利用轉換電荷轉移技術檢測電容的方法和系統的制作方法

專利名稱：利用轉換電荷轉移技術檢測電容的方法和系統的制作方法
利用轉換電荷轉移^M魄容的方法和系統優先權娜
本發明一般涉及電容檢測，更具體地，涉及一種旨灘利用轉換電荷轉移技術檢測可須懂電容的體、系統和方法。背景獄
對電荷、電流或電壓響應的電容傳^/檢測系統可以OT來檢測位置或 mS (或運動、存在或任意類似信息)，并通常TO作計對幾、個人數字助理 (PDA)、媒體播放器和記錄器、視頻游微幾、消費電子產品、蜂窩式手機、投 幣式公用電話、POS端、自動皿機器人、公用電話亭等的輸A^置。電， 測技術被用于下面的應用中，例如用戶輸入按鍵、滑動控制、巻紙輥、巻紙帶 和其它類型的輸入和控制。用在這樣的應用中的一種電容傳感器是按鍵式傳感 器，其可以被用來提f賄關輸A^近蹄在的信息。用在這樣的應用中的另一 種電割專感器是接觸墊式傳感器，其可以被用來提供有關輸入的信息，例如沿 一軸(l-D傳感器)、兩軸(2-D傳感器)或多軸的位置、運動和/^i以信息。 按鍵式和接觸墊式傳 還可以選擇性地被構造成提供附加的信息，例如一些 力、持續時間或與輸入相關的電容耦合量的指示。在Trent等的美國公開申請 2004/0252109A1和1999年3月9曰授予Gillespie等的美國專利No.5880411中 描述了基于電容檢測技術的l-D和2-D接角鵬式傳li^示例。已纟撥現，這樣 的傳S^可以容易地用于例如包括手持和筆記本式計算機的電子系統的輸入裝
用戶通常通3Ste夂置或移動一個或多個手指、觸筆和/或其它物體靠近位于 輸入裝置上或內部的傳感器撿測區域來操作電容輸A^置。在載波信號被施加 給檢測區域下，這產生電容艦，其可以被檢測荊吏其與、 物/多個灘物相對于檢測區域的位置信息(例如位置或接近或運動或存在或類似信息)相關。 這個健信息可以反戰被用^m擇、移動、滾動或操作文本、圖形、光標、 高魏示和/或顯示屏上的其敘旨示器的任意組合。這個錢信息還可以用來使 用戶會嫩與界面相互作用，例如用來控制音量、調整亮度，來實現任意其它 目的。
盡管電割專繊已得到廣泛應用，但是傳感器設計者4M尋求提高傳繊 功能性和有效性的方法。特別是，繼續希望簡化這樣的傳感器的設計和實施。 此外，對高度通用倒氏成本并易于實施傳麟設計的需求持續上升。特別是， 存在對足夠靈活以便易于在廣泛的各種應用中實施但功率足夠強大以提供準確 的電容檢測同時保持成本效率的傳感器設計方案的需求。
因此，希望提供用來決艦，有 和經濟地檢測可觀懂電容的系統和方 法。此外，希望生成可以禾傭容易獲得的部件例如標準IC，鵬制器和離散部 件來實施的一個方案。從隨后結合附圖和前述技術領域和背景技術的詳細描述 和附啲權利要求書，其它希望的特性和特征可以變得顯而易見。
描述了用來利用電荷轉移技術檢測可測量電容的方法、系統和裝置，該技 術在許多標準的微控制器上實施而不需要外部的有源模擬部件。依據各種實施例，執行電荷轉移ai呈兩次或多次。電荷轉移ai呈包括施加預定電壓到可測量電容，以及然后允許可測量電容通過無源阻抗與熗波電容分享電荷，所述無源阻抗M:施加預定電壓和允許可測量電容以分享電荷的期間保持耦合至可測量電容和濾波電容。然后可以確定作為濾波電容上的電荷的示值和電荷轉移過程 的執行次數的函數的可測量電容的值。電荷轉移過程的執行次數可以預先設定 或可以基于達到一定閾值的電荷的示值。濾波電容上的電荷的示值可以通過生 成一位或多位測量值的測量步驟獲得。這些步驟可以重復，并且如果合適的話， 觀懂步驟的結果可以被保存和/或熗波。
禾傭這里所描述的技術，可以禾lj用容易獲得的部i鞭利地實施電容檢測方案，并且該方案在檢測手指、觸筆或其它物體相對于實現按鍵、滑動塊、光標控制或用戶界面導航功能或任意其它功能的電割專感器的位置中特別有用。


在下文將結合下面的附圖描述本發明的^h方面,其中相同的數字 相同的元件，禾B:
附圖1A-D是電割專 的示例實 案的框附圖2A-B歸出用總作如附圖1B中所示的電割專 的示例^的時序附圖3A-B 15出用 作如附圖1B所示的電割專感器的可替換技術的 時序附圖4A-C是電^^專感器的可替換實施例的框附圖5 ^75出用總作如附圖4A所示的電割專麟的示例駄的時序附圖6是示出結合監護電極的多鵬電割專 的可替換實施例的框圖;
附圖7是示出多ffiit電割專麟的另一可替換實施例的框圖；
附圖8是禾,轉換電荷轉移技術檢測電容的示例技術的流程圖；
附圖9是禾偶與電子系統耦合的電割專麟的臨近傳^^fi的示意圖。詳細描述
下面的詳細描述實質上僅僅是示例，并不意味著限定本發明或本發明的應 用和艦。此外，并不是意喊由前述的技術領域、背景、簡述或下面的詳細 描述中存在的任意魏或暗示的原理來限制。
依據各種示例實施例，電容檢測和/或測量電路可以簡單地利用無源電力 網絡和一個或多個開關表示。在典型的實施方案中，重復執行電荷轉移過程兩 次或多次，其中 頁定電壓利用一個或多個開關被施加到可測量電容，并且可測 量電容被允許與無源網絡中的濾波電容分享電荷。(嬤波電容也可以被稱作"積 分電容"或"積分、搶波器")。通過這樣電荷轉移過程，預定電壓的多次施加和 電荷的相關分享影響濾波電容上的電壓。這樣電荷轉移過程可以被認為通過多 個執行大致"積分"電荷到濾波電容上，這幹搶波電容的"輸出"^ffi被濾波。 在重復兩次或多次電荷轉移過程之后(盡管一些實施例可以僅使用重復一次)， 濾波電容上的電荷表示被讀出以確定可測量電容。濾波電容上的電荷表示可以 是濾波電容上的電壓，例如電路節點上的電壓，其指示跨過濾波電容的電壓。 濾波電容上的電壓還可以m過濾波電容本身的電壓。濾波電容上的電荷示值 的測量可以需要比較一個或多個閾值以生成一位或多位讀數。測量可以需要使 用多位模數電路以生成電荷示值的多位測量值。
利用這些技術，可以容易ife^出會,檢測手指、觸筆或其它物體的存在 皿近的電，置傳感器。此外，這里所描述的M實施例可以僅利用傳統的 轉換機構(例如那些可艦控制錢的I/O獲得的機構)和無源部件(例如，一 個或多個電容器、電阻、電感和/或類似物)就容易地實施，而不需要其它可增 加成本和復雜性的有源電子設備。因此，這里所描述的各個方案仍可以利用容 易獲得和合理價格的部件在各種環境下方便可靠地實施，如下面更充分地描述。
可觀懂電容是任一信號源、電l滅其它具有可由電容檢測系統檢測的電容 的電節點的有效電容。對于電容臨近傳麟和其它從一個或多個手指、觸筆和/ 或其它激勵物接收輸入的輸A^置，可測量電容經常表示從檢測節點到系統的 本地接地的總有效電容("絕對電容")。對于輸A^置的總有效電容可以十分復 雜，包括串聯和并聯的電容、電阻和電感，如傳麟設計和操作環^^F確定的。 在其它瞎況下，可測量電容可以標從驅動節點至啦測節點的總有效電容("貫 穿電容(transcapadtance)")。這個總有效電容也可以十分t^。然而，在許多 情況下，輸入可以簡單iWii與固定的背景電容并聯的小型可變電容來模擬。
現，回附圖，并且首先參考附圖1A，適于用來確定可測量電容112的 示例電割專繊100包括無源阻抗105,其與溏波電容110耦合。盡管傳 100利用開關101、 103驅動，但是可測量電容112、濾波電容110和無源阻抗 105仍形成一K源電網，其包括非有源元件。無源阻抗105由一個或多個非有 源電子元4權供，例如電容、電感、電阻等的任意組合。電容、電阻和電感可 以分別由電容的、電阻的和電感的元件的任意組合提供。 一些元件呈現多于一 個的阻抗特性，例如具有電阻和電感特性；這樣這些元件將為使用其的網絡提 供電阻和電感。在備個實施例中，無源阻抗105是由網絡或一個或多個電阻器 衝共的電阻。財卜，無源阻抗105可以包括非線性元件，例如二極管。阻抗105 通常被設計為具有足夠大的阻抗，以防止在施加預定電壓到可觀懂電容m的 期間明顯的電荷泄漏到熗波電容110中，如下面更充分的描述。在M實施例 中，阻抗105可以是幾百千,或更大級的電阻，盡管其它實施例可以呈現大 量不同阻抗值。
濾波電容110耦合到節點107和在節點115處耦合到無源阻抗105。節點 107可以被f給到適當電壓(在附圖1A中示出接地，盡管可以使用另一個參考 電壓)。濾波電容110可以由一個或多個電容器(例如任意數量的離散電容的集 合)提供，其被構造以接收從可領懂電容112轉移的電荷。盡管所選的特定濾 波電容值將隨實施例改變，但是搶波電容110的電容值將典型地為一個M級， 并且經常是大于可測量電容112的電容值的幾個數:ft^。例如，濾波電容110 可以被設計為大約幾個毫傲法級，而可測量電容112可以是皮法級。作為將在 下面更詳細地描述的一個示例，選擇濾波電容IIO，這樣由濾波電容110和無源 阻抗105生成的RC電路的時間常數大于用來施加預定電壓到可湖懂電容112的脈沖的,時間。
與無源阻抗105的可澳糧電容112的時間常數還 大于由脈沖施加到可 觀糧電容112的予腕腿的離時間。這雜電荷轉移戰呈期間添加到淤波電 容110的電荷大部絲自存儲在可測量電容112上并與濾波電容110分享的電 荷，小部分來自施加預定電壓期間的穿過無源阻抗105的任意電流。由于為了 提供適當的電容檢測分辨率，、搶波電容110經常為大于可領懂電容112的數量 級，因此接下來它的與無源阻抗105的時間常數也可以是大于由脈沖施加的預 定電壓的辦賣時間的數量級。這樣，RC電路的相對大的時間常數允許在施加相 對小的預定電壓期間電荷泄漏到濾波電容110。
