用于电容性感测按钮的无源屏蔽的系统、方法和装置制造方法及图纸

描述了用于电容到数字码转换的屏蔽的装置和方法。一种装置包括用于测量传感器电极的自电容的电容到数字转换器(CDC)。电容到数字代码转换器可以在第一相位中，向传感器电极施加电源电压。屏蔽电极与传感器电极形成互电容。在第二相位中，CDC将屏蔽电极耦合到接地电位并且将传感器电极耦合到第一调制电容器。该第一调制电容器被预充电到参考电压。在第三相位中，CDC将传感器电极和屏蔽电极耦合到接地电位。在第四相位中，CDC将屏蔽电极耦合到接地电位并且将传感器电极耦合到第二调制电容器。该第二调制电容器被预充电到参考电压。该第二调制电容器被预充电到参考电压。该第二调制电容器被预充电到参考电压。

【技术实现步骤摘要】
用于电容性感测按钮的无源屏蔽的系统、方法和装置


[0001]本公开总体上涉及感测系统，并且更具体地涉及可配置为测量电容或将电容转换为代表电容的数字值的电容感测系统。

技术介绍

[0002]电容感测系统可以感测在电极上生成的反映电容的改变的电信号。电容的这种改变可以指示触摸事件(即，对象与特定电极的接近度)。电容性感测元件可以用于替代机械按钮、旋钮和其他类似的机械用户接口控件。使用电容性感测元件可以消除复杂的机械开关和按钮，从而提供在恶劣条件下的可靠的操作。另外地，电容性感测元件广泛用于现代客户应用，从而在现有产品中提供新的用户接口选项。电容性感测元件的范围可以从用于触摸感测表面的单个按钮到以电容性感测阵列的形式布置的大量按钮。
[0003]电容性感测元件阵列通过测量电容性感测元件的电容并寻找指示触摸或导电对象的存在的电容的增量(改变)来工作。当导电对象(例如，手指、手或其他对象)接触或接近电容性感测元件时，电容会改变并检测到导电对象。电容性触摸感测元件的电容改变可以通过电路测量。电路将电容性感测元件的测量到的电容转换为数字值。
[0004]存在两种典型类型的电容类型：1)互电容，其中电容感测电路耦合到电容器的两个电极并且驱动/接收配置测量它们之间的电容；2)自电容，其中电容感测电路耦合到电容器的单个电极，其中第二电极连接到DC电压电平或寄生耦合到大地。触摸面板具有两种类型(1)和(2)的电容的分布式负载，并且一些触摸解决方案以独特的方式或以具有其各种感测模式的混合形式感测这两个电容。
专利技术内容
[0005]在许多消费者应用中，存在针对例如在屏幕、按钮等中的触摸传感器的需求，该触摸传感器对触摸和/或接近传感器的导电源进行响应。然而，这些传感器对附加的导电源(例如，水)敏感，这可能生成不期望的传感器响应或可能干扰预期的传感器响应。在许多情况下，这些传感器包括传感器垫，该传感器垫由具有阴影线的接地平面(例如，电耦合到接地电位的具有阴影线的或具有图案的传导物)包围。具有阴影线的接地平面可以帮助减少来自外部噪声源的干扰，同时在传感器电容耦合到接地电位时使寄生电容最小化(与具有实心接地层相比)。
[0006]然而，即使利用具有阴影线的接地平面，寄生电容虽然减少了，但仍会降低电容传感器的灵敏度。其他干扰源(例如，液滴)可以通过利用传感器电容调制寄生电容来进一步影响系统，这可能导致错误的电容感测测量，其与预期的电容感测测量一样大或在预期的电容感测测量的数量级上。换言之，意外的源可能影响电容感测系统，并对电容感测测量生成显著的结果。
[0007]本专利技术的方面通过提供一种利用屏蔽信号驱动具有阴影线的接地平面的系统和方法来解决上面提及的缺陷和其他缺陷。与传感器的电压信号相比，屏蔽信号具有相同的
极性但幅度不同，用于将寄生电容维持在零电压，这可以去除它们对触摸感测系统的影响。
[0008]本专利技术对于无源屏蔽有许多优点。例如，不需要诸如屏蔽缓冲器或比较器之类的有源组件，这可以降低整体功耗。此外，由于没有因为稳定性要求而限制电容大小范围的屏蔽缓冲器，因此没有这样的限制。屏蔽的速度仅受通用输入/输出(GPIO)“导通”电阻的限制。此外，不需要参考电压(VREF)。
[0009]在一个实施例中，一种系统包括可以测量传感器电极的自电容的电容到数字转换器。屏蔽电极与传感器电极形成互电容。电容到数字转换器可以排序通过四个相位。在第一相位中，电容到数字转换器可以将电源电压施加到传感器电极和屏蔽电极。在第二相位中，电容到数字转换器可以将屏蔽电极耦合到接地电位。电容到数字转换器可以将传感器电极耦合到第一调制电容器，该第一调制电容器被预充电到参考电压。在第三相位中，电容到数字转换器可以将传感器电极和屏蔽电极耦合到接地电位。在第四相位中，电容到数字转换器可以将屏蔽电极耦合到接地电位，并且将传感器电极耦合到第二调制电容器，该第二调制电容器被预充电到参考电压。
附图说明
[0010]图1A示出了由具有阴影线的平面包围的传感器电极的电容感测按钮的实施例。
[0011]图1B是根据实施例的具有有源屏蔽和缓冲器以提供有源屏蔽电压的电容到数字转换器(CDC)电路。
[0012]图1C是根据实施例的在传感器电容周围的电容和在图1B的CDC的操作相位期间施加到它们的电压的表示。
[0013]图2A是根据实施例的具有无源屏蔽且不具有缓冲器的CDC电路。
[0014]图2B是根据实施例的在传感器电容周围的电容和在图2A的CDC的操作相位期间施加到它们的电压的表示。
[0015]图2C
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2F是根据实施例在图2A的CDC的操作相位期间电容中的每一个电容的连接的图示。
