低功率电容式传感器按钮制造技术

一种电容感测模块，包括：定时器电路，其被配置为产生重复触发信号；低功率振荡器块，其被配置为产生具有比重复触发信号更高的频率的时钟信号；感测块，其与定时器电路和振荡器块耦合，并且被配置为响应于重复触发信号，通过将基于时钟信号的激励信号施加到电容式传感器按钮来检测在电容式传感器按钮处的导电物体的存在；以及唤醒逻辑块，其与感测块耦合并且被配置为响应于感测块检测到电容式传感器按钮处的导电物体的存在而将处理单元从低功耗状态转换到高功耗状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请是于2015年3月24日提交的美国申请号为14/667,434的国际申请，其要求于2014年10月22日提交的美国临时申请号62/067,347的优先权，这两个申请整体通过引用并入本文。
本公开涉及接触传感器的领域，并且特别地涉及电容式接触感测按钮。背景许多电子设备包括用于允许用户交互和用户输入的用户接口设备。一种用户接口设备是按钮或按键。常规按钮包括用于致动开关以指示按钮按压或按钮激活的机械部件。机械按钮还向用户提供触觉反馈以指示按钮已被按下。最近，在一些应用中使用接触传感器按钮来代替机械按钮。一种类型的接触传感器按钮通过电容传感操作，利用了电容传感器电极。由电容传感器检测的电容根据传感器电极上或传感器电极附近的导电物体的接近度而变化。导电物体可以是例如触控笔或用户的手指。在接触传感器按钮中，可以通过各种方法来测量由每个传感器检测到的由于导电物体的接近的电容的变化。通常，表示由每个电容传感器检测的电容的电信号由处理设备处理，处理设备又产生表示接触传感器按钮的按钮或传感器激活的电信号或光信号。然而，机械按钮可能仍然比电容式传感器按钮消耗更少的功率，因为处于非活动状态的机械按钮可能不吸入电流，同时仍然响应于输入。相比之下，监视现有电容式传感器按钮的接触存在可取决于各种模拟和数字电路的操作，因此即使当按钮未被接触时也增加了功率需求。附图简述在附图的图中通过示例而非限制的方式示出了本公开。图1A和1B示出了根据实施方式的电容式传感器按钮。图1C和1D示出了根据实施方式的电容式传感器按钮。图2A是示出经由电容式传感器按钮接收输入的计算系统的实施方式的框图。图2B是示出经由电容式传感器按钮接收输入的计算系统的实施方式的操作的时间线。图3示出了用于检测电容式传感器按钮处的接触的桥接电路的实施方式。图4A示出了用于检测电容式传感器按钮处的接触的电阻器-电容器(RC)电路的实施方式。图4B和4C示出根据实施方式的用于检测电容式传感器按钮处的接触的电阻器-电容器(RC)电路的电压波形。图5A示出用于检测电容式传感器按钮处的接触的电容分压器电路的实施方式。图5B和5C示出根据实施方式的用于检测电容式传感器按钮处的接触的电容分压器电路的电压波形。图6A示出用于在没有参考电压的情况下检测电容式传感器按钮处的接触的电容分压器电路的实施方式。图6B和6C示出根据实施方式的用于在没有电压参考的情况下检测电容式传感器按钮处的接触的电容分压器电路的电压波形。图7是示出根据实施方式的检测在计算系统中的一个或多个电容式传感器按钮处的接触的过程的流程图。详细说明为了提供对本专利技术的几个实施方式的良好理解，以下描述阐述了许多具体细节，例如具体系统、组件、方法等的示例。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术的至少一些实施方式。在其它情况下，未详细描述或以简单框图形式呈现众所周知的组件或方法，以避免不必要地模糊本专利技术。因此，所阐述的具体细节仅仅是示例性的。具体实施方式可以与这些示例性细节不同，并且仍然被认为在本专利技术的精神和范围内。在具有一个或多个电容式传感器按钮的计算系统的一个实施方式中，计算系统的电容感测模块可以在计算系统响应于经由一个或多个电容式传感器按钮的输入的同时汲取不大于100毫微安培(nA)的平均稳态电流的状态下操作。在这种状态下，电容感测模块监测一个或多个电容式传感器按钮以检测与任何电容式传感器按钮触碰或接近的任何导电物体，并且可以通过将处理单元从低功耗状态唤醒到高功耗状态来响应检测到的接触。当在高功耗状态下操作时，处理单元比在低功耗状态下消耗更多的功率。在一个实施方式中，电容感测模块包括低功率振荡器和感测电路，低功率振荡器在大部分按钮监视周期中汲取最小量的电流，以及感测电路仅在短时间周期内周期性地使用较大量的电流。因此可以优化电容感测模块以使电流消耗最小化，而不是针对信噪比和扫描速率优化电容感测模块。电容感测模块中的低功率振荡器独立于计算系统中的其他时钟资源操作，因此即使在监视电容式传感器按钮时也允许关闭其它时钟资源以减少功率需求。此外，电容感测模块包含足够的电路和接触检测逻辑，用于在没有来自计算系统的中央处理单元(CPU)的帮助的情况下检测按钮接触，从而在按钮监视周期期间允许CPU停止并且转换到低功耗状态。在一个实施方式中，具有降低的功率需求的这种电容感测模块允许使用电容式传感器按钮代替机械开关，对施加在计算系统上的功率需求具有最小的影响。特别地，低功率电容感测模块可以用于在电池供电设备或其中期望低功耗的其他设备中实现电容式传感器按钮。图1A和1B示出根据实施方式的用于测量自电容的第一类型的电容式传感器按钮，其可以与低功率电容感测模块一起使用。图1A示出了自电容传感器按钮的顶层101和底层102，而图1B示出了沿着轴线104的传感器按钮的剖面图103。如图1A和1B所示的自电容传感器按钮包括分别附接到衬底105的顶表面和底表面的顶层101和底层102中的导电材料的圆形图案。顶层101包括传感器电极106，传感器电极106基本上被屏蔽电极107围绕并且电连接到延伸穿过屏蔽电极107的连接迹线109，并且可以用于将传感器电极106连接到电容感测模块中的感测电路。底层102包括具有交叉阴影线填充图案的屏蔽电极108，其覆盖由电极106，电极107和迹线109覆盖的区域。屏蔽电极108电连接到屏蔽电极107，并且屏蔽电极107和108接地。参考剖面图103，自电容Cs110表示传感器电极106和屏蔽电极107和108之间的电容。