电容式力传感器（１００）包括：基板（１０１），其上布置有限定电容的至少一个电极对（１０２，１０３）。基板（１０１）相对于第一板（１０６）固定。驱动电路（１０４）被配置为向电极对（１０２，１０３）施加相对于电路接地（１０５）的电压。通过顺应性部件（１０８，１０９）将第一板（１０６）与耦合到电路接地（１０５）的第二板（１０７）分离。顺应性部件（１０８，１０９）被配置为在允许第一板（１０６）相对第二板（１０７）物理移动的同时，对抗压缩力（１１０）。然后，电容性检测电路（１１１）被配置为当压缩顺应性部件（１０８，１０９）时检测电容的改变。然后，根据电容的改变和顺应性部件（１０８，１０９）的弹簧常数来确定压缩力（１１０）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及一种电容式传感器，更具体地，涉及一种采用布置在基板上的电容器对来确定接触力的大小的电容式力传感器。
技术介绍
包括移动电话和个人数字助理(PDA)的便携式电子装置随着与这些装置相关的 技术持续地进步而变得越来越复杂。例如，直到最近，移动电话的用户接口还包括十二个至 十五个机械按钮。然而，今天，许多便携式装置已包括全QWERTY键盘。此外，一些便携式电 子装置采用根本没有机械键的触摸感应屏。用户仅用触摸塑料或玻璃表面，而不是按下机 械按钮。然后，诸如电容式触摸传感器的触摸感应电路确定用户手指或手写笔(stylus)的 位置。然后，处理器将手指或手写笔的位置与虚拟键盘相关联，以确定键击。例如，在共同 转让的于 2007 年 2 月 27 日提交的名为 “Adaptable User Interface and Mechanism for a Portable Electronic Device”的共同未决美国专利申请No. 11/679，228中描述了这种 电容式传感器，通过引用将其合并于此。尽管电容式触摸传感器可用于确定类似手指和手写笔的对象的几何位置，但是他 们不能提供所施加的接触力的指示。在许多装置中，必须使用力感应电阻器或开关来检测 接触力。然而，当用户接口仅包括固定的玻璃或塑料片时，力感应电阻器展现出一些不太理 想的特性。例如，力感应电阻器通常具有取决于材料和制造公差的非线性响应。另外，力感 应电阻器较为昂贵，从而增加了整个电子装置的成本。因此，需要一种能够检测和确定接触力的改进的低成本触摸感应接口。 附图说明图1是根据本专利技术的实施例的电容式力传感器的一个示例。图2示出根据本专利技术的实施例的适合于沉积在基板上的电容电极图案的一个示 例。图3和图4分别示出在休息时和处于按压下的根据本专利技术的电感式力传感器的一 个实施例以及与之相关的电场线。图5示出根据本专利技术的实施例的适合与电子装置一起使用的触摸感应用户接口 的一个示例。图6示出根据本专利技术的实施例的具有触摸感应用户接口的一个电子装置的分解 图。图7和图8示出根据本专利技术的实施例的使用电容式力传感器来确定碰撞接触力的一种方法。技术人员将理解，为了简明和清楚示出附图中的元件，未必将其按比例绘制。例 如，可以相对于其他元件放大附图中一些元件的尺寸，以帮助理解本专利技术的实施例。具体实施例方式在详细 描述根据本专利技术的实施例之前，应该注意到，实施例主要在于与电容性地 检测接触力相关的方法步骤和装置构件的组合。因此，在附图中已经通过传统符号适当表 示了装置构件和方法步骤，附图仅示出那些与用于理解本专利技术的实施例相关的特定细节， 从而不会使对于从在此的描述中获益的本领域的普通技术人员而言显而易见的细节的模 糊了本公开。将理解，在此描述的本专利技术的实施例可以包括一个或多个传统处理器以及独特的 存储程序指令，其控制所述一个或多个处理器以与某些非处理器电路协作来实现在此描述 的电容性力检测的实施例的部分、大部分或全部功能。可选地，可以通过没有存储程序指令 的状态机或者在一个或多个特定用途集成电路(ASIC)中实现部分或全部功能，其中，各个 功能或某些功能的一些组合被实现为定制逻辑。当然，可以使用两种方法的组合。此外，尽 管可能由例如可用时间、当前技术和经济因素激励了大量努力和许多设计选择，但是可以 预期的是，本领域的技术人员在于此公开的概念和原理的指导下，将能够容易地以最少实 验产生这种软件指令和程序以及ASIC。现将详细描述本专利技术的实施例。参照附图，在所有视图中，相同的标号指示相同 的部件。如在此描述和整个权利要求中使用的，除非上下文另有明确规定，下面的术语采 用在此与之明确相关的含义不定冠词“a”、“an”以及定冠词“the”的含义包括复数指代， “在……中”的含义包括“在……中”和“在……上”。