TW201903361A - 在殼體中包括電容感測器的電子設備 - Google Patents

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Abstract

揭示用於偵測與待被偵測的物件接觸或者極為接近的電子設備。一種電子設備包括由殼體包圍的電容感測器和耦合到電容感測器的控制器，其中控制器被配置為偵測與待被偵測的物件的接觸或極為接近，並且其中電容感測器包括具有感測器電極的電容器。感測器電極經由殼體與殼體的外表面分開。殼體的至少一部分包括部分導電材料，並且感測器電極與部分導電材料導電接觸，或者感測器電極與位於殼體的內表面上或者至少部分地被嵌入在殼體中的導電子組件導電接觸。

Description

在殼體中包括電容感測器的電子設備
大體而言，本案內容係關於使用電子設備的電容感測器來偵測與物件的接觸或接近，並且更特定言之，係關於使用由殼體包圍的電容感測器來偵測與物件的接觸或接近，其中該殼體具有至少部分導電的部分或者具有導電子組件。
包括可穿戴醫療設備或貼片的電子設備，可以包括用於生物量測和生物醫學應用的各種電子元件。例如，電子感測器貼片可以被配置為發送指示感測到的狀態、狀況或量的信號。可以對由電子感測器貼片產生的信號進行處理，以基於信號和底層實體量之間的相關來量測一或多個可偵測的實體量。可以在電子感測器貼片中實施的感測器的非限制性實例包括溫度感測器、脈衝感測器、電場感測器（例如，腦電圖感測器）、濕度感測器、液體流量感測器、磁性感測器、壓電感測器、壓力感測器、光學感測器、化學感測器（例如，血糖感測器）和其他生物醫學感測器。
許多電子設備皆需要電池，使得需要對電池的功率管理進行策略性控制。當電子設備未處於有效使用時（例如，當電子設備正在被製造（例如，工廠模式）或者儲存（例如，貨架模式）時），對電子設備的功率管理是重要的。可以對功率進行策略性管理，以便在工廠模式和貨架模式下節約電池壽命，並在低功率模式下運行。對電子設備的功率管理的挑戰包括正確地偵測電子設備何時處於有效使用，不再處於工廠模式或貨架模式。針對偵測電子設備的各種元件的啟動和正確使用或安裝，存在著功率管理的額外挑戰。
在很多傳統的電子設備中，可以提供開/關式開關以決定電子設備何時已經被啟動。但是，開/關式開關可能被無意中打開，其導致電池壽命的浪費消耗，並且開/關式開關可能被無意中關閉，從而失去電子設備的功能。例如，電子貼片可能被無意中關閉，從而失去電子貼片的診斷功能。若電子設備被封裝在「開」的位置，則電池壽命可能被快速地消耗，並且電子設備的壽命可能是受限的。
感測器可以與電子設備一起使用以決定電子設備是否已經被拆封、安裝、放置在人身上或者與人來一起使用。決定電子設備正在使用中可以為各種目的提供有價值的資訊。電容感測器技術可以用於決定電子設備是否已經滿足一或多個指定的條件。決定電子設備正在使用中可以提供有價值的資訊，並且決定電子設備未在使用中可以觸發功耗的降低。
本案內容的設備均具有若干態樣，該等態樣中的任何單一態樣皆不單獨地對本文揭示的期望屬性負責。
本案內容的標的的一個態樣可以在電子設備中實施。該電子設備包括電容感測器、耦合到該電容感測器的控制器和殼體，其中該電容感測器包括具有至少一個感測器電極的電容器，該殼體包圍該電容感測器並具有內表面和與該內表面相對的外表面。該控制器被配置為至少部分地基於當使該電容感測器通電時的該電容器的電容充電速率，決定該電子設備是否與物件接觸或者極為接近。該殼體的至少第一部分包括電絕緣材料，並且該殼體的至少第二部分包括部分導電材料，其中該至少一個感測器電極與該殼體的該第二部分導電接觸並經由該殼體與該外表面分開。
在一些實現方式中，該至少一個感測器電極被佈置在該殼體的該內表面上。在一些實現方式中，該電容感測器進一步包括：與該電容器串聯地電連接的電阻器，其中該控制器被配置為向該電阻器施加信號以使該電容感測器通電。在一些實現方式中，該電阻器的電阻比該殼體的該第二部分的該部分導電材料的電阻大至少五倍。在一些實現方式中，該殼體的該第二部分的該部分導電材料具有等於或小於1x105 Ω的電阻，並且該電阻器具有等於或大於5x105 Ω的電阻。在一些實現方式中，該控制器包括處理器，其中該處理器具有小於約100兆赫茲的時脈速率。在一些實現方式中，該殼體的該第二部分的該部分導電材料包括碳浸漬塑膠。
本案內容中描述的標的的另一個創新性態樣可以在電子設備中實施。該電子設備包括：電容感測器，其包括具有至少一個感測器電極的電容器；耦合到該電容感測器的控制器；殼體，其包圍該電容感測器並具有內表面和與該內表面相對的外表面；及被佈置在該殼體的內表面上並與該至少一個感測器電極導電接觸的導電子組件。該控制器被配置為至少部分地基於當使該電容感測器通電時的該電容器的電容充電速率，決定該電子設備是否與物件接觸或者極為接近。該殼體包括電絕緣材料，其中該至少一個感測器電極經由該殼體與該外表面分開。
在一些實現方式中，該導電子組件具有比該至少一個感測器電極的表面面積更大的表面面積。在一些實現方式中，該導電子組件是塗覆在該殼體的該內表面上的導電塗料。在一些實現方式中，該電容感測器進一步包括與該電容器串聯地電連接的電阻器，其中該控制器被配置為向該電阻器施加信號以使該電容感測器通電。
本案內容中描述的標的的另一個創新性態樣可以在電子設備中實施。該電子設備包括：電容感測器，其包括具有至少一個感測器電極的電容器；耦合到該電容感測器的控制器；殼體，其包圍該電容感測器並具有內表面和與該內表面相對的外表面；及至少部分地被嵌入在該殼體中並電連接到該至少一個感測器電極的導電子組件。該控制器被配置為至少部分地基於當使該電容感測器通電時的該電容器的電容充電速率，決定該電子設備是否與物件接觸或者極為接近。該殼體包括電絕緣材料，其中該至少一個感測器電極經由該殼體與該外表面分開。
在一些實現方式中，該導電子組件具有比該至少一個感測器電極的表面面積更大的表面面積。在一些實現方式中，與該至少一個感測器電極相比，該導電子組件更靠近該殼體的該外表面。在一些實現方式中，該電容感測器進一步包括與該電容器串聯地電連接的電阻器，其中該控制器被配置為向該電阻器施加信號以使該電容感測器通電。
將參照附圖來詳細地描述各個實施例。在任何可能的情況下，將貫穿附圖使用相同的元件符號來代表相同或者類似的部件。對於特定實例和實現方式的提及是出於說明性的目的的，而不意欲限制請求項的範圍。
所描述的實現方式可以在包括感測器系統的任何設備、裝置或者系統中實施。如本文使用的，「電子設備」和「電子感測器設備」可以可互換地使用。在一些實現方式中，電子設備可以是生物醫學或生物量測設備。在一些實現方式中，電子設備可以是可穿戴設備，例如，由使用者穿戴的電子貼片。可穿戴設備的非限制性實例包括貼片、手鐲、臂帶、腕帶、環、頭帶、皮帶等等。電子設備可以包括用於感測或量測可偵測的實體現象或者量的一或多個感測器。例如，該一或多個感測器可以用於獲得患者的身體的讀數或者量測值。電子設備可以被配置為發送指示量測或感測到的狀態、狀況或量的信號。可以對由感測器產生的信號進行處理，以基於信號與底層實體現象或量之間的相關來量測可偵測的實體現象或量。可以在電子設備中實施的感測器的非限制性實例包括溫度感測器、脈衝感測器、電場感測器（例如，腦電圖感測器）、濕度感測器、液體流量感測器、磁性感測器、壓電感測器、壓力感測器、光學感測器、化學感測器（例如，血糖感測器）等等。
概括地說，本案內容涉及具有由殼體包圍的電容感測器的系統或設備。當設備約束限制電容感測器的尺寸時（例如，具有小的感測器面積），電容變化的範圍是小的並且感測解析度是小的。另外，殼體將電容感測器的感測器電極與待被偵測的物件之間的電容感測器分開，這降低了電容感測器的靈敏度和範圍。
本案內容的電子設備包括電容感測器和殼體。電容感測器被配置為偵測與物件的接觸或者極為接近，其中電容感測器包括感測器電極。殼體包圍電容感測器，並且將感測器電極與外表面分開。殼體包括由部分導電材料製成的部分，或者具有在殼體的內表面上或者至少部分地嵌入在殼體中的導電子組件。在一些實現方式中，感測器電極具有小的幾何形狀，例如，在大約九平方毫米與大約225平方毫米之間的表面面積。在一些實現方式中，將感測器電極與外表面分開的殼體的厚度足夠大以影響電容感測器的感測解析度（例如，在大約0.5毫米與大約五毫米之間的厚度）。
本案內容中描述的標的的特定實現方式可以被實施，以獲得以下潛在優點中的一或多個優點。利用具有小的幾何形狀的電容感測器，可以將電子設備封裝成小的尺寸以滿足設備約束並減少對使用者的負擔。足夠厚的殼體內的包圍結構提供了結構支撐和保護免受環境或外力影響。具有部分導電部分或具有導電子組件的殼體藉由有效地增加感測器電極尺寸及/或有效地將感測器電極延伸到更靠近殼體的外表面，來增加電容感測器的靈敏度。靈敏度的提高增加了可以偵測物件的範圍，而沒有增加電容感測器的尺寸或者減小殼體的厚度的負擔。此外，可以在不增加處理器的速度（例如，頻率）的負擔的情況下實現靈敏度的提高，這將會以別的方式增加電子設備的功耗。在一些實現方式中，在電子設備包括多個電容感測器或感測器電極靠近在一起的情況下，感測器電極可能彼此重疊，並且導致識別一個區域與另一個區域的問題。但是，藉由有效地將感測器電極延伸得更靠近殼體的外表面，可以減小相鄰電容感測器之間的相互作用，同時維持電容感測器的合理效能。
