專利名稱：電容式觸摸感測與發(fā)光二極管驅(qū)動矩陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感測電容式觸摸鍵及驅(qū)動發(fā)光二極管(LED)。所述電容式觸摸鍵與 LED可布置成矩陣且用作用于許多不同類型的器具、電與電子裝備等的信息顯示器及控制面板。
背景技術(shù)：
電容式觸摸鍵感測電子器件的行業(yè)標準為并入到微芯片科技公司(Microchip Technology Inc.)制造的各種微控制器中的微芯片科技公司充電時間測量單元(CTMU)。 參見“用于電容式觸摸應(yīng)用的微芯片CTMU(Microchip CTMU for Capacitive Touch Applications)，微芯片應(yīng)用注解AN1250 (2009)，其出于所有目的以引用方式并入本文中。 使用所述電容式觸摸鍵來檢測手指或其它物體的存在，所述手指或其它物體在極接近觸摸鍵(例如，用所述手指或物體觸摸所述鍵)時增加所述觸摸鍵的電容。所述CTMU需要恒定電流源，使用電力且占據(jù)寶貴的集成電路芯片面積。所述CTMU通過用恒定電流源給有效電容充電且然后在某一時間周期之后測量其上的電壓來感測觸摸鍵的電容的改變。在所述某一時間周期期間給較大電容充電在其上產(chǎn)生比在相同恒定電流充電及所述某一時間周期下給較小電容充電低的電壓。所述CTMU對控制矩陣中的電容式觸摸鍵中的每一者上的相應(yīng)電壓進行取樣且當(dāng)檢測到比未被觸摸鍵上的正常電壓低的電壓時，所述CTMU及相關(guān)聯(lián)軟件檢測所述鍵的致動。然而，許多因素影響所述觸摸鍵在未被觸摸及/或被觸摸時的電容，例如所述觸摸鍵上的潮濕，例如濕氣或水。當(dāng)所述觸摸鍵矩陣的僅某些觸摸鍵上面具有潮濕時，其電容可不同到足以導(dǎo)致CTMU對具有由潮濕引發(fā)的較高電容的那些鍵的錯誤感測的程度。在用于控制及顯示的許多應(yīng)用中，還需要與電容式觸摸鍵中的每一者相關(guān)聯(lián)的 LED。然而，必須驅(qū)動LED且因此除觸摸鍵所需要的那些連接外還需要額外連接?？赡芏嗦窂?fù)用感測及驅(qū)動操作且因此針對LED及觸摸鍵電路使用共用連接，但LED部分往往在兩者被耦合在一起時使觸摸鍵的操作降級?，F(xiàn)有技術(shù)電容式觸摸傳感器矩陣電路每一觸摸鍵使用額外電容器及電阻器，且需要雙斜率檢測算法及計時器捕獲來執(zhí)行單個觸摸檢測。因此，需要電路復(fù)雜性及顯著時間來檢測觸摸鍵電容改變。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)使用共用連接(需要最小數(shù)目的集成電路裝置連接(引腳))的電容式觸摸鍵與LED顯示器的時分多路復(fù)用時，需要的是對濕氣/潮濕環(huán)境的更好免疫性、實施方案的低成本、較短的電容改變檢測時間(觸摸感測)及改善的操作。根據(jù)本發(fā)明的具體實例性實施例，一種用于感測電容式觸摸傳感器的致動的系統(tǒng)包含取樣電容器；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其耦合到所述取樣電容器，所述ADC將所述取樣電容器上的模擬電壓轉(zhuǎn)換為其數(shù)字表示；數(shù)字處理器，其耦合到所述ADC的數(shù)字輸出；電容式觸摸傳感器，其耦合到所述取樣電容器；脈沖產(chǎn)生器，其耦合到所述電容式觸摸傳感器，其中來自所述脈沖產(chǎn)生器且通過所述電容式觸摸傳感器的電壓脈沖將所述取樣電容器充電到與其電容比成比例的第一電壓，其中當(dāng)具有電容的物體極接近所述電容式觸摸傳感器時，從所述取樣電容器分流通過所述電容式觸摸傳感器的所述電壓脈沖中的一些電壓脈沖，且借此在所述物體極接近所述電容式觸摸傳感器時將所述取樣電容器充電到第二電壓，其中所述第二電壓小于所述第一電壓。