自动化的电容性触摸扫描的制作方法
专利名称：自动化的电容性触摸扫描的制作方法
技术领域：
本发明涉及电容性触摸传感器及小键盘，且更特定来说涉及在集成电路装置的运行模式、空闲与睡眠模式两者期间对电容性小键盘的自动化的扫描及控制。
背景技术：
电容性触摸传感器用作到电子装备(例如，计算器、电话、现金出纳机、加油泵等) 的用户接口。电容性触摸传感器可布置成小键盘矩阵且通过当物体(例如，用户手指尖) 致使电容性触摸传感器的电容改变时电容性触摸传感器的电容的改变而激活(控制指示激活的信号)。通常，电容性触摸传感器的小键盘矩阵制作于衬底上，其中电容性触摸传感器上方有保护性覆盖物，例如玻璃或透明塑料树脂覆盖物。保护性覆盖物上面还可具有字母数字字符以识别每一相关联电容性触摸传感器的用途。
当具有电容的物体(例如，用户手指尖)紧密接近于传感器元件时，传感器元件的电容值改变。以电子方式检测此电容改变以便产生指示紧密接近于其的物体激活所述电容性触摸传感器的信号。此电子检测必须由电子装置来执行，此需要电力来操作所述电子装置。当前技术要求，当所述电子装置处于睡眠模式中时，将其唤醒以扫描电容性触摸传感器的小键盘矩阵。当所述电子装置处于低电力备用或睡眠模式中时，对检测到电容改变的响应时间或所述电子装置的电力消耗必定遭受损失。
发明内容
需要一种提供对电容性小键盘的自动化的扫描及控制而不管电子装置的主要电力消耗逻辑电路处于运行、空闲还是睡眠模式中的方式。能够扫描并控制小键盘矩阵的电容性触摸传感器将允许电子装置的电力消耗逻辑电路保持处于低电力睡眠模式中直到需要被唤醒以处理数据及/或控制功能。因不必考虑所述电子装置的各种电力模式，简化用户软件(固件)应用程序码。
根据本发明的教示，当电子装置的主要电力消耗逻辑电路保持处于低电力睡眠或备用模式中时，可执行能够扫描电容性小键盘以检测电容性触摸传感器中的任何一者或一者以上是否被激活的扫描模块。此扫描模块即使在所述电子装置的所述主要电力消耗逻辑电路处于睡眠模式中时仍保持在操作中，且将不唤醒所述电子装置的所述主要电力消耗逻辑电路直到需要需要所述逻辑电路的动作，从而减少总电力消耗。
根据本发明的教示，可使用逻辑电路(例如，状态机)来依序经过所述小键盘矩阵的电容性触摸传感器，执行来自所述电容性触摸传感器中的每一者的模拟信号值的模/数转换，执行所述经数字化模拟信号值中的每一者的数字比较，将比较值存储于一组寄存器中，且操作数字比较器。接着，在检测到电容性触摸传感器的有效键按压时，所述状态机将即刻提供对所述电子装置的中断以使其脱离睡眠模式且进入到操作模式中以进行与特定电容性触摸传感器的致动相称的进一步处理及适当动作。
根据本发明的具体实例性实施例，一种用于测量多个电容性触摸传感器的电容的改变的设备，其包含多路复用器，其具有输出及适于耦合到多个电容性触摸传感器的多个输入，其中所述多个输入中的每一者耦合到所述多个电容性触摸传感器中的相应一者；模 /数转换器(ADC)，其具有耦合到所述多路复用器的所述输出的模拟输入；放电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与共用供应源源之间；恒定电流源，其具有电流值；充电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与所述恒定电流源之间；阈值寄存器，其中存储有阈值；数字比较器，其具有耦合到所述阈值寄存器的第一输入及耦合到所述ADC的输出的第二输入，其中将存储于所述阈值寄存器中的所述阈值与来自所述ADC的所述输出的数字电压值相比较；序列控制器，其耦合到所述多路复用器、所述ADC、所述放电开关、所述充电开关及来自所述数字比较器的输出并对其进行控制，其中所述序列控制器一次从所述多路复用器的所述多个输入中选择一个输入，闭合所述放电开关以使得所述多个电容性触摸传感器中耦合到所述多个输入中的所述选定一者的所述相应一者已从其中移除大致所有电压电荷，断开所述放电开关并闭合所述充电开关达一时间周期，其中在所述时间周期期间，所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者耦合到所述恒定电流源，借此所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者充电到由所述时间周期及所述恒定电流源的所述电流值确定的电压值，在所述时间周期结束时触发所述ADC以对所述电压值进行取样并将所述电压值转换为其数字表示，当所述电压值的所述数字表示小于存储于所述阈值寄存器中的所述阈值时产生检测到触摸信号，且指示所述多个电容性触摸传感器中的哪一者与所述所测量的电压值相关联，否则不产生触摸检测信号。
根据本发明的另一具体实例性实施例，一种具有能够被置于低电力睡眠模式或操作模式中的逻辑电路的集成电路数字装置，所述数字装置还具有独立于所述逻辑电路处于所述睡眠模式中还是处于所述操作模式中而操作的电容测量电路，其中所述电容测量电路测量多个电容性触摸传感器的电容的改变，所述设备包含数字处理器，其具有能够处于低电力睡眠模式或操作模式中的逻辑电路；多路复用器，其具有输出及适于耦合到所述多个电容性触摸传感器的多个输入，其中所述多个输入中的每一者耦合到所述多个电容性触摸传感器中的相应一者；模/数转换器(ADC)，其具有耦合到所述多路复用器的所述输出的模拟输入；放电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与共用供应源之间；恒定电流源， 