TW202046077A - 用於高敏感性電容性感測應用之雙量測以及相關系統、方法及構件 - Google Patents

用於高敏感性電容性感測應用之雙量測以及相關系統、方法及構件 Download PDF

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Abstract

所揭示之具體例大體而言係關於一種用於電容感測之雙量測技術，及相關系統及方法。在一個具體例中，進行特徵為水分容忍度的一電容感測方法且進行特徵為鄰近容忍度的另一電容感測方法。在一個具體例中，特徵為水分容忍度的該方法為一驅動屏蔽自電容感測量測，且特徵為鄰近容忍度的該方法為一接地屏蔽自電容感測量測。

Description

用於高敏感性電容性感測應用之雙量測以及相關系統、方法及構件
[優先權主張]本申請案主張2019年1月16日申請之「用以在拒絕非預期鄰近致能時支持戴手套操作及水容忍度之自電容感測器之雙量測(DUAL MEASUREMENT OF SELF CAPACITANCE SENSORS TO SUPPORT GLOVED OPERATION AND WATER TOLERANCE WHILE REJECTING UNINTENDED PROXIMITY ACTIVATION)」的美國臨時專利申請案第62/793,003號之申請日之權益，且主張2019年4月8日申請之「用於高敏感性電容性感測應用之雙量測以及相關系統、方法及構件(DUAL MEASUREMENT FOR HIGH SENSITIVITY CAPACITIVE SENSING APPLICATIONS AND RELATED SYSTEMS, METHODS AND DEVICES)」的美國專利申請案第16/377,612號(申請中)之申請日之權益，其中之每一者之揭示內容特此以全文引用之方式併入本文中。
所揭示之具體例大體而言係關於電容性感測，且更具體而言，係關於用於高敏感性電容性感測應用之量測技術及相關系統、方法及構件。
典型觸控介面系統可併入有對緊密鄰近於觸控介面系統之接觸敏感性表面或與該接觸敏感性表面實體接觸之物件作出回應的觸控感測器(非限制性地例如電容性感測器及/或電阻性感測器)。此類回應可被捕獲及解譯以推斷關於該接觸之資訊，包括物件相對於觸控介面系統之方位。
與個人電腦(包括膝上型電腦)及用於平板電腦之鍵盤一起使用之觸控板通常併入有觸控介面系統或結合該觸控介面系統操作。顯示器通常包括併入有觸控介面系統之元件(通常而言，至少一觸控感測器)以使得使用者能夠與圖形使用者介面(GUI)及/或電腦應用程式交互的觸控螢幕。併入有觸控顯示器的構件之實施例包括可攜式媒體播放機、電視、智慧型電話、平板電腦、個人電腦及諸如智慧型手錶之可穿戴物(僅舉幾例)。另外，用於汽車、電器(例如烤箱、冰箱或洗衣機)、保全系統、自動櫃員機(ATM)、住宅環境控制系統及工業設備的控制面板可併入有具有顯示器及外殼的觸控介面系統，包括致能按鈕、滑件、滾輪及其他觸控元件。
取決於最終用途，觸控介面系統用於在暴露(非限制性地例如水、沙及/或蠟筆(crayon))、溫度及噪音方面變化之環境中。舉例而言，對於一些應用，觸控介面系統可能用於在-40至40攝氏度範圍內之溫度中，且因此需要設定此類觸控介面系統之敏感性，使得偵測到來自裸露及戴手套之手指的觸控。作為另一實施例，對於一些應用，觸控介面系統可能用於人們經過顯示器但目的不在於使用顯示器的區域中，因此需要拒絕無意中之鄰近偵測。考慮到不同敏感性及環境要求，對成功操作進行平衡有時係具有挑戰性的。
所揭示之具體例大體而言係關於一種用於電容感測之雙量測技術，及相關系統及方法。在一個具體例中，進行特徵為水分容忍度的一電容感測方法且進行特徵為鄰近容忍度的另一電容感測方法。在一個具體例中，特徵為水分容忍度的該方法為一驅動屏蔽自電容感測量測，且特徵為鄰近容忍度的該方法為一接地屏蔽自電容感測量測。
在以下實施方式中，參考隨附圖式，其構成本文的一部分且其中藉由圖示來顯示可實踐本揭示內容的特定例示性具體例。足夠詳細地描繪此等具體例以使得熟悉本技藝者能夠實踐本揭示內容。然而，在不脫離本揭示內容之範疇的情況下，可利用其他具體例且可進行結構性、材料及程序改變。
本文中所呈現之圖示並不意欲為任何特定方法、系統、構件或結構之實際視圖，而僅為用於描繪本揭示內容之具體例的理想化表示。本文中所呈現之圖式未必按比例繪製。各種圖式中之類似結構或組件可保留相同或類似編號以方便讀者；然而，編號之類似性不意謂結構或組件在大小、組成、組構或任何其他性質上必定相同。
吾人不難瞭解，如通常在本文中所描繪及在圖式中所例示之具體例之組件可以各種各樣不同組構來配置及設計。因此，各種具體例之以下描繪不意欲限制本揭示內容之範疇，而僅表示各種具體例。儘管具體例之各種態樣可在圖式中呈現，但圖式未必按比例繪製，除非具體地指示。
以下描繪可包括實施例以幫助熟悉本技藝者能夠實踐所揭示之具體例。術語「例示性」、「藉由實施例」及「例如」之使用意謂相關描繪為解釋性的，且儘管本揭示內容之範疇之目的在於涵蓋實施例及法定等效物，但此類術語之使用之目的不在於限制具體例或本揭示內容對指定組件、步驟、特徵、功能或其類似者之範疇。