傳感器100還包括與濾波電容110并聯且耦合到節點115和107的開關 103。開關103可以閉合，以在執行電荷轉移過程以確定可測量電容112的值之 前重置濾波電容110上的電荷。在這種情況下，閉合開關103清除濾波電容110 上的電荷。
用于重置、搶波電容110的其它選擇可容易地被獲得。例如，開關103可以 耦合節點113到腿，例如接地(代替節點107和115)，這樣閉合開關103將 iffil無源阻抗105錢濾波電容110上的電荷。這樣的配置可以禾倆控制器的 單一數字I/0 (例如附圖4A所示的)被實施。然而，這種隨將禾,與無源阻 抗105和濾波電容110相關的時間常數重置，從而需要一個大于與濾波電容110 并K^爐的開關103的錢時間。
電割專,100的操作適宜包括易于使用一個或多個開關101、 103的電 荷轉移過程和測量iil呈。開關IOI、 103可以由任意類型的離散開關、緩沖集成 電路、場效應晶體管和/或其它開關結構來實施，這里僅僅指定幾個示例。可替 換地，開關IOI、 103可以由耦合至啦制器的輸出弓腳的控制器的內部邏輙電路 來實施，正如將在下面進行更詳細地描述。控制器的輸出弓,還可以耦合到能 夠提供輸入功能的內部邏歸電路，這樣開關IOI、 103可以采用控制器的一個或 多個I/0來實施。
典型重復兩次或多次的電荷轉移逝呈適宜施加預定電壓(用于預定腿的適宜電壓包括電源電壓、電池,和邏輯信號)到可測量電容m，然后允許可觀懂電容112與濾波電容110適當分享電荷。在附圖1A所示的示例中，閉合的 開關101施加預定電壓到可測量電容112，而打開的幵關101中斷預定電壓施加到可測量電容112。電路100示出了一種配置，其中開關101在閉合時，細來施 加電壓，而當開關101打開時中斷施加電壓。然而，開關可以在打開或閉合時IOT來施加電壓，或當打開開關時施加第一電壓而閉合開關時施加不同的電壓。這樣，開關101被用來施加脈沖或其它波形的預定電壓，同與阻抗105和可測 量電容112或搶波電容110相關的RC時間常數相比，該預定,具有相對短的 周肌以在施加預定電壓期間幫助防止m的電流泄漏M阻抗105。由于經常在測量濾波電容iio上的電荷示值或確定可測量電容m的值中難于控制自 決電荷泄漏(如果實P示上不是不可能的)，因Mil阻抗105的電荷泄漏對傳感器精確度和/或辨,率是不利的。除了阻抗105之外，艦寄生麟散阻抗的電荷泄漏m傳感^l性能是不利的，但fflil施加更短的預定電壓可以斷氐這種影 響。
在將預定電壓施力倒可測量電容112之后，用于電荷轉移過程的那種性能 而施加的預定電壓可以iiil打開開關101而終止，并且可測量電容112被允許 與熗波電容110分享電荷。在電荷分享期間，電荷艦無源阻抗105在可測量電容m和濾波電容no之間行進。在充電期間(當預定電壓被施加以對可測量電容充電微電時)和允i粉享期間(當預定電壓的施加被停止時)，無源阻 抗105保持耦合到可測量電容112和濾波電容110。盡管附圖1A示出了完成這 種電荷分享的特定配置，但JiiW;無源阻抗的電荷分享可以M多種方式完成， 并且可以使用其它電路，而不脫離這里公開的原理。例如，從可測量電容112 到附圖1A中的接地的電路徑(當預定電壓未施加而允許電荷分享時)包括串聯 的阻抗105和濾波電容110。由于阻抗105和濾波電容110串聯并且應用阻皿 加原理，因 這種傳麟100實施例的濾波電容110和阻抗105的相對健 可以互換，而不改變電荷轉移ai呈和電路的操作。
為了允許可測量電容112與無源網敝享電荷，除了需要終止施加預定電 壓并暫停(也為足夠的時間以允許電荷在可觀優電容和溏波電容之間 轉移之外，不需對壬何行動。事實是，例如對于附圖1A所示的實施例，其中在 可觀懂電容112和濾波電容110之間的電荷分享所需要的暫停時間由包括可測 量電容112、無源阻抗105和濾波電容110的電路的時間常數確定。在各種實施 例中，所需要的暫停時間可以是相對短的(例如，如果搶波電容110艦串聯 的小電阻連接到可觀懂電容112)。在其它實施例中，所需要的延遲可以更長，這樣可能需要更長的暫停時間(例如，如果搶波電容110 M31串聯的更重要的無源阻抗105連接至何測量電容112)。在其它實施例中，允許電荷轉移可以包括有源Wj與控制器相關的一個或多個開關，以耦合外部的部件到無源網絡和/鵬當釆取其它《詢。在這樣的實施例中，無源阻抗105可以被更小地制造。
在執行一個或多個電荷轉移戰呈之后，其中該過程包括施加預定電壓和允 許可測量電容112與濾波電容110分享電荷，可以測量濾波電容110上的電荷 示值。對于附圖1A所示的實施例，可以將搶波電容110上的電荷示艦常視為 節點115處的電壓。還可以將濾波電容110上的電荷示值視為節點113處的電 壓，但是在那樣的情況下必須計算J^1無源阻抗105的電壓。然而，對于一些 實施例及某些次數而言，離無源阻抗105的頓是可以忽略的；如顆于這 些實施例以這些確定次 取測量,那么節點113處的電壓實質上等于節點115 處的電壓。例如，如果無源阻抗105是電阻，那么被忽略的電荷存儲在無源阻 抗105上；此外，如果可測量電容112和濾波電容110已完成分享，那么可忽 略的電流 無源阻抗105。在這樣的情況下，,無源阻抗105的電壓實際上 為零。
如上所述，開關101、 103可以由分開的、離散的開關或耦合到控制器的 輸出 ^出(I/O)的內部邏激電路實施。現在返回附圖1B，示出了第二 示例的電^f專感器150。電割專感器150釆用具有I/O 104和106的控制器102，以提供切換功能。LO 104可以掛共與附圖1A的開關101相關的切換。I/O 106 可以提供切換功能以重置濾波電容，但該效果不同于與開關103相關的效果。 在附圖1B的實施例的情況下，I/O 106被用^f共參考電壓，如開關103所做 的，但是由于節點107 f給到典型不是由I/O 106提供的電壓，因此濾波電容110 被重置以在*波電容110上具有一定數量的一瞎電荷。控庫幡的數字IZO典型能 夠切換地應用一個或多僧輯值和/或"高阻抗"或"開路"值。邏輯值可以是 任意適當的電壓或其它信號。例如，邏輯"高"或"1"值可以對應于"高"電 壓(例如，+Vec，其對于一些控制器可以是+5伏等)，而邏輯"低"或"0" 值可以對應于相對"低"的電壓(例如，接地或OV)。這樣，利用I/O 104、 106 選擇和施加的特定信號可以依據所選的具體控制器102隨實施例而明顯改變。 這樣，釆用控制器I/O的這些實施例的一館點是僅利用與傳統控制器102例如 ,制器、數^ff號處理器、微^M器、可編禾驟輯陣列、專用集成電路和/或 等結合的無源元件(例如，無源電阻105、濾波電容110)可以容易地實施非常 靈活的電容傳感器150。可以容易地從其中包括Microchip Technologies of Chandler, Arizona; Freescale Semiconductor of Austin, Texas禾口 Texas Instruments of Dallas, Texas的M商源獲得許多這些控制器產品。
進一步，在一些實施例中，控制器102包括數字存儲器(例如靜態，動態 或決速隨機存儲器)，其可以被用來存儲用于為這里包含的各種電割專感器執行 各種電荷轉移過程禾聘的數據和指令。因為阻抗105和濾波電容110是靜態連 接，所以僅需要在傳# 作期間發生的實際行動包括1/0 104和106處的信號 電平的處理。這樣的處理可以響應于控制器102中包含的軟件、固件、配置或 其它指令而發生。
在一些實施例中，濾波電容110耦合到實際上恒定的電壓，例如附圖1A 中所示的節點107處的接地。在其它實施例中，、搶波電容110耦合到可變電壓， 其提高了電容檢測的性能，例如附圖1B所示。附圖1B中所示的示例實施例包 跪樣的可選裕嘗電路125,其為電源電壓中的波動補償電割專感器150，從而 為電源電壓噪聲效應提供改良的電阻。拊嘗電路125典型耦合濾波電容110相 對可測量電容112的一側到與電割專感器150的實施相關的電源線之一或兩者 (在附圖1B中示出耦合到+Vcc和接地)。盡管附圖1B示出僅補償一個濾波電容 110的補償電路125，但是相同的補償電路可以在節點107耦合到多個濾波電容110。這樣，W嘗電路125可以容易!細來W嘗具有多個檢測鵬和多個濾波電 容的傳感器。M附圖1B所示的配置，電源線中的波動(也為"電源電壓波動") 導致節點107處相似的電壓波動，從而爭細來W嘗與控制器102相關的由同一 電源電壓波動導致的閾值中的波動。
對于附圖1B所示的補償電路125， P且抗分壓器可以，分壓器，其由耦合 到+l和接地的兩個電阻或兩個電容形成。電路125的阻抗分壓器具有在節點 107耦合到濾波電容110的"公共節點"。阻抗127和129的電P且形式可以包括 電阻器以形成電P且分壓器網絡，而阻抗127和129的電容形式可以包括電容器 以形成電容分壓器網絡。a^擇用于阻抗127和129的適當值，熗波電容110 可以向位于兩個電源電壓之間的任意電壓被偏置。此外，電源電壓的變化將自 動由W嘗電路125補償。這是因為這樣的分壓離供沒有明顯延艦反應電源 電壓波動的電壓。盡管有利于一些實施例，但是補償電路125的使用在所有實 施例中可能不是理想的。
