之另一者重複步驟(a)至(e)。
根據該方法之另一實施例，該第一電壓可比該第二電壓更呈正值。根據該方法之另一實施例，該第二電壓可比該第一電壓更呈正值。根據該方法之另一實施例，量測該所得電壓之步驟包括運用一類比轉數位轉換器(ADC)將該取樣及保持電容器上之所得電壓轉換至一數位值之步驟。根據該方法之另一實施例，比較該量測之所得電壓與一先前量測之所得電壓之步驟可包括運用一數位處理器比較該數位值與一先前數位值之步驟。根據該方法之另一實施例，其可包括當該量測之所得電壓可不同於該先前量測之所得電壓時，將該數位處理器自一低功率睡眠模式喚醒之步驟。
根據又一實施例，一種裝置，其根據本文中所揭示及所主張之方法操作，用於判定複數個電容感測器之至少一電容感測器之電容變更，該裝置可包括：複數個電容感測器；一取樣及保持電容器；一多工器，其具有複數個輸入及一輸出；複數個電容感測器開關，其等耦合至該複數個電容感測器，且經調適以將該複數個電容感測器之各者選擇性地耦合至該第一電壓、該第二電壓或該多工器之一各自輸入；一取樣及保持電容器；一取樣及保持開關，其耦合於該多工器之輸出與該取樣及保持電容器之間；一類比轉數位轉換器(ADC)，其具有耦合至該取樣及保持電容器之一類比輸入；及一數位處理器，其耦合至該ADC之一輸出且經調適以控制該複數個電容感測器開關、該多工器及該取樣及保持開關。
根據另一實施例，該複數個電容感測器開關、該多工器、該取樣及保持電容器、該ADC及該數位處理器可提供於一微控制器中。根據另一實施例，一電容感測器掃描控制器可經提供以在該數位處理器可處於一低功率睡眠模式時執行本文中所揭示及所主張之方法。根據另一實施例，當該複數個電容感測器之至少一電容感測器可已變更電 容值時，該電容感測器掃描控制器可將該數位處理器自該低功率睡眠模式喚醒。
根據又一實施例，一種裝置，其根據本文中所揭示及所主張之方法操作，用於判定複數個電容感測器之至少一電容感測器之電容變更，該裝置可包括：複數個電容感測器；一取樣及保持電容器；一多工器，其具有複數個輸入及一輸出；複數個電容感測器開關，其等耦合至該複數個電容感測器，且經調適以將該複數個電容感測器耦合至該第一電壓、該第二電壓或該多工器之一輸入；一取樣及保持電容器；一取樣及保持開關，其耦合於該多工器之輸出與該取樣及保持電容器之間；一類比轉數位轉換器(ADC)，其具有耦合至該取樣及保持電容器之一類比輸入；及一數位處理器，其耦合至該ADC之一輸出且經調適以控制該複數個電容感測器開關、該多工器及該取樣及保持開關。
根據另一實施例，該複數個電容感測器開關、該多工器、該取樣及保持電容器、該ADC及該數位處理器可提供於一微控制器中。根據另一實施例，一電容感測器掃描控制器可經提供以在該數位處理器可處於一低功率睡眠模式時執行本文中所揭示及所主張之方法。根據另一實施例，當該複數個電容感測器之至少一電容感測器可已變更電容值時，該電容感測器掃描控制器可將該數位處理器自該低功率睡眠模式喚醒。
100‧‧‧電容感測器觸碰/近接系統
100b‧‧‧電容感測器觸碰/近接系統
101‧‧‧微控制器積體電路
101b‧‧‧微控制器積體電路
102‧‧‧多工器
102a‧‧‧多工器
104‧‧‧數位處理器及記憶體/數位處理器/數位處理器記憶體
104a‧‧‧數位處理器及記憶體/數位處理器
106‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
108‧‧‧取樣及保持電容器
110‧‧‧取樣及保持開關
112‧‧‧電容感測器通道開關
112a‧‧‧開關
112b‧‧‧開關
112c‧‧‧開關
112n‧‧‧開關
114‧‧‧電容感測器
114a‧‧‧電容感測器
114b‧‧‧電容感測器
114c‧‧‧電容感測器
114n‧‧‧電容感測器
116‧‧‧電容感測器掃描控制器周邊裝置/電容感測器掃描控制器
320‧‧‧三態驅動器
322‧‧‧類比接收器/緩衝器
430‧‧‧步驟
432‧‧‧步驟
434‧‧‧步驟
436‧‧‧步驟
438‧‧‧步驟
440‧‧‧步驟
442‧‧‧步驟
544‧‧‧步驟
546‧‧‧步驟
548‧‧‧步驟
550‧‧‧步驟
