傳感器系統及縮減傳感器系統的穩定時間的方法
【專利摘要】本發明提供一種傳感器系統(1)，其包括用于檢測對象相對于檢測表面的移動的第一傳感器裝置(10)及第二電容式傳感器裝置(20)，其中所述傳感器系統可以第一操作模式及第二操作模式操作，其中所述傳感器系統可從所述第一操作模式切換成所述第二操作模式，其中所述第二電容式傳感器裝置(20)包括數個第二傳感器電極(21)，且其中在所述傳感器系統中，至少在所述第二操作模式中，提供可與預定的固定電勢GND連接的至少一個信號路徑GND、RBYPASS、PIN，所述信號路徑平行于所述第一傳感器裝置(10)的寄生電容CPARA。進一步提供一種用于縮減用于檢測對象相對于檢測表面的移動的第二電容式傳感器裝置(20)的穩定時間的方法，其中所述第二電容式傳感器裝置為根據本發明的傳感器系統(1)的一部分，其中在所述傳感器系統中至少在所述第二操作模式中，至少一個信號路徑GND、RBYPASS，、PIN與預定的固定電勢GND連接，其中所述信號路徑平行于所述第一傳感器裝置的所述寄生電容CPARA。
【專利說明】傳感器系統及縮減傳感器系統的穩定時間的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種傳感器系統及用于縮減根據本發明的傳感器系統的穩定時間的方法。本發明進一步涉及一種用于檢測對象與檢測表面的接觸的電容式傳感器裝置，其經設計以縮減根據本發明的傳感器系統中的另一電容式傳感器裝置的穩定時間。
【背景技術】
[0002]現有技術中已知的是用于檢測對象與檢測表面的接觸的電容式傳感器裝置。此類傳感器裝置也被稱為電容式觸摸傳感器。此外，現有技術中已知的是用于檢測對象相對于檢測表面的移動的電容式傳感器裝置。這些傳感器裝置也被稱為電容式移動傳感器。
[0003]與檢測表面(例如通過手指)的接觸可通過電容式觸摸傳感器來檢測，而手指相對于檢測表面的移動及所述手指在距所述檢測表面的一定距離中的移動可通過電容式移動傳感器來檢測。
[0004]就此而論，期望檢測手指在檢測表面處的接觸以及在檢測表面前面所述手指相對于所述檢測表面的移動。為此，可提供包括電容式觸摸傳感器以及電容式移動傳感器的傳感器裝置。電容式觸摸傳感器及電容式移動傳感器兩者各自具有數個傳感器電極，通過所述傳感器電極分別檢測接觸及移動。相對于檢測表面來布置觸摸傳感器及移動傳感器的傳感器電極，使得在檢測表面的一定區域中(優選地在檢測表面的整個區域中)可檢測與檢測表面的接觸以及相對于檢測表面的移動。
[0005]為通過相應電容式傳感器檢測接觸以及移動，可能需要在不同的時間間隔內操作電容式觸摸傳感器及電容式移動傳感器，使得在一個時間瞬間內所述兩個電容式傳感器中總是僅有一者活動。為在理想上相同時間檢測到接觸以及移動，在相對較短時間間隔內在觸摸傳感器的操作與移動傳感器的操作之間來回切換可能為有利的。此表示:當觸摸傳感器活動時移動傳感器不活動，且當移動傳感器活動時觸摸傳感器不活動。
[0006]然而，從觸摸傳感器到移動傳感器的切換具有以下缺點:在激活移動傳感器之后即刻，移動傳感器的輸出信號及傳感器信號分別具有相對較長的穩定階段(可持續數秒)，使得在最壞的情況中僅可在數秒之后方可正確地估計移動傳感器的傳感器信號。實際應用(尤其當必須實時實行信號處理時)不可接受包括那么長的持續時間的穩定時間。
[0007]然而，當使用另一傳感器裝置來代替觸摸傳感器時也發生此問題。
[0008]本發明的目的
[0009]因此，本發明的目的為提供解決方法，所述解決方法允許傳感器(尤其是觸摸傳感器)的組合及移動傳感器的組合以檢測與檢測表面的接觸以及對象相對于所述檢測表面的移動兩者，且其中至少在從觸摸傳感器切換到移動傳感器期間，移動傳感器的穩定時間分別得以縮減并最小化。
【發明內容】
[0010]根據本發明的解決方案[0011]根據本發明，此目的通過一種包括用于檢測對象相對于檢測表面的移動的第一傳感器裝置及第二電容式傳感器裝置的傳感器系統及通過一種用于縮減根據本發明的傳感器系統中的電容式移動傳感器的穩定時間的方法以及通過一種根據獨立權利要求的用于檢測對象與檢測表面的接觸的電容式傳感器裝置而實現。在相應從屬權利要求中給定本發明的有利實施例及先進實施例。
