高分辨率的電容到代碼轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】包括第一電容器的積分電路可操作地耦合到比較器。比較器被配置為將第一電容器的第一電容器電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并且基于比較產(chǎn)生第一比較器輸出。電流發(fā)生器可操作地與積分電路相耦合，并且被配置為在第一電容器上平衡電荷?？刂茊卧刹僮鞯伛詈系奖容^器和電流發(fā)生器，并且被配置為通過(guò)感測(cè)第一比較器輸出并且基于第一比較器輸出控制電流發(fā)生器，在第一電容器上平衡電荷。
【專利說(shuō)明】
高分辨率的電容到代碼轉(zhuǎn)換器
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年9月13日提交的第61/877，773號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)和2013年10月14 日提交的第61/890,622號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容特此通過(guò)引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開通常涉及感測(cè)系統(tǒng)，更具體地，涉及可配置以確定電容感測(cè)系統(tǒng)上的觸摸 位置的電容感測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 電容感測(cè)系統(tǒng)能夠感測(cè)電極上生成的反映電容變化的電信號(hào)。電容中的這種變化 能夠表明觸摸事件（即，物體向特定電極的接近）。電容感測(cè)元件可用于替代機(jī)械按鍵、把手 和其他類似的機(jī)械用戶界面控件。電容感測(cè)元件的使用允許消除復(fù)雜的機(jī)械開關(guān)和按鍵， 在惡劣條件下提供可靠的操作。另外，電容感測(cè)元件在現(xiàn)代客戶應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用，并在 現(xiàn)有產(chǎn)品中提供用戶界面選擇。電容感測(cè)元件的范圍能夠從單個(gè)按鈕到以用于觸摸感測(cè)表 面的電容感測(cè)陣列的形式布置的大量按鈕。
[0005] 利用電容感測(cè)陣列的透明觸摸屏在當(dāng)今的工業(yè)市場(chǎng)和消費(fèi)者市場(chǎng)都非常普遍。它 們能夠配置在便攜式電話、GPS裝置、機(jī)頂盒、相機(jī)、計(jì)算機(jī)屏幕、MP3播放器、數(shù)字平板電腦 等上。電容感測(cè)陣列通過(guò)測(cè)量電容感測(cè)元件的電容并且尋找指示導(dǎo)電物體的觸摸或存在的 電容的變量來(lái)進(jìn)行工作。當(dāng)導(dǎo)電物體(例如手指、手或其他物體)開始接觸或極為接近電容 感測(cè)元件時(shí)，電容發(fā)生變化并檢測(cè)到導(dǎo)電物體。電容觸摸感測(cè)元件的電容變化能夠由電路 進(jìn)行測(cè)量。電路將測(cè)量的電容感測(cè)元件的電容轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。
[0006] 存在兩種典型的電容類型：1)互電容，其中，電容感測(cè)電路可以接入電容器的兩個(gè) 電極;2)自電容，其中，電容感測(cè)電路只可以接入電容器中的一個(gè)電極，其中第二個(gè)電極與 DC電壓電平綁定或者寄生耦合接地。觸摸面板具有（1)(2)兩種類型的分布電容負(fù)載，并且 Cypress觸摸解決方案獨(dú)立地或者以具有其各種感測(cè)模式的混合形式來(lái)感測(cè)兩種電容。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 在附圖的示圖中，通過(guò)示例而非限制的方式示出本發(fā)明。
[0008] 圖1是示出具有處理裝置的電子系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的框圖，其中該處理裝置包括 電荷到代碼轉(zhuǎn)換器。
[0009] 圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電荷到代碼轉(zhuǎn)換器的框圖。
[0010] 圖3是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的電荷到代碼轉(zhuǎn)換器的圖。
[0011] 圖4是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電荷到代碼轉(zhuǎn)換器電路的信號(hào)波形的圖。
[0012] 圖5是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的電荷到代碼轉(zhuǎn)換器的圖。
[0013] 圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電荷到代碼轉(zhuǎn)換的方法的流程圖。
[0014] 圖7是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的電荷到代碼轉(zhuǎn)換的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 出于解釋的目的，在以下的說(shuō)明中，闡述了大量的具體細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本發(fā)明的 透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的是，可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施 本發(fā)明。在其他例子中，眾所周知的電路、結(jié)構(gòu)和技術(shù)沒(méi)有被詳細(xì)示出，而是用框圖來(lái)示出， 以便避免不必要地模糊對(duì)描述的理解。
[0016] 在描述中涉及"一個(gè)實(shí)施例"或"實(shí)施例"意味著連同實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié) 構(gòu)或者特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。位于描述中不同位置的短語(yǔ)"在一個(gè)實(shí)施 例中"不一定是指同一個(gè)實(shí)施例。
[0017] 圖1是示出具有處理裝置的電子系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的框圖，其中該處理裝置包括 電荷到代碼轉(zhuǎn)換器。參考圖2-7更詳細(xì)地描述關(guān)于電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120的細(xì)節(jié)。處理裝置 110被配置為檢測(cè)一次或多次觸摸，該一次或多次觸摸被檢測(cè)到接近于與諸如電容感測(cè)陣 列125的觸摸-感測(cè)裝置。處理裝置110能夠檢測(cè)導(dǎo)電物體，諸如觸摸物體140(手指或者無(wú)源 接觸筆，有源接觸筆130，或者其任何組合）。電容-感測(cè)電路101能夠測(cè)量通過(guò)使用電容感測(cè) 陣列125的觸摸所造成的觸摸數(shù)據(jù)。該觸摸可以被一個(gè)或多個(gè)感測(cè)單元檢測(cè)到，每個(gè)單元代 表電容感測(cè)陣列125的孤立的感測(cè)元件或交叉的感測(cè)元件（例如，電極）。在另一個(gè)實(shí)施例 中，觸摸數(shù)據(jù)用于生成電容感測(cè)陣列125的2D電容圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)電容-感測(cè)電路 101測(cè)量電容-感測(cè)裝置的互電容時(shí)(例如，使用電容感測(cè)陣列125)，電容-感測(cè)電路101獲得 觸摸-感測(cè)物體的2D電容圖像并對(duì)峰值和位置信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在另一個(gè)實(shí)施例中，處 理裝置110是微控制器，該微控制器從應(yīng)用處理器150獲得諸如來(lái)自電容感測(cè)陣列125的電 容觸摸信號(hào)數(shù)據(jù)集合，并且在該微控制器上執(zhí)行的手指檢測(cè)固件識(shí)別表明觸摸的數(shù)據(jù)集合 區(qū)域，檢測(cè)并處理峰值，計(jì)算坐標(biāo)或因此的任何組合。微控制器能夠向應(yīng)用處理器報(bào)告精確 坐標(biāo)以及其他信息。