其具有电流值；充电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与所述恒定电流源之间；阈值寄存器，其中存储有阈值；数字比较器，其具有耦合到所述阈值寄存器的第一输入及耦合到所述ADC的输出的第二输入，其中将存储于所述阈值寄存器中的所述阈值与来自所述 ADC的所述输出的数字电压值相比较；序列控制器，其耦合到所述多路复用器、所述ADC、所述放电开关、所述充电开关及来自所述数字比较器的输出并对其进行控制，其中所述序列控制器一次从所述多路复用器的所述多个输入中选择一个输入，闭合所述放电开关以使得所述多个电容性触摸传感器中耦合到所述多个输入中的所述选定一者的所述相应一者已从其中移除大致所有电压电荷，断开所述放电开关并闭合所述充电开关达一时间周期，其中在所述时间周期期间，所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者耦合到所述恒定电流源，借此所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者充电到由所述时间周期及所述恒定电流源的所述电流值确定的电压值，在所述时间周期结束时触发所述ADC以对所述电压值进行取样并所述电压值其转换为其数字表示，当所述电压值的所述数字表示小于存储于所述阈值寄存器中的所述阈值时产生检测到触摸中断，且指示所述多个电容性触摸传感器中的哪一者与所述所测量的电压值相关联，否则不产生触摸检测中断，其中所述检测到触摸中断致使所述数字处理器的所述逻辑电路从所述低电力睡眠模式转变为所述操作模式。
结合附图参照下文说明可更全面地理解本发明，附图中 图1是根据本发明的具体实例性实施例的具有耦合到电容性触摸小键盘的独立自动化的电容性触摸扫描的电子装置的示意性框图； 图2是从恒定电流源充电的电容器的时间-电压曲线图；及 图3是根据本发明的具体实例性实施例的如图2中所示的独立自动化的电容性触摸扫描的更详细框图。
尽管本发明易于作出各种修改及替代形式，但在图式中是显示并在本文中详细描述其具体实例性实施例。然而，应理解，本文对具体实例性实施例的说明并非打算将本发明限定于本文所揭示的特定形式，而是相反，本发明打算涵盖所附权利要求书所界定的所有修改及等效形式。
具体实施例方式现在参照图式，其示意性地图解说明实例性实施例的细节。图式中，相同的元件将由相同的编号表示，且类似的元件将由带有不同小写字母后缀的相同编号表示。
参照图1，其描绘根据本发明的具体实例性实施例的具有耦合到电容性触摸小键盘的独立自动化的电容性触摸扫描的电子装置的示意性框图。数字装置100包含数字处理器102、扫描计时器104、电流源寄存器106、具有可编程恒定电流源的充电时间测量单元 (CTMU) 108、多路复用器110、模/数转换器112、阈值寄存器与数字比较器114及控制器/ 定序器116。显示所述数字装置100耦合到电容性触摸小键盘90。
数字处理器102可以是(举例来说但不限于)微控制器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(ASIC)等及其任一组合。数字处理器102 具有适于在正常模式(高电力使用)或低电力睡眠模式中运行的逻辑电路(未显示)。当处于所述低电力睡眠模式中时，所述逻辑电路使用非常少的电力或不使用电力，但所述逻辑电路也不发挥作用。只有在所述逻辑电路被带回到所述正常模式时其才发挥作用。唤醒 /睡眠模式电路(未显示)与这些逻辑电路一同使用以控制所述逻辑电路处于正常(操作模式)还是睡眠模式中。
扫描计时器102设定电容性触摸小键盘90的扫描之间的时间。使用电流源寄存器106来设定来自CTMU 108的恒定电流输出的值，且可对于电容性触摸小键盘90的每一电容性键而不同。阈值寄存器/比较器114存储值以与ADC 112的输出相比较。多路复用器110将电容性触摸小键盘90的每一电容性键连接到ADC 112的输入且连接到CTMU 108。 控制/定序器116可以是向电流源寄存器106、CTMU 108、ADC 112及多路复用器110提供控制及计时的状态机。确定电容性触摸小键盘90的电容性键中的每一者的电容值(如下文更全面地描述)且将其与存储于阈值寄存器/比较器114中的相应目标电容值相比较。 当检测到电容性键的电容值的改变时，则控制/定序器116将用信号通知唤醒/睡眠模式电路(未显示)致使处于低电力睡眠模式中的数字处理器102的逻辑电路(未显示)返回到正常(操作)模式。
参照图2，其描绘从恒定电流源充电的电容器的时间-电压曲线图。当电容器218 经由恒定电流源220充电时，跨越电容器218的电压V根据以下方程式⑴随时间线性(单调)增加 I = C*dV/dT 方程式(1) 其中C为电容器218的电容值，I为来自恒定电流源220的电流，且V为时间T处电容器218上的电压。当已知电流I、时间T、电容C及电压V中的任何三个值时，可根据所述三个已知值计算另一未知值。举例来说，如果已知电容器218的电容、来自恒定电流源 220的充电电流及电容器218通过恒定电流源220充电的时间，那么可确定电压V。因此， 通过已知来自恒定电流源220的电流值I、电容器218的电容值C及将来自电流源220的充电电流施加到电容器218的时间T，可将电容器218充电到非常精确的电压V。通过求方程式(1)的积分并对C求解，可根据以下方程式( 确定准确的电容值 C = I/V*T 方程式 O) 通过将恒定电流值I施加达已知的时间周期T，接着在所述时间周期T结束时用 ADC 112测量所得电压V来确定电容性键中的每一者的电容值。如何通过使用图1及图3 中所示的电路测量精确电容值的更详细解释更全面地揭示于以下专利中第7，460，441号共同拥有的美国专利；詹姆斯· E ·伯特林于2008年5月6日提出申请且标题为“电容性 MMi^RTj^ (Capacitive Measurement Apparatus and Method) " ^ 2008/0204046 号美国专利申请公开案，其颁发给詹姆斯·Ε·伯特林，序列号为11/115，672;及伯特林等人于2008年7月1日提出申请且标题为“电流-时间数/模转换器(Current-Time Digital-to-Analog Converter)，，的第12/165，950号美国专利申请案，其全部出于所有目的借此以引用的方式并入本文中。