552‧‧‧步驟
554‧‧‧步驟
656‧‧‧步驟
658‧‧‧步驟
660‧‧‧步驟
662‧‧‧步驟
664‧‧‧步驟
666‧‧‧步驟
768‧‧‧步驟
770‧‧‧步驟
772‧‧‧步驟
774‧‧‧步驟
776‧‧‧步驟
830‧‧‧步驟
832‧‧‧步驟
836‧‧‧步驟
842‧‧‧步驟
844‧‧‧步驟
846‧‧‧步驟
948‧‧‧步驟
950‧‧‧步驟
954‧‧‧步驟
960‧‧‧步驟
962‧‧‧步驟
1064‧‧‧步驟
1066‧‧‧步驟
1068‧‧‧步驟
1070‧‧‧步驟
1172‧‧‧步驟
1174‧‧‧步驟
1176‧‧‧步驟
可藉由參考結合隨附圖式進行之下文描述獲得本揭示內容之一更全面瞭解，其中：圖1(a)至圖1(f)繪示根據本揭示內容之一特定例示性實施例之用於量測複數個電容感測器之循序切換組態之示意圖；圖1(g)繪示根據本揭示內容之另一特定例示性實施例之用於量測 複數個電容感測器之循序切換組態之一示意圖；圖1(h)繪示根據本揭示內容之又一特定例示性實施例之用於量測複數個電容感測器之切換組態之一示意圖；圖2繪示根據本揭示內容之一特定例示性實施例之起因於圖1(a)至圖1(e)中所示之循序切換組態之示意電壓-時間圖表；圖3繪示根據本揭示內容之一特定例示性實施例之一典型電壓充電/放電驅動器及一電壓輸入接收器之一示意圖；圖4至圖7繪示根據本揭示內容之一特定例示性實施例之多通道電容分壓器掃描方法之操作之示意程序圖；及圖8至圖11繪示根據本揭示內容之另一特定例示性實施例之多通道電容分壓器掃描方法之操作之示意程序圖；雖然本揭示內容可具有各種修改及替代形式，但其特定例示性實施例已在圖式中展示且在本文中詳細描述。然而，應瞭解，本文中關於特定例示性實施例之描述並非意欲將本揭示內容限於本文中所揭示之特定形式，而是相反，本揭示內容將涵蓋如由隨附申請專利範圍定義之所有修改及等效物。
藉由一物件(例如，一塊金屬、一手指、一手、一腳、一腿等)觸碰一電容感測器或接近一電容近接感測器變更其特定參數，特定言之變更內建至用於例如人機介面器件(例如，小鍵盤或鍵盤)之觸碰感測器中之一電容器之電容值。微控制器可將演算法或內建周邊裝置用於此等電容觸碰感測器之偵測及評估。此種應用利用電容分壓(CVD)來評估是否已觸碰一電容觸碰元件。CVD轉換程序要求在感測器電容器以及ADC取樣及保持電容器連接在一起用於轉換所得電壓之前對該感測器電容器充電且對該ADC取樣及保持電容器放電達不同電壓，或反之亦然。可由連接至一外部節點(積體電路封裝引腳)之一驅動器對觸 碰感測器電容充電/放電，但ADC取樣及保持電容器可連接至一外部引腳或內部ADC通道，例如，DAC輸出，其係待放電/充電之固定電壓參考輸出。
藉由首先判定一非觸碰電容感測器板之電容值且接著判定一觸碰電容感測器板之一後續電容值，可基於其電容變更而判定對該(觸碰)電容感測器板之一觸碰。在CVD中，將兩個電容器充電/放電至相對電壓值。接著，將兩個相對充電之電容器耦合在一起且在該兩個電容器已連接在一起達用於達到一靜止(穩定)電壓之一段足夠時間之後量測一所得電壓。CVD之一更詳細說明在Dieter Peter之標題為「Capacitive Touch Sensing Using an Internal Capacitor of an Analog-to-digital Converter(ADC)and a Voltage Reference」之共同擁有之美國專利申請公開案第US 2010/0181180號中予以提出，且該案出於所有目的以引用的方式併入本文中。
根據各項實施例，可使用僅一ADC轉換監控複數個電容感測器之相對電容。該系統通常可包含進入一單次量測之複數個電容感測器。根據一些實施例，一次量測中可包含所有可用電容感測器。根據其他實施例，可包含n個電容感測器之僅一選定子群組，其中n大於一(1)。因此，可快速地監控一整個面板之電容感測器之「群組」電容之一變更，或可監控該等電容感測器之部分之「子群組」電容之一變更。藉由獲知電容感測器之哪個子群組已變更其集合電容值，可進行一更集中及更具選擇性的電容感測器量測。此外，該系統之平均功率消耗由於進行電容感測器掃描所花之時間變少而減小。