因此，所顯示及描繪之具體實施方案僅為實施例且不應視為實施本揭示內容的唯一方式，除非本文中另外指定。元件、電路及功能可以方塊圖形式顯示，以便不在不必要細節上模糊本揭示內容。相反，所顯示及描繪之具體實施方案僅為例示性的且不應視為實施本揭示內容的唯一方式，除非本文中另外指定。另外，方塊定義及各種方塊之間的邏輯之分區為對具體實施方案之例示。將對熟悉本技藝者容易地顯而易見的是，本揭示內容可藉由眾多其他分區解決方案來實踐。在最大程度上，關於時序考慮因素及其類似者之細節已省略，其中此類細節對獲得本揭示內容之完整理解為不必要的且在熟悉本技藝者之能力內。
可使用各種不同技藝及技術中之任一者來表示本文中所描繪之資訊及信號。舉例而言，可藉由電壓、電流、電磁波、磁場或磁性粒子、光場或光學粒子或其任何組合來表示在整個描繪中可能參考之資料、指令、命令、資訊、信號、位元及符號。為了表現及描繪之清晰起見，一些圖式可將信號例示為單一信號。熟悉本技藝者應理解，信號可表示信號之匯流排，其中匯流排可具有各種位元寬度且本揭示內容可實施於包括單一資料信號之任何數目的資料信號上。
應理解，對使用諸如「第一」、「第二」等等之名稱的本文中之元件的任何參考不限制彼等元件之數量或次序，除非明確地陳述此類限制性。實情為，本文中使用此等名稱為為區分兩個或更多個元件或元件之實例的便利方法。因此，對第一及第二元件之參考不意謂僅可採用兩個元件或第一元件必須以某一方式先於第二元件。此外，除非另外陳述，否則一組元件可包含一或多個元件。同樣，有時以單數形式提及之元件亦可包括元件之一或多個實例。
如本文所使用，參考給定參數、性質或條件之術語「實質上」意謂且包括熟悉本技藝者將在一定程度上理解給定參數、性質或條件符合一較小程度之差異，諸如(例如)在可接受的製造容忍度內。作為實施例，取決於實質上符合之特定參數、性質或條件，可至少90%符合、至少95%符合或甚至至少99%符合參數、性質或條件。
結合本文中所揭示之具體例來描繪之各種例示性邏輯區塊、模組及電路可藉由經設計以進行本文中所描繪之功能的通用處理器、專用處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯構件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其任何組合來實施或進行。通用處理器(在本文中亦可稱為主機處理器或僅稱為主機)可為微處理器，但在替代例中，處理器可為任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器亦可實施為計算構件之組合，諸如DSP與微處理器之組合、複數個微處理器、結合DSP核心的一或多個微處理器或任何其他此類組構。包括處理器之通用電腦視為專用電腦，而通用電腦經組構以執行與本揭示內容之具體例相關的計算指令(例如軟體程式碼)。
此外，應指出，具體例可在描畫為流程圖(flowchart)、流程圖(flow diagram)、結構圖或方塊圖之程序的方面來描繪。儘管流程圖可描繪作為依序程序之操作動作，但此等動作中之諸多者可以另一順序、並行地或實質上同時地進行。此外，動作之次序可重新配置。程序可非限制性地對應於方法、線程、函數、過程、次常式及/或次程式。此外，本文中所揭示之方法可以硬體、軟體或兩者實施。若以軟體實施，則該等函數可作為一或多個指令或程式碼而儲存於電腦可讀媒體上或在該電腦可讀媒體上傳輸。電腦可讀媒體包括電腦儲存媒體及通信媒體兩者，該通信媒體包括有助於電腦程式自一處傳送至另一處之任何媒體。
如出於本揭示內容中所描繪之具體例之目的所理解，電容性感測器可對物件(諸如手指或觸控筆)與電容性感測器之接觸敏感性區域之接觸或物件與該接觸敏感性區域之鄰近而作出回應。在本揭示內容中，「接觸」及「觸控」意欲涵蓋物件與接觸敏感性區域(非限制性地例如電極或覆蓋電極或電極群組之一或多個覆層)之實體接觸及物件在接觸敏感性區域之鄰近內(而不實體接觸)之存在兩者。與電容性感測器之實際實體接觸並非必需要求的。
作為實施例，當物件接觸電容性感測器時，電容之改變可在接觸之方位處或靠近接觸之方位發生於電容性感測器內。類比獲取前端可「偵測」該接觸是否符合某一臨限值。「帶電然後傳送(Charge-then-transfer)」為實施於一些觸控獲取前端中以用於偵測電容性改變的技術，由此感測電容器回應電容之改變而帶電(例如帶電更快或更慢)且經由多個電荷傳送循環將電荷傳送至積分電容器。與此帶電傳送相關聯之電荷量可藉由類比至數位轉換器(ADC)而轉換為數位信號，且數位控制器可處理彼等數位信號(通常稱為「增量計數」或僅稱為「增量」)以判定量測值及物件是否接觸了感測器。
自電容感測器(在本文中亦稱為「自cap感測器」)為對對地電容之改變作出回應的電容場感測器。其通常以對觸控獨立地進行反應的列及行之陣列佈置。作為非限制性實施例，自cap感測器可包括採用反覆性帶電然後傳送循環的電路，該等循環使用具有浮動端的常見積體CMOS推挽驅動器電路。
互電容感測器為偵測兩個電極(驅動電極及感測電極)之間的電容之改變/對該等改變作出回應的電容場感測器。驅動器與感測線之每一交叉點處之驅動電極及感測電極對形成電容器。自電容及互電容技術可用於同一觸控介面系統中，且彼此互補，例如，自電容可用以證實使用互電容偵測到之觸控。
實施例觸控感測器可以2維(2-D)配置覆疊以用於可併入至例如觸控板或顯示螢幕之接觸敏感性表面中之2-D接觸敏感性表面，且可有助於與相關聯電器之使用者交互。絕緣保護層(非限制性地例如樹脂、玻璃及/或塑料)可用以覆蓋觸控感測器且在本文中可稱為「覆層」。如本文中所使用，「觸控顯示器」為併入有2-D觸控感測器之顯示器(諸如液晶顯示器(LCD)、薄膜電晶體(TFT) LCD或發光二極體(LED)顯示器)。