参照图3，其描绘根据本发明的具体实例性实施例的如图2中所示的独立自动化的电容性触摸扫描的更详细框图。图2中所示的电路独立于数字处理器102的逻辑电路处于正常模式还是睡眠模式中而运行。如上文所述且如本文中所引用的参考中更全面所述， 在施加到电容性触摸键90达时间周期T之后根据已知电流值I确定电压值V。ADC 112将模拟电压值转换为数字电压值，接着数字比较器114b将来自ADC 112的数字电压值与来自阈值寄存器IHa的预期数字值相比较。预期数字值表示未被致动(被触摸)的电容性键的电容值。当电容性键被致动(触摸)时，其电容值将增加且从而将在时间T期间从恒定电流源106充电到较低电压V。现在，来自ADC 112的数字电压值将低于存储于阈值寄存器IHa中的预期电压值且数字比较器114b将指示此状况以便通知唤醒/睡眠模式电路， 如上文更全面地描述。
扫描计时器104用于确定时间周期间隔且用作用于可以是(举例来说但不限于) 状态机的控制器/定序器116的计时时钟。控制器/定序器116控制选择多路复用器110 的哪一输入耦合到所述输出、何时闭合及断开放电开关3M及将充电开关322闭合多长时间。电流源寄存器106存储用于设定来自可编程恒定电流源320的恒定电流的数字值。控制器/定序器116在ADC 112提取模拟电压的样本以用于转换而变为数字电压值时触发。
当电容性触摸键未被致动时可针对其执行校准操作，以便获得电容性触摸键的电容器中的每一者在耦合到恒定电流源320时在时间周期T期间所要充电到的电压的基值。 此校准操作产生当电容性键未被致动时的其预期基线电压值，且此后电容性键的致动将产生用数字比较器114b检测的较低电压值以从门316的输出产生唤醒信号。
虽然已参照本发明的实例性实施例来描绘、描述及界定本发明的实施例，但此类参照并不意味着限定本发明，且不应推断出存在此限定。所揭示的标的物能够在形式及功能上具有大量修改、替代及等效形式，所属领域的技术人员将会联想到此等修改、替代及等效形式并受益于本发明。所描绘及所描述的本发明的实施例仅作为实例，而并非是对发明明范围的穷尽性说明。
权利要求
1.一种用于测量多个电容性触摸传感器的电容的改变的设备，所述设备包含多路复用器，其具有输出及适于耦合到多个电容性触摸传感器的多个输入，其中所述多个输入中的每一者耦合到所述多个电容性触摸传感器中的相应一者；模/数转换器(ADC)，其具有耦合到所述多路复用器的所述输出的模拟输入；放电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与共用供应源之间；恒定电流源，其具有电流值；充电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与所述恒定电流源之间；阈值寄存器，其中存储有阈值；数字比较器，其具有耦合到所述阈值寄存器的第一输入及耦合到所述ADC的输出的第二输入，其中将存储于所述阈值寄存器中的所述阈值与来自所述ADC的所述输出的数字电压值相比较；序列控制器，其耦合到所述多路复用器、所述ADC、所述放电开关、所述充电开关及来自所述数字比较器的输出并对其进行控制，其中所述序列控制器一次从所述多路复用器的所述多个输入中选择一个输入，闭合所述放电开关以使得所述多个电容性触摸传感器中耦合到所述多个输入中的所述选定一者的所述相应一者已从其中移除大致所有电压电荷，断开所述放电开关并闭合所述充电开关达一时间周期，其中在所述时间周期期间，所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者耦合到所述恒定电流源，借此所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者充电到由所述时间周期及所述恒定电流源的所述电流值确定的电压值，在所述时间周期结束时触发所述ADC以对所述电压值进行取样并将所述电压值转换为其数字表示，当所述电压值的所述数字表示小于存储于所述阈值寄存器中的所述阈值时产生检测到触摸信号，且指示所述多个电容性触摸传感器中的哪一者与所述所测量的电压值相关联，否则不产生触摸检测信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电流值为由可编程恒定电流源确定的多个电流值中的任一者。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个电容性触摸传感器布置成小键盘矩阵。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述数字比较器第一输入包含多个第一并行输入且所述第二输入包含多个第二并行输入。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述数字比较器第一输入包含单一位第一串行输入且所述第二输入包含单一位第二串行输入。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述序列控制器为状态逻辑机器。