圖1是對包括殼體和基座的示例性電子設備的示意表示。電子設備100可以被配置為偵測物件130何時在附近。在一些實現方式中，電子設備100可以被應用於患者（例如，在患者的身體的皮膚上）。圖1中的電子設備100包括殼體110和佈置在殼體110上的基座120，其中基座120可以被佈置在殼體110的物件130導向的一側上。殼體110可以充當包括各種電路、電子元件、感測器和控制系統的電子封裝的一部分。在一些實現方式中，殼體110可以包圍電路板和感測器，其中電路板包括控制器，並且其中感測器包括電容感測器。電容感測器可以被配置為決定電子設備100是否極為接近或者接觸物件130（例如，患者的身體）。其他感測器可以輔助量測可偵測的實體現象或其他量（例如，溫度、脈搏率、血壓、血糖水平等等）。基座120可以被佈置在殼體110上，或者反之亦然，並且可能能夠從殼體110分離。在一些實現方式中，基座120可以充當殼體110的保護層或覆蓋物。在一些實現方式中，基座120包括電絕緣材料。例如，使用者可以緊握殼體110，並且施加移除力以將殼體110從基座120移除。
在一些實現方式中，電子設備100是電子貼片或電子感測器貼片。電子貼片可以適用於執行各種生物量測或生物醫學應用。此種實現方式中的殼體110可以從基座120剝離，或者基座120可以從殼體110剝離。在從殼體110移除基座120之後，殼體110的一側被暴露並可以被固定到物件130（例如，患者的身體）。電子設備100中的一或多個感測器可以被配置為偵測何時基座120已經被移除，以及何時電子設備100的殼體110已經被固定到物件130。例如，基座120從殼體110的移除可以導致電子設備100從低功率模式（例如，貨架模式）轉變到高功率模式（例如，活動模式）。
在一些實現方式中，電子設備100並不限於電子貼片或電子感測器貼片，而是可以被應用於或者用於偵測與物件130的接近的任何電子設備100。例如，電子設備100是能夠具有生物量測或生物醫學功能的設備，例如，血糖儀、EKG監測儀、血壓監測儀、溫度感測器或其他設備。不管電子設備100的形狀、尺寸或結構如何，電子設備100中的一或多個感測器可能能夠偵測電子設備100何時極為接近或者接觸物件130。
在一些實現方式中，殼體110可以包括由基座120覆蓋的一或多個電容感測器。通常，基座120可以覆蓋該一或多個電容感測器，使得其不會被日常處理或者無意中的按壓而觸發。一旦基座120從殼體110移除，則殼體110可以被固定到物件130，並且一或多個電容感測器可以偵測電子設備100是否與物件130接觸。替代地，覆蓋殼體110的物件130導向的一側的基座120不被移除，但可以保留在殼體110上。物件130導向的基座120的表面可以被附接到物件130，同時基座120覆蓋該一或多個電容感測器。在基座120就位的情況下，該一或多個電容感測器可以偵測電子設備100是否至少極為接近物件130。
在一些實現方式中，殼體110和基座120中的一者或兩者是剛性的。例如，電子設備100的殼體110可以是剛性的。在一些實現方式中，殼體110和基座120中的一者或兩者是柔性的。例如，電子設備100的殼體110可以是柔性的。在一些實現方式中，殼體110和基座120中的一者或兩者是半剛性的。例如，電子設備100的殼體110可以是半剛性的。若殼體110和基座120中的一者或兩者是剛性的或半剛性的，則可以實現較低成本和易於製造的優點。使殼體110和基座120中的一者或兩者為剛性的或半剛性的，可以允許電子設備100的其他部分亦是剛性的或半剛性的，由此簡化電子設備100的組裝。若殼體110和基座120中的一者或兩者是柔性的，則可以實現電子設備100與物件130的更有效黏附的優點。
電子設備100可能能夠以不同模式或功率狀態進行操作，以管理功率消耗。根據是否滿足某些條件（例如，是否滿足某些時序條件或附接條件），電子設備100可以從一種模式轉變到另一種模式。不同的模式或功率狀態可以為電子設備100的功率管理增加更大的範圍和靈活性。舉例而言，電子設備100可以具有低功率模式和高功率模式，或者電子設備100可以具有最低功率模式、低功率模式、高功率模式和最高功率模式中的兩種或更多種模式。如圖2中示出的，電子設備可以具有最低功率模式（例如，工廠模式）、低功率模式（例如，貨架模式）和高功率模式（例如，有效模式）。應當理解的是，具有兩種或更多種功率狀態的電子設備可以具有其他功率狀態。在一個實例中，電子設備可以具有超低功率模式、低功率模式和高功率模式。在一些實現方式中，超低功率模式可以是貨架模式。在此種實例中，電子設備可以在有效模式和低功率模式之間調節，其中處於其低功率模式的電子設備以比其貨架模式更高的功率進行操作。在另一個實例中，電子設備可以具有低功率模式和高功率模式，其中貨架模式和低功率模式是相同的。
圖2是根據一些實現方式圖示在工廠模式、貨架模式和活動模式期間的電子設備的各種電子元件的功耗的時序圖。但是，應當理解的是，電子設備並不限於前述的操作模式或功率狀態，但可以具有不同的、更少的或者更多的操作模式或功率狀態。工廠模式210可以是允許電子設備的配置、組裝及/或測試的瞬態模式。在貨架模式240期間，電子設備「有效地」針對要滿足的某些條件進行監測，但操作在低功率狀態以延長電子設備的貨架壽命。當電子設備從貨架模式240轉變到有效模式250時，電子設備變成完全操作的。
為了實現功率管理，隨著電子設備在不同的模式210、240和250之間轉變，時序圖200追蹤電子設備中的某些元件的功率使用。在一些實現方式中，可以建立工廠模式210，其表示製造程序中的持續時間。例如，工廠模式210可以從功率的應用起建立（例如，當電池被安裝在電池裝置201處時），並且可以繼續直到製造、組裝、測試和包裝完成為止。在工廠模式210之前，電子設備可以以甚至更低的功率進行操作，其中所有元件（包括時鐘和周邊電子元件）皆被關閉。在工廠模式210期間，控制器可以開始低功率時鐘204的操作。所有其他元件（包括高功率時鐘和周邊電子元件）皆被關閉。低功率時鐘204允許控制器知道自啟動（例如，電池安裝201）以來所流逝的時間，並追蹤工廠模式210的剩餘時間。當工廠模式210到期時，電子設備轉變到貨架模式240，在該模式下，週期性地執行偵測操作。在貨架模式240中，電子設備可以使用低功率時鐘204來週期性地「喚醒」一或多個感測器，以決定電子設備是否滿足指定的條件，例如，電子設備是否已經被應用或附接。
偵測間隔230可以表示在其中一或多個感測器感測電子設備是否滿足指定條件的短暫的時間間隔。可以循環地執行偵測間隔230，直到電子設備滿足指定的條件為止。在一些實現方式中，偵測間隔230的範圍可以從幾秒到幾分鐘，例如，在約一秒與約六十秒之間。在其他實現方式中，偵測間隔230可以更短或更長。可以設置偵測間隔230以最佳化完成的電子設備產品的回應性。例如，可以對偵測間隔230進行設置，以最佳化低功率狀態的長度來保持電池壽命，同時提供相對短的感測間隔來提高回應性。
在偵測間隔230期間，控制器可以被配置為執行對一或多個感測器的檢查以決定是否滿足了指定的條件。在一個實例中，可以對諸如全工作週期時鐘之類的高功率時鐘202賦能足夠的時間段以完成偵測操作。高功率時鐘202可以在足夠短的時間段內產生全工作週期時鐘信號206，以偵測是否滿足指定的條件，同時對功率具有最小影響。全工作週期時鐘信號206的足夠短的時間段可以在幾微秒到幾毫秒的範圍內（例如，小於約10微秒）。在全工作週期時鐘信號206期間，控制器和一或多個感測器可以執行偵測操作或讀取。該一或多個感測器可以產生要由控制器接收的信號。在一些實現方式中，該一或多個感測器可以包括電容感測器，其在電容感測器被充電時產生指示電容充電速率的信號。這可以藉由以下方式來完成：根據時間常數來計算電容或者經由與信號相關聯的上升時間量的變化來推斷電容。更長的充電週期通常與接觸人或極為接近人的皮膚相關聯。在從該一或多個感測器接收到指示電容充電速率的信號之後，控制器可以決定是否滿足指定的偵測條件。若指定的條件不滿足，則去能高功率時鐘202，並且該一或多個感測器及/或控制器返回到睡眠。換言之，對該一或多個感測器及/或控制器去能或關閉，直到下一個偵測間隔230為止。低功率時鐘204繼續操作以週期性地將該一或多個感測器從睡眠中喚醒。若滿足指定的條件，則可以打開電子設備的全部功能（其包括周邊電子元件）。