[0012]根據本發明，提供一種傳感器系統，其包括用于檢測對象相對于檢測表面的移動的第一傳感器裝置及第二電容式傳感器裝置，其中所述傳感器系統可以第一操作模式及第二操作模式操作，其中所述傳感器系統可從第一操作模式切換成第二操作模式，其中第二電容式傳感器裝置包括數個第二傳感器電極，且其中在傳感器系統中，至少以第二操作模式，提供可與預定的固定電勢連接的至少一個信號路徑，所述信號路徑平行于第一傳感器裝置的寄生電容。
[0013]預定的固定電勢至少可包括接地電勢、供應電壓、所述供應電壓的一半(ycc/2)及接地電勢與供應電壓之間的電勢中的一者。
[0014]信號路徑可經由電阻Rbypass而與預定的電勢連接。
[0015]通過信號路徑，第一傳感器裝置的至少一個端子可經由電阻Rbypass而與預定的電勢耦合。
[0016]第一傳感器裝置可包括用于檢測對象與檢測表面的接觸的電容式傳感器裝置，其中第一電容式傳感器裝置包括數個第一傳感器電極，其中以第一操作模式，可檢測到接觸，且其中以第二操作模式，可檢測到所述移動。
[0017]通過所述信號路徑
[0018]-第一傳感器電極的至少一個電極可經由電阻Rbypass而與預定的電勢耦合，或
[0019]-至少第一傳感器電極可經由相應電阻Rbypass而與預定的電勢耦合，其與第二傳感器電極相距的距離低于預定值。
[0020]可在信號路徑中提供切換裝置，所述切換裝置經設計而以第二操作模式連接信號路徑與預定的固定電勢。
[0021 ] 此外，提供一種用于縮減用于檢測對象相對于檢測表面的移動的第二電容式傳感器裝置的穩定時間的方法，其中所述第二電容式傳感器裝置為另外包括第一傳感器裝置的傳感器系統的一部分，其中所述傳感器系統以第一操作模式或第二操作模式操作，其中至少以第二操作模式，在所述傳感器系統中，至少一個信號路徑與預定的固定電勢連接，其中所述信號路徑平行于第一傳感器裝置的寄生電容。
[0022]所述信號路徑可經由電阻Rbypass而與預定電勢連接。
[0023]所述第一傳感器裝置包括用于檢測對象與檢測表面的接觸的電容式傳感器裝置，其中第一電容式傳感器裝置包括數個第一傳感器電極，其中以所述第一操作模式，可檢測到接觸，且其中以所述第二操作模式，可檢測到所述移動。
[0024]通過所述信號路徑
[0025]-第一電容式傳感器裝置的至少一個端子可經由電阻Rbypass而與預定電勢連接，或
[0026]-第一電容式傳感器裝置的所述傳感器電極的至少一個電極可經由電阻Rbypass而與預定電勢連接。
[0027]進一步提供一種用于檢測對象與檢測表面的接觸的傳感器裝置，其中所述傳感器裝置包括數個傳感器電極，且其中在傳感器裝置中提供可與預定的固定電勢連接的至少一個信號路徑，所述信號路徑平行于傳感器裝置的寄生電容。
[0028]通過所述信號路徑
[0029]-傳感器裝置的至少一個端子可經由電阻Rbypass而與預定電勢耦合，及/或
[0030]-傳感器電極的至少一個電極可經由電阻Rbypass而與預定電勢耦合。
[0031 ] 所述傳感器裝置可包括電容式傳感器裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]由以下描述結合圖式產生本發明的細節及特性以及本發明的具體實施例。
[0033]圖1展示根據本發明的傳感器系統，所述傳感器系統包括電容式觸摸傳感器及電容式移動傳感器且經調適以縮減所述電容式移動傳感器的穩定時間；
[0034]圖2展示根據本發明的傳感器系統的替代性實施例；
[0035]圖3a展示不具有根據本發明的縮減穩定時間的電容式移動傳感器的傳感器信號的時間進程；以及
[0036]圖3b展示包括根據本發明的縮減穩定時間的電容式觸摸傳感器的傳感器信號的信號進程。
【具體實施方式】
