TWI598797B - 用於電場量測系統之電極設計 - Google Patents

用於電場量測系統之電極設計 Download PDF

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Description

用於電場量測系統之電極設計 【相關申請案之交叉參考】
本申請案主張名稱為「ELECTRODE DESIGN FOR ELECTRICFIELD MEASUREMENT SYSTEM」之2012年10月19日申請之美國臨時申請案第61/715,966號之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。
本發明係關於電極，特定言之，本發明係關於用於一電場量測系統中之一電極之設計。
特定言之，行動裝置之人機裝置介面通常使用未必需要任何可移動部件之感測器配置來偵測一使用者輸入。實例為需要被觸控啟動之觸控螢幕及電容性開關。此等感測器系統包括配置於裝置上之電極，其中若一使用者觸控該等電極或與其等非常接近，則可量測電容之一變化以觸發一事件。此等電極通常由小型金屬板、一電路板上之蝕刻區域或一金屬層中之區域(諸如用於顯示器中之一透明氧化錫層)形成。
類似電極亦可用於電場量測。此類型之感測器裝置容許在無需觸控之情況下且在比習知電容性感測器系統更遠離裝置之距離處偵測一物體。在一電場量測系統中，將一電極用作為一傳輸器以在一各自裝置外部或前部投射一電場。該場可由一30kHz至200kHz(特定言 之，70kHz至140kHz或40kHz至115kHz)信號產生，且因此在近場中係準靜態的。無論一物體何時進入此一準靜態電場，其參數均會受影響或被改變。相同電極或一分離接收器電極可用於偵測此等變化。若複數個此等電極用於一感測系統中，則多維手勢偵測變成可能，其容許在不觸控裝置之情況下操作裝置。在電場感測配置中，感測器通常需要依特定順序被屏蔽或被配置，且接著可耦合至用於評估輸入信號之一前端積體電路裝置。
用於產生一準靜態電場且在一物體進入該場時感測該場之干擾之一系統中(特定言之，在使用固體電極之一系統中)之電極之敏感度通常較低。因此，需要經改良之電極及電極配置。
根據一實施例，一種用於具有至少一傳輸電極及至少一接收電極之產生一準靜態電場之一電場感測器裝置的電極配置包括：一非導電基板，其具有一第一導電層及一第二導電層；一第一電極，其配置於該第一導電層內，其中該第一電極係該電場感測器裝置之一接收電極；及一第二電極，其配置於該第二導電層內，其中該第二電極係該電場感測器裝置之一傳輸電極，其中該第二電極覆蓋比該第一電極大之一區域，且其中該第一電極及/或該第二電極經紋理化以減小該第一電極與該第二電極之間之電容。
根據一進一步實施例，僅第二電極可經紋理化使得其包括至少一切口區域，該切口區域具有第一電極之一類似形式且位於第一電極下方，使得第一電極覆蓋該切口區域。根據一進一步實施例，可由一雜湊或斜線紋理使第二電極之整個區域紋理化。根據一進一步實施例，該紋理可由複數個導線形成。根據一進一步實施例，該雜湊或斜線紋理可為均勻的。根據一進一步實施例，該雜湊或斜線紋理可由形成一網格之複數個導線形成。根據一進一步實施例，該網格可由一第 一組之平行配置導線及一第二組之平行配置導線形成。根據一進一步實施例，該第一組之平行配置導線可與該第二組之平行配置導線依一90度角交叉。根據一進一步實施例，該網格可包括圍封該網格之一周邊導線。根據一進一步實施例，第二電極可經紋理化以提供複數個凹槽。根據一進一步實施例，該等凹槽可依預定距離平行配置。根據一進一步實施例，僅使第一電極紋理化。根據一進一步實施例，電極配置可進一步包括配置於該第二電極上之複數個第一電極及用於電連接至該等第二電極之複數個饋送線。根據一進一步實施例，至少一組之四個第一電極可經配置以界定一矩形區域。根據一進一步實施例，電極配置可進一步包括位於由該四個電極界定之該矩形區域內之一中央電極。