[发明专利]基于驱动信号的相移的正切而进行的自电容感测

说明书

本公开涉及基于驱动信号的相移的正切而进行的自电容感测。触摸屏控制器包括驱动电路，驱动电路通过电阻耦合到导电线，并以驱动频率利用通过电阻而传递的驱动信号来驱动该导电线。感测电路耦合到该导电线，并感测该导电线处的电压，该电压根据由该导电线所见的电容而变化。模数转换电路耦合到感测电路，并且以采样频率对感测到的电压进行采样以产生样本。处理电路耦合到模数转换电路，并从样本直接计算由电阻和电容所致的电压的相移的正切，并根据电压的相移的正切来确定针对该导电线的自触摸值。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年3月5日提交的美国临时专利申请No.62/813,862的优先权，其内容以其整体通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及自电容感测的领域，并且特别地，涉及硬件以及用于在不使用开关电容器电路的情况下操作该硬件的技术。

背景技术

触摸屏设备在今天的计算环境中普遍流行。便携式计算机、桌上型计算机、平板计算机、智能电话和智能手表通常采用触摸屏来获取用户输入，以用于这些设备的导航和控制。因此，经由触摸输入辨别用户的意图是触摸屏设备的重要特征。

触摸屏通常基于电容性触摸感测进行操作，并且包括导电特征的图案化阵列。例如，导电特征的图案化阵列可以包括线、导电焊盘、重叠结构、交叉结构、菱形结构、晶格结构等的集合。通过评估不同线或多组线处的电容改变，可以检测诸如通过手指或触笔的用户触摸或悬停。

可以对触摸屏执行的两种常见的电容性触摸感测技术或模式是互电容感测和自电容感测。在互电容感测模式下，驱动信号被施加到被称为驱动线的线的子集，并且在被称为感测线的线的子集处测量电容值，其中应当理解，感测线以与其间隔开的形式与驱动线相交。驱动线和感测线的每个交叉点形成电容性节点。由于将手指或导电触笔靠近触摸屏的表面将改变局部电场，因此这导致驱动线和感测线之间的电容(“互”电容)减小，并且每个独立的电容节点处的电容改变可以被测量，以准确地确定触摸位置。因此，互电容感测的输出是值的二维矩阵，其中针对每个电容性节点(驱动线和感测线之间的交叉点)一个值。因此，可以理解，互电容感测允许可以同时准确跟踪多个手指或触笔的多点触摸操作。

然而，如也可以理解的，测量单个电容性节点时的信噪比很低。因此，互触摸感测的灵敏度对于某些情况并不理想。

在自电容感测模式下，驱动信号被施加到每一条线，而不管取向如何。将手指或触笔靠近触摸屏的表面将改变局部电场，在这个实例中，从而增加相关驱动线或感测线与接地之间的电容(“自电容”)。然而，由于所有线都被驱动，因此电容改变只能以每个线为基础而不是以每个电容性节点为基础被测量。因此，自电容感测的输出是值的两个一维数组，其中针对每个线一个值。

如可以理解的，测量整条线时的信噪比高于测量单个电容性节点时的信噪比，因此自电容感测允许更精确的测量，尽管无法准确地解决由多于单个手指进行的触摸。

在当前自电容感测设计的情况下，在驱动信号的每个周期期间只能执行一次数据采集。此外，由于测量了每个线的总电荷，并且由于信噪比高，所以相关联的感测电路需要大的工作范围。另外，对于给定的触摸屏设计，切换驱动频率是困难的，因为对于不同的触摸屏设计，由相关联的感测电路执行的、诸如补偿由信噪比引起的大电压摆动的功能可能是不同的。

因此，由于自电容感测的有用性以及上文给出的缺点，期望用于执行自电容感测的新的电路和技术。

发明内容