TWI681327B - 在電容感測中未接地導電物體之類比消除 - Google Patents

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Abstract

在用於用一電容感測器執行一觸控判定之一方法中，起始一電容感測器之一自電容量測，其中同時執行包含該電容感測器之一互電容量測。可執行此一方法使得該自電容量測及該互電容量測隨著未接地導電物體接近或觸控該電容感測器而差分抵消及針對接地物體接近或觸控該電容感測器而相加性組合。

Description

在電容感測中未接地導電物體之類比消除
本發明係關於一電容感測，特定言之係關於在電容感測中未接地導電物體(諸如高電容率物體)之類比消除。
電容觸控表面需要避免污染以正常工作。然而，在特定實施例中之電容觸控感測將觸控表面曝露至污染表面且對感測特性具有不利影響之液體或其他材料。因此，需要不受觸控表面之污染(特定言之觸控表面上之水)影響之電容觸控感測。 用於電容感測中之防水之現存解決方案僅使用互電容，且當水引入系統時造成信號上之一負移位且當一手指引入時造成一正移位。當水自系統移除時，若移除負移位使一正移位過大，則可出現一誤觸發。 此問題之其他解決方案使用一軟體型樣匹配演算法來偵測水與一手指之間的行為中之差異。此導致大量費用及並未考量所有行為型樣。
根據一實施例，在用於用一電容感測器執行一觸控判定之一方法中，起始一電容感測器之一自電容量測，其中同時執行包含電容感測器之一互電容量測。 根據一進一步實施例，在該感測器已在該自電容量測期間設定至一高阻抗狀態後，一脈衝可經電容式耦合至該電容感測器中以用於執行該互電容量測。根據一進一步實施例，一屏蔽或保護電極可配置靠近該電容感測器以提供一電容式耦合。根據一進一步實施例，該自電容量測可係一電容式分壓器量測。根據一進一步實施例，該自電容量測係一充電時間量測。根據一進一步實施例，該方法可進一步包括一校準方法，其中在執行一觸控判定前執行該校準方法。該校準方法可包括下列步驟：執行一個別自電容量測且儲存一第一量測值；執行一個別互電容量測且儲存一第二量測值；及自該第一及該第二量測值計算一比例因數；其中用於執行一觸控判定之方法包含將該比例因數應用至該自電容或該互電容量測。 根據另一實施例，用於用一電容感測器執行一觸控判定之一方法可包括下列步驟：將一第一電容器充電至一第一位準且將一感測器之一第二電容器充電至一第二位準；並聯耦合第一及第二電容器，同時該感測器設定至高阻抗且將一脈衝饋送至與該感測器電容式耦合之一保護感測器；在一安定相位後，判定該等並聯耦合之電容之一第一安定電壓位準；此後，將該第一電容器充電至該第二位準且將該感測器之該第二電容器充電至該第一位準；並聯耦合第一及第二電容器，同時該感測器設定至高阻抗，其中在該第一及該第二電容器耦合後終止該脈衝；及在一安定相位後，判定該等並聯耦合之電容之一第二安定電壓位準。 根據一進一步實施例，該第一位準可係一預定電壓VDD 且該第二電壓位準係一接地位準VSS 。根據一進一步實施例，該第二位準可係一預定電壓VDD 且該第一電壓位準係一接地位準VSS 。根據一進一步實施例，該脈衝可具有一電壓位準VDD 且在當並聯耦合該第一及該第二電容器時開始之一預定時段逾期後開始。 根據又一實施例，用於用一電容感測器執行一觸控判定之一微控制器可包括：一電容量測單元，其可經組態以執行一自電容量測及一互電容量測，且包括一控制單元，該控制單元可操作以：起始與該電容量測單元耦合之一電容感測器之一自電容量測，其中同時執行包含該電容感測器之一互電容量測。 根據該微控制器之一進一步實施例，該電容量測單元可經組態以在該自電容量測期間切換至一高阻抗狀態且將一脈衝電容式耦合至該電容感測器中以用於該互電容量測。根據該微控制器之一進一步實施例，該電容量測單元包括一電容式分壓器量測單元。根據該微控制器之一進一步實施例，該電容式分壓器量測單元可包括：一第一開關單元，其在一外部接腳與一取樣及保持電容器之間耦合且可操作以將一外部連接之電容器充電至一第一或第二電壓位準，或將該外部連接之電容器切換至與該取樣及保持電容器並聯；一第二開關單元，其與該取樣及保持電容器耦合且可操作以將該取樣及保持電容器充電至該第一或該第二電壓位準；一類比數位轉換器，其可操作以與該等並聯切換之電容器耦合；且其中該控制單元經組態以控制該第一及該第二開關單元。