用于矩阵传感器的目标跨电容感测

摘要

本文所述的实施例包括具有电容感测装置的显示装置、处理系统以及用于使用电容感测装置来检测输入物体的存在的方法。在一个实施例中，显示装置包括以矩阵设置的多个传感器电极。处理系统采用传感器电极矩阵来执行绝对电容感测。当使用绝对电容感测技术来检测感兴趣区域时，处理系统使用感兴趣区域中的传感器电极的所选子集来执行目标跨电容感测。

权利要求

1.一种包括具有集成电容感测装置的显示装置的输入装置，所述输入装置包括：以矩阵设置的多个传感器电极，各传感器电极包括一个或多个公共电极，其配置用于触摸感测和显示更新两者；以及处理系统，配置成耦合到所述多个传感器电极，其中所述处理系统配置成：调制所述多个传感器电极以确定绝对电容的变化，其中所述多个传感器电极的每个能够被独立地调制；

基于绝对电容的所述所确定变化来选择所述多个传感器电极的子集，其中所述子集少于所述多个传感器电极，并且包括第一传感器电极和第二传感器电极；

驱动所述第一传感器电极，并且采用所述第二传感器电极进行接收，以确定所述第一传感器电极与所述第二传感器电极之间的跨电容的变化；以及基于跨电容的所述变化来确定所述电容感测装置的感测区中的输入物体的位置信息。

2.如权利要求1所述的输入装置，其中，所述多个传感器电极的每个具有共同形状和大小。

3.如权利要求1所述的输入装置，其中，驱动所述第一传感器电极并且采用所述第二传感器电极进行接收包括将基本上恒定的电压驱动到所述第一传感器电极上，并且采用调制信号来调制所述第二传感器电极，其中输入物体将所述基本上恒定的电压与所述调制信号进行耦合。

4.如权利要求1所述的输入装置，其中，驱动所述第一传感器电极并且采用所述第二传感器电极进行接收包括将发射器信号驱动到所述第一传感器电极，并且采用所述第二传感器电极来接收所产生信号。

5.如权利要求1所述的输入装置，其中，所述处理系统配置成采用显示更新信号来驱动所述公共电极以进行显示更新，其中所述显示更新信号基于具有第一频率的调制参考信号；以及其中驱动所述第一传感器电极并且采用所述第二传感器电极进行接收包括采用发射器信号来驱动所述第一传感器电极，并且采用所述第二传感器电极来接收所产生信号，其中所述发射器信号包括与所述第一频率基本上正交的第二频率。

6.如权利要求1所述的输入装置，其中，所述处理系统还配置成调制所述多个传感器电极的每个，以确定某个时间周期中的绝对电容的变化，其中所述时间周期从由与显示更新至少部分重叠的时间周期以及与显示更新不重叠的时间周期所组成的组中选取。

7.一种配置成驱动电容感测装置的处理系统，所述电容感测装置具有以矩阵设置的多个传感器电极，各传感器电极包括一个或多个公共电极，其配置用于电容感测和显示更新两者，所述处理系统包括：具有传感器电路的传感器模块，所述传感器电路配置成调制所述多个传感器电极以确定绝对电容的变化，其中所述多个传感器电极的每个能够被独立地调制，并且配置成基于绝对电容的所确定变化来选择所述多个传感器电极的子集，其中所述子集少于所述多个传感器电极，并且包括第一传感器电极和第二传感器电极；

其中所述传感器模块还配置成驱动到所述第一传感器电极上，并且采用所述第二传感器电极进行接收，以确定所述第一传感器电极与所述第二传感器电极之间的跨电容的变化；以及确定模块，配置成基于跨电容的所述变化来确定所述电容感测装置的感测区中的输入物体的位置信息。

8.如权利要求7所述的处理系统，其中，驱动所述第一传感器电极并且采用所述第二传感器电极进行接收包括将基本上恒定的电压驱动到所述第一传感器电极上，并且采用调制信号来调制所述第二传感器电极，其中输入物体将所述基本上恒定的电压与所述调制信号耦合。

9.如权利要求7所述的处理系统，驱动所述第一传感器电极并且采用所述第二传感器电极进行接收包括将发射器信号驱动到所述第一传感器电极，并且采用所述第二传感器电极来接收所产生信号。

10.如权利要求7所述的处理系统，其中，所述处理系统配置成采用显示更新信号来驱动所述公共电极以进行显示更新，其中所述显示更新信号基于具有第一频率的调制参考信号；以及驱动所述第一传感器电极并且采用所述第二传感器电极进行接收包括采用发射器信号来驱动所述第一传感器电极，并且采用所述第二传感器电极来接收所产生信号，其中所述发射器信号包括与所述第一频率基本上正交的第二频率。

11.如权利要求7所述的处理系统，其中，所述传感器模块的所述传感器电路还包括：第一多个模拟前端，配置成调制所述多个传感器电极的每个，以确定绝对电容的变化；

以及

第二多个模拟前端，配置成采用所述第二传感器电极来接收所产生信号，以确定跨电容的变化。

12.如权利要求11所述的处理系统，其中，所述传感器模块的所述传感器电路配置成复用所述第二多个模拟前端，以选择所述多个传感器电极的子集。

13.如权利要求7所述的处理系统，其中，所述传感器模块还配置成：基于绝对电容的所述所确定变化来选择所述多个传感器电极的第二子集，其中所述第二子集少于所述多个传感器电极，并且包括第三传感器电极和第四传感器电极；以及驱动所述第三传感器电极，并且采用所述第四传感器电极进行接收，以确定所述第三传感器电极与所述第四传感器电极之间的跨电容的变化；以及其中所述确定模块还配置成基于所述第三传感器电极与所述第四传感器电极之间的跨电容的所述变化来确定所述感测区中的第二输入的位置信息。

14.如权利要求13所述的处理系统，其中，驱动所述第一传感器电极并且采用所述第二传感器电极进行接收并且驱动所述第三传感器电极和采用所述第四传感器电极进行接收同时发生。