[0037]圖1展示根據本發明的傳感器系統1，其包括用于檢測對象與檢測表面的接觸的電容式傳感器裝置10及用于檢測對象相對于檢測表面的移動的電容式傳感器裝置20。在下文中，電容式傳感器裝置10被指定為觸摸傳感器，電容式傳感器裝置20被指定為移動傳感器。根據本發明的傳感器系統I還可包括其它傳感器裝置來代替所述觸摸傳感器。
[0038]然而，在下文中，是基于包括觸摸傳感器及移動傳感器的傳感器系統I來描述本發明。
[0039]為方便起見，圖1中展示觸摸傳感器10的僅一個傳感器電極11及移動傳感器20的僅一個傳感器電極21。在傳感器系統I的具體實施例中，觸摸傳感器10具有數個傳感器電極11且移動傳感器20具有數個傳感器電極21。
[0040]交替地操作觸摸傳感器10及移動傳感器20，這表示:通過以第一操作模式及第二操作模式交替地操作傳感器系統I來交替地檢測觸摸及移動。
[0041]以第二操作模式(通過移動傳感器20檢測對象相對于檢測表面的移動)，移動傳感器20的傳感器電極21測量接地的總電容，總電容由待檢測的對象的電容及不可避免的寄生電容(基本電容)組成。所述基本電容實質上由移動傳感器20的傳感器電極21的電容、觸摸傳感器10的引腳電容Cpin及電容Cpath構成。在解釋移動傳感器20的測量結果期間，假定基本電容為恒定的。實際上，已通過在延長的時間間隔內實行的測量的結果確認了此假定。然而，歸因于半導體技術的內部效應，在切換動作之后并未直接應用此假定。
[0042]在從第一操作模式切換到第二操作模式之后，去活的觸摸傳感器10理論上不應展示對上文提及的基本電容具有任何效應。然而，實際上，此基本電容受以下效應影響:
[0043]總是存在于實際組件中的小的泄漏電流I^k導致以下事實:由于存在于端子處的電容的充電/放電，觸摸傳感器10的端子PIN處的DC電勢隨時間改變。由于集成電路的內部構造，內部電容取決于所述端子處的電壓，這是因為(例如)經集成為防靜電放電的結構具有通常以反向偏壓方式操作的P-η結(二極管)。
[0044]二極管電容的電壓相關性是眾所周知的。這些效應導致總基本電容隨時間改變。此變動的實際時間常數具有數秒的量值。
[0045]然而，此電容變動確切地導致穩定了移動傳感器20的測量信號的處理。
[0046]為縮減移動傳感器20在任何情況中在第二操作模式(S卩，以其中檢測對象相對于檢測表面的移動的模式)中的穩定時間，提供信號路徑，所述信號路徑連接固定電勢40且平行于觸摸傳感器10的寄生電容。在圖1中，固定電勢40為傳感器系統的接地GND。然而，固定電勢40還可為供應電壓Ncc或供應電壓的一半Vrc/2。然而，固定電勢40還可以另一適當的方式形成，且特定來說可介于接地GND與供應電壓Vrc之間。
[0047]此處，在所述信號路徑中提供電阻Rbypass,經由電阻Rbypass信號路徑與固定電勢40連接。觸摸傳感器10的端子PIN可通過信號路徑而與固定電勢40耦合。同樣地，觸摸傳感器10的傳感器電極11可與固定電勢40耦合。在所述兩種情況中，皆經由電阻Rbypass實行與固定電勢40的耦合。
[0048]在本發明的實施例中，觸摸傳感器10的所有傳感器電極11可經由電阻Rbypass與固定電勢40耦合。
[0049]然而，僅經由電阻Rbypass連接直接位于移動傳感器20的傳感器電極21附近的觸摸傳感器10的傳感器電極11與固定電勢40也可有利，尤其有利于縮減所述傳感器系統的制造成本。就此而論，可選擇其與下一個傳感器電極21相距的距離低于一定值以下的那些傳感器電極11。
[0050]根據本發明，還可在不具備電阻Rbypass的情況中形成用于連接端子PIN且用于連接傳感器電極11與固定電勢40的信號路徑。然而，在信號路徑中提供電阻Rbypass具有以下優點:可分別通過(例如)提供相應的電阻值而調適并調整在從第一操作模式切換到第二操作模式期間端子PIN處的電勢變動。
[0051]測試顯示:由于相應選擇電阻值，電阻Rbypass并未影響觸摸傳感器10且并未影響接觸檢測。當在信號路徑中使用電阻Rbypass時還分別正確地檢測到接觸位置及所述接觸。
[0052]通過提供所述信號路徑，縮減了從第一操作模式改變為第二操作模式之后移動傳感器20的穩定時間，這是因為端子PIN處的電勢變動(其由于從第一操作模式改變為第二操作模式而引起)得以對應地調適。