根據(jù)本發(fā)明的另一具體實例性實施例，一種用于感測多個電容式觸摸傳感器中的一者或一者以上的致動的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含取樣電容器；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其耦合到所述取樣電容器，所述ADC將所述取樣電容器上的模擬電壓轉(zhuǎn)換為其數(shù)字表示；數(shù)字處理器，其耦合到所述ADC的數(shù)字輸出；多路復(fù)用器，其具有耦合到所述取樣電容器的輸出；多個電容式觸摸傳感器，所述多個電容式觸摸傳感器中的每一者耦合到所述多路復(fù)用器的相應(yīng)輸入；脈沖產(chǎn)生器，其耦合到所述多個電容式觸摸傳感器中的選定者，其中來自所述脈沖產(chǎn)生器且通過所述多個電容式觸摸傳感器中的所述選定一者的電壓脈沖將所述取樣電容器充電到與其電容比成比例的第一電壓，其中當(dāng)具有電容的物體極接近所述多個電容式觸摸傳感器中的所述選定一者時，從所述多個電容式觸摸傳感器中的所述選定一者分流從其通過的所述電壓脈沖中的一些電壓脈沖，且借此在所述物體極接近所述多個電容式觸摸傳感器中的所述選定一者時將所述取樣電容器充電到第二電壓，其中所述第二電壓小于所述第一電壓。根據(jù)本發(fā)明的又一具體實例性實施例，一種用于感測多個電容式觸摸傳感器中的任一者的致動的方法，所述方法包含以下步驟將耦合到多個電容式觸摸傳感器的所有集成電路裝置輸入-輸出(I/O)設(shè)定到邏輯低；將所述I/O中的一者設(shè)定到輸入模式且將所有其它I/O設(shè)定到邏輯高輸出；給耦合到處于所述輸入模式的所述I/O的取樣電容器充電； 用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將在所述取樣電容器上充電的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示；確定所述數(shù)字表示高于還是低于閾值，其中如果小于所述閾值則致動所述多個電容式觸摸傳感器中與處于所述輸入模式的所述I/O相關(guān)聯(lián)的的所述一者；及針對所述多個電容式觸摸傳感器中的每一者重復(fù)以上步驟。


結(jié)合附圖參照以下說明可更全面地理解本發(fā)明，附圖中圖1圖解說明根據(jù)本發(fā)明的具體實例性實施例的電容式觸摸傳感器鍵致動檢測與LED顯示器電路的示意圖；圖2圖解說明根據(jù)本發(fā)明的具體實例性實施例的電容式觸摸傳感器鍵的平面及立面圖的示意圖；圖3圖解說明根據(jù)本發(fā)明的另一具體實例性實施例的電容式觸摸鍵與LED的矩陣的示意性框圖；及圖4圖解說明圖3中所示的電容式觸摸鍵與LED的矩陣的更詳細示意圖。盡管本發(fā)明易于作出各種修改及替代形式，但在圖式中是顯示并在本文中詳細描述其具體實例性實施例。然而，應(yīng)理解，本文對具體實例性實施例的說明并非打算將本發(fā)明限定于本文所揭示的特定形式，而是相反，本發(fā)明打算涵蓋所附權(quán)利要求書所界定的所有修改及等效形式。
具體實施例方式現(xiàn)在參照圖式，其示意性地圖解說明具體實例性實施例的細節(jié)。圖式中，相同的元件將由相同的編號表示，且類似的元件將由帶有不同小寫字母后綴的相同編號表示。參照圖1，其描繪根據(jù)本發(fā)明的具體實例性實施例的電容式觸摸傳感器鍵致動檢測與LED顯示器電路的示意圖。集成電路裝置102包含模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 104、具有存儲器(未顯示)的數(shù)字處理器106、可為ADC 104的部分的取樣電容器108以及開關(guān)110、112 及114。開關(guān)110可為內(nèi)部多路復(fù)用器等的部分。開關(guān)112及114可為輸出驅(qū)動，例如圖騰柱連接的CMOS、開集NMOS等。出于說明性目的顯示單個電容式觸摸傳感器鍵118及LED顯示器120。如本文中將描述，可將多個電容式觸摸傳感器鍵118及LED 120配置為控制與顯示面板。集成電路裝置102可為(例如)具有模擬及數(shù)字電路兩者的混合信號微控制器。來自開關(guān)114的脈沖IM施加到電容式觸摸傳感器鍵118(電容器Ck)且所得電壓脈沖穿過電容式觸摸傳感器鍵118的電容以給取樣電容器108(電容器Ca)充電。取樣電容器108上的電壓電荷將為根據(jù)電容式觸摸傳感器鍵118與取樣電容器108的電容比產(chǎn)生的電壓分壓。通過ADC 104測量取樣電容器108上的所得電壓電荷。