根據一進一步實施例，第二電極可紋理化為一網狀電極且僅覆蓋由該至少一組之四個第一電極界定之該矩形區域。根據一進一步實施例，該等饋送線可具有約0.15mm之一寬度。根據一進一步實施例，第一導電層可為一印刷電路板之一頂層。根據一進一步實施例，第二導電層可為一印刷電路板之一底層。根據一進一步實施例，第一導電層可為一透明隔離載體材料上之一透明導電頂層。根據一進一步實施例，第二導電層可為該透明隔離載體材料上之一底層。根據一進一步實施例，該等饋送線及該第二電極可配置於一多層印刷電路板之一內層中。根據一進一步實施例，該多層印刷電路板之一底層可連接至接地件。根據一進一步實施例，電極配置可進一步包括透過該等饋送線與該等接收電極耦合之一前端類比裝置。根據一進一步實施例，該前端類比裝置可包括用於使透過該等饋送線接收之一信號衰減之一分壓器。根據一進一步實施例，該分壓器可包括一頻率補償。根據一進一步實施例，電極配置可包括各形成一部分傳輸電極之彼此電絕緣之複數個第二電極。根據一進一步實施例，各傳輸電極可由一矩形電極區段形成。
100‧‧‧佈局
110‧‧‧接收(Rx)電極
120‧‧‧傳輸(Tx)電極
130‧‧‧介電載體基板
200‧‧‧電極配置
210‧‧‧接收(Rx)電極
220‧‧‧傳輸(Tx)電極
230‧‧‧基板
240‧‧‧切口/切口區域
300‧‧‧配置/實施例
310‧‧‧傳輸(Tx)電極表面
400‧‧‧實施例
500‧‧‧實施例
510‧‧‧傳輸(Tx)電極
520‧‧‧切口/切口區域
800‧‧‧電極配置
810‧‧‧接收(Rx)電極
820‧‧‧接收(Rx)電極
830‧‧‧傳輸(Tx)電極
840‧‧‧基板
1000‧‧‧電極配置
1010a‧‧‧外部接收(Rx)電極
1010b‧‧‧外部接收(Rx)電極
1010c‧‧‧外部接收(Rx)電極
1010d‧‧‧外部接收(Rx)電極
1020‧‧‧饋送線
1030‧‧‧電極/區域
1040a‧‧‧內部接收(Rx)電極
1040b‧‧‧內部接收(Rx)電極
1040c‧‧‧內部接收(Rx)電極
1040d‧‧‧內部接收(Rx)電極
1050‧‧‧紋理化電極/傳輸(Tx)電極
1060‧‧‧紋理化電極/中央電極
圖1展示一介電基板之底層上之一固體傳輸(Tx)電極及頂層上之接收(Rx)電極；圖2展示根據各種實施例之在一Rx電極下方具有一切口Tx電極區域之一類似配置；圖3展示根據一實施例之一紋理化Tx電極；圖4展示根據另一實施例之一紋理化Tx電極；圖5展示根據一實施例之在Rx電極下方具有一Tx切口之一紋理化Tx電極；圖6展示一標準電極等效電路；圖7展示根據各種實施例之一延伸電極等效電路；圖8展示一電場手勢偵測系統中之傳輸電極及接收電極之一典型配置；圖9展示根據各種實施例之最佳化Tx結構之信號偏差；及圖10展示根據各種實施例之一感測器系統之另一實例。
圖11展示穿過一印刷電路板(例如圖10中所展示之電路板)之一截面圖。
圖12展示一電極配置之另一實施例之一俯視圖。
根據各種實施例，可改良尤其與一積體前端裝置一起使用之電極設計以實現對待跟蹤之物體(例如一使用者之手)之顯著更高之敏感度。
圖1展示一準靜態電場感測器系統之一傳輸電極120及一單一接收電極110之一習知佈局100。可使用更多或更少之傳輸電極及接收電極，但為了清楚之目的，圖1中僅展示一個傳輸電極。此外，在此實施例中，僅展示配置於一介電載體基板130之一頂層上之一單一接收 電極110。然而，可將複數個分離接收電極110配置於介電載體基板130之該頂層上。將傳輸電極120配置於介電載體基板130之底層上。此配置導致傳輸電極與接收電極之間之一電容性鏈接。
在操作中，將給傳輸電極饋送一交替信號，例如由具有約30kHz至約200kHz(特定言之，約70kHz至約140kHz或約40kHz至約115kHz)之一頻率之一微控制器產生一方波信號。可應用其他適合頻率範圍。此在傳輸電極平面上方及下方產生一準靜態電場。在大多數應用中，僅關注沿接收電極110之方向遠離傳輸電極120產生之場。在一物體(諸如具有一手電容CHand之一使用者之一手)進入此準靜態電場之後，接收電極處之一信號將歸因於由該物體導致之電容性影響而改變。此等干擾隨該物體至該等電極之距離而變動。一前端電路可偵測此等信號變化且進一步評估或處理此等信號。