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述检测到触摸信号用于唤醒处于低电力睡眠模式中的逻辑电路。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述检测到触摸信号提供对电子装置的中断以请求使所述电子装置的电路脱离睡眠模式并进入到操作模式中。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述序列控制器的计时由扫描计时器控制。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述扫描计时器为精确时钟。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述阈值寄存器包含多个阈值寄存器及存储于其中的多个阈值。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述多个阈值是通过在所述多个电容性触摸传感器中的每一者未被触摸时测量与其相关联的所述电压值来确定的。
13.一种具有能够被置于低电力睡眠模式或操作模式中的逻辑电路的集成电路数字装置，所述数字装置还具有独立于所述逻辑电路处于所述睡眠模式中还是处于所述操作模式中而操作的电容测量电路，其中所述电容测量电路测量多个电容性触摸传感器的电容的改变，所述设备包含数字处理器，其具有能够处于低电力睡眠模式或操作模式中的逻辑电路； 多路复用器，其具有输出及适于耦合到多个电容性触摸传感器的多个输入，其中所述多个输入中的每一者耦合到所述多个电容性触摸传感器中的相应一者；模/数转换器(ADC)，其具有耦合到所述多路复用器的所述输出的模拟输入； 放电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与共用供应源之间； 恒定电流源，其具有电流值；充电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与所述恒定电流源之间； 阈值寄存器，其中存储有阈值；数字比较器，其具有耦合到所述阈值寄存器的第一输入及耦合到所述ADC的输出的第二输入，其中将存储于所述阈值寄存器中的所述阈值与来自所述ADC的所述输出的数字电压值相比较；序列控制器，其耦合到所述多路复用器、所述ADC、所述放电开关、所述充电开关及来自所述数字比较器的输出并对其进行控制，其中所述序列控制器一次从所述多路复用器的所述多个输入中选择一个输入， 闭合所述放电开关以使得所述多个电容性触摸传感器中耦合到所述多个输入中的所述选定一者的所述相应一者已从其中移除大致所有电压电荷， 断开所述放电开关并闭合所述充电开关达一时间周期，其中在所述时间周期期间，所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者耦合到所述恒定电流源，借此所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者充电到由所述时间周期及所述恒定电流源的所述电流值确定的电压值，在所述时间周期结束时触发所述ADC以对所述电压值进行取样并将所述电压值转换为其数字表示，当所述电压值的所述数字表示小于存储于所述阈值寄存器中的所述阈值时产生检测到触摸中断，且指示所述多个电容性触摸传感器中的哪一者与所述所测量的电压值相关联，否则不产生触摸检测中断，其中所述检测到触摸中断致使所述数字处理器的所述逻辑电路从所述低电力睡眠模式转变为所述操作模式。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述电流值为由可编程恒定电流源确定的多个电流值中的任一者。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述多个电容性触摸传感器布置成小键盘矩阵。
16.根据权利要求13所述的设备，其中所述数字比较器第一输入包含多个第一并行输入且所述第二输入包含多个第二并行输入。
17.根据权利要求13所述的设备，其中所述数字比较器第一输入包含单一位第一串行输入且所述第二输入包含单一位第二串行输入。
18.根据权利要求13所述的设备，其中所述序列控制器为状态逻辑机器。
19.根据权利要求13所述的设备，其中所述序列控制器的计时由扫描计时器控制。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述扫描计时器为精确时钟。
21.根据权利要求13所述的设备，其中所述阈值寄存器包含多个阈值寄存器及存储于其中的多个阈值。
22.根据权利要求21所述的设备，其中所述多个阈值是通过在所述多个电容性触摸传感器中的每一者未被触摸时测量与其相关联的所述电压值来确定的。
23.根据权利要求13所述的设备，其中所述数字处理器为微控制器。
全文摘要
电子装置的扫描模块扫描电容性小键盘以检测任何电容性触摸传感器的致动。此扫描模块即使在所述电子装置的主要电力消耗电路处于睡眠模式中时仍保持在操作中，且将不唤醒所述主要电力消耗电路直到需要需要所述电路的动作，从而减少所述电子装置的总电力消耗，同时仍维持所述电容性小键盘的扫描。在检测到电容性触摸传感器的有效键按压时，对所述电子装置的中断即刻使其脱离睡眠模式且进入到操作模式中以进行与所述特定电容性触摸传感器的所述致动相称的进一步处理及适当动作。
文档编号G06F1/32GK102187298SQ200980140905
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月22日 优先权日2008年10月27日
