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低功率电容式 传感器按钮

阅读：433发布：2020-05-17

专利汇可以提供低功率电容式传感器按钮专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种电容感测模块，包括：定时器电路，其被配置为产生重复触发信号；低功率振荡器块，其被配置为产生具有比重复触发信号更高的频率的时钟信号；感测块，其与定时器电路和振荡器块耦合，并且被配置为响应于重复触发信号，通过将基于时钟信号的激励信号施加到电容式传感器按钮来检测在电容式传感器按钮处的导电物体的存在；以及唤醒逻辑块，其与感测块耦合并且被配置为响应于感测块检测到电容式传感器按钮处的导电物体的存在而将处理单元从低功耗状态转换到高功耗状态。，下面是低功率电容式传感器按钮专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电容感测装置，其被配置为接收来自电容式传感器按钮的输入并唤醒耦合到所述电容感测装置的处理单元，所述电容感测装置包括：
定时器电路，其被配置为产生重复触发信号；
低功率振荡器块，其被配置为产生具有比所述重复触发信号更高的频率的时钟信号；
感测块，其与所述定时器电路和所述低功率振荡器块耦合，并且被配置为响应于所述重复触发信号，通过在测量周期期间将基于所述时钟信号的激励信号施加到所述电容式传感器按钮来对在所述电容式传感器按钮处的导电物体的存在进行检测；以及唤醒逻辑块，其被耦合在所述感测块内并且被配置为响应于所述感测块检测到所述电容式传感器按钮处的所述导电物体的存在而将所述处理单元从低功耗状态转换到高功耗状态。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述测量周期期间由所述感测块汲取的稳态电流不超过1μA，且其中由所述低功率振荡器块汲取的稳态电流不超过10nA。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，由所述定时器电路、所述低功率振荡器块和所述感测块汲取的总稳态电流小于200nA。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述低功耗状态是高级配置和电源接口ACPI C3“休眠”功率状态，并且其中所述高功耗状态是ACPI C0“工作”功率状态。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述低功率振荡器块还被配置为向所述定时器电路提供所述时钟信号，并且其中所述定时器电路还被配置为基于所述时钟信号产生所述重复触发信号。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述重复触发信号具有不大于1Hz的频率，并且其中所述时钟信号具有不大于1kHz的频率。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述感测块还包括：
状态机，其被配置为响应于所述重复触发信号的第一脉冲而将所述感测块从低功耗状态转换到高功耗状态；和
与所述状态机耦合的感测电路，其中，在所述感测块在所述高功耗状态下的操作期间，所述感测电路被配置为在所述测量周期期间将所述激励信号施加到所述电容式传感器按钮。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述感测块包括感测电路，并且所述感测电路包括：
参考分支；
传感器分支；和
与所述参考分支和所述传感器分支耦合的比较器，其中所述感测电路被配置为：
将所述激励信号施加到所述参考分支，