此一前端積體電路系統之信號敏感度將更詳細地解釋如下： 其中，dS近似為手電容CHand之一線性函數。CRxTx為傳輸電極與接收電極之間之電容。CBuf為前端積體電路裝置之輸入緩衝器之輸入電容。CL為Rx饋送線與Tx電極之間所產生之電容。CN為雜訊耦合電容。CRxG為Rx電極與接地件之間之電容。參數「a」為由用於輸入電路中之分壓器判定之一衰減因數。
上述方程式展現：當使分母最小化時，對手之敏感度增加。在一應用中，下列參數為影響因數：
(a)Rx饋送線電容CL
(b)Rx電極接地電容CRxG
(c)Rx電極與Tx電極之間之電容CRxTx
可藉由使Rx饋送線至Tx電極及其饋送線之距離最大化而達成因數(a)之一第一解決方案。然而，此為使Rx饋送線免受手影響之一推 薦權衡。根據各種實施例，上述方程式展現：用取代接地件之一Tx信號來屏蔽Rx饋送線係更佳的。接地屏蔽會增大比CL更負面地影響系統敏感度之CRxG。使Rx饋送線儘可能地細總是好的。此使至Tx及接地件之饋送線電容以及手對饋送線之影響最小化。
可在圍繞Rx饋送線使用一主動防護/屏蔽時達成因數(a)之一第二解決方案，其中由接收及緩衝之輸入信號主動地驅動該防護/屏蔽。在理想狀態下，該防護將為完全圍封饋送線之一同軸電纜。其他非最佳設計使頂部及/或兩側免受影響。
一般可藉由使Rx-Tx電極層疊與接地件之間之距離最大化而達成因數(b)之一解決方案。由於接地部件通常覆蓋一積體前端系統之較大區域，所以電場雜散效應通常優控CRxG且通常無需使至接地件之Rx電極距離增大至數毫米。
可藉由增大Rx電極與Tx電極之間之距離而達成因數(c)之一第一解決方案。在一良好之準靜態交替近場電極設計中，CRxTx優控上述方程式中之其他電容。因此，可期望藉由除僅增大Rx電極與Tx電極之間之距離之外之其他方式而最佳化CRxTx，此係因為非常薄之電極設計可期望用於由超薄裝置設計驅動之大多數消費型電子裝置。此等設計之諸多者可使用一主印刷電路板及充當非導電載體材料之基板，例如圖1中所展示。
根據各種實施例，可減小Rx電極與Tx電極之間之電容，同時使Rx電極與手之間之有用電容CHand保持處於相同數量級。由於在一典型積體前端設計中，一較小Rx接收電極110被放置於較大傳輸(Tx)電極120之頂部上，所以可假定Rx-Tx電容為Rx及Tx之面對面區域之板極電容與自Rx電極110至更大很多之Tx電極120之由雜散電場產生之電容之疊加，如圖1中所展示。板極電容被界定為C=ε0．εr．A/d。
在此模型中，目標物體(例如一使用者之手)僅影響雜散場，而非 Rx及Tx之面對面區域之間之板極電容。因此，根據各種實施例，使板極電容對Rx-Tx雜散電容最小化且由此使手對雜散場之影響最大化。此可由Rx電極220下方之Tx電極210之切口240(保持敞開)達到，例如圖2中之電極配置200所展示。此處，又一基板230(諸如一印刷電路板或任何其他適合載體)在一側上提供傳輸電極220且在另一側上提供接收電極210。切口區域240無需精確匹配Rx電極220之尺寸。如將在下文中相對於圖10展示，切口區域亦可更大，例如，在四個Rx電極經配置以界定一矩形感測區域時延伸至覆蓋整個外部區域。
此外，信號敏感度之上述方程式展現：當(CRxTx+CL)等於(CN+CRxG+a．CBuf)時，一最佳信號敏感度係Rx輸入端與接地件之間之一給定容量(CN+CRxG+a．CBuf)之產率(yield)。
對於一積體前端電路設計，通常由Tx電極220使Rx電極210免受(裝置)接地。因此，CRxG通常小於CRxTx電容。無論如何，CN及CBuf均非常低，如將在下文中更詳細討論。如圖3中所展示，一配置300之一所提出解決方案為使Tx電極表面310雜湊/紋理化以減小Rx與Tx之間之(板極)電容。圖3及圖4展示不同實施例300及400，其中在各情況中使傳輸電極以不同方式紋理化。因此，不同結構係可能的。