15.如权利要求7所述的处理系统，还包括：

显示驱动器模块，耦合到所述公共电极，并且配置成驱动所述公共电极以进行显示更新；以及集成控制器，包括所述传感器模块和所述显示驱动器模块。

16.如权利要求7所述的处理系统，还包括：

显示驱动器模块，耦合到所述公共电极，并且配置成驱动所述公共电极以进行显示更新；

第一集成控制器，包括所述传感器模块的至少一部分；以及

第二集成控制器，包括所述显示驱动器模块。

17.如权利要求7所述的处理系统，其中，所述传感器模块还配置成调制所述多个传感器电极的每个，以确定某个时间周期中的绝对电容的变化，其中所述时间周期从由与显示更新至少部分重叠的时间周期以及与显示更新不重叠的时间周期所组成的组中选取。

18.一种用于检测电容感测装置的感测区中的输入物体的方法，所述电容感测装置具有以矩阵设置的多个传感器电极，所述方法包括：采用电信号来调制所述多个传感器电极以确定绝对电容的变化，其中所述多个传感器电极的每个能够被独立地调制；

基于绝对电容的所述所确定变化来选择所述多个传感器电极的子集，其中所述子集少于所述多个传感器电极，并且包括第一传感器电极和第二传感器电极；以及驱动所述第一传感器电极，并且采用所述第二传感器电极进行接收，以确定所述第一传感器电极与所述第二传感器电极之间的跨电容的变化。

19.如权利要求18所述的方法，还包括：

基于跨电容的所述变化来确定位置信息。

20.如权利要求18所述的方法，还包括驱动多个公共电极以进行显示更新，其中所述多个传感器电极的各传感器电极包括所述多个公共电极的至少一个公共电极。

说明书

用于矩阵传感器的目标跨电容感测

技术领域

[0001] 本公开的实施例一般涉及用于触摸感测的方法和设备，以及更具体来说涉及具有配置成跨电容感测的矩阵传感器的电容触摸感测装置及其使用方法。

背景技术

[0002] 包括接近传感器装置(通常又称作触摸板或触摸传感器装置)的输入装置被广泛用于多种电子系统中。接近传感器装置通常包括常常通过表面来区分的感测区，其中接近传感器装置确定一个或多个输入物体的存在、位置和/或运动。接近传感器装置可用来提供电子系统的接口。例如，接近传感器装置常常用作较大计算系统的输入装置(例如笔记本或台式计算机中集成的或者作为其外设的不透明触摸板)。接近传感器装置还常常用于较小计算系统(例如蜂窝电话中集成的触摸屏)中。

发明内容

[0003] 本文所述的实施例包括具有电容感测装置的显示装置、处理系统以及用于检测电容感测装置的感测区中的输入物体的方法，其全部包括以矩阵设置的多个传感器电极。各传感器电极可包括一个或多个公共电极，其配置用于触摸感测和显示更新两者。

[0004] 在一个实施例中，显示装置包括多个传感器电极，以及处理系统配置成耦合到多个传感器电极。处理系统配置成调制多个传感器电极的每个以确定绝对电容的变化，并且基于绝对电容的所确定变化来选择多个传感器电极的子集。传感器电极的子集可少于多个传感器电极，并且包括第一传感器电极和第二传感器电极。处理系统还配置成驱动第一传感器电极，并且采用第二传感器电极进行接收，以确定第一传感器电极与第二传感器电极之间的跨电容的变化。处理系统配置成基于跨电容的变化来确定电容感测装置的感测区中的输入物体的位置信息。

[0005] 在另一个实施例中，提供一种处理系统，其配置成驱动具有以矩阵设置的多个传感器电极的电容感测装置。处理系统可包括具有传感器电路的传感器模块，传感器电路配置成调制多个传感器电极的每个以确定绝对电容的变化，并且基于绝对电容的所确定变化来选择多个传感器电极的子集。传感器电极的所选子集可少于多个传感器电极，并且包括第一传感器电极和第二传感器电极。传感器模块还配置成驱动至第一传感器电极，并且采用第二传感器电极进行接收，以确定第一传感器电极与第二传感器电极之间的跨电容的变化。处理系统还包括确定模块，其配置成基于跨电容的变化来确定电容感测装置的感测区中的输入物体的位置信息。

[0006] 在另一个实施例中，提供一种用于确定具有以矩阵设置的多个传感器电极的电容感测装置的感测区中的输入物体的方法。该方法包括采用电信号来调制多个传感器电极的每个以确定绝对电容的变化，并且基于绝对电容的所确定变化来选择多个传感器电极的子集。所选子集可少于多个传感器电极，并且包括第一传感器电极和第二传感器电极。该方法还包括驱动第一传感器电极，并且采用第二传感器电极进行接收，以确定第一传感器电极与第二传感器电极之间的跨电容的变化。

附图说明

[0007] 为了能够详细了解本发明的上述特征的方式，可参照实施例进行以上概述的本发明的更具体描述，在附图中示出实施例的一部分。但是要注意，附图仅示出本发明的典型实施例，并且因此不是要被理解为限制其范围，因为本发明可容许其他同样有效的实施例。

[0008] 图1是按照本文所述的一个实施例、集成到示范显示装置中的输入装置的示意框图。

[0009] 图2示出按照本文所述的一个实施例、可用于图1的输入装置中的传感器元件的简化示范阵列。

[0010] 图3A和图3B是按照本文所述的实施例、配置用于操作在跨电容操作模式的传感器电极的简化示意平面图。

[0011] 图4A是按照本公开的一个实施例、执行“伪跨电容”感测的输入装置的截面部分示意图。

[0012] 图4B是按照本公开的一个实施例、执行跨电容感测的输入装置100的截面部分示意图。

[0013] 图5是按照本公开的一个实施例、用于检测电容感测区中的输入物体的存在的方法的流程图。

[0014] 为了便于理解，相同的参考标号在可能的情况下用于表示附图共同的相同元件。考虑到一个实施例中公开的元件可有利地用于其他实施例而无需具体说明。这里所参照的附图不应当被理解为按比例绘制，除非另加说明。另外，为了呈现和说明的清楚起见，附图通常经过简化并且省略细节或组件。附图和论述用于说明以下所述的原理，其中相似标号表示相似元件。