经由所述传感器分支将所述激励信号施加到所述电容式传感器按钮，以及将所述参考分支中的第一节点处的电压与所述传感器分支中的第二节点处的电压进行比较。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述状态机被配置为在所述测量周期之后且在所述重复触发信号的所述第一脉冲之后的下一个后续脉冲之前将所述感测块转换到低功耗状态。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述低功耗状态是休眠状态，并且所述高功耗状态是工作状态。
11.一种电容感测方法，包括：
产生重复触发信号；
产生具有比所述重复触发信号更高的频率的激励信号；
响应于所述重复触发信号，通过在测量周期期间将所述激励信号施加到电容式传感器按钮来对在所述电容式传感器按钮处的导电物体的存在进行检测；以及
响应于检测到所述导电物体在所述电容式传感器按钮处的存在，将处理单元从低功耗状态转换到高功耗状态。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述重复触发信号和所述激励信号是基于时钟信号产生的。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：
将所述激励信号施加到参考分支；
经由传感器分支将所述激励信号施加到所述电容式传感器按钮；和
将所述参考分支中的第一节点处的电压与所述传感器分支中的第二节点处的电压进行比较。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述低功耗状态是高级配置和电源接口ACPI C3“休眠”功率状态，并且其中所述高功耗状态是ACPI C0“工作”功率状态。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：
响应于所述重复触发信号的第一脉冲而将感测块从低功耗状态转换到高功耗状态；和在所述测量周期之后并且在所述重复触发信号的所述第一脉冲之后的在所述重复触发信号的下一个后续脉冲之前将所述感测块从所述高功耗状态转换到所述低功耗状态。
16.一种计算系统，包括：
处理模块，其包括处理单元；
电容式传感器按钮；
电容感测模块，其被耦合至所述处理模块和所述电容式传感器按钮，所述电容感测模块包括：
定时器电路，其被配置为产生重复触发信号；
低功率振荡器块，其被配置为产生具有比所述重复触发信号更高的频率的时钟信号；
感测块，其与所述定时器电路和所述低功率振荡器块耦合，并且被配置为响应于所述重复触发信号，通过在测量周期期间将基于所述时钟信号的激励信号施加到所述电容式传感器按钮来对在所述电容式传感器按钮处的导电物体的存在进行检测；以及唤醒逻辑块，其被耦合在所述感测块内，并且被配置为响应于所述感测块检测到所述电容式传感器按钮处的所述导电物体的存在而将所述处理单元从低功耗状态转换到高功耗状态。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述定时器电路被配置为基于所述时钟信号产生所述重复触发信号，并且其中所述重复触发信号具有不大于1Hz的频率，并且其中所述时钟信号具有不大于1kHz的频率。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述处理模块还包括与所述处理单元耦合的存储器，其中所述存储器被配置为存储能够由所述处理单元执行的指令，并且其中所述处理单元被配置为在响应于所述感测块检测到所述电容式传感器按钮处的所述导电物体的存在而从所述低功耗状态转换到所述高功耗状态之后自动执行所述指令。
19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述定时器电路、所述低功率振荡器块、所述感测块和所述唤醒逻辑块位于第一集成电路芯片上并且在第一功率域上操作，并且其中所述处理模块位于第二集成电路芯片上并且在独立于所述第一功率域的第二功率域上操作。
20.根据权利要求16所述的系统，其中，所述电容式传感器按钮还包括：
与所述感测块耦合的发射TX 电极；和
与所述感测块耦合并与所述发射TX电极电容耦合的接收RX电极，其中所述发射TX电极和所述接收RX电极之间的互电容响应于导电物体触碰所述发射TX电极和所述接收RX电极上的表面而减小。