发明者詹姆斯·E·巴特林, 贾森·托尔夫森, 布鲁斯·伯恩 申请人:密克罗奇普技术公司
技术领域：
本发明涉及电容性触摸传感器及小键盘，且更特定来说涉及在集成电路装置的运行模式、空闲与睡眠模式两者期间对电容性小键盘的自动化的扫描及控制。
背景技术：
电容性触摸传感器用作到电子装备(例如，计算器、电话、现金出纳机、加油泵等) 的用户接口。电容性触摸传感器可布置成小键盘矩阵且通过当物体(例如，用户手指尖) 致使电容性触摸传感器的电容改变时电容性触摸传感器的电容的改变而激活(控制指示激活的信号)。通常，电容性触摸传感器的小键盘矩阵制作于衬底上，其中电容性触摸传感器上方有保护性覆盖物，例如玻璃或透明塑料树脂覆盖物。保护性覆盖物上面还可具有字母数字字符以识别每一相关联电容性触摸传感器的用途。
当具有电容的物体(例如，用户手指尖)紧密接近于传感器元件时，传感器元件的电容值改变。以电子方式检测此电容改变以便产生指示紧密接近于其的物体激活所述电容性触摸传感器的信号。此电子检测必须由电子装置来执行，此需要电力来操作所述电子装置。当前技术要求，当所述电子装置处于睡眠模式中时，将其唤醒以扫描电容性触摸传感器的小键盘矩阵。当所述电子装置处于低电力备用或睡眠模式中时，对检测到电容改变的响应时间或所述电子装置的电力消耗必定遭受损失。
发明内容
需要一种提供对电容性小键盘的自动化的扫描及控制而不管电子装置的主要电力消耗逻辑电路处于运行、空闲还是睡眠模式中的方式。能够扫描并控制小键盘矩阵的电容性触摸传感器将允许电子装置的电力消耗逻辑电路保持处于低电力睡眠模式中直到需要被唤醒以处理数据及/或控制功能。因不必考虑所述电子装置的各种电力模式，简化用户软件(固件)应用程序码。
根据本发明的教示，当电子装置的主要电力消耗逻辑电路保持处于低电力睡眠或备用模式中时，可执行能够扫描电容性小键盘以检测电容性触摸传感器中的任何一者或一者以上是否被激活的扫描模块。此扫描模块即使在所述电子装置的所述主要电力消耗逻辑电路处于睡眠模式中时仍保持在操作中，且将不唤醒所述电子装置的所述主要电力消耗逻辑电路直到需要需要所述逻辑电路的动作，从而减少总电力消耗。
根据本发明的教示，可使用逻辑电路(例如，状态机)来依序经过所述小键盘矩阵的电容性触摸传感器，执行来自所述电容性触摸传感器中的每一者的模拟信号值的模/数转换，执行所述经数字化模拟信号值中的每一者的数字比较，将比较值存储于一组寄存器中，且操作数字比较器。接着，在检测到电容性触摸传感器的有效键按压时，所述状态机将即刻提供对所述电子装置的中断以使其脱离睡眠模式且进入到操作模式中以进行与特定电容性触摸传感器的致动相称的进一步处理及适当动作。
根据本发明的具体实例性实施例，一种用于测量多个电容性触摸传感器的电容的改变的设备，其包含多路复用器，其具有输出及适于耦合到多个电容性触摸传感器的多个输入，其中所述多个输入中的每一者耦合到所述多个电容性触摸传感器中的相应一者；模 /数转换器(ADC)，其具有耦合到所述多路复用器的所述输出的模拟输入；放电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与共用供应源源之间；恒定电流源，其具有电流值；充电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与所述恒定电流源之间；阈值寄存器，其中存储有阈值；数字比较器，其具有耦合到所述阈值寄存器的第一输入及耦合到所述ADC的输出的第二输入，其中将存储于所述阈值寄存器中的所述阈值与来自所述ADC的所述输出的数字电压值相比较；序列控制器，其耦合到所述多路复用器、所述ADC、所述放电开关、所述充电开关及来自所述数字比较器的输出并对其进行控制，其中所述序列控制器一次从所述多路复用器的所述多个输入中选择一个输入，闭合所述放电开关以使得所述多个电容性触摸传感器中耦合到所述多个输入中的所述选定一者的所述相应一者已从其中移除大致所有电压电荷，断开所述放电开关并闭合所述充电开关达一时间周期，其中在所述时间周期期间，所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者耦合到所述恒定电流源，借此所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者充电到由所述时间周期及所述恒定电流源的所述电流值确定的电压值，在所述时间周期结束时触发所述ADC以对所述电压值进行取样并将所述电压值转换为其数字表示，当所述电压值的所述数字表示小于存储于所述阈值寄存器中的所述阈值时产生检测到触摸信号，且指示所述多个电容性触摸传感器中的哪一者与所述所测量的电压值相关联，否则不产生触摸检测信号。
根据本发明的另一具体实例性实施例，一种具有能够被置于低电力睡眠模式或操作模式中的逻辑电路的集成电路数字装置，所述数字装置还具有独立于所述逻辑电路处于所述睡眠模式中还是处于所述操作模式中而操作的电容测量电路，其中所述电容测量电路测量多个电容性触摸传感器的电容的改变，所述设备包含数字处理器，其具有能够处于低电力睡眠模式或操作模式中的逻辑电路；多路复用器，其具有输出及适于耦合到所述多个电容性触摸传感器的多个输入，其中所述多个输入中的每一者耦合到所述多个电容性触摸传感器中的相应一者；模/数转换器(ADC)，其具有耦合到所述多路复用器的所述输出的模拟输入；放电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与共用供应源之间；恒定电流源， 其具有电流值；充电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与所述恒定电流源之间；阈值寄存器，其中存储有阈值；数字比较器，其具有耦合到所述阈值寄存器的第一输入及耦合到所述ADC的输出的第二输入，其中将存储于所述阈值寄存器中的所述阈值与来自所述 