基于驱动信号的相移的正切而进行的自电容感测制造技术

本公开涉及基于驱动信号的相移的正切而进行的自电容感测。触摸屏控制器包括驱动电路，驱动电路通过电阻耦合到导电线，并以驱动频率利用通过电阻而传递的驱动信号来驱动该导电线。感测电路耦合到该导电线，并感测该导电线处的电压，该电压根据由该导电线所见的电容而变化。模数转换电路耦合到感测电路，并且以采样频率对感测到的电压进行采样以产生样本。处理电路耦合到模数转换电路，并从样本直接计算由电阻和电容所致的电压的相移的正切，并根据电压的相移的正切来确定针对该导电线的自触摸值。

【技术实现步骤摘要】
基于驱动信号的相移的正切而进行的自电容感测相关申请的交叉引用本申请要求于2019年3月5日提交的美国临时专利申请No.62/813,862的优先权，其内容以其整体通过引用并入本文。
本公开涉及自电容感测的领域，并且特别地，涉及硬件以及用于在不使用开关电容器电路的情况下操作该硬件的技术。
技术介绍
触摸屏设备在今天的计算环境中普遍流行。便携式计算机、桌上型计算机、平板计算机、智能电话和智能手表通常采用触摸屏来获取用户输入，以用于这些设备的导航和控制。因此，经由触摸输入辨别用户的意图是触摸屏设备的重要特征。触摸屏通常基于电容性触摸感测进行操作，并且包括导电特征的图案化阵列。例如，导电特征的图案化阵列可以包括线、导电焊盘、重叠结构、交叉结构、菱形结构、晶格结构等的集合。通过评估不同线或多组线处的电容改变，可以检测诸如通过手指或触笔的用户触摸或悬停。可以对触摸屏执行的两种常见的电容性触摸感测技术或模式是互电容感测和自电容感测。在互电容感测模式下，驱动信号被施加到被称为驱动线的线的子集，并且在被称为感测线的线的子集处测量电容值，其中应当理解，感测线以与其间隔开的形式与驱动线相交。驱动线和感测线的每个交叉点形成电容性节点。由于将手指或导电触笔靠近触摸屏的表面将改变局部电场，因此这导致驱动线和感测线之间的电容(“互”电容)减小，并且每个独立的电容节点处的电容改变可以被测量，以准确地确定触摸位置。因此，互电容感测的输出是值的二维矩阵，其中针对每个电容性节点(驱动线和感测线之间的交叉点)一个值。因此，可以理解，互电容感测允许可以同时准确跟踪多个手指或触笔的多点触摸操作。然而，如也可以理解的，测量单个电容性节点时的信噪比很低。因此，互触摸感测的灵敏度对于某些情况并不理想。在自电容感测模式下，驱动信号被施加到每一条线，而不管取向如何。将手指或触笔靠近触摸屏的表面将改变局部电场，在这个实例中，从而增加相关驱动线或感测线与接地之间的电容(“自电容”)。然而，由于所有线都被驱动，因此电容改变只能以每个线为基础而不是以每个电容性节点为基础被测量。因此，自电容感测的输出是值的两个一维数组，其中针对每个线一个值。如可以理解的，测量整条线时的信噪比高于测量单个电容性节点时的信噪比，因此自电容感测允许更精确的测量，尽管无法准确地解决由多于单个手指进行的触摸。在当前自电容感测设计的情况下，在驱动信号的每个周期期间只能执行一次数据采集。此外，由于测量了每个线的总电荷，并且由于信噪比高，所以相关联的感测电路需要大的工作范围。另外，对于给定的触摸屏设计，切换驱动频率是困难的，因为对于不同的触摸屏设计，由相关联的感测电路执行的、诸如补偿由信噪比引起的大电压摆动的功能可能是不同的。因此，由于自电容感测的有用性以及上文给出的缺点，期望用于执行自电容感测的新的电路和技术。
技术实现思路
第一方面涉及触摸屏控制器，该触摸屏控制器包括：驱动电路，驱动电路通过电阻而耦合到导电线，并且被配置为以驱动频率利用被实施(forced)通过电阻的驱动信号来驱动该导电线；以及感测电路，感测电路耦合到该导电线，并且被配置为感测该导电线处的电压的，该电压是根据由该导电线所见的电容而变化。模数转换电路耦合到感测电路，并且被配置为以采样频率对感测到的电压进行采样以产生样本。处理电路耦合到模数转换电路，并且被配置为：从样本直接计算由电阻和电容所致的电压的相移的正切，并且根据电压的相移的切线来确定针对该导电线的自触摸值。采样频率可以大于驱动频率。