決定滿足指定的條件，可以回應於啟動偵測241而發生從貨架模式240到有效模式250的轉變。可以採用一或多個感測器來決定電子設備是否極為接近或者與身體接觸，並且驗證電子設備被正確地安裝、啟動或在使用中。在有效模式250期間，可以啟動與電子設備和周邊電子元件相關聯的所有感測器。可以根據使用多個感測器的驗證序列，順序地啟動與電子設備和周邊電子元件相關聯的感測器。可以在活動模式250期間啟動感測元件和無線通訊元件208（例如，射頻模組）。此外，高功率時鐘202可以連續地操作，或者可以在控制器的控制下被調用以執行感測器讀數並將感測器讀數發送給另一個設備。電子設備的完全操作在有效模式250期間可以是可用的。在一些實現方式中，低功率時鐘204可以如圖2中示出的繼續在使用中，或者可以可選地被去能。低功率時鐘204可以監測像剩餘電池充電狀態或者剩餘生存時間的量。在一些實現方式中，可以將電子設備從身體移除，從身體附近移走、取消安裝、停用或者從使用中移除。在此種條件下，電子設備可以返回到低功率模式或者貨架模式240。替代地或另外地，電子設備可以向諸如智慧型電話、雲端伺服器或其他遠端設備之類的另一個設備提供警報或通知。
在一些實現方式中，可以向電子設備提供可能受到品質或其他因素影響的總有效壽命參數。該總有效壽命參數可以具有計時器值的形式，類似於其他計時器值，可以經由低功率時鐘204的操作來對其進行倒計時。在一些實現方式中，可以在各種模式210、240和250期間（例如，在貨架模式240和有效模式250期間），對總有效壽命參數進行倒計時。當總有效壽命計時器指示電子設備達到其有效壽命的結束時，電子設備可以向使用者發警報。在一些實施中，該警報可以指示電子設備應當被移除或替換。
圖3A是根據一些實現方式的對與遠端設備相通訊的示例性電子設備的方塊圖表示。電子設備300可以包括天線311、無線通訊元件320、控制器330、用於偵測電子設備300的指定條件的電容感測器340、一或多個感測器345和電源350。該等元件中的一些或全部元件可以由殼體310包圍。如用虛線示出的，電子設備300的元件中的一些或全部元件可以被包圍、封裝或密封以提供環境保護。在一些實現方式中，電子設備300可以被配置為在包括潮濕狀況的各種各樣的環境狀況下操作。可以將電子設備300的元件中的一些或全部元件（例如，控制器330和無線通訊元件320）提供成單獨的元件，或者可以被整合到單一設備中。可以對電子設備300的元件密封或封裝以允許當至少部分地浸沒在水或其他液體中時進行操作。
在一些實現方式中，無線通訊元件320包括用於進行單向或雙向射頻（RF）通訊的發射器或收發機。無線通訊元件320可以是包括基頻、中頻模組和發射頻率模組和編碼器的RF模組。根據由遠端設備370的配置支援的通訊的類型，RF模組可以在多個RF頻帶中的一或多個頻帶中操作。無線通訊元件320可以耦合到控制器330並耦合到天線311。電子設備300的天線311可以被配置為經由無線通訊鏈路311a，建立與遠端設備370的天線372的無線通訊。來自該一或多個感測器345的感測器資料或讀數可以從電子設備300傳輸到另一個設備。另外，關於電子設備300的偵測操作的回饋可以傳輸到遠端設備370，並且遠端設備370可以被配置為向電子設備300提供指令。例如，當遠端設備370接收到關於電子設備300滿足偵測條件的回饋時，遠端設備370可以傳送用於完全啟動電子設備300的指令序列。因此，若遠端設備370接收到電容感測器340偵測到指定條件的回饋，則遠端設備370可以指示使用者以適當的方式處理電子設備300以完全啟動電子設備300。儘管沒有在圖3A中示出，但電子設備300可以配備有用於偵測另外的條件的另外的感測器，例如，用於偵測第一條件的第一感測器、用於偵測第二條件的第二感測器、用於偵測第三條件的第三感測器、用於偵測第四條件的第四感測器、用於偵測第五條件的第五感測器等等。第一條件、第二條件、第三條件等等可以包括諸如與身體接觸、極為接近身體、對針的施用、施加EKG監測儀的電極、按壓按鈕和分離基座等等其他條件。在一些實現方式中，遠端設備370是智慧型電話、雲端伺服器或者具有蜂巢通訊能力的任何其他設備。
電子設備300的控制器330可能能夠執行本文描述的方法中的一些或全部方法。控制器330可以與「控制單元」、「控制系統」、「微控制器」或「處理單元」可互換地使用。控制器330可以包括處理器332和記憶體331。處理器332可以是單核心或者多核心處理器，其可以是通用的或者專門適用於在電子設備300中使用的。控制器330的記憶體331可以是揮發性的或非揮發性的記憶體（例如，快閃記憶體）或者其組合。記憶體331可以向控制器330提供指令。
該一或多個感測器345可能能夠感測或者量測可偵測的實體現象或量，例如，獲取患者的身體的讀數或量測值。該一或多個感測器345的實例可以包括溫度感測器、脈衝感測器、電場感測器（例如，腦電圖感測器）、濕度感測器、液體流量感測器、磁性感測器、壓電感測器、壓力感測器、光學感測器、化學感測器（例如，血糖感測器）等等。但是，應當理解的是，在一些實現方式中，電子設備300可能沒有配備有該一或多個感測器345中的任何一個感測器。
電子設備300的控制器330、電容感測器340、無線通訊元件320和任何其他電子元件可以由電源350進行供電。在一些實現方式中，電源350是電池。該電池可以是具有足夠功率的任何適當的電池，以在電子設備300的預計的壽命期間使與電子設備300相關聯的各種電路通電。例如，電池可以是標準手錶或者紐扣電池。
電容感測器340能夠具有有效的電容和電阻。電容感測器340包括電容器342和電阻器344。電子設備300中可以包括其他感測器。例如，電子設備300可以進一步包括生物阻抗感測器，其能夠直接量測患者的身體的皮膚的歐姆阻抗以決定皮膚的偵測。在另一個實例中，電子設備300進一步可以包括EKG電極，該EKG電極能夠使用電容感測或者直接量測兩個或更多個電極之間的阻抗來決定電子設備300是否已經被正確安裝。在另一個實例中，電子設備300進一步可以包括葡萄糖監測儀針或者感測線，以決定電子設備300的一部分是否已經被注入到患者的身體的皮膚中。在另一個實例中，電子設備300進一步可以包括能夠由使用者按壓的機械開關。
圖3B是根據一些實現方式的對接近物件的示例性電子設備的方塊圖表示。電容感測器340被配置為偵測電子設備300是否與物件130接觸或極為接近。電容感測器340可能能夠區分無生命物件和活生物體（例如，人）。通常，無生命物件不足以導電來觸發電容感測器340。此外，當人基本上與電子設備300直接實體接觸時，可以訓練控制器330來偵測人的身體。在一些實現方式中，可以對偵測閾值和感測器幾何形狀進行調整，使得偵測到與物件130極為接近意謂電子設備300非常靠近物件130或者幾乎接觸物件130。在一些實現方式中，與物件130極為接近代表：物件130與電子設備300之間距離等於或小於約10毫米、等於或小於約5毫米、等於或小於約2毫米，或者等於或小於約1毫米。在電容感測器340和物件130之間可以存在一定距離以考慮到殼體310的厚度。可以對靈敏度和偵測閾值進行調整，使得一旦考慮殼體310，與電子設備300的基本上直接實體接觸可以觸發對電子設備300的偵測。因此，當考慮到可以將電容感測器340與物件130分開的設備要求（例如，殼體310的厚度）時，極為接近物件130可能仍然意謂電子設備300正在接觸物件130。
圖3C是根據一些實現方式的對具有用於電子設備的電容感測器的電路圖和時序圖的示例性電子設備的方塊圖表示。第一感測器340的電容器342可以包括一或多個導電表面346、348。儘管該一或多個導電表面346、348可以呈現為導電墊，但是該等導電表面可以採用各種各樣的形狀、尺寸和結構。該一或多個導電表面346、348的不同形狀、尺寸和結構可以最佳化電子設備300在大面積上的接觸，以增加偵測的可能性。
電容感測器340可以具有有效電容C和電阻R。在一些實現方式中，提供電阻R的電阻器344是可選的，這是因為電流源可以驅動電容感測器340。此外，在一些實現方式中，電阻器344和該一或多個導電表面346、348可以是在功能上等同於電容器和電阻器或者對施加到該一或多個導電表面346、348的觸摸信號提供類似回應的其他元件。所示出的實現方式被意謂是說明性的而非限制性的，並且圖示可以用於實現偵測操作的電路的實例。因此，可以使用其他電路來偵測電子設備300已經被安裝、啟動或者在使用中。
在圖3C的實現方式中，當未將電子設備300帶到極為接近或者接觸物件130時，與第一感測器340相關聯的信號可以基於電容C和電阻R的值而具有給定的時間常數（例如，RC時間常數）。可以藉由使用來自電壓源或電流源的給定脈衝或信號激勵該電路，來產生此種信號。可以將此種信號施加到電阻器344的節點344a。可以從節點344b「讀取」回應，節點344b可以耦合到控制器330上的引腳。例如，此種脈衝或信號的上升時間349可以由控制器330藉由讀取節點344b上的信號來量測。替代地，可以基於由電容C和電阻R的值建立的時間常數，在控制器330中內部地產生該信號。本領域技藝人士應當瞭解到的是，亦可以使用其他方法來利用經由電容C和電阻R的值建立的該關係。