一紋理化電極可具有不同形狀。一雜湊或斜線圖案可用於使一電極紋理化。因此，在本發明中，術語「雜湊圖案」及「斜線圖案」被視為等效術語。使一電極紋理化之主要態樣為減小有效電極區域，同時不改變電極之尺寸。圖10展示兩個紋理化電極1050及1060之實例且將在下文中更詳細地加以討論。因此，一柵格之交叉連接線可用於形成一電極區域，如圖10中所展示。根據其他實施例，可使用複數個平行導電條或導線，如圖4中所展示。可在各自結構之一端或兩端上將該等線全部互連。在圖5所展示之實施例中，若選擇一條形圖案用於傳輸電極510，則額外切口520可使各種導線分離。在此一實施例 中，可由額外饋送線連接任何電分離區段，或若可能，則可在周邊邊緣處連接任何電分離區段。一紋理化電極(例如，其由一印刷電路板之一銅層或(例如)一顯示器中之一透明錫層形成)基本上移除一定量之銅或導電材料且因此減少此一電極之電容性耦合，同時總尺寸保持不變。因此，可僅由複數個導線形成一紋理。在一實施例中，此等線可彼此交叉，在其他實施例中，不發生交叉，而是在一周邊區域中使該等線彼此連接。
根據一些實施例，接收電極亦可為紋理化電極。在一些實施例中，僅使傳輸電極紋理化，在一些實施例中，可使接收電極及傳輸電極兩者紋理化，且在一些實施例中，僅使接收電極紋理化。
為發射一均勻場，可推薦使用一精細且均勻之紋理，其中該紋理連接至Tx。亦可組合如圖2、圖3及圖4中所展示之解決方案。例如，圖5展示一實施例500，其中根據圖3或圖4之實施例之一紋理化傳輸電極510進一步提供根據圖2之實施例之接收電極下方之一切口區域520。如上文所提及，該切口區域用於進一步減少電容性耦合且因此無需匹配使該切口區域配置於其下方之各自接收電極之區域。作為該切口區域之替代，具有不同於剩餘傳輸電極510之紋理之密度之一雜湊或斜線圖案可用於平衡電容(CRxTx+CL)及(CN+CRxG+a．CBuf)。因此，一接收電極下方之傳輸電極Tx內之一區域可具有(例如)一紋理，該紋理具有更細線或更少線以藉此減小Tx電極與Rx電極之間之電容。
圖8展示一基板840上之一電極配置800之又一實例之三維圖。此處展示兩個Rx電極810、820，其等為沿著或鄰近於基板之邊界線配置之導電材料(諸如銅)之長形條。此外，Tx電極830可根據圖3及圖4中所展示之實施例而紋理化且配置於基板840之背面上。
圖9展示根據各種實施例之最佳化Tx結構之信號偏差。如圖可見，Tx電極與Rx電極之間之電容之減小服從於高度改良偏差且因此 服從於更佳信號偵測。底部曲線展示一習知配置之信號偏差。中間曲線展示(例如)根據圖3之具有一雜湊Tx電極之一配置之結果。頂部曲線展示(例如)根據圖5之Tx電極中之雜湊與切口之一組合之效應。
圖10展示一電極配置1000之又一實施例之一俯視圖。此處，將一第一組之外部接收電極1010a、1010b、1010c及1010d配置於一印刷電路板之頂部上之相對側上，該印刷電路板可經設計以亦包括(例如)位於該板之周邊上之整個前端電路。可將一第二組之接收電極1040a、1040b、1040c及1040d配置於由外部電極組1010a、1010b、1010c及1010d框圍之區域內。第二組之接收電極1040a、1040b、1040c及1040d可與第一組之電極1010a、1010b、1010c及1010d隔開，如圖10中所展示，其中水平(x軸)配置電極之距離可不同於垂直(y軸)配置電極之距離。中央區域可填充有一經特別設計之中央電極1060，該中央電極可用於提高垂直於非常接近之電極區域之z座標之解析度。此外，中央電極1060可用作為一觸控電極。另外，整個感測器配置可包括一外屏蔽環(圖10中未展示)。在此實施例中，由一柵格或網格形成中央電極1060，該柵格或網格由導電路徑形成。可由根據一實施例之印刷電路板之頂部銅層形成基板之頂部上之全部電極1010、1040及1060。該印刷電路板可為一多層板且饋送線1020可透過各自通孔而連接至頂層上之各電極1010、1030及1060，如印刷電路板製造技術中所知。因此，一區域1030可用作為一通用連接區域，複數個饋送線1020自該通用連接區域連接至各自電極101、1040及1060。根據其他實施例，可省略內部第二組之電極1040且可據此形成一各自更大中央電極1060。Rx電極1010、1040之數目及配置當然不受限於圖10中所展示之配置。可應用其他組態。
