触摸板电容式传感器电路的制作方法

xiaoxiao2020-7-23  16

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专利名称:触摸板电容式传感器电路的制作方法
技术领域
本发明涉及触摸板电容式传感器电路,具体而言,涉及检测触摸板电容式传感器的有效用户触摸的方法。
背景技术
由于越来越多的消费者和工业设计包括了用触摸板提供更简单更可靠的用户界面,因此触摸传感器越来越受到欢迎。触摸传感器在一个广泛的应用范围上实现,例如从移动计算设备的触摸板到像微波炉这样的家电上的控制面板的范围。典型地,触摸传感器的操作原理是触摸板具有固有电容值(例如,从板传感器到地的寄生电容值)。如果用户触摸该触摸板,就会添加与板的寄生电容并联的至地的第二电容,这样当用户触摸电容式板传感器的时候,就会通过用户身体将板传感器之间的额外电容引入至地。这会导致电路中的净电容的变化(更具体地,一旦并联的电容值相加到一起,就整体增加),并且通过现有技术用多种方法来探讨此额外电容的识别。此类传感器的提供带来了显著的效益,例如替换了机械按键开关。传感器还带来了更好的用户触觉体验,避免了用户要实际按压按键的需求。然而,本领域的常用技术并不是没有缺点。例如,许多触摸板传感器强加了相对较重的电负载,以及相对较高的电力需求。某些传感器用软件实现,或许需要专用计算机系统。即使单独的计算机系统不是必需的,但是在软件中的实现会给CPU强加处理负担。因此,开发至少能够解决上述问题的新技术将是有利的。

发明内容
在本发明的一个实施例中,触摸板电容式传感器电路包括信号发生器,生成具有振荡频率的振荡信号,该振荡频率的变化取决于连接到信号发生器的电容的值;开关,用于在开关的第一操作周期和开关的第二操作周期中开关与信号发生器关联的电容式触摸板的触摸板电容式传感器;计数器,用于在开关的第一操作周期中,利用连接到信号发生器的触摸板电容式传感器计数振荡信号周期的第一计数,以及在开关的第二操作周期中,利用连接到信号发生器的触摸板电容式传感器计数振荡信号周期的第二计数;以及检测器,配置为检测第一计数和第二计数低于低阈值数的时间;其中,根据该检测,触摸板电容式传感器电路被配置为标记触摸板电容式传感器的有效用户触摸。在本发明的另一个实施例中,提供了一种检测触摸板电容式传感器的有效用户触摸的方法,所述方法包括:提供触摸板电容式传感器电路,包括:信号发生器;开关;计数器;以及检测器;所述方法包括:使用信号发生器生成具有振荡频率的振荡信号,该振荡频率的变化取决于连接到信号发生器的电容的值;在开关的第一操作周期和开关的第二操作周期中,使用开关来开关与信号发生器关联的电容式触摸板的触摸板电容式传感器;在开关的第一操作周期中,使用计数器利用连接到信号发生器的触摸板电容式传感器计数振荡信号周期的第一计数,以及在开关的第二操作周期中,使用计数器利用连接到信号发生器的触摸板电容式传感器计数振荡信号周期的第二计数;当第一计数和第二计数低于低阈值数时,使用检测器进行检测;并且根据该检测,标记触摸板电容式传感器的有效用户触摸。


本发明通过实施例来说明,并且其不被附图所限制,在附图中相同的元件用相同的标记来表明。附图中的元件只是用于简单性和清楚性的说明,不一定是按比例绘制。图1是根据本发明的一个实施例示出触摸板电容式传感器电路的电原理图。图2是示出图1的触摸板电容式传感器电路的开关的轮询逻辑的电原理图。图3是更详细地示出图1的传感器电路的检测器子电路的电原理图。图4是示出图3中所示的检测器的主要操作状态的转换的状态转换图。图5是示出图1的触摸板电容式传感器电路的操作的时序图;以及图6是更详细地示出图1的传感器电路的信号发生器的电原理图。
具体实施例方式与传统技术相比,本发明的实施例提供了显著的技术效益。例如,触摸板电容式传感器电路的提供允许电容式触摸板抗反弹(de-bounce)算法的实现,当触摸板电容式传感器连接至信号发生器时,该触摸板电容式传感器电路至少进行信号发生器的振荡信号的周期的两次计数,并且检测这两次计数都低于低阈值数的时间,这样就导致了误检实例的减少,否则的话,例如,该误检可因为传感器电路中的电噪声而产生。此外,此电路的提供可导致降低功耗,并且由此产生明显的好处。与本领域的至少部分地基于软件以及由此加在处理器上的伴随而来的负担的解决方案的主要趋势相比,本发明可以仅在硬件中实现。进一步地,由于基于硬件的方法不依赖于CPU操作速度、温度或电压的变化,所以硬件的解决方案的实现提供了检测操作的更好的鲁棒性和精度。因此,本发明提供了准确和一致的测量结果。