说明书全文

低功率电容式传感器按钮

[0001] 相关申请

[0002] 本申请是于2015年3月24日提交的美国申请号为14/667,434的国际申请，其要求于2014年10月22日提交的美国临时申请号62/067,347的优先权，这两个申请整体通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 本公开涉及接触传感器的领域，并且特别地涉及电容式接触感测按钮。

[0004] 背景

[0005] 许多电子设备包括用于允许用户交互和用户输入的用户接口设备。一种用户接口设备是按钮或按键。常规按钮包括用于致动开关以指示按钮按压或按钮激活的机械部件。机械按钮还向用户提供触觉反馈以指示按钮已被按下。最近，在一些应用中使用接触传感器按钮来代替机械按钮。

[0006] 一种类型的接触传感器按钮通过电容传感操作，利用了电容传感器电极。由电容传感器检测的电容根据传感器电极上或传感器电极附近的导电物体的接近度而变化。导电物体可以是例如触控笔或用户的手指。在接触传感器按钮中，可以通过各种方法来测量由每个传感器检测到的由于导电物体的接近的电容的变化。通常，表示由每个电容传感器检测的电容的电信号由处理设备处理，处理设备又产生表示接触传感器按钮的按钮或传感器激活的电信号或光信号。

[0007] 然而，机械按钮可能仍然比电容式传感器按钮消耗更少的功率，因为处于非活动状态的机械按钮可能不吸入电流，同时仍然响应于输入。相比之下，监视现有电容式传感器按钮的接触存在可取决于各种模拟和数字电路的操作，因此即使当按钮未被接触时也增加了功率需求。

[0008] 附图简述

[0009] 在附图的图中通过示例而非限制的方式示出了本公开。

[0010] 图1A和1B示出了根据实施方式的电容式传感器按钮。

[0011] 图1C和1D示出了根据实施方式的电容式传感器按钮。

[0012] 图2A是示出经由电容式传感器按钮接收输入的计算系统的实施方式的框图。

[0013] 图2B是示出经由电容式传感器按钮接收输入的计算系统的实施方式的操作的时间线。

[0014] 图3示出了用于检测电容式传感器按钮处的接触的桥接电路的实施方式。

[0015] 图4A示出了用于检测电容式传感器按钮处的接触的电阻器-电容器(RC)电路的实施方式。

[0016] 图4B和4C示出根据实施方式的用于检测电容式传感器按钮处的接触的电阻器-电容器(RC)电路的电压波形。

[0017] 图5A示出用于检测电容式传感器按钮处的接触的电容分压器电路的实施方式。

[0018] 图5B和5C示出根据实施方式的用于检测电容式传感器按钮处的接触的电容分压器电路的电压波形。

[0019] 图6A示出用于在没有参考电压的情况下检测电容式传感器按钮处的接触的电容分压器电路的实施方式。

[0020] 图6B和6C示出根据实施方式的用于在没有电压参考的情况下检测电容式传感器按钮处的接触的电容分压器电路的电压波形。

[0021] 图7是示出根据实施方式的检测在计算系统中的一个或多个电容式传感器按钮处的接触的过程的流程图。

[0022] 详细说明

[0023] 为了提供对本发明的几个实施方式的良好理解，以下描述阐述了许多具体细节，例如具体系统、组件、方法等的示例。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的至少一些实施方式。在其它情况下，未详细描述或以简单框图形式呈现众所周知的组件或方法，以避免不必要地模糊本发明。因此，所阐述的具体细节仅仅是示例性的。具体实施方式可以与这些示例性细节不同，并且仍然被认为在本发明的精神和范围内。

[0024] 在具有一个或多个电容式传感器按钮的计算系统的一个实施方式中，计算系统的电容感测模块可以在计算系统响应于经由一个或多个电容式传感器按钮的输入的同时汲取不大于100毫微安培(nA)的平均稳态电流的状态下操作。在这种状态下，电容感测模块监测一个或多个电容式传感器按钮以检测与任何电容式传感器按钮触碰或接近的任何导电物体，并且可以通过将处理单元从低功耗状态唤醒到高功耗状态来响应检测到的接触。当在高功耗状态下操作时，处理单元比在低功耗状态下消耗更多的功率。在一个实施方式中，电容感测模块包括低功率振荡器和感测电路，低功率振荡器在大部分按钮监视周期中汲取最小量的电流，以及感测电路仅在短时间周期内周期性地使用较大量的电流。因此可以优化电容感测模块以使电流消耗最小化，而不是针对信噪比和扫描速率优化电容感测模块。

[0025] 电容感测模块中的低功率振荡器独立于计算系统中的其他时钟资源操作，因此即使在监视电容式传感器按钮时也允许关闭其它时钟资源以减少功率需求。此外，电容感测模块包含足够的电路和接触检测逻辑，用于在没有来自计算系统的中央处理单元(CPU)的帮助的情况下检测按钮接触，从而在按钮监视周期期间允许CPU停止并且转换到低功耗状态。

[0026] 在一个实施方式中，具有降低的功率需求的这种电容感测模块允许使用电容式传感器按钮代替机械开关，对施加在计算系统上的功率需求具有最小的影响。特别地，低功率电容感测模块可以用于在电池供电设备或其中期望低功耗的其他设备中实现电容式传感器按钮。

