先进的电容式接近传感器制造技术

先进的电容式接近传感器。一种接近传感器，以及配备有所述接近传感器的便携式设备，具有至少两个感测电极，一个感测电极影响另一个感测电极。通过读取两次一个电极的电容，当将反电极的电势设置到保护或让它浮动时，本发明专利技术的传感器在身体部分或另外的电等效对象与低介电常数对象之间进行辨别。

Advanced Capacitive Proximity Sensor

Advanced capacitive proximity sensor. A proximity sensor and a portable device equipped with the proximity sensor have at least two sensing electrodes, one affecting the other. By reading the capacitance of one electrode twice, when the potential of the reverse electrode is set to protect or float, the sensor of the present invention distinguishes between the body part or another electrically equivalent object and the low dielectric constant object.

【技术实现步骤摘要】
先进的电容式接近传感器
本专利技术涉及用于检测身体部分的接近度的接近传感器和方法。本专利技术的实施例特别地涉及比如蜂窝电话的便携式设备,其配备有专利技术性接近传感器，所述便携式设备能够将比如例如像用户的头部或一只手的身体部分与低介电常数（permittivity）对象区别开，并且识别检测的身体部分正在从其（whence）接近的方向。
技术介绍
经常期望检测身体部分是否在装置的短距离处。在蜂窝电话和无线连接的移动设备（包括平板计算机和其他类似的终端）的特别的情况下，该接近检测的形式可以被用作对装置的输入，但是，针对RF发射设备，已知使用接近度指示来适配瞬时RF功率，以便遵守SAR（特定吸收比（specificabsorptionratio））规则。SAR是当紧密接近无线电发射设备（电话、平板计算机、膝上型计算机等等）时在人体中辐射的RF能量的量的测量。依赖接近度检测的便携式连接的设备的其他有用功能是：当将便携式电话带到耳边用于呼叫时，禁用便携式电话的触摸屏，以免用户可能通过用脸颊或耳朵触碰屏幕而触发不需要的动作，并且在相同的情况下，关闭屏幕背光照明以节约能量。已知被布置用于检测靠近对象的身体的传感器，所述传感器包括基于电感、光学、热以及电容性的传感器。在蜂窝电话市场中，现今最常见的方法是用于检测靠近RF天线的对象的基于电容性的传感器。电容式传感器经常被实现为在PCB上的金属化垫，但是在许多情况下，诸如天线（即导电线）之类的现有元件可以兼作电容式检测器，使得在无表面代价的情况下可以添加检测器。在本申请人的名下的专利申请EP2988479中描述了在移动通信设备中用于接近度感测的电容式传感器的示例，该专利申请的内容通过引用被包括于此。尽管有所有上述优势，常规的电容式检测器单独也几乎没有提供关于接近对象的距离和大小的信息。在给定距离处的身体部分和无生命对象，如果它足够大并足够接近，则可以生成相同的电容升高（rise），并且将不是可区别的。电容式检测器的辨别的该缺乏可能导致在一些情况中的错误决定。一个示例是当电话或便携式设备被放置在比如是桌子或支架（holder）的支撑物上时。在该情况下，电话可以减少RF功率或在实际上不需要禁用的情况下禁用屏幕。减轻在常规电容式传感器中的这些假检测是困难的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供先进的电容式检测器，其可以解决上文所述的常规设备的缺点，如在所附权利要求书中记载的那样。虽然本专利技术适用于设备的大阵列，设备例如膝上型计算机、平板计算机、e阅读器、可穿戴设备（wearable）、可听戴设备（hearable）、电子测量仪器，并且也适用于非便携式设备，但是为了简要起见，本说明书将简单地提及“移动电话”。但是，这不应被认为是本专利技术的限制性特征。附图说明利用通过示例的方式给出并由附图图示的实施例的描述的帮助，本专利技术将被更好地理解，其中：图1和图2绘制了来自便携式连接的设备的SAR水平；图3示意性地图示了在便携式连接的设备中的电容式接近传感器；图4是用于将电容转换为电压的简化的理想化电路。图5和图6图示了电容式接近检测器的电容变化。图7示出了根据本专利技术的一个方面的包括电容式传感器的便携式连接的设备。图8示出了可能的连接，其中RF天线兼作电容式传感器。图9绘制了当在其中包括本专利技术的传感器的便携式设备首先接近人体的一部分，并且然后接近无生命对象时，由本专利技术的传感器读取的电容。具体实施方式图1示出了作为发射器天线和用户的身体之间的距离的函数的SAR之间的关系。曲线210可以表示与以全RF功率发射的常规蜂窝电话相关联的特定吸收率。清楚的是，吸收率超过针对小距离的法定（statutory）吸收率限制（Max）。曲线220表示在与其RF功率已经被有意减少的电话相关联的电话中的吸收率。清楚地，该率遵守法定限制，但是，由于功率较低，所以电话的连接性将被降级。图2图示了上述困境的解决方案。连接的设备配备有测量到用户的距离的接近检测器。如通过绘图230所示出的，设备中的硬件或软件处理器在距离下降到低于触发RF功率的瞬间下降的预定限制时生成逻辑信号。以该方式，当距离足够大以至于SAR低于最大可接受限制时，设备不遭受连接性的降级，并且功率仅在需要时才被减少。虽然图2示出了仅一个阈值，但是应该理解：设备可以确定与若干个阈值相关的距离，并且在与在任何给定的距离处的SAR限制兼容的最佳连接性的搜索中，在若干渐进的步骤中减少功率。图3示意性地示出了电容式接近检测器的结构，如其可以被用在本专利技术的框架中那样。检测器包括连接到用于确定感测电极20的电容的输入终端IN的感测电极20。通过将确定幅度的可变电势应用到输入终端IN、对输入电流积分以获得电荷可以确定电极的电容，其涉及的电容。例如，输入电势可以按照正弦曲线或平方律（squarelaw）变化。电容式传感器读出电路80可以包括电容到电压转换单元53，其生成与由电极20所见的电容成比例的电压信号。图4示出了可以被用于该目的的简化的电路。见多识广的读者将认识到终端IN是低阻抗节点，其电势归功于反应（reaction）与电压源47的输出相同，其可以是正方形、正弦曲线或以下任何合适的函数，并且输出信号V的幅度与电容20成比例。对于附加信息，读者被引导向专利申请EP2876407，通过引用将其合并于此。履行与图4的电路相同的功能的其他电路是可用的并且被包括在本专利技术的框架中。电容式传感器读出电路80的操作原理在于：用户的头部和身体具有远高于自由空间的介电常数的介电常数。因此，当用户使头部或另外的身体接近电极20时，它的电容增加微小但可测量的量。图5和图6示意性地图示了位于本专利技术的接近传感器后面的电容性效应。在图5中，电容式传感器由在印刷电路板137上的盘垫（diskpad）20表示，被接地环（groundring）25环绕。电极20优选地由保持在接地电势处或在保护电势处的保护电极124支撑，以屏蔽掉（screenout）来自位于下方的电话的电路的噪声。优选地，导电垫20、25被薄介电保护层138覆盖。当电极20连接到电容式检测器的IN终端时，其电势与周围的接地电极的电势不同，并且生成由场线表示的电场。当身体部分接近时，如在图6中那样，它修改了电场，因为它具有与周围空气的介电常数不同的介电常数，并且也可能因为它的导电性。这记录为由电极20所见的电容的小改变。重要地是，感测电极20的形状几乎没有意义，并且电容式传感器也将与任意形状的电极一起运转。虽然接地环25和保护124有用，但其不是必要的，并且电场的真实形状在任何情况下都将与所表示形状非常不同，因为电极将以复杂的方式与电话的所有部件耦合。在所有情况下，无论最终配置将是什么，电极20的电容将具有基线值Cenv，其恒定或比如温度的环境特性一起缓慢变化，这将随着身体部分的接近轻微地并且瞬时地增加量CUser。虽然增加的确切量可能难以确切地计算先验（priori），但是可以通过下面的公式来估计它其中是两个电极之间的公共面积，因此用户的手指/手掌/面部和传感器电极20之间的公共面积、它们的距离以及、表示绝对的和相对的介电常数（dielectricpermittivity）。忽略导电性效应（conductiveeffect）。由于人体的高含水量，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于便携式设备的接近传感器，所述传感器被布置用于检测身体部分与便携式设备的接近度，并且用于拒绝无生命对象，所述传感器包括：一个主电极，其面向便携式设备的外部；一个辅助参考电极；读出电路，其可操作地被布置用于通过将相同电势应用于主电极并且应用于辅助参考电极来获取主电极的第一电容，并且用于获取在将辅助参考电极保持浮动时的主电极的第二电容，以及决定单元，其被布置为基于所述第一电容和第二电容生成接近信号。