[0053]圖2展示根據本發明的傳感器系統的替代性實施例。圖2中所示的傳感器系統實質上對應于圖1中所不的傳感器系統。
[0054]在圖2中所示的傳感器系統I中，在信號路徑中提供電開關50以分離所述信號路徑與固定電勢40。舉例來說，當傳感器裝置I在第一操作模式中(其中檢測到檢測表面的接觸)時斷開電開關50可能有利，這是因為接著移動檢測不活動且因此無需縮減移動傳感器20的穩定時間。
[0055]在傳感器系統I的特定實施例中，還可在觸摸傳感器10中提供信號路徑以分別將傳感器電極11及端子PIN與固定電勢40連接。圖3a展示包括移動傳感器及觸摸傳感器的傳感器系統中的移動傳感器的傳感器信號的信號進程，其中未提供用于縮減所述移動傳感器的穩定時間的措施。首先，以第二操作模式BM2操作所述傳感器系統。此后，實行從第二操作模式BM2到第一操作模式BMl的切換，其中檢測到對象與傳感器表面的接觸。隨后實行從第一操作模式BMl到第二操作模式BM2的切換。
[0056]如圖3a中可見，信號需要相對較長的時間直到其已穩定(約t = 2秒)。只有在所述信號穩定之后，方可在不進行進一步動作的情況下使用所述信號進行移動檢測。在從第一操作模式BMl到第二操作模式BM2的切換時間與所述傳感器信號已實質上穩定的時間之間，不可實行移動檢測或必須提供額外的措施以從仍未穩定的信號檢測移動。
[0057]圖3b展示包括觸摸傳感器及移動傳感器的傳感器系統中的移動傳感器的傳感器信號的信號進程，其中所述傳感器系統提供用于縮減參考圖1描述的移動傳感器的穩定時間的措施。
[0058]與圖3a中所示的信號進程相比，在從第一操作模式BMl切換到第二操作模式BM2之后所述移動傳感器的穩定時間分別得以顯著縮減及幾乎消除，其中圖3b中展示理想化的信號進程。
[0059]電容式移動傳感器的穩定時間的根據本發明的縮減具有以下優點:幾乎在切換到第二操作模式BM2之后即刻存在穩定的傳感器信號，使得在切換操作模式之后即刻可實行移動檢測而無需提供額外的措施，例如根據圖3a的信號進程的情況即為如此。
[0060]根據本發明的傳感器系統及根據本發明的用于縮減移動傳感器的傳感器信號的穩定時間的方法另外具有以下優點:所述移動傳感器的傳感器信號中的噪聲得以顯著縮減。另一優點為:信號處理得以極大地簡化，這是因為可分別舍棄穩定信號及仍未穩定信號的大量的信號處理，使得可分別有更多時間及更多計算時間用于其它應用。此外，可顯著地改善所述移動檢測的檢測精度，這是因為已通過縮減穩定時間而最大程度地消除所述移動檢測的電勢不準確性。
[0061]舉例來說，根據本發明的傳感器系統可用于裝置中，特定來說可用于包括觸敏輸入表面及接近敏感輸入表面(例如，觸摸面板)的電手持式裝置。舉例來說，所述電手持式裝置可為移動蜂窩式電話、無繩電話、移動迷你計算機、平板PC或類似物。
[0062]此外，可根據本發明分別將商用觸摸傳感器及現有觸摸傳感器與移動傳感器組合以提供根據本發明的傳感器系統。就此而論，僅需保確保在傳感器系統中提供(如果適用)包括電阻Rbypass的對應的信號路徑，所述信號路徑至少在傳感器系統的第二操作模式中將傳感器電極及/或觸摸傳感器的端子與固定電勢相連接。
[0063]此外，可根據本發明將上述電阻Rbypass直接集成于觸摸傳感器中。所述觸摸傳感器通常僅僅為其中的內部結構可接通及斷開的集成電路IC或單芯片系統SoC。此外，還可分別提供其它措施(例如適當的晶體管電路及晶體管裝置)以抑制引腳電容的時間變化。
【權利要求】
1.一種傳感器系統(I)，其包括用于檢測對象相對于檢測表面的移動的第一傳感器裝置(10)及第二電容式傳感器裝置(20)，其中所述傳感器系統(I)可以第一操作模式BMl及第二操作模式BM2操作，其中所述傳感器系統(I)可從所述第一操作模式切換成所述第二操作模式，其中所述第二電容式傳感器裝置(20)包括數個第二傳感器電極(21)，且其中在所述傳感器系統(I)中，至少在所述第二操作模式BM2中，提供可與預定的固定電勢(40)連接的至少一個信號路徑，所述信號路徑平行于所述第一傳感器裝置(10)的寄生電容。