當(dāng)手指致動(例如，物理接觸、觸摸等)電容式觸摸傳感器鍵118時，形成到接地的分路電容116(Cf)，其減小到達取樣電容器108且由ADC 104測量的電壓脈沖的振幅。當(dāng)在取樣電容器108上測量的電壓電荷小于先前測量的電壓電荷及/或基準參考電壓電荷時，則假設(shè)手指或具有到接地或共用點的電容的其它物體已致動電容式觸摸傳感器鍵118。圖1中所示的實施例的優(yōu)點為潮濕不大致影響此電容式觸摸傳感器鍵致動檢測電路，因為潮濕可增加電容式觸摸傳感器鍵118的電容值Ck，因此產(chǎn)生取樣電容器108上的較大電壓電荷，其容易地由ADC 104測量。圖1中所示的實施例降低成本且實現(xiàn)較快的檢測時間，因為不需要額外電子組件。也可在單個低-到-高電壓階躍(例如，脈沖124的上升沿)內(nèi)執(zhí)行觸摸檢測，且因此不需要耗費時間的電流集成，而CTMU電容式觸摸檢測電路中卻需要。也可在不需要增加到集成電路裝置102的連接(弓丨腳)的情況下容易地實施對 LED顯示器120的控制。當(dāng)需要接通LED顯示器120時，閉合開關(guān)112及114兩者。此完成使受電流限制電阻器122限制的電流流過LED顯示器120的電路。也可使用電流受控制的電流源，因此消除對電流限制電阻器122的需要。因此，可以時分多路復(fù)用方式使用連接 (引腳)126及128，以用于電容式觸摸傳感器鍵118的致動的檢測及LED顯示器120的控制兩者。
參照圖2，其描繪根據(jù)本發(fā)明的具體實例性實施例的電容式觸摸傳感器鍵的平面及立面圖的示意圖。電容式觸摸傳感器鍵118包含在絕緣襯底232的面上的電容器板230 及234。電容器板230及234分別耦合到連接(引腳)1 及126。當(dāng)手指236極接近電容器板230及234時，手指236的內(nèi)在電容(圖1的電容器116)將使穿過電容式觸摸傳感器鍵118的電壓電荷中的一些電壓電荷分路到去往取樣電容器108的路上。換句話說，手指分路電容器116分流所述電壓電荷中的既定用于取樣電容器108的一些電壓電荷，借此減小由ADC 104測量的所得電壓電荷。參照圖3及圖4，根據(jù)本發(fā)明的具體實例性實施例，圖3中描繪電容式觸摸鍵與 LED的矩陣的示意性框圖，且圖4中描繪圖3中所示的電容式觸摸鍵與LED的矩陣的更詳細示意圖。與集成電路裝置102的開關(guān)矩陣338組合，可通過鍵118及LED 120中的每一者的感測及驅(qū)動操作的時分多路復(fù)用來在共用連接(相同裝置引腳)上感測電容式觸摸鍵118 且驅(qū)動LED 120(顯示于圖4中)。圖1到圖4中所揭示的電路的優(yōu)點為，當(dāng)發(fā)送低-到-高階躍信號(脈沖124)時，與串聯(lián)連接的電容器122與LED 120的阻抗相比，電容式觸摸鍵 118(電容器Ck)的阻抗非常低(小)。因此，可在鍵致動檢測時忽略電阻器122及LED 120 的存在。開關(guān)矩陣338可為(舉例來說但不限于)多路復(fù)用器。在完成鍵致動檢測操作之后，為接通LED 120，將連接到所述LED的列設(shè)定為高且將到所述LED的行連接設(shè)定為低。通過在時間上交替(時分多路復(fù)用)觸摸感測與LED驅(qū)動操作，可利用到集成電路裝置102的非常相同的連接(1 及128)。因此，根據(jù)本發(fā)明的教示，3x 4矩陣面板將僅需要到集成電路裝置102的七個(7)連接(例如，總線336)，4x 5 矩陣將僅需要到集成電路裝置102的九個(9)連接等，用于控制與顯示面板的感測及LED 顯示器驅(qū)動兩者。舉例來說1)將列Cl到C3及行Rl到R4設(shè)定到邏輯低，2)將行Rl到R4設(shè)定到啟用ADC功能的輸入模式，3)將列Cl到C3設(shè)定到邏輯高，4)如果行Rx(x= 1、2、3或4)獲得比其它行低的ADC輸入電壓值，那么行Rx被觸摸，5)將列Cl到C3及行Rl到R4設(shè)定到邏輯低，6)將列Cl到C3設(shè)定到啟用ADC功能的輸入模式，7)將行Rl到R4設(shè)定到邏輯高，及8)如果列Cx(x= 1、2或3)獲得比其它列低的ADC輸入電壓值，那么列Cx被觸摸。9)組合步驟4)與8)，其中具有較低ADC輸入電壓值的行Rx與列Cx的交點確定哪個鍵被觸摸。雖然已參照本發(fā)明的實例性實施例來描繪、描述及界定本發(fā)明的實施例，但此參照并不意味著限定本發(fā)明，且不應(yīng)推斷出存在此限定。所揭示的標的物能夠在形式及功能上具有大量修改、更改及等效形式，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將會聯(lián)想到這些修改、更改及等效形式并受益于本發(fā)明。所描繪及所描述的本發(fā)明的實施例僅作為實例，而并非是對發(fā)明明范圍的窮盡性說明。