ADC的所述输出的数字电压值相比较；序列控制器，其耦合到所述多路复用器、所述ADC、所述放电开关、所述充电开关及来自所述数字比较器的输出并对其进行控制，其中所述序列控制器一次从所述多路复用器的所述多个输入中选择一个输入，闭合所述放电开关以使得所述多个电容性触摸传感器中耦合到所述多个输入中的所述选定一者的所述相应一者已从其中移除大致所有电压电荷，断开所述放电开关并闭合所述充电开关达一时间周期，其中在所述时间周期期间，所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者耦合到所述恒定电流源，借此所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者充电到由所述时间周期及所述恒定电流源的所述电流值确定的电压值，在所述时间周期结束时触发所述ADC以对所述电压值进行取样并所述电压值其转换为其数字表示，当所述电压值的所述数字表示小于存储于所述阈值寄存器中的所述阈值时产生检测到触摸中断，且指示所述多个电容性触摸传感器中的哪一者与所述所测量的电压值相关联，否则不产生触摸检测中断，其中所述检测到触摸中断致使所述数字处理器的所述逻辑电路从所述低电力睡眠模式转变为所述操作模式。
结合附图参照下文说明可更全面地理解本发明，附图中 图1是根据本发明的具体实例性实施例的具有耦合到电容性触摸小键盘的独立自动化的电容性触摸扫描的电子装置的示意性框图； 图2是从恒定电流源充电的电容器的时间-电压曲线图；及 图3是根据本发明的具体实例性实施例的如图2中所示的独立自动化的电容性触摸扫描的更详细框图。
尽管本发明易于作出各种修改及替代形式，但在图式中是显示并在本文中详细描述其具体实例性实施例。然而，应理解，本文对具体实例性实施例的说明并非打算将本发明限定于本文所揭示的特定形式，而是相反，本发明打算涵盖所附权利要求书所界定的所有修改及等效形式。
具体实施例方式现在参照图式，其示意性地图解说明实例性实施例的细节。图式中，相同的元件将由相同的编号表示，且类似的元件将由带有不同小写字母后缀的相同编号表示。
参照图1，其描绘根据本发明的具体实例性实施例的具有耦合到电容性触摸小键盘的独立自动化的电容性触摸扫描的电子装置的示意性框图。数字装置100包含数字处理器102、扫描计时器104、电流源寄存器106、具有可编程恒定电流源的充电时间测量单元 (CTMU) 108、多路复用器110、模/数转换器112、阈值寄存器与数字比较器114及控制器/ 定序器116。显示所述数字装置100耦合到电容性触摸小键盘90。
数字处理器102可以是(举例来说但不限于)微控制器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(ASIC)等及其任一组合。数字处理器102 具有适于在正常模式(高电力使用)或低电力睡眠模式中运行的逻辑电路(未显示)。当处于所述低电力睡眠模式中时，所述逻辑电路使用非常少的电力或不使用电力，但所述逻辑电路也不发挥作用。只有在所述逻辑电路被带回到所述正常模式时其才发挥作用。唤醒 /睡眠模式电路(未显示)与这些逻辑电路一同使用以控制所述逻辑电路处于正常(操作模式)还是睡眠模式中。
扫描计时器102设定电容性触摸小键盘90的扫描之间的时间。使用电流源寄存器106来设定来自CTMU 108的恒定电流输出的值，且可对于电容性触摸小键盘90的每一电容性键而不同。阈值寄存器/比较器114存储值以与ADC 112的输出相比较。多路复用器110将电容性触摸小键盘90的每一电容性键连接到ADC 112的输入且连接到CTMU 108。 控制/定序器116可以是向电流源寄存器106、CTMU 108、ADC 112及多路复用器110提供控制及计时的状态机。确定电容性触摸小键盘90的电容性键中的每一者的电容值(如下文更全面地描述)且将其与存储于阈值寄存器/比较器114中的相应目标电容值相比较。 当检测到电容性键的电容值的改变时，则控制/定序器116将用信号通知唤醒/睡眠模式电路(未显示)致使处于低电力睡眠模式中的数字处理器102的逻辑电路(未显示)返回到正常(操作)模式。
参照图2，其描绘从恒定电流源充电的电容器的时间-电压曲线图。当电容器218 经由恒定电流源220充电时，跨越电容器218的电压V根据以下方程式⑴随时间线性(单调)增加 I = C*dV/dT 方程式(1) 其中C为电容器218的电容值，I为来自恒定电流源220的电流，且V为时间T处电容器218上的电压。当已知电流I、时间T、电容C及电压V中的任何三个值时，可根据所述三个已知值计算另一未知值。举例来说，如果已知电容器218的电容、来自恒定电流源 220的充电电流及电容器218通过恒定电流源220充电的时间，那么可确定电压V。因此， 通过已知来自恒定电流源220的电流值I、电容器218的电容值C及将来自电流源220的充电电流施加到电容器218的时间T，可将电容器218充电到非常精确的电压V。通过求方程式(1)的积分并对C求解，可根据以下方程式( 确定准确的电容值 C = I/V*T 方程式 O) 通过将恒定电流值I施加达已知的时间周期T，接着在所述时间周期T结束时用 ADC 112测量所得电压V来确定电容性键中的每一者的电容值。如何通过使用图1及图3 中所示的电路测量精确电容值的更详细解释更全面地揭示于以下专利中第7，460，441号共同拥有的美国专利；詹姆斯· E ·伯特林于2008年5月6日提出申请且标题为“电容性 MMi^RTj^ (Capacitive Measurement Apparatus and Method) " ^ 2008/0204046 号美国专利申请公开案，其颁发给詹姆斯·Ε·伯特林，序列号为11/115，672;及伯特林等人于2008年7月1日提出申请且标题为“电流-时间数/模转换器(Current-Time Digital-to-Analog Converter)，，的第12/165，950号美国专利申请案，其全部出于所有目的借此以引用的方式并入本文中。