[0027] 图1A和1B示出根据实施方式的用于测量自电容的第一类型的电容式传感器按钮，其可以与低功率电容感测模块一起使用。图1A示出了自电容传感器按钮的顶层101和底层102，而图1B示出了沿着轴线104的传感器按钮的剖面图103。如图1A和1B所示的自电容传感器按钮包括分别附接到衬底105的顶表面和底表面的顶层101和底层102中的导电材料的圆形图案。顶层101包括传感器电极106，传感器电极106基本上被屏蔽电极107围绕并且电连接到延伸穿过屏蔽电极107的连接迹线109，并且可以用于将传感器电极106连接到电容感测模块中的感测电路。底层102包括具有交叉阴影线填充图案的屏蔽电极108，其覆盖由电极106，电极107和迹线109覆盖的区域。屏蔽电极108电连接到屏蔽电极107，并且屏蔽电极
107和108接地。

[0028] 参考剖面图103，自电容Cs 110表示传感器电极106和屏蔽电极107和108之间的电容。在一个实施方式中，电容Cs 110在从3皮法(pF)到5pF的范围内，并且当按钮被诸如手指或触控笔的导电物体接触时改变至少1pF。

[0029] 图1C和1D示出了根据实施方式的用于测量两个电极之间的互电容的另一类型的电容式传感器按钮，其可以与低功率电容感测模块一起使用。图1C示出了互电容传感器按钮的顶层121和底层122，而图1D示出了沿着轴124的传感器按钮的剖面图123。如图1C和1D所示的互电容传感器按钮包括分别附接到衬底125的顶表面和底表面的顶层121和底层122中的导电材料的图案。顶层121包括与发射(TX)传感器电极127电容耦合的接收(RX)传感器电极126。TX传感器电极127和RX传感器电极126分别通过迹线130和129延伸，迹线130和129可以用作将电极127和126连接到电容传感模块中的感测电路的连接点。底层122包括屏蔽电极128，其连接到地并且以交叉阴影线填充图案覆盖由RX电极126、TX电极127和迹线129覆盖的区域。

[0030] 参考剖面图123，互电容Cm 131表示TX传感器电极127和RX传感器电极126之间的电容，而自电容Cs 132表示RX传感器电极126和接地屏蔽电极128之间的电容。在一个实施方式中，互电容Cm 131响应于导电物体接触或接近TX电极127和RX传感器电极126之间的边界而减小，而自电容Cs 132增加。

[0031] 在一些实施方式中，如上所述的电容式传感器按钮可以在传感器按钮的导电材料的顶层上覆盖有保护膜、涂层或其他材料。例如，可以使用塑料或玻璃层来保护导电材料免于直接触碰。因此，传感器按钮可以检测触碰覆盖的材料的表面而不是直接触碰传感器按钮的导电材料的导电物体，例如手指或触控笔。

[0032] 图2A示出根据实施方式的计算系统200。计算系统200包括电容式传感器按钮201、电容感测模块202和处理模块203。电容感测模块202在与处理模块203不同的功率域上操作，使得电容感测模块202可以独立于处理模块203的功耗状态而在不同的功耗状态中操作。因此，电容感测模块202可以在按钮监视时段期间操作，以便即使当处理模块203和/或计算系统200的其余部分保持在低功耗状态(例如停止、待机或休眠状态)时也监视电容式传感器按钮201处的接触。

[0033] 在一个实施方式中，电容感测模块202包括定时块210和感测块220。定时块210包括低功率振荡器211和定时器电路212，它们连续运行以重复触发感测块220来确定在任何按钮201处是否存在触碰(即，确定导电物体是否触碰或接近按钮201中的一个)。图2B示出了根据一个实施方式的描述在按钮监视周期260期间定时块210和感测块220的操作的时间线，其中时间从左到右进行。如图2B所示，按钮监视周期260的持续时间包括重复的测量周期261，在此期间感测块220确定按钮是否被激活。测量周期261表示按钮监视周期260的相对小的百分比；因此，感测块220的操作工作周期相对较低，并且感测块220仅在小百分比(例如，1％-10％)的监视按钮201状态的时间内汲取电流。