電路195的操作可以非常類似于電路150的操作。I/O 104可以通過提供 邏輯值(例如邏輯"高")働B預定電壓到可測量電容112。 K)104然后可以持 續高阻抗以允許在可測量電容112和組合濾波電容U 0的兩個電容1102-1104之 間的電荷分享。I/O 106 (或一些其它電路)可以，細來測量節點115處的電壓， 其還由電容1102-1104上總電荷的示值標組合搶波電容110上的電荷。1/0 106 可以^f共SS信號(例如邏輯"低")以在已執行適當次數的電荷轉移戰呈之后 重置兩個電容1102-1104上的電荷。M附圖1D所示的配置，電源線上的波動 導1^且合、搶波電容110的參考電壓(對于電容1102的+Vcc和對于電容1104的 GND)的類似波動。因此，電路195的實施例可以彬嘗與控制器102相關的由 同一電源電壓波動導致的閾值波動。
由于電路195 Mil利用濾波電容實現W嘗，因此當傳^l僅需要一個或兩 個濾波電容時，它就相比于具有更少部件的補償電路125具有優點。在許多情 況下，電路195所示的W嘗可以通過由共用同一滄波電容的多個檢測通it^分 享(例如附圖4C的電路440，下面將描述)。然而，附圖1D所示的M濾波電 容的方法比附圖1B的裕嘗電路125 J^隹于il31多個檢測通道分享，這是因為分 享彬嘗將分享濾波電容。
參考附圖2A，示出示例的時序方案200,其適于操作附圖1B的電割專感 器150。特別是，附圖2A示出與I/0 104和106相關的和在節點113和115處 的電壓。軌跡230示出充電電壓脈沖210的一組示例，其可以利用I/O 104被提 供給可測量電容112。充電電壓脈沖210包,輯低(0)的輸出部分209和邏 輯高(1)的輸出部分201。在附圖1B、 2A所示的實施例中，邏輯高的輸出部 分ffi31節點113施加預定電壓到可須懂電容112，這樣預定電壓是與邏輯高的輸 出相關的電壓(其對于典型控制器02是+Vee)。這樣，利用適當的開關(例如 Jt3ffi制器102內部的電路，雜附圖1B中的I/O 104上產頓當的信號輸出) 施加預定電壓。充電電壓脈沖210的邏輯高部分201通常，，擇以具有短于包 括阻抗105和濾波電容110的RC電路的響應時間的周期，這樣可以忽略在施力口 預定電壓期間對濾波電容110的任意電荷泄漏。
在附圖2A所示的實施例中，充電電壓脈沖210還包括相對短的邏輯低輸出部分209 (其對于典型控制器102是GND，盡管其它控制器可以輸出其它邏 輯值)。邏輯低輸出部分209提供"反向"腿，絲施加預定電壓的邏輯高輸 出部分201之前。"反向"TO具有與預定^il相反的幅值并有助于皿"電流 抵消"補償電荷轉移過程期間通過阻抗105的電流泄漏。選^JI纖出部分209 的持續時間，這樣由驅動反向電壓去除的寄生電荷的數量通常等于由施力頓定 電壓增加的寄生電荷的數量。在附圖2A的充電脈沖210中，"反向"電壓被施 加大約與施加預定電壓相同的周期。這樣的"電流抵消"是可選賺征，其在 所有實施例中不是必需的。
附圖2A中的車爐232示出了重置信號220的一組示例，其可以艦I/O 106提供。這些Sa信號220可以在節點115皿Sa電壓到濾波電容110以重 置濾波電容110上的電荷。SS信號220皿開，供給節點115 (例如M控 制器102內部的電路，其在附圖1B中的I/O 106上產生適當的信號輸出)。在附 圖2A的所示示例中，重置信號220包括低電壓輸出，其重賢搶波電容110上包 含的電荷。這個重置信號可以周期地、非周期ilM其它方式提供和/或可以在一 些實施例中根本不衛共，如下面更充分的描述。例如，特定的重置信號220可 以在節點115處的電壓(其是濾波電容110上電荷的示值)m閾值之后施加 到節點115;這在時序圖200中由節點115處的電壓(由那戀236示出)超過閾 值電壓Vra之后提供的重置信號220A-C示出。
濾波電容110上的結果電壓(g卩，對于附圖1B， 2A所示的實施例為節點 115處的電壓)在附圖2A示作電壓車，236。電壓車，236響應于"電流抵消" 中的反向電壓和預定電壓的驅動呈現微小的下降和上升。電壓 236 J3S^出 當濾波電容110上的電荷M51執行電荷轉移a^呈與可測量電容112分享時節點 115處的電壓的逐步增加。
腿軌跡234和236均示出了可測量電容112如何禾,針施加的預定電 壓相對快艦充電，同時可測量電容112或滄波電容110和形成無源網絡的無 源阻抗105的相對大的時間常數導致濾波電容110相對慢的放電。典型地，分 享時間期間被限定尺寸至促夠長以使節點113和115處的^E大致相等，這樣 仍在可測量電容112和濾波電容110之間流動的任意電流可以被忽略。
幾種不同的方法可以被用來根據滄波電容110上的電壓確定可觀懂電容 112。在一種方法中，節點115處的電壓與適當的閾值電壓(Vth)相比，以提 供濾波電容110上電壓的一位模數(A/D)轉換。(如前所述，節點113處的電 壓還可以被用作濾波電容110上電荷的示值,并且可以利用I/O 104測得。然而， 對于這個例子，采用了節點115處的電壓。)這個電壓比較可以由耦合到節點115 的比較器執行。例如，附圖1B的控制器102可以包括耦合到I/O 106的模擬電 壓比較器功能。可替換地，比較器功能可以由常規數字1/0引腳106的輸入電路 執行，在這種情況下，閾值vth典型是數字輸A^沖器的預定閾值(例如CMOS 閾值)。這樣1/0 106可以被用來比較節點115處的電壓和閾值電壓，這樣獲得 濾波電容110上的電荷的示值。在一個實施例中，這個閾值,大致等于高和 低邏輯值之間的中間點。
附圖1B、 2A中所示的實施例可以采用這種比較器型方法，并且時序圖 200示出這種方法，用虛線vth標閾值電壓電平vth和用點222標I/0 106 讀取次數。如軌跡236中所示，施加充電脈沖210到可測量電容112和允許由 可測量電容112與滄波電容110分享電荷的電荷轉移雖重tt至啦測到節點 115處的腿艦閾值電壓ViH。控制器102的I/0 106具輸入功能，并且可 以被讀取以M比較它和I/0 106的輸入閾棘測量節點115處的電壓。這種測 量和確定濾波電容110上的電壓可以發生在一些^^f有電荷轉移過程的執行中。 附圖2A中的時序圖200示出點222A-D處的I/O 106的讀數，其僅包括一些電荷轉移呈的執行。
在節點115處的腿超過閾值之后(該閾值由車爐236上的點203A、 B 表示，并在由系 311/0 106在點222B、 D處的讀數檢測到閾值的這個 點之后)，重置信號220B、 C被施加到節點115以錢濾波電容110上的電荷。 盡管有時僅需要執行一次電荷轉移戰呈以穿過閾值，但是典型地包括執行幾十 或幾百或更多次電荷轉移，。為了便，釋，時序圖200示出僅在四次電荷 轉移斑呈執行之后被穿過的閥值。ii51直到濾波電容11。上的電壓(即對于附 圖1B、 2A所示的實施例為節點115處的電壓)m閾值電壓Vth，才確定執行 電荷轉移過程的數量，就可以有效確定可測量電容112的值。逸就是，在電容 110上生成已知數量的電荷(由穿過已知電壓閾值Vm的節點115處的電壓表示) 所執行的可測量電容112的效放電循環的數量可以實際上與可測量電容112的 實際電容相關。
如，合，這種比較，方法還可以iiM^審幡102內部和/或外部的任 意電路組合來實施。還存在和考慮這種比較，方法的許多變型。例如，可以 禾'J用用于一個或多個比較器的多個參考電壓，禾,控偉幡102的指定輸A^'J 用具有滯后的控制器的輸入(例如施密申賴蟲發型輸入)提供多個閾值。如果使用多個閾值，那么當達到不同閾值時還可以改變電荷轉移過程。例如，如果閾 值不是均勻間隔，電荷轉移過程可以被構造成轉移相對更多數量的電荷以達到 粗略的閾值，或如果有多個閾值都必須穿過，則超lj第一閾值。穿過最后交叉的閾ii^需的每種電荷轉移af呈的執行次數可以棚來確定可測量電容112的值；關于其它閾值交叉點的附加信息還可以l細來改進該確定。
附圖1B、 2A所示的實施例可以釆用這種多位方法，并且附圖2A中的時 序圖200示出這種方法。忽略電壓閾值Vra線和讀取點222A、 C， feH| 236 將四表示為電荷轉移過程的預定執行次數并示出在點205A-B處的四次電荷轉移iil呈執行之后節點115艦電壓測量值。如在比較翻方法中，翻控偉幡 102的內部和/或外部電路的任意組合來完成多位的測量。例如，如果I/O106具 有多位輸入功能，那么它可以體接4頓。可替換地，102的另一鋪入，具有 ADC性能的另一個控制器，嫩卜部ADC離它電路可以耦合到控制器102并 用于測量。然后根據搶波電容110上觀糧的電壓(對于附圖1B所示的實施例為 節點115的電壓)確定可測量電容112的值。
，并且預想這種ADC型的方法的各種^M。例如，在濾波電容110的 重置之間執行的一組電荷轉移過程中進行多次多位領懂。作為另一個示例，電 荷轉移過程的執行次數不必預先設定，這樣跟蹤電荷轉移過程執行的次數和節 點115處的電壓以產生可觀懂電容112的值。
可以釆用其它的方M根據濾波電容110處的電壓確定可測量電容112， 以及附圖2B示出可導致的濾波電容110上的一些示例電壓軌跡(例如節點115 處的電壓)。例如， 一種方法需要執tf 員先設定次數的電荷轉移過程，然后利用 電流源( 252)或具有已知時間響應例如一階響應( 254)的放電電路 從濾波電容110移動電荷。濾波電容110上的電荷降到已知值例如零所需的時 間可以被監控和量化以產生濾波電容110上的電荷示值的一位或多位測量值。這種觀懂值可以與予跌設定次數一起^頓以確定可測量電容m的值。am樣的方法，在測量之后滄波電容110可以留在己知值，這樣就不需要施加分開 的重置信號。