使用觸控螢幕感測器(其使用採用帶電傳送技術的互電容感測器之矩陣感測器途徑)之實施例，驅動電極可在基板之一側上以列延伸且感測電極可在基板之另一側上以行延伸，以便限定N乘M個節點之「矩陣」陣列。每一節點對應於驅動電極之導電線與感測電極之導電線之間的交叉點。驅動電極同時驅動給定列中之全部節點且感測電極感測給定行中之全部節點。節點位置處之驅動電極及感測電極之電容性耦接(互電容)或感測電極及接地之耦接(自電容)可響應於指示觸控事件之電容性改變而分別量測或量測兩者。舉例而言，若驅動信號應用於列2之驅動電極且行3之感測電極為活動的，則節點位置為：列2，行3。節點可藉由貫穿驅動及感測電極之不同組合定序來掃描。在一個模式中，驅動電極可依序驅動，而感測電極均持續監視。在另一模式中，每一感測電極可依序取樣。
作為非限制性實施例，觸控處理器及觸控獲取電路可為微控制器、數位邏輯電路及/或可組構狀態機，其可經組構以控制驅動電極且分析觸控感測器上之電容性效應(非限制性地例如自量測到之通道電容及/或絕對通道電容之改變偵測到)。包括微控制器之積體電路(IC)封裝可提供輸入及輸出接腳以與主機通信；以及提供韌體以結合各種具體例進行技術及操作，包括本文中所描繪之技術及操作。可藉由本揭示內容之各種具體例來使用之微控制器的例子包括周邊裝置介面微控制器、基於ARM之微控制器、及AVR-8及32位元微控制器。
自cap感測器有時是以「接地屏蔽」來實施以隔離觸控感測器與電磁干擾(EMI)源，且透過場整形為觸控感測器提供方向性(亦即，防止後側致能)。在結構上，接地屏蔽涉及在電極後方或周圍定位接地屏蔽(通常為接地導電材料)以含有自電極發出之電場。
接地屏蔽有時用於要求低敏感性(亦即，對接近表面之物件作出回應的要求)之觸控感測器應用。更具體而言，例如，接地屏蔽通常藉由含有發出之電場來降低敏感性，使得其接近介電覆層。陳述另一方式，接地屏蔽減小電場之投影且因此減小其鄰近可偵測到之(例如與覆層之)距離範圍。本文中，減小電場之投影亦可稱為減小電場之「強度」。含有電場使得能夠在減少不合需要之鄰近偵測(亦即，比可接受距離更遠地遠離觸控感測器之偵測)時感測(可接受通常係基於對具體應用之要求來限定)。接地屏蔽減小電場之投影(且減小電場之強度)，且因此減小可能經歷鄰近偵測之距離範圍。
然而，接地屏蔽感測器仍可能自外來物件(諸如觸控感測器上之水分)偵測無效觸控。作為進一步解釋，已知至少兩個電容性耦接因實施接地屏蔽之自cap感測器而發生。第一電容性耦接為地迴路(earth return)且為：通常用於偵測自cap量測之電容性改變的電極至手指至接地(亦稱為「自由空間」)路徑。第二電容性耦接稱為接地迴路(ground return)且為：電極至手指至接地屏蔽至接地路徑。水分不產生地迴路路徑之電容性耦接，然而，其可能產生接地迴路路徑之電容性耦接且電荷可能被牽引下第二路徑，且因此對於觸控處理器而言，無法區分水分與手指。換言之，基於觸控感測器上之水分，可能偵測到無效觸控。因此，儘管接地屏蔽感測器具有減小投影及減小鄰近效應(例如不合需要之鄰近偵測)之益處，但其在感測器上存在水分時易於偵測無效觸控。
自cap感測器有時是以「驅動屏蔽」來實施以隔離觸控感測器與電磁干擾(EMI)源，為觸控感測器提供方向性，及/或提高對諸如水分之外來物件的容忍度。驅動屏蔽之典型實施例係在活動電極後方或周圍併入有活動屏蔽(亦即導電材料)以針對感測器之所有其他電極或相鄰電極之子集持續追蹤(亦即，驅動至相同電壓電位)感測電極及驅動電極電壓電位。驅動屏蔽技術之效應為不存在或存在無影響之自感測器至水分至屏蔽的電容性耦接，且因此不會將水分偵測為觸控。在存在觸控同時水分在感測器上之情況下，感測器所生成之大多數(若非全部)可用場係耦接至手指，從而增大對感測器之影響，藉此增大敏感性及信雜比(SNR)。值得注意的是，圍繞觸控感測器之電場可投影得更遠，從而允許緊密鄰近感測器(亦即，偵測接近但不實體地觸控感測器之物件觸控的感測器)之設計。然而，增大之電場的投影可能導致非預期的鄰近偵測，尤其在高敏感性應用中。
圖1A、1B及1C顯示自實施例觸控感測器發出之電場。圖1A顯示隔離感測器(亦即，不實施屏蔽)，圖1B顯示接地屏蔽感測器，且圖1C顯示驅動屏蔽感測器。在圖1A、1B及1C中之每一者中，以來自觸控感測器之實線箭頭顯示電場及其方向性。以若干箭頭顯示電場之強度，因此，自感測器102發出之電場103 (圖1B)係弱於自感測器100發出之電場101 (圖1A)及自感測器104發出之電場105 (圖1C)兩者。
本揭示內容之發明者瞭解，接地屏蔽技術及驅動屏蔽技術均不單獨適合於要求高敏感性、減小之電場投影及水分拒絕的應用。本揭示內容之發明者瞭解對可用於諸多應用(包括要求鄰近偵測拒絕及水分拒絕之高敏感性應用)之觸控處理器之需要。
因此，本揭示內容之一或多個具體例大體而言係關於雙觸控量測感測技術，且更具體而言，係關於使用結合水分拒絕技術之鄰近拒絕技術來偵測觸控。在一個具體例中，(i)使用驅動屏蔽自cap量測(在本文中亦稱為「驅動屏蔽自cap模式」)或(ii)使屏蔽接地且接著使用自cap量測(在本文中亦稱為「接地屏蔽自cap模式」)來進行第一量測；且接著使用驅動屏蔽自cap模式或接地屏蔽自cap模式中之另一者來進行第二量測。若兩者量測均偵測觸控，則偵測到觸控。