进一步与现有技术相比,本发明的实施例作为不需要CPU介入的独立模块,不依赖于任何其它片上外设。除非另有说明,诸如“第一”和“第二”之类的术语是用于在元件中进行区分的,并且不一定是为了表明此类元件的时间或其他优先次序。进一步地,替换的实施例包括多个特定操作实例,并且在各种其它实施例中,操作顺序可改变。现在参照图1,显示了根据本发明的一个实施例的触摸板电容式传感器电路100。传感器电路100与触摸板电容式传感器102相连,触摸板电容式传感器102可以作为或不作为触摸板电容式传感器电路100的一部分被提供;也就是说,触摸板电容式传感器102可以与触摸板电容式传感器电路100分开提供。触摸板电容式传感器102包括由电容器来代
表的单个触摸板传感器104a, 104b,......,104m(统称为104),以表明它们具有电容值。这
些单个触摸板传感器104可以是例如在微波炉控制面板上找到的键盘上的触摸板传感器,或者,例如为移动计算设备的触摸屏显示器的触摸板传感器。触摸板电容式传感器电路100还包括开关106,用于接收输入108上的来自触摸板传感器104的连接。开关106具有输出110,输出110在信号发生器112的输入114处连接至信号发生器112。信号发生器112由电源116供电,电源116连接于信号发生器112的输入118处。
信号发生器112在输出122处输出振荡信号120。信号发生器112可以是振荡器,例如张弛振荡器,其一种实现参照图6描述。振荡信号120在计数器124的输入126处被提供给计数器124。计数器124包括缓存器128、129,并且在输出132处将一个或多个输出信号130输出给检测器134,检测器134在输入136处接收所述一个或多个输出信号。检测器134在输出138处提供输出信号。在操作中,开关106基于令牌(基于索引)的轮询逻辑操作以便轮询,即,依次连接开关106的操作周期中的每一个电容式板传感器104。这意味着在图1的实施例里,在操作的第一周期中,开关106进行操作,依次将每一个电容式板传感器104与信号发生器112连接。因此,以电容式板传感器104a作为开关的操作周期中的第一传感器为例,开关106将板传感器104a与信号发生器112连接。然后,开关106将电容式板传感器104a与信号发生器112的连接断开,并且将电容式板传感器104b与信号发生器112连接。注意,在连接另一个传感器之前,单独的、依次作用的断开电容式板传感器的步骤并不是必需的;依赖于开关106的精确配置,转换至第二电容式板传感器104b的行为足以将电容式板传感器104a与信号发生器112的连接断开。开关106可以是机械开关或者固态器件。开关106以这个工作循环持续工作,因此,每个板传感器104由开关106依次轮询,直到板传感器104m与信号发生器112连接。然后开关106重复这个操作周期,通过断开板传感器104m与信号发生器112的连接以及将传感器104a与信号发生器112再次连接进入下一个操作周期,等等。在本发明的至少一个实施例中,开关106的工作循环不断重复直到被中断。当用户触摸特定板传感器104的时候,这将另一个电容与电路相连,如上所述,将用户的身体电容与地相连。此触摸的结果就是,电路中的有效电容随着到地的用户身体的电容量而变化,更具体地是增加。信号发生器112的操作就是,振荡信号120的振荡频率随着电路中增加的电容而变化。在图1的实施例中,振荡信号120的振荡频率随着电路中增加的电容而减小。这可以从方程式F= 1/2 * C * V中推导出来,其中F是振荡信号120的振荡频率,I是电容式板传感器的充电电流,C是电路中连接的电容(可以是电容式板传感器104的寄生电容,也可以是与到地的用户身体的电容并联的寄生电容),V是电容器充电电压。如果充电电流和电容都不变,能够看出,随着由于用户对板传感器104的触摸而连接在电路中的增加的电容,振荡信号120的振荡频率减小。参照图2,在时间窗口中计数信号发生器112的时钟信号周期的数目被更详细的讨论。在当前的实施例中,定时窗口是固定持续时间的,这样振荡频率越低,振荡信号120的位于定时窗口内的周期计数越低。继续板传感器104a通过开关106作为与信号发生器112第一个连接的板传感器的例子,计数器124在固定的定时窗口中计数振荡信号120的周期数,并且在缓存器128中存储计数值,具体地是在缓存器段128a中。然后,开关106在其它板传感器104b_104m中的每一个的连接中循环,在每一个各自的定时窗口中计数振荡信号120的周期数目,所述定时窗口对应于电容式板传感器104b-104m通过开关106连接至信号发生器112的时间。