[0034] 图2B还示出了在按钮监视周期260期间感测块220的功耗270。感测块220的功耗270在测量周期261期间较高，并且在按钮监视周期260的没有测量被执行时的剩余部分较低。在一个实施方式中，在测量周期261期间由感测块220汲取的稳态电流不大于1μA，并且在按钮监视周期260期间由低功率振荡器块汲取的稳态电流不大于10nA。在替代实施方式中，由低功率振荡器块汲取的稳态电流可以高达12nA或更大。在一个实施方式中，在按钮监视周期260期间由定时器电路，低功率振荡器块和感测块汲取的总平均稳态电流不大于
200nA；在替代实施方式中，该总平均稳态电流可以大于200nA。在一个实施方式中，该总平均稳态电流可以小于100nA。

[0035] 在一个实施方式中，低功率振荡器211汲取不超过约10毫微安培(nA)，并产生具有不大于1千赫(kHz)的频率的时钟信号213。低功率振荡器211连接到定时器电路212，并且将1kHz时钟信号213提供给定时器电路212。在替代实施方式中，时钟信号213的频率可以大于或小于1kHz。

[0036] 定时器电路212从低功率振荡器211接收时钟信号213，并基于时钟信号213产生重复触发信号214。在一个实施方式中，定时器电路可以由时钟分频器或计数器来实现，以产生具有小于时钟信号213的频率的频率的重复触发信号214。在一个实施方式中，重复触发信号214可以是具有不大于1赫兹(Hz)的频率的脉冲串。在一个实施方式中，重复触发信号214是基本上周期性的信号(即，具有固定的标称周期)；在替代实施方式中，重复触发信号
214可以是非周期性的。

[0037] 定时块210将时钟信号213和重复触发信号214发送到感测块220。响应于重复触发信号214，感测块220启动测量扫描以确定导电物体是否触碰任何电容式传感器按钮201。例如，对于被实现为脉冲串的重复触发信号214，感测块220可以响应于脉冲串中的每个脉冲启动测量扫描，并且可以通过顺序地施加时钟信号213或225之一到每个电容式传感器按钮201来执行测量扫描，以在测量周期期间测量它们各自的电容值。如图2B所示，触发信号214的脉冲251启动所示的测量周期261中的第一个，在此期间，传感器块220测量来自电容性传感器按钮201的电容值。

[0038] 感测块220对重复触发信号214的响应由状态机221控制，状态机221从定时器电路212接收重复触发信号214。例如，状态机221可以通过将感测块220从低功耗状态转换到高功耗状态来响应重复触发信号214的脉冲。在一个实施方式中，低功耗状态是感测块220的操作模式，在该操作模式中感测块220的诸如振荡器222、感测电路223和唤醒逻辑224的组件不操作并且不汲取电流或汲取最小电流。因此，状态机221可以通过使得向振荡器222、感测电路223和/或唤醒逻辑224提供功率来将感测块220转换到高功耗状态。通过接通感测块
220的这些组件，状态机221使振荡器222产生用于感测电路223的时钟信号225，并且使得感测电路223开始测量电容式传感器按钮201。

[0039] 在一个实施方式中，感测电路223选择时钟信号214或225中的一个，并且顺序地将选择的时钟信号施加到每个电容式传感器按钮201，以检测由任何按钮201上或附近的导电物体引起的电容的变化。在一个实施方式中，低功率振荡器211消耗10nA的电流以产生具有1kHz的频率的时钟信号213，而振荡器222消耗1微安(μA)以产生具有100kHz的频率的时钟信号225。