[0018] 電子系統(tǒng)100包括處理裝置110、電容感測(cè)陣列125、接觸筆130和應(yīng)用處理器150。 電容感測(cè)陣列125可以包括電容感測(cè)元件，這些電容感測(cè)元件是諸如銅的導(dǎo)電材料的電極。 感測(cè)元件也可以是銦錫氧化物（ITO)面板的一部分。電容感測(cè)元件能夠用于允許電容-感測(cè) 電路101測(cè)量自電容、互電容或者其任意結(jié)合。在描繪的實(shí)施例中，電子系統(tǒng)100包括通過(guò)總 線122耦合到處理裝置110的電容感測(cè)陣列125。電容感測(cè)陣列125可以包括多維電容感測(cè)陣 列。多維感測(cè)陣列包括多個(gè)感測(cè)元件，這些感測(cè)元件按行和列進(jìn)行排布。在另一個(gè)實(shí)施例 中，多維感測(cè)陣列作為全點(diǎn)可尋址(APA))互電容感測(cè)陣列來(lái)操作。在另一個(gè)實(shí)施例中，電容 感測(cè)陣列125是不透明的電容感測(cè)陣列（例如，PC觸摸板）。電容感測(cè)陣列125可以被布置成 具有平面輪廓。可選地，電容感測(cè)陣列125可以具有非平面輪廓?？蛇x地，可以使用其他配置 的電容感測(cè)陣列。例如，如獲得本公開益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，代替垂直列 和水平行，電容感測(cè)陣列125可以具有六邊形布置等。在一個(gè)實(shí)施例中，電容感測(cè)陣列125可 以包括在ITO面板或觸摸屏面板中。
[0019] 本文描述了處理裝置110的操作和配置，和用于檢測(cè)和追蹤觸摸物體140和接觸筆 130的電容感測(cè)陣列125的操作和配置。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，處理裝置110可配置用于檢測(cè)在電容感測(cè) 陣列125上觸摸物體140的存在、接觸筆130的存在或者其任意結(jié)合。在一個(gè)實(shí)施例中，如果 觸摸物體是有源接觸筆，則有源接觸筆130可配置為作為定時(shí)"主(master)"來(lái)操作，并且當(dāng) 有源接觸筆130在使用時(shí)，處理裝置110調(diào)整電容感測(cè)陣列125的定時(shí)，以匹配有源接觸筆 130的定時(shí)。在一個(gè)實(shí)施例中，與傳統(tǒng)的感應(yīng)接觸筆應(yīng)用相反，電容感測(cè)陣列125與有源接觸 筆130進(jìn)行電容性耦合。應(yīng)該注意的是，可配置檢測(cè)觸摸物體140、用于電容感測(cè)陣列125的 相同裝配也用于檢測(cè)和追蹤接觸筆130,而不用額外的PCB層來(lái)感應(yīng)式地追蹤有源接觸筆 130〇
[0020] 在描述的實(shí)施例中，處理裝置110包括模擬和/或數(shù)字通用輸入/輸出（GPIO)端口 107 APIO端口 107可以是可編程的。GPIO端口 107可以耦合到可編程互聯(lián)和邏輯(PIL)，PIL 可作為GPIO端口 107和處理裝置110的數(shù)字塊陣列（沒(méi)有示出）之間的互連。數(shù)字塊陣列可以 被配置為在一個(gè)實(shí)施例中使用可配置用戶模塊（"UM"）來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字邏輯電路（例如， DAC、數(shù)字濾波器和數(shù)字控制系統(tǒng)）。數(shù)字塊陣列可以耦合到系統(tǒng)總線。處理裝置110還可以 包括存儲(chǔ)器，諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)105和程序閃存104AAM105可以是靜態(tài)RAM(SRAM)， 程序閃存104可以是非易失性存儲(chǔ)，其可以用于存儲(chǔ)固件(例如，處理核102可執(zhí)行的實(shí)現(xiàn)本 文描述的操作的控制算法）。處理裝置110可以包括耦合到存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器控制單元 ("MCU"）103和處理核102。處理核102是被配置為執(zhí)行指令或執(zhí)行操作的處理元件。如獲得 本公開益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，處理裝置110可以包括其他處理元件。還需 要注意的是，存儲(chǔ)器可以在處理裝置的內(nèi)部或者在其外部。在存儲(chǔ)器在內(nèi)部的情況下，存儲(chǔ) 器可以耦合到諸如處理核102的處理元件。在存儲(chǔ)器在處理裝置外部的情況下，如獲得本公 開益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，處理裝置耦合到存儲(chǔ)器駐留的其他裝置。
[0021] 處理裝置110還可以包括模擬塊陣列(未示出）（例如，現(xiàn)場(chǎng)可編程模擬陣列）。該模 擬塊陣列也耦合到系統(tǒng)總線。模擬塊陣列可以被配置為在一個(gè)實(shí)施例中使用可配置UM來(lái)實(shí) 現(xiàn)各種模擬電路(例如，ADC或者模擬濾波器）。模擬塊陣列也可以耦合到GPI0107。
[0022] 如所示，電容-感測(cè)電路101可以被集成到處理裝置110中。電容-感測(cè)電路101可以 包括用于耦合到外部組件的模擬1/0,諸如觸摸感測(cè)墊(未示出）、電容感測(cè)陣列125、觸摸感 測(cè)滑塊(未示出）、觸摸感測(cè)按鈕(未示出）和/或其他裝置。電容-感測(cè)電路101可配置為使用 互電容感測(cè)技術(shù)、自電容感測(cè)技術(shù)、電荷耦合技術(shù)等來(lái)測(cè)量電容。在一個(gè)實(shí)施例中，電容-感 測(cè)電路101使用電荷累積電路、電容調(diào)制電路、或本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其他電容感測(cè)方法 來(lái)進(jìn)行操作。在實(shí)施例中，電容-感測(cè)電路是101屬于觸摸屏控制器的Cypress TMA-3XX、 TMA-4XX或者TMA-xx家族?？蛇x地，可以使用其他電容-感測(cè)電路。如本文描述的互電容感測(cè) 陣列或者觸摸屏可以包括布置在視覺(jué)顯示器(例如，LCD監(jiān)視器)本身之上、其中或之下的透 明導(dǎo)電感測(cè)陣列，或者顯示器前面的透明基板。在實(shí)施例中，TX和RX電極分別被配置在行和 列中。應(yīng)該注意的是，電極的行和列能夠通過(guò)電容-感測(cè)電路101以任意選擇組合被配置為 TX和RX電極。在一個(gè)實(shí)施例中，電容感測(cè)陣列125的TX和RX電極可配置為在第一模式下作為 互電容感測(cè)陣列的TX和RX電極進(jìn)行操作以檢測(cè)觸摸物體，以及在第二模式下作為耦合電荷 接收器的電極進(jìn)行操作以檢測(cè)感測(cè)陣列的相同電極上的接觸筆。被激活時(shí)生成接觸筆TX信 號(hào)的接觸筆用于將電荷耦合到電容感測(cè)陣列，而不是如在互電容感測(cè)期間所完成的測(cè)量RX 電極和TX電極(感測(cè)元件)交叉處的互電容。兩個(gè)感測(cè)元件之間的交叉點(diǎn)可以被認(rèn)為是互相 保持電流隔離的同時(shí)一個(gè)感測(cè)電極穿過(guò)或重疊另一個(gè)電極的位置。能夠通過(guò)選擇TX電極和 RX電極的每個(gè)可用組合來(lái)感測(cè)與TX電極和RX電極之間的交叉點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的電容。當(dāng)諸如手指 或接觸筆觸摸物體的靠近電容感測(cè)陣列125時(shí)，該物體引起一些TX/RX電極之間的互電容的 減少。在另一個(gè)實(shí)施例中，手指的存在增加了電極到環(huán)境(地球)地面的電容，通常被稱為自 電容變化。利用互電容的變化，能夠通過(guò)識(shí)別具有減少的在RX電極與TX電極之間的耦合電 容的RX電極，來(lái)確定電容感測(cè)陣列125上手指的位置，當(dāng)在RX電極上測(cè)量到減少的電容時(shí)TX 信號(hào)被施加到TX電極上。因此，通過(guò)連續(xù)確定與電極交叉點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的電容，能夠確定一個(gè)或 多個(gè)觸摸物體的位置。應(yīng)該注意的是，這個(gè)過(guò)程能夠通過(guò)確定感測(cè)元件的基線來(lái)校準(zhǔn)感測(cè) 元件(RX和TX電極的交叉點(diǎn)）。還應(yīng)該注意的是，如獲得本公開益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員所理解的，可使用具有以比行/列間距更好的分辨率的插值來(lái)檢測(cè)手指的位置。另外，如 獲得本公開益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，可使用各種類型的坐標(biāo)插值算法來(lái)檢 測(cè)觸摸的中心。