現參考圖式，示意地繪示特定例示性實施例之細節。圖式中之相同元件將由相同數字表示，且類似元件將由具有一不同小寫字母下標之相同數字表示。
參考圖1(a)至圖1(f)，其等描繪根據本揭示內容之一特定例示性 實施例之用於量測複數個電容感測器之循序切換組態之示意圖。圖1(a)至圖1(f)中所示之電路可在進行複數個電容感測器114上之電荷之一類比轉數位轉換之前將此等電荷「收集」於一取樣及保持電容器108中。整體由數字100表示之一電容感測器觸碰/近接系統可包括複數個電容感測器114、電容感測器通道開關112、一多工器102、一取樣及保持開關110、一取樣及保持電容器108、一類比轉數位轉換器(ADC)106、及一數位處理器及記憶體104。前述電容感測器通道開關112、多工器102、取樣及保持開關110、取樣及保持電容器108、ADC 106、及數位處理器及記憶體104可提供於一微控制器積體電路101中。
電容感測器通道開關112可將複數個電容感測器114之各自者連接至一第一電壓(例如，VDD)、一第二電壓(例如，VSS)或多工器102之各自輸入。將一電容感測器114連接至一正電壓將一正電荷置於其上，且將該電容感測器114連接至一共同節點或地面實質上移除其上之任何電荷。多工器102經調適以將取樣及保持開關110耦合至電容感測器通道開關112、第一電壓(例如，VDD)或第二電壓(例如，VSS)之任何一者。取樣及保持開關110將多工器102之輸出耦合至取樣及保持電容器108且亦可用以在由ADC 106進行一類比轉數位轉換期間隔離該取樣及保持電容器108。可由數位處理器104讀取自ADC 106所得之類比轉數位轉換以用於進一步處理來判定複數個電容感測器114之至少一者是否已變更其電容值。
參考圖1(a)及圖2，電容感測器通道開關112之所有可將其等各自電容感測器114連接至第一電壓，例如，VDD。取樣及保持電容器108可透過取樣及保持開關110以及多工器102連接至第二電壓，例如，VSS。圖2之部分(a)展示充電至第一電壓之電容感測器114及放電至第二電壓之取樣及保持電容器108。圖1(b)展示透過開關112a、多工器 102以及取樣及保持開關110連接至取樣及保持電容器108之電容感測器114a之一者。圖2之部分(b)展示電容感測器114a與取樣及保持電容器108之間的電子電荷等化(電壓平衡)之一示意表示。由於電容感測器114a具有小於取樣及保持電容器108之一電容值，故其電荷對該取樣及保持電容器108上之初始電荷影響不大(無影響)。
參考圖1(c)及圖2，開關112b可透過開關112b及110以及多工器102將完全充電之電容感測器114b連接至部分充電之取樣及保持電容器108。圖2之部分(c)展示完全充電之電容感測器114b放電至部分充電之取樣及保持電容器108中之一示意表示。現在，取樣及保持電容器108充電略多且在其上包括一更呈正值之電壓。開關112a亦可將電容感測器114a連接至第二電壓，例如預期下一電容感測器掃描時，對該感測器114a實質上放電，但是使用該等電容感測器114以及取樣及保持電容器108上之反向充電/放電電壓而進行。
參考圖1(d)及圖2，開關112c可透過開關112c及110以及多工器102將完全充電之電容感測器114c連接至部分充電之取樣及保持電容器108。圖2之部分(d)展示完全充電之電容感測器114c放電至部分充電之取樣及保持電容器108中之一示意表示。現在，取樣及保持電容器108充電略多且在其上包括一甚至更呈正值的電壓。開關112a及112b亦可將電容感測器114a及114b連接至第二電壓，例如預期下一電容感測器掃描時，對該等感測器114a及114b實質上放電，但是使用該等電容感測器114以及取樣及保持電容器108上之反向充電/放電電壓而進行。