具体实施方式

[0015] 本技术的各个实施例提供用于改进可用性的输入装置和方法。具体来说，用于电容感测的电极矩阵可集成到输入装置的显示面板中。在一个实施例中，矩阵传感器能够实现与显示更新功能性完全重叠的高性能绝对电容感测。但是，在一些情况下，绝对电容感测可具有对于两个附近物体、例如多点触摸手势期间的两个手指，之间消除歧义的局限性。在一个实施例中，通过驱动一个或多个传感器电极并且在需要附加位置信息的区域中的附近传感器电极上进行接收，来执行“目标”跨电容感测。相应地，本公开的实施例可有利地以高程度的精度得到某些输入物体在选择区域中的详细位置信息、例如检测“收缩(pinch)”运动，而无需引起使用常规跨电容感测来扫描整个传感器的时间和功率成本。

[0016] 图1是按照本技术的实施例、集成到示范显示装置160中的输入装置100的示意框图。虽然本公开的所示实施例示为与显示装置集成，但是考虑到本发明可在没有与显示装置集成的输入装置中实施。输入装置100可配置成向电子系统150提供输入。如本文档所使用的术语“电子系统”或(或“电子装置”)广义地表示能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，例如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板、万维网浏览器、电子书阅读器和个人数字助理(PDA)。附加示例电子系统包括合成输入装置，例如包括输入装置100和独立操纵杆或按键开关的物理键盘。其他示例电子系统包括诸如数据输入装置(包括遥控和鼠标)和数据输出装置(包括显示屏幕和打印机)之类的外围设备。其他示例包括远程终端、信息亭和视频游戏机(例如视频游戏控制台、便携游戏装置等)。其他示例包括通信装置(包括蜂窝电话、例如智能电话)和媒体装置(包括记录器、编辑器和播放器、例如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机)。另外，电子系统可能是输入装置的主机或从机。

[0017] 输入装置100能够实现为电子系统150的物理部分，或者能够与电子系统150在物理上分离。适当地，输入装置100可使用下列任一个或多个与电子系统150的部分进行通信：总线、网络和其他有线或无线互连。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙、RF和IRDA。

[0018] 图1中，输入装置100示为接近传感器装置(又常常称作“触摸板”或“触摸传感器装置”)配置成感测由一个或多个输入物体140在感测区170中提供的输入。示例输入物体包括手指和触控笔，如图1所示。

[0019] 感测区170包含输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，在其中输入装置100能够检测用户输入(例如由一个或多个输入物体140所提供的用户输入)。特定感测区的尺寸、形状和位置可逐个实施例极大地改变。在一些实施例中，感测区170沿一个或多个方向从输入装置100的表面延伸到空间中，直到信噪比阻止充分准确的物体检测。在各个实施例中，这个感测区170沿特定方向所延伸的距离可以是大约小于一毫米、数毫米、数厘米或者以上，并且可随所使用的感测技术的类型和预期的精度而极大地改变。因此，一些实施例感测包括没有与输入装置100的任何表面相接触、与输入装置100的输入表面(例如触摸表面)相接触、与耦合某个量的外加力或压力的输入装置100的输入表面相接触和/或它们的组合的输入。在各个实施例中，可由传感器电极所在的壳体的表面、由施加在传感器电极之上的面板或者任何壳体等来提供输入表面。在一些实施例中，感测区170在投影到输入装置100的输入表面时具有矩形形状。

[0020] 输入装置100可利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测感测区170中的用户输入。输入装置100包括用于检测用户输入的多个感测电极120。作为若干非限制性示例，输入装置100可使用电容的、介电的、电阻的、电感的、磁性的、声学的、超声的和/或光学的技术。

[0021] 一些实现配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维的空间的图像。一些实现配置成提供沿特定轴或平面的输入的投影。

[0022] 在输入装置100的一些电阻实现中，柔性和导电第一层通过一个或多个隔离元件与导电第二层分隔。在操作期间，跨层创建一个或多个电压梯度。按压柔性第一层可使它充分偏转，以在层之间创建电接触，从而产生反映层之间的(一个或多个)接触点的电压输出。这些电压输出可用来确定位置信息。

[0023] 在输入装置100的一些电感实现中，一个或多个感测电极120拾取由谐振线圈或线圈对所感应的回路电流。电流的幅值、相位和频率的某个组合则可随后被用来确定位置信息。

[0024] 在输入装置100的一些电容实现中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入物体引起电场的变化，并且产生电容耦合的可检测变化，其可作为电压、电流等的变化来检测。

[0025] 一些电容实现利用电容感测电极120的阵列或者其他规则或者不规则图案来创建电场。在一些电容实现中，独立感测电极120可欧姆地短接在一起，以形成较大传感器电极。一些电容实现利用电阻片，其可以是电阻均匀的。

[0026] 如上所述，一些电容实现利用基于传感器电极120与输入物体之间的电容耦合的变化的“自电容”或(或“绝对电容”)感测方法。在各个实施例中，传感器电极120附近的输入物体改变传感器电极120附近的电场，因而改变所测量电容耦合。在一个实现中，绝对电容感测方法通过使用调制信号相对参考电压(例如系统地)来调制传感器电极120以及通过检测传感器电极120与输入物体140之间的电容耦合进行操作。

[0027] 另外，如上所述，一些电容实现利用基于传感器电极120之间的电容耦合的变化的“互电容”(或“跨电容”)感测方法。在各个实施例中，传感器电极120附近的输入物体140改变传感器电极120之间的电场，因而改变所测量电容耦合。在一个实现中，跨电容感测方法通过下列步骤进行操作：检测一个或多个发射器传感器电极(又称作“发射器电极”)与一个或多个接收器传感器电极(又称作“接收器电极”)之间的电容耦合，如下面进一步描述。发射器传感器电极可相对于参考电压(例如系统地)来调制，以传送发射器信号。接收器传感器电极可相对于参考电压基本上保持为恒定，以促进所产生信号的接收。所产生信号可包括与一个或多个发射器信号和/或与一个或多个环境干扰源(例如其他电磁信号)对应的(一个或多个)影响。传感器电极120可以是专用发射器电极或接收器电极，或者可配置成既传送又接收。

