TWI631822B - 鄰近感測器及其偵測方法 - Google Patents

Abstract

一種鄰近感測器及其偵測方法。鄰近感測器包括一感測電極、一偵測電路、多個走線及一運算邏輯電路。偵測電路用以偵測感測電極的電容值。多個走線耦接於感測電極與感測電路之間。運算邏輯電路耦接偵測電路，於一偵測期間計算感測電極的電容值變化，以依序產生多個電容變化值，並且依據這些電容變化值提供一觸發報告信號，其中各個電容變化值對應這些走線的其中之一。

Description

鄰近感測器及其偵測方法

本發明是有關於一種偵測方法，且特別是有關於一種鄰近感測器及其偵測方法。

近年來，採用電容式感測介面作為人機輸入介面的產品急速增加，而應用範圍也逐漸變得廣泛，例如從行動電話到電腦、從服務點終端機到家電用品、從醫療裝置到工業控制等。隨著使用者的操控需求的提升，電容式感測裝置提供的觸控感測形式從應用至觸控螢幕及觸控板逐漸演進至應用至鄰近感測(Proximity Sensing)等裝置，其中大多數觸控物都是人體的一部分，例如手指。

然而，鄰近感測需要高解析度的類比至數位轉換器（Analog-to-Digital Converter，ADC）或者更大面積的感測電極，連帶地需要更新整體的電路設計，以致於整體的硬體成本會急劇上升。因此，在硬體成本不斷降低的現在，需要一種新的電路設計來實現電容式鄰近感測器。

本發明提供一種鄰近感測器及其偵測方法，可在現有的電路條件下實現鄰近感測，以降低鄰近感測器的整體硬體成本。

本發明的鄰近感測器，包括一感測電極、一偵測電路、多個走線及一運算邏輯電路。偵測電路用以偵測感測電極的電容值。多個走線耦接於感測電極與感測電路之間。運算邏輯電路耦接偵測電路，於一偵測期間計算感測電極的電容值變化，以依序產生多個電容變化值，並且依據這些電容變化值提供一觸發報告信號，其中各個電容變化值對應這些走線的其中之一。

本發明的鄰近感測器的偵測方法，包括下列步驟。透過多個走線耦接一感測電極與一感測電路。透過感測電路偵測感測電極的電容值。於一偵測期間，透過一運算邏輯電路計算感測電極的電容值變化，以依序提供多個電容變化值，其中各個電容變化值對應這些走線的其中之一。透過運算邏輯電路且依據這些電容變化值提供一觸發報告信號。

基於上述，本發明實施例的鄰近感測器及其偵測方法，偵測電路依序透過不同的走線耦接至感測電極，而偵測電路可採用與目前的電容式偵測器類似的電路佈局，因此可透過修改偵測電路內的軟體（亦即韌體），來實現鄰近感測器的偵測功能。藉此，可利用現有的電容式偵測器的來實現鄰近感測，以降低鄰近感測器的整體硬體成本。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為依據本發明一實施例的鄰近感測器的系統示意圖。請參照圖1，在本實施例中，鄰近感測器100包括感測電極110、多個走線（在此以三個走線TR1~TR3為例）、積體電路120，積體電路120包括多個偵測焊墊（如P1~P3）、偵測電路121及運算邏輯電路123。其中，走線TR1~TR3可以是印刷電路板上的走線，並且走線TR1~TR3可彼此不交錯。其中，走線TR1~TR3可以設計成具有相同的線路阻抗，但是即走線TR1~TR3仍具有彼此不同的電氣特性，例如等效電容不同或受到的雜訊干擾不同。