诸如第一和第二、顶部和底部等的关系 术语可以仅用于将一个实体或行为与另一实体或行为相区分，而不一定要求或暗示在这些 实体或行为之间的任何实际关系或顺序。另外，在此，在括号中所示的参考指示符指示除所 讨论的那个附图之外的附图中所示的构件。例如，在讨论附图A时谈到装置(10)将指示在 除图A之外的附图中示出的元件10。本专利技术的实施例提供一种如下的系统，其用于电容性地检测在触摸感应用户接口 上施加的接触力，所述触摸感应用户接口例如便携式电子装置的触摸感应用户接口。系统 的一个实施例包括顺应性(compliance)部件，诸如弹簧或泡棉垫片，以及用于检测电容 改变的系统。顺应性部件在一组或多组电极与参考地平面之间建立间隙。顺应性部件还建 立施加力与间隙高度之间的关系。在一个实施例中，电容式感应电路包括至少两个电极。为了讨论简单，这些电极在 此将被称为“X”电极和“Y”电极。在一个实施例中，X电极和Y电极布置在同一平面内。例 如，它们可以布置在基板上。适合的基板包括柔性(flexible)基板，诸如，聚合物封装的 铜；或刚性基板，诸如，FR4型玻璃纤维。通过将X电极和Y电极均布置在一个基板上(注 意的是，它们可以被布置在基板的各个层上)，X电极和Y电极被布置在电极与参考地平面 之间存在的空气间隙的单侧上。当驱动电路激励电极中的一个例如X电极时，在X电极与Y电极之间建立电场。此 电场限定了可以利用电容式感应电路进行测量的“X电极到Y电极”电容。电容式感应电路 是本领域已知的。电容式感应电路的一个示例是电荷转移电容式感应电路，尽管对于从本 公开获益的本领域的技术人员而言显而易见还可以使用其他等效的电容式感应电路。在一个实施例中，顺应性部件在X-Y电极对与参考地平面之间建立间隙。参考地 平面可以仅是连接到电路接地或共用节点的材料的导电部分。当驱动X电极时，不仅在X电极与Y电极之间建立电场，而且在X电极与参考地平面之间以及在Y电极与参考地平面 之间建立电场。当压缩顺应性部件时，可能由于在用户接口上发生的(incident)接触力而 导致X电极与Y电极之间的间隙减小。结果是，X电极与地之间以及Y电极与地之间的耦 合增加，从而减少可测量的X-Y电容。因此，顺应性部件建立接触力与位移之间的关系。然 后，电容性检测电路可以感应位移的改变。通过测量X电极与Y电极之间的电容改变，系统 可以确定位移的改变，且因此确定施加到输入面的力。现转到图1， 图1示出根据本专利技术的电容式力传感器100的一个实施例。电容式 力传感器100包括基板101，具有布置在其上的至少一个电极对102、103。在一个实施例 中，电极对102、103包括多个电极对。电极对102、103的数量和放置将取决于应用。可以 按照阵列配置来放置多个电极对。另外，可以根据策略来沿基板放置多个电极对，所述策略 例如在图标或用户促动目标之下。如上所述，基板101可以是柔性基板或刚性基板。例如，在一个实施例中，基板101 是印刷布线板，诸如FR4电路板或聚合物封装的柔性基板。在此实施例中，电极对102、103 可以被布置在基板101上，或可以通过传统印刷布线板制造技术来蚀刻。注意到，电极对 102,103的电极可以被布置在多层基板的不同层上。在此配置中，沿在板107与电极对102、103之间存在的空气间隙114的同一侧布 置电极本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电容式力传感器，包括：基板，所述基板上布置有限定电容的至少一个电极对；驱动电路，所述驱动电路被配置为向所述至少一个电极对施加相对于电路接地的电压；第一板，所述第一板相对所述基板固定；第二板，所述第二板电连接到所述电路接地；顺应性部件，所述顺应性部件被布置在所述第一板与所述第二板之间，所述顺应性部件被配置为将所述第一板与所述第二板机械地分离，且在允许所述第一板响应于压缩力相对所述第二板物理地移动的同时对抗所述压缩力；以及电容性检测电路，所述电容性检测电路被配置为当压缩所述顺应性部件时检测电容的改变，其中，所述电容取决于所述第一板与所述第二板之间的距离。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：道奇·达斡尔曼，
申请(专利权)人：摩托罗拉移动公司，
类型：发明
国别省市：US
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