根據該微控制器之一進一步實施例，該微控制器可進一步包括與一輸入/輸出埠耦合之一第二外部接腳，該輸入/輸出埠可經組態以作為一輸出埠操作，其中該控制單元經組態以控制用於執行一互電容量測之該輸出埠。根據該微控制器之一進一步實施例，該電容量測單元可包括一充電時間量測，其中該控制單元經組態以用該充電時間量測單元控制一自電容量測，其中該充電時間量測單元與一第一外部接腳連接，該第一外部接腳可與一電容感測器連接。根據該微控制器之一進一步實施例，該微控制器可進一步包括與一輸入/輸出埠耦合之一第二外部接腳，該輸入/輸出埠可經組態以作為一輸出埠操作，其中該控制單元經組態以控制用於執行一互電容量測之該輸出埠。根據該微控制器之一進一步實施例，該控制單元可經組態以在執行一觸控判定前執行一校準，該控制單元控制：一個別自電容量測且儲存一第一量測值；一個別互電容量測且儲存一第二量測值；且其中該微控制器之該控制單元或一處理器經組態以自該第一及該第二量測值計算一比例因數；其中用於執行一觸控判定，該控制單元經組態以將該比例因數應用至該自電容或該互電容量測。根據該微控制器之一進一步實施例，該比例因數可在該自電容量測期間改變充電位準或在該互電容量測期間改變一電壓位準。 根據另一實施例，一系統可包括此一微控制器，且進一步包括透過該第一外部接腳與該微控制器連接之該電容感測器及經配置靠近與該第二外部接腳連接之該電容感測器之一屏蔽或保護電極。 根據又一實施例，用於用一電容感測器執行一觸控判定之一方法可包括下列步驟：起始一電容感測器之一自電容量測，起始包含該電容感測器之一互電容量測；執行該自電容量測或該互電容量測之任一輸出值之一按比例調整；及組合該自電容量測及該互電容量測之該等輸出值。 根據該上述方法之一進一步實施例，該方法可進一步包括組合該等輸出值(包括將該等輸出值相加)。根據該上述方法之一進一步實施例，一屏蔽或保護電極可經配置靠近該電容感測器以提供一電容式耦合。根據該上述方法之一進一步實施例，該自電容量測可係一電容式分壓器量測。根據該上述方法之一進一步實施例，該自電容量測可係一充電時間量測。根據該上述方法之一進一步實施例，該方法可進一步包括一校準方法來判定一比例因數，其中在執行一觸控判定前執行該校準方法，該校準方法包括：執行一個別自電容量測且儲存一第一量測值；執行一個別互電容量測且儲存一第二量測值；及自該第一及該第二量測值計算一比例因數。 根據又一實施例，用於用一電容感測器執行一觸控判定之一方法可包括起始一電容感測器之一自電容量測之該步驟，其中同時執行包含該電容感測器之一互電容量測，使得該自電容量測及該互電容量測隨著未接地導電物體靠近或觸控該電容感測器而差分抵消及針對接地物體靠近或觸控該電容感測器而相加性組合。
[ 相關申請案之交叉參考 ] 此申請案主張2014年10月24日申請之美國臨時專利申請案第62/068,450號之優先權，該案之全文以引用之方式併入本文中。 根據各種實施例，自電容及互電容經組合以消除高電容率物體(舉例而言，未接地導電物體(諸如水、清潔劑及汽油))之類比信號移位。 自電容及互電容係一電容觸控系統之本身已知之組件。圖1展示一習知電容觸控感測器150之一配置100，該感測器與一微控制器110或前端裝置耦合以用於評估觸控狀態。微控制器110具有一內部取樣及保持電容器CADC及一相關類比數位轉換器(ADC) 160。取樣及保持電容器CADC與外部接腳130及140，其中接腳140可係連接至接地170之一接地接腳。圖1並不展示可用於將取樣及保持電容器CADC與接腳130、ADC 160之輸入、參考電壓及接地連接之各種內部開關，因為此等可變化且取決於實施方案。感測器墊150經外部連接至接腳130且如在圖1中展示用參考符號CRX提供與接地170之一電容式耦合。此表示用於許多應用中來判定一使用者介面中一觸控之標準電流模型。感測器耦合至板之接地170中。微控制器經由接腳140連接至板之接地170。 此電容系統由一已知、固定內部電容(CADC)及一未知、變化外部電容(CRX)構成。外部感測器150係連接至一微控制器之類比輸入130之一導電物體，且其耦合至板之接地170中。取決於應用，感測器150可具有任何適當形狀。舉例而言，其可在一印刷電路板之任何層內或在任何類型之適當基板內形成。在其形成於一頂層上且因此曝露之情況中，若需要其可藉由一非導電層密封。 圖2展示「自電容」之定義，其係在感測器與微控制器之接地參考之間量測之電容。在感測器與板之接地之間由線120指示之耦合量係感測器150之「自電容」。