電容測(cè)量的制作方法
【專利說(shuō)明】電容測(cè)量
[0001] 對(duì)有關(guān)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的交叉引用 本申請(qǐng)要求由Farzaneh Shahrokhi等人于2012年6月18日提交的、題為"SYSTEM AND METHOD FOR SENSING ABSOLUTE CAPACITANCE"的共同待決美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/673, 241 的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，其具有代理人案卷號(hào)SYNA-20120308-01. PRO,并且轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓 人。
[0002] 本申請(qǐng)要求由Farzaneh Shahrokhi等人于2012年8月27日提交的、題為"SYSTEM AND METHOD FOR SENSING ABSOLUTE CAPACITANCE"的共同待決美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?61/693, 541的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，其具有代理人案卷號(hào)SYNA-20120308-02. PRO,并且轉(zhuǎn)讓給本 申請(qǐng)的受讓人。
[0003] 本申請(qǐng)要求由Farzaneh Shahrokhi et al等人于2013年3月15日提交的、題為 "CAPACITANCE MEASUREMENT"的共同待決美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/843, 129的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，其 具有代理人案卷號(hào)SYNA-20120308-01，并且轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人。
【背景技術(shù)】
[0004] 包括接近傳感器裝置（也通常被稱為觸摸墊或觸摸傳感器裝置）的輸入裝置廣泛 應(yīng)用于多種電子系統(tǒng)中。接近傳感器裝置典型地包括通常由表面區(qū)分的感測(cè)區(qū)，在其中接 近傳感器裝置確定一個(gè)或多個(gè)輸入對(duì)象的存在、位置和/或運(yùn)動(dòng)。接近傳感器裝置可用于 為電子系統(tǒng)提供接口。例如，接近傳感器裝置通常用作較大計(jì)算系統(tǒng)的輸入裝置(諸如集 成在或外設(shè)于筆記本或桌上型電腦的不透明觸摸墊)。接近傳感器裝置也經(jīng)常用于較小電 子裝置/系統(tǒng)中(諸如集成在蜂窩電話和平板電腦中的觸摸屏)。這樣的觸摸屏輸入裝置典 型地添加到電子裝置/系統(tǒng)的顯示器上或以其他方式與其并置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在使用差分放大器的電容測(cè)量方法中，其中差分放大器具有輸出和差分第一和第 二輸入，布置于傳感器電極和差分放大器的第二輸入之間的開關(guān)被打開以發(fā)起復(fù)位階段， 在其中傳感器電極與差分放大器去耦。布置于第二輸入和輸出之間的反饋電容復(fù)位至第一 電平電荷。開關(guān)閉合來(lái)發(fā)起測(cè)量階段，在其中第二輸入與傳感器電極耦合。在測(cè)量階段：電 荷在傳感器電極和反饋電容之間進(jìn)行平衡，使得傳感器電極電壓等于第一輸入的電壓，等 于第二輸入的電壓，并且傳感器電極充電至與其電容和第二輸入的電壓成比例的值；以及 差分放大器用于積分傳感器電極上的電荷，使得絕對(duì)電容被測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 除非明確指出，本附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明中涉及的附圖不應(yīng)被理解為按比例繪制。并入或 形成實(shí)施例的描述的一部分的附圖，例示各種實(shí)施例，并且同實(shí)施例的描述一起，用于解釋 下面討論的原理，其中類似的標(biāo)號(hào)表示類似的元件。
[0007] 圖1是依照實(shí)施例的、示例輸入裝置的框圖。
[0008] 圖2示出依照一些實(shí)施例的、在傳感器中用來(lái)形成輸入裝置感測(cè)區(qū)(諸如觸摸屏） 的全部或部分的、示例傳感器電極圖案的一部分。