在附圖1A-B、 2中戶標的基本結構和操作可以進fiH午多變化。例如，附 圖2A所示的時序圖200假設從可觀懂電容112到濾波電容110為電荷的"正" 轉移，而等效實施例可以基于相反方向上的電荷分享。(這就是，在重置期間電 荷可以放置在濾波電容110上，并且分享期間這種電荷S3i阻抗105去除和移 動到可領糧電容m。這可以 加高重置電壓到節點115，然后禾,施加低 預定電壓到可測量電容112的充電脈沖210來實現，這樣可測量電容112和濾 波電容110之間的分享使濾波電容110放電并斷氏了節點115處的電壓。)軌跡 256、 258和260示出了濾波電容上的示例電壓，其可以在實施例中利用電荷的 這種"負"轉移觀察到。
256示出濾波電容重置時存在可忽略的延遲時的示例系統的響應；可以M:接由可忽略的耦合電阻重置的系統中觀察到這樣的響應。軌跡258示出當在重置、搶波電容時施加類似于一階RC或L/R響應的時間響應時示例系統的響應；可以在利用RC或L/R電路重置的系統中觀察至隨 樣的響應。軌跡260示出示例系統的響應， 濾波電容重置時具有大致線性 的時間響應；這樣的響應可以在通過驅動電流源一定時間而重置的系統中觀察 到。這里描OT來確定作為濾波電容110上的電荷示值的函數的可測量電容112 和執行電荷轉移斑呈的次數的各種其它的技術。
例如，可以表述許多等效的技術。參考附圖3A，可替換的時序圖300示 出附圖1B所示的電路，該電路實施"振蕩器"型方法，其具有兩個不同的預定 電壓以對可測量電容112充電和兩個閾值電壓以確定可測量電容112。時序圖 300的電壓執跡310以成組的相反的"正"充電脈沖311和"負"充電脈沖312 的形雄加充電脈沖310。特別是，時序圖300示出第一組電荷轉移ill呈，雜 第一時間周期301期間施加"正"充電脈沖311 (這樣施加高預定電壓)；時序 圖300 ^出另一組電荷轉移af呈，，第二時間周期302期間施加"負"充 電脈沖312 (這樣施加低預定電壓)。附圖3A示出節點113處的結果電壓的示 例電壓軌跡303。電壓軌跡303示出一組充電脈沖311、 312在節點113處的結 果電壓。特別是，電壓軌跡303示出旨更高的充電電壓脈沖311如何對可測 量電容112充電和由此置于可測量電容112上的電荷在與濾波電容110分享時 如何l^^文電。電壓車tt 303此外示出每個更低的充電M脈沖312如何對可測 量電容112放電和由此可觀懂電容在被允許與濾波電容110分享時如何對濾波 電容110放電。濾波電容110上的結果電壓(即對于附圖1B、 3A所示的實施 例為節點115處的電壓)由電壓車tt306示出。盡管時序圖300示出大致鏡像 另一組電荷轉移過程的第一組電荷轉移過程，但是兩個電荷轉移MI呈不需要如 此相似。例如，搟賣時間、頻率和減電壓幅值可以不同。
在這個示例中，在第一時間周期301期間，"正"充電脈沖311被施加到 可測量電容112，這樣允許可測量電容112與濾波電容110分享電荷，在節點 115^hXt搶波電容110充電。這導致節點115上的電壓上升。在時間315處，節 點115處的電壓經過第一閾值電壓VTw,其由點330C指示的時間處發生的測量 檢測。即刻之后，在第二時間周期302期間，"負"充電脈沖312被施加到可測 量電容112，這樣允許可觀懂電容112與濾波電容110分享電荷，對滄波電容 110放電。這導致節點115上的電壓下降。在時間317處，節點117處的電壓經 過第二閾值電壓V加，其由點330E指示的時間處發生的測量檢測。在附圖1B、3A所示的實施例中，測量兩個閾值電壓VTO1和V 的交叉點并將其與電荷轉 移斑呈執行的次數一起〗頓來確定可領懂電容112的值。
在周期301和302之后，可以發生具有"正"充電和"負"充電的附加周 期，其中在一個時間周期期間對濾波電容110充電并在另一個期間對其放電。 通過它的"正"和"負"充電循環，這個振蕩器實施例不需要如上所述的分開 的重置信號。這是因為發生在濾波電容110上的電壓波形變化的幅值和速率(執 ^^電荷轉移M^呈的電壓變化量)與濾波電容110上的趟臺電壓無關(假設 沒有達到飽和分量和電源線)并且是電荷轉移斑呈中4頓的可測量電容112的 示值。更大的可測量電容U2的值意味著電壓閾值Vra!和Vra2將與電荷轉移過 程的更少的執行交叉，并且更小的可觀懂電容112的值意味著電壓閾值VTw和 VTO2將與電荷轉移3ili的更多的執行交叉。因此，在穿過閾值之后和開始一組 電荷轉移過程之前，不需要重置濾波電容110或另外置于已知的狀態。
類似地，"正"和"負"充電循環還意味著在穿過閾值^之后可以執行 附啲電荷轉移鵬而不會有害地影響傳感器的性能，即使沒有發生濾波電容 重置。考慮這個，具有多個并行驅動的檢測通道的傳感器(即，fflil同步電荷轉移循環)將i^ "超時運行"檢測通道，并持續執行穿過它們M閾值的交叉點所需的附卩電荷轉移循環。具有多個彼此物理誕的檢測通道的傳感器優 選地經歷彼此類似的電狀態以將噪聲最小化。例如，當檢測電極呈現相似的電 壓時斷氏了不同檢測鵬的檢測電極之間的任何寄生耦合的影響。如果這些檢 測電極之一由電荷轉移過程驅動而另一個不是，那么它們可以"串擾"并降低傳感器的性能；然而，如果這些檢測電極中的兩個驅動到相似的電壓(比如說， 由類似的電荷轉移斑呈同步操作)，那么M^、了 "串擾"。驅動多個檢測電極到 相似的電壓還有助于屏蔽檢測電極不鈔卜部干擾影響。因此，通過在所有的通 道或不在通道上執行電荷轉移過程，在這樣的系統中驅動這些通道到相同的電 壓是有利的，而不管它們閾值^X的相對時間。
因此，即使本發明的電路可以被驅動，這樣基于釆用的閾值電壓(例如附 圖3A的實施例的情況下的V^、 Vto2) 時結束電荷轉移過程，那種操作方式在具有多個檢測通道的許多實施例中也不是期望的。相反地，在多個檢測通 道系統中采用的闞值電壓^X后，可能tfci^f^賣執行電荷轉移過程，其中在多 個檢測通道系統中同步或荊亍操作通道。然后電荷轉移過程的總執行次數可以基于多個檢測通道的時間最后(last-in-time)的濾波電容何時穿過它的閾值。電 荷轉移過程的總M還可以預先選擇足夠的數量以使多個檢測通道的時間最后 的濾波電容(至少在大多數情況下)已穿過它的閾值。
然而，可以注意到，在一些實施例中，M信號可以施加至湘反的充電脈 沖組之間。例如，濾波電容110可以重置為高以在節點115處的電壓穿過更高 的閾值Vrai之后，在節點115,生高電壓，并且濾波電容110可以重置為低， 以在節點115處的電壓穿過更低的閾值電壓V^2之后，在節點115處產生低電 壓。附圖3B中的車誠352示出溏波電容110上的電壓，用于釆用兩個Sg電壓 和兩個閾值電壓的示例系統。盡管軌跡352示出沒有"ilig行"的電荷轉移過 程穿過閾值ViM或Vra2,但是其它實施例可以具有這樣的"Mii行"過程。
施加錢信號還可以改變"振蕩器"實施例。例如，當兩種鄉的重置信 號被用來重置為高和重置為低時，可以僅利用一個閾值電壓Vra實現"振蕩器"。 附圖3B中的軌跡354示出濾波電容110上的電壓，用于采用兩個重置電壓和一 個閾值電壓的示例系統。在具有"負"充電脈沖311的電荷轉移過程的周期355 足以陶氐穿過閾值腿Vm的濾波電容110上的電ffi^后，暨為低的信號可以!鵬加以將濾波電容110上的電壓設定劍氏于VTH的低錢電壓。然后，具有"正"充電脈沖312的電荷轉移斑呈的周期357可以MM加直到檢測至鵬波電容110上的電壓再次穿過閥值^ffiVm，盡t^時以相反的方式穿過VTH。盡管軌跡354示出沒有"^ii行"電荷轉移過程穿過閾值V^或Vra2，但是其它 實施例可以具有這樣的"Mit行"過程。
返回由附圖1B、 3A示出的示例，在時間周期301期間執行電荷轉移過程 的次數和在時間周期302期間執行其它電荷轉移過程的次數可以任意的方式確 定。在各種實施例中，耦合到節點115的I/O106合并具有滯后的輸入，例如施 密牛就蟲發特性，其提供兩個閾傲比較腿Vrai和Vm2。這樣I/O106可以被用 來在由附圖3A的點330指示的時間讀取節點115處的電壓。當在這樣的實施例 中濾波電容110上的電壓被檢測到已穿過更高的閾值Vrai (例如在點330C處) 時，一組電荷轉移鵬可沿相反的方向，鵬加以斷氐熗波電容110上的電壓。 類似地，當濾波電容110上的電壓被檢測到已穿過更低的閾值Vm2 (例如在點 330E處)時，另一組電荷轉移^|呈可以沿相反的方向| 加以增加搶波電容110 上的電壓。如f爐306所示，檢測方案300在節點115處產生電壓，其從正確的方向接近閾值，這 后輸入例如施密特觸發輸入將在系統中正確運行并為 電荷轉移過程的周期提供適當的閾值。