當電子設備300極為接近待被偵測的物件時，電容感測器340的有效電容C變為C’。例如，這可能部分歸因於空氣和皮膚/組織之間的介電性能的差異。回應於電容從C到C’的變化，基於電容C’和電阻R的新值，與電容感測器340相關聯的信號可以具有新的時間常數（例如，RC’時間常數）。可以藉由使電容感測器340通電或對其進行激勵以對電容器342充電來產生此種信號。因此，可以藉由使用施加到節點344a的給定的脈衝或信號來激勵該電路並讀取來自節點344b的回應，來產生信號。例如，此種脈衝或信號的上升時間349可以由控制器330來量測和接收。處於偵測到的和未偵測到的狀態的上升時間349的差異，可以由控制器330來量測和接收，其中上升時間349的差異可以指示電容充電的速率。結果，可以基於上升時間349的差異來決定電子設備300的指定條件。儘管將時間描述為上升時間，但是亦可以有效地使用衰落時間來計算偵測到的狀態和未偵測到的狀態之間的時間常數的差值。
可以藉由將電容充電速率的讀數與已知對應於未偵測到的狀態的先前的讀數或者儲存的讀數進行比較，來決定電子設備300的偵測到的狀態和未偵測到的狀態。例如，根據為R和C選擇的值，偵測到的狀態與未偵測到的狀態之間的差異可能會大幅地變化。但是，針對R和C的值的一些選擇可能導致電子設備300的高靈敏度。具有高靈敏度的電容感測器340可能更傾向於提供假陽性決定。在一些實現方式中，R和C的值進一步可以取決於用於量測RC時間常數（例如，上升時間、衰落時間）的時間。在一些實現方式中，對R和C的值的進一步考慮可以包括電流消耗。電流消耗可以直接取決於施加的電壓位準、量測時間及/或其他考慮因素。在一些實現方式中，為了提供延長的電池壽命，可以在保持偵測靈敏度的同時使電流消耗最小化。如上文提到的，可以使用電流源而不是包括電阻器344來使電容感測器340通電以獲得類似的結果。
電容感測器340包括一或多個有效節點346，其中每個有效節點346具有導電表面。在圖3C中，電容感測器340包括至少一個有效節點346。有效節點346可以與殼體310中的電子設備300的其他元件一起進行包裝或包圍。電容感測器340可以包括一或多個接地節點348，其中每個接地節點348具有導電表面。在圖3C中，電容感測器340包括至少一個接地節點348。接地節點348可以位於電子設備300內的任何位置，或者位於電子設備300上。例如，接地節點348可以是殼體310內的浮動電極。
因為電子設備300可以被放置在極為接近物件或者與物件接觸的位置，所以暴露於各種各樣的對電子設備不利的元素（例如，潮濕、水、其他流體或材料或者來自與設備機械接觸的衝擊）是可能的。因此，封裝可以代表用材料（例如，樹脂或其他材料）包裝電子設備300的元件，該材料提供了用於保護電路免受環境元素影響的屏障或密封。封裝進一步可以為精密元件提供結構支撐，例如，出於將元件保持在特定的佈置或方位上的目的，以及出於保護元件免受損壞的目的。在一些實現方式中，在偵測到的狀態和未偵測到的狀態下，導電表面346、348可以在其之間具有有效電容。當電子設備300變得極為接近待被偵測物件或者與待被偵測物件接觸時，可以對與導電表面346、348相關聯的電場進行修改，這直接將有效電容從C變為C’。導電表面346、348中的至少一個可以由殼體310包圍，而不與待被偵測物件直接接觸。因此，可以減少導電表面346、348中的至少一個的潛在性能下降。殼體310的包圍可以進一步限制環境因素（例如，潮濕）對於由電容感測器340提供的讀數的影響。此外，用於包圍電容感測器340的殼體310的材料可以被配置為減少皮膚刺激的可能性。因此，藉由限制與導電表面346、348的直接接觸，可以保護導電表面346、348以及身體的皮膚。電容充電速率的差異可以藉由比較受RC時間常數（從RC時間常數到RC’時間常數）的變化影響的信號的上升時間349來偵測。
圖3D是根據一些實現方式圖示示例性電子設備的電容感測器的操作的電路圖和時序圖。在一些實現方式中（如在實現方式302中示出的），可以將信號輸出或「寫入」到電容感測器340，或者經由控制器330的通用輸入/輸出（GPIO）引腳從電容感測器340讀取。輸出信號可以對電容感測器340的RC電路進行充電，其中該電容感測器340的RC電路可以由電阻361、基極電容Cbase 363和身體偵測電容Cbody_detect 364組成。身體偵測電容Cbody_detect 364可以由電極348a、348b組成，電極348a、348b在一些實現方式中可以包括一對導電表面或電極。控制器330的GPIO引腳可以是輸入和輸出引腳。控制器330的GPIO引腳可以耦合到開關369，其中開關369在輸入功能和輸出功能之間切換GPIO引腳。
在輸出模式中，開關369可以耦合到引腳驅動器365。當輸出信號GPIO_WR由控制器330產生時，輸出信號可以經由引腳驅動器365和開關369來耦合到電容感測器340。
在輸入模式中，開關369可以耦合到引腳緩衝器367，使得可以經由開關369讀取來自電容感測器340的輸入。對開關369的狀態進行切換可以由控制器330來控制。例如，控制器330可以將開關369配置在輸出模式。控制器330可以產生輸出信號GPIO_WR，並且經由引腳驅動器365和開關369將該信號施加到電容感測器340。可以將輸出信號施加到電容感測器340以在監測週期的開始處使電容感測器340通電並且為電容感測器340充電。隨後，控制器330可以將開關369改變為輸入模式，其中可以經由引腳緩衝器367、開關369和電容感測器340來讀取輸入信號GPIO_RD。例如，輸入信號GPIO_RD可以使得控制器330能夠讀取電容感測器340的充電曲線或時間常數。應當理解的是，應用並從電容感測器340讀取信號的其他配置亦是可能的。
在一些實現方式中，例如，當不存在待被偵測的物件時，控制器330可以藉由在時間t0 應用輸出信號GPIO_WR來切換通用信號線的操作。隨後，控制器330可以切換到輸入模式，以從電容感測器340接收輸入信號GPIO_RD。可以在充電階段期間讀取信號的上升特性，或者可以在充電階段之後讀取信號的衰落特性。在一些實現方式中，在時間t1 處，電容Cbase 363和身體偵測電容Cbody_detect 364的組合電容的充電時段可以開始。該信號可以繼續充電直到達到閾值為止，例如，在達到電壓VGPIO_high 時的時間t2 。因此，當充電/放電位準達到閾值時，可以讀取時間t2 ，並且可以量測t1 與t2 之間的時間349a。
在一些實現方式中，例如，當存在待被偵測的物件時，控制器330可以藉由在時間t0 應用輸出信號GPIO_WR來切換通用信號線的操作。隨後，控制器330可以切換到輸入模式以從電容感測器340接收輸入信號GPIO_RD。替代地，可以如前述地向節點346b施加電壓源，並且控制器330可以藉由選擇性地切換耦合到電阻器346的引腳以實現輸入信號，來操縱節點346b上的電壓位準。可以分別在充電階段或放電階段期間讀取信號的上升或衰落特性，諸如在如本文上文描述的節點346b上。在一些實現方式中，當存在待被偵測的物件時，時間t’1 處，電容Cbase 363和身體偵測電容Cbody_detect 364的組合電容的充電週期/放電週期可以開始。物件的存在可以改變身體偵測電容Cbody_detect 364的電容，其具有改變組合電容的效果。該信號可以繼續充電或放電直到達到閾值為止，例如，在達到電壓VGPIO_high 時的時間t’2 。當充電或放電位準達到閾值時，可以讀取時間t’2 ，並且可以量測t’1 和t’2 之間的時間349b。在一些實現方式中，可以對閾值進行修改以調整偵測物件何時存在或不存在的靈敏度。
諸如時間349a（例如，t1 到t2 ）與時間349b（例如，t’1 到t’2 ）之間的差之類的時間量測值的差，可以反映出物件存在和物件不存在狀況之間的不同的電容。因此，該差可以用於偵測物件的存在。該差可以指示電容感測器340的電容充電速率。替代地，可以使用時間量測值t1 和t2 以及t’1 和t’2 之間的差來量測與物件存在或者不存在相關聯的有效電容。該差亦可以指示電容感測器340的電容充電速率。因此，用於給電容感測器340充電的較長的充電週期通常指示存在諸如人的身體之類的對象。當電容由於接近物件而增加時，為電容感測器340充電花費的時間將增加。物件的存在可以指示電子設備300與物件極為接近或相接觸。
在一些實現方式中，可以使用兩個或更多個GPIO線。一個GPIO線可以用於施加信號以對電容感測器340的電容感測器充電，從而在電極348a、348b之間提供電容。另一個GPIO線可以用於量測或讀取來自該電容的電壓，諸如經由直接連接到電極348a、348b中的一或多個。