其取決於環境參數(諸如在其附近之物體)且因此可用於偵測一使用者觸控。 在圖3中之波形展示如何(例如)使用在許多微控制器(例如，由申請者製造之微控制器)中可用之一電容式分壓器(CVD)掃描來執行一自電容量測。一CVD周邊及其應用係(例如)自微晶片(Microchip)之應用註解AN1478已知，該註解以引用之方式併入本文中。亦可能使用許多其他技術，諸如自(例如)微晶片之應用註解AN1375已知之微晶片之充電時間量測單元(CTMU)，該註解以引用之方式併入本文中。CVD擷取方法藉由將內部電容充電至VDD、將外部電容放電至VSS且接著連接兩個電容以容許其等電壓安定至一中間點而實現。接著憑藉將內部電容放電至VSS、將外部電容充電至VDD且接著連接兩個電容以容許其等電壓安定至一中間點而重複此程序。 圖3展示跨外部電容CRX (實線)及內部電容CADC (虛線)之電壓之時序圖。可藉由首先在時間t1將內部電容充電至VDD且將外部電容放電至VSS而完成量測。如上文提及，在微控制器110內提供內部開關以容許在外部電容CRX及內部電容CADC上之單獨充電。在時間t2，停止電容充電且將兩個電容CRX及CADC連接在一起。基於內部電容CADC相較於外部電容CRX之大小，兩個電容CRX及CADC安定至一電壓，且在時間t3藉由ADC 160執行一電壓量測。接著在時間t4，開始一反向充電程序。現將外部電容CRX充電至VDD且將內部電容CADC放電至VSS。在時間t5，兩個電容CRX及CADC再次並聯連接，且在時間t6電壓安定後，藉由ADC 160執行一第二電壓量測。 外部電容CRX係在感測器接腳130與微控制器之接地170 (或在電路模型中之CRX )之間可見之電容。隨著外部電容CRX 增大(即，隨著自電容增大)，時間t3 之第一安定點將減小且時間t6 之第二安定點將增大。因此，安定點將差分移位。在CVD波形之第一部分期間，在時間t3 ，感測器之自電容中之增大將降低最終安定電壓。在CVD波形之第二部分期間，在時間t6 ，感測器之自電容中之增大將增大最終安定電壓。兩個量測之間的一差異可用於與一臨限值比較以判定是否發生一觸控。 圖4展示一污染物(諸如水400)如何經由電容式耦合CFRx耦合至感測器中且經由電容式耦合CFGnd耦合至板之接地中。此產生兩者皆並聯至CRX之兩個串聯之電容器。CFRx係與CFGnd串聯。CFRx及CFGnd皆與CRx並聯。將並聯電容添加至CRx將增大感測器150與微控制器之接地170之間可見之電容量。因此，自電容隨著水之增而增。 圖5展示具有放置於感測器150處之一手指500之自電容量測。手指具有兩個耦合路徑：與水行為相同之一局部耦合路徑：CFRx及CFGnd串聯且產生跨CRx之一並聯電容。一「長距離」耦合路徑自CFRx行進至CHBM至CGndGnd。此等三個電容串聯且亦產生跨CRx之一並聯電容。CHBM (「人體模型」)傾向於係非常大的。然而，CGndGnd將基於系統變化。 使用者與板之接地完全隔離嗎？CGndGnd 係一斷路且移除CFRx 至CHBM 至CGndGnd 路徑之效應。 實例： *一電池供電之蜂巢式電話位於一沙發，其中使用者僅使用其等手指之尖端觸控螢幕。 *具有一非導電前面板之一隔離式電力供應器接取面板。 使用者與板共用一接地嗎？CGndGnd 係一短路且最大化CFRx 至CHBM 至CGndGnd 路徑之效應。 實例： *一使用者持有之一電池供電蜂巢式電話。(此係電話之接地之情況且現短路至使用者之身體。) *一非隔離式電力供應器接取面板。 系統在一「灰區」中工作嗎？CGndGnd 係將使CFRx 至CHBM 至CGndGnd 耦合路徑之影響變化之電容之一些量。 實例： *板連接至接地，但使用者正穿著高跟鞋。 *板被隔離，但一金屬前面板隨著與使用者靠近而耦合至使用者。 因此，正如水，當一手指500添加至電路時自電容將增大。然而，新的第二耦合路徑可使所添加之電容量顯著變化。事實上，此效應可改變系統之敏感度為二倍。 當一人手指500添加至電路時，其耦合至感測器150及板之接地170中，但現亦存在通過使用者之人手指模型至接地510中之一耦合路徑及接著在接地510與板之接地之間的由CGndGnd 表示之一些耦合量。 根據各種實施例，如(例如)在圖6中展示，(例如)由微控制器110之一I/O埠210產生之一Tx驅動信號經由外部連接220添加至電路。