參考圖1(e)及圖2，開關112n可透過開關112n及110以及多工器102將完全充電之電容感測器114n連接至部分充電之取樣及保持電容器108。圖2之部分(n)展示完全充電之電容感測器114n放電至甚至更多部分充電之取樣及保持電容器108中之一示意表示。現在，取樣及 保持電容器108可被實質上充電且在其上包括一更呈正值之電壓。開關112a、112b及122c亦可將電容感測器114a、114b及114c連接至第二電壓，例如預期下一電容感測器掃描時，對該等感測器114a、114b及114c實質上放電，但是使用該等電容感測器114以及取樣及保持電容器108上之反向充電/放電電壓而進行。
亦預期且在本揭示內容之範疇內，取樣及保持開關110可在多工器102及開關112變更組態時暫時斷開，使得其切換不影響取樣及保持電容器108上之既有電荷。
參考圖1(f)，取樣及保持開關110可斷開，有效隔離取樣及保持電容器108用於進一步處理。現在，可運用ADC 106將取樣及保持電容器108上之電壓轉換至表示來自複數個電容感測器114之電荷之總和之一數位值。接著，可由數位處理器104讀取表示來自電容感測器114之電荷之總和之此數位值用於其進一步評估。此外，預期使用先前掃描之反向極性進行下一電容感測器掃描循環時，該多工器可切換至第一電壓(例如，VDD)，且電容感測器通道開關112之所有可切換至第二電壓(例如，VSS)。
參考圖1(g)，其描繪根據本揭示內容之另一特定例示性實施例之用於量測複數個電容感測器之循序切換組態之一示意圖。一電容感測器掃描控制器周邊裝置116可用以控制前述切換操作，同時數位處理器及記憶體104a處於一低功率睡眠模式。此使得能夠使用一最小功率值掃描電容感測器114，且在一掃描已完成之後僅喚醒耗電更大之數位處理器及記憶體104a。
參考圖1(h)，其描繪根據本揭示內容之又一特定例示性實施例之用於量測複數個電容感測器之切換組態之一示意圖。圖1(h)中所示之電路可在進行複數個電容感測器114上之電荷之一類比轉數位轉換之前將此等電荷「收集」於一取樣及保持電容器108中。整體由數字 100b表示之一電容感測器觸碰/近接系統可包括複數個電容感測器114、電容感測器通道開關112、一多工器102a、一取樣及保持開關110、一取樣及保持電容器108、一類比轉數位轉換器(ADC)106、一數位處理器及記憶體104、及(視情況)一電容感測器掃描控制器周邊裝置116。前述電容感測器通道開關112、多工器102a、取樣及保持開關110、取樣及保持電容器108、ADC 106、數位處理器及記憶體104a、及電容感測器掃描控制器周邊裝置116可提供於一微控制器積體電路101b中。
電容感測器通道開關112可將複數個電容感測器114之各自者連接至一第一電壓(例如，VDD)、一第二電壓(例如，VSS)或多工器102之一輸入。將一電容感測器114連接至一正電壓將一正電荷置於其上，且將該電容感測器114連接至一共同節點或地面實質上移除其上之任何電荷。多工器102經調適以將取樣及保持開關110耦合至電容感測器通道開關112之一共同節點、第一電壓(例如，VDD)或第二電壓(例如，VSS)。取樣及保持開關110將多工器102之輸出耦合至取樣及保持電容器108且亦可用以在由ADC 106進行一類比轉數位轉換期間隔離該取樣及保持電容器108。可由數位處理器104讀取自ADC 106所得之類比轉數位轉換以用於進一步處理來判定複數個電容感測器114之至少一者是否已變更其電容值。
電容感測器掃描控制器周邊裝置116可用以控制前述切換操作，同時數位處理器及記憶體104a處於一低功率睡眠模式。此使得能夠使用一最小功率值掃描電容感測器114，且在一掃描已完成之後僅喚醒耗電更大之數位處理器及記憶體104a。
預期且在本揭示內容之範疇內，可由熟習數位電子裝置且獲益於本揭示內容之技術人員設計其他及不同切換配置以將電容感測器114連接至第一及第二電壓，且連接至取樣及保持電容器。
參考圖3，其描繪根據本揭示內容之一特定例示性實施例之一典型電壓充電/放電驅動器及一電壓輸入接收器之一示意圖。電容感測器通道開關112之各者可包括：一三態驅動器320，其具有實質上處於VDD之一高輸出狀態、實質上處於VSS之一低輸出狀態及一開路或高阻抗狀態；及一類比接收器/緩衝器322，其用於將各自電容感測器114上之電壓耦合至多工器102之一輸入。三態驅動器320可由數位處理器104控制。
參考圖4至圖7，其描繪根據本揭示內容之一特定例示性實施例之多通道電容分壓器掃描方法之操作之示意程序圖。在步驟430中，可將所有電容感測器114充電(放電)至一第一電壓，例如，VDD或VSS。在步驟432中，可將取樣及保持電容器108放電(充電)至一第二電壓，例如，VSS或VDD。根據本揭示內容之特定例示性實施例，步驟434藉由將一索引值k設定至一(1)而起始一電容感測器掃描之開始。在步驟436中，可將第k電容感測器114耦合至取樣及保持電容器108。步驟438使k值累加1。接著，步驟440檢查k值以查看是否所有電容感測器114已耦合至取樣及保持電容器108。若否，則可將下一第k電容感測器114耦合至取樣及保持電容器108。一旦所有電容感測器114已個別地耦合至取樣及保持電容器108，則在步驟442中將該取樣及保持電容器108上之電壓轉換至一數位值。預期且在本揭示內容之範疇內，電容感測器114可依任何次序隨機地及/或選擇性地耦合至取樣及保持電容器108，此取決於可先前已自近接及/或觸碰偵測之一可認知模式所判定之應用及情況。
在步驟544中，可將此數位值儲存於數位處理器記憶體104中。接著，在步驟546中，數位處理器104或電容感測器掃描控制器116可比較此儲存之數位值與相同組態之電容感測器114掃描之一先前儲存之數位值。若在此比較中實質上不存在差別，則電容感測器114掃描 可再次自步驟430開始。若在此比較中存在差別，例如，最新近掃描具有大於先前掃描之數位值之一數位值，則一近接/觸碰狀態已自該先前掃描起變更。對於此情況，可掃描電容感測器114之一更細化分組，或可執行各個別電容感測器114之一標準CVD評估，此取決於其應用。
在其中可掃描電容感測器114之子群組之情況中，步驟548可將電容感測器114之一子群組充電至一第一電壓。在步驟550中，可將取樣及保持電容器108充電至一第二電壓。在步驟552中，可選擇待掃描之電容感測器114之一子群組範圍。在步驟554中，可將一電容感測器114耦合至取樣及保持電容器108直至其間電壓得到等化為止。在步驟656中，使感測器指標k前進，且在步驟658中，檢查k值以查看是否已掃描選定子群組之所有感測器114。若否，則返回至步驟554以將下一電容感測器114耦合至取樣及保持電容器108。若已掃描子群組之所有感測器114，則在步驟660中將取樣及保持電容器108上之電壓轉換至表示來自子群組之所有電容感測器114之電荷之一子群組數位值。在步驟662中，可將此子群組數位值儲存於數位處理器記憶體104中。
接著，在步驟664中，數位處理器104可比較此儲存之數位子群組值與相同組態之電容感測器114掃描之一先前儲存之數位子群組值。若在此比較中實質上不存在差別，則電容感測器114掃描可再次自步驟666開始，其中將電容感測器114之另一子群組充電至第一電壓。若在此比較中存在差別，例如，最新近掃描具有大於先前掃描之數位值之一數位值)，則此子群組中之一近接/觸碰狀態已自該先前掃描起變更。對於此情況，可掃描電容感測器114之一更細化分組，或可執行各個別電容感測器114之一標準CVD評估，此取決於其應用。
在步驟768中，可執行子群組電容感測器114之各者之標準CVD偵測。如下，在步驟770中，將用於子群組電容感測器之各者之取樣 及保持電容器108上之電壓轉換至其個別數位值。在步驟772中，將此等個別數位值之各者儲存於數位處理器記憶體104中。在步驟774中，檢查該等儲存之個別數位值之各者以查看來自先前儲存之數位值之任何一者是否存在一變更。若存在至少一差別，則在步驟776中至少一電容感測器114已發生一近接/觸碰事件。
參考圖8至圖11，其等描繪根據本揭示內容之另一特定例示性實施例之多通道電容分壓器掃描方法之操作之示意程序圖。在步驟830中，可將所有電容感測器114充電(放電)至一第一電壓，例如，VDD或VSS。在步驟832中，可將取樣及保持電容器108放電(充電)至一第二電壓，例如，VSS或VDD。在步驟836中，可將所有電容感測器114耦合至取樣及保持電容器108。一旦電容感測器114已耦合至取樣及保持電容器108，則在步驟842中將該取樣及保持電容器108上之電壓轉換至一數位值。
在步驟544中，可將此數位值儲存於數位處理器記憶體104中。接著，在步驟846中，數位處理器104a或電容感測器掃描控制器116可比較此儲存之數位值與相同組態之電容感測器114掃描之一先前儲存之數位值。若在此比較中實質上不存在差別，則電容感測器114掃描可再次自步驟830開始。若在此比較中存在差別，例如，最新近掃描具有大於先前掃描之數位值之一數位值，則一近接/觸碰狀態已自該先前掃描起變更。對於此情況，可掃描電容感測器114之一更細化分組，或可執行各個別電容感測器114之一標準CVD評估，此取決於其應用。
在其中可掃描電容感測器114之子群組之情況中，步驟948可將電容感測器114之一子群組充電至一第一電壓。在步驟950中，可將取樣及保持電容器108充電至一第二電壓。在步驟954中，可將電容感測器114之子群組耦合至取樣及保持電容器108直至其間電壓得以等化為 止。在步驟960中，將取樣及保持電容器108上之電壓轉換至表示來自子群組之所有電容感測器114之電荷之一子群組數位值。在步驟962中，可將此子群組數位值儲存於數位處理器記憶體104中。
接著，在步驟1064中，數位處理器104可比較此儲存之數位子群組值與相同組態之電容感測器114掃描之一先前儲存之數位子群組值。若在此比較中實質上不存在差別，則電容感測器114掃描可再次自步驟1066開始，其中將電容感測器114之另一子群組充電至第一電壓。若在此比較中存在差別，例如，最新近掃描具有大於先前掃描之數位值之一數位值)，則此子群組中之一近接/觸碰狀態已自該先前掃描起變更。對於此情況，可掃描電容感測器114之一更細化分組，或可執行各個別電容感測器114之一標準CVD評估，此取決於其應用。
在步驟1068中，可執行子群組電容感測器114之各者之標準CVD偵測。如下，在步驟1070中，將用於子群組電容感測器之各者之取樣及保持電容器108上之電壓轉換至其個別數位值。在步驟1172中，將此等個別數位值之各者儲存於數位處理器記憶體104中。在步驟1174中，檢查該等儲存之個別數位值之各者以查看來自先前儲存之數位值之任何一者是否存在一變更。若存在至少一差別，則在步驟1176中至少一電容感測器114已發生一近接/觸碰事件。預期且在本揭示內容之範疇內，電容感測器114可依任何次序隨機地及/或選擇性地耦合至取樣及保持電容器108，此取決於可先前已自近接及/或觸碰偵測之一可認知模式所判定之應用及情況。
雖然已參考本揭示內容之例示性實施例描繪、描述及定義本揭示內容之實施例，但此等參考並非暗指對本揭示內容之一限制，且不應推斷有此限制。如熟習相關技術且獲益於本揭示內容之一般技術人員將想到，所揭示之標的能夠在形式及功能上進行大幅修改、更改及等效動作。本揭示內容之所描繪及所描述之實施例僅係實例，且非詳 盡本揭示內容之範疇。
100‧‧‧電容感測器觸碰/近接系統
101‧‧‧微控制器積體電路
102‧‧‧多工器
104‧‧‧數位處理器及記憶體/數位處理器/數位處理器記憶體
106‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
108‧‧‧取樣及保持電容器
110‧‧‧取樣及保持開關
112a‧‧‧開關
112b‧‧‧開關
112c‧‧‧開關
112n‧‧‧開關
114a‧‧‧電容感測器
114b‧‧‧電容感測器
114c‧‧‧電容感測器
114n‧‧‧電容感測器

Claims (25)

  1. 一種用於判定複數個電容感測器之至少一電容感測器之電容變更之方法，該方法包括以下步驟：將複數個電容感測器充電至一第一電壓；將一取樣及保持電容器充電至一第二電壓；將該複數個電容感測器之各者個別地耦合至該取樣及保持電容器，其中來自該複數個電容感測器之該等個別耦合之電容感測器之各者之電子電荷轉移至該取樣及保持電容器；在該複數個電容感測器之所有已個別地耦合至該取樣及保持電容器之後，量測該取樣及保持電容器上之一所得電壓；及比較該量測之所得電壓與一先前量測之所得電壓，其中若該量測之所得電壓不同於該先前量測之所得電壓，則該複數個電容感測器之至少一電容感測器已變更電容值。