圖2顯示根據本揭示內容之一或多個具體例之用於雙觸控量測感測的程序200。在操作201中，啟用驅動屏蔽自cap感測模式。驅動屏蔽自cap感測模式可與實施驅動屏蔽之自cap感測技術(包括本文中所描繪之彼等技術)相關聯。在操作202中，進行驅動屏蔽自cap感測操作。在操作203中，判定驅動屏蔽自cap感測操作之感測結果。感測結果可為例如指示偵測到觸控或未偵測到觸控之值。就偵測到觸控之感測結果而言，亦可儲存觸控之方位。舉例而言，就觸控顯示器而言，若在操作202期間偵測到觸控，則亦可儲存對應於觸控顯示器上之偵測到觸控的實體方位之座標的方位資訊。在操作204中，啟用接地屏蔽自cap感測模式。在一或多個具體例中，啟用接地屏蔽自cap感測模式可包括使感測器之屏蔽接地及啟用自cap感測模式。此自cap感測模式可與不包括使用驅動屏蔽的自cap感測技術相關聯。在操作205中，進行接地自cap感測操作。在一或多個具體例中，進行接地屏蔽自cap感測操作可包括進行自cap感測技術。在操作206中，判定接地自cap感測操作之感測結果。感測結果可指示偵測到觸控或未偵測到觸控，且若偵測到觸控，則可包括與偵測到之觸控相關聯的方位資訊。在操作207中，回應於第一結果及第二結果而判定觸控結果。在一個具體例中，若驅動屏蔽自cap感測操作之感測結果及接地屏蔽自cap感測操作之感測結果均為偵測到觸控，則觸控結果為偵測到觸控。另外，若驅動屏蔽自cap感測操作之感測結果或接地屏蔽自cap感測操作之感測結果任一者為未偵測到觸控，則觸控結果為未偵測到。在一個具體例中，若驅動屏蔽自cap感測操作之感測結果及接地屏蔽自cap感測操作之感測結果均為偵測到相同方位資訊之觸控，則觸控結果為偵測到觸控，且若驅動屏蔽自cap感測操作之感測結果或接地屏蔽自cap感測操作之感測結果任一者為未偵測到相同方位資訊之觸控，則觸控結果為未偵測到。
圖3顯示根據本揭示內容之一或多個具體例之經組構用於雙量測感測技術的觸控介面系統300的例子。在一或多個具體例中，觸控介面系統300可包括電容性感測器301、獲取電路302及觸控處理器303。大體而言，觸控處理器303可經組構以偵測諸如電容性感測器301之觸控感測器處的觸控。在一或多個具體例中，觸控處理器303可包括接地屏蔽自cap感測模組304及驅動屏蔽自cap模組305。觸控處理器303可經組構以回應由接地屏蔽自cap感測模組304及驅動屏蔽自cap模組305產生之結果(亦即，偵測觸控)而偵測電容性感測器301處的觸控。
大體而言，接地屏蔽自cap感測模組304可經組構用於進行一或多種接地屏蔽自cap感測技術，包括本文中所描繪之彼等技術。大體而言，驅動屏蔽自cap模組305可經組構用於進行一或多種驅動屏蔽自cap感測技術，包括本文中所描繪之彼等技術。儘管圖3中僅顯示接地屏蔽自cap感測模組304及驅動屏蔽自cap模組305，但具體地預期觸控處理器303可經組構以進行其他電容性感測技術。作為實例，觸控處理器303可包括用於進行互電容性感測操作之互cap感測模組，且雙量測感測技術可用以證實互電容性感測模組之結果，例如，證實使用互電容性感測對觸控之偵測。
圖4A、4B、5A及5B顯示根據本揭示內容之一或多個具體例之例如觸控感測電路的雙量測感測操作。圖4A及4B顯示在觸控感測器之電極上不具有有效觸控及水的情況下之雙量測感測操作的例子。圖5A及5B顯示在具有藉由手指之有效觸控的情況下之雙量測感測操作的例子。
在圖4A及4B中所顯示之具體例中，觸控感測電路系統400包括觸控感測器401及操作性地耦接至觸控感測器401之觸控控制器405。在一或多個具體例中，觸控感測器401包括導電結構404、基板材料402，及背面導電材料403A及正面導電材料403B。基板材料402可為例如任何絕緣材料，包括諸如印刷電路板(PCB)材料(非限制性地例如FR4、CEM-1、聚醯胺(Polyamite)及開普頓(Kapton))之低損耗基板、諸如聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)及聚碳酸酯之丙烯酸系聚合物，及/或玻璃。
在一或多個具體例中，導電結構404可為例如藉由基板材料402上之導電填充物形成之電極。導電結構404可為例如銅、碳、銀墨、奧加康(Orgacon)( TM ) 、經氧化銦錫(ITO)塗佈之玻璃，及/或特徵為實質上1 kΩ/sq電阻率的適合之導電材料，使得RC時間常數可受控。
在一或多個具體例中，背面導電材料403A及正面導電材料403B可裝設於基板材料402之相對側上。背面及/或正面導電材料403A及/或403B可在平行平面內延伸。在一或多個具體例中，可存在裝設於基板材料402之外側上的額外導電材料。背面導電材料403A及正面導電材料403B可接合或藉由此類額外外側材料而為連續的。
在一或多個具體例中，背面導電材料403A可相對於基板材料402及導電結構404配置，以有助於自導電結構404投影之電場之方向性。在一個具體例中，背面導電材料403A可與基板材料402之底部表面(其與導電結構404相對)共平面定位，使得自導電結構404投影之電場在與背面導電材料403A相對的方向上更遠地投影，或換言之，使得背面導電材料403A阻擋(或減小)電場自導電結構404在自觸控感測器401之表面朝著背面導電材料403A之方向上的投影。