[0023]電容-感測(cè)電路101包括電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120。以下參考圖2-7描述電荷到代碼轉(zhuǎn) 換器120的附加細(xì)節(jié)。
[0024]處理裝置110可以包括內(nèi)部振蕩器/時(shí)鐘106和通信塊（"COM"）108。在另一個(gè)實(shí)施 例中，處理裝置110包括擴(kuò)頻時(shí)鐘(未示出）。振蕩器/時(shí)鐘模塊106將時(shí)鐘信號(hào)提供給處理裝 置110中的一個(gè)或多個(gè)組件。通信塊108可以用于經(jīng)由應(yīng)用接口（ "I/F"）線151與諸如應(yīng)用處 理器150的外部組件進(jìn)行通信。
[0025]處理裝置110可以駐留在普通載體基板上，例如，集成電路（"1C"）晶?；?、多芯 片模炔基板等?？蛇x地，處理裝置110的組件可以是一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的集成電路和/或分立 組件。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，處理裝置110是由加利福尼亞圣荷西的賽普拉斯半導(dǎo)體公司 (Cypress Semiconductor Corporation,San Jose,California)開發(fā)的芯片（PSoC? )處 理裝置上的可編程系統(tǒng)?？蛇x地，處理裝置110可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的一個(gè)或多個(gè)其 他處理裝置，諸如微處理器或者中央處理單元、控制器、專用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器 ("DSP"）、專用集成電路（"ASIC")、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（"FPGA"）等。
[0026]應(yīng)該注意的是，本文所描述的實(shí)施例并不限于具有耦合到應(yīng)用處理器的處理裝置 的配置，而是可以包括測(cè)量感測(cè)裝置上的電容并且將原始數(shù)據(jù)發(fā)送到主計(jì)算機(jī))的系統(tǒng)，在 主計(jì)算器上由應(yīng)用來(lái)分析原始數(shù)據(jù)。事實(shí)上，由處理裝置110完成的處理也可以在應(yīng)用處理 器中完成。
[0027] 電容-感測(cè)電路101可以集成到處理裝置110的IC中，或者可選地，集成到單獨(dú)的IC 中。可選地，可以生成和編譯電容-感測(cè)電路101的描述，以便并入到其他集成電路中。例如， 可以使用諸如VHDL或者Verilog的硬件描述語(yǔ)言來(lái)生成描述電容-感測(cè)電路101或者其部分 的行為級(jí)代碼，并且可以將其存儲(chǔ)到機(jī)器可訪問(wèn)介質(zhì)（例如，CD-ROM、硬盤、軟盤等）。此外， 行為級(jí)代碼能夠被編輯成寄存器傳輸級(jí)（"RTL"）代碼、連線表或者甚至電路布局并且將其 存儲(chǔ)到機(jī)器可訪問(wèn)介質(zhì)。行為級(jí)代碼、RTL代碼、連線表和電路布局可以代表描述電容-感測(cè) 電路101的各種抽象層級(jí)。
[0028] 應(yīng)該注意的是，電子系統(tǒng)100的組件包括以上描述的所有組件?？蛇x地，電子系統(tǒng) 100可以包括以上描述的一些組件。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施例中，電子系統(tǒng)100用于平板電腦?？蛇x地，電子裝置可用于其他應(yīng)用 中，諸如筆記本電腦、移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)據(jù)助理（"PDA"）、鍵盤、電視、遙控器、監(jiān)視器、手持多 媒體裝置、手持媒體(音頻和/或視頻)播放器、手持游戲裝置、用于銷售交易點(diǎn)的簽名輸入 裝置、電子書閱讀器、全球定位系統(tǒng)(GPS)或者控制面板。本文描述的實(shí)施例并不限于用于 筆記本實(shí)現(xiàn)方式的觸摸屏或者觸摸感測(cè)面板，而是能夠用于其他電容感測(cè)實(shí)現(xiàn)方式，例如， 感測(cè)裝置可以是觸摸感測(cè)滑塊(未示出）或者觸摸感測(cè)按鈕(例如，電容感測(cè)按鈕）。在一個(gè) 實(shí)施例中，這些感測(cè)裝置包括一個(gè)或多個(gè)電容傳感器或者其他類型的電容感測(cè)電路。本文 描述的操作并不限于筆記本指針操作，而是能夠包括其他操作，諸如照明控制(調(diào)光器）、音 量控制、圖形均衡器控制、速度控制、或者要求逐步或分立調(diào)整的其他控制操作。應(yīng)該注意 的是，這些電容感測(cè)實(shí)現(xiàn)方式的實(shí)施例可以用于與非電容感測(cè)元件結(jié)合，包括但不限于選 擇按鈕、滑塊(例如，顯示亮度和對(duì)比度）、滾輪、多媒體控制(例如，音量，音軌前進(jìn)等)手寫 識(shí)別和數(shù)字鍵盤操作。
[0030] 圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電荷到代碼轉(zhuǎn)換器的框圖。電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120包括衰 減器電路220,積分電路230和轉(zhuǎn)換器240。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器240是如本文描述的電 荷-平衡轉(zhuǎn)換器。可選地，其他電路能夠用于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。電荷到代碼轉(zhuǎn)換器 120可以是耦合到銦錫氧化物（ITO)面板（或者其他感測(cè)陣列，例如上述的電容感測(cè)陣列 125)的觸摸屏控制器的一部分。觸摸屏控制器測(cè)量來(lái)自電容感測(cè)陣列125的輸入電流，并且 基于輸入電流計(jì)算觸摸位置。從電容感測(cè)陣列125接收到的信號(hào)能夠在輸入到積分電路230 之前由衰減器電路220進(jìn)行衰減。積分電路230積分衰減信號(hào)并將結(jié)果信號(hào)輸入到轉(zhuǎn)換器 240中。轉(zhuǎn)換器240將積分信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，例如，數(shù)字輸出代碼250。該數(shù)字值能夠進(jìn)一步 由處理裝置110或應(yīng)用處理器150進(jìn)行處理。出于檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電物體在電容感測(cè)陣列 125上的觸摸、以及觸摸的位置、導(dǎo)電物體的手勢(shì)等的目的，數(shù)字值代表在電容感測(cè)陣列125 上測(cè)量的電容。
[0031] 圖3是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的電荷到代碼轉(zhuǎn)換器的示圖。電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120包括 衰減器電路220、積分電路230和轉(zhuǎn)換器240。衰減器電路220接收來(lái)自電容感測(cè)陣列125的信 號(hào)。衰減器電路220衰減信號(hào)以在衰減器輸出312上產(chǎn)生衰減的輸出電荷。衰減的輸出電荷 被積分到第一電容器321上（即，積分或采樣），造成第一電容器電壓。在第二步驟中，第一電 容器321從位置inti 353切換到位置Ball 352,以使第一電容器321與衰減器電路220斷開 連接，并且將第一電容器321與比較器331連接。在比較器331上，第一電容器321的第一電容 器電壓與參考電壓(Vref 320)進(jìn)行比較。比較器331基于比較在比較器輸出340上產(chǎn)生第一 比較器輸出。控制單元332接收來(lái)自比較器331的第一比較器輸出。作為響應(yīng)，控制單元332 用信號(hào)通知電流發(fā)生器333對(duì)第一電容器321進(jìn)行充電或放電（即，平衡）。在一個(gè)實(shí)施例中， 電荷平衡周期是電容器被充電或放電的時(shí)間長(zhǎng)度。例如，控制單元332測(cè)量電流發(fā)生器333 對(duì)第一電容器進(jìn)行充電或放電到原始電壓的時(shí)間（即，電荷平衡周期）。電荷平衡周期可以 由計(jì)數(shù)器360來(lái)測(cè)量，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出代碼250。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)數(shù)器360可以是 控制單元332的一部分。