参照图3，其描绘根据本发明的具体实例性实施例的如图2中所示的独立自动化的电容性触摸扫描的更详细框图。图2中所示的电路独立于数字处理器102的逻辑电路处于正常模式还是睡眠模式中而运行。如上文所述且如本文中所引用的参考中更全面所述， 在施加到电容性触摸键90达时间周期T之后根据已知电流值I确定电压值V。ADC 112将模拟电压值转换为数字电压值，接着数字比较器114b将来自ADC 112的数字电压值与来自阈值寄存器IHa的预期数字值相比较。预期数字值表示未被致动(被触摸)的电容性键的电容值。当电容性键被致动(触摸)时，其电容值将增加且从而将在时间T期间从恒定电流源106充电到较低电压V。现在，来自ADC 112的数字电压值将低于存储于阈值寄存器IHa中的预期电压值且数字比较器114b将指示此状况以便通知唤醒/睡眠模式电路， 如上文更全面地描述。
扫描计时器104用于确定时间周期间隔且用作用于可以是(举例来说但不限于) 状态机的控制器/定序器116的计时时钟。控制器/定序器116控制选择多路复用器110 的哪一输入耦合到所述输出、何时闭合及断开放电开关3M及将充电开关322闭合多长时间。电流源寄存器106存储用于设定来自可编程恒定电流源320的恒定电流的数字值。控制器/定序器116在ADC 112提取模拟电压的样本以用于转换而变为数字电压值时触发。
当电容性触摸键未被致动时可针对其执行校准操作，以便获得电容性触摸键的电容器中的每一者在耦合到恒定电流源320时在时间周期T期间所要充电到的电压的基值。 此校准操作产生当电容性键未被致动时的其预期基线电压值，且此后电容性键的致动将产生用数字比较器114b检测的较低电压值以从门316的输出产生唤醒信号。
虽然已参照本发明的实例性实施例来描绘、描述及界定本发明的实施例，但此类参照并不意味着限定本发明，且不应推断出存在此限定。所揭示的标的物能够在形式及功能上具有大量修改、替代及等效形式，所属领域的技术人员将会联想到此等修改、替代及等效形式并受益于本发明。所描绘及所描述的本发明的实施例仅作为实例，而并非是对发明明范围的穷尽性说明。
权利要求
1.一种用于测量多个电容性触摸传感器的电容的改变的设备，所述设备包含多路复用器，其具有输出及适于耦合到多个电容性触摸传感器的多个输入，其中所述多个输入中的每一者耦合到所述多个电容性触摸传感器中的相应一者；模/数转换器(ADC)，其具有耦合到所述多路复用器的所述输出的模拟输入；放电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与共用供应源之间；恒定电流源，其具有电流值；充电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与所述恒定电流源之间；阈值寄存器，其中存储有阈值；数字比较器，其具有耦合到所述阈值寄存器的第一输入及耦合到所述ADC的输出的第二输入，其中将存储于所述阈值寄存器中的所述阈值与来自所述ADC的所述输出的数字电压值相比较；序列控制器，其耦合到所述多路复用器、所述ADC、所述放电开关、所述充电开关及来自所述数字比较器的输出并对其进行控制，其中所述序列控制器一次从所述多路复用器的所述多个输入中选择一个输入，闭合所述放电开关以使得所述多个电容性触摸传感器中耦合到所述多个输入中的所述选定一者的所述相应一者已从其中移除大致所有电压电荷，断开所述放电开关并闭合所述充电开关达一时间周期，其中在所述时间周期期间，所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者耦合到所述恒定电流源，借此所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者充电到由所述时间周期及所述恒定电流源的所述电流值确定的电压值，在所述时间周期结束时触发所述ADC以对所述电压值进行取样并将所述电压值转换为其数字表示，当所述电压值的所述数字表示小于存储于所述阈值寄存器中的所述阈值时产生检测到触摸信号，且指示所述多个电容性触摸传感器中的哪一者与所述所测量的电压值相关联，否则不产生触摸检测信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述电流值为由可编程恒定电流源确定的多个电流值中的任一者。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个电容性触摸传感器布置成小键盘矩阵。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述数字比较器第一输入包含多个第一并行输入且所述第二输入包含多个第二并行输入。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述数字比较器第一输入包含单一位第一串行输入且所述第二输入包含单一位第二串行输入。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述序列控制器为状态逻辑机器。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述检测到触摸信号用于唤醒处于低电力睡眠模式中的逻辑电路。