这些计数中的每一个的计数值在缓存器128的各自的缓冲器段128b-128m中储存。然后,开关106返回至下一个周期,将板传感器104a与信号发生器112连接(或重新连接)。在这个操作周期中,现在计数器124在下一个固定的定时窗口中计数振荡信号120的周期数,该定时窗口对应于电容式板传感器104a连接至信号发生器112的时间,并且还在缓存器129中存储计数值,具体地是在缓冲器段129a中。如前所述,开关106继续在操作周期中循环,依次将板传感器104b-104m中的每一个与信号发生器112连接,并且将计数值写入缓冲器段 129a-129m 中。在图1的实施例中,在检测器134的输入136处,作为一个或多个计数器输出信号130,储存于缓冲器段128a、128b中的计数值输出至检测器134。参照图3_5更详细的描述,检测器134将传送自缓冲器段128a、129a的每一个计数值与至少一个低阈值数进行比较,并且,当计数值均低于低阈值数的时候,电容式触摸板传感器电路在输出138处发信号或标记电容式板传感器104a的有效用户触摸检测。有效用户触摸的标记可以采取,例如允许板传感器的操作的形式。例如,如果板传感器是微波炉的控制面板上的按键,那么有效用户触摸的标记对按键激活将要调用的功能产生作用。下面将会更详细的描述低阈值数的使用,但是为了涉及图1的讨论的目的,低阈值数从未被用户触摸的电容式触摸板传感器(例如电容式板传感器104a)的电路中的电容值获得。如果计数的数目低于低阈值,那么在电路中连接的电容比未被用户触摸的电容值大,由此指示了用户对电容式板传感器104a的触摸。当然可能的是,检测到低计数值是由于电路中的噪声,因此,通过只有当两个(或者更多)计数分别被检测到低于低阈值数时才返回有效的用户触摸,本发明的实施例实现“抗反弹”算法。在图1的实施例中,检测器134为连接至信号发生器112的特定电容式板传感器在随后的时间帧中比较振荡信号120的两个计数周期。也就是说,周期的第一计数是当特定板传感器104连接至信号发生器112时,振荡信号120的周期计数,并且,第二计数是当下一次特定板传感器104通过开关106连接至信号发生器112时,振荡信号120的周期计数。另一方面,如果检测器134不返回两个计数值均低于阈值,那么,有效的用户触摸不被标记。如上所述,与低阈值数比较的两个计数在随后的转换周期中成为针对特定板传感器的计数是有利的,在这种情况中,开关106的操作的第二周期是开关操作中的紧跟着开关操作的第一周期的下一个周期。尽管在本文前面的讨论中仅给出了开关106的两个操作周期,但是在图1的实施例中,开关106重复或者反复执行操作周期。当在开关106的两个连续操作周期中对特定电容式板传感器104的振荡信号120的周期被计数时,来自缓存器129的计数值被写入缓存器128中,然后,下个(例如,第三或者随后的)操作周期的计数值被写入缓存器129中。或者,开关106的下个操作周期的值被写入缓存器128中,并且与存储于缓存器129中的前一个周期的值相比较。或者进一步地,当开关106通过电容式板传感器104循环时,计数值可以简单地联机(on the fly)传送给检测器134,以便检测器执行其上所需操作,并且计数值可以存储在检测器134的缓存器(未示出)中。对于开关106的周期时间,即开关第一次连接特定的电容式板传感器(例如板传感器104a)循环通过所有剩余的板传感器104b-104m并返回重新连接传感器104a至信号发生器112的时间,比激活电容式板传感器(或者从一个触摸板传感器转移至另一个)所需的典型的人类反应时间要少,将是有利的。典型的人类反应时间多于100毫秒,然而,本发明实施例中实现的合适的周期时间在20到50毫秒之间。通过这样的配置,开关106通过比个人用户激活然后去激活其中一个板更快地连接每一个板传感器104来进行循环。因此,低于低阈值的两个计数的检测,尤其是针对特定板传感器104的低于低阈值的两个连续计数的检测,被认为是有效用户触摸的安全指示。在本发明的实施例中,如图2所示,可以实现基于令牌的轮询逻辑。图2示出通过开关106依次选择每一个电容式板传感器104。因此,在这个实施例中,图2不出开关106的周期200,该周期由具有针对在开关106的第一操作周期中的每一个电容式板传感器的循环部分202a、202b、202c的方波以及在每个子循环202中生成的振荡信号120来表示。在开关106的第二操作周期中,针对每一个电容式板传感器,方波具有各自的循环部分204a、204b,204c以生成振荡信号120。