權(quán)利要求
1.一種用于感測電容式觸摸傳感器的致動的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含 取樣電容器；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其耦合到所述取樣電容器，所述ADC將所述取樣電容器上的模擬電壓轉(zhuǎn)換為其數(shù)字表示；數(shù)字處理器，其耦合到所述ADC的數(shù)字輸出； 電容式觸摸傳感器，其耦合到所述取樣電容器； 脈沖產(chǎn)生器，其耦合到所述電容式觸摸傳感器，其中來自所述脈沖產(chǎn)生器且通過所述電容式觸摸傳感器的電壓脈沖將所述取樣電容器充電到與其電容比成比例的第一電壓，其中當(dāng)具有電容的物體極接近所述電容式觸摸傳感器時，從所述取樣電容器分流通過所述電容式觸摸傳感器的所述電壓脈沖中的一些電壓脈沖，且借此在所述物體極接近所述電容式觸摸傳感器時將所述取樣電容器充電到第二電壓， 其中所述第二電壓小于所述第一電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述物體為手指。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述脈沖產(chǎn)生器為來自所述數(shù)字處理器的輸出驅(qū)動器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字處理器在其存儲器中存儲來自所述ADC 的電壓的數(shù)字表示，當(dāng)存儲于存儲器中的電壓的所述數(shù)字表示中的至少一者小于其它者時，產(chǎn)生指示所述電容式觸摸傳感器被致動的信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包含與所述電容式觸摸傳感器并聯(lián)耦合的發(fā)光二極管(LED)，且當(dāng)開關(guān)完成通過所述LED的電流路徑時所述LED由所述脈沖產(chǎn)生器接通ο
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述取樣電容器上的所述電壓由所述ADC取樣且所述LED在交替時間周期期間被接通。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述電容式觸摸傳感器與所述LED使用共用連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述取樣電容器、ADC、脈沖產(chǎn)生器及數(shù)字裝置制作于集成電路裝置中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述集成電路裝置為混合信號微控制器。
10.一種用于感測多個電容式觸摸傳感器中的一者或一者以上的致動的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含取樣電容器；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其耦合到所述取樣電容器，所述ADC將所述取樣電容器上的模擬電壓轉(zhuǎn)換為其數(shù)字表示；數(shù)字處理器，其耦合到所述ADC的數(shù)字輸出； 多路復(fù)用器，其具有耦合到所述取樣電容器的輸出；多個電容式觸摸傳感器，所述多個電容式觸摸傳感器中的每一者耦合到所述多路復(fù)用器的相應(yīng)輸入；脈沖產(chǎn)生器，其耦合到所述多個電容式觸摸傳感器中的選定者， 其中來自所述脈沖產(chǎn)生器且通過所述多個電容式觸摸傳感器中的所述選定一者的電壓脈沖將所述取樣電容器充電到與其電容比成比例的第一電壓，其中當(dāng)具有電容的物體極接近所述多個電容式觸摸傳感器中的所述選定一者時，從所述多個電容式觸摸傳感器中的所述選定一者分流從其通過的所述電壓脈沖中的一些電壓脈沖，且借此在所述物體極接近所述多個電容式觸摸傳感器中的所述選定一者時將所述取樣電容器充電到第二電壓，其中所述第二電壓小于所述第一電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述物體為手指。