傳輸電極1050可形成於印刷電路板之背面上或一多層印刷電路板之一內層內，且可經設計以具有如圖10中所展示之一柵格圖案。因 此，複數個方形區域可經蝕除以形成根據一實施例之柵格。換言之，由複數個交叉之垂直導線及水平導線形成柵格。因此，整個柵格係互連的且因此形成一單一電極。如圖10中所展示，傳輸電極1050可由多個區段組成，或換言之，可由饋送線1020劃分。各區段可具有環繞整個區段之一周邊導線。類似地，中央電極1060展示環繞整個中央電極1060之此一周邊導線。此外，中央電極1060內之網格不僅具有比傳輸電極1050之網格更寬之間隔，且依相對於由傳輸電極1050形成之網格之一角度配置。其他圖案可形成此一紋理化結構。例如，可使用類似於用於中央電極1060之結構之一結構。中央電極1060亦可用作為一屏蔽電極，該屏蔽電極可接收源自饋送至傳輸電極1050之主傳輸信號之一相移信號。如圖10中所展示且如上文已提及，傳輸電極1050不與外部接收電極1010a、1010b、1010c及1010d重疊。因此，進一步減少此等接收電極1010a、1010b、1010c及1010d與傳輸電極1050之間之電容性耦合。此處，切口區域覆蓋由四個電極1010a、1010b、1010c及1010d界定之整個外周邊。然而，亦可使用如圖2中所提出之一設計。
如上文所提及，饋送連接線可形成於印刷電路板之一內層內。傳輸電極亦可形成於根據一實施例之一內層內。因此，根據一些實施例，在三層印刷電路板中，傳輸電極及饋送線可形成於一內層中且接收電極可形成於一頂層中，而一底層可用作為屏蔽Tx電極及Rx電極兩者之一接地層。可以一類似方式設計多層印刷電路板，其中電極區域中之額外層無法被使用或僅用於饋送線。圖11展示具有配置於頂層或第一層內之Rx電極及配置於第三層內之Tx電極及饋送線之一例示性四層印刷電路板，其中第四層或底層用作為一接地屏蔽層。根據一實施例，可完全省略如圖11中所展示之第二層。根據其他實施例，可使用一簡單雙面電路板且可將饋送線1020配置於底側上。可(例如)在區域1030中分離地連接由一饋送線1020分離之任何區段。
圖12展示又一實施例之一俯視圖，其中多個傳輸電極Tx1、Tx2...TxM配置於接收電極Rx1、Rx2...RxN下方。各傳輸電極Tx1、Tx2...TxM彼此電絕緣，且因此可分離地控制各自傳輸電極Tx1、Tx2...TxM或可給一或多個或甚至全部傳輸電極Tx1、Tx2...TxM饋送相同傳輸信號。因此，可平行地配置取代一單一傳輸電極Tx之複數個傳輸電極Tx1、Tx2...TxM，例如，該等傳輸電極可為如圖12中所展示之矩形條。然而，可使用其他電極形式且該等傳輸電極可經配置以形成一均勻紋理或任何其他紋理。各傳輸電極Tx1、Tx2...TxM可具有如圖11中所展示之相同形狀。然而，可使用其他實施例，其中傳輸電極具有不同形狀及/或尺寸。此一配置可容許具有改良空間解析度之一接近及觸控感測器系統。傳輸電極Tx1、Tx2...TxM及/或接收電極Rx1、Rx2...RxN亦可使用如上文所描述之一雜湊或斜線圖案以尤其減小主要負責傳輸電極與接收電極之間之電容的傳輸電極與接收電極之各自部分之間之電容。
1.標準電極等效電路
圖6展示一標準電極等效電路，其中：VTxD--類比前端裝置電壓
VTx--傳輸電極電壓
VRxBuf--類比前端Rx緩衝器輸入電壓
Vh--源於VRxBuf之輔助電壓
VN--注入至接收電極eRx之外部雜訊電壓
eTx--系統之傳輸Tx電極
