TW201729537A - 在感測器系統中用於減少雜訊之系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種感測器系統，其具有：一擷取單元，其包括產生一系列數位感測器信號之一類比數位轉換器；一第一評估單元，其接收用於評估之該系列數位感測器信號，其中該第一評估單元產生對應於一感測器事件之輸出信號；及獨立於該第一評估單元之一第二評估單元，其接收該系列數位感測器信號。至少一第一系列數位感測器信號及一第二系列數位感測器信號由該第二評估單元處理以產生經組態以選擇控制該類比數位轉換器之一取樣頻率之一控制信號，其中依不同取樣頻率取樣該第一系列數位感測器信號及該第二系列數位感測器信號。

Description

在感測器系統中用於減少雜訊之系統及方法
本發明係關於用於操作受雜訊影響之感測器之系統及方法，特定言之係關於電容感測器系統。
許多感測器系統使用經受雜訊之偵測器，雜訊在評估由系統提供之各自信號時產生問題。此等感測器系統經常用於有雜訊環境中。微控制器包含允許偵測及解碼此等感測器之週邊裝置。亦可獲得用於解碼及偵測此等感測器系統之啟動之單獨控制器。 在許多習知輸入系統中，電容感測器用作為觸控感測器及近接感測器。各種量測方法用於諸如電容分壓器、弛緩振盪器、充電時間量測單元或任何其他適合電容量測系統之此等系統中。 電容感測器系統亦可用以偵測在(例如)由一準靜態交流電場提供之一偵測場中執行之非觸控示意動作。此一感測器系統可由產生具有一傳輸電極之該準靜態交流電場及量測由進入此一場之具有複數個接收電極之一物件引起之該場之距離而實現。另外，可使用一單一電極或一傳輸或一或多個接收電極。所接收之一電壓可用以量測感測器電極與其電環境之間的電容，即電容受電接地物件(如一人類手指或一手)影響。此外，可(例如)自此電壓推斷一手指之距離。此資訊可用於人機介面。 可獲得使用觸控或非觸控偵測之一組合之一些電容系統及其他系統。依據上文所提及之原理或其他原理之任何者操作之此等習知系統之問題係諸如螢光燈或切換模式電力供應之電雜訊源可影響量測。因此，在一有雜訊環境中準確及可靠地估計一信號可變得有問題。 圖1在(例如)由本申請案之受讓人製造之半導體裝置中使用之一電容分壓器(CVD)前端系統(200)之一實例，其中一感測電極(201)具有耦合至一手指(202)之一靜電。電極(201)連接至一電路輸入ANx。ANx由一類比多工器(203)連接至由受信號Ss控制之開關所形成之一取樣保持電路(204)及一樣本電容儲存Vadc。ANx可能表示與類比多工器(203)耦合之複數個感測器之一者。 通常較高之阻抗ANx亦可由受Sn控制之一開關驅動至GND。類比多工器203亦連接至AN0，其驅動至Vdd供應。信號AD1CHS控制類比多工器203。一類比數位轉換器將Vadc轉換為一數值。一系列ADC數值(2)由一累積器&降頻取樣器(102)加總，接著，累積器&降頻取樣器(102)產生由較高階演算法(如一按鈕控制或一手指定位或追蹤演算法)使用之一資料(3)。假定在獲取一系列(1)新ADC值之前，在各資料之後清除累積器。 手指電位易於隨時間而不同於電子參考位準(接地)，且因此此效應由瞬間振幅Vnoise(t)之一AC電壓源Fn模型化。 如圖1中所展示之一雜訊偵測系統(110)接收資料值(3)，且其中一濾波器(111)經設計以拒絕近DC值且具有電力估計器(112)，該系統計算自資料流所見之變動之量，從而產生一雜訊位準(113)。 此雜訊位準饋送至轉換CVD系統(200)之取樣率Fs之一演算法(114)。儘管圖中未繪示，但若雜訊位準超過一特定臨限值，則此演算法可(例如)改變取樣率。 圖2繪示圖1中所展示之電路中之信號Sn 、AD1CHS及Ss 之一切換序列。此等信號控制CVD前端之行為，從而迫使ANx輸入驅動至「0」(例如接地)或具有高阻抗，三態之一等價項。信號AD1CHS控制類比多工器以連接至AN0或連接至ANx；Ss 信號控制取樣保持狀態，取樣率(用於追蹤之一等效字)及保持狀態，在該狀態期間發生類比數位轉換。 圖3，底部部分展示依一特定取樣率量測之7個系列ADC數值之一實例，各系列含有8個數值。圖3之上部中之時間軸上展示降頻取樣資料之結果。當一雜訊位準超過一特定臨限值時，取樣率改變(在此實例中取樣率增加)，且執行4個額外系列量測。