振荡信号120的周期200的计数可能在任意几种方法中实现。例如,仅仅举几个例子,计数可能会通过上升沿或下降沿(如果振荡信号是如图2中所示的方波)的检测、振荡信号峰值的检测、或者甚至是波谷的检测实现。针对振荡信号的生成,本发明不限于图2所示的规则的、周期性的方波。所需要的是,振荡信号120的最大值(最小值或者两者之间的过渡)的数量在特定的时间帧中依赖于连接至信号发生器112的电容的值而变化。在图2的例子中,开关106的循环根据时钟信号选择器208控制,选择器设置为选择时钟信号210、212中的一个。在本发明的实施例中,触摸板电容式传感器电路在微控制器单元(MCU)、片上系统(SOC)或诸如此类中实现。典型地为此种系统提供了一个或多个时钟信号,并且这些可以有利地用于控制开关106的操作,因此就无需不得不提供专用控制信号。在多于一个的时钟信号提供给MCU、SOC或诸如此类的情形中,当这些振荡频率互相比较时,典型地,它们是不同的,并且实际上,存在的时钟信号的缩放(scaling)对于在所示的触摸板电容式传感器电路中的操作可能是需要的。此频率缩放可以通过在输出214处从时钟信号选择器208输出所选择的时钟信号,所选择的时钟信号输入至频率定标器(frequency scaler) 216来实现。然后,缩放的时钟信号在频率定标器216的输出218处输出,用于控制开关106的周期。现在转至图3,其更详细的显示了检测器134的子电路。子电路300包括比较器302、304、306和308。当知道用户未触摸特定的触摸板电容式传感器104时,可以通过计数板传感器104的振荡信号120的周期数来获得校准值310。当知道用户触模特定的触摸板电容式传感器104时,还可以通过计数板传感器的振荡信号124的周期数来获得用户指定的噪声阈值312。在开关的第一操作周期中来自计数器124的计数值314从缓存器128加载,并且提供给检测器134。在开关的第二操作周期中来自计数器124的计数值316从缓存器129加载,并且提供给检测器134。将要在下文更详细的参照图5来描述的高阈值数,以及上述的低阈值数通过使用加法器318和减法器320来获得。未被用户触摸的板传感器104的振荡信号120的周期计数值310提供给加法器318作为输入,在此,其与用户指定的噪声阈值312相加,生成高阈值,高阈值被提供为加法器318的输出。未被用户触摸的板传感器104的振荡信号的周期计数值310还提供给减法器320作为输入,在此,其减去用户指定的噪声阈值312,生成低阈值。加法器318的输出作为输入322被提供给比较器302。比较器302的输入324用于在开关106的第一操作周期中接收振荡信号120的振荡计数314。比较结果被提供作为比较器302的输出326。减法器320的输出作为输入328被提供给比较器304。比较器304的输入330用于在开关106的第一操作周期中接收振荡信号120的振荡计数314。比较结果被提供作为比较器304的输出332。加法器318的输出还作为输入334被提供给比较器306。比较器306的输入336用于在开关106的第二操作周期中接收振荡信号120的振荡计数316。比较结果被提供作为比较器306的输出338。减法器320的输出还作为输入340被提供给比较器308。比较器308的输入342用于在开关106的第二操作周期中接收振荡信号120的振荡计数316。比较结果被提供作为比较器308的输出344。比较器304检测在第一操作周期中振荡信号120的振荡计数314是否低于低阈值;当比较器304的输入信号的比较生成了这样的结果,这就是在输出326处的输出,并且这样的检测记为“事件2”的发生。类似地,比较器308检测在第一操作周期中振荡信号120的振荡计数316是否低于低阈值。这样的检测记为“事件4”的发生。因此,检测器134包括第一比较器304,用于检测何时第一计数314低于低阈值数,所述第一比较器304具有第一输入330,用于从计数器中接收第一计数,以及第二输入328,用于接收用户指定的噪声值,所述低阈值数使用用户指定的噪声值来定义。此外,检测器134还包括第二比较器308,用于检测何时第二计数316低于低阈值数,第二比较器308具有第一输入342,用于从计数器中接收第二计数,以及第二输入340,用于接收用户指定的噪声值,所述低阈值数使用用户指定的噪声值来定义。检测器134进一步检测何时第一计数和第二计数之中的一个高于高阈值数,并且如果是这样的话,该检测被标记为出现噪声干扰。使用第三和第四比较器302、306中的一个或两个都使用来实现此功能。