為此目的，可如在圖7a至圖7c中展示提供一第二電極250、260、270。舉例而言，如在圖7c中展示，一第二電極270可(例如)圍繞感測器電極150作為一屏蔽或保護。然而，第二電極之放置並非關鍵，且其僅需要確保在保護或屏蔽電極250、260、270與感測器電極150之間的電容耦合多於在保護或屏蔽電極250、260、270與板之接地170之間的電容耦合。因此，根據一項實施例，屏蔽電極260及感測器電極150可形成於不同層中，例如，如在圖7b中展示之一印刷電路板之層。電極之任何其他配置係可能的。舉例而言，圖7a展示具有僅部分圍繞感測器電極150之一屏蔽電極250之一實施例。用於由埠210產生之信號之一電容式耦合之許多其他方式係可能的。圖6展示來自稱為「Tx」之微控制器之一輸出信號現經由一電容式耦合添加至電路。 另外，圖6亦展示一實例，各種開關610至660容許具有VDD或接地之外部及內部電容器之一單獨充電。若ADC 160具有一高阻抗輸入，開關660可不係必要的。下文參考圖18將解釋元件670及680及其等功能。可藉由與CVD單元相關聯之一狀態機自動控制開關。為一更佳概述，圖8及圖10至圖13並不展示開關。 圖8展示具有參考標記125之「互電容」之定義。圖8展示感測器150與埠210經由外部連接220提供之一「Tx」(稱為「保護」或「屏蔽」)驅動信號之間的AC耦合。CTxRx表示在低阻抗TX信號與高阻抗感測器150之間的AC耦合。換言之，接腳220係一輸出接腳且接腳130係一輸入接腳。隨著Tx信號移動，電荷將滲入Rx感測器150中。在TX驅動與感測器150之間的AC耦合量稱為互電容，且由CTxRx或參考標記125表示。 圖9以與圖3類似之一方式展示根據各種實施例之量測之驅動信號之一時序圖。特定言之，圖9展示如何用CVD波形驅動TX信號900。量測週期在時間t1以與在圖3中展示相同之方式開始。在第一安定相位已在時間t2開始後，TX信號在時間t2’經驅動為高。TX節點220將電荷耦合至RX感測器150中而使最終安定點高於之前。在時間t4，第二量測又開始與圖3中類似之反向充電。在第二安定相位已在時間t5開始後，TX信號900在時間t5’經驅動為低。TX節點220將電荷耦合至RX感測器150中而使最終安定點低於之前。若互電容減小，則由TX信號900造成之偏移將減小。效應將係在與TX驅動相反方向上之最終安定電壓中之一移位。此將處於與當自電容減少時相同之方向上。若互電容增大，則由TX信號造成之偏移將增大。此將處於與當自電容增大時相反之方向上。 與CVD波形同相驅動驅動信號900，但在感測器已設定至一高阻抗輸入且安定在內部電容與外部電容之間的電壓後。時序(例如在t2與t2’或在t5與t5’之間的差異)並非關鍵，且脈衝之上升緣可在高阻抗安定可用後之任何時間開始。因此，脈衝可早在高阻抗可用時(例如，t2=t2’及t5=t5’)出現，或甚至在達到安定時間(t3及t6)後，取決於進程之時間差，此將需要脈衝充電之額外安定時間。如在圖9中展示，根據各種實施例可使用一短時間差t2’＞t2及t5’＞t5。如指示，相同時序需要可應用至脈衝900之上升緣及下降緣。然而，由於時序並非關鍵，故根據一些實施例可應用在t2與t2’之間及在t5與t5’之間的不同時間差。 在CVD波形t1至t3之第一部分期間，TX驅動900將耦合至感測器中，且使最終安定電壓高於其不具有TX耦合之情況。在CVD波形t4至t6之第二部分期間，TX驅動900將耦合至感測器中，且使最終安定電壓低於其不具有TX耦合之情況。在TX與感測器150之間的互耦合125之增大將使此效應增大。 根據各種實施例添加一互電容電荷之原理不限於所展示之電容式分壓器量測方法。其亦可應用於其他電容量測，只要存在一高阻抗量測容許經由在屏蔽/保護電極250、260、270與感測器電極150之間的電容式耦合125充電感測器150。如上文提及，根據各種實施例之原理亦可(例如)應用至在由申請者製造之許多微控制器中可用之一充電時間量測單元(CTMU)。 圖10展示根據各種實施例一污染物(諸如水1000)如何耦合至Tx驅動(CTxF)、感測器(CFRx)及板之接地(CFGnd)中。水1000之存在稍微減少CTxRx，因為其再引導一些電荷遠離感測器150且至水1000中。板可經設計使得CFRx遠大於CFGnd。此可(例如)藉由僅使接地遠離感測器150而實現。當水1000經添加至電路時，其耦合至TX驅動接腳220、感測器150及板之接地170。 