[0016]图2G
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2H是根据实施例的在图2A的CDC的操作相位期间电荷去往和来自调制电容器的移动的图示。
[0017]图2I
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2J是根据实施例的在图2A的CDC的操作相位期间在调制电容上的电压的图示。
[0018]图3A是根据实施例的具有使用开关来对寄生电容进行正消除和负消除的CDC。
[0019]图3B是根据实施例的具有使用逻辑和/或固件来对寄生电容进行正消除和负消除的CDC。
[0020]图4是根据实施例的用于图3A的CDC的开关控制信号的图示。
[0021]图5A
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5C是具有接地屏蔽的电容传感器和来自导电对象和液体的伴随信号的图示。
[0022]图6A
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6C是具有驱动屏蔽的电容传感器和来自导电对象和液体的伴随信号的图示。
[0023]图7是根据实施例的具有用于屏蔽电极和传感器电极的替代驱动电压的CDC。
[0024]图8是根据实施例的包括至少一个传感器电极、屏蔽电极和CDC的系统。
具体实施方式
[0025]图1A示出了由具有阴影线的平面135包围的传感器电极131的电容感测按钮101的实施例。传感器电极131可以具有对地自电容CS。具有阴影线的平面135可以是接地平面或屏蔽电极。如果具有阴影线的平面135被配置作为屏蔽电极，则该具有阴影线的平面135可以具有对地电容CSH。最后，在传感器电极131与屏蔽电极135之间的边界可以形成互电容CM。虽然电容感测按钮101被示为由具有阴影线的平面包围，但在其他实施例中，电容感测按钮可以由实心接地平面包围和/或用于触摸屏。本文所描述的方法和装置可以应用于其他基于触摸的技术，例如，触摸屏。
[0026]图1B示出了电容到数字转换电路，其包括具有电路装置的有源屏蔽，该电路装置用于将跨屏蔽电极的电压(形成屏蔽电容CSH)维持在与跨传感器电极的电压(形成传感器电容CS)相同的电压。在屏蔽电极与传感器电极之间可能存在互电容(CM)。传感器电容CS可以连接到数字化电路150的一对差分输入，该数字化电路150可以将代表传感器电容CS的数字值提供给处理单元160。CS可以在一个相位中连接到第一差分输入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量传感器电极的自电容的电容到数字转换器(CDC)，所述CDC被配置为：在第一相位中，向所述传感器电极和屏蔽电极施加电源电压，所述屏蔽电极与所述传感器电极形成互电容；在第二相位中，将所述屏蔽电极耦合到接地电位并且将所述传感器电极耦合到第一调制电容器，所述第一调制电容器被预充电到参考电压；在第三相位中，将所述传感器电极和所述屏蔽电极耦合到所述接地电位；以及在第四相位中，将所述屏蔽电极耦合到所述接地电位并且将所述传感器电极耦合到第二调制电容器，所述第二调制电容器被预充电到所述参考电压。2.根据权利要求1所述的CDC，其中，所述第一调制电容器和所述第二调制电容器耦合到数字化电路，所述数字化电路用于通过耦合传感器电容器将所述第一调制电容器和所述第二调制电容器上的电压的改变转换为代表感测电容器的电容的数字值。3.根据权利要求2所述的CDC，其中，所述数字化电路的输出由对象检测电路装置处理，以检测所述传感器电极上导电对象的存在。4.根据权利要求1所述的CDC，其中，所述第一调制电容器和所述第二调制电容器的电容值比传感器电容器的电容值大至少两个数量级。5.根据权利要求1所述的CDC，包括：选择性地耦合到所述第一调制电容器的第一电流源以及选择性地耦合到所述第二调制电容器的第二电流源，所述第一电流源和所述第二电流源用于向所述第一调制电容器和所述第二调制电容器提供电流，所述电流用于将所述第一调制电容器和所述第二调制电容器上的电压返回到所述参考电压。6.根据权利要求1所述的CDC，其中，所述屏蔽电极是实质上包围所述传感器电极的具有阴影线的平面。7.根据权利要求1所述的CDC，其中，在所述第二相位中，所述传感器电极被配置为向所述第一调制电容器添加电荷。8.根据权利要求1所述的CDC，其中，在所述第四相位中，所述传感器电极被配置为从所述第二调制电容器中移除电荷。9.根据权利要求1所述的CDC，其中，在所述第二相位和所述第四相位中，在所述传感器电极与所述屏蔽电极之间形成的所述互电容被配置为从所述第一调制电容器和所述第二调制电容器中移除电荷。10.根据权利要求9所述的CDC，其中，由所述互电容从所述第一调制电容器和所述第二调制电容器中移除的所述电荷实质上相等。11.一种电容感测电路，包括：耦合到具有自电容的传感器电极的输入；耦合到具有屏蔽电容的屏蔽电极的输入，所述屏蔽电极与所述传感器电极形成互电容；多个开关，其耦合到所述屏蔽电极和所述传感器电极，所述多个开关用于选择性地在第一相位中将所述屏蔽电极耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：赛普拉斯半导体公司，
类型：发明
国别省市：