根據一實施例，一感測器系統可包括：一擷取單元，其包括產生一系列數位感測器信號之一類比數位轉換器；一第一評估單元，其接收用於評估之該系列數位感測器信號，其中該第一評估單元產生對應於一感測器事件之輸出信號；及獨立於該第一評估單元之一第二評估單元，其接收該系列數位感測器信號；其中至少一第一系列數位感測器信號及一第二系列數位感測器信號由該第二評估單元處理以產生經組態以選擇控制該類比數位轉換器之一取樣頻率之一控制信號，其中依不同取樣頻率取樣該第一系列數位感測器信號及該第二系列數位感測器信號。 根據一進一步實施例，該第二評估單元可包括一數位濾波器，其具有接收該系列數位感測器信號之一輸入及提供一信號以產生該控制信號之一輸出。根據一進一步實施例，該第二評估單元可進一步提供由該第二評估單元處理之一信號之一電力估計。根據一進一步實施例，該感測器系統可進一步包括：一第一暫存器，其經組態以儲存由該電力估計器單元產生之一第一評分值；一第二暫存器，其經組態以儲存由該電力估計器單元產生之一第二評分值；及一比較器單元，其比較該第一評分值及該第二評分值以產生該控制信號。根據一進一步實施例，若該第一評分值大於或等於該第二評分值，則該控制信號呈一第一邏輯狀態且否則呈一第二邏輯狀態。根據一進一步實施例，該感測器系統可進一步包括：一第一多工器，其自該比較器單元接收一邏輯0、一邏輯1及一輸出信號；及一源控制單元，其控制該多工器，其中該第一多工器之一輸出控制該取樣頻率之一選擇。根據一進一步實施例，該第一多工器之該輸出可控制經組態以選擇該第一暫存器或該第二暫存器之一第二多工器。根據一進一步實施例，該系統可在複數個取樣頻率之間選擇。根據一進一步實施例，該系統可在一第一取樣頻率與一第二取樣頻率之間選擇。根據一進一步實施例，該第一評估單元可將複數個後續數位感測器信號組合成單一輸出信號，且其中該第二評估單元經組態以評估數位感測器信號之一第一封包及緊隨該第一封包之數位感測器信號之一第二封包，其中各封包包括使用一不同取樣頻率取樣之數位感測器信號。根據一進一步實施例，該第二評估單元可經組態以在已產生複數個封包之後週期性地執行一評估。根據一進一步實施例，該感測器系統可進一步包括：一可切換濾波器組，其接收該系列數位感測器信號；及一減法單元，其接收該系列數位感測器信號且經組態以自該系列數位感測器信號減去來自該可切換濾波器組之一輸出信號且將一結果轉送至該數位濾波器。根據一進一步實施例，該可切換濾波器組可受經組態以計數一系列數位感測器信號內之若干樣本值之一計數器控制。根據一進一步實施例，該感測器系統可進一步包括：該擷取單元內之一控制單元，其經組態以執行後續差分感測器信號量測；及一解調器，起自該ADC接收輸出信號。根據一進一步實施例，該解調器可將該ADC之一輸出值乘以「+1」或「-1」。根據一進一步實施例，可依據該第二評估單元直接自該ADC接收一輸出值或自該解調器接收一輸出而選擇該數位濾波器之一濾波器特性。根據一進一步實施例，該第二評估單元可自該解多工器接收一輸出值且該數位濾波器組態為一直流分量。根據一進一步實施例，該第二評估單元可直接自該ADC接收一輸出值且該數位濾波器經組態以拒絕該差分感測器信號量測之一調變頻率。根據一進一步實施例，該感測器系統可包括複數個感測器，其中該擷取系統經組態以自該複數個感測器之各者依序擷取感測器信號之至少一封包，其中各封包包括來自使用一選定取樣頻率之一感測器之複數個後續量測。根據一進一步實施例，該第二評估單元可經組態以選擇該複數個感測器之一者以提供數位感測器信號之該第一封包及該第二封包。根據一進一步實施例，可常常選擇提供最強信號之該複數個感測器之一感測器以提供數位感測器信號之該第一封包及該第二封包。根據一進一步實施例，可提供複數個取樣頻率且在由該第二評估單元執行之複數個評估期間選擇兩個較佳取樣頻率。 根據另一實施例，一種用於取樣感測器信號之方法可包括以下步驟：使用一類比數位轉換器產生一系列數位感測器信號；由接收該系列數位感測器信號之一第一評估單元產生對應於一感測器事件之輸出信號；由獨立於該第一評估單元之一第二評估單元接收該系列數位感測器信號；由該第二評估單元處理至少一第一系列數位感測器信號及一第二系列數位感測器信號以產生一控制信號；及由該控制信號選擇控制該類比數位轉換器之一取樣頻率，其中依不同取樣頻率取樣該第一系列數位感測器信號及該第二系列數位感測器信號。 根據一進一步實施例，該方法可進一步包括濾波該系列數位感測器信號及由該第二評估單元產生該控制信號。根據一進一步實施例，該方法可進一步包括執行由該第二評估單元處理之一信號之一電力估計。根據一進一步實施例，該方法可進一步包括儲存由該電力估計產生之一第一評分值及一第二評分值且比較該第一評分值及該第二評分值以產生該控制信號。根據一進一步實施例，若該第一評分值大於或等於該第二評分值，則該控制信號可呈一第一邏輯狀態且否則呈一第二邏輯狀態。根據一進一步實施例，該方法可進一步包括在複數個取樣頻率之間選擇。根據一進一步實施例，該方法可進一步包括在一第一取樣頻率與一第二取樣頻率之間選擇。根據一進一步實施例，該方法可進一步包括將複數個後續數位感測器信號組合成單一輸出信號，且評估數位感測器信號之一第一封包及緊隨該第一封包之數位感測器信號之一第二封包，其中各封包包括使用一不同取樣頻率取樣之數位感測器信號。根據一進一步實施例，該方法可進一步包括在已產生複數個封包之後週期性地執行一評估。