在一或多個具體例中，正面導電材料403B可相對於基板材料402配置，以進一步提供方向性及/或隔離觸控感測器401與其他附近之感測器或電子件。正面導電材料403B可限定一或多個開口(顯示於圖4A及4B中，但未標記)以有助於電場自導電結構/電極404投影。
在一或多個具體例中，大體而言，觸控控制器405可經組構以進行根據本揭示內容之一或多個具體例之雙量測技術。作為實例，觸控控制器405可實施圖3中所顯示之觸控處理器303、接地屏蔽自cap感測模組304及驅動屏蔽自cap模組305。在圖4A、4B中所顯示之實施例中，觸控控制器405藉由一或多個導電線操作性地耦接至觸控感測器401，更具體而言，觸控控制器405藉由感測線407操作性地耦接至導電結構/電極404，且藉由屏蔽線406操作性地耦接至導電材料403A、403B。
圖4A顯示在水分420存在於導電結構/電極404處且水分420與導電材料403A、403B之間存在電容性耦接421時在雙量測感測操作中之第一量測期間的觸控感測電路系統400。在參考圖4A及4B所論述之具體例中，第一量測為驅動屏蔽自cap量測且第二量測為接地自cap量測，但本揭示內容之具體例不要求驅動屏蔽自cap量測及接地屏蔽自cap量測以具體次序進行。因此，在第一量測期間，觸控控制器405將驅動屏蔽信號409提供至導電材料403A、403B，且使得導電材料403A、403B具有驅動屏蔽電壓。
在一個具體例中，觸控控制器405將驅動屏蔽信號409同步(亦即，追蹤電壓電位)至導電結構/電極404上之一或多個量測信號410。量測信號410指示觸控感測器401之電容改變，且經由感測線407而被觸控控制器405接收及儲存。由於驅動屏蔽信號409，電容性耦接421被阻擋或至少未有助於自cap量測，因此歸因於導電結構/電極404處之水分420，觸控控制器405未偵測到觸控。
值得注意的是，用於追蹤與附近感測器相關之電壓以便提供驅動屏蔽的額外信號線亦可包括於觸控感測電路系統400中(圖5A及5B)，但僅為了提高清晰度而在此論述中省略。
圖4B顯示在水分420存在於導電結構/電極404處且水分420與導電材料403A、403B之間存在電容性耦接421時在雙量測感測操作中之第二量測期間的觸控感測電路系統400。第二量測為接地自cap屏蔽量測，且因此觸控控制器405經由屏蔽線406將接地電壓411提供至導電材料403A、403B，且使得導電材料403A、403B具有等於接地之電壓電位。回應在感測線407上接收到且由觸控控制器405所儲存之量測信號410而進行量測。此處，由於已解釋之原因，藉由觸控控制器405偵測到作為觸控的電容性耦接421。因此，接地屏蔽自cap量測之結果為對無效觸控之偵測。
一旦觸控控制器405已完成兩個量測，則觸控控制器405判定是否發生觸控。在此實施例中，未藉由驅動屏蔽自cap量測偵測到觸控且藉由接地自cap量測偵測到觸控，因此觸控控制器405之雙量測邏輯由於兩個量測結果不相同而判定無觸控發生，且觸控控制器405未偵測到觸控。
圖5A及5B顯示在雙量測感測操作期間的觸控感測電路系統400，其中手指422接觸觸控感測器401。值得注意的是，自cap驅動屏蔽量測及接地屏蔽自cap量測均偵測到觸控，因此觸控控制器405偵測到觸控，且在此情況下，其為有效觸控。
在觸控控制器405實施為微控制器之具體例中，感測線407及屏蔽線406中之一或多者可操作性地耦接至微控制器之通用輸入/輸出(GPIO)接腳或周邊裝置輸入/輸出(I/O)接腳，且接地屏蔽自cap感測模組304及驅動屏蔽自Cap模組305可以微控制器之韌體實施。在一個具體例中，觸控控制器405可包括用於將接地信號提供至GPIO接腳的內部電路，且因此可使用此類內部電路來將接地電壓提供至導電材料403A、403B。
本揭示內容之一或多個具體例大體而言係關於一種校準用於針對低及高敏感性應用的雙量測感測之觸控處理器之方法。驅動屏蔽自cap量測及接地屏蔽自cap量測在各種條件下進行，一些條件要求高敏感性，一些條件要求更低敏感性，且均在存在或不存在水分之情況下。由於電容性耦接之強度與帶電傳送之增量計數成比例，故增量計數可用以判定用於偵測觸控的臨限值或臨限值範圍。
圖6顯示用於自cap接地量測(亦即，接地自cap量測)及驅動屏蔽自cap量測之增量計數之圖表600。對於每一增量計數，以使用無手套、輕便手套及厚重手套與觸控感測器上方之前面板層的直接實體接觸來取得測試量測值。亦使用裸露手指(亦即，無手套)在離觸控感測器3 mm及5 mm處取得測試量測值。在此實施例中，3 mm及5 mm係自觸控感測器上方之一或多個前面板層之外部表面量測。
在圖6所顯示之實施例中，將線603選擇為用於接地自cap量測之偵測臨限值，此係由於無手套、輕便手套及厚重手套具有足夠強之電容性耦接，但在3 mm及5 mm處電容性耦接低於由線603限定之臨限值。將線604選擇為用於接地屏蔽自cap量測之偵測臨限值，此係由於無手套、輕便手套及厚重手套具有足夠強之電容性耦接，但在5 mm處電容性耦接低於由線604限定之臨限值。在3 mm鄰近處時，將由驅動屏蔽自cap量測偵測到觸控；其將不會被接地屏蔽自cap量測偵測到，因此將不會被根據所揭示之具體例的雙量測偵測到。
在一些具體例中，為校準用於雙量測之觸控處理器，一些自cap量測值可用於資訊性目的或根本不取得。在用於校準用於雙量測之觸控處理器的其他具體例中(例如，較不擔心電場之投影的具體例)，可在取得測試量測值之後進行是否使用接地自cap量測或自cap量測以用於雙量測中之一者的判定。