圖11展示由於CFRx ＞ CFGnd，行進通過CTxF之電荷經在引導通過CFRx至感測器150。水1000將減少CTXRX且再引導電荷通過CTXF。根據一實施例，板已經設計以使CFRX大於CFGND。故水1000中之電荷現經再引導至CFRX中。故水1000減小CTXRX，但透過另一路徑將電荷再引導返回至感測器150中。總效應係TX與感測器150之間的互電容之一增大。 儘管CTxRx因水1000而減小，但CTxF至CFRx路徑造成Tx與Rx之間的耦合之一總體增大。因此，在屏蔽/保護電極250、260、270與感測器150之間的互電容當水1000經添加至電路時增大。 若CFRx ＜ CFGnd，行進通過CTxF之電荷將經再引導通過CFGnd至板之接地170中。此將導致Tx與Rx之間的耦合之一減小。因此，互電容將減小。此係與先前描述相反之行為，且將對於此方法區分一未接地導電物體及一接地導電物體之能力係災難性的。在互耦合信號之移位方向中之一差異對此方法之正確應用係必要的。 同樣地，必須記住自電容因為並聯CFRx至CFGnd耦合路徑而增大。因此，水1000使自電容增大且使互電容增大。 圖12再次展示一手指1200以與水1000相同之方式耦合至電路，惟現存在CHBM至CGndGnd耦合路徑除外。手指1200之存在稍微減少CTxRx，因為其再引導一些電荷遠離感測器150且至手指1200中。 當一使用者手指1200添加至電路時，其耦合至Tx驅動、感測器150及板之接地170中，但現亦存在通過使用者之人手指模型至接地中之一耦合路徑及接著在接地與板之接地之間的一些耦合量。 如在圖13中展示，若CGndGnd並非一斷路，則Tx電荷將再引導至板之接地170中。CTXRX隨著一些TX電荷再引導至感測器中而減小。然而，與水不同，歸因於CHBM路徑大於CFRX，電荷現向下行進通過CHBM路徑且至板之接地170中。結果係手指將減小保護/屏蔽250、260、270與感測器150之間的互電容，此可被視為等同於此係水之相反行為。若CGndGnd係一斷路，則TX電荷將以與水相同之方式表現。CHBM路徑無作用。結果係手指1200將增大互電容，此被視為如此係與水相同之行為般不利。 同樣地，根據各種實施例之一一般原理，必須記住自電容因CFRx 至CFGnd 路徑及CFRx 至CHBM 至CGndGnd 路徑而增大。因此，水或任何其他未接地污染物使自電容增大且使互電容增大，且任何其他接地污染物使自電容增大且使互電容減小。 圖14展示同時以三個方式掃描之相同感測器之信號輸出之時序圖：僅自電容120經展示具有信號1410。此處，不驅動TX線，故不存在AC耦合。僅互電容125經展示具有信號1420。此處，並不執行CVD波形之「電荷共用」，但驅動TX線。此導致僅AC耦合。最後，信號1430展示同時執行在圖9中展示之兩個自電容量測及互電容量測時之結果。換言之，執行CVD且驅動TX線。 圖14展示一第一量測(換言之，在圖9中時間t3實現之量測)之ADC之輸出信號。沿時間線展示兩個使用者按壓事件，其中第一半係一「清潔」感測器之一量測且約在圖中間添加水且發生一第二按壓事件。因此，在圖14中之時序圖之左半展示不具有未接地污染物之一量測，其中右半展示具有未接地污染物(諸如水)之一類似量測。一般言之，當添加水時，針對CVD波形之第一量測，如在右半用信號1410展示，自電容中之一增大使信號減小。當添加水時，如在右半展示，互電容中之一增大使信號1420增大。 當一手指按壓於清潔系統上時：自電容120增大，使最終安定電壓t3下降。互電容125減小，使最終安定電壓下降。組合效應係安定電壓中之一大負移位。 當如在圖14之中心所展示將水添加至系統時，自電容120增大且互電容125減小。由於如何驅動信號900中之設計，其等在相反方向上移位。兩個效應之一組合將因此抵消輸出信號，且基本上不產生移位或僅產生少量移位。根據各種實施例此導致類比位準處之一水阻。 當如在圖14之右側上展示，一手指在有水的情況下按壓於感測器上時：自電容120因人體模型之額外並聯電容增大，使最終安定電壓1410稍微下降。水現藉由手指充電，且由於TX電荷經引導至接地，故互電容125減小。此使最終安定電壓1420稍微下降。組合效應1430係類似於在一乾燥環境中之一按壓之一大負移位。 圖15展示與圖14完全相同，但現針對CVD量測之第二量測，換言之圖9中時間t6執行之量測。