[0028] 图1中，处理系统110示为输入装置100的一部分。处理系统110配置成操作输入装置100的硬件，以检测感测区170中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路(IC)的部分或全部和/或其他电路组件。(例如，互电容传感器装置的处理系统可包括：发射器电路，配置成采用发射器传感器电极来传送信号；和/或接收器电路，配置成采用接收器传感器电极来接收信号。)在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，例如固件代码、软件代码和/或类似的电子可读指令。在一些实施例中，组成处理系统110的组件共同位于例如输入装置100的感测电极120附近。在其他实施例中，处理系统110的组件在物理上分离，其中一个或多个组件靠近输入装置100的感测电极120，而一个或多个组件在其他位置。例如，输入装置100可以是耦合到台式计算机的外设，并且处理系统110可包括配置成运行于台式计算机的中央处理器上的软件以及与中央处理器分隔的一个或多个IC(也许具有关联固件)。作为另一个示例，输入装置100可在物理上集成到电话中，并且处理系统110可包括作为电话的主处理器的一部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入装置100。在其他实施例中，处理系统110还执行其他功能，例如操作显示屏幕、驱动触觉致动器等。

[0029] 处理系统110可实现为操控处理系统110的不同功能的一组模块。各模块可包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或者其组合。在各个实施例中，可使用模块的不同组合。示例模块包括：硬件操作模块，用于操作诸如传感器电极和显示屏幕之类的硬件；数据处理模块，用于处理诸如传感器信号和位置信息之类的数据；以及报告模块，用于报告信息。其他示例模块包括：传感器操作模块，配置成操作感测电极120以检测输入；识别模块，配置成识别例如模式变更手势等的手势；以及模式变更模块，用于变更操作模式。

[0030] 在一些实施例中，处理系统110直接通过引起一个或多个动作，来响应感测区170中的用户输入(或者没有用户输入)。示例动作包括变更操作模式以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其他功能之类的GUI动作。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部分(例如向电子系统中与处理系统110分隔的中央处理系统，若这种独立中央处理系统存在的话)提供与输入(或者没有输入)有关的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从处理系统110所接收的信息，以作用于用户输入，例如促进全范围的动作，包括模式变更动作和GUI动作。

[0031] 例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入装置100的感测电极120，以便产生指示感测区170中的输入(或者没有输入)的电信号。处理系统110可在产生提供给电子系统的信息中对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可数字化从感测电极120所得到的模拟电信号。作为另一个示例，处理系统110可执行滤波或者其他信号调节。作为又一个示例，处理系统110可减去或者以其他方式计及基线，使得信息反映电信号与基线之间的差。作为又一些示例，处理系统110可确定位置信息，将输入识别为命令，识别笔迹等。

[0032] 如本文所使用的“位置信息”广义地包含绝对位置、相对位置、速度、加速度和其他类型的空间信息。示范“零维”位置信息包括近/远或接触/无接触信息。示范“一维”位置信息包括沿轴的位置。示范“二维”位置信息包括平面中的运动。示范“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。其他示例包括空间信息的其他表示。还可确定和/或存储与一种或多种类型的位置信息有关的历史数据，包括例如随时间来跟踪位置、运动或者瞬时速度的历史数据。

[0033] 在一些实施例中，输入装置100采用由处理系统110或者由另外某种处理系统所操作的附加输入组件来实现。这些附加输入组件可提供用于感测区170中的输入的冗余功能性或者某种其他功能性。图1示出感测区170附近的按钮130，其能够用来促进使用输入装置100对项目的选择。其他类型的附加输入组件包括滑块、球、轮、开关等。相反，在一些实施例中，输入装置100可以在没有其他输入组件的情况下实现。

[0034] 在一些实施例中，输入装置100包括触摸屏界面，并且感测区170重叠显示装置160的显示屏幕的有效区的至少一部分。例如，输入装置100可包括覆盖显示屏幕的实质上透明的感测电极120，并且提供用于关联电子系统的触摸屏界面。显示屏幕可以是能够向用户显示可视界面的任何类型的动态显示器，并且可包括任何类型的发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光(EL)或者其他显示技术。输入装置100和显示装置160可共享物理元件。例如，一些实施例可将相同电组件的一些用于显示和感测。作为另一个示例，显示装置160可部分或全部由处理系统110来操作。

[0035] 应当理解，虽然在全功能设备的上下文中描述本技术的许多实施例，但是本技术的机制能够作为多种形式的程序产品(例如软件)来分配。例如，本技术的机制可作为电子处理器可读的信息承载介质(例如，由处理系统110可读的非暂时计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质)上的软件程序来实现和分配。另外，无论用于执行分配的介质是何特定类型，本发明的实施例同样适用。非暂时的电子可读介质的示例包括各种光盘、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可基于闪速、光、磁、全息或者任何其他存储技术。

[0036] 图2示出按照一些实施例、配置成在与图案关联的感测区170中进行感测的感测电极120的示范图案的一部分。为了说明和描述的清楚起见，图2示出采取简单矩形的图案的传感器电极120，而没有示出各种其他组件。示范图案包括以X列和Y行所设置的传感器电极120X,Y(统称为传感器电极120)的阵列，其中X和Y为正整数，尽管X和Y其中之一可以为零。虽然传感器电极示为以列和行来设置，但是考虑到感测电极120的图案可包括具有其他配置(例如极阵、重复图案、非重复图案、单行或单列或者其他适当布置)的多个传感器电极120。
此外，列和/或行的一个或多个可与另一个偏移。传感器电极120耦合到处理系统110，并且用来确定感测区170中的输入物体140的存在(或者不存在)。此外，传感器电极120可以是任何形状，例如圆形、矩形、菱形、星形、正方形等。在一个实施例中，传感器电极120可具有共同形状和大小。