偵測焊墊P1~P3分別透過走線TR1~TR3耦接至感測電極110，並且偵測電路121耦接至偵測焊墊P1~P3及運算邏輯電路123。偵測電路121依序透過偵測焊墊P1~P3及透過走線TR1~TR3耦接至感測電極110，以依序偵測感測電極110的電容值。舉例來說，當偵測電路121透過偵測焊墊P1及透過走線TR1耦接至感測電極110時，可偵測到電容值C1；當偵測電路121透過偵測焊墊P2及透過走線TR2耦接至感測電極110時，可偵測到電容值C2；當偵測電路121透過偵測焊墊P3及透過走線TR3耦接至感測電極110時，可偵測到電容值C3。

當運算邏輯電路接收到電容值C1~C3時，會於一偵測期間計算感測電極110的電容值變化，以依序產生多個電容變化值，並且依據上述計算出的電容變化值提供觸發報告信號STRx，其中各個電容變化值對應走線TR1~TR3的其中之一，並且觸發報告信號STRx可以是類比值或數位值。

當觸發報告信號STRx是類比值時，則觸發報告信號STRx可以提供給後端電路（例如控制電路），以供後端與電壓臨界值比對。並且，當觸發報告信號STRx的電壓準位大於電壓臨界值時，則可判斷使用者是要觸發對應的操控功能（例如設定顯示裝置、操控音訊播放裝置、或者操作電器產品）；反之，則不會觸發對應的操控功能。

當觸發報告信號STRx是數位值時，則觸發報告信號STRx可以為致能（亦即為邏輯準位“ture”）或禁能（亦即為邏輯準位“false”）。當觸發報告信號STRx為致能時，則可觸發對應的操控功能；反之，當觸發報告信號STRx為禁能時，則可不觸發對應的操控功能。

在本實施例中，偵測電路121包括多個電容偵測器（在此以三個電容偵測器122_1~122_3為例）。各個電容偵測器122_1~122_3透過走線TR1~TR3的其中之一及偵測焊墊P1~P3的其中之一耦接至感測電極110，並且電容偵測器122_1~122_3依序逐一啟動以偵測感測電極110的電容值，進而依序提供電容值C1~3。

進一步來說，當電容偵測器122_1啟動時，電容偵測器122_2及122_3則關閉，並且電容偵測器122_1會透過偵測焊墊P1及透過走線TR1耦接至感測電極110，以偵測電容值C1；當電容偵測器122_2啟動時，電容偵測器122_1及122_3則關閉，並且電容偵測器122_2透過偵測焊墊P2及透過走線TR2耦接至感測電極110，以偵測電容值C2；當電容偵測器122_3啟動時，電容偵測器122_1及122_2則關閉，並且電容偵測器122_3透過偵測焊墊P3及透過走線TR3耦接至感測電極110，以偵測電容值C3。

依據上述，積體電路120與目前的電容式偵測器的電路佈局類似，透過走線的增加及修改積體電路120內的軟體（亦即韌體），則積體電路120可實現鄰近感測器100的偵測功能。藉此，可利用現有的電容式偵測器的積體電路來實現鄰近感測，以降低鄰近感測器的整體硬體成本。

在本實施例中，偵測焊墊P1~P3繪示為彼此緊鄰的偵測焊墊，但在其他實施例中，偵測焊墊P1~P3可以為不緊鄰的偵測焊墊。換言之，本領域通常知識者可依據電路設計的需求，而採用任意位置的偵測焊墊。

圖2至圖3為依據本發明一實施例的鄰近感測器的運作示意圖。請參照圖2，在本實施例中，在初始化期間Pint中，電容偵測器122_1~122_3會依序啟用，而運算邏輯電路123會將偵測電路121中的電容偵測器122_1~122_3所偵測到的電容值C1~C3作為電容基準值BL1~BL3，其中電容基準值BL1~BL3分別對應走線TR1~TR3。此外，電容偵測器122_1~122_3的啟用順序為用以說明，亦即電容偵測器122_1~122_3的啟用時間彼此不重覆即可。