可以采用II似于附圖2A所示的"單斜坡(single-slope)"實施例的方法確 定可須糧電容的值。例如，對于附圖3A所示的實施例，重復執行充電搶波電容 110到閾值電壓Vrai和對搶波電容110放電到閾值電壓Vto2的電荷轉移MI呈的 次數可以被確定并用來量化可測量電容112的值。例如，充電和放電循環的總 數(即，所執行的電荷轉移戰呈的總數，包括執行兩個電荷轉移漲，而不管 上充電(charge-up)或下充電(charge^down)效應)可以l^艮蹤并用來確定可測 量電容112。作為另一個示例，充電循環的次數可以郷跟宗并與放電循環的次數 分開i頓。可替換地，僅跟蹤充電循環的次數或似艮蹤放電循環的次數，并將 其用于確定可測量電容112; m^樣的實施例，未被足跟辯tH，的男H類充電轉 移過程可以被用作重置并具有低得多的分辨率。
可替換地，并還類似于附圖2A所示的"單斜坡"實施例，附圖3所示的 實施例可以利用育^提供多位須懂的部件測量搶波電容上的電荷的示值。例如， 可觀懂電容112可以被提供固定次數的"正"充電脈沖311和"負"充電脈沖 312，并且節點115處濾波電容110上的結果電壓可以在*周期(例如周期301， 302) —次或多次地被數字化到多位值，以測量被轉移的電荷數量，而不使用分 開的閾值ViH,和Vm。這些固定次數可以Mil系統固定或是類似動態的，并且 可以隨循環而改變；例如，固定的次數可以在開始或結束電荷轉移過程的循環 之M立刻設定。
可選^i也，濾波電容110上的電荷可以在利用第一種電荷轉移過程沿第一 方向充電之后被"設定"為預相關值，并在利用第二種電荷轉移戰呈沿第二方 向充電之后被"M"(即，設定至顧相，或另一值)。
在另一其它實施例中，執行電荷轉移鵬的予鵬次數與閾值的4頓結合。 這就是，充電和/或放電過程可以執行預定或預先設定次數的循環，但是其中濾 波電容110上的電壓穿過閾值電壓的電荷轉移過程被識別。例如附圖3A示出十 四個充電轉移ai呈和六個測量330A-F，其中進纟瑰次測量330A-F的時間由箭 頭示出。在所示的示例中，在每個充電或放電循環期間執行七個電荷轉移過程 和三個測量，即使正好在點330C示出的第三采樣之前穿過閾值電壓Vrai和正 好在點330E示出的第二釆樣之前穿過閾值Vm2。仍然執行第三采樣，如點330F所示，并且仍然^W亍第七電荷轉移M^呈，即使第二采樣示出節點115處的電壓 已穿過閾值Vra2。這種附加的采樣如330F的執行是可謝奐的。然而，這樣的附 力卩采樣可以提供緲卜的優點，特別是當采用通掛搶波電容110測量多個檢測通 道時，其中通道之間的傾斜方向相對恒定，即使被測電容可以隨鵬而改變。 這樣的實施例還可以提供其它的優點，例如增強抑制已被穿過的閾值電壓的不 正確讀數。如上所述，附加電荷轉移過程的執行也是可替換的，但在具有彼此 實際艦的檢測fflit和荊亍(同步)運，說些檢測通道的系統中是特別有利的。
還可以注意到，示出測量330A-F，在每個時間周期301、 302的后部期間 當搶波電容110上的電壓已穿逝萬采用的閾值的可能性更大時進行該觀糧，而 在針時間周期301、 302的較前部期間當這種可能性低時不進行該測量。M 這樣的方法，充電脈沖311和312的計時可以更快，并且在不測量濾波電容IIO 上的電壓的時間期間脈沖更頻繁。對于這樣的性能，可以移除至少與測量相關 的時間。
充電和放電脈沖311、 312 (或任意其它充電脈沖)還可以由于其它原因 而隨時間改變，并且它們不需要相等時間間隔或持續時間相等。在許多實施例 中，由于隨時間的改變容易被許多這里所描述的實施例容許，因此控制器102 可以實質上在電荷轉移過程或確定步驟的任一點上處理中斷或其它干擾。這在 采樣時間超過設定的時間常數時特別正確。可替換地，有意識地改變脈沖的時 間間隔可以擴展采樣的頻譜以提高對耦合到可測量電容的窄帶干擾的抗干擾 性。
如上戶萬述，這里所描述的許多實施例可以利用商^Lh可獲得的部件例如傳 統的集成電路和離散電阻和/或電容容易實現。由于這種簡爭性，許多設計容易 適于部件和/或I/0分享，例如附圖1C中所示。這種分享原理可以在許多附加的檢測鵬中采用以 肯辦禾擁單個控制器102有效檢測多個電容112的傳感 器。這可以大大降低齡系統的成本和尺寸。的確，可以形成各種技術用來在 無源網絡內艦可替換實施例的寬陣列分享控制器102上的檢測弓,和/或任意 離散部件。
在附圖1C示出的這個實施例中，電容傳感器175包括兩個無源阻抗 105A-B，每個無源阻抗105A-B在各自的節點113A-B處耦合至恪自的可領懂電 容112A-B和各自的I/O 104A-B。濾波電容110在節點115A^l合到I/O 106A 和阻抗105A，并且在節點115B處濾波電容110耦合到I/O 106B和阻抗105B。 這樣電^(專感器175以下面方式實施:其中在兩個可測量電容112A-B之間分享 、搶波電容110。
作中，分別il33t可測量電容112A-B執行電荷轉移過程和確 定。例如，當可測量電容112A在電荷轉移鵬中是有源的時，1/0106B可以被 驅動到參考電壓(例如電源電壓)并且可測量電容112A、 I/O 104A和106A、 無源阻抗105A和濾波電容110可以l^以用作附圖1B中所示的模擬部件(例如 分別是可測量電容112、 I/O104和106、無源阻抗105和熗波電容110)。類^lifk， 當可觀懂電容112B在電荷轉移af呈中是有源的時，I/O、 106A可以被驅動到參 考電壓(例如電源電壓)并且可測量電容112B、 I/O、 104B和106B、無源阻抗 105B和濾波電容110可以類似用作附圖1B中所示的模擬部件。
il31頓用控制器102上實施多檢測鵬，可以實現軒效率。經常地， 可以容易地在標準的印刷電路板(PCB)上形自來提供可測量電容112的檢 測電極，這樣這些元件的復制品在制造方面上是相對便宜的。在希望可測量電 容112相對較小的情況下，貝IJ濾波電容110還可以在PCB上制造。財卜，可以 在PCB上不形成或形成一個或多個電阻、電容和電感，以^f共用在無源阻抗105 鵬別處包括無源阻抗105和濾波電容110的無源網絡中的阻抗。因此，許多 這里所描述的各種特征可以容易地采用傳統的制微斜卩結構實施。然而，在 一些瞎況下，例如濾波電容UO、無源P且抗105和其它阻抗的部件可以足夠大以 保證許多實施例中的離散部件。在那些瞎況下，這些部件(例如濾波電容110) 可以由一個或多個離散電容、電阻、電感和/或其它離散部件實現。
財卜，所需的I/O總數量和無源網絡中的部^M甚至可以通過任意， 的時間、頻率、編碼或其它多路鄉技術進一步斷氏。以各種模式設置檢測電 極還允許設計許多不同類型的傳感器布置(包括多維布置，其用在一維、兩維或多維觸劇專感器中)。可替換地，多個"按鍵"式接觸傳感器可以容易地禾,各種檢測ffiii或可以生成的任意M的其它傳ii^置檢測。
附圖4A示出電割專離400的可替換實施例，絲控制器102中為針 可觀懂電容112i5^—個I/0。 ilil為每個可觀糧電容頓用一個1/0，這個 實施例允許在I/0使用率的方面更有效地實施電容傳 ,并且對多檢測通道的 實施特別有用。這樣，具有20個檢測電極的臨近傳麟可以利用控制器102上 的20個I/O實施。在這個實施例中，單個的I/O被用來施加 頁定電壓到它的相 應可測量電容112 (例如，IZO404A與可測量電容112A相關，并且I/O404B與 可測量電容112B相關)，讀取它的相應濾波電容110A-B上的電壓，并且還重 置它的相應溏波電容110A-B上的電荷。附圖5的時序圖示出附圖4A的單個代 表性I/O引腳404的運行。當存在多個引腳例如I/O 404A-B時，可以一次運行 一個弓腳或同步運行。附圖5示出類似于附圖2A運行附圖1B的電路的方式的 運行方法。類似于那些附圖2B或附圖3A-B的方法的方法也可以用來運行附圖 4A的電路(未示出)。如附圖5的軌跡510所示，1/0 404的輸出包括充電脈沖 501，其施加預定電壓到可測量電容112。在充電脈沖501之間，1/0404被設為 高阻抗狀態，這樣可測量電容112被允許通過阻抗105與濾波電容110分享電 荷。在重置時間503處，I/O 404被設定為低電壓以SS熗波電容110。因為濾 波電容110必須艦無源阻抗105 t錢置，因jt(^、須4頓相對長的重置周肌 電壓軌跡502示出每次執行電荷轉移過程如何影響節點113處的電壓，該電荷 轉移jif呈包括充電電壓脈沖501和在可測量電容112與、搶波電容110之間的電 荷分享。節點113處的電壓可以被用作濾波電容110上的電荷的示值并用來確 定被測量的電容112。
應當注意到，在附圖4A所示的實施例中，節點115處的電壓不旨植接測 量，這是因為那些節點不錢接耦合到控制器102的I/0。這樣，在這個實施例 中，M測量節點113上的結果電壓可確定可湖懂電容112。類似于戰的替換方案，在一個實施例中，節點113處的電壓可以與閾值電壓VTH比較。如果合適，可以選^^個閾值電壓Vra以說明節點113而不是節點115處的測量位置， 例如當通過無源阻抗105的壓降可以被預測和韋階時。可替換地，可以由確定 可測量電容112所執行的計算實現，M嘗估算的壓降。財卜，如上所述，在一些 實施例中和以一定次數，節點113處的電壓可以基本上等于節點115處的電壓，這樣不存在觀懂差并不需要考慮。ilMS樣的實施例，由于在至少電荷轉移過程的至少一部分期間節點113處的電壓與節點115處的電壓的差值，因此希望 選擇確定的時間，在其處節點IB處的電壓雖lil宗節點115處的電壓。