[0032]在一個(gè)實(shí)施例中，可以在兩個(gè)階段實(shí)現(xiàn)電荷平衡。在第一個(gè)階段中（例如，采樣階 段），來(lái)自衰減器輸出312的衰減的輸出電荷存儲(chǔ)在第一電容器321上。在第二個(gè)階段(例如， 平衡階段），使用恒流源(例如，電流發(fā)生器333)將第一電容器321再平衡(例如，將第一電容 器321切換到位置Bal 1 352)到其初始值。
[0033] 在另一個(gè)實(shí)施例中，積分電路230包含第一電容器321和第二電容器322。電荷到代 碼轉(zhuǎn)換器120被配置為交替地在第一電容器321或第二電容器322的一個(gè)上積分電荷（即，采 樣），而在第一電容器321或第二電容器322的另一個(gè)上平衡電荷。對(duì)第一電容器321和第二 電容器322的每一個(gè)測(cè)量電荷平衡周期。計(jì)數(shù)器360將電荷平衡周期轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出代碼 250〇
[0034]在實(shí)施例中，可以說(shuō)電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120由兩個(gè)轉(zhuǎn)換器組成。例如，第一轉(zhuǎn)換器 (例如，使用第一電容器321)在一個(gè)階段中對(duì)來(lái)自衰減器電路220的衰減信號(hào)進(jìn)行采樣，而 第二轉(zhuǎn)換器在第二電容器322上對(duì)之前采樣的電荷進(jìn)行平衡，反之亦然（即，乒乓操作）。電 荷到代碼轉(zhuǎn)換器120的雙重性允許例如來(lái)自衰減器電路220的衰減信號(hào)的輸入信號(hào)的連續(xù) 積分。乒乓操作對(duì)狹窄的接收器帶寬是有利的，并且在單轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)上提供大大改善的噪 音抑制。
[0035] 在另一實(shí)施例中，衰減器電路220對(duì)積分電容器--第一電容器321或第二電容器 322一一進(jìn)行充電，以便單獨(dú)上升和下降激勵(lì)信號(hào)邊緣。這種配置允許在獲取和平衡輸入信 號(hào)(例如，來(lái)自電容傳感陣列125的信號(hào)）的期間電路資源的"時(shí)間共享"。平衡電路包含具有 兩個(gè)電流源(例如，Ibalp 334和Ibaln 335)和開關(guān)SWl 336的電流發(fā)生器333。開關(guān)SWl 336 由控制單元332控制。電流發(fā)生器333的平衡電流方向（拉出或灌入)在平衡階段的開端由比 較器331的輸出來(lái)定義，并且由控制單元332來(lái)進(jìn)行控制。電荷平衡周期在比較器改變其狀 態(tài)之后停止，由例如時(shí)鐘341的系統(tǒng)時(shí)鐘同步地鎖存。
[0036] 在一個(gè)實(shí)施例中，從衰減器電路220到積分電路230的輸入信號(hào)由可編程電流模式 衰減器電路來(lái)提供，將傳入的充電信號(hào)遞送到積分(例如，采樣）電容器(例如，第一電容器 321)。存儲(chǔ)在電容器(例如，第一電容器321)上的來(lái)自衰減器電路220的電流模式信號(hào)的組 合形成積分器。使衰減器電路220可編程提供了處理來(lái)自電容感測(cè)陣列125的小信號(hào)或者大 信號(hào)的適應(yīng)機(jī)制。通過(guò)對(duì)大輸入信號(hào)進(jìn)行衰減，電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120能夠?qū)崿F(xiàn)物理上小的 積分電容器(例如，第一電容器321和第二電容器322)，顯著地減少了物理上RX通道的尺寸， 因此來(lái)降低了成本。
[0037]在另一個(gè)實(shí)施例中，電荷平衡允許積分電路230使用非線性電容器，諸如基于MOS 柵極氧化物電容的電容器?；谶@種MOS電容的電容器通常要比線性(例如，金屬-金屬）電 容器小很多，并且進(jìn)一步導(dǎo)致了晶粒尺寸的減少。
[0038] 在一個(gè)實(shí)施例中，例如衰減電路220的可編程衰減器縮放來(lái)自電容感測(cè)陣列125的 傳入電流。衰減器電路220的輸出表現(xiàn)與電流源類似，按照定義來(lái)說(shuō)，其是不管在其輸出上 的電壓如何均遞送期望的輸出電流的電路（即，高輸出阻抗電路）。這種電流模式輸出允許 衰減器電路220用作有源積分器的一部分。也就是說(shuō)，衰減器電路220能夠使用電流對(duì)電容 器(例如，第一電容器321和第二電容器322)進(jìn)行充電，其等同于通過(guò)基于運(yùn)算放大器的積 分器對(duì)電容器進(jìn)行充電，而不需要運(yùn)算放大器，因此節(jié)約了空間和電力。
[0039] 在另一個(gè)實(shí)施例中，電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120允許每次單獨(dú)轉(zhuǎn)換的量化誤差的累積， 以攜帶到下一次轉(zhuǎn)換(例如，累積連續(xù)電荷平衡周期上的量化誤差）。累積量化誤差允許電 荷到代碼轉(zhuǎn)換器120以與總轉(zhuǎn)換時(shí)間（即，所有之前轉(zhuǎn)換的總和，直到最后重置轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)） 成比例地增加轉(zhuǎn)換器分辨率。
[0040] 在一個(gè)實(shí)施例中，單獨(dú)的電荷平衡動(dòng)作的殘差累積在積分電容器上(例如，第一電 容器321和第二電容器322)，而不是如使用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器通常所完成的那樣被重置(例如，重 置到"零"或參考電壓320)。通過(guò)不對(duì)電容器(例如，第一電容器321和第二電容器322)進(jìn)行 重置，來(lái)自之前轉(zhuǎn)換的殘余電荷平衡誤差被保留并且被添加到下一個(gè)信號(hào)樣本。因此，之前 轉(zhuǎn)換(平衡）的誤差永遠(yuǎn)不會(huì)消失，并且在隨后的采樣期間在平衡處理中得到處理。只有最 后的平衡誤差留待于未校正。因此，累積技術(shù)相當(dāng)于單個(gè)轉(zhuǎn)換誤差而不是所有之前誤差的 總和。這轉(zhuǎn)化為小的LSB誤差，諸如十萬(wàn)分之一。
[0041 ]在一個(gè)實(shí)施例中，平衡持續(xù)時(shí)間（例如，電荷平衡周期）由系統(tǒng)時(shí)鐘（例如，時(shí)鐘 341)來(lái)進(jìn)行同步。結(jié)果，電流發(fā)生器333為每一時(shí)鐘周期生成特定的恒定的充電包，其等同 于量化步驟（即，LSB)。電荷平衡周期在比較器輸入超過(guò)參考電壓時(shí)停止。實(shí)際上，電荷平衡 周期可能是一個(gè)太久的計(jì)數(shù)。這意味著平衡電流沒(méi)有在第一電容器321或第二電容器322上 完全地平衡電荷，并且留下了小的誤差。因此，在平衡結(jié)束時(shí)，積分電容器(例如，第一電容 器321和第二電容器322)存儲(chǔ)了殘余電荷，該殘余電荷是傳入電荷和量化的平衡電荷之間 的差異。然后，在下一個(gè)轉(zhuǎn)換循環(huán)中，積分電路230收集新的傳入電流加上之前的量化誤差。 換句話說(shuō)，每一個(gè)接下來(lái)的轉(zhuǎn)換都包含來(lái)自之前轉(zhuǎn)換的量化誤差。因此，除了最后的轉(zhuǎn)換之 外，隨后的轉(zhuǎn)換將最終填補(bǔ)所有之前量化誤差的總和。這意味著電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120將具 有通常僅僅1個(gè)計(jì)數(shù)（ILSB)的量化誤差。隨后轉(zhuǎn)換的總數(shù)越長(zhǎng)，總信號(hào)計(jì)數(shù)就越大。如果對(duì) 于全部轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)只有一個(gè)LSB誤差，則隨著總計(jì)數(shù)增大有效的量化誤差會(huì)變得更小。例如， 如果總信號(hào)計(jì)數(shù)量達(dá)到~1 〇〇〇，則1 〇〇〇中的1個(gè)計(jì)數(shù)等效于I 〇位轉(zhuǎn)換器(2 ~ 10 = 1024)的等 同物。但是當(dāng)累積兩倍采樣時(shí)，總數(shù)達(dá)到~2000,但是仍然有一個(gè)計(jì)數(shù)誤差。因此，2000中的 1個(gè)計(jì)數(shù)等效于11位轉(zhuǎn)換(2~11 = 2048)。在一個(gè)實(shí)施例中，電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120的量化誤 差累積允許轉(zhuǎn)換器分辨率以與總累積時(shí)間成比例地增加。