接著，在偵測期間（如PSN1、PSN2）中，會依據電容基準值BL1~BL3及電容值C1~C3計算出電容變化值∆C1、∆C2及∆C3。舉例來說，∆C1=C1-BL1，∆C2=C2-BL2，並且∆C3=C3-BL3，亦即電容值C1~C3與對應的電容基準值BL1~BL3之間的差值作為電容變化值∆C1、∆C2及∆C3，但本發明實施例不以此為限。例如，上述差值可以乘以一加權值，此可依據本領域通常知識者而變。

並且，在單一偵測期間（如PSN1、PSN2）中，若電容變化值∆C1、∆C2及∆C3的至少一個是小於或等於電容臨界值Cth時，則運算邏輯電路123不會利用這些電容變化值∆C1、∆C2及∆C3進行運算，亦即電容總和在此可設定為空值，以”null”表示；反之，當電容變化值∆C1、∆C2及∆C3皆大於電容臨界值Cth時，運算邏輯電路123總和這些電容變化值∆C1、∆C2及∆C3以取得電容總和ΣCx，代表不是空值。

接著，無論運算邏輯電路123是否發得電容總和ΣCx，都會進行反抖動（De-Bounce）的動作，亦即判斷電容總和ΣCx是否符合去抖動條件。請參照圖3，在本實施例中，反抖動的動作包括：比較電容總和ΣCx與報告臨界值Rth；在電容總和ΣCx大於報告臨界值Rth時進行計數以提供計數值；並且，依據計數值設定觸發報告信號STRx。

進一步來說，在電容總和ΣCx小於等於報告臨界值Rth時（包括“null”的情況），重置計數值；當電容總和ΣCx大於報告臨界值Rth時，計數值加一。接著，當計數值大於去抖動次數Tdb時，致能觸發報告信號STRx（設定為邏輯準位“ture”或對應電容總和ΣCx的電壓準位）；當計數值小於等於去抖動次數Tdb時，禁能觸發報告信號STRx（設定為邏輯準位“false”或共同電壓）。例如，去抖動次數Tdb假設為2，則在計數值小於等於2時，禁能觸發報告信號STRx，在計數值大於3時，致能觸發報告信號STRx。

圖4為依據本發明另一實施例的鄰近感測器的系統示意圖。請參照圖1及圖4，鄰近感測器200大致相同於鄰近感測器100，其不同之處在於積體電路220中的偵測電路221，其中相同或相似的元件使用相同或相似的標號。在本實施例中，偵測電路221包括多工器223及電容偵測器225，並且多工器223包括多個第一端（在此以三個第一端TA1~TA3為例）及一個第二端TB。

多工器223的第一端TA1~TA3分別耦接至偵測焊墊P1~P3，以透過偵測焊墊P1~P3分別耦接至走線TR1~TR3，並且多工器223的第二端TB耦接至電容偵測器225。在本實施例中，第二端TB會依序耦接該些第一端TA1~TA3，以使電容偵測器225依序透過走線TR1~TR3耦接至感測電極110，亦即多工器223逐一耦接第二端TB至第一端TA1~TA3的其中之一，並且電容偵測器225會依序輸出電容值C1~C3至運算邏輯電路123。

圖5為依據本發明一實施例的鄰近感測器的偵測方法的流程圖。請參照圖5，在本實施例中，鄰近感測器的偵測方法包括下列步驟。在步驟S610中，會透過多個走線耦接感測電極與感測電路。接著，在步驟S620中，透過感測電路偵測感測電極的電容值。並且，在步驟S630中，於偵測期間，透過運算邏輯電路計算感測電極的電容值變化，以依序提供多個電容變化值，其中各個電容變化值對應這些走線的其中之一。最後，在步驟S640中， 透過運算邏輯電路且依據這些電容變化值提供觸發報告信號。