根據一進一步實施例，該方法可進一步包括自該系列數位感測器信號減去來自接收該系列數位感測器信號之一可切換濾波器組之一輸出信號且轉送一結果用於進一步濾波。根據一進一步實施例，該方法可進一步包括由經組態以計數一系列數位感測器信號內之若干樣本值之一計數器控制該可切換濾波器組。根據一進一步實施例，提供複數個感測器且其中該方法可進一步包括：自該複數個感測器之各者依序擷取感測器信號之至少一封包，其中各封包包括來自使用一選定取樣頻率之一感測器之複數個後續量測。根據一進一步實施例，該方法可進一步包括選擇該複數個感測器之一者以提供數位感測器信號之該第一封包及該第二封包。根據一進一步實施例，可常常選擇來自該複數個感測器之提供最強信號之一感測器以提供數位感測器信號之該第一封包及該第二封包。根據一進一步實施例，可提供複數個取樣頻率且在由該第二評估單元執行之複數個評估期間選擇兩個較佳取樣頻率。
本文所揭示之各種實施例可用於在觸控螢幕、觸控板或按鈕中使用之電容感測器，其具有接收電極且可能具有發射電極。各種實施例提供用於觸控偵測系統以及非觸控偵測系統之改良式偵測。因此，實施例可應用於大多數感測器系統，甚至應用於電容感測之領域以外。然而，雜訊抗擾性係電容感測器中之一普遍關注。例如，標準化測試「IEC61000-4-6抗傳導干擾」顯示一共同問題：當一干擾雜訊與具有一稍微不同之頻率之信號重疊時依一給定頻率自接收電極擷取一弱信號。此外，需要較短掃描時間、期望回應式使用者介面在一較短觀察期間加劇辨別佔據附近頻率之信號及雜訊之此問題。 如圖3中所展示，一共同技術係自一系列(1) ADC值(2)中之一感測器擷取若干時間資料，且在由較高階演算法進一步處理之前(諸如處理基線、處理臨限值或手指位置或追蹤)計算此系列之一總數或一平均數(3)。在本發明中一系列亦指稱一封包。在一陣突發擷取一系列ADC樣本之此程序亦稱為過取樣。總和或平均運算子(102)增加量測之解析度且若取樣率(亦稱為取樣頻率)較為適當，則其亦減少來自干擾之雜訊。已知選擇一適當取樣率顯著有助於分離雜訊及信號，如(例如)圖6及圖6A所繪示。僅保持平均數或總數之操作係有時稱為降頻取樣之一操作，且其減少隨後資料處理之複雜性。 圖6繪示依不同取樣頻率取樣之相同信號x(t)，頂部圖及底部圖。各系列i含有由黑點表示之n個ADC值(標記為xi,1 至xi,n )，其在降頻取樣之後產生標記為vi 之資料。 頂部圖繪示一所要情況：一系列內之ADC樣本x似乎在垂直軸中散佈值，但降頻取樣值v1 至vi 展示一出眾 一致性。另一方面，底部圖展示一非所要情況，其中一系列內之ADC樣本x似乎在垂直軸中良好分組，從而給定一雜訊自由信號之錯誤信念，但其中降頻取樣值v1 至vi 隨時間而不一致。 圖6A繪示使用圖6B中所展示之設定收集之實驗結果。使用一受控頻率fn產生一正弦波(視為擷取系統之雜訊)之具有恆定振幅(Vnoise)之一波形產生器連接至一機械手指，該機械手指耦合至一電極。一差分CVD擷取系統用以連續收集ADC樣本，及計算降頻取樣資料。 對於各雜訊頻率，量測512個重複資料且計算其標準差。接著，增量雜訊頻率，且重複該程序。在實驗期間不更改ADC取樣頻率。 圖6A展示針對2個不同取樣頻率收集之結果，垂直軸係標準差，水平軸係注入雜訊之頻率。其繪示更改取樣頻率可改良降頻取樣資料上之所得雜訊達接近1000 (60dB)之一因數。 所揭示之各種實施例提出用於快速最佳化取樣率且提供優於以下習知解決方案之一改良之一策略： 圖3中展示一第一習知實例。圖式展示用於轉換取樣率之一常用策略，其中吾人在設法切換另一取樣率之前等待雜訊(113)在降頻取樣資料(3)中可見。此技術存在3個缺點：第一，合法手指運動可被誤認為雜訊，且觸發一否則不必要之跳頻。第二，偵測雜訊會耗費若干有雜訊資料(3)，且此等有雜訊資料無法恢復；雜訊通過或根本無資料均可用；此繪示於圖3中。第三，即使此策略允許偵測不適當之一取樣率，其不助於尋找一更佳取樣率；系統保持嘗試另一取樣率且未必保證改良。 根據另一習知實例，一系統可系統性地擷取3個系列，在降頻取樣之後產生3個資料；各系列可使用一不同取樣率來擷取。有效資料由一中間濾波器選擇。存在2個缺點。量測比原來長3倍，且其需要至少2個乾淨取樣率來恢復一較差取樣率。根據一變化形式，取樣率交錯；此解決對緩慢擷取時間之批判，但引入另一人為誤差，其中相同資料使用多次。 各種實施例提供一種用於迅速比較不同取樣率之品質且不具有先前描述之策略之缺點的方法。 圖4繪示使用控制擷取系統(200)之一評估系統(109)之一可能實施方案。在此實例中擷取系統(200)再次係一電容分壓器系統。然而，如上文所討論，可使用其他量測系統。因此，擷取系統(200)通常提供數位量測值(2)。此處，CVD前端(200) (例如)相同於圖1中所展示且包括諸如提供用於各種開關及ADC之控制信號之一狀態機器之一控制器單元(205)。因此，控制器單元(205)負責提供/產生取樣頻率。提供包括累積器及降頻取樣器(102)後為追蹤系統之一第一評估單元。此第一評估系統之規格取決於該是實施方案且可改變。然而，此第一評估單元負責提供實際輸出信號，實際輸出信號指示諸如由較高階演算法進一步使用之一觸控或一示意動作偵測之一各自事件。系統之此部分可與如圖1中所展示之一習知系統之部分相同。 根據各種實施例，提出包括具有一類比數位轉換器之一擷取單元之一感測器系統，該類比數位轉換器產生一系列數位感測器信號。一第一評估單元接收用於評估之該系列數位感測器信號，其中該第一評估單元產生對應於一感測器事件且可由另一單元進一步處理之輸出信號。提供獨立於該第一評估單元之一第二評估單元，其亦接收該系列數位感測器信號，其中至少一第一系列數位感測器信號及一第二系列數位感測器信號由該評估單元處理以產生經組態以選擇控制該類比數位轉換器之一取樣頻率之一控制信號。各系列數位感測器信號可視為信號之一封包。該第二評估單元處理此等封包以判定由該擷取系統使用之一實際取樣頻率。這可在已處理一特定數目個封包之後週期性地完成。 通常依不同取樣頻率取樣該第一系列數位感測器信號及該第二系列數位感測器信號且較佳地該第二系列(封包)在已切換取樣頻率以允許比較不同取樣頻率之效應之後緊隨該第一系列。例如，一電力估計器可用以判定信號之第一系列/封包及第二系列/封包之一電力。較高電力指示較佳取樣頻率。 根據一些實施例，如圖4中所展示，將ADC數位信號(數值) (2)饋送至第二評估系統(109)之一數值濾波器(6)，其在此實施例中經設計以依據其實施方案而拒絕直流分量，及其他可能頻率。 如圖4中所進一步展示，DC拒絕濾波器(6)輸出施加於信號之變異之一估計器或電力估計器(7)。電力估計器之輸出用作為一評分值(103)，其可被儲存為暫存器分數1及分數2。 替代地，根據其他實施例，特定言之軟體實施例，濾波器及電力估計器函數可組合為一單一類型之處理。例如，在一軟體實施方案中，如下文所重複之函數Noise_Calculation評估ADC樣本之一陣列「MTOUCH_capturedSamples[adc][]」之分數。該陣列含有MTOUCH_SAMPLES+1元素。此實施方案一般用於差分CVD (其需要一解調)或非差分CVD。計算delta = MTOUCH_capturedSamples[adc][i-1]- MTOUCH_capturedSamples[adc][i+1]係拒絕DC且保持一些交流(AC)分量之濾波器之一基本形式，且計算△之絕對值(若為負則條件語句反轉符號)且使其與MTOUCH_noise[adc] += delta累積在一起可視為一電力估計。 此外，例如，可使用一多工器(如圖4中所展示)以將結果引導至任一暫存器中。暫存器分數1在Fssel 為0時記憶分數，且暫存器分數2在Fssel 為1時記憶分數。信號Fssel 亦控制一多工器(105)，其中取樣率Fs 用於CVD前端，一頻率Fs1 或一頻率Fs2 。一比較裝置(104)與兩個暫存器分數1、分數2耦合且經組態以識別分數1或分數2之哪個分數較高且相應地輸出一信號「maxpos」。最終，一序列源(106)可迫使Fssel 為0、為「1」或呈一第三狀態「N」以基於maxpos之值使用0或1。在序列狀態N期間，取樣率頻率將對應於產生先前記錄之最高分之頻率。圖5a中展示一序列源之一實例。 圖5a係應用於圖4中所展示之系統之序列之一例示性繪示。在使用與所記錄之最高分匹配之取樣頻率擷取及降頻取樣ADC值之系列期間序列信號通常呈狀態「N」。然而，在排程分數比較期間，一系列之ADC值之序列狀態設定為0且對於另一系列快速遵循狀態1。 提供圖5b以闡釋原理。圖5b之左側展示類似於圖6之表示在擷取含有一DC位準(假定其為所要資訊)及一正弦波(假定其為一干擾雜訊)之一信號x(t)一單一封包之ADC值之一時間域。圖5b中之右側展示頻率域中之相同資料。 頂列展示所要情況，何時依其中個別ADC樣本在其改變時承受雜訊之一方式選擇取樣率；底列展示其中所有ADC樣本似乎具有樣本值之非所要情況。 在查看頻譜演示時，吾人變得明白干擾雜訊之能量位於遠離DC (頂列)，因此保留位於DC處之資訊；或如底列所展示，雜訊能量位於近DC處且將無法區別於資訊。 根據實施例，如(例如)圖4及圖5a中所展示可需要各依一不同取樣率擷取至少兩個封包(例如一第一系列(700) ADC輸出(2))。理想地，可自相同電極擷取兩個取樣系列(700)，且其中一最小延遲分離兩個取樣系列，如圖5a中所展示。目標係確保干擾或雜訊之性質不在兩個取樣系列之間改變，及確保由於(例如)鏈接電極及干擾之人類手指之運動而亦不修改將干擾源耦合至電極之機構。在實踐中，可發現可在許多情況中放寬此要求，系統仍將起作用。 對於各取樣系列，進一步分析在系列內部發現之樣本之頻譜以歸於一評分值。因此，吾人獲得各系列之一評分值。此由與電力估計(7)之一形式組合之一數位濾波器(6)完成。根據各種實施例，存在兩個核心要素。第一核心要素係設計一數位濾波器(6)，其拒絕通常由總數及降頻取樣運算子(102)保持之頻譜部分，且其代以保持其他頻譜區域。所保持之濾波信號之功率或所保持之頻譜區域用以計算一評分(103)值；所保持之功率越高，分數越高。根據各種實施例之第二核心要素係比較使用其各自取樣率獲得之兩個分數之一機構(104)，且該機構偏好具有最高分之取樣率。 意外的發現係使用一取樣率操作該擷取(其使ADC樣本之間的雜訊或變動最大化)在降頻取樣之後產生較穩定、雜訊較少之結果。 顯著的係可罕見地完成藉由比較兩個候選而選擇一取樣率之動作。需要多久完成一次該動作取決於干擾雜訊之本質及干擾雜訊之頻譜內容隨時間發展多快，如下文所進一步討論。 可實行可添加至圖4中展示之實施例之若干改良。圖7中展示之實施例添加至圖4之實施例用於自ADC流學習及儲存系統誤差且在計算分數之前將其自ADC系列減去之一機構(400)。 此機構(400)由包括複數個可選低通濾波器(402)之一組低通濾波器(401)及提供一計數信號(403)之ADC值之一計數器製成。該計數器可為一單獨計數器或可為在擷取模組(200)中實施之一計數器，如圖7中所展示。在每個新ADC樣本系列之前重設該計數器。計數器值(403)用以將ADC樣本饋送至保持平均值且移除隨機變動之一低通濾波器(402)。一多工器及一解多工器(405)可用以選擇濾波器(402)之一者。兩個多工器均受計數器之對應儲存值(403)控制以使用自擷取系統(200)之ADC接收輸出信號(404)之減法器(406)提供一減法。其餘電路零件對應於如圖4中所展示之實施例之零件。 在計算分數之前(例如當一封包內部之樣本受諸如一電極之緩慢充電或取樣時間之系統變動之系統誤差影響時)需要此選用校正機構(400)。構想係每次量測一新封包時重複校正系統誤差。無任何校正，此一系統誤差將偏差分數記號，此係因為此誤差將被視為雜訊且將增加分數記號。改良係保持針對一封包內之各取樣率及樣本位置儲存之一校正值，且將對應校正應用於對應樣本，相對於一封包內部之樣本位置及當前使用之取樣率。可預計算且提前儲存校正，或可由保持系統偏差且濾去隨機雜訊之強低通濾波器自動追蹤。使用該改良，可依較高可靠性比較分數記號。如上文所示，圖7展示一可能實施方案。 此外，一阻尼演算法可視情況用以防止系統過度頻繁地切換取樣率。例如一低通濾波器可應用於各自分數；或替代地，該演算法可需要出現多次具有最高分之一取樣頻率以選擇作為中標頻率。阻尼在(例如)干擾雜訊不具有恆定振幅時係一良好措施；如指定雜訊經振幅調變之IEC61000-4-6測試。 圖8繪示差分量測之介紹及一解調步驟(800)。CVD序列使用由Sp 驅動之一額外開關替代信號極性以預充電RX線以供應電壓Vdd以及輸入類比多工器中之一連接以預充電樣本且保持輸入電容至GND。類比多工器之輸入AN0及AN1可連接至Vdd及Gnd以允許預充電樣本且經由開關Ss 保持電容器。亦使用由(例如)控制擷取序列之狀態機器(此處係CVD序列控制器)提供之一信號demod來解調來自ADC之數值輸出值。圖8中之時序圖展示依序執行之CVD電荷分佈，其中樣本及保持電容器充電至Vdd且隨後樣本及保持電容器放電至Gnd。解調器將結果乘以「+1」或「-1」以補償此。 如圖9之上電路中所展示，根據一實施例，評估電路(400)自否則對應於如由圖4之電路所提供之ADC值之一序列之解調器(800)接收輸出信號。然而，當使用此一調變/解調系統時，用以計算一分數之濾波器(6)可由一解調信號饋送或可仍由如圖9中之底部電路中所展示之一調變信號饋送，其中輸入濾波器(6)可經設計以至少部分地拒絕調變頻率附近之頻譜區域。 在多個電極由系統掃描時，應用另一選用改良，如(例如)圖10中所展示。在此一情況中，不必要計算各電極之分數；相反，應用一演算法。該演算法在最近被掃描之多個電極之間搜尋展現最強信號之一電極或替代地，展現信號之最快變化之一電極。此意謂該演算法藉由將電極定位於一手指附近而搜尋最易受雜訊影響之電極。接著，評分序列僅可針對此電極完成，且所得取樣率之選擇應用於所有其他電極。已發現此演算法產生較可靠之決定且亦減少測試各種取樣率所耗費之時間。 根據圖10，展示若干電極(RX0、RX1、RX2)之一掃描序列及具有最強信號之電極之位置處之分數比較序列(RX1兩個第一次，且接著RX0)。此圖亦繪示使用一挑戰者/冠軍方案測試3個以上取樣率。如圖10中所展示，前六個封包由其中各感測器經取樣以依一第一取樣頻率提供兩個封包之擷取單元提供。接著，由第二評估單元使用第二感測器RX1執行一第一評估。