采样频率可以是固定的。处理电路可以被配置为通过以下操作来直接计算电压的相移的正切：根据驱动频率来执行快速傅立叶变换(FFT)以确定由样本表示的信号的实部和虚部，以及将电压的相移的正切确定为由样本表示的信号的实部与由样本表示的信号的虚部的比率。处理电路可以被配置为通过以下操作来直接计算电压的相移的正切：将样本乘以实乘子并且乘以虚乘子，对相乘后的样本求和以产生由样本表示的信号，确定由样本表示的信号的实数和虚部，以及将电压的相移的正切确定为由样本表示的信号的实部和虚部的比率。处理电路可以通过将处于驱动频率k的、由样本表示的信号S计算为下式来执行FFT：处理电路可以通过将处于驱动频率k的、由样本表示的信号S计算为下式来执行FFT：其中实部包括所得到的关于余弦(cos)的表达式，并且虚部包括所得到的关于正弦(sin)的表达式。处理电路可以将自触摸值确定为：tan(Δphase)＝2πf(C1-C0)。本文的另一方面是一种对触摸屏进行自电容感测的方法。该方法包括以驱动频率利用被实施通过电阻的驱动信号来驱动多个导电线。针对多个导电线中的每个导电线，在单个自感测帧期间，该方法包括：以采样频率对该导电线上的电压进行采样以产生样本，该电压根据由该导电线所见的电容而变化；以及从样本直接计算由电阻和电容所致的电压的相移的正切，以及根据电压的相移的正切，确定在自感测帧期间针对该导电线的自触摸值。采样频率可以大于驱动频率。采样频率可以是固定的。电压的相移的正切可以通过以下操作而被直接计算：根据驱动频率来执行快速傅立叶变换(FFT)以确定由样本表示的信号的实部和虚部，以及将电压的相移的正切计算为由样本表示的信号的实部与由样本表示的信号的虚部的比率。电压的相移的正切可以通过以下操作被确定：将样本乘以实乘子并且乘以虚乘子，对相乘后的样本求和以产生由样本表示的信号，确定由样本表示的信号的实部和虚部，以及将电压的相移的正切计算为由样本表示的信号的实部和虚部的比率。执行FFT可以包括将处于驱动频率k的、由样本表示的信号S计算为：执行FFT可以包括将处于驱动频率k的、由样本表示的信号S计算为：其中实部包括所得到的关于余弦的表达式，并且虚部包括所得到的关于正弦的表达式。自触摸值可以被确定为：tan(Δphase)＝2πf(C1-C0)。本文还公开了一种触摸屏控制器，该触摸屏控制器包括：驱动电路，驱动电路耦合到导电线，并且被配置为驱动该导电线；以及感测电路，感测电路耦合到该导电线，并且被配置为感测该导电线处的电压，该电压根据由该导电线所见的电容而变化。触摸屏控制器还包括：模数转换电路，模数转换电路耦合到感测电路，并且被配置为对感测到的电压进行采样以产生样本；以及处理电路，处理电路被配置为根据电压的相移的正切来确定针对该导电线的自触摸值。处理电路可以被配置为通过以下操作来直接计算电压的相移的正切：执行快速傅立叶变换(FFT)以确定由样本表示的信号的实部和虚部，以及将电压的相移的正切确定为由样本表示的信号的实部与由样本表示的信号的虚部的比率。处理电路可以被配置为通过以下操作来直接计算电压的相移的正切：将样本乘以实乘子并且乘以虚乘子，对相乘后的样本求和以产生由样本表示的信号，确定由样本表示的信号的实数和虚部，以及将电压的相移的正切确定为由样本表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种触摸屏控制器，包括：/n驱动电路，所述驱动电路通过电阻耦合到导电线，并且被配置为以驱动频率利用通过所述电阻而传递的驱动信号来驱动所述导电线；/n感测电路，所述感测电路耦合到所述导电线，并且被配置为感测所述导电线处的电压，所述电压根据由所述导电线所见的电容而变化；/n模数转换电路，所述模数转换电路耦合到所述感测电路，并且被配置为以采样频率对感测到的所述电压进行采样，以产生样本；/n处理电路，所述处理电路耦合到所述模数转换电路，并且被配置为：/n从所述样本，直接计算由所述电阻和所述电容所致的所述电压的相移的正切；并且/n根据所述电压的所述相移的所述正切，确定针对所述导电线的自触摸值。/n