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括以下步驟：(a)將該複數個電容感測器之一第一者充電至該第一電壓；(b)將該取樣及保持電容器充電至該第二電壓；(c)將該複數個電容感測器之該第一者耦合至該取樣及保持電容器，其中來自該複數個電容感測器之該第一者之電子電荷轉移至該取樣及保持電容器；(d)量測該取樣及保持電容器上之一所得電壓；及(e)比較該量測之所得電壓與該複數個電容感測器之該第一者之一先前量測之所得電壓，其中若該量測之所得電壓不同於該先前量測之所得電壓，則該複數個電容感測器之該第一者已變更電容值，若該量測之所得電壓相同於該先前量測之所得電壓，則對該複數個電容感測器之另一者重複步驟(a)至(e)。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包括以下步驟：將該複數個電容感測器之一部分充電至該第一電壓；將該取樣及保持電容器充電至該第二電壓；將該複數個電容感測器之該部分之各者個別地耦合至該取樣及保持電容器，其中來自該複數個電容感測器之該部分之該等個別耦合之電容感測器之各者之電子電荷轉移至該取樣及保持電容器；在該複數個電容感測器之該部分之所有已個別地耦合至該取樣及保持電容器之後，量測該取樣及保持電容器上之一所得電壓；及比較該量測之所得電壓與該複數個電容感測器之該部分之一先前量測之所得電壓，其中若該量測之所得電壓不同於該先前量測之所得電壓，則該複數個電容感測器之該部分之至少一電容感測器已變更電容值。
  4. 如請求項1之方法，其中該第一電壓比該第二電壓更呈正值。
  5. 如請求項1之方法，其中該第二電壓比該第一電壓更呈正值。
  6. 如請求項1之方法，其中量測該所得電壓之該步驟包括運用一類比轉數位轉換器(ADC)將該取樣及保持電容器上之該所得電壓轉換至一數位值之步驟。
  7. 如請求項6之方法，其中比較該量測之所得電壓與一先前量測之所得電壓之該步驟包括運用一數位處理器比較該數位值與一先前數位值之步驟。
  8. 如請求項7之方法，其進一步包括當該量測之所得電壓不同於該先前量測之所得電壓時，將該數位處理器自一低功率睡眠模式喚醒之步驟。
  9. 一種用於判定複數個電容感測器之至少一電容感測器之電容之 變更之方法，該方法包括以下步驟：將複數個電容感測器充電至一第一電壓；將一取樣及保持電容器充電至一第二電壓；將該複數個電容感測器耦合至該取樣及保持電容器，其中來自該複數個電容感測器之電子電荷轉移至該取樣及保持電容器；量測該取樣及保持電容器上之一所得電壓；及比較該所得電壓與一先前量測之所得電壓，其中若該所得電壓不同於該先前量測之所得電壓，則該複數個電容感測器之至少一電容感測器已變更電容值。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包括以下步驟：將該複數個電容感測器之一部分充電至該第一電壓；將該取樣及保持電容器充電至該第二電壓；將該複數個電容感測器之該部分耦合至該取樣及保持電容器，其中來自該複數個電容感測器之該部分之電子電荷轉移至該取樣及保持電容器；量測該取樣及保持電容器上之一所得電壓；及比較該量測之所得電壓與該複數個電容感測器之該部分之一先前量測之所得電壓，其中若該量測之所得電壓不同於該先前量測之所得電壓，則該複數個電容感測器之該部分之至少一電容感測器已變更電容值。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包括若該量測之所得電壓並非實質上不同於該先前量測之所得電壓，則執行以下步驟：將該複數個電容感測器之另一部分充電至該第一電壓；將該取樣及保持電容器充電至該第二電壓；將該複數個電容感測器之該另一部分耦合至該取樣及保持電 容器，其中來自該複數個電容感測器之該另一部分之電子電荷轉移至該取樣及保持電容器；量測該取樣及保持電容器上之另一所得電壓；及比較該另一所得電壓與該複數個電容感測器之該另一部分之一先前量測之另一所得電壓，其中若該另一所得電壓不同於該先前量測之另一所得電壓，則該複數個電容感測器之該另一部分之至少一電容感測器已變更電容值。