eRx--系統之接收Rx電極
CTxG--Tx電極與接地件之間之電容
CRxTx--Rx電極與Tx電極之間之電容
CL--至Tx之Rx饋送電容
CRxG--Rx電極與接地件之間之電容
CH--手與Rx之間之電容
CBuf--類比前端Rx輸入緩衝器之輸入電容
RT--類比前端Tx驅動器源電阻
RBuf--類比前端Rx輸入緩衝器之輸入電阻
類比前端(例如由申請人製造之積體電路MGC3130)可具有RT=800Ω之一低阻抗輸出，且可經設計以將負載電容CTxG驅動至高達1nF。對於此等負載電容，可假定VTx=VTxD。
2.延伸電極等效電路
圖7展示根據各種實施例之一延伸電極等效電路，其中：VTxD--類比前端裝置電壓
VTx--傳輸電極電壓
VRxBuf--類比前端Rx緩衝器輸入電壓
Vh--源於VRxBuf之輔助電壓
VN--注入至接收電極eRx之外部雜訊電壓
eTx--系統之傳輸Tx電極
eRx--系統之接收Rx電極
CTxG--Tx電極與接地件之間之電容
CRxTx--Rx電極與Tx電極之間之電容
CL--至Tx之Rx饋送電容
CRxG--Rx電極與接地件之間之電容
CH--手與Rx之間之電容
CD--分壓器電容
CBuf--類比前端Rx輸入緩衝器之間之輸入電容
RD--用於頻率補償之分壓器電阻器
RBuf--類比前端Rx輸入緩衝器之輸入電阻
一外部電容CD及電阻器RD可用於將輸入電壓VRxBuf減小至一界定位準，使得在高雜訊條件下，輸入緩衝器不會過載。電阻器RD用於實現一頻率補償分壓器。此分頻器之條件(探頭電路原理)為：R D ‧C D =R Buf ‧C Buf
無法期望減小晶片之Tx輸出電壓。可由一最大Tx信號達成一最佳信雜比，如下文所展示。此外，可在需要時考量一外部Tx信號增強放大器。
3.接收器輸入信號
可假定：在30kHz至200kHz之相關頻率範圍內，緩衝器輸入電阻具有比緩衝器輸入電容低很多之一效應，且暫時假定R RxBuf =R D =∞
其中a=CD/(CBuf+CD)為所引入之分壓器之衰減因數。若未使用分壓器，則a=1且由一短路替換CD。
(3)=(2)in(1)
4.接收器信號敏感度
與手影響有關之接收器信號敏感度被界定為在無雜訊條件下(VN=0)之具有手電容及不具有手電容之信號增量：
在一典型類比前端設置中，可假定：手電容CHand比Rx-Tx電極電容 CRxTx小很多，且方程式(6)變為
其中△S近似為手電容CHand之一線性函數。方程式展現：當(7)中之分母最小化時，對手之敏感度增強。在一應用中，下列參數為影響因數：
(a)Rx饋送線電容CL
(b)Rx電極接地電容CRxG
(c)Rx電極與Tx電極之間之電容CRxTx
可藉由使Rx饋送線至Tx電極及其饋送線之距離最大化而達成(a)。然而，此為使Rx饋送線免受手影響之一推薦權衡。方程式(7)展現：用取代接地件之一Tx信號來屏蔽Rx饋送線係更佳的。接地屏蔽會增大比CL更負面地影響系統敏感度之CRxG(亦參閱方程式(7))。使Rx饋送線儘可能細總是為一不錯主意。此使至Tx及接地件兩者之饋送線電容以及手對饋送線之影響最小化。
一般可藉由使Rx-Tx電極層疊與接地件之間之距離最大化而達成(b)。由於接地部件在一類比前端系統中通常覆蓋較大區域，所以電場雜散效應通常優控CRxG且通常無需使至接地件之Rx電極距離增大至數毫米。
可藉由增大Rx電極與Tx電極之間之距離而達成(c)。在一良好類比前端電極設計中，CRxTx優控其他電容。因此，可期望(例如)使用切口區域240、520來最佳化如上文所討論之CRxTx。
其他措施可為使Tx電極結構化以降低其至Rx之電容，如圖3及圖4中所展示。使Tx電極結構化意謂：將Tx電極設計為(例如)一柵格圖案以取代一完全填充之導電表面。此通常適用於鍵盤設計。然而，此等措施會影響一類比前端系統對雜訊之屏蔽且增大電極接地電容 CRxG。另一可能性為減小Rx電極之區域。此外，可考量使Rx電極結構化。必須很好地考量兩者，此係因為手電容CHand亦在Rx接收電極與手之間產生且為Rx電極設計之一函數。