因此，信號形式本質上與圖14中展示之信號顛倒，且信號1510對應於信號1410，信號1520對應於1420且信號1530對應於信號1430。針對在一CVD量測中之第二量測，自電容中之一增大使信號增大，且互電容中之一增大使信號減小。因此，方向不同，但行為係與在圖14中之信號相同。 因此，一般言之，根據各種實施例，只要自電容及互電容相對於未接地物體為差分且相對於接地物體為非差分，則其等之精確變化行為並不要緊。 圖16展示藉由自第二量測信號1530減去第一量測信號1430處理之一最終輸出信號。在信號/類比位準處確保水阻。不需要軟體解碼，且不需要圖樣辨識及額外過濾。信號移位因手指或接地導電物體出現，但當水或導電物體未接地時被消除。 如上文提及，可使用其他量測單元。圖17展示(例如)經整合於可用於量測電容之一微控制器1700中之一充電時間量測單元。舉例而言，在如在圖17中展示具有包含寄生元件(如30 pF之開關(CSW)及電路(CCIR))之一總電容之一觸控應用中，當用於(例如)10 μs之5.5 μA之一恒定電流充電一外部電路時，此產生一電壓1.83V。當添加一手指之觸控時，添加高達10 pF之一額外電容(CF)。電容之準確量取決於觸控墊為手指及墊上方任何覆蓋材料所覆蓋之多寡。針對一10 pF之改變，其中電流及充電時間相同，電壓為1.38V。藉由微控制器之A/D轉換器在頻率間隔量測電壓。接著，改變(尤其為減小)可解釋為一觸控事件。在外部電容器之充電期間，建立一高阻抗輸入且可執行互電容量測。 當一電路之自電容與互電容相等時，其等行為可如上文所述組合以消除一電容感測器上未接地導電物體之效應。若一電路之自電容與互電容不相等，則此解決方案之有效性顯著減小。因此，如在圖18中展示，根據進一步實施例，如上文描述之一類似結果可用藉由軟體組合之個別量測達成。接著，可在軟體中執行一比例化以進一步改良量測。為等化之目的，根據一些實施例，「互電容」量測之相對改變可與「自電容」量測之相對改變成比例。若互電容與自電容不相等，則可單獨取得其等信號(正如其已完成般)以針對組合之量測說明資料且加重其等行為以使其等相等。因此，可在軟體中執行一簡單函數以將「互電容」量測之效應按比例調整至「自電容」量測之效應。然而，此將需要些許處理及一更長之量測，因為兩個單獨量測係必要的，且一個量測之按比例調整及兩個自電容及互電容量測結果之組合亦係必要的。 替代地，根據其他實施例，可執行一校準常式，其中判定個別量測之結果且調整量測參數以按比例調整結果。一旦此已完成，則可執行如上文描述之一組合量測，其中現根據校準常式調適電壓位準。因此，在校準期間，個別執行各電容量測。舉例而言，首先量測自電容，且接著在相同條件下，執行互電容量測。根據一些實施例，可處理各量測之一平均值，且接著可計算一等化因數。根據一項實施例，在一迴路中調整電壓或其他各自參數直至按比例調整達到正確輸出值，換言之，直至自電容量測之輸出資料約等於互電容量測之輸出資料。接著，取決於如何判定因數，此因數可應用至互電容量測或自電容量測。換言之，藉由比例因數調整充電信號或脈衝信號振幅以最佳化組合之自電容及互電容量測。一旦此已執行，則可使用組合技術來執行一觸控偵測。 為此目的，可使用(例如)如在圖6中之一替代實施例中用虛線展示之一數位類比轉換器(DAC) 670以及一I/O埠210來產生用於一互電容量測之脈衝。根據一些實施例，可根據比例因數變化DAC 670之輸出電壓。替代地，可藉由一可程式化參考電壓產生器或一DAC 680而不使用VDD而提供自電容量測之充電電壓。此亦在圖6中使用虛線展示為一替代實施例。因此，根據一些實施例，可根據經計算之比例因數變化用於充電之參考電壓及/或脈衝輸出電壓。 此可再次應用於使用一高阻抗輸入之任何類型之電容量測。然而，相對於特定量測技術，可變化其他因數。舉例而言，相對於一充電時間量測單元，可調整時間或恒定電流值或其等兩者。因此，改變哪個參數取決於各自量測技術。總而言之，可在軟體中按比例調整各自自電容及互電容信號以等化其等量值，接著根據一些實施例組合其等以產生一個感測器輸出信號。