[0009] 圖3示出跨電容性和傳統(tǒng)的絕對(duì)電容感測(cè)信號(hào)及模式的示意圖的對(duì)照。
[0010] 圖4A和4B例示依照實(shí)施例的、經(jīng)過(guò)第一半周期的絕對(duì)電容性感測(cè)的電容測(cè)量電 路的操作。
[0011] 圖5示出依照各種實(shí)施例的、跨電容性和新(如本文所述）絕對(duì)電容感測(cè)信號(hào)及模 式的示意圖的對(duì)照。
[0012] 圖6A-6D例示依照實(shí)施例的、經(jīng)過(guò)完整周期的絕對(duì)電容性感測(cè)的電容性測(cè)量電路 的操作。
[0013] 圖7例示依照實(shí)施例的、電容測(cè)量電路。
[0014] 圖8例示依照一些實(shí)施例的、電容測(cè)量電路。
[0015] 圖9A-9C例示依照各種實(shí)施例的、使用具有輸出和差分第一和第二輸入的差分放 大器的、電容測(cè)量方法。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下列實(shí)施例的描述僅僅通過(guò)示例，而非限制的方式提供。另外，并不存在由前述的
【背景技術(shù)】、
【發(fā)明內(nèi)容】
、或【附圖說(shuō)明】或下面【具體實(shí)施方式】中提出的、任何表達(dá)的或暗示的理論 所約束的意圖。
[0017] 論述概覽 本文中，描述各種實(shí)施例，其提供促進(jìn)改進(jìn)的可用性的輸入裝置、處理系統(tǒng)和方法。本 文描述的各種實(shí)施例中，輸入裝置可以是電容性輸入裝置。
[0018] 論述開始于跨電容性感測(cè)信號(hào)及模式與傳統(tǒng)絕對(duì)電容感測(cè)信號(hào)及模式的比較。根 據(jù)本文描述的新實(shí)施例，隨后提出示例電容測(cè)量電路，并且描述其操作。隨后提出并描述跨 電容性感測(cè)信號(hào)及模式與絕對(duì)電容性感測(cè)的新實(shí)施例的信號(hào)及模式的比較。隨后提出并描 述對(duì)新絕對(duì)電容測(cè)量電路的構(gòu)造及操作的若干變形。隨后提出并描述混合跨電容性/絕對(duì) 電容測(cè)量電路。還結(jié)合使用具有輸出和差分第一和第二輸入的差分放大器的電容測(cè)量方法 的描述，進(jìn)一步描述各種新電容性測(cè)量電路的操作。
[0019] 示例輸入裝置 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖1是依照各種實(shí)施例的、示例性輸入裝置100的框圖。輸入裝置100 可配置成向電子系統(tǒng)/裝置(未描繪）提供輸入。如本文檔所使用的，術(shù)語(yǔ)"電子系統(tǒng)"（或 "電子裝置"）廣義地指能夠電子地處理信息的任何系統(tǒng)。電子系統(tǒng)的某些非限制性示例包 括各種大小和形狀的個(gè)人計(jì)算機(jī)，諸如桌上型電腦、膝上型電腦、上網(wǎng)本電腦、平板電腦、網(wǎng) 絡(luò)瀏覽器、電子書閱讀器和個(gè)人數(shù)字助理（PDA)。另外的示例電子系統(tǒng)包括復(fù)合型輸入裝 置，諸如包括輸入裝置100和獨(dú)立操縱桿或按鍵開關(guān)的物理鍵盤。進(jìn)一步的示例電子系統(tǒng) 包括諸如數(shù)據(jù)輸入裝置(包括遙控器和鼠標(biāo)）和數(shù)據(jù)輸出裝置(包括顯示屏幕和打印機(jī)）之 類的外圍設(shè)備。其他示例包括遠(yuǎn)程終端、信息亭、以及視頻游戲機(jī)(例如，視頻游戲控制臺(tái)、 便攜式游戲裝置等)。其他示例包括通信裝置(包括諸如智能電話之類的蜂窩電話）和媒體 裝置(包括錄音機(jī)、編輯器和諸如電視機(jī)的播放器、機(jī)頂盒、音樂播放器、數(shù)碼相框和數(shù)碼相 機(jī))。另外，電子系統(tǒng)可以是輸入裝置的主機(jī)或從機(jī)。
[0020] 輸入裝置100能夠?qū)崿F(xiàn)為電子系統(tǒng)的物理部件，或能夠與電子系統(tǒng)物理地分離。 視情況而定，輸入裝置100可使用下列項(xiàng)的任一個(gè)或多個(gè)與電子系統(tǒng)的部件通信：總線、 網(wǎng)絡(luò)以及其他有線或無(wú)線互連。示例包括但不限于內(nèi)部集成電路（I2C)、串行外圍接口 (SPI)、個(gè)人系統(tǒng)2(PS/2)、通用串行總線（USB)、藍(lán)牙、射頻（RF)以及紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（IrDA)。