5.信號偏差
在一類比前端系統中，對使用者之手之信號偏差SD為由接收器增益gPGA放大之接收器信號敏感度且參考VDDA=3.0V之晶片之類比電壓範圍。當CHand小於Tx-Rx電極電容時，
通常在一16位元整數值之LSB(最低有效位元)中給出SD。
6.信雜比
接收器輸入信雜比SNR被界定為方程式(4)之信號項與雜訊項之比率：
就上述方程式而言，SNR無關於衰減因數a及手。在給定耦合電容處，可期望與最大可能之Tx信號位準VRx一起工作以使SNR最大化。因此，在高雜訊位準設計中，例如在一LCD顯示器應用中，推薦使用一外部Tx信號增強放大器。將可選分壓器設定至一衰減因數a以避免在全部雜訊條件下使輸入通道過載。
亦可藉由減小雜訊耦合電容CN且因此藉由增大接收Rx電極至雜訊源(例如一DC/CD或一背光轉換器)之有效距離而降低所接收之雜訊(方程式(4)中之第二項)而改良SNR。通常，一低阻抗全表面Tx電極有效地使接收電極免受一裝置內之雜訊源影響。
7.實例
在一第一實例中，未使用分壓器且選擇最佳電容值。將傳輸電壓位準設定至2Vpp以避免輸入緩衝器在全部雜訊條件下之一過載：VTx=2Vpp
VN=3Vrms=8.5Vpp
a=1
CRxTx=15pF
CL=5pF
CRxG=7pF
CH=0.5pF
CN=1pF
CBuf=5pF
無雜訊之緩衝器信號具有方程式(4)之第一項：
信號增量變為：
△S=2V pp ‧0.00918=18.37mV
CIC濾波器之輸出端處之數位信號偏差SD在GPGA=10時為：
SNR變為：
在一第二實例中，使用一2：3分壓器且選擇與上文相同之最佳電容值。將傳輸電壓位準設定至類比前端裝置之最大輸出位準。
VTx=3Vpp
VN=3Vrms=8.5Vpp
a=0.666
CRxTx=15pF
CL=5pF
CRxG=7pF
CH=0.5pF
CN=1pF
CBuf=5pF
CD=10pF
無雜訊緩之衝器信號具有方程式(4)之第一項：
信號增量變為：
CIC濾波器之輸出端處之數位信號偏差SD在GPGA=10時為：
SNR變為：
第二實例證明：在接收器輸入端處具有大致相同信號位準時，如所預期般地使SNR改良約3.5dB。由手產生之信號偏差比實例1中之信號偏差高11%。
在一第三實施例中，未使用分壓器且選擇典型電容值。將傳輸 電壓位準設定至2Vpp：VTx=2Vpp
VN=3Vrms=8.5Vpp
a=1
CRxTx=20pF
CL=10pF
CRxG=15pF
CH=0.5pF
CN=1pF
Cbuf=5pF
無雜訊之緩衝器信號具有方程式(4)之第一項：
信號增量變為：
△S=2V pp ．0.00577=11.53mV
CIC濾波器之輸出端處之數位信號偏差SD在GPGA=10時為：
SNR變為：
此外，在第三實例中，Rx輸入緩衝器處之所接收信號位準類似於先前實例。SNR與其中使用一更高Tx傳輸電壓之第二實例之SNR相同。在此實例中，更高之Rx-Tx電極耦合屏蔽雜訊。然而，對手之敏感度分別比第一實例、第二實例低37%及43%。
為了最大範圍，可期望選擇對手具有最大信號偏差之一電極設計且使用一增強放大器以在需要時解決外部雜訊。該增強放大器之增益通常應不超過6以容許高於1pF之一分壓器電容。
210‧‧‧接收(Rx)電極
230‧‧‧基板
500‧‧‧實施例
510‧‧‧傳輸(Tx)電極
520‧‧‧切口/切口區域

Claims (29)

  1. 一種用於一電場感測器裝置的電極配置，該電場感測器裝置產生具有一傳輸電極及與該傳輸電極相關聯之複數個接收電極之一準靜態電場(quasi static electric field)，其中該電極配置經組態以由接收自該複數個接收電極之信號判定該電極配置上方(above)之一物件之一非觸控手勢(non-touching gesture)，其包括：一信號產生器，其經組態以產生饋送至該傳輸電極之一交替信號(alternating signal)並可操作以產生一準靜態電近場(near field)；一非導電基板，其具有一第一導電層及一第二導電層，其中該複數個接收電極之每一者係由該第一導電層之一區段所形成，且該傳輸電極係由該第二導電層之一區段所形成，其中該傳輸電極覆蓋比該等接收電極大之一區域，且其中形成該傳輸電極及/或一接收電極之該區段係經紋理化(textured)以減小該傳輸電極與該接收電極之間之電容。