技術的進步已經導致許多產品和設備的小型化。越來越多的產品和設備正以更小的尺寸來實施，以降低的功率操作，並以更低的成本製造。該等產品和設備可以被包裝或包圍在殼體內，以提供免受環境或外力影響的更多保護。
此種產品和設備的元件可以被設計為滿足各種設備約束。設備約束中的一些設備約束可以包括尺寸、形狀、功耗、成本、材料、預期用途和預期壽命。設備約束中的一些設備約束可能與設計偏好、使用者偏好、客戶偏好和銷售偏好有關。
在一些實現方式中，尺寸約束或偏好可能將電子設備限制到小的幾何形狀。例如，電子設備可以具有小的尺寸以減輕對使用者的負擔。該電子設備可以包括電容感測器，該電容感測器被配置為偵測與待被偵測的對象的接觸或極為接近。因此，尺寸約束或偏好可能將電容感測器限制到小的幾何形狀。但是，較小的幾何形狀可能導致電容感測器的較小的感測器面積，這導致減小的電容，從而電容變化的範圍較小。這意謂電容感測器的靈敏度被降低，並且可以偵測物件的範圍減小。
在一些實現方式中，某些設備約束或偏好可能限制電容感測器的靈敏度。電子設備可以包括尺寸小的電源（例如，紐扣電池）。小尺寸的電源可能限於為低功率操作提供電源。電子設備進一步可以包括用於執行電子設備的一或多個操作的處理器。在一些實現方式中，成本或功率約束可以將電子設備限制為尺寸小、成本低、並且不以非常高的速度（例如，頻率）執行的處理器，這是因為更高的速度可能消耗更多的功率。處理器的時脈速率與可以在電容感測器中量測多短的持續時間有關。較高的時脈速率可以在較少的微秒內偵測電容的變化，從而提高電容感測器的感測解析度。但是，當電子設備被限於小尺寸的電容感測器和低速處理器時，電容感測器的靈敏度可能受到限制。
包圍電容感測器的殼體進一步可以降低電容感測器的靈敏度。可以提供殼體以滿足某些設備約束或偏好。在一些實現方式中，殼體是由諸如塑膠之類的電絕緣材料製成的。殼體可以增加電容感測器的感測器電極和待被偵測的物件之間的間隔，其中間距可以至少是殼體的厚度。因此，在電子設備中引入殼體可能會使得更難以偵測電容感測器的電容的變化。
本案內容的各種實現方式涉及包括電容感測器和耦合到電容感測器的控制器的電子設備，其中控制器被配置為決定電子設備是否與物件接觸或極為接近。電容感測器可以包括具有至少一個感測器電極的電容器。該決定可以至少部分地基於在使電容感測器通電時電容器的電容充電速率。例如，當對象靠近電容感測器時，時間常數增加。因此，電容感測器的電容器花費多長時間來充電表示電子設備是否與物件接觸或極為接近。該電子設備進一步包括殼體，該殼體包圍電容感測器，並經由殼體將感測器電極與殼體的外表面隔開。殼體的至少第一部分或一塊包括電絕緣材料（例如，塑膠）。如下文描述的，殼體的至少第二部分包括部分導電材料，或者在殼體的內表面上提供導電子組件或者將其至少部分地嵌入在殼體中。這有效地使感測器電極延伸，更靠近殼體的外表面及/或有效地增加感測器電極的表面面積。
圖4是根據一些實現方式的對具有殼體的電子設備的示例性電容感測器的方塊圖表示，其中該殼體具有至少部分導電的部分。電子設備400包括控制器430、耦合到控制器430的電容感測器440、以及包圍電容感測器440和控制器430的殼體410。在一些實現方式中，圖4的電子設備400的態樣包括圖1的電子設備100或者圖3A-3D的電子設備300的態樣中的一些或全部態樣。電容感測器440包括充當具有導電表面的有效節點的感測器電極446。在一些實現方式中，感測器電極（例如，感測器電極446）亦可以被稱為導電墊、導電板、感測器墊、感測器板或者正極板。感測器電極446可以是能夠向電容充電的電容感測器440的電容器的一部分。在一些實現方式中，電容器包括接地節點或接地電極。
電容感測器440的感測器電極446的表面面積可以是相對小的。在一些實現方式中，感測器電極446的尺寸可能受到電容感測器440是其一部分的電子設備的設計約束或偏好的影響。如本文和貫穿本案內容使用的，用於感測器電極446的「小」的表面面積包括小於約625平方毫米的表面面積。例如，感測器電極446的表面面積小於約400平方毫米、小於約225平方毫米、在約9平方毫米與約225平方毫米之間、在約五十平方毫米與約100平方毫米之間，或者在約二十平方毫米與約五十平方毫米之間。由於電容器的電容直接與電容器的電極的表面面積成比例，所以感測器電極446的小的表面面積可能限制電容感測器440的感測解析度。但是，應當理解的是，本案內容的電子設備400並不限於具有小的表面面積的感測器電極446，而是電子設備400可以包括具有大的表面面積的感測器電極446（其包括表面面積等於或大於約625平方毫米）。
在一些實現方式中，電容感測器440進一步包括耦合到感測器電極446的電阻器444。例如，電阻器444可以與感測器電極446串聯地電連接。控制器430耦合到電容器和電阻器444，其中控制器430可以向具有電阻R的電阻器444施加脈衝或信號，以將電容器充電到有效電容C。可以對給定的時間常數（例如，RC時間常數）進行量測。該時間常數可以指示電容器的電容充電速率。在一些實現方式中，控制器430可以至少部分地基於當使電容感測器440通電時的電容器的電容充電速率，來決定電子設備400是否接觸或極為接近物件。但是，在一些其他實現方式中，電容感測器440可以包括硬體元件，該硬體元件用以至少部分地基於當使電容感測器440通電時的電容器的電容充電速率，來決定電子設備400是否接觸或極為接近物件。控制器430可以至少包括通用單晶片或多晶片處理器、數位訊號處理器（DSP）、特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式閘陣列（FPGA）或其他可程式邏輯設備、個別閘門或電晶體邏輯，或者個別硬體元件。
在一些實現方式中，控制器430包括處理器432。在對電容器442充電所花費的時間內，控制器430的處理器432可以具有足夠高的時脈速率。在一些實現方式中，控制器430的處理器432可以在幾兆赫茲到幾十兆赫茲或幾百兆赫茲之間執行。例如，控制器430的處理器432可以具有等於或大於約兩兆赫茲、等於或大於約四兆赫茲、等於或大於約八兆赫茲、等於或大於約十六兆赫茲，或者等於或大於約三十二兆赫茲的時脈速率。處理器432的時脈速率可能受到電子設備的功率約束的限制。在一些實現方式中，處理器432的時脈速率小於約600兆赫茲、小於約100兆赫茲或者小於約五十兆赫茲。
在圖4中，殼體410將感測器電極446分開一間距。殼體410具有面向電容感測器440的內表面410a和與內表面410a相對並且面向外部環境的外表面410b。在一些實現方式中，殼體410將感測器電極446與外表面410b分開至少殼體410的厚度。應當理解的是，殼體410的厚度可以是非均勻的，並且因此殼體410的厚度可以代表與直接在感測器電極446和外表面410b之間的殼體610的一部分對應的厚度。在一些實現方式中，殼體410的內表面410a包圍電容感測器440。殼體410的至少第一部分412包括電絕緣材料（例如，非導電塑膠）。在一些實現方式中，電絕緣材料在20攝氏度下具有等於或大於約1x105 Ω-m、等於或大於約1x106 Ω-m、等於或大於約1x107 Ω-m、等於或大於約1x108 Ω-m、等於或大於約1x109 Ω-m，或者等於或大於約1x1010 Ω-m的電阻率。例如，典型的丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）塑膠在二十攝氏度下具有在1x1010 Ω-m與1x1015 Ω-m之間的電阻率。在一些實現方式中，在電絕緣材料中量測的電阻等於或大於約1x106 Ω、等於或大於約1x107 Ω、等於或大於約1x108 Ω、等於或大於約1x109 Ω、等於或大於約1x1010 Ω，或等於或大於約1x1011 Ω。這可以是針對100平方毫米的表面面積上具有一毫米厚度的殼體410來計算的。例如，若諸如ABS塑膠之類的電絕緣材料具有1x1010 Ω-m的電阻率，則可以將殼體410的電阻計算為1x1011 Ω。
殼體410的至少第二部分414包括部分導電材料。在一些實現方式中，部分導電材料具有等於或小於約5x105 Ω-m、等於或小於約1x105 Ω-m、等於或小於約1x104 Ω-m、等於或小於約1x103 Ω-m，或者等於或小於約1x102 Ω-m的電阻率。例如，部分導電材料具有在約1x10-1 Ω-m和約5x105 Ω-m之間、在約1 Ω-m和約1x105 Ω-m之間、在約1 Ω-m和約1x104 Ω-m、在約1 Ω-m和約1x103 Ω-m之間，或者在約10 Ω-m和約1x102 Ω-m之間的電阻率。部分導電材料的電阻率可以取決於由電阻器444產生的電阻、殼體410的厚度以及殼體410的第二部分414的表面面積。電阻器444的電阻可以決定部分導電材料的電阻的上限。例如，在由電阻器444產生的電阻是1x106 Ω的情況下，部分導電材料的電阻的上限可以是1x105 Ω。若殼體410的厚度是1毫米並且殼體410的第二部分414的表面面積是100平方毫米，則部分導電材料的電阻率的上限可以是1x104 Ω-m。在一些實現方式中，在部分導電材料中量測的電阻等於或小於約5.0x106 Ω、等於或小於約1.0x106 Ω、等於或小於約1.0x105 Ω、等於或小於約1.0x104 Ω，或者等於或小於約1.0x103 Ω。