也就是说,检测器124包括第三比较器302,用于检测何时第一计数314高于高阈值数,第三比较器302具有第一输入324,用于从计数器中接收第一计数314,以及第二输入322,用于接收用户指定的噪声值,高阈值数使用用户指定的噪声值进行定义。这样的检测记为“事件I”的发生。此外,检测器124包括了第四比较器308,用于检测何时第二计数316高于高阈值数,第四比较器308具有第一输入342,用于从计数器中接收第二计数316,以及第二输入340,用于接收用户指定的噪声值,高阈值数使用用户指定的噪声值进行定义。这样的检测记为“事件3”的发生。图4是示出图3的子电路300的主要状态转换400的状态图。子电路300具有第一“空闲”状态402,第二“重装”状态404和第三“有效触摸检测”状态406。子电路300在第一空闲状态402中初始化。子电路300在第一状态402中保持408,直到检测到“事件2”,当子电路300进行到第二状态404的转换410时,第一计数314低于低阈值。因此,基于事件I的发生的检测,或者基于无法检测到事件I或事件2,子电路300在第一状态402中保持,其用“ !(事件1+事件2) ”来表示,这些事件的发生将参照图5在下面更详细的描述。当在第二重装状态404中时,子电路300通过事件2的检测来装填(primed),预料事件4的发生,但是不会进行到第三状态406的转换412,直到检测到事件4,所述第二计数316低于低阈值。跟随事件2的发生的事件4的发生的检测指示了电容式板传感器104的有效用户触摸,此时检测器134在输出信号138处标记,如图1所示。当检测器134检测到两个计数314、316低于低阈值,且具有电容式板传感器104持续的用户触摸时,子电路300在第三状态406中保持414。当子电路300检测到“事件3”的发生时,这意味着第二计数316不低于该阈值,并且电容式板传感器104的有效用户触摸不再被检测到,子电路300进行返回至第一空闲状态402的转换416。当事件3或者事件4都未被检测到时,其用“!(事件3+事件4) ”来表示,子电路300也进行返回至第一状态402的转换416,这些事件的发生将参照图5在下面更清楚的阐释。如果在第二状态404中子电路300没有检测到“事件4”的发生,这意味着第二计数316高于该阈值,并且子电路300进行返回至第一状态402的转换418。因此,基于检测到“事件3”的发生,子电路300从第二重装状态404返回至第一状态402,或者,当事件3或者事件4都未被检测到时,用“!(事件3+事件4) ”来表不。如上所述,以开关106通过各自板传感器104a_104m的连接来循环,触摸板电容式传感器电路保持此操作。每一次,两个计数进行比较,以确定它们是否低于低阈值。因此,对于每一个操作周期,所述计数中的一个是在开关106的当前操作周期中的振荡信号120的周期计数,所述计数中的另一个是在开关106的上一个操作周期中的振荡信号120的周期计数。有利地,所述上一个周期可以是紧接当前周期之前的那个周期,使得检测器134比较在开关操作的连续周期中的计数。因此,如果第一计数314不低于低阈值,检测器124被配置为在第一状态402中保持,基于第一计数314低于低阈值的检测,被配置为转至第二状态404的转换410,以及如果第二计数316低于低阈值数,配置为从第二状态404转至第三状态406的转换412,第三状态406指示触摸板电容式传感器104的有效用户触摸。此外,当检测器124在第二状态404中时,其被配置为当第二计数316不低于低阈值数时,返回至第一状态402。进一步地,检测器124被反复配置为,在开关106的随后的操作周期中的每个周期中,以与之连接的电容式触摸传感器104检测信号发生器112的振荡信号120的两个周期计数314、316是否低于低阈值数,两个计数314、316中的第一个是在开关的先前操作周期中的信号发生器112的振荡信号120的周期计数,两个计数中的第二个是在开关106的当前操作周期中的信号发生器112的振荡信号120的周期计数,并且,依据该检测,用于电容式触摸传感器电路100对于操作的先前周期和操作的当前周期,标记电容式触摸传感器104的有效用户触摸。触摸板电容式传感器电路100还被配置用于当检测器124已经转换至第三状态406时,用于检测器124在第三状态406中保持414,直到两个计数中的第二计数316不低于低阈值数。进一步地,触摸板电容式传感器电路100被配置为用于当两个计数中的第二计数316不低于低阈值数时,检测器124返回至第一状态402。图5是示出图1的实施例中的触摸板电容式传感器电路的操作的时序图。曲线图500示出了计数值与通过图3所示的子电路300获得的阈值的比较。如上参照图3所述,当知道用户未触摸特定电容式板传感器104时,对应于该板传感器的振荡信号120的周期计数,获得校准值310。这个值在图5中通过基准线502表示。还值得注意的是,参考图3,用户指定的噪声阈值312用于改变校准值310,以定义高阈值和低阈值。通过使用加法器318将用户指定的噪声阈值312与校准值310相加来定义高阈值,使用加法器318的输出作为比较器302、306的输入。如上所述,可以提供高阈值来标记噪声干扰的出现。还可以提供它来过滤掉任何人类触摸电容式板上将导致的总电容的全面减少的情况。在这些情况下,因为人类的触摸,计数器将会增加。此高阈值功能(facility)可以被保留以供将来使用。取决于触摸板如何与人类身体相耦接,当手指触摸到它时,如果电容变小,使用高阈值来进行触摸检测也是可能的。对于高阈值的使用,一个可能的进一步的应用是当第二单独的、固定的时钟源也用于计数时。除了用于图1的主信号发生器112以外,在这个例子中,其用于根据连接于电路中的电容量来定义定时窗口的宽度。于是,当电路中的电容增加,定时窗口的宽度也增力口。因此,在更宽的定时窗口中的固定的时钟信号的计数值也增加,也许高于高阈值,这指示出现了板上的人类触摸。通过使用减法器320将用户指定的噪声阈值312从校准值310中减去来定义低阈值,减法器320的输出作为比较器304、308的输入。在图5中,高阈值通过高阈值线504表示,低阈值通过低阈值线506表示。计数508是从计数器124的缓存器128加载的“第一计数” 314,并且被提供为比较器302和比较器304的输入。如图5所示,第一计数508高于低阈值506 (事实上,在这个例子中,第一计数508甚至高于高阈值504)。因此,参考图4,因为检测器124没有检测至IJ“事件2”的发生,其在第一状态402中保持408,这会在当第一计数低于低阈值506时发生。下一计数510对应于第二计数316,即在开关106的第二操作周期中以连接到信号发生器的板传感器104,振荡信号120的周期计数。再一次地,此计数不低于低阈值506,并且,据此,检测器124不检测板传感器104的有效用户触摸。参考图4的状态转换图,子电路100将在第一状态402中针对计数508、510保持。在开关106的下一个周期中,计数510记为第一计数314,计数512记为第二计数316。这些计数值与低阈值506的比较指示这些值不低于低阈值,事实上,这些值没有一个低于低阈值506,并且由此,检测器124不检测板传感器104的有效用户触摸。再次参考图4,检测器124的子电路300在第一状态402中保持408。在开关106的下一个周期中,计数512记为图3的第一计数314,并且新的计数514记为图3的第一计数316。再次,因为这些计数中的全部两个不低于低阈值106,只有一个低于,所以检测器124不标记板传感器104的有效用户触摸。然而,在开关106的随后的周期中,下一计数516也低于低阈值506。参考图4,计数514现在是“第一计数” 314,并且子电路300进行从第一状态402到第二状态404的变换410。此外,计数516现在是“第二计数”316,也低于低阈值506,子电路300进行从第二状态404到第三状态406的变换412,并且检测器124标记板传感器104的有效用户触摸,并且据此在输出138上输出信号。参考曲线图500的其余部分,可以看到,计数518在低阈值506之上,因此,子电路300进行从第三状态406到第一状态402的转换416。因为计数520、522每一个都在低阈值506之上,子电路300在第一状态402中保持,并且不作出有效用户触摸的标记。上面描述的电容式触摸板传感器电路具有接近I微安的平均充电电流,以及少于60微安的峰值电流消耗。电路的最大响应时间大约是16毫秒。图6是图1的电源116和信号发生器112的更详细的视图。在这个例子中,信号发生器112包括张弛振荡器,该振荡器的操作现在将更详细的进行描述。电路600包括可变电流源子电路602,逻辑控制电路603,可变电压源子电路604,比较器 606,干扰(R-C)滤波器(glitch (R-C) filter) 608 和磁滞(hysteresis)模块 610,磁滞模块610在输出612处输出信号120 (再次参考图1)。电流源子电路602具有第一电流分支I,第一电流分支I具有第一 NMOS电流源614,P型金属氧化物半导体(PMOS) 616,电路节点618,NNM0S620和第二 NMOS电流源622。
在图6的例子中,共有16个电流分支1、21.....161,在逻辑控制603的控制之下,每一个
都是可通过PMOS和NMOS器件的开关来选择的,以便用可变的电流值来给电容式板传感器104加电。然而,可以优选地定义“默认”电流分支,例如分支I。例如,当分支I被选择时,逻辑控制模块603简单地关闭(即转换到非传导状态)在其它分支中的所有PMOS和NMOS器件。可变电压源604包括具有电阻624a、624b、624c.......624m和624n的电阻阶梯
624,该电阻阶梯624生成至少两个参考电压,此后命名为“hi_ref”和“low_ref”,其由电压选择开关626(在这个例子中为多路复用器)输出至比较器606的反相输入630。经由多路复用器626,通过来自逻辑控制电路603的控制信号(未示出)实现不同电压hi_ref和low_ref的选择。如上所述,电阻阶梯624包括η个电阻,从而这意味着在理论上,从电压选择开关626中输出多个不同的电压电平是可能的。然而,在图6的例子中,只需要两个不同的电压(hi_ref和low_ref)。这两个电压从η个电阻阶梯电压中选择,并且多路复用器626仅需要为两级复用器。用这种方式生成的参考电压提供了至少两个好处:第一,为了给电路操作选择不同的Δ电压(Δ电压=hi_ref_low_ref),较低Δ电压可用于低噪声环境中,为了提高鲁棒性,较高Λ电压可用于较高噪声环境中;第二,两个不同电压(hi_ref和low_ref)的生成允许它们中的一个可以根据具体要求,在不同时间被选择为比较器606的反向输入。比较器606的非反相输入630从节点618处获得。当操作被初始化,节点618处的电压为零或者接近零,并且此电压电平被提供给比较器606的输入630。当从电阻阶梯624中选择的电压电平作为hi_ref由多路复用器626选择至比较器606的非反相输入628处时,由于所述输入为零或者接近零,或者至少在低于电压电平hi_ref的电平处,比较器606的输出632是逻辑低。比较器606的输出632被提供给逻辑控制模块603,其进而开启(即进入传导状态)PM0S器件616,并且同时关闭NMOS器件620以确保没有经由器件622至地的泄漏。由于电容式板传感器104的充电当然地作为比较器606的非反相输入630来馈送,所以节点618处的电压开始升高。当节点618处的电压电平达到在反相输入628处提供的电压hi_ref时,比较器606的输出632改变为逻辑高。这时,控制逻辑模块603控制多路复用器626,以便它的输出现在改变为值low_ref,当然,然后它被提供给比较器606的反相输入628。进一步地,输出632处的逻辑高被提供给控制逻辑模块603,其进而关闭PMOS器件616,并且开启NMOS器件620,以便电容式板传感器104经由器件622放电至地。因为节点618放电,电压在比较器606的非反相输入630上下降。当在非反相输入上的电压降到反相输入628上的电压low_ref时,比较器606的输出632改变为逻辑低。周期自我重复,并且在非反相输入630上生成三角(或者基本是三角的)波,在输出632上生成相关的方波。稳定且平滑的时钟信号120通过RC干扰滤波器(glitch filter) 608和磁滞模块610生成以便在输出612上输出。至此,应该明白的是,已经提供了在数字逻辑电路中包含了抗反弹算法的检测触摸板电容式传感器的有效用户触摸的新方法。尽管本发明此处使用了具体实施例来进行描述,但是不脱离本发明的范围,可以作出各种修改和变化,正如的权利要求书所阐释的。例如,尽管上面描述的示例性实施例至少部分的在数字逻辑电路中实现,但是这并不是必须的;例如,本发明可以使用模拟电路组件来实现。尽管上面描述的示例性实施例提供了纯硬件实现的解决方案,但是这并不是必须的,并且所描述的电路功能可以至少部分的在适当编程的计算设备中实现,该计算设备包括一个或多个微处理器,微处理器配置为执行一个或多个加载在存储器中的程序,例如随机存取存储器中的。据此,说明和附图都被认为是说明性的,而不是限制性的,并且所有这种修改都要包括在本发明的范围内。此处描述的任何好处、优点或问题的解决方案都不是要解释为任何或者所有请求保护范围的关键的、必需的或者必不可少的特征。
权利要求