[0042]在一個(gè)實(shí)施例中，電荷平衡周期由諸如高速計(jì)數(shù)器(例如，使用48MHZ系統(tǒng)時(shí)鐘）的 計(jì)數(shù)器360進(jìn)行測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施例中，任何隨后的轉(zhuǎn)換能夠被累加（累積）以形成一個(gè)主數(shù) 據(jù)點(diǎn)。作為一個(gè)典型的示例，電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120收集來(lái)自50TX(即，傳輸)循環(huán)的樣本(例 如，因此是100個(gè)邊緣），所有樣本被累積到單一總計(jì)數(shù)中，例如10000。
[0043]在另一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器240包括兩個(gè)比較器(未示出）。此配置可以被稱為"雙 比較器"方法。在雙比較器方法中，兩個(gè)比較器中的每一個(gè)耦合到積分電路230中的電容器 的一個(gè)。例如，第一比較器為第一電容器321操作，并且第二比較器為第二電容器322操作。 在雙比較器方法中，當(dāng)各自電容器(例如，第一電容器和第二電容器)被平衡時(shí)，比較器的輸 入節(jié)點(diǎn)上的一些寄生效應(yīng)被減少。
[0044] 應(yīng)該注意的是，在圖3呈現(xiàn)的一個(gè)實(shí)施例中，電容感測(cè)陣列125由等效電路代表，為 了說(shuō)明，該等效電路模仿了實(shí)際傳感器面板的RX和TX線電阻和自電容(分別是Rrx、C rx、Rtx 和Ctx)。另外，控制單元332在轉(zhuǎn)換器中形成所有控制信號(hào)，并且還生成激勵(lì)信號(hào)TX?？刂茊?元332由例如時(shí)鐘341的系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)同步。
[0045] 圖4是示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電荷到代碼轉(zhuǎn)換器電路的信號(hào)波形的圖。兩個(gè)積分 電容器--第一電容器321和第二電容器322--依次連接到衰減輸出312或比較器輸入 343。兩個(gè)開關(guān)--SW2 323和SW3 324--在衰減輸出312和比較器輸入343之間切換兩個(gè) 積分電容器(例如，第一電容器321和第二電容器322)。該切換由來(lái)自控制單元332的狀態(tài)機(jī) 的信號(hào)Ball 352，Bal2 354，Intl 353和Int2 354控制。Intx(例如，Intl 353和Int2 355) 代表電容器(例如，第一電容器321和第二電容器322)連接到衰減器輸出312的信號(hào)。Balx (例如，Ball 352和Bal2 354)代表電容器(例如，第一電容器321和第二電容器322)連接到 比較器輸入343的信號(hào)。信號(hào)Ball 352和Int2 355同相。信號(hào)Bal2 354和Intl 353的相位與 Ball 352和Int2 355的相位相反。積分和平衡的不同相位允許電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120分離 積分和平衡處理。不同相位允許電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120在沒(méi)有來(lái)自傳感器的傳入噪聲的情 況下來(lái)執(zhí)行平衡。
[0046] 在一個(gè)實(shí)施例中，積分電容器(例如，第一電容器321和第二電容器322)連接到與 相應(yīng)TX( 即，傳輸)邊緣同步的衰減器輸出312,并且在接下來(lái)的TX邊緣之前與衰減器輸出 312斷開連接。積分電容器(即，第一電容器321和第二電容器322)電壓波形的加粗部分描繪 了在電荷積分期間這些電容器（即，第一電容器321和第二電容器322)和衰減輸出312之間 的交互。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，Ibal 350的平衡電流方向直接依賴于比較器的狀態(tài)(例如，比較 器331)。平衡電流由來(lái)自控制單元332的信號(hào)Bins 334來(lái)控制。
[0048] 在一個(gè)實(shí)施例中，電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120包含兩個(gè)開關(guān)，SW4 355和SW5 356,這兩 個(gè)開關(guān)將衰減器輸出312和比較器輸入343連接到參考電壓源（即，Vref 320) AW4 355和 SW5 356的控制由控制單元以信號(hào)Res 357和Init 351來(lái)執(zhí)行。切換電容器(例如，第一電容 器321和第二電容器322)之后，在衰減器輸出312上的開關(guān)SW4 355致力于阻止在衰減器電 路220和積分電容(例如，第一電容器321和第二電容器322)之間的電荷共享。在正常的操作 中，連接到比較器331的電容器(例如，第一電容器321和第二電容器322)幾乎被完全放電。 然而，衰減器輸出312的電壓不同于TX脈沖結(jié)束處的參考電壓(Vref 320)。
[0049] 在一個(gè)實(shí)施例中，衰減器輸出312具有對(duì)地的寄生電容。因此，衰減器輸出312的電 壓在與積分電容器(例如，第一電容器321和第二電容器322)斷開連接之后沒(méi)有變化。衰減 器輸出312短暫地連接到參考電壓（即，Vref 320)，以對(duì)寄生電容進(jìn)行放電。因此，在衰減器 輸出312的寄生電容上的電荷在每次轉(zhuǎn)換之后都保持不變。隨后的轉(zhuǎn)換不受之前轉(zhuǎn)換的寄 生電容上剩余電荷的干擾。在另一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)Init 351的持續(xù)時(shí)間能夠用于減少積 分時(shí)間，這會(huì)導(dǎo)致通道頻率響應(yīng)的變化。
[0050] 在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)生超載時(shí)，第二開關(guān)SW5 356(由信號(hào)Res 357控制）選擇性 地允許電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120改變轉(zhuǎn)換器行為。超載意思是平衡持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于TX半周期的 情況。在超載的情況下，積分電容器(例如，第一電容器321和第二電容器322)包含在平衡周 期結(jié)束之后但是在接下來(lái)的TX邊緣之前的電荷。在另一個(gè)實(shí)施例中，在外部噪聲對(duì)積分電 容器充電時(shí)發(fā)生超載。
[0051]在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)生超載時(shí)，電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120的至少兩種操作選項(xiàng)是可 用的。在一個(gè)實(shí)施例中，電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120的積分電容器(例如，第一電容器321和第二 電容器322)從不被重置(即，平衡選項(xiàng)A)。在另一個(gè)實(shí)施例中，電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120的積分 電容器(例如，第一電容器321和第二電容器322)在超載情況之后被測(cè)試（即，平衡選項(xiàng)B)， 并基于檢測(cè)的超載被重置。
[0052]圖5是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的電荷到代碼轉(zhuǎn)換器的圖。電荷到代碼轉(zhuǎn)換器500被配置 為允許測(cè)量傳感器自電容(例如，電容感測(cè)陣列125)。電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120被補(bǔ)充有兩個(gè) 電壓源(Vbias_l 510，Vbias_h 511)和開關(guān)SW6 512。開關(guān)SW6 512由激勵(lì)控制信號(hào)（例如， 控制信號(hào)570)來(lái)控制，并且在兩個(gè)電壓源（即，Vbias_l 510和Vbiasji 511)之間切換。SW6 512的切換使用等于Vbias_h 511且低于Vbias_l 510的擺動(dòng)來(lái)調(diào)制衰減器電路220。每一個(gè) 調(diào)制的邊緣(例如，控制信號(hào)570)導(dǎo)致傳感器自電容(例如，電容感測(cè)陣列125的自電容）的 再充電。再充電電流被反映在在衰減器的輸出階段(例如，衰減器輸出312)。衰減器的輸出 電流使用與傳感器(例如，電容感測(cè)陣列125)電荷變化成比例的電荷來(lái)對(duì)積分電容器(例 如，第一電容器321和第二電容器322)進(jìn)行充電。在傳感器再充電之后，積分電容器(例如， 第一電容器321和第二電容器322)由平衡電流進(jìn)行再平衡。在一個(gè)實(shí)施例中，積分電容器 (例如，第一電容器321和第二電容器322)的切換和平衡是同一種操作，之前在圖3和圖4對(duì) 此進(jìn)行了描述。