電阻器444的電阻大於在部分導電材料中量測的電阻。在一些實現方式中，電阻器444的電阻比部分導電材料的電阻大至少五倍。在一些實現方式中，電阻器444的電阻可以等於或大於約2x105 Ω、等於或大於約5x105 Ω，或者等於或大於約1x106 Ω。但是，應當理解的是，在感測器電極面積較大的情況下，電阻器444的電阻可以較小。相比而言，部分導電材料的電阻等於或小於約1x105 Ω、等於或小於約1x104 Ω，或者等於或小於約1x103 Ω。部分導電材料的電阻不如此高以至於其干擾對電容充電速率的量測（其包括時間常數量測）。因此，部分導電材料的電阻的影響在電容感測器440的操作期間是可忽略的。
在一些實現方式中，第二部分414的部分導電材料包括第一部分412的電絕緣材料，但是碳填充的或者碳浸漬的。碳填充的或碳浸漬的材料是包括基體和填充物材料的複合材料，其中基體可以是電絕緣材料。在一些實現方式中，部分導電材料按重量可以在百分之十與約百分之四十之間。在一些實現方式中，部分導電材料按重量可以比約百分之八更大或者按重量比約百分之二十五更大。例如，部分導電材料可以包括碳填充的或碳浸漬的塑膠。碳填充的或碳浸漬的塑膠的實例可以包括但不限於：碳填充聚氨酯、碳填充聚乙烯、碳填充聚醯胺、碳填充丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）共聚物和碳填充聚丙烯。例如，在形成碳填充的熱塑性塑膠時，碳顆粒可以在熱塑性塑膠材料中混合在一起，並且隨後在適當的溫度和壓力下凝固或形成。應當理解的是，電絕緣材料可以用除了碳之外的其他材料來填充，以使第二部分414至少部分地導電。但是，部分導電材料可以不含或者基本上不含金屬，其中「基本上不含金屬」是指部分導電材料中金屬的量小於約0.5%。
感測器電極446與殼體410的外表面410b分開一間距，其中該間距可以包括殼體410的第二部分414處的至少殼體410的厚度。設計約束或者偏好可以影響感測器電極446與殼體410的外表面410b的間距。在一些實現方式中，該間距在約0.5毫米與約五毫米之間、在約0.75毫米與約四毫米之間，或者在約一毫米與約三毫米之間。
可以將感測器電極446放置在殼體410的內表面410a上，並與殼體410的第二部分414導電接觸。殼體410的第二部分414不與電容感測器440的接地電極導電接觸。感測器電極446的整體或一部分可以與殼體410的第二部分414導電接觸。殼體410的第二部分414可以從內表面410a延伸到殼體410的外表面 410b。這有效地將感測器電極446延伸到外表面410b，以增加電容感測器440能夠偵測到物件的靈敏度和範圍。
如上文論述的，電容感測器440能夠偵測到物件的靈敏度和範圍可能受到以下各項的限制：具有相對小的表面面積的感測器電極446、控制器430的具有相對低的時脈速率的處理器432，以及導致感測器電極446與殼體410的外表面410b之間的相對大的間距的殼體410的厚度。但是，感測器電極446與殼體410的第二部分414的部分導電材料導電接觸，藉由有效地將感測器電極446延伸到殼體410的外表面410b，來提高能夠偵測到物件的靈敏度和範圍。
圖5是根據一些實現方式的對具有殼體和位於殼體的內表面上的導電子組件的電子設備的示例性電容感測器的方塊圖表示。電子設備500包括控制器530、耦合到控制器530的電容感測器540、以及包圍電容感測器540和控制器530的殼體510。在一些實現方式中，圖5的電子設備500的態樣包括圖1的電子設備100及/或圖3A-3D的電子設備300的態樣中的一些態樣或全部態樣。電容感測器540包括充當具有導電表面的有效節點的感測器電極546。感測器電極546可以是能夠向電容充電的電容感測器540的電容器的一部分。在一些實現方式中，電容器包括接地節點或接地電極。
電容感測器540的感測器電極546的表面面積可以是相對小的。在一些實現方式中，感測器電極546的表面面積小於約625平方毫米、小於約400平方毫米、小於約225平方毫米、在約九平方毫米與約225平方毫米之間、在約五十平方毫米與約100平方毫米之間，或者在約二十平方毫米與約五十平方毫米之間。但是，應當理解的是，本案內容的電子設備500並不限於具有小的表面面積的感測器電極546，而是電子設備500可以包括具有大的表面面積的感測器電極546（其包括表面面積等於或大於約625平方毫米）。
在一些實現方式中，電容感測器540包括耦合到感測器電極546的電阻器544。例如，電阻器544可以與感測器電極546串聯地電連接。控制器530耦合到電容器和電阻器544，其中控制器530可以向具有電阻R的電阻器544施加脈衝或信號，以將電容器充電到有效電容C。圖5中的電阻器544的態樣可以與圖4中的電阻器444的態樣相同或相似，並且控制器530的態樣可以與圖4中的控制器430的態樣相同或相似。例如，電阻器544的電阻可以等於或大於約2x105 Ω、等於或大於約5x105 Ω、等於或大於約1x106 Ω，或者在約5x105 Ω與約1x107 Ω之間。但是，應當理解的是，在感測器電極面積較大的情況下，電阻器544的電阻可以較小。另外，控制器530的處理器532的時脈速率可以小於約600兆赫茲、小於約100兆赫茲或者小於約五十兆赫茲。例如，處理器532的時脈速率可以是大約十六兆赫茲或者大約三十二兆赫茲。在一些實現方式中，控制器530可以至少部分地基於當使電容感測器540通電時的電容器的電容充電速率，來決定電子設備500是否接觸或極為接近物件。但是，在一些其他實現方式中，電容感測器540可以包括硬體元件，該硬體元件用以至少部分地基於當使電容感測器540通電時的電容器的電容充電速率，來決定電子設備500是否接觸或極為接近物件。
在圖5中，殼體510將感測器電極546分開一間距。殼體510具有面向電容感測器540的內表面510a和與內表面510a相對並且面向外部環境的外表面510b。在一些實現方式中，殼體510將感測器電極546與外表面510b分開至少殼體510的厚度。在一些實現方式中，殼體510的內表面510a包圍電容感測器540。殼體510包括電絕緣材料（例如，非導電塑膠）。在一些實現方式中，殼體510由電絕緣材料組成或者基本上由電絕緣材料組成。在一些實現方式中，電絕緣材料在二十攝氏度下具有等於或大於約1x105 Ω-m、等於或大於約1x106 Ω-m、等於或大於約1x107 Ω-m、等於或大於約1x108 Ω-m、等於或大於約1x109 Ω-m，或者等於或大於約1x1010 Ω-m的電阻率。在一些實現方式中，在電絕緣材料中量測的電阻等於或大於約1x106 Ω、等於或大於約1x107 Ω、等於或大於約1x108 Ω、等於或大於約1x109 Ω、等於或大於約1x1010 Ω，或者等於或大於約1x1011 Ω。這可以是針對在100平方毫米的表面面積上具有一毫米厚度的殼體510來計算的。
可以將導電子組件516佈置在殼體510的內表面510a上。在一些實現方式中，導電子組件516可以包括金屬化塗層或其他導電塗層（例如，導電塗料）。金屬化塗層或其他導電塗層可以包括諸如石墨、銀、銅、金、鋁、鈦、鎢、鎳、鋅、鉑、鐵、錳或其組合之類的材料。在一些實現方式中，導電子組件516的材料在二十攝氏度下具有等於或小於約1x10-3 Ω-m、等於或小於約1x10-4 Ω-m、等於或小於約1x10-5 Ω-m、等於或小於約1x10-6 Ω-m，或者等於或小於約1x10-7 Ω-m的電阻率。
感測器電極546與殼體510的外表面510b分開一間距，其中該間距可以包括至少殼體510的厚度。應當理解的是，殼體510的厚度可以是非均勻的，並且因此殼體510的厚度可以指的是殼體510的最小厚度或者與直接在感測器電極546和外表面510b之間的殼體510的一部分對應的厚度。設計約束或偏好可能影響感測器電極546與殼體510的外表面510b的間距。在一些實現方式中，該間距在約0.5毫米與約五毫米之間、在約0.75毫米與約四毫米之間，或者在約一毫米與約三毫米之間。
可以將感測器電極546佈置在與導電子組件516導電接觸的導電子組件516上。感測器電極546的整體或一部分可以與導電子組件516導電接觸。導電子組件516的表面面積大於感測器電極546的表面面積。在一些實現方式中，導電子組件516的表面面積比感測器電極546的表面面積大至少五倍。這有效地增加了感測器電極546的表面面積或尺寸，以增加電容感測器540可以偵測物件的靈敏度和範圍。