在充電循環的最后(例如，在節點113處的電壓皿閾值電壓VTH之后， 如附圖5所示)，1/0404施加適當的重置電壓以重置濾波電容110上的電荷。在 附圖4A和附圖5的實施例中，例如，1/0最初施加邏輯"高"脈沖以提供正電 荷到可觀懂電容，然后與濾波電容110分享，并且然后ilil驅動邏輯"低"或 "接地"足夠的時間周期，以M5i無源阻抗105對濾波電容110放電，來重置濾 波電容IIO。可以預想可替換方案。還有，可以制定其它符號規約^ii行的等效 方法。作為另一個可替換示例，可測量電容112可以被充電^^文電，用于執行 預先設定次數的電荷轉移腿，M在執行予跌設定次數之后測量滄波電容110 上的電壓作為多位值而不是與閾值相比的一位值。在進一步其它實施例中，可 以采用類似于附圖3A所示的雙向充電應用。
附圖4B示出具有電^j專繊420的另一個實施例。附圖犯的這個實施 例進一步允許降低所使用的部^^和1/0，這樣阻抗105和濾波電容110 ^應 于I/O404A和I/O404B的兩個檢測iTOt間分享。在這個實施例中，電荷轉移 斑呈可以 供來自I/O 404A的充電脈沖來施加予腕電壓，利用可測量電容 112A來執行，同時I/O404B被設定為參考值(例如I/O404B可以被設為接地， 同時正電壓脈沖+Vcc被提供在I/O404A上，^&t亦然，J/O404B被設定為十 Vcc而接地的負電壓脈沖被麟在I/O 404A上。其它適合的電壓例如-Va或這些 電壓的任意分開形式也可以被使用)。然后電荷可以被允許i!31停止施加預定電 壓荊呆持I/O 404A為高阻抗狀態同時維持I/O 404B為同一參考電壓來分享。在 執《 S個電荷轉移過程一次或多次之后，然后可以由I/O 404A利用任意上述的 技術讀取節點U3A處和濾波電容110上的結果電壓。濾波電容110上的這個結 果電壓是濾波電容110上的電荷的示值，并可以與電荷轉移過程的執行次數一 起^頓來生成可觀懂電容112的值。類似的電荷轉移逝呈可以艦提供I/O404B 上的電壓脈沖來施加預定電壓同時保持I/O404A在參考值(例如接地)，然后允 許電荷在可澳懂電容112B和濾波電容110之間分享，利用可測量電容112B來 執行。節點113B處的電壓的一次或多次測量可以利用I/0 404B進行。這些測 量和電荷轉移鄉呈的執行次數可以被用來生成可觀懂電容112B的值。
附圖4C示出另一個電割專麟實施例440。在這個實施例中，濾波電容 110在對應于I/O404A和404B的兩個檢測鵬之間分享。齡I/O404A、 404B 耦合到可測量電容112A-B (分別)，并經皿當的各自的無源阻抗105A-B耦合 到濾波電容110。傳感器的運行將與附圖4A所示的傳感器400的運行類似 (parallel),除了傳 400和440的運行的區別在于傳感器440的旨可測量 電容112A-B將及時分別確定，而沒糊實同時發生的電荷繊M^呈和澳懂的選 項。也就是，具有附圖4A的傳繊的對UUS行典型地比附圖4C的傳感器更方 便；然而附圖4C的傳li^艦共用濾波電容110而A嚿括一錦件。對于電路 440B，當可測量電容112A用在由I/O 404A驅動的電荷轉移過程中時或當節點 113A利用I/O404A進行觀懂時，1/0404B被保持在高阻抗，并且當可測量電容 112B和1/0 404B豐細在電荷轉移中時或當節點113B禾U用I/O 404B進行測量時， I/O 404A被保持高阻抗狀態。利用這樣的方^0f有可測量電辦續稱合到濾波 電容可以降低傳感器的性能(例如， 一些電荷可能累積到無效的可觀懂電容上 或無效的可測量電容可能耦合有附加的噪聲)，這樣的斷氏通常是可接受的并且 經常是不引人注意的。在應用中，濾波電容110的值可以M統測量的任意可 測量電容值的千倍或更多倍，這樣濾波電容將決定電荷累積并限定了節點115 處的頓。附圖4C中示出的傳感器可以i!31^合節點115到控制器102上的附 加1/0 (未示出)皿一步 。這個到附加I/0的附加耦合可以便于重置和測 量搶波電容110。這個附加耦飾可以便于檢測方法例如附圖犯中示出的那些 352、 354,其中希望提供t魏重置。附圖4C中示出的傳感器還可以艦 耦合搶波電容110相對于節點115的一側到控制器102上的附加I/O (未示出) 而不是接地 —步變型，。這個到附加I/O的附加耦合可以提供另一個檢測通 道，其可以被用來測量耦合到與節點115相對的那個節點的可測量電容(未示 出)而沒有任意更多的附加部件。可以存在和預想傳麟440的許多其它'翅。
上述的各種內容和技術可以M:許多方式得到進一步提高。例如附圖6 示出的示例實施例示出類似于附圖4A的Mit、 #^通道一個I/O的實 式。 在這個實施例中，至少部分地由多個傳感器電極601A-B和靠近傳感器電極 601A-B的物體例如手指鄉蟲筆(未示出)限定了可測量電容。財卜，這個實施 例包括如上所述的豐M嘗電路125。這個實施例還包括監護電極602，其用來防護 傳感器電極601 ，lj不經意的電耦合。
在附圖6所示的實施例中，單個檢測電極601A-B被用來電容性地檢測物 體的雜并由此衝共它們各自的可觀懂電容。在運行期間，禾蹄低阻抗路徑607 護電極602上提供監護信號。 護信號有助于屏蔽傳 電極與環境無 意的耦合并在用來確定可測量電容的電荷轉移過程期間有助于M^從監護電極 602轉移到濾波電容(例如110A-B)上的凈電荷。在施加預定電壓的部分期間， 監護信號可以施加一電壓到監護電極602，該電壓近似等于施加的預定電壓。然 后，在有源檢測電極(例如601A-B)與它的相關濾波電容(例如110A-B)之 間分享電荷結束之前，監護信號的電壓可以改變到近似等于相關濾波電容(例 如110A-B)上的電壓。如果選擇恒定電壓,相關濾波電容上的電壓(自濾波 電容上的電壓在電荷轉移戰呈重復期間和電荷轉移過程重復之間改變以來的近 似值)，那么施加至!j監護信號602的電壓可以變化到適當閾值電壓(Vth)和重 置之后相關濾波電容上的電壓之間的一個電壓。監護信號的電壓的鄉^t值不如 監護信號的電壓漂移(即電壓變化)錢。例如，監護電極電壓和檢測電極電 壓之間的偏移量將不影響監護的有用性，自^iil電容進行電荷轉移，電壓漂 移(即電壓變化)是重要的而絕對電壓值是不重要的。
監護信號的iffi監護電壓可以任意方式生成，例如MM^接監護電極602 到任意類型的監護電壓發生電路。在附圖6所示的示例實施例中，基于控制器 102的I/O 108施加的信號和為包括阻抗分壓電路605的部件選擇的鄉和值， 阻抗分壓電路605適當地生成至少兩個不同的電壓值。特別是，可以使用由電 阻分壓器構成的阻抗分壓器605。禾擁這樣的分壓器，如果來自I/O608的信號為+Vcc或如果I/O608被保持高阻抗，那么監護電壓為+Vee。可替換地，如果來自I/O608的信號為GND，那么監護電壓為Vcc的預定分數例如(+Vrc)/2。作 為一個示例，監護信號的監護電壓在應用預定電壓和隨后的分享期間施力疏電 脈沖之間改變。監護信號的監護電壓還可以在電荷轉移過程的重復之間改變， 例如SS和可測量電糊定中4頓的最后觀懂之間變化。為了設計的簡易性、 生產的簡易性，更有效的監護信號等，可替換實施例可以利用一個或多個電阻、 電感或電容實施阻抗分壓電路。數模轉換器、脈寬調制器等也可以被用來生成 監護信號。這里所述的各種電荷轉移檢測技術(其耦合有簡易的多通道集成) 提供高度有效的監護信號應用。然而，監護是選擇特征，其可以不在所有實施
附圖7的示例檢測電路700示出多個檢測電極，其提供通過多路鄉器 702連接到控制器102的多個可觀懂電容。^^示的實施例中，控制器102的兩 個1/0108、 109被用來沿路徑706、 708鄉選擇信號至l侈路OT器702，其選 擇戶;f^望的傳麟電極601A-D和相關的可領糧電容用來檢測。這樣，多路鄉 器702被用^^擇哪個傳繊電極601為它的相關可觀懂電繊測量。盡管嚴 格來說，多路復用器702是有源裝置，但是多路OT器702的^不會影響由 阻抗105和濾波電容110纟賊的無源網絡的實際運轉。Sl尤是，不管在多路復 用器702掘擇明P個傳麟電極601A-D，檢測電路的運行總保持與上面所提供 的描述一致。因此，"無源網絡"的{頓不完全排除{頓無源網絡外部和各種可 替換實施例中的電容傳感器的其它地方的一個或多個有源部件。
現在參考附圖8，禾,轉換電荷轉移技微測可測量電容的示例技術800 適當地包括主要步驟執行電荷轉移iif呈801兩次或更多次(如重復步驟806) 和隨后確定可測量電容的值(步驟808)。如上所述，電荷轉移MI呈801包括施 加預定電壓到可觀懂電容(步驟802)和允許可測量電容通過無源阻抗與熗波電 容分享電荷，所述無源阻^a^加步驟(步驟802)和允許步驟(步驟804) 保持耦合至可觀懂電容和濾波電容。社下文中的"分享"電荷可以指有源切 換，其與無源阻抗和可須懂電容或濾波電容的耦合或去耦無關，而是指電荷轉 移，或被動地允許電荷艦阻抗經靜止狀態或其它不活動狀態轉移。電荷轉移 Ml呈可以重復(步驟806)，并且可以重復一次、十次、百次、或更多次SM濾 波電容上的電荷皿閾值電壓，1Sai呈801已執， f頁定次數或依據任意其它 方案。對于包括重置濾波電容的步驟的那些實施例，這個重置步驟可以插入到 步驟802第一次重復之前。