[0053] 在一個(gè)實(shí)施例中，衰減調(diào)制電壓（即，Vbias_l 510和Vbias_h 511)通過(guò)TX緩沖器 (即具有單位增益的元件的Txbuf 380,注意，TX緩沖器也可被稱為屏蔽緩沖器)向傳感器TX 電極(例如，電容感測(cè)陣列125的TX電極)進(jìn)行傳送。該配置在傳感器(例如，電容感測(cè)陣列 125)互電容的兩側(cè)均產(chǎn)生了同樣的電壓，并且在充電時(shí)忽略互電容值。電容感測(cè)陣列125的 感測(cè)電容顯著地被減少，并且傳感器互電容變化的副作用也被消除。
[0054]圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電荷到代碼轉(zhuǎn)換的方法600的流程圖?？梢酝ㄟ^(guò)處理邏輯 來(lái)執(zhí)行方法600,該處理邏輯可以包含硬件（電路、專用邏輯等）、軟件(諸如在通用計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)或?qū)Ｓ脵C(jī)器上運(yùn)行的軟件）、固件(嵌入式軟件)或者其任意結(jié)合。在一個(gè)實(shí)施例中，處理 裝置110執(zhí)行方法600。在另一個(gè)實(shí)施例中，電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120執(zhí)行方法600。可選地，電 子系統(tǒng)100的其他組件執(zhí)行方法600的一些或全部操作。
[0055]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，方法600從塊605開始，其中，衰減器電路220衰減來(lái)自例如電容 感測(cè)陣列125的輸入電荷，以在衰減器輸出312處產(chǎn)生衰減的輸出電荷。方法600通過(guò)向第一 電容器321提供衰減的輸出電荷繼續(xù)到塊610。在方法600的塊615中，第一電容器321積分來(lái) 自衰減器311的衰減的輸出電荷。在方法600的塊620中，在比較器331上將第一電容器321上 的第一電容器電壓與參考電壓(例如，Vref 320)進(jìn)行比較，以基于第一比較來(lái)產(chǎn)生第一比 較器輸出。開關(guān)SW2 323將第一電容器321從衰減器輸出312切換到比較器輸入343。在方法 600的塊625中，電流發(fā)生器333基于第一比較的第一比較器輸出在第一電容器321上的平衡 電荷。電流發(fā)生器333可以灌入電荷或拉出電荷。控制單元332基于比較器331的輸出控制電 流發(fā)生器333。在方法600的塊630中，控制單元332基于電流發(fā)生器333在第一電容器321上 的電荷平衡來(lái)測(cè)量電荷平衡周期。在方法600的塊635中，控制單元332通過(guò)控制信號(hào)Bins 344控制電流發(fā)生器333在第一電容器321上的電荷平衡?？刂茊卧?32基于比較器331的第 一比較器輸出控制電流發(fā)生器333。在方法600的塊640中，在積分電容器(例如，第一電容器 321和第二電容器322)上在連續(xù)電荷平衡周期上累積量化誤差。在方法600的塊645中，電荷 平衡周期被轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出代碼250。電荷平衡周期由例如計(jì)數(shù)器360的高速計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì) 數(shù)。
[0056] 在一個(gè)實(shí)施例中，可以在兩個(gè)積分電容器（例如，第一電容器321和第二電容器 322)的情況下，使用方法600。電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120可以交替地在第一電容器321或第二電 容器322的一個(gè)上積分電荷，而在第一電容器321或第二電容器322的另一個(gè)上平衡電荷。 [0057]圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電荷到代碼轉(zhuǎn)換方法的流程圖?？梢酝ㄟ^(guò)處理邏輯來(lái)執(zhí) 行方法700,該處理邏輯可以包括硬件（電路、專用邏輯等）、軟件(諸如在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或 專用機(jī)器上運(yùn)行的軟件）、固件(嵌入式軟件)或者其任意結(jié)合。在一個(gè)實(shí)施例中，處理裝置 110執(zhí)行方法700。在另一個(gè)實(shí)施例中，電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120執(zhí)行方法700?？蛇x地，電子系 統(tǒng)100的其他組件執(zhí)行方法700的一些或全部操作。
[0058] 在一個(gè)實(shí)施例中，方法700描述了多個(gè)積分電容器(例如，第一電容器321和第二電 容器322)的平衡。方法700示出了應(yīng)用于電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120的兩個(gè)主要"事件途徑"，圖 示了此前提到的乒乓方法。在方法700的塊705中，從電容感測(cè)陣列125接收輸入電荷。在方 法700的塊710中，輸入電荷在衰減器電路220上被衰減，并且被變換成衰減的輸出電荷。在 方法700的塊715中，通過(guò)將第一電容器321連接到衰減器電路220并積分衰減的輸入信號(hào)， 第一電容器途徑開始。在方法700的塊720中，第二電容器途徑以相反的方式開始。在第一電 容器被積分時(shí)，通過(guò)由電流發(fā)生器333進(jìn)行平衡第二電容器322途徑開始。在方法700的塊 725中，第二電容器322與電流發(fā)生器333斷開連接，并且繼續(xù)前進(jìn)到塊735或者結(jié)束。在方法 700的塊730中，第一電容器321與衰減器輸出322斷開連接并重新連接到電流發(fā)生器333。在 方法700的塊735中，第二電容器322連接到衰減器輸出312，并且積分衰減的輸入信號(hào)。在方 法700的塊740中，電流發(fā)生器333對(duì)第一電容器321進(jìn)行充電或者放電，并且由控制單元322 測(cè)量電荷平衡周期。在方法700的塊745中，第二電容器322與衰減器電路220斷開連接。在一 個(gè)實(shí)施例中，第二電容器322可以繼續(xù)第二電容器途徑。在方法700的塊750中，第一電容器 321與電流發(fā)生器333斷開連接，并且繼續(xù)采樣和平衡操作或者結(jié)束。
[0059] 圖6到7是示出電荷到代碼轉(zhuǎn)換方法的流程圖。出于簡(jiǎn)化解釋，這些方法被描繪或 描述為一系列行為。盡管本文以特定順序示出和描述了方法的操作，但是這種順序并不意 味著這種操作必須以這種順序來(lái)執(zhí)行。根據(jù)本公開的操作能夠以各種順序發(fā)生或同時(shí)發(fā) 生，并且能夠具有本文沒(méi)有呈現(xiàn)和描述的其他行為。特定操作可以至少部分地與其他操作 同時(shí)執(zhí)行，并且特定操作可以以與示出或描述的順序相反的順序來(lái)執(zhí)行。
[0060] 上述的關(guān)于電容到代碼轉(zhuǎn)換的方法能夠由電荷到代碼轉(zhuǎn)換器120來(lái)實(shí)現(xiàn)，電荷到 代碼轉(zhuǎn)換器120可以實(shí)現(xiàn)在電容觸摸屏控制器中。在一個(gè)實(shí)施例中，電容觸摸屏控制器是 TrueToudvjl電容觸摸屏控制器，諸如加利福尼亞圣荷西的賽普拉斯半導(dǎo)體公司（Cypress Semiconductor Corporation of San Jose ,California)開發(fā)的TrueTouchJt 多角蟲摸全點(diǎn) 觸摸屏控制器的CY8CTMA3xx家族。解決多手指和接觸筆在觸摸屏上的觸摸位置的 TrueTouch?電容觸摸屏控制器感測(cè)技術(shù)支持操作系統(tǒng)，并且被優(yōu)化用于低功耗多觸摸手 勢(shì)和全點(diǎn)觸摸屏功能。可選地，可以由其他觸摸屏控制器或者其他觸摸感測(cè)裝置的觸摸控 制器來(lái)實(shí)現(xiàn)觸摸位置計(jì)算特征。在一個(gè)實(shí)施例中，如獲得本公開益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員所理解的，可以由其他觸摸濾波算法來(lái)實(shí)現(xiàn)觸摸位置計(jì)算特征，。