產生藉由使用第一取樣頻率及如圖10中所指示之比第一取樣頻率慢之一第二取樣頻率取樣第二感測器RX1而提供之兩個後續封包。在此實例中，第二評估單元決定保持第一取樣頻率。接著，後續封包由第一感測器RX0及第三感測器RX2提供且遵循自第一感測器、第二感測器及第三感測器之封包之全序列。接著，由封包通過使用第一及一第三取樣頻率之第二感測器RX1執行一第二評估。現在第二評估單元將取樣頻率切換至第三取樣頻且提供另五個封包直至發生一第三評估。如圖10中所展示，使用具有第二及第三取樣頻率之第一感測器執行第三評估。取決於第二評估單元中之評估之個別封包結果，可實行感測器之一選擇以及所使用之取樣頻率之一選擇。 若干電極(RX0、RX1、RX2)可為由一輸入面板或任何其他輸入系統提供之複數個觸控感測器之部分。然而，如「先前技術」章節中所提及，本實施例不受限於任何特定電容量測系統。例如，圖11展示具有配置在一頂層中之複數個接收電極RxWest 、RxEast 、RxNorth 、RxSouth 及RxCenter 及配置在一底層或一多層印刷電路板之任何其他層中之一傳輸電極TXbottom 之一印刷電路板1100。此一電極系統可用於如上文所描述之非觸控示意動作偵測及/或用於一組合觸控/非觸控偵測系統。 根據其他實施例之另一改良係測試兩個以上取樣率；評分及選擇具有最高分之取樣率之原理可(例如)針對其非重疊諧函數而普遍化為3個、4個或4個以上預定義取樣率。當使用若干預定義取樣率(如4個頻率)工作時，不總是需要在一序列中測試所有4個取樣頻率；可循環測試取樣頻率。作為一變化形式，可使用一挑戰者(候選頻率)對冠軍(最近較佳之頻率)而兩個兩個地測試取樣率。可發現更多變化形式，如其中比賽係一分數比較之含四分之一決賽、半決賽及決賽之一季後賽體育賽事中。 最終，吾人可使用2或3個取樣率之分數來執行梯度上升，其中取樣率經調整具有細微變化直至獲得最高分。朝向最佳評分之方向調整取樣率。 根據進一步實施例，可使用助於決定何時適於重新評估分數之策略。一策略係排定一輪評分測試作為多個電極之掃描序列之部分。例如，在一第一步驟中量測電極RX0、RX1、RX2且儲存其各自資料結果。在一第二步驟中，識別哪些電極具有較強信號。在一第三步驟中，執行該電極之一評分序列，且視需要調整取樣率。在一第四步驟中，處理較高階函數且接著，方法返回至第一步驟。根據又一實施例，另一策略可用以掃描多個電極(諸如一序列中之電極RX0、RX1、RX2)且一電極一展現大於一臨限值之變化之一速率，將針對此電極起始一輪取樣率評分，其可導致取樣率之一調整。 各種實施例亦涵蓋其中感測器使用一調變/解調技術之情況，如(例如)圖8中所展示。此技術稱為差分CVD。計算一分數之方式保持相同。分數基於未由用以產生用於手指追蹤之資料之累積及降頻取樣路徑保持之一封包內之頻譜分量。例如圖9展示兩個不同實施方案，其中自解調信號或自調變信號計算分數，其中相應地調適一濾波器。 圖12係圖6A之一接續。在圖表之底部部分中繪製兩個以上跡線，標記為「頻率x之分數」。垂直軸係分數，其中絕對量值不相關聯，僅相對於其他分數之一分數之相對幅度有關。水平軸保持注入雜訊之頻率。 吾人可注意對於約2.5 MHz (2.5E+6)之雜訊頻率，存在其中該第一取樣率及該第二取樣率均不適合之一特殊情況。藉由新增較為可行之取樣率(如(例如)圖13中所展示之取樣率)來解決此情況。 圖13係圖12之一接續，其中針對總計4個取樣頻率新增兩個額外取樣頻率。此僅為展示有時需要數種取樣頻率以當在圖12中發生在近2.5 MHz處時避免任何重疊。 圖14係圖13之一接續。圖14之上半部中之點總是與4個雜訊位準曲線之一者重疊；選定雜訊曲線由此給定注入雜訊頻率之最高評分值判定。此圖繪示選擇最高分數之程序且展示系統如何管理選擇確保一較低雜訊之一取樣率。 非直觀的係展示一封包內之更多雜訊之一取樣率會產生一較低的封包至封包雜訊。若僅可存取一封包內之個別ADC樣本用於處理，則所提出之實施例亦係可行。
1‧‧‧系列
2‧‧‧ADC數值/ADC值/數位量測值/ADC數位信號/ADC輸出
3‧‧‧資料/資料值/平均數/降頻取樣資料/有雜訊資料
6‧‧‧數值濾波器/直流(DC)拒絕濾波器/數值濾波器/輸入濾波器
7‧‧‧電力估計器/電力估計
102‧‧‧累積器&降頻取樣器/總和或平均運算子/總數及降頻取樣運算子
103‧‧‧評分值/分數
104‧‧‧比較裝置/機構
105‧‧‧多工器
106‧‧‧序列源
110‧‧‧雜訊偵測系統
111‧‧‧濾波器
112‧‧‧電力估計器
113‧‧‧雜訊位準/雜訊
114‧‧‧演算法
200‧‧‧電容分壓器(CVD)前端系統/擷取系統/電容分壓器(CVD)前端/擷取模組
201‧‧‧感測電極
202‧‧‧手指
203‧‧‧類比多工器
204‧‧‧取樣保持電路
205‧‧‧控制器單元
400‧‧‧機構/選用校正機構/評估電路
