檢測和區分來自不同尺寸導電體在電容式按鍵上的觸控的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請
[0002] 本申請要求對2013年10月7日提交的美國臨時專利申請第61/887,868號的權益， 該專利申請的全部內容以引用方式被并入本文。
技術領域
[0003] 本公開總體上涉及感測系統，且更具體地涉及可配置以對來自不同尺寸導電體在 電容式按鍵上的觸控進行檢測和區分的電容感測系統。
[0004] 背景
[0005] 電容感測系統可以感測在電極上生成的反映電容變化的電信號。電容的這些變化 可以指示人類觸控事件（即，物體接近特定的電極）。電容式感測元件可以被用于替代機械 按鍵、把手和其他類似的機械式用戶界面控件。電容式感測元件的使用允許復雜的機械式 開關和按鍵的淘汰，提供了在嚴酷條件下可靠的運行。另外，電容式感測元件被廣泛地應用 在現代客戶應用中，在現有的產品中提供新的用戶界面選項。電容式感測元件可以從單個 按鍵變化到被布置為電容式感測陣列的形式的用于觸控感測表面的大量按鈕。
[0006] 利用電容式感測按鍵或陣列的設備普遍存在于今天的工業和消費者市場中。它們 可以在移動手機、GPS設備、機頂盒、相機、電腦屏幕、MP3播放器、數字平板電腦等等中被發 現。電容式感測陣列通過測量電容式感測元件的電容并尋找指示導電體的觸控和出現的在 電容上的A增量來工作。當導電體(例如，手指、手或其他物體)開始與電容感測元件接觸或 靠近電容感測元時，電容改變且導電體被檢測到。電容式觸控感測元件的電容變化可以被 電路測量到。電路將電容式感測元件的被測量的電容轉換到數字值。
[0007] 有兩種典型類型的電容：1)互電容，其中電容感應電路對電容器的兩個電極都有 接入;2)自電容，其中電容感應電路僅對電容器的一個電極有接入，其中第二電極與DC電壓 電平相連或者被寄生地耦合到接地。觸控面板有類型（1)和(2)兩種電容的分布式負載，并 且賽普拉斯的觸控解決方案以惟一或者以其各種感測模式的混合的形式來感測兩種電容。
[0008] 附圖簡述
[0009] 以示例的方式而非限制的方式將本發明示出在附圖的圖中。
[0010] 圖1示出了根據一種實現的電容式按鍵。
[0011 ]圖2示出了根據一個實施例的電容式按鍵。
[0012]圖3示出了根據另一個實施例的電容式按鍵。
[0013]圖4示出了包含處理設備的電子系統400的一個實施例的框圖，該處理設備可以被 配置為測量電容式按鍵421的電容。
[0014] 圖5是示出對電容式按鍵的觸控數據進行處理的電子系統的另一個實施例的框 圖。
[0015] 圖6示出了根據一個實施例的具有手指觸控的數字轉換器的電容輸出。
[0016] 圖7是根據一個實施例的對電容式按鍵進行感測的方法的流程框圖。
[0017] 圖8示出了根據另一個實施例的兩個電容式按鍵。
[0018] 圖9是根據一個實施例的具有一個觸控屏和兩個電容式按鍵的移動設備的框圖。
[0019] 詳細說明
[0020] 在下文的描述中，出于解釋的目的，闡述了許多具體細節，以提供對本發明的整體 理解。然而，對于本領域的技術人員來講明顯的是，可以在沒有這些具體細節的情況下實踐 本發明。在其他的實例中，沒有詳細地示出公知的電路、結構和技術，而是在框圖中示出，以 避免不必要地模糊本說明的理解。
[0021 ] 在說明書中，對"一個實施例（one embodiment)"或"實施例（an embodiment)"的 引用，是指在本發明的至少一個實施例中包括結合實施例描述的特定特征、結構或特性。在 本說明書中位于不同位置的短語"在一個實施例中（in one embodiment)"不必指代相同的 實施例。
[0022] 電容式按鍵以及對在電容式按鍵上的來自不同尺寸的導電體的觸控進行檢測和 區分的裝置及方法。一種裝置包括耦合到電容式按鍵的電容感應電路。電容式按鍵包括第 一感測元件和第二感測元件。電容感應電路運行以在感測參數被設置為第一值(也稱作調 諧屬性）的情況下測量來自第一感測元件和第二感測元件的信號。信號與第一感測元件和 第二感測元件的電容相對應。第一感測元件的內周界被設置為包圍第二感測元件的外周 界。應當注意到，如本文使用的"包圍（surround)"指的是感測元件被設置為以環形的方式 完全地包圍另一個感測元件或者包圍另一個感測元件的大部分。換言之，對于恰當的操作， 外部的感測元件完全地包圍內部的感測元件不是必需的。例如，感測元件可以具有防止外 部感測元件完全地包圍內部感測元件、但包圍內部感測元件的大部分或內部感測元件的大 多半的外形。裝置還包括耦合到電容感應電路的處理邏輯。處理邏輯基運行以于被測量的 信號檢測第一感測元件是否被接近電容式按鍵的導電體所激活。處理邏輯基于被測量的信 號檢測第二感測元件是否被接近電容式按鍵的導電體所激活。當第二感測元件被激活而第 一感測元件沒有被激活時，處理邏輯將感測參數調整到第二值。當第二感測元件被激活而 第一感測元件沒有被激活時，電容感應電路運行以在感測參數被設置為第二值的情況下對 來自第二感測元件的附加信號進行測量。當第一和第二感測元件被激活時，電容感應電路 在感測參數被設置為第一值的情況下對來自第一感測元件和第二感測元件的附加信號進 行測量。在一些實施例中，第二感測元件的表面區域被第一感測元件至少部分地包圍。在其 他的實施例中，第一感測元件包圍第二感測元件的一塊區域。在其他的實施例中，第一感測 元件的至少一部分至少部分地位于第二感測元件的外周界的外部。在其他的實施例中，可 以使用該技術檢測來自具有Imm、3mm、5mm和I Ommm直徑的物體的觸控。對每一種直徑，需要 用于感測參數的應當為離散的數值。在其他的實施例中，可以增加比只有兩個感測元件（內 部感測元件和外部感測元件)更多的感測元件。例如，附加的感測元件可以增加對多種尺寸 的物體的檢測的精確度。