[0037] 在第一操作模式中，传感器电极120(120-1、120-2、120-3、…、120-n)的布置可用来经由绝对感测技术来检测输入物体的存在。也就是说，处理系统110配置成采用调制信号来驱动各传感器电极120，并且基于调制信号来测量传感器电极120与输入物体(例如自由空间或地球地)之间的电容，其由处理系统110或其它处理器用来确定输入物体的位置。

[0038] 传感器电极120通常相互欧姆地隔离。也就是说，一个或多个绝缘体分隔传感器电极120，并且防止它们相互电短接。

[0039] 在第二操作模式中，传感器电极120可划分为发射器和接收器电极的编组，其用来经由跨电容感测技术来检测输入物体的存在。也就是说，处理系统110可采用发射器信号来驱动第一组传感器电极120，并且采用第二组传感器电极120来接收所产生信号，其中所产生信号包含与发射器信号对应的影响。所产生信号由处理系统110或者其它处理器用来确定输入物体的位置。

[0040] 输入装置100可配置成操作在上述模式的任一种。输入装置100还可配置成在上述模式的任何两个或更多之间进行操作切换。

[0041] 局部电容耦合的区域可称作“电容像素”。电容像素可在第一操作模式在单独传感器电极120与地之间以及在第二操作模式在用作发射器和接收器电极的传感器电极120的编组之间来形成。电容耦合随着与感测电极120关联的感测区170中的输入物体140的接近和运动而变化，并且因而可用作输入装置100的感测区中的输入物体的存在的指示符。

[0042] 在一些实施例中，“扫描”传感器电极120，以确定这些电容耦合。也就是说，在一个实施例中，驱动传感器电极120的一个或多个被驱动，以传送发射器信号。可操作发射器以使得一次一个发射器电极进行传送，或者多个发射器电极同时进行传送。在一个实施例中，在多个发射器电极同时进行传送的情况下，多个发射器电极可传送相同发射器信号，并且实际上产生实际更大的发射器电极。备选地，多个发射器电极可传送不同的发射器信号。例如，多个发射器电极可按照使它们对接收器电极的所产生信号的组合影响能够被单独确定的一个或多个编码方案来传送不同的发射器信号。

[0043] 可单一或者多样地操作配置为接收器传感器电极的传感器电极120，以获取所产生信号。所产生信号可用来确定电容像素处的电容耦合的测量。

[0044] 在其他实施例中，“扫描”传感器电极120以确定这些电容耦合包括驱动传感器电极的一个或多个被驱动并且采用其来接收。在另一个实施例中，可操作传感器电极以使得一个以上传感器电极每次被驱动并且用以接收，或者传感器电极同时被驱动并且用以接收。在这类实施例中，绝对电容测量可同时从一个或多个传感器电极120的每个来得到。在一个实施例中，输入装置100在同一触摸循环中同时驱动多个传感器电极120，并且测量被驱动电极120的每个的绝对电容测量。在各个实施例中，处理系统110可配置成有选择地驱动传感器电极120的一部分并且采用其进行接收。例如，传感器电极可以基于，但不限于，运行于主处理器的应用、输入装置的状态和感测装置的操作模式来选择。

[0045] 在上述实施例的任一个中，多个传感器电极120可结合在一起，使得传感器电极120同时被调制或者同时用以接收。与以上所述方法相比，将多个传感器电极结合在一起可产生粗略电容图像，其不可用来辨别准确位置信息。但是，粗略电容图像可用来感测输入物体的存在，并且选择被驱动和用以接收的传感器电极的子集以进行跨电容感测。在一个实施例中，粗略电容图像可用来使处理系统110或输入装置100移出“浅睡”模式或低功率模式。在一个实施例中，粗略电容图像可用来使电容传感器集成电路移出浅睡模式或低功率模式。在另一个实施例中，粗略电容图像可用来使主集成电路移出浅睡模式或低功率模式。
粗略电容图像可对应于整个传感器区域，或者仅对应于传感器区域的一部分。

[0046] 来自电容像素的一组测量形成“电容图像”(又称作“电容帧”)，其表示像素处的电容耦合。可对多个时间周期获取多个电容图像，以及它们之间的差用来得出与感测区中的输入有关的信息。例如，对连续时间周期所获取的连续电容图像能够用来跟踪进入、离开感测区以及处于感测区中的一个或多个输入物体的运动。

[0047] 输入装置100的背景电容是与感测区170中没有输入物体关联的电容图像。背景电容随环境和操作条件而发生变化，并且可按照多种方式来估计。例如，一些实施例在确定没有输入物体处于感测区170中时采取“基线图像”，并且将那些基线图像用作其背景电容的估计。

[0048] 能够对于输入装置100的背景电容来调整电容图像，以获得更有效处理。一些实施例通过对电容像素处的电容耦合的测量进行“基线化”，以产生“基线化电容图像”，来实现这个方面。也就是说，一些实施例将形成电容图像的测量与关联那些像素的“基线图像”的适当“基线值”进行比较，并且从那个基线图像来确定变化。

[0049] 在一些触摸屏实施例中，传感器电极120的一个或多个包括在更新显示屏幕的显示中使用的一个或多个显示电极。显示电极可包括有源矩阵显示器的一个或多个元件，例如分段Vcom电极((一个或多个)公共电极)的一段或多段、源驱动器线、栅线、阳极子像素电极或阴极像素电极或者任何其他显示元件。这些显示电极可设置在适当显示屏幕衬底上。例如，公共电极可设置在一些显示屏幕(例如共面转换(IPS)、边缘场转换(FFS)或面线转换(PLS)有机发光二极管(OLED))中的透明衬底(玻璃衬底、TFT玻璃或者任何其他透明材料)上、一些显示屏幕(例如图案垂直配向(PVA)或多域垂直配向(MVA))的滤色玻璃的底部、发射层(OLED)之上等。在这类实施例中，显示电极又能够称作“组合电极”，因为它执行多个功能。在各个实施例中，传感器电极120的每个包括一个或多个公共电极。在其他实施例中，至少两个传感器电极120可共享至少一个公共电极。虽然以下描述可描述传感器电极120包括一个或多个公共电极，但是如上所述的各种其他显示电极也可与公共电极结合使用或者作为公共电极的替代。在各个实施例中，传感器电极120可包括整个公共电极层(Vcom电极)。