電容感測器540能夠偵測物件的靈敏度和範圍可能受到以下各項的限制：具有相對小的表面面積的感測器電極546、控制器530的具有相對低的時脈速率的處理器532、以及導致感測器電極546與殼體510的外表面510b之間的相對大的間距的殼體510的厚度。但是，感測器電極546與佈置在殼體510的內表面510a上的導電子組件516接觸，藉由有效地增加感測器電極546的尺寸，來提高能夠偵測到物件的靈敏度和範圍。
圖6是根據一些實現方式的對具有殼體和至少部分地嵌入在殼體中的導電子組件的電子設備的示例性電容感測器的方塊圖表示。電子設備600包括控制器630、耦合到控制器630的電容感測器640、以及包圍電容感測器640和控制器630的殼體610。在一些實現方式中，圖6的電子設備600的態樣包括圖1的電子設備100和圖3A-3D的電子設備300的態樣中的一些或全部態樣。電容感測器640包括充當具有導電表面的有效節點的感測器電極646。感測器電極646可以是能夠向電容充電的電容感測器640的電容器的一部分。在一些實現方式中，該電容器包括接地節點或接地電極。
電容感測器640的感測器電極646的表面面積可以是相對小的。在一些實現方式中，感測器電極646的表面面積小於約625平方毫米、小於約400平方毫米、小於約225平方毫米、在約九平方毫米與約225平方毫米之間、在約五十平方毫米與約100平方毫米之間，或者在約二十平方毫米與約五十平方毫米之間。但是，應當理解的是，本案內容的電子設備600並不限於具有小的表面面積的感測器電極646，而是電子設備600可以包括具有大的表面面積的感測器電極646（其包括表面面積等於或大於約625平方毫米）。
在一些實現方式中，電容感測器640包括耦合到感測器電極646的電阻器644。例如，電阻器644可以與感測器電極646串聯地電連接。控制器630耦合到電容器和電阻器644，其中控制器630可以向具有電阻R的電阻器644施加脈衝或信號，以將電容器充電到有效電容C。圖6中的電阻器644的態樣可以與圖4中的電阻器444和圖5中的電阻器544的態樣相同或相似，並且控制器630的態樣可以與圖4中的控制器430和圖5的控制器530的態樣相同或相似。例如，電阻器644的電阻可以等於或大於約2x105 Ω、等於或大於約5x105 Ω、等於或大於約1x106 Ω，或者在約5x105 Ω與約1x107 Ω之間。另外，控制器630的處理器632的時脈速率可以小於約600兆赫茲、小於約100兆赫茲，或者小於約五十兆赫茲。例如，處理器632的時脈速率可以是大約十六兆赫茲或者大約三十二兆赫茲。在一些實現方式中，控制器630可以至少部分地基於當使電容感測器640通電時的電容器的電容充電速率，來決定電子設備600是否接觸或極為接近物件。但是，在一些其他實現方式中，電容感測器640可以包括硬體元件，該硬體元件用以至少部分地基於當使電容感測器640通電時的電容器的電容充電速率，來決定電子設備600是否接觸或極為接近物件。
在圖6中，殼體610將感測器電極646分開一間距。殼體610具有面向電容感測器640的內表面610a和與內表面610a相對並面向外部環境的外表面610b。在一些實現方式中，殼體610將感測器電極646分開至少殼體610的厚度。在一些實現方式中，殼體610的內表面610a包圍電容感測器640。殼體610包括電絕緣材料（例如，非導電塑膠）。在一些實現方式中，殼體610由電絕緣材料組成或者基本上由電絕緣材料組成。在一些實現方式中，電絕緣材料在二十攝氏度下具有等於或大於約1x105 Ω-m、等於或大於約1x106 Ω-m、等於或大於約1x107 Ω-m、等於或大於約1x108 Ω-m、等於或大於約1x109 Ω-m，或者等於或大於約1x1010 Ω-m的電阻率。在一些實現方式中，在電絕緣材料中量測的電阻等於或大於約1x106 Ω、等於或大於約1x107 Ω、等於或大於約1x108 Ω、等於或大於約1x109 Ω、等於或大於約1x1010 Ω，或者等於或大於約1x1011 Ω。這可以是針對在100平方毫米的表面面積上具有一毫米厚度的殼體610來計算的。
可以將導電子組件616佈置、定位、放置或者形成在殼體610的內部。在一些實現方式中，導電子組件616可以包括金屬片、金屬天線或者其他導電片。例如，衝壓金屬片可以被嵌入在注塑成型的塑膠中。可以使用一般的金屬注塑成型製程來將衝壓金屬片嵌入在殼體610中。在一些實現方式中，導電子組件616的材料在二十攝氏度下具有等於或小於約1x10-3 Ω-m，等於或小於約1x10-4 Ω-m、等於或小於約1x10-5 Ω-m、等於或小於約1x10-6 Ω-m，或者等於或小於約1x10-7 Ω-m的電阻率。殼體610中的金屬片、金屬天線或者其他導電片比感測器電極646更靠近殼體610的外表面610b。
感測器電極646與殼體610的外表面610b分開一間距，其中該間距可以包括至少殼體610的厚度。應當理解的是，殼體610的厚度可以是非均勻的，並且因此殼體610的厚度可以代表殼體610的最小厚度或者與直接在感測器電極646和外表面610b之間的殼體610的一部分對應的厚度。設計約束或偏好可能影響感測器電極646與殼體610的外表面610b的間距。在一些實現方式中，該間距在約0.5毫米與約五毫米之間、在約0.75毫米與約四毫米之間，或者在約一毫米與約三毫米之間。
感測器電極646可以電連接到至少部分地嵌入在殼體610中的導電子組件616。在一些實現方式中，導電子組件616進一步可以在殼體610中包括延伸到殼體610的內表面610a的金屬棒、金屬線或者其他導電片。感測器電極646可以被佈置在殼體610的內表面610a上，並電連接到導電子組件616。因為導電子組件616更靠近殼體610的外表面610b，因此感測器電極646被有效地延伸到更靠近外表面610b，以增加電容感測器640可以偵測到物件的靈敏度和範圍。在一些實現方式中，導電子組件616的表面面積大於感測器電極646的表面面積。這有效地增加了感測器電極646的表面面積或尺寸，以提高電容感測器640能夠偵測到物件的靈敏度和範圍。
電容感測器640可以偵測到物件的靈敏度和範圍可能受到以下各項的限制：具有相對小的表面面積的感測器電極646、控制器630的具有相對低的時脈速率的處理器632、以及導致感測器電極646與殼體610的外表面610b之間的相對大的間距的殼體610的厚度。但是，感測器電極646與被嵌入在殼體610中的導電子組件616電連接，藉由有效地將感測器電極646延伸到更靠近殼體610的外表面610b，來提高可以偵測物件的靈敏度和範圍。
結合本文揭示的實施例描述的各種說明性的邏輯區塊、模組、電路和演算法操作可以被實施成電子硬體、電腦軟體或二者的組合。為了清楚地說明硬體和軟體的此種可互換性，上文已經對各種說明性的元件、方塊、模組、電路和操作均圍繞其功能進行了整體描述。至於此種功能是被實施成硬體還是軟體，取決於特定的應用和對整體系統施加的設計約束。本領域技藝人士可以針對每個特定應用，以變通的方式實施所描述的功能，但是，此種實施決策不應當被解釋為導致背離各個實施例的範圍。
可以利用被設計為執行本文描述的功能的通用處理器、數位訊號處理器（DSP）、特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式閘陣列（FPGA）或其他可程式邏輯設備、個別閘門或者電晶體邏輯、個別硬體元件或者其任意組合，來實施或執行結合本文揭示的態樣描述的用於實施各種說明性的邏輯、邏輯區塊、模組和電路的硬體。通用處理器可以是微處理器，但是在替代方案中，該處理器可以是任何一般的處理器、控制器、微控制器或者狀態機。處理器亦可以被實施為計算設備的組合，例如，DSP和微處理器的組合、複數個微處理器、一或多個微處理器與DSP核心的結合，或者任何其他此種配置。替代地，一些操作或方法可以由特定於給定的功能的電路來執行。
各個實施例中的功能可以用硬體、軟體、韌體或其任意組合的方式來實施。若用軟體的方式來實施，則可以將功能儲存成非暫態電腦可讀取媒體或者非暫態處理器可讀取媒體上的一或多個指令或代碼。本文揭示的方法或演算法的操作，可以被體現在處理器可執行軟體模組中，後者可以常駐於非暫態電腦可讀取或處理器可讀取儲存媒體上。非暫態電腦可讀取或處理器可讀取儲存媒體可以是電腦或處理器能夠存取的任何儲存媒體。舉例而言（但並非限制），此種非暫態電腦可讀取或者處理器可讀取媒體可以包括RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存設備，或者能夠用於儲存具有指令或資料結構形式的期望的程式碼並能夠由電腦存取的任何其他媒體。如本文使用的，磁碟和光碟包括壓縮光碟（CD）、雷射光碟、光碟、數位多功能光碟（DVD）、軟碟和藍光光碟，其中磁碟通常磁性地再現資料，而光碟則用雷射來光學地再現資料。上述的組合亦被包括在非暫態電腦可讀取和處理器可讀取媒體的範圍之內。另外，一種方法或演算法的操作可以作為代碼及/或指令中的一個或者任意組合或集合，常駐於非暫態處理器可讀取媒體及/或電腦可讀取媒體上，其中該非暫態處理器可讀取媒體及/或電腦可讀取媒體可以被併入到電腦程式產品中。