一旦選擇臨限值603及604，則其可儲存於觸控處理器(例如圖3之觸控處理器303)處且分別用於偵測接地自cap量測及驅動屏蔽自cap量測之觸控。
圖7顯示根據本揭示內容之一或多個具體例之用於雙觸控量測感測之例子的時序圖。圖7中所顯示的是屏蔽線701、活動感測線702、其他感測線703及觸控輸出704處之電壓位準。顯示雙觸控量測感測操作之三個階段的電壓位準：自cap屏蔽感測階段705、接地自cap感測階段706及後處理階段707。在此實施例中，分別在階段705及706期間在活動感測線702處所量測之708及709處的電壓位準改變指示觸控感測器處之接觸。在自cap屏蔽感測階段705期間，屏蔽線701及其他感測線703藉由信號驅動以匹配活動感測線702，同時獲取量測值。在接地自cap感測階段706期間，屏蔽線701驅動至接地且其他感測線703驅動至接地或Vdd (在圖7之實施例中，驅動至Vdd)。在後處理階段707期間，分析(未顯示)在階段705及706期間進行之量測以偵測觸控，且觸控輸出704驅動至高電壓位準710以指示偵測到觸控。
本說明書中之功能性描繪中之諸多者可例示、描繪或標記為模組、線程、步驟或程式碼之其他分離(segregation)，包括韌體，以便更特定地強調其實施獨立性。模組可至少部分地以硬體、以一種形式或另一形式實施。舉例而言，模組可實施為硬體電路，該硬體電路包含定製VLSI電路或閘陣列、現成的半導體，諸如邏輯晶片、電晶體或其他離散組件。模組亦可實施於可程式化硬體構件中，諸如場可程式化閘陣列、可程式化陣列邏輯、可程式化邏輯構件或其類似者中。
模組亦可使用儲存於供各種類型的處理器執行的實體儲存構件(例如電腦可讀儲存媒體)上、記憶體中或其組合之軟體或韌體來實施。
可執行程式碼之經識別模組可例如包含電腦指令之一或多個實體或邏輯區塊，其可例如組織為線程、物件、過程或函數。然而，經識別模組之可執行體可不必實體上座落在一起，而是可包含儲存於不同方位中之截然不同指令，其在邏輯地接合在一起時包含模組且達成模組之所陳述目的。
實際上，可執行程式碼之模組可為單一指令或諸多指令，且可分佈於若干不同程式碼區段上、不同規劃當中且跨越若干儲存或記憶體構件。類似地，可在本文中於模組內識別及例示操作資料，且可以任何適合形式體現及於任何適合類型之資料結構內進行組織。操作資料可收集為單一資料集，或可分佈於不同方位上，包括不同儲存構件上，且可至少部分地僅作為電子信號而存在於系統或網路上。在模組或模組之部分以軟體實施之情況下，軟體部分儲存於一或多個實體構件上，該一或多個實體構件在本文中稱為電腦可讀媒體。
在一些具體例中，軟體部分以非暫時性狀態儲存，使得軟體部分或其表示在同一實體方位中存留一段時間。另外，在一些具體例中，軟體部分儲存於一或多個非暫時性儲存構件上，該一或多個非暫時性儲存構件包括能夠儲存表示軟體部分之非暫時性狀態及/或信號的硬體元件，但非暫時性儲存構件之其他部分可能能夠改變及/或傳輸信號。非暫時性儲存構件之實施例為快閃記憶體及隨機存取記憶體(RAM)。非暫時性儲存構件之另一實施例包括唯讀記憶體(ROM)，其可將表示軟體部分的信號及/或狀態儲存一段時間。然而，儲存信號及/或狀態的能力未因傳輸與所儲存信號及/或狀態相同或表示所儲存信號及/或狀態的信號之另外功能性而減弱。舉例而言，處理器可存取ROM以獲得表示所儲存信號及/或狀態的信號，以便執行對應軟體指令。
儘管結合一或多個具體例描繪了水分拒絕及鄰近拒絕，但此描繪不意欲要求100%水分拒絕及/或100%鄰近拒絕。換言之，本揭示內容涵蓋具有水分拒絕及鄰近拒絕容忍度之範圍的具體例及其法定等效物，該範圍包括小於100%水分拒絕及小於100%鄰近拒絕。
某物在本揭示內容中之任何表徵為「典型」、「習知」或「已知」不一定意謂其在先前技術中揭示或所論述之態樣在先前技術中瞭解。其亦不一定意謂該物在相關領域中普遍地已知、易於理解或常規地使用。
儘管本揭示內容已在本文中關於某些所例示具體例而描繪，但熟悉本技藝者將認識到及瞭解，本發明不限於此。實情為，可在不脫離如下文中所主張之本發明之範疇之情況下對所例示及描繪之具體例以及其法定等效物進行諸多添加、刪除及修改。此外，來自一個具體例之特徵可與另一具體例之特徵組合，同時仍在如由發明者所預期之本發明的範疇內。
本揭示內容之額外非限制性具體例包括：
具體例1：一種電容性感測電路，其包含：一感測器，其包含電極及用於該等電極之屏蔽，該感測器經組構以回應該感測器處或其附近之電容性改變而產生可量測信號；及一觸控控制器，其經組構以回應使用該等可量測信號所進行之電容性感測量測而偵測一觸控，其中，該等電容性感測量測包含：一驅動屏蔽自電容感測量測，其包含將一驅動屏蔽信號提供至該感測器之該屏蔽之至少部分；及一接地屏蔽自電容感測量測，其包含將一接地信號提供至該感測器之該屏蔽之至少部分及進行一自電容感測量測。
具體例2：如具體例1中任一例之電路，其中，用於該等電極之該屏蔽中之一第一屏蔽包含：一背面導電材料；及一正面導電材料，其中，該背面導電材料及該正面導電材料在平行平面內延伸。
具體例3：如具體例1及2中任一例之電路，其中該第一屏蔽進一步包含導電材料，該等導電材料裝設於該背面導電材料及該正面導電材料之外側處。
具體例4：如具體例1至3中任一例之電路，其中，該第一屏蔽係相對於該等電極配置，以有助於自該等電極投影之電場之方向性。