2.根據權利要求1所述的傳感器系統，其中所述預定的固定電勢(40)包括下列至少一者:接地電勢GND、供應電壓V。。、所述供應電壓的一半'Jl及接地電勢GND與供應電壓V。。之間的電勢。
3.根據權利要求1或2所述的傳感器系統，其中所述信號路徑經由電阻Rbypass而與所述預定的電勢(40)連接。
4.根據權利要求3所述的傳感器系統，其中通過所述信號路徑，所述第一傳感器裝置(10)的至少一個端子PIN經由所述電阻Rbypass而與所述預定的電勢(40)耦合。
5.根據前述權利要 求中任一權利要求所述的傳感器系統，其中所述第一傳感器裝置(10)包括用于檢測對象與檢測表面的接觸的電容式傳感器裝置，其中所述第一電容式傳感器裝置(10)包括數個第一傳感器電極(11)，其中在所述第一操作模式BMl中，可檢測接觸，且其中在所述第二操作模式BM2中，可檢測所述移動。
6.根據權利要求5所述的傳感器系統，其中通過所述信號路徑 所述第一傳感器電極(11)的至少一個電極經由所述電阻Rbypass而與所述預定的電勢(40)耦合，或 至少所述第一傳感器電極(11)各自經由一個電阻Rbypass而與所述預定的電勢(40)耦合，其與所述第二傳感器電極(11)相距的距離低于預定值。
7.根據前述權利要求中任一權利要求所述的傳感器系統，其中在所述信號路徑中提供切換裝置(50)，其經設計以在所述第二操作模式BM2中連接所述信號路徑與所述預定的固定電勢(40)。
8.一種用于縮減用于檢測對象相對于檢測表面(30)的移動的第二電容式傳感器裝置(20)的穩定時間的方法，其中所述第二電容式傳感器裝置(20)為另外包括第一傳感器裝置(10)的傳感器系統(I)的一部分，其中所述傳感器系統(I)以第一操作模式BMl或第二操作模式BM2操作，其中至少在所述第二操作模式BM2中，在所述傳感器系統(I)中，至少一個信號路徑與預定的固定電勢(40)連接，其中所述信號路徑平行于所述第一傳感器裝置(10)的寄生電容。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述信號路徑經由電阻Rbypass而與所述預定電勢(40)連接。
10.根據權利要求8或9中任一權利要求所述的方法，其中所述第一傳感器裝置(10)包括用于檢測對象與檢測表面的接觸的電容式傳感器裝置，其中所述第一電容式傳感器裝置(10)包括數個第一傳感器電極(11)，其中在所述第一操作模式BMl中，檢測接觸，且其中在所述第二操作模式BM2中，檢測所述移動。
11.根據權利要求10所述的方法，其中通過所述信號路徑 所述第一電容式傳感器裝置(10)的至少一個端子PIN經由所述電阻Rbypass而與所述預定電勢(40)連接，或 所述第一電容式傳感器裝置(10)的所述傳感器電極(11)的至少一個電極經由所述電阻Rbypass而與所述預定電勢(40)連接。
12.一種用于檢測對象與檢測表面(30)的接觸的傳感器裝置(10)，其中所述傳感器裝置(10)包括數個傳感器電極(11)，其中在所述傳感器裝置(10)中提供可與預定的固定電勢(40)連接的至少一個信號路徑，所述至少一個信號路徑平行于所述傳感器裝置(10)的寄生電容。
13.根據權利要求12所述的傳感器裝置，其中通過所述信號路徑 所述傳感器裝置(10)的至少一個端子PIN經由電阻Rbypass而與所述預定電勢(40)耦合，及/或 所述傳感器電極(11)的至少一個電極經由所述電阻Rbypass而與所述預定電勢(40)耦口 ο
14.根據權利要求12或13所述的傳感器裝置，其中所述傳感器裝置包括電容式傳感器裝置。
【文檔編號】H03K17/96GK103975529SQ201280060739
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年12月6日 優先權日:2011年12月9日
【發明者】阿爾喬姆·伊萬諾夫, 張策 申請人:微晶片科技德國第二公司