  12. 如請求項10之方法，其進一步包括以下步驟：(a)將該複數個電容感測器之該部分之一第一者充電至該第一電壓；(b)將該取樣及保持電容器充電至該第二電壓；(c)將該複數個電容感測器之該部分之該第一者耦合至該取樣及保持電容器，其中來自該複數個電容感測器之該部分之該第一者之電子電荷轉移至該取樣及保持電容器；(d)量測該取樣及保持電容器上之一所得電壓；及(e)比較該量測之所得電壓與該複數個電容感測器之該部分之該第一者之一先前量測之所得電壓，其中若該量測之所得電壓不同於該先前量測之所得電壓，則該複數個電容感測器之該部分之該第一者已變更電容值，若該量測之所得電壓相同於該先前量測之所得電壓，則對該複數個電容感測器之該部分之另一者重複步驟(a)至(e)。
  13. 如請求項9之方法，其中該第一電壓比該第二電壓更呈正值。
  14. 如請求項9之方法，其中該第二電壓比該第一電壓更呈正值。
  15. 如請求項9之方法，其中量測該所得電壓之該步驟包括運用一類比轉數位轉換器(ADC)將該取樣及保持電容器上之該所得電壓轉換至一數位值之該步驟。
  16. 如請求項15之方法，其中比較該量測之所得電壓與一先前量測之所得電壓之該步驟包括運用一數位處理器比較該數位值與一先前數位值之步驟。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包括當該量測之所得電壓不同於該先前量測之所得電壓時，將該數位處理器自一低功率睡眠模式喚醒之該步驟。
  18. 一種裝置，其根據如請求項1之方法操作，用於判定複數個電容感測器之至少一電容感測器之電容變更，該裝置包括：複數個電容感測器；一取樣及保持電容器；一多工器，其具有複數個輸入及一輸出；複數個電容感測器開關，其等耦合至該複數個電容感測器，且經調適以將該複數個電容感測器之各者選擇性地耦合至該第一電壓、該第二電壓或該多工器之一各自輸入；一取樣及保持電容器；一取樣及保持開關，其耦合於該多工器之該輸出與該取樣及保持電容器之間；一類比轉數位轉換器(ADC)，其具有耦合至該取樣及保持電容器之一類比輸入；及一數位處理器，其耦合至該ADC之一輸出且經調適以控制該複數個電容感測器開關、該多工器及該取樣及保持開關。
  19. 如請求項18之裝置，其中該複數個電容感測器開關、該多工器、該取樣及保持電容器、該ADC及該數位處理器提供於一微控制器中。
  20. 如請求項19之裝置，其進一步包括一電容感測器掃描控制器，該電容感測器掃描控制器用於在該數位處理器處於一低功率睡 眠模式時執行如請求項1之步驟。
  21. 如請求項20之裝置，其中當該複數個電容感測器之該至少一電容感測器已變更電容值時，該電容感測器掃描控制器將該數位處理器自該低功率睡眠模式喚醒。
  22. 一種裝置，其根據如請求項9之方法操作，用於判定複數個電容感測器之至少一電容感測器之電容變更，該裝置包括：複數個電容感測器；一取樣及保持電容器；一多工器，其具有複數個輸入及一輸出；複數個電容感測器開關，其等耦合至該複數個電容感測器，且經調適以將該複數個電容感測器耦合至該第一電壓、該第二電壓或該多工器之一輸入；一取樣及保持電容器；一取樣及保持開關，其耦合於該多工器之該輸出與該取樣及保持電容器之間；一類比轉數位轉換器(ADC)，其具有耦合至該取樣及保持電容器之一類比輸入；及一數位處理器，其耦合至該ADC之一輸出且經調適以控制該複數個電容感測器開關、該多工器及該取樣及保持開關。
  23. 如請求項22之裝置，其中該複數個電容感測器開關、該多工器、該取樣及保持電容器、該ADC及該數位處理器提供於一微控制器中。
  24. 如請求項23之裝置，其進一步包括一電容感測器掃描控制器，該電容感測器掃描控制器用於在該數位處理器處於一低功率睡眠模式時執行如請求項9之步驟。
  25. 如請求項24之裝置，其中當該複數個電容感測器之該至少一電 容感測器已變更電容值時，該電容感測器掃描控制器將該數位處理器自該低功率睡眠模式喚醒。
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