【技术特征摘要】
20190305 US 62/813,862;20200212 US 16/788,4171.一种触摸屏控制器，包括：
驱动电路，所述驱动电路通过电阻耦合到导电线，并且被配置为以驱动频率利用通过所述电阻而传递的驱动信号来驱动所述导电线；
感测电路，所述感测电路耦合到所述导电线，并且被配置为感测所述导电线处的电压，所述电压根据由所述导电线所见的电容而变化；
模数转换电路，所述模数转换电路耦合到所述感测电路，并且被配置为以采样频率对感测到的所述电压进行采样，以产生样本；
处理电路，所述处理电路耦合到所述模数转换电路，并且被配置为：
从所述样本，直接计算由所述电阻和所述电容所致的所述电压的相移的正切；并且
根据所述电压的所述相移的所述正切，确定针对所述导电线的自触摸值。


2.根据权利要求1所述的触摸屏控制器，其中所述采样频率大于所述驱动频率。


3.根据权利要求1所述的触摸屏控制器，其中所述采样频率是固定的。


4.根据权利要求1所述的触摸屏控制器，其中所述处理电路被配置为通过以下操作来直接计算所述电压的所述相移的所述正切：
根据所述驱动频率执行快速傅立叶变换(FFT)，以确定由所述样本表示的信号的实数和虚部；以及
将所述电压的所述相移的所述正切确定为由所述样本表示的所述信号的所述实部与由所述样本表示的所述信号的所述虚部的比率。


5.根据权利要求4所述的触摸屏控制器，其中所述处理电路被配置为通过以下操作来直接计算所述电压的所述相移的所述正切：
将所述样本乘以实乘子并且乘以虚乘子；
对相乘后的所述样本求和，以产生由所述样本表示的所述信号；
确定由所述样本表示的所述信号的实部和虚部；以及
将所述电压的所述相移的所述正切确定为由所述样本表示的所述信号的所述实部与所述虚部的所述比率。


6.根据权利要求4所述的触摸屏控制器，其中所述处理电路通过将处于所述驱动信号的频率k的、由所述样本表示的所述信号S计算为下式来执行所述FFT：





7.根据权利要求4所述的触摸屏控制器，其中所述处理电路通过将处于所述驱动频率k的、由所述样本表示的所述信号S计算为下式来执行所述FFT：



其中所述实部包括所得到的关于余弦的表达式，并且所述虚部包括所得到的关于正弦的表达式。


8.根据权利要求1所述的触摸屏控制器，其中所述处理电路将所述自触摸值确定为：
tan(Δphase)＝2πf(C1-C0)。


9.一种对触摸屏进行自电容感测的方法，所述方法包括：
以驱动频率利用被实施通过电阻的驱动信号来驱动多个导电线；以及
对于所述多个导电线的每个导电线，在单个自感测帧期间：
以采样频率对所述导电线处的电压进行采样以产生样本，所述电压根据由所述导电线所见的电容而变化；
从所述样本，直接计算由所述电阻和所述电容所致的所述电压的相移的正切；以及
根据所述电压的所述相移的所述正切，确定在所述单个自感测帧期间针对所述导电线的自触摸值。


10.根据权利要求9所述的方法，其中所述采样频率大于所述驱动频率。


11.根据权利要求9所述的方法，其中所述采样频率是固定的。


12.根据权利要求9所述的方法，其中所述电压的所述相移的所述正切通过以下操作被直接计算：
根据所述驱动频率来执行快速傅立叶变换(FFT)，以确定由所述样本表示的信号的实部和虚部；以及
将所述电压的所述相移的所述正切计算为由...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·A·尼格拉特，A·普特拉，
申请(专利权)人：意法半导体亚太私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG