[发明专利]电容式感测模拟前端

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及且要求申请日为2010年3月31的美国临时专利申请No.61/319,422及申请日为2010年7月1的美国专利申请No.12/829,130的优先权，为各种目的，在此以引用的方式将上述申请全文并入本申请，就像在此申请中完整阐述一样。

技术领域

本发明涉及电容式感测触摸屏系统，且更具体地，本发明涉及触摸屏系统及相关的稳健的操作方法，在其中剔除手指噪声(finger noise)并提取最精确的可能的触摸信息。

背景技术

1.本发明的领域

在许多电子应用中，能够通过给定电容的变化监测物理参数。这对于压力感测器、运动感测器、加速度计以及其他感测器电路都是适用的。在投影电容式触摸技术的情况中，通过电容器的两端可获得要测量的电容。

图1示出了投影电容式触摸矩阵100，下面对其进行描述。实际触摸屏102的一部分104示出为包括多个可由R线(行)及C线(列)获得的电容器。按压触摸屏部分104的手指106牵涉4个边缘电容108。能够在C线及R线上感测到手指106引起的扰动。边缘电容在没有触摸手指的扰动的情况下即已独自存在。触摸手指的出现改变了边缘电容的值。

触摸屏通常为堆叠在显示装置的顶部上的“透明触摸矩阵”。这被称为“单元上(on-cell)”技术。触摸矩阵也能够“并入”显示装置内，而这称为“单元内(in-cell)”技术。在图1的示例中，触摸矩阵是一层ITO菱形类型。其他类型的触摸屏系统为本领域已知。

诸如触摸屏的触摸设备是用于检测是否有某物(例如手指、指甲、笔或者别的东西)正在触摸(触摸检测)或者靠近(接近检测)触摸屏的装置。触摸设备还必须检测触摸事件的位置。触摸事件的读取是通过测量Ci和Rj电容(Cs)的变化来实现的。电容Cs由四个边缘电容组成，如在图2中进一步详细示出的那样。触摸屏的一部分204示出为表示四个边缘电容208、手指206的电容C_finger以及与来自用户身体的噪声相关联的噪声VNPP。

有许多种不同的测量Cs电容变化的方式，但是这些方式都基于相同的原理。将预先知道的电量(电压、电流、电荷......)强加进触摸矩阵中且，作为响应，从矩阵读出某些经调制的电值。手指的出现(以及指甲、笔或者其他可能与触摸屏一起使用的物品)局部地影响由“强加电量”及边缘电容值的调制产生的电场，这被检测为触摸事件。可假定手指和触摸矩阵之间的接触为电容式接触(如图2示出的C_finger)，以及存在于用户身体中的电噪声注入到触摸矩阵内。

在所有触摸屏系统的设计中，期望的是剔除手指噪声的能力及提取最精确的触摸信息的能力。感测实际上是否存在触摸以及该触摸的强度和位置的能力是设计电容式感测模拟前端的主要挑战。

2.相关背景技术

电容式触摸感测器技术广泛应用于移动、计算以及甚至消费者应用中。其工作原理是当物体即手指靠近电容器时，触摸屏的电容减小。电容的改变由感测器电路检测以指示所述物体的存在。电容值在1pF到5pF范围内，且电容的变化大约为10％。因此电容值的检测对于任何引入到系统的噪声都很敏感。

更确切地说，在其中测量互电容的投影电容技术的情况下电容减小。然而，一些其他技术测量自身电容(相对于地)，且在这些情况下，当发生触摸时，电容实际上增加。

在现有技术中已知各种形式的电容式接触感测器架构。下面列举一些示例：

美国专利公开No.2009/0244014教示了一种使用电荷放大器的方法(参见其中的图3A)；

美国专利公开No.2010/0097077教示了一种使用电荷转移以及时钟时段计数器的方法(参见其中的图3)；

美国专利公开No.2008/0007534教示了一种使用张弛振荡器以及数字计数器的方法(参见其中的图3B)；

美国专利No.5,854,625教示了一种使用振荡器的方法(参见其中的图5)；以及

美国专利公开No.2009/0322410教示了一种使用充电时段比较的方法(参见其中的图6)。

发明内容