1.一种触摸板电容式传感器电路,包括: 信号发生器,用于生成具有振荡频率的振荡信号,所述振荡频率依据连接到所述信号发生器的电容的值而变化; 开关,用于在开关的第一操作周期和开关的第二周期中开关与所述信号发生器关联的电容式触摸板的触摸板电容式传感器; 计数器,用于在开关的第一操作周期中以连接到所述信号发生器的所述触摸板电容式传感器对所述振荡信号的周期的第一计数进行计数,以及在开关的第二操作周期中以连接到所述信号发生器的所述触摸板电容式传感器对所述振荡信号的周期的第二计数进行计数;以及 检测器,被配置为检测所述第一计数和所述第二计数在低阈值数以下的时间, 其中,根据所述检测,所述触摸板电容式传感器电路被配置为标记所述触摸板电容式传感器的有效用户触摸。
2.如权利要求1的触摸板电容式传感器电路,其中,如果所述第一计数在所述低阈值数以上,则检测器保持在第一状态下,一旦检测到所述第一计数在所述低阈值数以下则转换至第二状态,并且,如果所述第二计数在所述低阈值数以下,则从所述第二状态转换至第三状态,其中所述第三状态指示所述触摸板电容式传感器的有效用户触摸。
3.如权利要求2的触摸板电容式传感器电路,其中在所述检测器处于所述第二状态下时,当所述第二计数在所述低阈值数以上时所述检测器返回至所述第一状态。
4.如权利要求2的触摸板电容式传感器电路,被配置为在所述开关的随后的操作周期的每个周期中,反复以与所述信 号发生器连接的所述电容式触摸传感器检测所述信号发生器的所述振荡信号的周期的两个计数是否在所述低阈值数以下,所述两个计数中的第一个是在所述开关的先前操作周期中的所述信号发生器的所述振荡信号的周期的计数,所述两个计数中的第二个是在所述开关的当前操作周期中的所述信号发生器的所述振荡信号的周期的计数,并且,依据所述检测,用于所述电容式触摸传感器电路对先前和当前操作周期标记所述电容式触摸传感器的有效用户触摸。
5.如权利要求4的触摸板电容式传感器电路, 其中当所述检测器已经转换至所述第三状态时,所述检测器保持在所述第三状态下,直到所述两个计数中的所述第二计数在所述低阈值数以上,并且 其中当所述两个计数中的所述第二计数在所述低阈值数以上时,所述检测器返回至所述第一状态。
6.如权利要求1的触摸板电容式传感器电路,其中所述检测器包括第一比较器,用于检测所述第一计数在所述低阈值数以下的时间,所述第一比较器具有用于从所述计数器接收所述第一计数的第一输入、以及用于接收从用户指定的噪声值中导出的计数值的第二输入,所述低阈值数使用所述用户指定的噪声值来定义。
7.如权利要求6的触摸板电容式传感器电路,其中所述检测器包括第二比较器,用于检测所述第二计数在所述低阈值数以下的时间,所述第二比较器具有用于从所述计数器接收所述第二计数的第一输入、以及用于接收从所述用户指定的噪声值中导出的计数值的第二输入,所述低阈值数使用所述用户指定的噪声值来定义。
8.如权利要求1的触摸板电容式传感器电路,其中所述检测器进一步检测所述第一计数和所述第二计数中的一个在高阈值数以上的时间,并且依据所述检测,将所述检测标记为出现噪声干扰。
9.如权利要求8的触摸板电容式传感器电路,其中所述检测器包括第三比较器,用于检测所述第一计数在所述高阈值数以上的时间,所述第三比较器具有用于从所述计数器接收所述第一计数的第一输入、以及用于接收从用户指定的噪声值中导出的计数值的第二输入,所述高阈值数使用所述用户指定的噪声值来定义。
10.如权利要求9的触摸板电容式传感器电路,其中所述检测器包括第四比较器,用于检测所述第二计数在所述高阈值数以上的时间,所述第四比较器具有用于从所述计数器接收所述第二计数的第一输入、以及用于接收从所述用户指定的噪声值中导出的计数值的第二输入,所述高阈值数使用所述`用户指定的噪声值来定义。
全文摘要
一种触摸板电容式传感器电路,具有信号发生器,该信号发生器生成具有振荡频率的振荡信号,该振荡频率的变化取决于传感器电路中的电容值;开关,在开关的第一和第二操作周期中,开关与信号发生器关联的电容式触摸板的触摸板电容式传感器;计数器,在开关的第一操作周期中,利用连接到信号发生器的触摸板电容式传感器计数振荡信号周期的第一计数,以及在第二操作周期中,利用连接到信号发生器的触摸板电容式传感器计数振荡信号周期的第二计数;检测器,检测第一计数和第二计数低于低阈值数的时间,根据检测器的输出,触摸板电容式传感器电路标记触摸板电容式传感器的有效用户触摸。
文档编号G06F3/044GK103116424SQ20111046136
公开日2013年5月22日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者梅汪生, 黄燕, 罗伟, 王洋, 张俊 申请人:飞思卡尔半导体公司

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