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述脈沖產(chǎn)生器為來自所述數(shù)字處理器的輸出驅(qū)動器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字處理器在其存儲器中存儲來自所述 ADC的所述多個電容式觸摸傳感器中的每一者的電壓的數(shù)字表示，其中當(dāng)由所述ADC取樣的電壓的數(shù)字表示小于存儲器中的所述所存儲電壓表示中的相應(yīng)一者時，產(chǎn)生指示所述多個電容式觸摸傳感器中的相關(guān)聯(lián)一者被致動的信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其進一步包含與所述多個電容式觸摸傳感器中的相應(yīng)者并聯(lián)耦合的多個發(fā)光二極管(LED)，且當(dāng)多個開關(guān)中的相應(yīng)一者完成通過所述多個 LED中的每一者的電流路徑時所述LED由所述脈沖產(chǎn)生器接通。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述取樣電容器上的所述電壓由所述ADC取樣且所述多個LED在交替時間周期期間被接通。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述多個電容式觸摸傳感器與所述多個LED中的相應(yīng)者使用共用連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述取樣電容器、ADC、脈沖產(chǎn)生器、多路復(fù)用器及數(shù)字裝置制作于集成電路裝置中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述集成電路裝置為混合信號微控制器。
19.一種用于感測布置成Cx列與Ry行的多個電容式觸摸傳感器中的任一者的致動的方法，所述方法包含以下步驟將Cx列與Ry行設(shè)定到邏輯低；將所述Ry行設(shè)定到用于確定所述Ry行的模擬電壓值的輸入模式；將所述Cx列設(shè)定到邏輯高；掃描所述Ry行以確定所述Ry行中的哪一者處于比其它Ry行低的模擬電壓值；將所述Cx列及所述Ry行設(shè)定到邏輯低；將所述Cx列設(shè)定到用于確定所述Cx列的模擬電壓值的所述輸入模式；將所述Ry行設(shè)定到邏輯高；掃描所述Cx列以確定所述Cx列中的哪一者處于比其它Cx列低的模擬電壓值；及根據(jù)具有所述較低模擬電壓值的所述Cx列與所述Ry行的交點確定所述多個電容式觸摸傳感器中的哪一者被觸摸。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來進行所述確定所述Cx 列及Ry行的所述模擬電壓值的步驟。
全文摘要
通過電容式觸摸鍵傳感器將脈沖施加到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的取樣電容器。當(dāng)所述電容式觸摸鍵傳感器與所述取樣電容器之間大致不存在分路電容時，到達所述取樣電容器的電壓電荷將最大。然而，物體(例如，操作者的手指)在極接近所述電容式觸摸鍵傳感器時將形成分路到接地電容，其將應(yīng)該是去往所述取樣電容器的所述電荷中的一些電荷分流且借此減小所述取樣電容器上的所述電壓電荷。可用所述ADC容易地檢測當(dāng)激活(觸摸)所述電容式觸摸鍵傳感器時充電電壓的此改變。另外，發(fā)光二極管(LED)顯示器可與所述電容式觸摸鍵傳感器集成在一起且以時分多路復(fù)用方式使用集成電路裝置上的相同連接。
文檔編號H03K17/96GK102273076SQ201080004445
公開日2011年12月7日 申請日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日
發(fā)明者林建益 申請人:密克羅奇普技術(shù)公司