[0040] 使用时钟信号213而不是时钟信号225可导致相对较低的功耗和增加的测量周期，其对应于用于检测按钮触碰的较慢的响应时间。在仅使用1kHz时钟信号213的一个实施方式中，对于所有功耗状态，振荡器222也可以被省略或保持在关断状态，以进一步降低功耗。使用时钟信号225而不是时钟信号213可导致相对较高的功耗，较短的测量周期和用于检测按钮触碰的较快的响应时间。

[0041] 在一个实施方式中，状态机221另外被配置为在测量扫描完成之后并且在重复触发信号214的最近脉冲之后的下一个后续脉冲之前将感测块220转换回到低功耗状态。

[0042] 感测块220包括唤醒逻辑224，唤醒逻辑224被配置为响应于检测到导电物体存在于一个或多个电容式传感器按钮201处而使处理单元230从低功耗状态转换到高功耗状态。唤醒逻辑224通过将唤醒信号输出到处理单元230来将处理模块203从低功耗状态转换到更高功耗状态。例如，唤醒逻辑224可以将处理单元230从为高级配置和电源接口(ACPI)C3“休眠”功率状态的低功耗状态转换到为ACPI C0“工作”功率状态的高功耗状态。

[0043] 在一个实施方式中，处理单元230和/或处理模块203的其他组件从与电容感测模块202不同的功率域供电。通过在不同的功率域上操作电容感测模块202和处理模块203，模块202和203可以独立地上电和断电，并且可以在不同的功耗状态下操作。在一个实施方式中，处理模块203被构造在与电容感测模块202不同的集成电路芯片上。例如，从第一功率域供应电力的第一集成电路芯片可以包括定时块210和感测块220，而从第二功率域供应电力的第二集成电路芯片可以包括处理单元230和存储器231。在替代实施方式中，处理模块203和电容感测模块202可以位于同一集成电路芯片上。

[0044] 在一个实施方式中，唤醒逻辑224可以确定特定唤醒序列是否已经发生，然后响应于唤醒序列将唤醒信号输出到处理模块203。唤醒序列可以被定义为例如特定按钮或按钮的组合或序列的激活。如果没有检测到有效的唤醒序列，则唤醒逻辑224允许处理单元230保持在低功耗状态。

[0045] 在一个实施方式中，从唤醒逻辑224输出的唤醒信号还可以使处理模块203在低功耗状态和高功耗状态之间转换，因为处理模块203可以包括可以在功率状态间切换的其他组件(例如存储器231)。例如，唤醒信号可以在ACPI G1“休眠”功率状态之一和ACPI G0“工作”功率状态之间切换处理模块203。在一个实施方式中，处理单元230可以将唤醒信号传播到处理模块203的其他组件，以便改变处理模块203的功耗状态；可替换地，唤醒信号可以由处理模块203中的其他逻辑接收和处理。

[0046] 在一个实施方式中，处理模块203包括存储可由处理单元230执行的指令232的存储器231。在一个实施方式中，处理单元230被配置为在从低功耗状态转换到高功耗状态之后自动执行指令232。处理单元230可以根据由唤醒逻辑224检测的特定唤醒序列来执行不同的指令集。例如，当感测块220检测到在第一电容式感测按钮处的触碰时，唤醒逻辑224可以唤醒处理单元230并使处理单元230执行第一指令块，并且当感测块220检测到在第二电容性感测按钮处的触碰时，唤醒逻辑224可唤醒处理单元230并使处理单元230执行不同的指令块。

[0047] 在一个实施方式中，感测电路223可以使用桥接电路300来实现，如图3所示。桥接电路300包括传感器分支310和参考分支320。传感器分支310包括阻抗311和312，并且参考分支320包括阻抗321和322。传感器分支310的阻抗311和312之间的节点313连接到比较器302的正输入，并且参考分支的阻抗321和322之间的节点323连接到比较器302的负输入。