【技术特征摘要】
2017.06.27 US 62/5255141.一种用于便携式设备的接近传感器，所述传感器被布置用于检测身体部分与便携式设备的接近度，并且用于拒绝无生命对象，所述传感器包括：一个主电极，其面向便携式设备的外部；一个辅助参考电极；读出电路，其可操作地被布置用于通过将相同电势应用于主电极并且应用于辅助参考电极来获取主电极的第一电容，并且用于获取在将辅助参考电极保持浮动时的主电极的第二电容，以及决定单元，其被布置为基于所述第一电容和第二电容生成接近信号。2.根据权利要求1所述的接近传感器，其中所述无生命对象具有基本上低于人体的介电常数的介电常数。3.根据权利要求1所述的接近传感器，其中所述主电极是导电垫，并且所述辅助参考电极是放置在主电极旁边的导电元件。4.根据权利要求1所述的接近传感器，其包括在主电极之下的屏蔽电极、读出电路，其被布置为将屏蔽电极保持在辅助参考电极的电势处。5.根据权利要求1所述的接近传感器，其中决定单元可操作地被布置为，当被当作二维平面中的坐标的第一电容和第二电容将点定位在预定义的接受区域之内时，生成接近信号。6.根据权利要求1所述的接近传感器，其中决定单元可操作地被布置为，当第一电容和第二电容之间的比位于预定的间隔内时，生成接近信号。7.根据权利要求1所述的接近传感器，包括电荷到电压转换器，其被布置用于生成与所述第一电容和/或第二电容成比例的电压电平、偏移减法单元，其可操作地被布置为从所述电压电平减去第一可编程偏移电平、模拟到数字转换器、以及数字处理器，其被编程为作为决定单元基于所述第一电容值和所述第二电容值生成接近信号。8.一种用于确定在传感器和身体部分之间的接近度的方法，所述方法包括：测量面向检...

【专利技术属性】
技术研发人员：JG奥缇三世，李德明，C罗阿伊斯阿，
申请(专利权)人：商升特公司，
类型：发明
国别省市：美国,US