100‧‧‧配置110‧‧‧微控制器120‧‧‧線125‧‧‧互電容130‧‧‧外部接腳140‧‧‧外部接腳150‧‧‧習知電容觸控感測器160‧‧‧類比數位轉換器170‧‧‧接地/板之接地210‧‧‧I/O埠220‧‧‧外部連接/驅動接腳250‧‧‧屏蔽/保護電極260‧‧‧屏蔽/保護電極270‧‧‧屏蔽/保護電極400‧‧‧水500‧‧‧手指610‧‧‧開關620‧‧‧開關630‧‧‧開關640‧‧‧開關650‧‧‧開關660‧‧‧開關670‧‧‧數位類比轉換器680‧‧‧數位類比轉換器900‧‧‧TX信號1000‧‧‧水1200‧‧‧手指1410‧‧‧信號1420‧‧‧信號1430‧‧‧信號1510‧‧‧信號1520‧‧‧信號1530‧‧‧信號1700‧‧‧微控制器CADC‧‧‧內部取樣及保持電容器/內部電容CCIR‧‧‧電路CF‧‧‧額外電容CFRx‧‧‧電容式耦合CFGnd‧‧‧電容式耦合CGndGnd‧‧‧電容CHBM‧‧‧電容CSW‧‧‧開關CRX‧‧‧外部電容CTxRx‧‧‧互電容CTxF‧‧‧Tx驅動t1‧‧‧時間t2‧‧‧時間t2’‧‧‧時間t3‧‧‧時間t4‧‧‧時間t5‧‧‧時間t5’‧‧‧時間t6‧‧‧時間VDD‧‧‧預定電壓VSS‧‧‧接地位準
圖1及圖2展示具有用於量測自電容之電容觸控感測器之一習知配置； 圖3展示一自電容量測之一相關時序圖； 圖4及圖5分別展示一感測器污染及一使用者觸控之效應； 圖6展示根據各種實施例之一電容觸控感測器之一配置； 圖7a、圖7b、圖7c展示一保護或屏蔽電極之實施例； 圖8解釋使用根據圖6之一配置之量測原理； 圖9展示相關時序圖； 圖10至圖13分別展示一感測器污染及一使用者觸控之效應； 圖14及圖15展示具有污染及無污染之自電容、互電容及其等之組合各自之一第一及第二量測之一時序圖； 圖16展示具有污染及無污染之一感測器之使用者觸控事件之一經處理之輸出值之一時序圖； 圖17展示根據其他實施例使用一不同電容量測系統之一配置之一實例；及 圖18展示按比例調整量測之效應。
110‧‧‧微控制器
130‧‧‧外部接腳
140‧‧‧外部接腳
150‧‧‧習知電容觸控感測器
160‧‧‧類比數位轉換器
170‧‧‧接地/板之接地
210‧‧‧I/O埠
220‧‧‧外部連接/驅動接腳
610‧‧‧開關
620‧‧‧開關
630‧‧‧開關
640‧‧‧開關
650‧‧‧開關
660‧‧‧開關
670‧‧‧數位類比轉換器
680‧‧‧數位類比轉換器
CADC‧‧‧內部取樣及保持電容器/內部電容
CRX‧‧‧外部電容
CTxRx‧‧‧互電容
VDD‧‧‧預定電壓

Claims (15)

  1. 一種用於一電容觸控感測器之校準方法，該電容觸控感測器包含與一輸入耦合之一第一電極(150)及與一輸出耦合且鄰近該第一電極(150)之一第二電極(250,260,270)，該方法包含：執行該第一電極(150)之一個別自電容量測且儲存一相關聯之第一量測值；執行該第一電極與該第二電極間之一個別互電容量測且儲存一相關聯之第二量測值；及自該第一量測值及該第二量測值計算一比例因數，其中用於執行一觸控判定之一接續方法(subsequent method)包含執行與包括該第一電極(150)和該第二電極(250,260,270)之一互電容量測重疊之該第一電極(150)之一自電容量測，其中將該比例因數應用至該自電容或該互電容量測。
  2. 如請求項1之方法，其中在該觸控判定期間，在該輸入已在該自電容量測期間設定至一高阻抗狀態後，藉由該輸出(220)產生一獨立脈衝且經由該第二電極(250,260,270)電容式耦合該脈衝至該第一電極(150)中藉以執行該重疊之互電容量測。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該自電容量測係一電容式分壓器量測，或其中該自電容量測係一充電時間量測。
  4. 如請求項1或2之方法，其中該重疊之自電容量測及該互電容量測係藉由下述操作所執行：將一量測電路之一第一電容器(CADC)充電至一第一位準且將由該第一電極所形成之一第二電容器(150)充電至一第二位準；並聯耦合該第一電容器及該第二電容器(CADC,150)，同時將該輸入設定至高阻抗，且饋送由一I/O埠所產生且具有一第一位準之一脈衝至與該第一電極(150)電容式耦合之該第二電極(250,260,270)；在一安定相位後，判定該等並聯耦合之電容之一第一安定電壓位準；此後藉由下述操作執行一第二量測：將該第一電容器(CADC)充電至該第二位準且將該第二電容器(150)充電至該第一位準；並聯耦合該第一電容器(CADC)及該第二電容器(150)，同時將該輸入設定至高阻抗，其中在該第一及該第二電容器(CADC,150)之耦合後終結該脈衝；在一安定相位後，判定該等並聯耦合之電容(CADC,150)之一第二安定電壓位準。