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述检测到触摸信号提供对电子装置的中断以请求使所述电子装置的电路脱离睡眠模式并进入到操作模式中。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述序列控制器的计时由扫描计时器控制。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述扫描计时器为精确时钟。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述阈值寄存器包含多个阈值寄存器及存储于其中的多个阈值。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述多个阈值是通过在所述多个电容性触摸传感器中的每一者未被触摸时测量与其相关联的所述电压值来确定的。
13.一种具有能够被置于低电力睡眠模式或操作模式中的逻辑电路的集成电路数字装置，所述数字装置还具有独立于所述逻辑电路处于所述睡眠模式中还是处于所述操作模式中而操作的电容测量电路，其中所述电容测量电路测量多个电容性触摸传感器的电容的改变，所述设备包含数字处理器，其具有能够处于低电力睡眠模式或操作模式中的逻辑电路； 多路复用器，其具有输出及适于耦合到多个电容性触摸传感器的多个输入，其中所述多个输入中的每一者耦合到所述多个电容性触摸传感器中的相应一者；模/数转换器(ADC)，其具有耦合到所述多路复用器的所述输出的模拟输入； 放电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与共用供应源之间； 恒定电流源，其具有电流值；充电开关，其耦合于所述多路复用器的所述输出与所述恒定电流源之间； 阈值寄存器，其中存储有阈值；数字比较器，其具有耦合到所述阈值寄存器的第一输入及耦合到所述ADC的输出的第二输入，其中将存储于所述阈值寄存器中的所述阈值与来自所述ADC的所述输出的数字电压值相比较；序列控制器，其耦合到所述多路复用器、所述ADC、所述放电开关、所述充电开关及来自所述数字比较器的输出并对其进行控制，其中所述序列控制器一次从所述多路复用器的所述多个输入中选择一个输入， 闭合所述放电开关以使得所述多个电容性触摸传感器中耦合到所述多个输入中的所述选定一者的所述相应一者已从其中移除大致所有电压电荷， 断开所述放电开关并闭合所述充电开关达一时间周期，其中在所述时间周期期间，所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者耦合到所述恒定电流源，借此所述多个电容性触摸传感器中的所述相应一者充电到由所述时间周期及所述恒定电流源的所述电流值确定的电压值，在所述时间周期结束时触发所述ADC以对所述电压值进行取样并将所述电压值转换为其数字表示，当所述电压值的所述数字表示小于存储于所述阈值寄存器中的所述阈值时产生检测到触摸中断，且指示所述多个电容性触摸传感器中的哪一者与所述所测量的电压值相关联，否则不产生触摸检测中断，其中所述检测到触摸中断致使所述数字处理器的所述逻辑电路从所述低电力睡眠模式转变为所述操作模式。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述电流值为由可编程恒定电流源确定的多个电流值中的任一者。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述多个电容性触摸传感器布置成小键盘矩阵。
16.根据权利要求13所述的设备，其中所述数字比较器第一输入包含多个第一并行输入且所述第二输入包含多个第二并行输入。
17.根据权利要求13所述的设备，其中所述数字比较器第一输入包含单一位第一串行输入且所述第二输入包含单一位第二串行输入。
18.根据权利要求13所述的设备，其中所述序列控制器为状态逻辑机器。
19.根据权利要求13所述的设备，其中所述序列控制器的计时由扫描计时器控制。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述扫描计时器为精确时钟。
21.根据权利要求13所述的设备，其中所述阈值寄存器包含多个阈值寄存器及存储于其中的多个阈值。
22.根据权利要求21所述的设备，其中所述多个阈值是通过在所述多个电容性触摸传感器中的每一者未被触摸时测量与其相关联的所述电压值来确定的。
23.根据权利要求13所述的设备，其中所述数字处理器为微控制器。
全文摘要
电子装置的扫描模块扫描电容性小键盘以检测任何电容性触摸传感器的致动。此扫描模块即使在所述电子装置的主要电力消耗电路处于睡眠模式中时仍保持在操作中，且将不唤醒所述主要电力消耗电路直到需要需要所述电路的动作，从而减少所述电子装置的总电力消耗，同时仍维持所述电容性小键盘的扫描。在检测到电容性触摸传感器的有效键按压时，对所述电子装置的中断即刻使其脱离睡眠模式且进入到操作模式中以进行与所述特定电容性触摸传感器的所述致动相称的进一步处理及适当动作。
文档编号G06F1/32GK102187298SQ200980140905
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月22日 优先权日2008年10月27日
发明者詹姆斯·E·巴特林, 贾森·托尔夫森, 布鲁斯·伯恩 申请人:密克罗奇普技术公司
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