[0061] 本文描述的實(shí)施例可用于電容感測(cè)系統(tǒng)的互電容感測(cè)陣列的各種設(shè)計(jì)，或者用于 自電容感測(cè)陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，電容感測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到在陣列中被激活的多個(gè)感測(cè)元件， 并且能夠分析相鄰感測(cè)元件上的信號(hào)模式，以將噪音與實(shí)際信號(hào)分離。如獲得本公開益處 的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，本文描述的實(shí)施例不依賴于特定電容感測(cè)解決方案， 并且也能夠與包括光學(xué)感測(cè)解決方案的其他的感測(cè)解決方案一起使用。
[0062] 在上面的描述中，闡述了許多細(xì)節(jié)。然而，對(duì)獲得本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員顯而易見的是，可以在沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。在一些情 況下，以框圖的形式而不是以細(xì)節(jié)示出了公知的結(jié)構(gòu)和裝置，以避免模糊本描述。
[0063] 根據(jù)對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)位的操作的算法和符號(hào)表示來(lái)呈現(xiàn)詳細(xì)描述的一 些部分。這些算法描述和表示是在數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域中的技術(shù)人員所使用的手段，以將他們工 作的實(shí)質(zhì)最有效地傳達(dá)給本領(lǐng)域中的其他技術(shù)人員。這里并且一般將算法設(shè)想為促成所需 結(jié)果的有條理的步驟序列。步驟是需要物理操控物理量的那些步驟。這些量盡管未必、但是 通常采用能夠被存儲(chǔ)、傳送、組合、比較和以其他方式操控的電或者磁信號(hào)的形式。主要出 于普遍用法的原因?qū)⑦@些信號(hào)稱為比特、值、元素、符號(hào)、字符、項(xiàng)、數(shù)等已經(jīng)被證實(shí)有時(shí)是 方便的。
[0064] 然而，應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)記，所有這些和相似術(shù)語(yǔ)將與適當(dāng)?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)聯(lián)并且僅為應(yīng)用于 這些量的方便標(biāo)簽。除非如從以上討論中明顯的那樣另有具體明示，應(yīng)理解貫穿該描述利 用諸如"積分"、"比較"、"平衡"、"測(cè)量"、"提供"、"衰減"、"控制"、"轉(zhuǎn)換"、"累積"等術(shù)語(yǔ)的 討論是指計(jì)算系統(tǒng)或者類似電子計(jì)算裝置的動(dòng)作和處理，該計(jì)算系統(tǒng)或者類似電子計(jì)算裝 置將計(jì)算系統(tǒng)的寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)的被表示為物理（電子)量的數(shù)據(jù)操控和變換成計(jì)算系 統(tǒng)存儲(chǔ)器或者寄存器或者其他這樣的信息存儲(chǔ)、傳輸或者顯示裝置內(nèi)的被類似地表示為物 理量的其他數(shù)據(jù)。
[0065] 在本文中使用詞語(yǔ)"示例"或"示例性"以表示用作示例，實(shí)例或說(shuō)明。本文中描述 為"示例"或"示例性"的任何方面或設(shè)計(jì)沒(méi)有必要被解釋為優(yōu)于或勝過(guò)其他方面或設(shè)計(jì)。相 反，使用詞語(yǔ)"示例"或"示例性"旨在以具體方式呈現(xiàn)概念，如在本申請(qǐng)中所使用，術(shù)語(yǔ)"或" 旨在表示包含性的"或"而不是排他性的"或"。也就是說(shuō)，除非另有指定，或從上下文中明確 得知，"X包括A或B"旨在表示任何自然的包括性置換。也就是說(shuō)，如果X包括A;X包括B;或X包 括A和B兩者，則在任何以上實(shí)例下滿足"X包括A或B"。另外，如在本申請(qǐng)和所附的權(quán)利要求 中使用的冠詞"一"和"一個(gè)"一般應(yīng)被解釋為表示"一個(gè)或多個(gè)"，除非另有指定或從上下文 中明確得知其針對(duì)于單數(shù)形式。此外，貫穿使用的術(shù)語(yǔ)"實(shí)施例"或"一個(gè)實(shí)施例"或"實(shí)現(xiàn)方 式"或者"一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式"并不旨在表示相同的實(shí)施例或?qū)崿F(xiàn)方式，除非如此描述。
[0066] 本文描述的實(shí)施例還涉及用于執(zhí)行本文操作的設(shè)備。可以為了所需目的特別地構(gòu) 造此設(shè)備，或者此設(shè)備可以包括由存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的計(jì)算機(jī)程序選擇性地激活或重新配置 的通用計(jì)算機(jī)。這種計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)在非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，諸如但不限 于包括軟盤，光盤，CD-ROM和磁光盤的任何類型的盤，只讀存儲(chǔ)器(R0M)，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)，EPR0M，EEPR0M，磁卡或光卡、閃存，或適于存儲(chǔ)電子指令的任何類型的介質(zhì)。術(shù)語(yǔ)"計(jì) 算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)"應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包括存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)指令集合的單個(gè)介質(zhì)或多個(gè)介質(zhì)（例 如，集中式或分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，和/或相關(guān)聯(lián)的緩存和服務(wù)器）。術(shù)語(yǔ)"計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)"也應(yīng)被 認(rèn)為包括能夠存儲(chǔ)，編碼或攜帶指令集合的任何介質(zhì)，該指令集合用于由機(jī)器執(zhí)行并且使 機(jī)器執(zhí)行本實(shí)施例的任何一個(gè)或多個(gè)方法。術(shù)語(yǔ)"計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)"應(yīng)相應(yīng)地被認(rèn)為包 括但不限于固態(tài)存儲(chǔ)器，光媒體，磁媒體，能夠存儲(chǔ)指令集合的任何介質(zhì)，該指令集合用于 由機(jī)器執(zhí)行并且使機(jī)器執(zhí)行本實(shí)施例的任何一個(gè)或多個(gè)方法。
[0067]本文所呈現(xiàn)的算法和顯示并不固有地涉及任何特定計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備。各種通用 系統(tǒng)可以與根據(jù)本文教導(dǎo)的程序一起使用，或者可以證明構(gòu)建更專業(yè)的設(shè)備來(lái)執(zhí)行所需的 方法步驟是方便的。用于多種這些系統(tǒng)的所需結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)在下面的描述。此外，并不參考任 何特定的編程語(yǔ)言來(lái)描述本實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，多種編程語(yǔ)言可以用于實(shí)現(xiàn)如本文所 述的實(shí)施例的教導(dǎo)。