  2. 如請求項1之電極配置，其中僅形成該傳輸電極之該區段經紋理化使得其包括至少一切口區域(cut-out area)，該至少一切口區域具有一接收電極之一類似形狀式(similar form)且位於該接收電極下方，使得該接收電極覆蓋該切口區域。
  3. 如請求項1之電極配置，其中藉由一雜湊(hash)或斜線紋理(hatch texture)使形成該傳輸電極之該整個(entire)區段經紋理化。
  4. 如請求項1之電極配置，其中僅該等接收電極之至少一者經紋理化。
  5. 如請求項3之電極配置，其中藉由複數個導線形成該紋理。
  6. 如請求項3之電極配置，其中該雜湊或斜線紋理係均勻的(homogenous)。
  7. 如請求項3之電極配置，其中藉由形成一網格(mesh)之複數個導線形成該雜湊或斜線紋理。
  8. 如請求項7之電極配置，其中藉由一第一組之平行配置導線及重疊(overlapping)於該第一組之平行配置導線之一第二組之平行配置導線形成該網格。
  9. 如請求項8之電極配置，其中該第一組之平行配置導線與該第二組之平行配置導線依一90度角交叉。
  10. 如請求項8之電極配置，其中該網格包括圍封(enclosing)該網格之一周邊導線。
  11. 如請求項1之電極配置，其中該傳輸電極經紋理化以提供複數個凹槽(grooves)。
  12. 如請求項11之電極配置，其中該等凹槽依預定距離平行配置。
  13. 如請求項1之電極配置，其中僅該第一電極經紋理化。
  14. 如請求項1之電極配置，其進一步包括用於一前端類比裝置與該等接收電極之電連接之複數個饋送線(feeding lines)。
  15. 如請求項14之電極配置，其中至少一組之四個接收電極經配置以界定一矩形區域。
  16. 如請求項15之電極配置，其進一步包括位於由該四個電極界定之該矩形區域內之一中央電極。
  17. 如請求項15之電極配置，其中形成該傳輸電極之該區段經紋理化為一網狀電極且僅覆蓋由該至少一組之四個接收電極界定之該矩形區域。
  18. 如請求項14之電極配置，其中該等饋送線具有約0.15mm之一寬 度。
  19. 如請求項14之電極配置，其中該第一導電層為一印刷電路板之一頂層。
  20. 如請求項19之電極配置，其中該第二導電層為一印刷電路板之一底層。
  21. 如前述請求項1之電極配置，其中該第一導電層為一透明隔離載體材料(transparent isolating carrier material)上之一透明導電頂層。
  22. 如請求項21之電極配置，其中該第二導電層為該透明隔離載體材料上之一底層。
  23. 如請求項14之電極配置，其中該等饋送線及該傳輸電極係配置於一多層印刷電路板之一內層之內。
  24. 如請求項23之電極配置，其中該多層印刷電路板之一底層連接至接地件。
  25. 如請求項14之電極配置，其進一步包括透過該等饋送線與該等接收電極耦合之一前端類比裝置。
  26. 如請求項25之電極配置，其中該前端類比裝置包括用於使透過該等饋送線所接收之一信號衰減之一分壓器。
  27. 如請求項26之電極配置，其中該分壓器包括一頻率補償。
  28. 如請求項1至27項中之任一項之電極配置，其包括各形成一部分(partial)傳輸電極之彼此電絕緣之複數個第二電極。
  29. 如請求項28之電極配置，其中由一矩形電極區段形成各傳輸電極。
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