具體例5：如具體例1至4中任一例之電路，其中，該屏蔽係相對於該等電極配置，使得自該等電極投影之電場在一第一方向上比在與該第一方向實質上相對的一第二方向上延伸得更遠。
具體例6：如具體例1至5中任一例之電路，其中，該觸控控制器經組構以回應該驅動屏蔽自電容感測量測及該接地屏蔽自電容感測量測而提供指示一觸控的一信號。
具體例7：如具體例1至6中任一例之電路，其中，該觸控控制器經組構以：將該驅動屏蔽信號提供至一屏蔽線，該屏蔽線操作性地耦接至該感測器之該屏蔽之該至少部分；將該驅動屏蔽信號提供至該感測器之不活動感測線；及量測該感測器之一活動感測線處之第一可量測信號。
具體例8：如具體例1至7中任一例之電路，其中，在量測該活動感測線處之該等第一可量測信號之後，該觸控控制器經組構以：將一接地信號提供至該屏蔽線；將一接地或供應電壓信號提供至該感測器之該等不活動感測線；及量測該感測器之該活動感測線處之第二可量測信號。
具體例9：一種觸控處理器，其包含：一接地屏蔽自電容感測模組，其經組構以在將一接地信號提供至一觸控感測器之一電極之一屏蔽之後進行一自電容感測量測；及一驅動屏蔽自電容感測模組，其經組構以在將一驅動屏蔽提供至該觸控感測器之該電極之該屏蔽時進行一自電容感測量測。
具體例10：如具體例9中任一例之觸控處理器，其中：該接地屏蔽自電容感測模組經組構以回應大於一第一臨限值的第一量測值而偵測一第一觸控；該驅動屏蔽自電容感測模組經組構以回應大於一第二臨限值的第二量測值而偵測一第二觸控；且該觸控處理器經組構以回應偵測到之第一觸控及偵測到之第二觸控而報告一觸控。
具體例11：如具體例9及10中任一例之觸控處理器，其中，該第一臨限值經選擇以降低對鄰近觸控的易感性且該第二臨限值經選擇以降低對水分觸控的易感性。
具體例12：如具體例9至11中任一例之觸控處理器，其中，該處理器經組構以回應該接地屏蔽自電容感測模組及該驅動屏蔽自電容感測模組中之一者偵測一觸控且另一者未偵測一觸控而不報告一觸控。
具體例13：一種雙量測感測方法，其包含：進行一驅動屏蔽自電容感測操作；回應所進行之該驅動屏蔽自電容感測操作而判定一第一感測結果；進行一接地屏蔽自電容感測操作；回應所進行之該接地屏蔽自電容感測操作而判定一第二感測結果；及回應該第一感測結果及該第二感測結果而判定一觸控結果。
具體例14：如具體例13中任一例之方法，其中，該判定該第一感測結果包含：回應所進行之該驅動屏蔽自電容感測操作而接收所獲取的第一量測值；比較該等第一量測值與一第一臨限值；及回應該等第一量測值而判定該第一感測結果。
具體例15：如具體例13及14中任一例之方法，其中，該判定該第二感測結果包含：回應所進行之該接地屏蔽自電容感測操作而接收所獲取的第二量測值；比較該等第二量測值與一第二臨限值；及回應該等第二量測值而判定該第二感測結果。
具體例16：如具體例13至15中任一例之方法，其中，該判定該觸控結果包含：回應均對應於一觸控的該第一感測結果及該第二感測結果而偵測一觸控。
具體例17：一種電容性感測系統，其包含：一感測器，其包含電極及感測線；一獲取電路，其操作性地耦接至該等感測線；及一觸控處理器，其操作性地耦接至該獲取電路及該感測器，該觸控處理器經組構以回應一第一電容性感測量測及一第二電容性感測量測而偵測一觸控，其中，該第一電容性感測量測及該第二電容性感測量測中之一者之特徵為水分容忍度且該第一電容性感測量測及該第二電容性感測量測中之另一者之特徵為鄰近偵測容忍度。
具體例18：如具體例17之系統，其中，特徵為水分容忍度的該第一電容性感測量測及該第二電容性感測量測中之該一者為一驅動屏蔽電容性感測量測。
具體例19：如具體例17及18中任一例之系統，其中，特徵為鄰近容忍度的該第一電容性感測量測及該第二電容性感測量測中之該一者為一接地屏蔽電容性感測量測。
具體例20：如具體例17至19中任一例之系統，其中，該感測器進一步包含屏蔽，該屏蔽經配置以有助於自該等電極投影之電場之方向性。
100,102,104:感測器 101,103,105:電場 200:程序 201,202,203,204,205,206,207:操作 300:觸控介面系統 301:電容性感測器 302:獲取電路 303:觸控處理器 304:接地屏蔽自cap感測模組 305:驅動屏蔽自cap模組 400:觸控感測電路系統 401:觸控感測器 402:基板材料 403A:背面導電材料 403B:正面導電材料 404:導電結構 405:觸控控制器 406,701:屏蔽線 407:感測線 409:驅動屏蔽信號 410:量測信號 411:接地電壓 420:水分 421:電容性耦接 422:手指 600:圖表 603,604:線 702:活動感測線 703:其他感測線 704:觸控輸出 705:自cap屏蔽感測階段 706:接地自cap感測階段 707:後處理階段 708,709:電壓位準 710:高電壓位準
根據結合隨附圖式之詳細描繪，本揭示內容之各種具體例之目的及優點對熟悉本技藝者將是顯而易見的。本專利或申請案檔案含有至少一張彩製圖。在申請且支付必要費用後，專利局將提供具有彩色圖式的本專利或專利申請公開案的複本。
圖1A、1B及1C顯示自隔離感測器、接地屏蔽感測器及驅動屏蔽感測器投影之電場之實施例；
圖2顯示根據本揭示內容之一或多個具體例之用於雙觸控量測感測的程序；
圖3顯示根據本揭示內容之一或多個具體例之經組構用於雙量測感測技術的實施例觸控介面系統300。