401‧‧‧一組低通濾波器
402‧‧‧低通濾波器
403‧‧‧計數信號/計數器值/對應儲存值
404‧‧‧輸出信號
405‧‧‧解多工器
406‧‧‧減法器
700‧‧‧第一系列/取樣系列
800‧‧‧解調步驟/解調器
1100‧‧‧印刷電路板
AD1CHS‧‧‧信號
AN0‧‧‧輸入
AN1‧‧‧輸入
ANx‧‧‧電路輸入/阻抗
demod‧‧‧信號
Fs‧‧‧取樣率
Fssel‧‧‧信號
Fs1‧‧‧頻率
Fs2‧‧‧頻率
fn‧‧‧受控頻率
maxpos‧‧‧信號
RxCenter‧‧‧接收電極
RxEast‧‧‧接收電極
RxNorth‧‧‧接收電極
RxSouth‧‧‧接收電極
RxWest‧‧‧接收電極
RX0‧‧‧電極/第一感測器
RX1‧‧‧電極/第二感測器
RX2‧‧‧電極/第三感測器
Sn‧‧‧信號
Ss‧‧‧信號/開關
TXbottom‧‧‧傳輸電極
Vadc‧‧‧樣本電容儲存
Vdd‧‧‧電壓
Vnoise‧‧‧恆定振幅
x(t)‧‧‧信號
v1至vi‧‧‧降頻取樣值
xi,1至xi,n‧‧‧ADC值
隨附及形成本說明書之部分之圖式經包含以描繪本發明之某些態樣。應注意圖式中所繪示之構件不必要按比例繪製。可藉由參考以下描述結合其中相同元件符號指示相同構件之附圖而獲取本發明及其優點之一更完整理解且其中： 圖1描繪使用具有對雜訊之穩健性之一習知電容偵測系統。 圖2描繪圖1之系統中使用之控制信號之一時序圖。 圖3繪示呈一時序圖形式之圖1中所展示之系統之信號擷取及處理。 圖4 (包含圖4A及圖4B)描繪具有雜訊穩健性之一例示性電容感測器系統之一第一實施例。 圖5a繪示呈一時序圖形式之圖4中所展示之系統之信號擷取及處理。 圖5b繪示以時序圖形式展示之信號取樣序列及相關聯之頻譜。 圖6係以時序圖形式展示之信號取樣序列。 圖6A展示由兩個不同取樣率擷取之雜訊。 圖6B展示用於產生實驗資料之一測試設定。 圖7 (包含圖7A及圖7B)描繪具有雜訊穩健性之一例示性電容感測器系統之一第二實施例。 圖8 (包含圖8A至圖8C)描繪具有雜訊穩健性之一例示性電容感測器系統之一第三實施例。 圖9展示根據圖8之系統之兩個可行實施例。 圖10展示根據另一實施例之信號擷取及處理。 圖11展示經擷取具有兩個不同取樣率及相關聯之評分值之感測器信號及雜訊。 圖12展示經擷取具有四個不同取樣率及相關聯之評分值之感測器信號及雜訊。 圖13展示根據各種實施例之一自動取樣率選擇之結果。 圖14展示較快發現最佳取樣頻率之一方式。
6‧‧‧數值濾波器/直流(DC)拒絕濾波器/數值濾波器/輸入濾波器

Claims (37)

  1. 一種感測器系統，其包括： 一擷取單元，其包括產生一系列數位感測器信號之一類比數位轉換器； 一第一評估單元，其接收用於評估之該系列數位感測器信號，其中該第一評估單元產生對應於一感測器事件之輸出信號； 獨立於該第一評估單元之一第二評估單元，其接收該系列數位感測器信號；其中至少一第一系列數位感測器信號及一第二系列數位感測器信號由該第二評估單元處理以產生經組態以選擇控制該類比數位轉換器之一取樣頻率之一控制信號，其中依不同取樣頻率取樣該第一系列數位感測器信號及該第二系列數位感測器信號。
  2. 如請求項1之感測器系統，其中該第二評估單元包括一數位濾波器，其具有接收該系列數位感測器信號之一輸入及提供一信號以產生該控制信號之一輸出。
  3. 如請求項1之感測器系統，其中該第二評估單元進一步提供由該第二評估單元處理之一信號之一電力估計。
  4. 如請求項3之感測器系統，其進一步包括：一第一暫存器，其經組態以儲存由該電力估計器單元產生之一第一評分值；一第二暫存器，其經組態以儲存由該電力估計器單元產生之一第二評分值；及一比較器單元，其比較該第一評分值及該第二評分值以產生該控制信號。
  5. 如請求項4之感測器系統，其中若該第一評分值大於或等於該第二評分值，則該控制信號呈一第一邏輯狀態且否則呈一第二邏輯狀態。
  6. 如請求項4之感測器系統，其包括 一第一多工器，其自該比較器單元接收一邏輯0、一邏輯1及一輸出信號； 一源控制單元，其控制該多工器，其中該第一多工器之一輸出控制該取樣頻率之一選擇。
  7. 如請求項6之感測器系統，其中該第一多工器之該輸出控制經組態以選擇該第一暫存器或該第二暫存器之一第二多工器。
  8. 如請求項1之感測器系統，其中該系統在複數個取樣頻率之間選擇。
  9. 如請求項1之感測器系統，其中該系統可在一第一取樣頻率與一第二取樣頻率之間選擇。
  10. 如請求項2之感測器系統，其中該第一評估單元將複數個後續數位感測器信號組合成單一輸出信號，且其中該第二評估單元經組態以評估數位感測器信號之一第一封包及緊隨該第一封包之數位感測器信號之一第二封包，其中各封包包括使用一不同取樣頻率取樣之數位感測器信號。