M^行適當次數的電荷轉移逝呈，可測量電容的值被確定(步驟808)。 盡管在執行適當次數的電荷轉移過程之后仍可以執行附加的電荷轉移過程，但 是這些附力啲電荷轉移逝呈不用來確定可測量電容的值。如上所述，依據任意 獄可以發生可測量電容的確定808。在各種實施例中，基于搶波電容上存在的 電荷數量的示值，以及為了生成電荷驢的示值而執行電荷轉移^f呈801的次 數，可以作出確定。正如之前戶腿，執行那^H^呈801的特定次數可以予跌設 定，依據搶波電容上的穿過閾值電壓的艦或如果合適由任意其它因素確定。
如果需要可以重復步驟802—808 (步驟810)。例如，在具有多個傳自電極的臨近傳感器實施中，典型地每個電t^t應于可測量電容。在這樣的實施 中，對應于每個傳 電極的可測量電容典型地每秒被確定多次。這提供了確 定存在物體誕臨近傳麟的能力，并且由此便于^頓用戶輸入的裝置。這樣，可以高速重復該過程，^H專/itl電極一秒。
可以任意方式執纟 a程800。在各種實施例中，Ml呈800可以由，于數 字存儲器例如位于控帝'勝內或與控制器通信的存儲器、或任意其它數字存儲介 質(例如光盤或磁盤，載波上傳送的調制信號，和/或等等)中的軟件或固j瞎 制。還可以禾IJ用模擬電路、編程電路或如果適合的其它邏輯或它們的組合執行 il^呈800和，它的各種等效物和 。
如上所述，用來確定電容的驢和方激寺別適用在臨近傳感驟置中。現 在轉向附圖9，示出耦合到臨近傳^^g 11的示例電子系統10的框圖。電子 系統10意^ 示任意類型的個人計算機、便攜式計算機、工作站、個人數字 助理、視頻游戲機、通信錢(包括職手機和信息縫)、媒條置、該媒介 體包括錄音機和唱機(包括電視、分線盒、音樂播放器、和視頻播放器)或 其它育,接收用戶輸入和，信息的裝置。因此，系統10的這種實施例可以包 括任意類型的處理器、存儲器皿示器。此外，系統10的元件可以通過總線、 網絡或其它有線^5線互^i^ffil信。臨近傳S^fi 11可以3151任意 的 接口或連接雜接到系統IO,包括I2C、 SPI、 PS/2、通用串行總線(USB)、藍 牙、RF、 IRDA或任意其它類型的有線或無線連接，這里列出幾個剕蹄雌示 例。
臨近傳感^g 11鄉控制器19和檢測區域18。臨近傳感器縫11對 檢測區域18中的輸入14 (其可以由一個或多個手指，觸筆和/或其^^入物體 提供)的皿敏感，并且可以ffiil測量由輸入14導致的最終電容變化來檢測輸 入14。這里所{頓的"檢測區域"意據廣泛包括臨近傳^f^S11的上方、 周圍、內部和/或附近的任意空間，其中傳繊能夠檢測物體的位置。在傳統的 實施例中，檢測區域18從傳麟的表面沿一個或多個方向延伸一距離到空間， 鼓信噪比阻止輸入檢測。這個距離可以是小于一毫米、多毫米、厘棘更長， 并且可以隨傳感器設計和所希望的傳 性能(例如精確度或分辨率)明顯變 化。因此，特定檢測區域18的平面性和曲率、尺寸、微和精確錢將隨實施 例而大大改變。
在操作中，臨近傳感 2 11適當iWl測量由檢測區域18內的一個或 多個手指，觸筆和/或其它物體影響的與多個檢測電極相關的可觀懂電容來檢測 輸入14的位置。并且，利用控制器19，臨近傳ii^置n ^m置的電標志 或電子標志到電子系統10。該系統10適當地處理該標志以接收來自用戶的用于 任意適當目的的輸入并生成任意適當的響應，如前所述。
臨近傳感鵬置11可以釆用離散電極，電極P車歹蜮電割專繊電極的任意其它布置，以支劍壬意數量的檢測區域18。臨近傳感i^a還可以舒; 提供的信息類型上變化，例如鄉"一維"位置信息(例如沿檢測區域)作為標量, "兩維"位置信息(例如水平/垂直軸、角傲徑向^l^兩維的任意其它軸)作 為組合值、等等。
有時被稱為臨近傳lgl^bS器或接觸傳感器控制器的控帝幡19，通常控 制禾,Jl^任意的各種技術來測量電容的31l呈。這里，控制器19還與電子系統 IO通信。控審幡19可以執行多種附力啲鵬以實施臨近傳^^S11。例如， 控制器19可以選擇^^接單個的可測量電容，基于可測量電容的值計算位置或 運動信息，報告當達到閾值時的位置駆動，在將效艮告到電子系統10或將它 指^^用戶或多種任意的不同逝呈之前解釋和等待有效的輕叩/敲擊/字符/按激
在本說明書中，術語"控制器"限定為包括一個或多個艦元件，其適于 執行所述的運行。這樣，控制器19可以包括一個或多賴成電路，固fH戈碼， 和/或軟州戈碼的全部或一部分。
還可以注意到，術語"臨近傳^^置"意l^不僅包括傳統的臨近傳感器裝置，而且包括廣范圍的等效裝置，其會灘檢測一個或多個手指、指示器、觸筆和/或其它物體的位置。這樣的裝置可以包括但不限于接角螺、接角趣、接觸板、生物鑒定，、筆M字符識別^S等。類船也，這里所^^的術語"位置"或"物體位置"意g廣泛包括位置的絕對和相對信息、和還包括其它類 型的空間域信息，例如速度、加3i^等，包括沿一個或多個方向的運動測量。 各種形式的，信息還可以包括隨時間的變化分量，如在手勢識別等的情況下。 因此，臨近傳感器裝置可以適當地檢測，而不僅僅檢測物體的存在或不存在， 并且可以包括廣范圍的等效物。
還可以理解的是，本發明的機構肖,以各種形式作為禾將產品分布。例如， 本發明的機構可以作為計算機可讀信號支持介質上的臨近傳S^程序實施和分 布。財卜，本發明的實施例同等應用，而不管用來執行分配的信號支持介質的 特定類型。信號支持介質的示例包括可記錄介質例如存儲卡、光盤和磁盤、 硬盤驅動器和通信介質例如數字和模^M信線路。
可以在這里所提出的結構和技術，行各種其它的變型和增進而不脫離 它們的基本教導。因此，提供用來檢測和/驢化可測量電容的多種系統、驢 和過程。雖然在前面的詳細描述中已存在至少一個示例實施例，但是可以意識 到存在大量的變型。這里所描述技術的各個步驟例如可以任意時間順序執行， 并且不限于這里所存在和/或要求監護的順序。還可以意識到，這里所描述的示 例實施例僅僅是示例，并且不意味著以任意方式限定本發明的范圍、應用或配 置。因此可以在元件的功能和布置上進行各種變化，而不脫離附加的權利要求 書及其法騰效物提出的本發明的范圍。
權利要求
1、一種用來測量可測量電容的方法，該方法包括步驟執行電荷轉移過程等于至少為二的次數，其中電荷轉移過程包括施加預定電壓到可測量電容的步驟和允許可測量電容通過無源阻抗與濾波電容分享電荷的步驟，所述無源阻抗通過施加和允許步驟保持耦合至可測量電容和濾波電容；和確定作為濾波電容上的電荷的示值和電荷轉移過程的執行次數的函數的可測量電容的值。
2、 權利要求1的方法，進一步包括韋M嘗濾波電容上的電荷的示值以用于參 考電壓中的變化的步驟。
3、 權利要求2的方法，其中彬嘗步驟包括將參考電壓的至少一部分添加到 i^波電容上的電壓上。
4、 權利要求3的方法，其中參考電壓經阻抗網絡耦合到濾波電容，以將參 考電壓的至少一部分加到濾波電容上的電壓上。
5、 權利要求4的方法，其中阻抗網絡包括電容分壓網絡。
6、 權利要求4的方法，其中阻抗網絡包括電阻分壓網絡。
7、 權利要求l的方法，進一步包括M滄波電容上的電荷的步驟。
8、 權利要求7的方法，其中重置步驟包括xt;^波電容施加已知電壓。
9、 權利要求7的方法，其中可測量電容的值根據在錢步驟和當檢測到濾 波電容上的電荷的示值穿過閾值時之間執行電荷轉移3^呈的次數來確定。
10、 權利要求1的方法，其中濾波電容包括耦合到兩個不同電源電壓的阻 抗分壓器。
11、 權利要求10的方法，其中阻抗分壓器包括電容分壓器。
12、 權利要求1的方法，其中確定步驟包括獲得濾波電容上的電壓的多位 測量值。
13、 權利要求1的方法，其中確定步驟包括將搶波電容上的電荷的示值和 閾值進行比較。
14、 權利要求1的方法，進一步包括執行第二電荷轉移游呈至少等于一的 第二次數的步驟，其中第二電荷轉移iilf呈包括施加相反的電壓給可測量電容的步驟和允許可測量電容iM:無源阻抗與濾波電容分享電荷的步驟，其中預定電 壓沿第一方向轉移電荷，以及相反的電壓沿與第一方向相反的第二方向轉移電 荷。
15、 權禾腰求14的方法，進一步包括在執行電荷轉移^f呈該次數之后設定 濾波電容上的電荷的示值為第一值并在執行第二電荷轉移過程第二次數之后設 定濾波電容上的電荷的示值為第二值的步驟。
16、 權利要求14的方法，其中確定步驟包括確定濾波電容上的電荷的示值 穿過第一閾{1^需要的第一電荷轉移娥呈的執行次數和濾波電容上的電荷的示 值穿過第二閾值所需要的第二電荷轉移斑呈的執行次數之一。
17、 權利要求14的方法，其中確定步驟包括確定濾波電容上的電荷的示 值穿過第一閾值所需要的第一電荷轉移過程的執行次數并確定濾波電容上的電 荷的示值穿過第二閾值所需要的第二電荷轉移過程的執行次數，以及其中確定 步驟包括確定濾波電容上的電荷的示值穿過第一閾值和第二閾€^需要的電荷 和第二電荷轉移鄉呈的總執行次數。
18、 權利要求14的方法，其中執行電荷轉移過，MS少13g濾波電容上的電 荷的示值穿過第一閾值和執行第二電荷轉移，至少直至濾波電容上的電荷的 示值穿過第二閩值，并且其中第一閾值和第二閾值相等。
19、 權利要求18的方法，進一步包括步驟在執行電荷轉移過程該次數之后設定搶波電容上的電荷為第一值；禾口 在執行第二電荷轉移ilf呈第二次數之后設定搶波電容上的電荷為不同于第 —值的第二值。
20、 權利要求14的方法，其中執行電荷轉移戰廷少趕熗波電容上的電 荷的示值穿過第一閾值和執行第二電荷轉移^fi至少直至濾波電容上的電荷的 示值穿過第二閾值，并且其中第一閾值不同于第二閾值。