圖4A及4B顯示根據本揭示內容之一或多個具體例之例如觸控感測電路的雙量測感測操作。
圖5A及5B顯示根據本揭示內容之一或多個具體例之例如觸控感測電路的雙量測感測操作。
圖6顯示根據本揭示內容之一或多個具體例之對應於雙量測校準方法的圖表。
圖7顯示根據本揭示內容之一或多個具體例之用於實施例雙觸控量測感測的時序圖。

Claims (20)

  1. 一種電容性感測電路，其包含： 一感測器，其包含電極及用於該等電極之屏蔽，該感測器經組構以回應在該感測器處或其附近之電容性改變而產生可量測信號；及 一觸控控制器，其經組構以回應使用該等可量測信號所進行之電容性感測量測而偵測一觸控，其中，該等電容性感測量測包含： 一驅動屏蔽自電容感測量測，其包含將一驅動屏蔽信號提供至該感測器之該屏蔽之至少部分；及 一接地屏蔽自電容感測量測，其包含將一接地信號提供至該感測器之該屏蔽之至少部分及進行一自電容感測量測。
  2. 如請求項1之電路，其中，用於該等電極之該屏蔽中之一第一屏蔽包含： 一背面導電材料；及 一正面導電材料， 其中，該背面導電材料及該正面導電材料在平行平面內延伸。
  3. 如請求項2之電路，其中，該第一屏蔽進一步包含導電材料，該等導電材料裝設於該背面導電材料及該正面導電材料之外側處。
  4. 如請求項1之電路，其中，該屏蔽係相對於該等電極配置，以有助於自該等電極投影之電場之方向性。
  5. 如請求項4之電路，其中，該屏蔽係相對於該等電極配置，使得自該等電極投影之電場在一第一方向上比在與該第一方向實質上相對的一第二方向上延伸得更遠。
  6. 如請求項1之電路，其中，該觸控控制器經組構以回應該驅動屏蔽自電容感測量測及該接地屏蔽自電容感測量測而提供指示一觸控的一信號。
  7. 如請求項1之電路，其中，該觸控控制器經組構以： 將該驅動屏蔽信號提供至一屏蔽線，該屏蔽線操作性地耦接至該感測器之該屏蔽之該至少部分； 將該驅動屏蔽信號提供至該感測器之不活動感測線；及 量測該感測器之一活動感測線處之第一可量測信號。
  8. 如請求項7之電路，其中，在量測該活動感測線處之該等第一可量測信號之後，該觸控控制器經組構以： 將一接地信號提供至該屏蔽線； 將一接地或供應電壓信號提供至該感測器之該等不活動感測線；及 量測該感測器之該活動感測線處之第二可量測信號。
  9. 一種觸控處理器，其包含： 一接地屏蔽自電容感測模組，其經組構以在將一接地信號提供至一觸控感測器之一電極之一屏蔽之後進行一自電容感測量測；及 一驅動屏蔽自電容感測模組，其經組構以在將一驅動屏蔽提供至該觸控感測器之該電極之該屏蔽時進行一自電容感測量測。
  10. 如請求項9之觸控處理器，其中， 該接地屏蔽自電容感測模組經組構以回應大於一第一臨限值的第一量測值而偵測一第一觸控； 該驅動屏蔽自電容感測模組經組構以回應大於一第二臨限值的第二量測值而偵測一第二觸控；且 該觸控處理器經組構以回應偵測到之第一觸控及偵測到之第二觸控而報告一觸控。
  11. 如請求項10之觸控處理器，其中，該第一臨限值經選擇以降低對鄰近觸控的易感性且該第二臨限值經選擇以降低對水分觸控的易感性。
  12. 如請求項9之觸控處理器，其中，該觸控處理器經組構以回應該接地屏蔽自電容感測模組及該驅動屏蔽自電容感測模組中之一者偵測一觸控且另一者未偵測一觸控而不報告一觸控。
  13. 一種雙量測感測方法，其包含： 進行一驅動屏蔽自電容感測操作； 回應所進行之該驅動屏蔽自電容感測操作而判定一第一感測結果； 進行一接地屏蔽自電容感測操作； 回應所進行之該接地屏蔽自電容感測操作而判定一第二感測結果；及 回應該第一感測結果及該第二感測結果而判定一觸控結果。
  14. 如請求項13之方法，其中，該判定該第一感測結果包含： 回應所進行之該驅動屏蔽自電容感測操作而接收所獲取的第一量測值； 比較該等第一量測值與一第一臨限值；及 回應該等第一量測值而判定該第一感測結果。
  15. 如請求項14之方法，其中，該判定該第二感測結果包含： 回應所進行之該接地屏蔽自電容感測操作而接收所獲取的第二量測值； 比較該等第二量測值與一第二臨限值；及 回應該等第二量測值而判定該第二感測結果。
  16. 如請求項15之方法，其中，該判定該觸控結果包含： 回應均對應於一觸控的該第一感測結果及該第二感測結果而偵測一觸控。
  17. 一種電容性感測系統，其包含： 一感測器，其包含電極及感測線； 一獲取電路，其操作性地耦接至該等感測線；及 一觸控處理器，其操作性地耦接至該獲取電路及該感測器，該觸控處理器經組構以回應一第一電容性感測量測及一第二電容性感測量測而偵測一觸控，其中，該第一電容性感測量測及該第二電容性感測量測中之一者之特徵為水分容忍度且該第一電容性感測量測及該第二電容性感測量測中之另一者之特徵為鄰近偵測容忍度。
  18. 如請求項17之系統，其中，特徵為水分容忍度的該第一電容性感測量測及該第二電容性感測量測中之該一者為一驅動屏蔽電容性感測量測。
  19. 如請求項17之系統，其中，特徵為鄰近容忍度的該第一電容性感測量測及該第二電容性感測量測中之該一者為一接地屏蔽電容性感測量測。
  20. 如請求項17之系統，其中，該感測器進一步包含屏蔽，該屏蔽經配置以有助於自該等電極投影之電場之方向性。
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