在一个实施方式中，电容Cs110在从3皮法(pF)到5pF的范围内，并且当按钮被诸如手指或触控笔的导电物体接触时改变至少1pF。图1C和1D示出了根据实施方式的用于测量两个电极之间的互电容的另一类型的电容式传感器按钮，其可以与低功率电容感测模块一起使用。图1C示出了互电容传感器按钮的顶层121和底层122，而图1D示出了沿着轴124的传感器按钮的剖面图123。如图1C和1D所示的互电容传感器按钮包括分别附接到衬底125的顶表面和底表面的顶层121和底层122中的导电材料的图案。顶层121包括与发射(TX)传感器电极127电容耦合的接收(RX)传感器电极126。TX传感器电极127和RX传感器电极126分别通过迹线130和129延伸，迹线130和129可以用作将电极127和126连接到电容传感模块中的感测电路的连接点。底层122包括屏蔽电极128，其连接到地并且以交叉阴影线填充图案覆盖由RX电极126、TX电极127和迹线129覆盖的区域。参考剖面图123，互电容Cm131表示TX传感器电极127和RX传感器电极126之间的电容，而自电容Cs132表示RX传感器电极126和接地屏蔽电极128之间的电容。在一个实施方式中，互电容Cm131响应于导电物体接触或接近TX电极127和RX传感器电极126之间的边界而减小，而自电容Cs132增加。在一些实施方式中，如上所述的电容式传感器按钮可以在传感器按钮的导电材料的顶层上覆盖有保护膜、涂层或其他材料。例如，可以使用塑料或玻璃层来保护导电材料免于直接触碰。因此，传感器按钮可以检测触碰覆盖的材料的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：定时器电路，其被配置为产生重复触发信号；低功率振荡器块，其被配置为产生具有比所述重复触发信号更高的频率的时钟信号；感测块，其与所述定时器电路和所述振荡器块耦合，并且被配置为响应于所述重复触发信号，通过在测量周期期间将基于所述时钟信号的激励信号施加到电容式传感器按钮来对在所述电容式传感器按钮处的导电物体的存在进行检测；以及唤醒逻辑块，其与所述感测块耦合并且被配置为响应于所述感测块检测到所述电容式传感器按钮处的所述导电物体的存在而将处理单元从低功耗状态转换到高功耗状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.22 US 62/067,347;2015.03.24 US 14/667,4341.一种装置，包括：定时器电路，其被配置为产生重复触发信号；低功率振荡器块，其被配置为产生具有比所述重复触发信号更高的频率的时钟信号；感测块，其与所述定时器电路和所述振荡器块耦合，并且被配置为响应于所述重复触发信号，通过在测量周期期间将基于所述时钟信号的激励信号施加到电容式传感器按钮来对在所述电容式传感器按钮处的导电物体的存在进行检测；以及唤醒逻辑块，其与所述感测块耦合并且被配置为响应于所述感测块检测到所述电容式传感器按钮处的所述导电物体的存在而将处理单元从低功耗状态转换到高功耗状态。2.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述测量周期期间由所述感测块汲取的稳态电流不超过1μA，且其中由所述低功率振荡器块汲取的稳态电流不超过10nA。3.根据权利要求2所述的装置，其中，由所述定时器电路、所述低功率振荡器块和所述感测块汲取的总稳态电流小于200nA。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述低功耗状态是高级配置和电源接口(ACPI)C3“休眠”功率状态，并且其中所述高功耗状态是ACPIC0“工作”功率状态。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述低功率振荡器块还被配置为向所述定时器电路提供所述时钟信号，并且其中所述定时器电路还被配置为基于所述时钟信号产生所述重复触发信号。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述重复触发信号具有不大于1Hz的频率，并且其中所述时钟信号具有不大于1kHz的频率。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述感测块还包括：状态机，其被配置为响应于所述重复触发信号的第一脉冲而将所述感测块从低功耗状态转换到高功耗状态；和与所述状态机耦合的感测电路，其中，在所述感测块在所述高功耗状态下的操作期间，所述感测电路被配置为在所述测量周期期间将所述激励信号施加到所述电容式传感器按钮。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述感测块的感测电路包括：参考分支；传感器分支；和与所述参考分支和所述传感器分支耦合的比较器，其中所述感测电路被配置为：将所述激励信号施加到所述参考分支，经由所述传感器分支将所述激励信号施加到所述电容式传感器按钮，以及将所述参考分支中的第一节点处的电压与所述传感器分支中的第二节点处的电压进行比较。9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述状态机被配置为在所述测量周期之后且在所述重复触发信号的所述第一脉冲之后的下一个后续脉冲之前将所述感测块转换到低功耗状态。10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述感测块被配置为响应于检测到所述电容式传感器按钮处的所述导电物体的存在，使处理单元从低功耗休眠状态转换到高功耗工作状态。11.一种方法，包括：产生重复触发信号；产生具有比所述重复触发信号更高的频率的激励信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德理·马哈瑞塔，卡尔·列伯德，汉斯·克莱恩，
申请(专利权)人：赛普拉斯半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US