圖6為依據本發明另一實施例的鄰近感測器的偵測方法的流程圖。請參照圖6，在本實施例中，鄰近感測器的偵測方法包括下列步驟。在步驟S710中，會透過多個走線耦接感測電極與感測電路。接著，在步驟S720中，於初始化期間，透過運算邏輯電路將偵測電路所偵測到的多個電容值作為多個電容基準值，各個電容基準值對應這些走線的其中之一。並且，在步驟S730中，於偵測期間，透過運算邏輯電路於偵測期間將偵測電路所偵測到的多個電容值與對應的電容基準值之間的多個差值作為多個電容變化值。

然後，在步驟S740中，會透過運算邏輯電路比較這些電容變化值與對應的電容臨界值。當這些電容變化值不是皆大於對應的電容臨界值時，亦即步驟S740的判斷結果為“否”，則執行步驟S750；當這些電容變化值皆大於對應的電容臨界值時，亦即步驟S740的判斷結果為“是”，則執行步驟S760。在步驟S750中，會禁能觸發報告信號，並且接著回到步驟S730。在步驟S760中，會透過運算邏輯電路總和這些電容變化值以取得電容總和。

接著，在步驟S770中，會判斷電容總和是否符合反抖動條件。當電容總和不符合反抖動條件時，亦即步驟S770的判斷結果為“否”，則執行步驟S750；當電容總和符合反抖動條件時，亦即步驟S770的判斷結果為“是”，則執行步驟S780。在步驟S780中，會透過運算邏輯電路致能觸發報告信號。

在圖5及圖6的流程圖中，步驟S610~S640、S710~S780的順序為用以說明，本發明實施例不以此為限。並且，步驟S610~S640、S710~S780的細節可參照圖1至圖4的實施例所述。在此則不再贅述。

綜上所述，本發明實施例的鄰近感測器及其偵測方法，偵測電路依序透過不同的走線耦接至感測電極，而偵測電路可採用與目前的電容式偵測器類似的電路佈局，因此可透過修改偵測電路內的軟體（亦即韌體），來實現鄰近感測器的偵測功能。藉此，可利用現有的電容式偵測器的來實現鄰近感測，以降低鄰近感測器的整體硬體成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

∆C1、∆C2、∆C3‧‧‧電容變化值

100、200‧‧‧鄰近感測器

110‧‧‧感測電極

120、220‧‧‧積體電路

121、221‧‧‧偵測電路

122_1~122_3、225‧‧‧電容偵測器

123‧‧‧運算邏輯電路

223‧‧‧多工器

BL1~BL3‧‧‧電容基準值

C1~C3‧‧‧電容值

P1~P3‧‧‧偵測焊墊

Pint‧‧‧初始化期間

PSN1、PSN2‧‧‧偵測期間

Rth‧‧‧報告臨界值

STRx‧‧‧觸發報告信號

TA1~TA3‧‧‧第一端

TB‧‧‧第二端

Tdb‧‧‧去抖動次數

TR1~TR3‧‧‧走線

ture、false‧‧‧邏輯準位

ΣCx‧‧‧電容總和

S610~S640、S710~S780‧‧‧步驟

圖1為依據本發明一實施例的鄰近感測器的系統示意圖。 圖2至圖3為依據本發明一實施例的鄰近感測器的運作示意圖。 圖4為依據本發明另一實施例的鄰近感測器的系統示意圖。 圖5為依據本發明一實施例的鄰近感測器的偵測方法的流程圖。 圖6為依據本發明另一實施例的鄰近感測器的偵測方法的流程圖。

Claims (14)