[0068]以上描述闡述了許多具體細(xì)節(jié)，諸如特定系統(tǒng)，組件，方法等的示例，以便提供對(duì) 本發(fā)明的若干實(shí)施例的良好理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在沒(méi)有這些 特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明的至少一些實(shí)施例。在其它實(shí)例中，沒(méi)有詳細(xì)描述或者以簡(jiǎn) 單的框圖形式呈現(xiàn)公知的組件或方法，以避免不必要地模糊本發(fā)明。因此，以上闡述的具體 細(xì)節(jié)僅是示例性的。特定實(shí)現(xiàn)方式可以根據(jù)這些示例性細(xì)節(jié)而變化，并且仍然被認(rèn)為是在 本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0069] 應(yīng)該理解的是，上面的描述旨在是說(shuō)明性的而不是限制性的。在閱讀和理解上述 描述之后，許多其它實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，應(yīng)當(dāng)參考所附的 權(quán)利要求以及這些權(quán)利要求有權(quán)要求的等同物的全部范圍來(lái)確定本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種設(shè)備，包括： 積分電路，所述積分電路包括第一電容器，所述積分電路耦合到電容感測(cè)陣列； 比較器，所述比較器可操作地耦合到所述積分電路，以將所述第一電容器的第一電容 器電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并基于所述比較產(chǎn)生第一比較器輸出； 電流發(fā)生器，所述電流發(fā)生器可操作地耦合到所述積分電路，所述電流發(fā)生器被配置 為在所述第一電容器上平衡電荷；以及 控制單元，所述控制單元可操作地耦合到所述比較器和所述電流發(fā)生器，所述控制單 元被配置為通過(guò)感測(cè)所述第一比較器輸出并且基于所述第一比較器輸出控制所述電流發(fā) 生器，在所述第一電容器上平衡電荷。2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括： 衰減器電路，所述衰減器電路可操作地耦合到所述積分電路，所述衰減器電路將電荷 灌入或拉出所述積分電路，以及所述積分電路積分所述電荷。3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述衰減器電路包括可編程電流模式衰減器電路。4. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述積分電路進(jìn)一步包括： 第二電容器，所述第二電容器被配置為當(dāng)所述電流發(fā)生器在所述第一電容器上平衡電 荷時(shí)積分電荷，并且當(dāng)所述第一電容器積分電荷時(shí)，由所述電流發(fā)生器平衡電荷。5. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述控制單元被配置為測(cè)量電荷平衡周期，所述電 荷平衡周期在第一狀態(tài)開始，所述第一狀態(tài)為當(dāng)所述控制單元從所述第一比較器輸出感測(cè) 到所述第一電容器電壓與所述參考電壓之間的差異時(shí)，所述電荷平衡周期在第二狀態(tài)結(jié) 束，所述第二狀態(tài)為當(dāng)所述控制單元從所述第一比較器輸出感測(cè)到所述第一比較器電壓與 所述參考電壓平衡時(shí)，以及所述控制單元使用時(shí)鐘信號(hào)鎖存所述第二狀態(tài)。6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述控制單元被配置為在所述電荷平衡周期期間生 成量化誤差，其中，在連續(xù)電荷平衡周期上在所述第一電容器上累積所述量化誤差。7. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括： 計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器耦合到所述控制單元，以將所述電荷平衡周期轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出代 碼。8. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述電流發(fā)生器執(zhí)行至少將電荷灌入或拉出所述積 分電路中的一個(gè)。9. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一電容器包括非線性電容器。10. -種方法，包括： 在第一電容器上積分電荷，所述第一電容器親合到電容感測(cè)陣列； 在比較器上，將所述第一電容器上的第一電容器電壓與參考電壓進(jìn)行比較，所述比較 器基于第一比較產(chǎn)生第一比較器輸出； 通過(guò)電流發(fā)生器，基于所述第一比較的第一比較器輸出，在所述第一電容器上平衡電 荷；以及 基于通過(guò)所述電流發(fā)生器在所述第一電容器上的電荷平衡，測(cè)量電荷平衡周期。11. 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括： 在衰減器電路上衰減輸入電荷，以在衰減器輸出處產(chǎn)生衰減的輸出電荷；以及 向所述第一電容器提供所述衰減的輸出電荷。12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述衰減器電路包括可編程電流模式衰減器電 路。13. 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括： 通過(guò)控制單元，基于所述第一比較器輸出，控制通過(guò)所述電流發(fā)生器在所述第一電容 器上的電荷平衡。14. 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括： 交替地在所述第一電容器或第二電容器的一個(gè)上積分電荷，而在所述第一電容器或第 二電容器的另一個(gè)上平衡電荷； 在所述比較器上，將所述第二電容器的第二電容器電壓與所述參考電壓進(jìn)行比較，以 基于第二比較產(chǎn)生第二比較器輸出；以及 基于通過(guò)所述電流發(fā)生器在所述第二電容器上的電荷平衡，測(cè)量所述電荷平衡周期。15. 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括： 在連續(xù)電荷平衡周期上累積量化誤差。16. 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括： 將所述電荷平衡周期轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出代碼。17. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述第一電容器包括非線性電容器。18. -種系統(tǒng)，包括： 電容-感測(cè)電路，所述電容-感測(cè)電路被配置為測(cè)量來(lái)自電容感測(cè)陣列的觸摸數(shù)據(jù)，所 述電容感測(cè)電路包括： 第一電容器，所述第一電容器被配置為交替地積分電荷或平衡電荷； 比較器，所述比較器可操作地耦合到所述第一電容器，以將所述第一電容器的第一電 容器電壓和參考電壓進(jìn)行比較，并且基于所述比較產(chǎn)生第一比較器輸出； 電流發(fā)生器，所述電流發(fā)生器可操作地與所述第一電容器相耦合，所述電流發(fā)生器被 配置為在所述第一電容器上平衡電荷； 控制單元，所述控制單元可操作地耦合到所述比較器和所述電流發(fā)生器，所述控制單 元被配置為通過(guò)感測(cè)所述第一比較器輸出并且基于所述第一比較器輸出控制所述電流發(fā) 生器，在所述第一電容器上平衡電荷。19. 如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元被配置為測(cè)量電荷平衡周期，所述 電荷平衡周期在第一狀態(tài)開始，所述第一狀態(tài)為當(dāng)所述控制單元從所述第一比較器輸出感 測(cè)到所述第一電容器電壓與所述參考電壓之間的差異時(shí)，所述電荷平衡周期在第二狀態(tài)結(jié) 束，所述第二狀態(tài)為當(dāng)所述控制單元從所述第一比較器輸出感測(cè)到所述第一比較器電壓與 所述參考電壓平衡時(shí)，以及所述控制單元使用時(shí)鐘信號(hào)鎖存所述第二狀態(tài)。20. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述電容-感測(cè)電路進(jìn)一步被配置為將所述電荷 平衡周期轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出代碼。
【文檔編號(hào)】G06F3/044GK105849680SQ201380080204
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月19日
【發(fā)明人】羅曼·奧吉爾科, 漢斯·克勒因, 安德里·馬哈里塔
【申請(qǐng)人】譜瑞科技有限公司