[0050] 按照一个实施例，处理系统110可操作在第一操作模式，并且使用绝对感测技术、基于绝对电容的变化来识别感测区170中的局部区。继续参照图2，处理系统110配置成耦合到感测电极120，并且可以是具有传感器模块204、确定模块206和可选的显示驱动器模块208的传感器模块。传感器模块204包括电路，其被配置成调制传感器电极120以便在期望输入感测的周期期间测量与区域220中的输入物体对应的绝对电容的变化。传感器模块204可有选择地耦合到传感器电极120的一个或多个。例如，传感器模块204可耦合到传感器电极
120的全部或所选部分，并且操作在绝对或跨电容感测模式。在一个实施例中，从绝对电容图像，处理系统110可识别期望更多细节的区域。因此，处理系统110可基于绝对电容的所确定变化来选择多个传感器电极120的子集。在一些实施例中，传感器模块204可有选择地耦合到设置在与绝对电容的变化对应的局部区220中或附近的传感器电极120的子集。在图2所示的示例中，传感器模块204可有选择地耦合到包括设置在局部区220中的传感器电极
1202,2、1203,2、1202,3和1203,3的至少一个的传感器电极的子集。稍后结合图3A和图3B更详细描述基于绝对电容的所确定变化的传感器电极的示范驱动图案。

[0051] 在一个实施例中，响应确定区域220和选择传感器电极120的子集，处理系统110可切换到另一种操作模式，并且驱动传感器电极120的子集的至少一个并且采用另一个传感器电极进行接收，以确定跨电容的变化。在一个或多个实施例中，传感器电极120在按照电容感测模式进行操作与作为跨电容感测模式中的接收器和发射器进行操作之间的切换可通过复用来实现。在一些实施例中，传感器模块204可配置成在期望输入感测的周期期间将发射器信号驱动到感测电极120上。发射器信号一般经过调制，并且对于为输入感测所分配的时间周期包含一个或多个突发(burst)。发射器信号可以具有幅度、频率和电压，其可被改变以得到感测区170中的输入物体的更健壮位置信息。绝对电容感测中使用的调制信号可与跨电容感测中使用的发射器信号是相同或不同的。稍后结合图4A和图4B更详细描述用于驱动传感器电极120以确定跨电容的变化的各种技术。

[0052] 在各个实施例中，绝对电容感测和显示更新可在至少部分重叠的周期期间发生。在一个或多个实施例中，跨电容感测和显示更新可在至少部分重叠的周期期间发生。此外，虽然绝对电容感测(或输入感测)和显示更新可在至少部分重叠的周期期间发生，但是传感器模块204可配置成在当显示装置160的共享层(即，公共电极)没有用于显示更新的时间周期在一个或多个所选传感器电极120上进行传送以用于补充电容感测。例如，当驱动公共电极以用于显示更新时，可以不驱动公共电极以用于补充电容感测。因此，补充电容感测和显示更新可在非重叠周期(又称作非显示更新周期)期间发生。在各个实施例中，非显示更新周期可在显示帧的两个显示线的显示线更新周期之间发生，并且可以是与显示更新周期至少同样长的时间。在这种实施例中，非显示更新周期可称作长水平消隐周期、长h消隐周期或者分布式消隐周期。在其他实施例中，非显示更新周期可包括水平消隐周期和垂直消隐周期。处理系统110可配置成在不同非显示更新时间的任一个或多个或者任何组合期间驱动传感器电极120以进行电容感测。在一个实施例中，传感器模块204可配置成随机选择哪些非显示更新时间用于补充电容感测，以便噪声避免。在一个或多个实施例中，传感器模块
204可配置成通过使用不同频率信号在至少部分重叠的周期中执行绝对电容感测和补充电容感测，如稍后所述。

[0053] 传感器模块204包括配置成采用感测电极120来接收所产生信号的电路和/或固件。在一个实施例中，传感器模块204可包括多个接收器通道，其耦合到传感器电极120以用于采用传感器电极120来测量电容的变化。在一个实施例中，接收器通道可经由复用器耦合到至少两个传感器电极120。各接收器通道可包括模拟前端(AFE)通道，其配置成调制对应传感器电极，并且测量对应传感器电极120与输入物体之间的电容的变化。在一个实施例中，接收器通道可包括配置成测量将传感器电极120相对面板地保持在特定电压所需的电荷量的电路。接收器通道的每个可采用选择电路、例如一个或多个复用器，有选择地耦合到一个或多个传感器电极120。在一个或多个实施例中，接收器通道的子集可复用成有选择地耦合到用于补充电容感测所选择的传感器电极的子集。接收器通道的子集可配置成从所选子集的一个或多个所选传感器来接收所产生信号，以确定跨电容的变化。在一个实施例中，所产生信号包括与所传送的发射器信号对应的效果。在一个实施例中，接收器通道可包括同步解调器，其配置成将发射器信号的频率与用于绝对电容感测的调制频率分离。

[0054] 确定模块206可基于跨电容的所测量变化来确定感测区170中的输入物体140的位置，或者可将包含指示所产生信号的信息的信号提供给另一个模块或处理器、例如电子系统150的处理器(即，主处理器)，以用于确定感测区170中的输入物体140的位置。

[0055] 在一个实施例中，显示驱动器模块208包括确认成在非感测(例如显示更新)周期期间向显示装置160的显示器提供显示图像更新信息的电路。显示驱动器模块208可包含在处理系统110中或者与其分离。在一个实施例中，处理系统110可包括集成控制器，其包括传感器模块204和显示驱动器模块208，尽管可使用模块的其他配置。例如，在另一个实施例中，处理系统110可包括其中包括传感器模块204的一部分的第一集成控制器以及包括显示驱动器模块208的第二集成控制器，其示为处理系统110中的分立元件。