  5. 如請求項4之方法，其中該第一電壓位準係一預定電壓VDD且該第二電壓位準係一接地位準VSS，或其中該第二電壓位準係一預定電壓VDD且該第一電壓位準係一接地位準VSS。
  6. 如請求項4之方法，其中該脈衝具有一電壓位準VDD且在當並聯耦合 該第一及該第二電容器時開始之一預定時段逾期後開始。
  7. 一種與一觸控感測器耦合之微控制器，該觸控感測器包含與該微控制器之一輸入耦合之一第一電極(150)及與該微控制器之一輸出耦合且鄰近該第一電極(150)之一第二電極(250,260,270)，該微控制器包含一電容量測單元，其中在一校準期間，該微控制器經組態以：執行該第一電極(150)之一個別自電容量測且儲存一相關聯之第一量測值；執行該第一電極(150)與該第二電極(250,260,270)間之一個別互電容量測且儲存一相關聯之第二量測值；及其中該微控制器係進一步經組態以自該第一量測值及該第二量測值計算一比例因數，其中用於執行一觸控判定，該微控制器經組態以執行與包括該第一電極(150)和該第二電極(250,260,270)之一互電容量測重疊之該第一電極(150)之一自電容量測，其中該比例因數係應用至該自電容或該互電容量測。
  8. 如請求項7之微控制器，其中該比例因數在該自電容量測期間改變充電位準或在該互電容量測期間改變一電壓位準。
  9. 如請求項7或8之微控制器，其中在該觸控判定期間，該電容量測單元係可經組態以執行與一互電容量測組合之一自電容量測且包含一控制單元，其可操作以： 起始與該電容量測單元之一輸入耦合之該第一電極(150)之一自電容量測，其中以重疊方式執行包含該第一電極(150)及鄰近於該電容感測器電極(150)之該第二電極(250,260,270)之一互電容量測，其中該電容量測單元經組態以在該自電容量測期間將該輸入切換至一高阻抗狀態且藉由該電容量測單元(110)之一輸出埠(220)產生一獨立脈衝且經由該第二電極(250,260,270)將該脈衝電容式耦合至該電容感測器電極(150)中藉以執行該重疊之互電容量測。
  10. 如請求項9之微控制器，其中該電容量測單元包含一電容式分壓器量測單元，其包含：一第一開關單元(610,620,630)，其在一外部接腳(130)與形成一第一電容器之一取樣及保持電容器(CADC)之間耦合且可操作以將由該第一電極(150)所形成之一第二電容器充電至一第一或第二電壓位準或將該第二電容器切換而與該取樣及保持電容器(CADC)並聯；一第二開關單元(640,650)，其與該取樣及保持電容器(CADC)耦合且可操作以將該取樣及保持電容器(CADC)充電至該第一或該第二電壓位準；一類比數位轉換器(160)，其可操作以與該等並聯切換之電容器(CADC,150)耦合；及其中該控制單元經組態以控制該第一及該第二開關單元(610,620,630；640,650)。
  11. 如請求項10之微控制器，其進一步包含與一輸入/輸出埠耦合之一第 二外部接腳(220)，該輸入/輸出埠係經組態以作為輸出埠操作，其中該控制單元係經組態以控制用於產生該獨立脈衝之該輸出埠。
  12. 一種包括如請求項11之微控制器之系統，其包含透過該第一外部接腳(130)與該微控制器(110)連接之該第一電極(150)，及形成該第二電極且經配置靠近於與該第二外部接腳(220)連接之該第一電極(150)之一屏蔽或保護電極(250,260,270)。
  13. 如請求項7或8之微控制器，其中該電容量測單元包含一充電時間量測單元(1700)，其中該控制單元係經組態以用該充電時間量測單元(1700)控制一自電容量測，其中該充電時間量測單元(1700)與一第一外部接腳連接，該第一外部接腳係經配適以與該第一電極連接。
  14. 如請求項13之微控制器，其進一步包含與一輸入/輸出埠(210)耦合之一第二外部接腳(220)，該輸入/輸出埠係可經組態以作為輸出埠操作，其中該控制單元係經組態以控制用於產生該獨立脈衝之該輸出埠。
  15. 一種包括如請求項14之微控制器之系統，其包含透過該第一外部接腳與該微控制器連接之該電容感測器，及形成該第二電極且經配置靠近於與該第二外部接腳(220)連接之該電容感測器之一屏蔽或保護電極。
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