[0021] 在圖1中，輸入裝置100示出為接近傳感器裝置(也通常被稱為"觸摸墊"或"觸摸 傳感器裝置")，其配置成感測(cè)由一個(gè)或多個(gè)輸入對(duì)象140在感測(cè)區(qū)120中提供的輸入。示 例輸入對(duì)象包括如圖1所示的手指和觸控筆。
[0022] 感測(cè)區(qū)120包含在輸入裝置100之上、周圍、之中和/或附近的任何空間，在其中 輸入裝置100能夠檢測(cè)用戶輸入(例如，由一個(gè)或多個(gè)輸入對(duì)象140提供的用戶輸入)。特 定感測(cè)區(qū)的尺寸、形狀和位置可以逐個(gè)實(shí)施例極大地改變。在一些實(shí)施例中，感測(cè)區(qū)120從 輸入裝置100的表面沿一個(gè)或多個(gè)方向延伸到空間中，直至信噪比阻止充分準(zhǔn)確的對(duì)象檢 測(cè)。這個(gè)感測(cè)區(qū)120沿特定方向延伸的距離，在各種實(shí)施例中，可以大約少于一毫米、數(shù)毫 米、數(shù)厘米、或更多，而且可隨所使用的感測(cè)技術(shù)的類型和期望的精確度而顯著變化。因此， 一些實(shí)施例感測(cè)輸入，其包括與輸入裝置100任何表面無(wú)接觸、與輸入裝置100的輸入表面 (例如觸摸表面)相接觸、與耦合一定量外加力或壓力的輸入裝置100的輸入表面相接觸、和 /或它們的組合。在各種實(shí)施例中，觸摸表面可由傳感器電極位于其中的殼體的表面來(lái)提 供，由應(yīng)用在傳感器電極或任何殼體之上的面板來(lái)提供等。在一些實(shí)施例中，感測(cè)區(qū)120在 投射到輸入裝置100的輸入表面上時(shí)具有矩形形狀。
[0023] 輸入裝置100使用傳感器組件和感測(cè)技術(shù)的任何組合來(lái)檢測(cè)感測(cè)區(qū)120中的用戶 輸入。輸入裝置100包括用于檢測(cè)用戶輸入的一個(gè)或多個(gè)感測(cè)元件。作為非限制性示例， 輸入裝置100可使用電容性技術(shù)。
[0024] -些實(shí)現(xiàn)配置成提供跨越一、二、三或更高維空間的圖像。一些實(shí)現(xiàn)配置成提供沿 特定軸或平面的輸入的投影。
[0025] 在輸入裝置100的一些電容性實(shí)現(xiàn)中，施加電壓或電流以產(chǎn)生電場(chǎng)。附近的輸入 對(duì)象導(dǎo)致電場(chǎng)的變化，并且產(chǎn)生電容性耦合的可檢測(cè)變化，其可作為電壓、電流等的變化而 被檢測(cè)。
[0026] -些電容性實(shí)現(xiàn)使用電容性感測(cè)元件的陣列或其他規(guī)則或不規(guī)則的圖案來(lái)產(chǎn)生 電場(chǎng)。在一些電容性實(shí)現(xiàn)中，獨(dú)立感測(cè)元件可歐姆地短接在一起以形成更大的傳感器電極。 一些電容性實(shí)現(xiàn)利用電阻片，其可以是電阻均勻的。
[0027] -些電容性實(shí)現(xiàn)使用基于傳感器電極與輸入對(duì)象之間的電容性耦合的變化的"自 電容"（或"絕對(duì)電容"）感測(cè)方法。在各種實(shí)施例中，傳感器電極附近的輸入對(duì)象改變傳感 器電極附近的電場(chǎng)，從而改變量得的電容性耦合。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，絕對(duì)電容感測(cè)方法通過(guò)相 對(duì)于基準(zhǔn)電壓(例如，系統(tǒng)地）來(lái)調(diào)制傳感器電極，以及通過(guò)檢測(cè)傳感器電極與輸入對(duì)象之 間的電容性耦合，來(lái)進(jìn)行操作。
[0028] -些電容性實(shí)現(xiàn)使用基于傳感器電極之間的電容性耦合的變化的"互電容"（或 "跨電容"）感測(cè)方法。在各種實(shí)施例中，傳感器電極附近的輸入對(duì)象改變傳感器電極之間 的電場(chǎng)，從而改變量得的電容性耦合。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，跨電容性感測(cè)方法通過(guò)檢測(cè)在一個(gè)或 多個(gè)發(fā)射器傳感器電極(也稱為"發(fā)射器電極"或"發(fā)射器"）和一個(gè)或多個(gè)接收器傳感器電 極(也稱為"接收器電極"或"接收器"）之間的電容性耦合，來(lái)進(jìn)行操作。全體發(fā)射器和接 收器可被稱作傳感器電極或傳感器元件。發(fā)射器傳感器電極可相對(duì)于基準(zhǔn)電壓(例如，系統(tǒng) 地）來(lái)調(diào)制以傳送發(fā)射器信號(hào)。接收器傳感器電極可相對(duì)于基準(zhǔn)電壓保持大體恒定以