[0056] 在一个实施例中，输入装置100可包括调制电源210，其配置成生成提供给输入装置100中的显示元件和输入感测元件的调制电源信号和调制地信号。调制电源信号和调制地信号使通常相对地球地保持在基本上恒定电压的上述输入装置100的各种组件改为采用相对地球地的调制信号来驱动。换言之，通过采用调制电源向输入装置100供电，调制输入装置100中的所有信号。然后能够仅仅通过将传感器电极120相对调制地信号保持在恒定电压，来操作传感器电极120。由于输入物体140(一般)处于地球地，所以传感器电极120与输入物体140之间的电压差随时间而改变。

[0057] 如上所述，传感器电极120可形成为分立几何形式、多边形、条、垫、线条或其他形状，其相互欧姆地隔离。传感器电极120可通过电路电耦合，以形成相对于传感器电极120的分立传感器电极具有较大平面区域的电极。传感器电极120可由不透明或者透明导电材料来制作。在传感器电极120与显示装置配合使用的实施例中，可期望将透明导电材料用于传感器电极120。在传感器电极120没有与显示装置配合使用的实施例中，可期望将具有较低电阻率的不透明导电材料用于传感器电极120，以改进传感器性能。适合于制作传感器电极120的材料除了别的以外包括ITO、铝、银、铜和导电碳材料。传感器电极120可形成为具有极少或者没有开孔区域的导电材料的连续体(即，具有未被孔中断的平面表面)，或者备选地可制作成形成具有经过其中所形成的开口的材料体。例如，传感器电极120可由导电材料的丝网、例如多个互连的细金属线来形成。在一个实施例中，传感器电极120的长度和宽度的至少一个可在大约1至大约2mm的范围中。在其他实施例中，传感器电极的长度和宽度的至少一个可小于大约1mm或者大于大约2mm。在其他实施例中，长度和宽度可以不是相似的，以及长度和宽度其中之一可在大约1至大约2mm的范围中。此外，对各个实施例，传感器电极
120可包括大约4至大约5mm的范围中的中心至中心间距；但是，在其他实施例中，该间距可小于大约4mm或者大于大约5mm。

[0058] 传感器电极120可利用导电布线迹线240(以虚线示出)来耦合到处理系统110。导电布线迹线240可与传感器电极120的至少一个在相同的平面中形成，或者可在一个或多个独立衬底上形成并且通过通孔(未示出)连接到相应传感器电极120。导电布线迹线240可在金属层上形成，其设置成使得传感器电极120处于金属层与输入物体之间。在一个实施例中，金属层包括用于显示装置的源驱动器线和/或栅线。导电布线迹线240(以及迹线之间的通孔)可通过设置在迹线与显示装置的用户之间的黑色掩模层对用户遮蔽。导体布线迹线240的至少一个可包括源驱动器金属层中的一个或多个布线迹线(导体)。在一个或多个实施例中，这种层可称作金属互连层二。此外，导电布线迹线240可设置在源驱动器线之间的金属层上。备选地，导电布线迹线240的至少一个可包括没有配置用于显示更新的栅驱动器金属层或者栅驱动器线中的一个或多个导体。此外，导电布线迹线240可设置在栅驱动器线之间的金属层上。在另一个实施例中，导电布线迹线240的至少一个可包括没有配置用于显示更新的Vcom跳线金属层或者Vcom线中的一个或多个导体。此外，导电布线迹线240可设置在栅电极之间的金属层上。在其他实施例中，除了包含源驱动器线和/或栅线的层之外，还包括金属层。导体迹线240的一部分还可从感测电极120的区域界限向外横向形成。在各个实施例中，导体布线迹线240可设置在Vcom电极跳线层中。Vcom电极跳线层可称作金属层三或金属互连层三。在一个实施例中，导体迹线可设置在源驱动器层和Vcom电极跳线层上。在各个实施例中，显示装置可包括“双栅”或“半源驱动器”配置，从而允许导电布线迹线240设置在源驱动器层上的源驱动器之间。在一个或多个实施例中，导电布线迹线240之间的连接的正交方向可隔着通孔放置在独立层上。在一个或多个实施例中，由于导电布线迹线240之间的连接的正交方向，导电迹线可隔着通孔放置在独立层上。

[0059] 复用器(或者类似电路元件)可耦合到导电布线迹线240，使得传感器电极120可在共享导电布线迹线240时单独耦合到处理系统110。在一个另一示例中，各传感器电极120可耦合到不同导电布线迹线240，其中各导电布线迹线240耦合到处理系统110的不同引脚。处理系统110可配置成采用多个传感器电极120同时接收或者采用各传感器电极120进行独立地接收。在一个实施例中，当一个以上传感器电极120采用发射器信号来驱动时，处理系统110可配置成使用扫描、时间复用的方案、采用多个传感器电极120进行接收。

[0060] 电容感测的图案

[0061] 图3A是按照本公开的一个实施例、配置用于操作在跨电容操作模式的传感器电极120的简化示意平面图。如先前所述，一个或多个传感器元件可在区域220(其基于绝对电容的所检测变化来确定)中或附近来选择。在一个实施例中，处理系统110可在区域220中将一个或多个传感器元件120指定为发射器电极(标识为“TX”)以及将相邻传感器元件120指定中的接收器电极(标识为“RX”)。例如，如图3A所示，处理系统110可响应检测区域220中的绝对电容的变化而将区域220中中心设置的传感器元件1204,4选择作为发射器电极。如所示，处理系统110还可将与传感器元件1204,4相邻的传感器电极选择作为用于接收所产生信号的接收器电极。虽然图3A描绘用于操作在跨电容操作模式的示例驱动图案，但是应当知道，具有其他几何布置的一个或多个发射器电极的其他图案可单独或结合地、例如按照交替方式来使用，包括交叉或“T”驱动图案、“X”驱动图案等。