[0023] 應當注意到，在此處描述的實施例中討論的電容式按鍵已經具有感測元件。感測 元件是被設置在各種配置中的電極，并且電極的自電容或者在兩個電極之間的互電容可以 被測量以檢測接近電容式感測按鍵的導電體。感測元件有時被稱為傳感器，但應當理解的 是，傳感器不包括測量電容的電路。而是，也可以被稱為電容傳感器的電容感應電路測量傳 感器(本文被稱為電極或感測元件)的電容。本文描述的各種實施例可以被用在其他的觸控 感測技術中，而不僅在電容式按鍵中。
[0024]圖1示出了根據一種實現的電容式按鍵100。照慣例，電容式按鍵100的實現可以被 用于檢測來自導電體的觸控。電容式按鍵100可以包括電容感測元件102，其可以由觸控控 件(在圖1中沒有示出）調諧以檢測特定尺寸或體積的導電體的觸控。換言之，感測參數(例 如電容式感測元件102的測量的靈敏度)可以被編程用于與電容式按鍵100相互作用的導電 體的預期尺寸。盡管該感測參數可以是可調的以檢測用于不同應用的導電體的不同尺寸， 例如用于檢測手指或檢測觸筆。換言之，在檢測手指操作之前以一個靈敏度值對觸控控件 進行編程，以及在檢測觸筆操作之前以另外一個靈敏度數值對觸控控件進行編程。使用傳 統的觸控控件對具有兩種不同尺寸和體積的導電體的觸控進行有效地檢測和區分是不可 能的。例如，對來自一般有IOmm直徑的人類手指的觸控和來自小的導電體(像3mm觸筆)的觸 控進行有效地檢測和區分是不可能的，這些解決方案在適應兩者觸控類型上有各種限制。 觸筆可以是其他的直徑，像4mm、3mm或者1_。電容式按鍵100包括用于背光的可選的孔103。 電容式按鍵100被布置在觸控區域205范圍內。現今，用戶經常以他們的手指和觸筆來操作 采用電容技術的設備。當前，對從較小的導電體到較大的導電體兩者的觸控進行檢測的僅 有的方法是使得電容感應電路更敏感以檢測來自大導電體和小導電體兩者的觸控。這樣可 能對來自較大導電體的觸控產生誤觸控或"懸停效應"。例如，使感測元件具有非常高的靈 敏度以檢測來自較小的物體的觸控使得感測元件對來自較大的手指的觸控極其敏感，從而 對較大的手指產生"懸停"效應。這可能降低感測元件對外部噪聲的免疫力并且在有外部噪 聲的情況下產生誤觸控。如此，使感測元件具有較高的靈敏度僅可以用于對來自小導電體 的觸控進行檢測，卻不能夠對來自小和大手指的觸控進行區分。
[0025]圖2示出了根據一個實施例的電容式按鍵200。電容式按鍵200包括可以被用于對 接近電容式按鍵200的導電體進行檢測的第一感測元件202和第二感測元件204。電容式按 鍵200包括用于可選的背光的可選的孔203。在其他的實施例中，不同尺寸的物體可以在有 或沒有可選的孔203的情況下被檢測。電容式按鍵200被布置在觸控區域205范圍內。在該實 施例中，觸控區域205(或者物理的感測元件，例如先前被用于觸控區域105的感測元件102) 被分成兩個不同的感測元件202、204。可將電容式按鍵200結合觸控控件（例如包括電容感 應電路和控制邏輯的處理設備)使用，以便對具有不同尺寸和體積的觸控物體進行檢測和 區分。第一感測元件202被認為是外部感測元件(或外部電極）以及第二感測元件204被認為 是內部感測元件204(或內部電極）。第一感測元件202的內周界被設置為至少部分或全部地 包圍第二感測元件204的外周界。這些感測元件202、204被連接到電容式觸控控件(在圖2中 沒有示出）的兩個感測引腳(或終端或輸入端）。如下文更詳細地描述的，由外部感測元件 202產生的信號被用于檢測觸控物體的尺寸，也被用于動態地修改由電容式觸控控件使用 的一個或多個調諧參數，以測量在內部感測元件204上的信號。內部感測元件204被用于對 來自像手指的較大導電體的觸控進行檢測。然后，基于由外部感測元件202產生的信號，用 于測量在內部感測元件204上的信號的電容式觸控控件的一個或多個調諧參數被動態地修 改，以對較大和較小導電體(例如手指和觸筆）的觸控進行檢測和區分。在其他的實施例中， 一旦將大導電體從較小的導電體中區分出來，感測元件202、204兩者可以被一起用于追蹤 較大導電體的觸控。類似地，一旦較小的物體被區分出來，感測元件202、204兩者可以一起 被用于追蹤較小導電體的觸控。在其他的實施例中，除兩個感測元件之外的附加的感測元 件可以被用于檢測不同類型的導電體(例如，在手指和觸筆之