1. 一種鄰近感測器，包括：一感測電極；一偵測電路，用以偵測該感測電極的電容值；多個走線，耦接於該感測電極與該感測電路之間；以及一運算邏輯電路，耦接該偵測電路，於一偵測期間計算該感測電極的電容值變化，以依序產生多個電容變化值，並且依據該些電容變化值提供一觸發報告信號，其中各該些電容變化值對應該些走線的其中之一，其中該偵測電路包括多個電容偵測器，各該些電容偵測器透過該些走線的其中之一耦接至該感測電極，並且該些電容偵測器依序偵測及提供該感測電極的電容值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的鄰近感測器，其中該些電容偵測器逐一啟動。
3. 如申請專利範圍第1項所述的鄰近感測器，其中該偵測電路包括：一多工器，具有耦接該些走線的多個第一端及一第二端，其中該第二端依序耦接該些第一端；以及一電容偵測器，耦接該第二端，用以提供該感測電極的電容值。
4. 如申請專利範圍第3項所述的鄰近感測器，其中該多工器逐一耦接該第二端至該些第一端的其中之一。
5. 如申請專利範圍第1項所述的鄰近感測器，更包括具有該偵測電路及該運算邏輯電路的一積體電路中，並且該偵測電路透過該積體電路的多個偵測焊墊耦接至該些走線。
6. 如申請專利範圍第5項所述的鄰近感測器，其中該些偵測焊墊為緊鄰的偵測焊墊。
7. 如申請專利範圍第1項所述的鄰近感測器，其中該運算邏輯電路於一初始化期間將該偵測電路所偵測到的多個電容值作為多個電容基準值，並且於該偵測期間將該偵測電路所偵測到的多個電容值與對應的電容基準值之間的多個差值作為該些電容變化值，其中各該些電容基準值對應該些走線的其中之一。
8. 如申請專利範圍第7項所述的鄰近感測器，其中當該些電容變化值皆大於對應的電容臨界值時，該運算邏輯電路總和該些電容變化值以取得一電容總和，比較該電容總和與一報告臨界值，在該電容總和大於該報告臨界值時進行計數以提供一計數值，並且依據該計數值設定該觸發報告信號。
9. 如申請專利範圍第8項所述的鄰近感測器，其中當該計數值大於一去抖動次數時，致能該觸發報告信號，當該計數值小於等於該去抖動次數時，禁能該觸發報告信號。
10. 如申請專利範圍第8項所述的鄰近感測器，其中當該電容總和大於該報告臨界值時，該計數值加一，當該電容總和小於等於該報告臨界值時，重置該計數值。
11. 一種鄰近感測器的偵測方法，包括：透過多個走線耦接於一感測電極與一感測電路；透過該感測電路偵測該感測電極的電容值；於一偵測期間，透過一運算邏輯電路計算該感測電極的電容值變化，以依序提供多個電容變化值，其中各該些電容變化值對應該些走線的其中之一；以及透過該運算邏輯電路且依據該些電容變化值提供一觸發報告信號，其中依序提供該些電容變化值的步驟包括：透過該運算邏輯電路於一初始化期間將該偵測電路所偵測到的多個電容值作為多個電容基準值；以及透過該運算邏輯電路於該偵測期間將該偵測電路所偵測到的多個電容值與對應的電容基準值之間的多個差值作為該些電容變化值，其中各該些電容基準值對應該些走線的其中之一。
12. 如申請專利範圍第11項所述的鄰近感測器的偵測方法，其中依據該些電容變化值提供該觸發報告信號的步驟包括：透過該運算邏輯電路比較該些電容變化值與對應的電容臨界值；當該些電容變化值皆大於對應的電容臨界值時，透過該運算邏輯電路總和該些電容變化值以取得一電容總和；透過該運算邏輯電路比較該電容總和與一報告臨界值；在該電容總和大於該報告臨界值時進行計數以提供一計數值；以及透過該運算邏輯電路且依據該計數值設定該觸發報告信號。
13. 如申請專利範圍第12項所述的鄰近感測器的偵測方法，其中依據該計數值設定該觸發報告信號的步驟包括：當該計數值大於一去抖動次數時，致能該觸發報告信號；以及當該計數值小於等於該去抖動次數時，禁能該觸發報告信號。
14. 如申請專利範圍第12項所述的鄰近感測器的偵測方法，其中在該電容總和大於等於該報告臨界值時進行計數以提供該計數值的步驟包括：當該電容總和大於該報告臨界值時，該計數值加一；以及當該電容總和小於等於該報告臨界值時，重置該計數值。