提供對所揭示的實施例的先前描述，以使得本領域任何技藝人士能夠實現或者使用請求項。對於本領域技藝人士來說，對該等實施例的各種修改將是顯而易見的，並且本文定義的一般性原理可以在不脫離請求項的範圍的情況下被應用於其他實施例。因此，本案內容不意欲被限制到本文示出的實施例，而是要符合與所附申請專利範圍和本文揭示的原理和新穎性特徵相一致的最寬的範圍。
100‧‧‧電子設備
110‧‧‧殼體
120‧‧‧基座
130‧‧‧物件
200‧‧‧時序圖
201‧‧‧電池安裝
202‧‧‧高功率時鐘
204‧‧‧低功率時鐘
206‧‧‧全工作週期時鐘信號
208‧‧‧感測元件和無線通訊元件
210‧‧‧工廠模式
230‧‧‧偵測間隔
240‧‧‧貨架模式
241‧‧‧啟動偵測
250‧‧‧有效模式
300‧‧‧電子設備
302‧‧‧實現方式
310‧‧‧殼體
311‧‧‧天線
311a‧‧‧無線通訊鏈路
320‧‧‧無線通訊元件
330‧‧‧控制器
331‧‧‧記憶體
332‧‧‧處理器
340‧‧‧電容感測器
342‧‧‧電容器
344‧‧‧電阻器
344a‧‧‧節點
344b‧‧‧節點
345‧‧‧感測器
346‧‧‧導電表面
348‧‧‧導電表面
348a‧‧‧電極
348b‧‧‧電極
349‧‧‧上升時間
349a‧‧‧時間
349b‧‧‧時間
350‧‧‧電源
361‧‧‧電阻
363‧‧‧基極電容Cbase
364‧‧‧身體偵測電容Cbody_detect
365‧‧‧引腳驅動器
367‧‧‧引腳緩衝器
369‧‧‧開關
370‧‧‧遠端設備
372‧‧‧天線
400‧‧‧電子設備
410‧‧‧殼體
410a‧‧‧內表面
410b‧‧‧外表面
412‧‧‧第一部分
414‧‧‧第二部分
430‧‧‧控制器
432‧‧‧處理器
440‧‧‧電容感測器
444‧‧‧電阻器
446‧‧‧感測器電極
500‧‧‧電子設備
510‧‧‧殼體
510a‧‧‧內表面
510b‧‧‧外表面
516‧‧‧導電子組件
530‧‧‧控制器
532‧‧‧處理器
540‧‧‧電容感測器
544‧‧‧電阻器
546‧‧‧感測器電極
600‧‧‧電子設備
610‧‧‧殼體
610a‧‧‧內表面
610b‧‧‧外表面
616‧‧‧導電子組件
630‧‧‧控制器
632‧‧‧處理器
640‧‧‧電容感測器
644‧‧‧電阻器
646‧‧‧感測器電極
被併入本文並且構成本說明書的一部分的附圖，圖示請求項的示例性實施例，並且連同上文提供的概括描述以及下文提供的詳細描述一起用來解釋請求項的特徵。
圖1是根據一些實現方式的對包括殼體和基座的示例性電子設備的示意表示。
圖2是根據一些實現方式圖示在工廠模式、貨架模式和有效模式期間的電子設備的各種電子元件的功耗的時序圖。
圖3A是根據一些實現方式的對與遠端設備相通訊的示例性電子設備的方塊圖表示。
圖3B是根據一些實現方式的對與物件接近的示例性電子設備的方塊圖表示。
圖3C是根據一些實現方式的對具有用於電子設備的電容感測器的電路圖和時序圖的示例性電子設備的方塊圖表示。
圖3D是根據一些實現方式圖示示例性電子設備的電容感測器的操作的電路圖和時序圖。
圖4是根據一些實現方式的對具有殼體的電子設備的示例性電容感測器的方塊圖表示，其中該殼體具有至少部分導電的部分。
圖5是根據一些實現方式的對具有殼體和位於殼體的內表面上的導電子組件的電子設備的示例性電容感測器的方塊圖表示。
圖6是根據一些實現方式的對具有殼體和嵌入在殼體中的導電子組件的電子設備的示例性電容感測器的方塊圖表示。
各個附圖中的相同元件符號和指定表示相同的元件。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (22)

  1. 一種電子設備，包括： 一電容感測器，其包括具有至少一個感測器電極的一電容器； 一控制器，其被耦合到該電容感測器，其中該控制器被配置為至少部分地基於當使該電容感測器通電時的該電容器的一電容充電速率，決定該電子設備是否與一物件接觸或者極為接近；及 一殼體，其包圍該電容感測器並具有一內表面和與該內表面相對的一外表面，其中該殼體的至少一第一部分包括一電絕緣材料，並且該殼體的至少一第二部分包括一部分導電材料，其中該至少一個感測器電極與該殼體的該第二部分導電接觸並經由該殼體與該外表面分開。
  2. 如請求項1所述之電子設備，其中該至少一個感測器電極被佈置在該殼體的該內表面上。
  3. 如請求項1所述之電子設備，其中該電容感測器進一步包括： 一電阻器，其與該電容器串聯地電連接，其中該控制器被配置為向該電阻器施加一信號以使該電容感測器通電。
  4. 如請求項3所述之電子設備，其中該電阻器的一電阻比該殼體的該第二部分的該部分導電材料的一電阻大至少五倍。
  5. 如請求項3所述之電子設備，其中該殼體的該第二部分的該部分導電材料具有等於或小於1x105 Ω的一電阻，並且該電阻器具有等於或大於5x105 Ω的一電阻。
  6. 如請求項3所述之電子設備，其中該控制器進一步被配置為： 在使該電容感測器通電之後，從該電容感測器接收一信號；及 至少部分地基於該所接收的信號，決定該電子設備是否與該物件接觸或者極為接近。
  7. 如請求項1所述之電子設備，其中該控制器包括一處理器，該處理器具有小於約100兆赫茲的一時脈速率。
  8. 如請求項1所述之電子設備，其中該殼體的該第一部分的該電絕緣材料包括非導電塑膠。
  9. 如請求項1所述之電子設備，其中該殼體的該第二部分的該部分導電材料包括碳浸漬塑膠。
  10. 如請求項1所述之電子設備，其中該至少一個感測器電極與該殼體的該外表面分開一間距，該間距在約0.5毫米與約五毫米之間。
  11. 如請求項1所述之電子設備，其中該至少一個感測器電極具有在約九平方毫米與約225平方毫米之間的一表面面積。
  12. 如請求項1所述之電子設備，其中該至少一個感測器電極在該殼體的該第二部分處與該殼體的該外表面分開至少一厚度。
  13. 一種電子設備，包括： 一電容感測器，其包括具有至少一個感測器電極的一電容器； 一控制器，其被耦合到該電容感測器，其中該控制器被配置為至少部分地基於當使該電容感測器通電時的該電容器的一電容充電速率，決定該電子設備是否與一物件接觸或者極為接近； 一殼體，其包圍該電容感測器並具有一內表面和與該內表面相對的一外表面，其中該殼體包括一電絕緣材料，其中該至少一個感測器電極經由該殼體與該外表面分開；及 一導電子組件，其被佈置在該殼體的該內表面上並與該至少一個感測器電極導電接觸。
  14. 如請求項13所述之電子設備，其中該導電子組件具有比該至少一個感測器電極的一表面面積更大的一表面面積。
  15. 如請求項13所述之電子設備，其中該導電子組件是被塗覆在該殼體的該內表面上的一導電塗料。
  16. 如請求項13所述之電子設備，其中該電容感測器進一步包括： 一電阻器，其與該電容器串聯地電連接，其中該控制器被配置為向該電阻器施加一信號以使該電容感測器通電。
  17. 如請求項13所述之電子設備，其中該至少一個感測器電極具有在約九平方毫米與約225平方毫米之間的一表面面積，並且其中該至少一個感測器電極與該外表面分開一距離，該距離在約0.5毫米與約五毫米之間。
  18. 一種電子設備，包括： 一電容感測器，其包括具有至少一個感測器電極的一電容器； 一控制器，其被耦合到該電容感測器，其中該控制器被配置為至少部分地基於當使該電容感測器通電時的該電容器的一電容充電速率，決定該電子設備是否與一物件接觸或者極為接近； 一殼體，其包圍該電容感測器並具有一內表面和與該內表面相對的一外表面，其中該殼體包括一電絕緣材料，其中該至少一個感測器電極經由該殼體與該外表面分開；及 一導電子組件，其被至少部分地嵌入在該殼體中並電連接到該至少一個感測器電極。
  19. 如請求項18所述之電子設備，其中該導電子組件具有比該至少一個感測器電極的一表面面積更大的一表面面積。
  20. 如請求項18所述之電子設備，其中該導電子組件比該至少一個感測器電極更靠近該殼體的該外表面。
  21. 如請求項18所述之電子設備，其中該電容感測器進一步包括： 一電阻器，其與該電容器串聯地電連接，其中該控制器被配置為向該電阻器施加一信號以使該電容感測器通電。
  22. 如請求項18所述之電子設備，其中該至少一個感測器電極具有在約九平方毫米與約225平方毫米之間的一表面面積，並且其中該至少一個感測器電極與該外表面分開一距離，該距離在約0.5毫米與約五毫米之間。
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