21、 權利要求20的方法，進一步包^^驟；在執行電荷轉移，該次數之后SSi^波電容上的電荷到重置值；和 在執行第二電荷轉移過程第二次數之后重置濾波電容上的電荷到該重置值。
22、 權利要求1的方法，其中確定步驟包括利用控制器的數字輸入閾值測 量電壓。
23、 權利要求22的方法，其中數字輸入具有滯后。
24、 權利要求1的方法，其中確定步驟包括禾,控制器的模數轉換翻懂 電壓。
25、 權利要求l的方法，其中電荷轉移fe^呈進一步包括 改變電荷轉移過程的執行速度，以使在電荷轉移過程的執行次數的第一部分期間與在電荷轉移逝呈的執行次數的第二部分期間的執行M是不同的；和 比較熗波電容上的電荷的示值和閾值，用于第二部分而不用于第一部分。
26、 權利要求25的方法，其中第一部分的執g度快于第二部分的執行速度。
27、 權利要求1的方法，其中搶波電容上的電荷的示錢濾波電容上的電壓。
28、 權利要求1的方法，其中施加步驟包括禾,開關齢可觀懂電容至頓 定電壓。
29、 權利要求28的方法，其中該開魏括控制器的數字輸出。
30、 權利要求28的方法，其中該開^S括緩沖集成電路和晶體管之一。
31、 權利要求1的方法，其中施加預定電壓機比包括無源阻抗的網絡的 響應時間短的時間周期。
32、 權利要求1的方法，進一步包括提供監護信號的步驟，其被構造用來 在電荷轉移過程的至少一部分期間監護可觀懂電容。
33、 權利要求32的方法，其中監護信號的電壓在電荷轉移過程期間改變。
34、 權利要求32的方法，其中監護信號的電壓實質上與施加和允許步驟的 至少之一同時產生。
35、 一種數字存儲介質，其具有存儲在其上的被構造執行權利要求1的方 法的計算機可執行指令。
36、 一種用來測量可湖懂電容的方法，該方、魏括步驟 施加預定電壓到可測量電容；和允許可測量電容與濾波電容ilil無源阻抗分享電荷，其中M施加和允許 步驟使無源阻抗保持耦合到可測量電容和濾波電容-,禾口 確定作為濾波電容上電壓的函數的可觀懂電容的值。
37、 權禾腰求36的方法，進一步包括禾,耦合到參考電壓和濾波電容的阻抗將參考電壓的至少一部分加到i^波電容的^EJ:的步驟。
38、 權利要求37的方法，其中禾擁耦合到參考腿和濾波電容的阻抗將參 考電壓的該部分添加到、搶波電容上的電ffiJ:。
39、 一種用來測量可測量電容的錢，該體包括 濾波電容設備，其用來存儲電荷； 用來將預定電壓施加至何測量電容的設備；無源阻抗設備，其靜態耦合到可領懂電容和濾波電容設備，用來允許可測 量電容與濾波電容設備分享電荷；禾口用來確定作為濾波電容設備上的電荷的示值的函數的可測量電容值的設備。
40、 一種用來在第一電節點測量可觀糧電容的電路，該電路包括 無源阻抗，其靜態耦合在第一電節點和第二電節點之間； 熗波電容，其耦合綠二電節點和第三電節點之間；和控制器，其耦合到第一電節點，其中控制器被構，來執行電荷轉移過程 大于一的次數，其中電荷轉移逝呈包括施加預定電壓到第一電節點一個時間周 期，并允許可測量電,濾波電容通過無源阻抗分享電荷，和其中控制器進一 步被構造用來確定作為搶波電容上的電壓和次數的函數的可測量電容值。
41、 權利要求40的電路，進一步包括第二濾波電容，其耦合在第二電節點和第四電節點之間。
42、 權利要求41的電路，其中第三電節點耦合到第一電源電壓，以及其中第四電節點耦合到不同于第一電源電壓的第二電源電壓。
43、 權利要求40的電路，其中第三電節點連接到參考電壓。
44、 權利要求40的電路，其中第三電節點耦合到控制器。
45、 權利要求44的電路，進一步包括第二可測量電容，其耦合到第三電節點。
46、 權利要求40的電路，其中第二電節點耦合到控審幡和第三電節點耦合到控繊。
47、 權利要求46的電路，迸一步包括 第四電節點，其耦合到控制器；第二無源阻抗，其耦合到第三電節點和第四電節點；和第二可測量電容，其耦合到第四電節點。
48、 權利要求40的電路，進一步包括耦合到第三電節點和參考電壓的阻抗, 其中該阻抗將參考電壓的至少一部分加至鵬波電容上的M上。
49、 權利要求40的電路，其中無源阻抗包括電感和電阻之一。
50、 權利要求40的電路，其中控制器進一步被構造用來比較第一電節點處 的電壓和參考電壓以確定濾波電容上的電壓。
51、 權利要求40的電路，其中控制器進一步被構造用來利用多位模數轉換器測量第一電節點處的電壓以確定、搶波電容上的電壓。
52、 權利要求51的電路，其中控制器進一步被構造用來比織一電節點處的電壓和第二參考電壓以確定濾波電容上的電壓。
53、 權利要求51的電路，其中控制器進一步被構造用來設定濾波電容上的 電壓為已矢口值以重置濾波電容。
54、 權利要求53的電路，其中第一參考電壓和第二參考電壓由控制器的數 字輸入提供，該數字輸入具有滯后。
55、 權利要求40的電路，其中控制器進一步被連接至U第二電節點。
56、 權利要求55的電路，其中控制器進一步被構造用來比鄉二電節點處 的電壓和參考電壓以確定 電容上的電壓。
57、 權利要求56的電路，其中控制器進一步被構造用來比較第二電節點處的電壓和第二參考電壓以確定濾波電容電荷。
58、 權利要求57的電路，其中第一參考電壓和第二參考電壓由控制器的數 字輸入提供，該數字輸入具有滯后。
59、 權利要求40的電路，其中濾波電容通過阻抗耦合到重置電壓一預定長 度時間以SS濾波電容。
60、 一種臨近傳繊，包括 傳 電極，其具有可測量電容； 開關，其耦合到該可測量電容；無源網絡，其耦合到該可測量電容和開關，該無源網絡包括無源阻抗和濾 波電容，其中該無源阻抗靜態耦合可測量電容到濾波電容；和控制器，其耦合到該開關，其中該控制器被構造用來執行電荷轉移過程大 于一的次數，其中該電荷轉移戰呈包擬擁開關施加預定電壓到可測量電容并允許可測量電容與濾波電容M3i無源阻抗分享電荷，和其中該控制器進一步被 構造用來確定作為濾波電容的電荷的示值和次數的函數的可測量電容值。
61、 權利要求60的臨近傳麟，進j包括第二傳感器電極，其具有第二可測量電條和第二開關，其耦合到，二可測量電容； 第二無源網絡，其中該第二無源網絡耦合到該第二可測量電容和第二開關，其中該第二無 源網絡進一步包括第二無源阻抗和第二濾波電容，和其中該第二無源阻抗靜態 耦合第二可觀懂電容到第二濾波電容；禾口其中該控制器耦合到該第二開關，和進一步被構3tffl來執行第二電荷轉移 過程大于一的第二次數，其中該第二電荷轉移戰呈包括利用第二開關施加第二預定電壓到第二可測量電容并允許第二可測量電容與第二濾波電容M第二無源阻抗分享電荷，和其中該控制器進一步被構造用來確定作為第二濾波電容的 電荷的示值和第二次數的函數的第二可測量電容值。
62、 權利要求60的臨近傳麟，進一步包括 第二傳麟電極，其具有第二可測量電容；禾口 第二開關，其耦合到織二可測量電容；其中該無源網絡耦合到第二可觀懂電容和第二開關，和其中該無源阻抗靜 態耦合第二可測量電容到搶波電容，和其中該控制器耦合到第二開關和進一步被構造用來執行第二電荷轉移過程 大于一的第二次數，其中該第二電荷轉移過程包括利用第二開關施加第二預定 電壓至條二可觀懂電容并允許第二可觀懂電容與搶波電容通過無源阻抗分享電 荷，和其中該控制器進一步被構造用來確定作為濾波電容的第二電荷的第二示 值和第二次數的函數的第二可測量電容值。
63、 權利要求60的臨近傳感器，進一步包括第二傳繊電極，其具有第二可測量電容；其未直接連接到該無源網絡， 多路糊器，其孝給到第一可測量電容和第二可測量電容和無源網絡，其中該控制器耦合到該多路OT器并進一步被構i^來利用多路復用器至少在第一可測量電容和第二可測量電容之間多路OT轉換該無源網絡，和其中該控制^^耦合到該開關和進一步被構造用來執行第二電荷轉移過程大于一的第二次數，其中該第二電荷轉移過禾呈包括M31多路OT器施加第二預定 電壓至傑二可澳懂電容并允許第二可領懂電容與滄波電容通過無源阻抗分享電 荷，和其中該控制器進一步被構造用來確定作為濾波電容的第二電荷的第二示 值和第二次數的函數的第二可觀懂電容值。
64、 權利要求60的臨近傳繊，其中可測量電容表示傳麟電極和另一電 豐fe間的電容。
65、 權禾腰求60的臨近傳繊，其中可觀懂電容表示傳感器電極和外部物 體之間的電容。
66、 權利要求65的臨近傳繊，其中外部物體是人體的一部分。
67、 權利要求60的臨近傳繊，其中控制器進一步被配置用于提供監護信 號， 護信號被配置用來在電荷轉移逝呈的至少一部分期間監護可壩懂電容。
全文摘要
描述了用來利用電荷轉移技術檢測可測量電容(112)的方法，系統和裝置。依據各種實施例，電荷轉移過程被執行兩次或更多次。在電荷轉移過程期間，預定電壓被施加給可測量電容(112)，和允許可測量電容(112)通過無源阻抗(Z)與濾波電容(110)分享電荷，所述無源阻抗通過電荷轉移過程保持耦合至可測量電容和濾波電容(110)。然后作為濾波電容(110)上的電荷的示值和電荷轉移過程的執行次數的函數的可測量電容(112)的值可以被確定。這樣的檢測方案可以容易地利用傳統的部件來實施，并且可以尤其有用于檢測手指，觸筆或其它物體相對于輸入傳感器的位置。
文檔編號G01R27/26GK101273274SQ200680019496
公開日2008年9月24日 申請日期2006年6月3日 優先權日2005年6月3日
發明者D·埃利, J·K·雷諾, J·海恩斯, K·哈格里夫斯, P·魯特利 申請人:辛納普蒂克斯公司