[0062] 在另一个实施例中，指定为发射器电极的传感器电极120的所选子集可按照依次图案来驱动，如图3B所示。图3B是按照本公开的一个实施例、配置成操作在跨电容操作模式的传感器电极120的另一个简化示意平面图。处理系统110可将区域220中或附近设置的传感器电极120的子集选择作为将要依次驱动以进行电容感测的发射器电极(即，“TX”)。例如，如图3B所示，处理系统110可选择将要依次驱动以进行电容感测、勾勒出区域220的传感器电极的子集1203,3、1205,3、1203,5和1205,5。在一个实施例中，传感器模块204可配置成有选择并且依次耦合到传感器电极的所选子集(例如1203,3、1205,3、1203,5和1205,5)的每个，并且驱动发射器信号以进行电容感测。例如，在四个触摸循环期间，传感器模块204可首先采用发射器信号来驱动传感器电极1205,3，然后驱动传感器电极1205,5，并且顺时针序列旋转指定为发射器电极的传感器电极，尽管可利用其他类型的图案和序列。传感器模块204采用指定为接收器电极(即，“RX”)的一个或多个相邻传感器电极来接收所产生信号。

[0063] 图4A是按照本公开的一个实施例、执行“伪跨电容”感测的输入装置100的截面部分示意图。在一个实施例中，为了执行输入物体140的补充电容感测，传感器模块204可将指定为发射器电极的一个或多个所选传感器电极(例如，120-1)接地，由此通过输入物体140耦合到指定为接收的电极的传感器电极(例如，120-2和120-3)。在一个实施例中，传感器电极120-1有选择地采用基本上恒定的地信号来驱动，并且在图4A中示为地球地，以便与调制电源210所提供的调制地信号加以区分。接收器模块106可在接收器电极上接收与来自输入物体140的电容的变化对应的所产生信号。已经确定，所检测的发射器电极(即，120-1)与输入物体140之间的电容，通过相对于附近传感器电极120之间的寄生电容CP的增加的电容耦合CA，增加了接收器电极(即，120-2和120-3)接收的信号，如图4A所表示。还已经确定，这种接地可使接收器电极将发射器电极120-1感知为强传送，其可通过将传感器电极120接地并且测量基线电容图像来校准为背景电容。

[0064] 图4B是按照本公开的一个实施例、执行跨电容感测的输入装置100的截面部分示意图。在一个或多个实施例中，为了执行输入物体140的补充电容感测，传感器模块204将发射器信号驱动到为补充电容感测所选择的一个或多个传感器电极120。在一个实施例中，传感器模块204可在暂停显示装置160的面板调制的周期期间将发射器信号驱动到传感器电极120。在备选实施例中，传感器模块204可在与绝对电容感测重叠的周期期间使用发射器信号(其具有与用于绝对电容感测的调制频率不同的频率)来驱动传感器电极120。在一些实施例中，发射器信号可具有与用于绝对感测的调制频率基本上正交的频率。相应地，接收器模块106采用接收器电极120-1和120-3来接收与跨电容(即，电容耦合CA与寄生电容CP之间)的变化对应的所产生信号。在这类实施例中，使用具有不同频率的发射器信号有利地允许目标电容感测在不必暂停显示装置160的面板调制的情况下被执行。

[0065] 图5是按照本公开的一个实施例、用于检测电容感测装置的感测区中的输入物体的方法500的流程图。电容感测装置可包括以矩阵设置的多个传感器电极，各传感器电极包括一个或多个公共电极，其配置用于触摸感测以及显示更新两者。

[0066] 方法500开始于步骤502，其中处理系统110(例如通过操作传感器模块204)调制多个传感器电极的每个，以确定绝对电容的变化。在一些实施例中，处理系统110可在与显示更新至少部分重叠的时间周期中、或者在其他实施例中在与显示更新不重叠的时间周期中，调制多个传感器电极的每个。

[0067] 在步骤504，处理系统110基于绝对电容的所确定变化来选择多个传感器电极的子集。传感器电极的子集可少于多个传感器电极，并且包括第一传感器电极和第二传感器电极。

[0068] 在步骤506，处理系统110(例如通过操作传感器模块204)驱动第一传感器电极，并且采用第二传感器电极进行接收，以确定第一传感器电极与第二传感器电极之间的跨电容的变化。在一些实施例中，处理系统110将基本上恒定的电压驱动到第一传感器电极上，并且采用调制信号来调制第二传感器电极，其中输入物体将基本上恒定的电压与调制信号进行耦合。在其他实施例中，处理系统110将发射器信号驱动到第一传感器电极，并且采用第二传感器电极来接收所产生信号。在处理系统110配置成采用显示更新信号(其基于具有第一频率的调制参考信号)来驱动多个公共电极以进行显示更新的实施例中，处理系统110可采用具有第二频率(其与第一频率基本上正交)的发射器信号来驱动第一传感器电极。

[0069] 在步骤508，处理系统110(例如通过操作确定模块206)基于跨电容的变化来确定电容感测装置的感测区中的输入物体的位置信息。

[0070] 在一个或多个实施例中，处理系统110(例如通过操作传感器模块204)可基于绝对电容的所确定变化来(同时)选择传感器电极的多个子集，并且基于传感器电极的那些多个子集之间的跨电容的变化来确定位置信息。例如，处理系统110可基于绝对电容的所确定变化来选择多个传感器电极的第二子集。这个第二子集少于多个传感器电极，并且包括第三传感器电极和第四传感器电极。处理系统110然后可驱动第三传感器电极，并且采用第四传感器电极进行接收，以确定第三传感器电极与第四传感器电极之间的跨电容的变化。在一些实施例中，驱动第一传感器电极并且采用第二传感器电极进行接收(例如在步骤506)以及驱动第三传感器电极并且采用第四传感器电极进行接收可同时发生。处理系统110(例如通过操作确定模块206)可基于第三传感器电极与第四传感器电极之间的跨电容的变化来确定感测区中的第二输入的位置信息。

[0071] 提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本技术及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够制造和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在是详尽的或者将本发明局限于所公开的精确形式。