  11. 如請求項10之感測器系統，其中該第二評估單元可經組態以在已產生複數個封包之後週期性地執行一評估。
  12. 如請求項2之感測器系統，其進一步包括：一可切換濾波器組，其接收該系列數位感測器信號；及一減法單元，其接收該系列數位感測器信號且經組態以自該系列數位感測器信號減去來自該可切換濾波器組之一輸出信號且將一結果轉送至該數位濾波器。
  13. 如請求項12之感測器系統，其中該可切換濾波器組受經組態以計數一系列數位感測器信號內之若干樣本值之一計數器控制。
  14. 如請求項2之感測器系統，其進一步包括：該擷取單元內之一控制單元，其經組態以執行後續差分感測器信號量測；及一解調器，其自該ADC接收輸出信號。
  15. 如請求項14之感測器系統，其中該解調器可將該ADC之一輸出值乘以「+1」或「-1」。
  16. 如請求項14之感測器系統，其中依據該第二評估單元直接自該ADC接收一輸出值或自該解調器接收一輸出而選擇該數位濾波器之一濾波器特性。
  17. 如請求項15之感測器系統，其中該第二評估單元自該解多工器接收一輸出值且該數位濾波器組態為一直流(DC)分量。
  18. 如請求項15之感測器系統，其中該第二評估單元直接自該ADC接收一輸出值且該數位濾波器經組態以拒絕該差分感測器信號量測之一調變頻率。
  19. 如請求項10之感測器系統，其包括複數個感測器，其中該擷取系統經組態以自該複數個感測器之各者依序擷取感測器信號之至少一封包，其中各封包包括來自使用一選定取樣頻率之一感測器之複數個後續量測。
  20. 如請求項19之感測器系統，其中該第二評估單元經組態以選擇該複數個感測器之一者以提供數位感測器信號之該第一封包及該第二封包。
  21. 如請求項20之感測器系統，其中常常選擇提供最強信號之該複數個感測器之一感測器以提供數位感測器信號之該第一封包及該第二封包。
  22. 如請求項20之感測器系統，其中提供複數個取樣頻率且其中在由該第二評估單元執行之複數個評估期間選擇兩個較佳取樣頻率。
  23. 一種用於取樣感測器信號之方法，其包括： 使用一類比數位轉換器產生一系列數位感測器信號； 由接收該系列數位感測器信號之一第一評估單元產生對應於一感測器事件之輸出信號； 由獨立於該第一評估單元之一第二評估單元接收該系列數位感測器信號； 由該第二評估單元處理至少一第一系列數位感測器信號及一第二系列數位感測器信號以產生一控制信號；及 由該控制信號選擇控制該類比數位轉換器之一取樣頻率，其中依不同取樣頻率取樣該第一系列數位感測器信號及該第二系列數位感測器信號。
  24. 如請求項23之方法，其進一步包括濾波該系列數位感測器信號及由該第二評估單元產生該控制信號。
  25. 如請求項23之方法，其進一步包括執行由該第二評估單元處理之一信號之一電力估計。
  26. 如請求項25之方法，其進一步包括儲存由該電力估計產生之一第一評分值及一第二評分值且比較該第一評分值及該第二評分值以產生該控制信號。
  27. 如請求項25之方法，其中若該第一評分值大於或等於該第二評分值，則該控制信號可呈一第一邏輯狀態且否則呈一第二邏輯狀態。
  28. 如請求項23之方法，其進一步包括：在複數個取樣頻率之間選擇。
  29. 如請求項23之方法，其進一步包括在一第一取樣頻率與一第二取樣頻率之間選擇。
  30. 如請求項24之方法，其進一步包括：將複數個後續數位感測器信號組合成單一輸出信號，且評估數位感測器信號之一第一封包及緊隨該第一封包之數位感測器信號之一第二封包，其中各封包包括使用一不同取樣頻率取樣之數位感測器信號。
  31. 如請求項30之方法，其進一步包括：在已產生複數個封包之後週期性地執行一評估。
  32. 如請求項24之方法，其進一步包括自該系列數位感測器信號減去來自接收該系列數位感測器信號之一可切換濾波器組之一輸出信號且轉送一結果用於進一步濾波。
  33. 如請求項32之方法，其進一步包括：由經組態以計數一系列數位感測器信號內之若干樣本值之一計數器控制該可切換濾波器組。
  34. 如請求項30之方法，其中提供複數個感測器且其中該方法進一步包括：自該複數個感測器之各者依序擷取感測器信號之至少一封包，其中各封包包括來自使用一選定取樣頻率之一感測器之複數個後續量測。
  35. 如請求項34之方法，其進一步包括：選擇該複數個感測器之一者以提供數位感測器信號之該第一封包及該第二封包。
  36. 如請求項35之方法，其中經常選擇來自該複數個感測器之提供最強信號之一感測器以提供數位感測器信號之該第一封包及該第二封包。
  37. 如請求項35之方法，其中提供複數個取樣頻率且其中在由該第二評估單元執行之複數個評估期間選擇兩個較佳取樣頻率。
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