[0048] 在一个实施方式中，参考分支320的阻抗321和322是可编程的，使得阻抗321和322之间的比率不同于传感器分支310的阻抗311和312之间的比率。例如，阻抗321和322可以被编程，使得参考分支比和传感器分支的比率相差在5％和10％之间。

[0049] 在一个实施方式中，参考阻抗321和322可以实现为在与感测电路223相同的集成电路芯片上构建的可编程或可调阻抗。例如，可以使用一组可切换电容器来实现参考分支阻抗321和322，当处理单元230有效时，可以在固件过程中对可切换电容器进行调节。可替换地，参考阻抗322可以是具有与电容性传感器按钮类似的特性的外部结构。

[0050] 根据桥接电路300的操作，激励信号301被施加到传感器分支310和参考分支320两者。在一个实施方式中，激励信号301是交流(AC)信号，其由数字逻辑单元基于时钟信号213或225中的一个产生，并具有与其所来自的时钟信号213或225相同的频率。在桥接电路300的操作期间，触碰电容式传感器按钮的导电物体影响传感器分支310的定时响应，使得跨比较器302的输入的电压极性反转。比较器302的输出因此指示电容式传感器按钮是否被接触。

[0051] 在一个实施方式中，桥接电路300被实现为如图4A所示的电阻器-电容器(RC)电路。如图4A所示的RC电路400可以用于检测由于导电物体的接近或接触而引起的电容式传感器按钮的自电容的变化。参考图1B，例如，电路400的节点413可以与传感器电极106电耦合，以便检测Cs 110中的变化。

[0052] RC电路400包括参考分支420，其包括通过节点423连接到参考电容422的电阻421。这些分别对应于桥接电路300中的参考分支320、阻抗321、节点323和阻抗322。RC电路400还包括传感器分支410，其包括通过节点413连接到传感器电容110的电阻411，其分别对应于桥接电路300的传感器分支310、阻抗311、节点313和阻抗312。

[0053] 根据RC电路400的操作，激励信号源401产生激励信号VTx，其被施加到参考分支420和传感器分支410两者。来自节点423和413的电压VR和VA分别连接到比较器402的正输入和负输入。传感器分支410的时间常数响应于触碰或接近电容式传感器按钮的导电物体的存在而改变，并且比较器402的输入处的电压极性相对于按钮未被接触时被反转。

[0054] 当比较器402的输出Vout和激励信号VTx都有效或两者都解除有效时，XNOR门403使其输出有效。然后，XNOR门403的输出经由AND门404由Strob信号采样。AND门404的输出Dout当检测到接触时是一串正脉冲，并且当没有检测到接触时是恒定的低电压。图4B示出了当在电容式传感器按钮处未检测到接触时RC电路400的电压VTx、VA、VR、Strob和Dout，并且图4C示出了当检测到接触时的相同的电压。

[0055] 在一个实施方式中，桥接电路300被实现为如图5A所示的电容分压器电路。电容分压器电路500包括参考分支520，其包括在节点523处连接在一起的电容521和522。这些分别对应于桥接电路300中的参考分支320、阻抗321、阻抗322和节点323。电容分压器电路500还包括传感器分支510，其包括在节点513处连接在一起的电容131和132，其分别对应于桥接电路300的传感器分支310、阻抗311、阻抗312和节点313。

[0056] 如图5A所示的电容分压器电路500可以用于检测由于导电物体的接近或接触而导致的电容式传感器按钮的互电容和自电容的变化。参考图5A和图1D，例如，激励信号发生器501可以将激励信号VTx施加到TX传感器电极127，而电路500的节点513与RX传感器电极126电耦合，以便检测Cm 131和Cs 132的变化。

[0057] 电阻器524和514分别将节点523和513连接到参考电压Vref，以将电压VR和VA初始化并保持在比较器502的操作范围内。电压VR和VA被施加到比较器502的正输入和负输入。当激励信号源501将激励信号VTx施加到传感器分支510和参考分支520时，触碰电容式传感器按钮的导电物体减小Cm 131并增加Cs 132。结果，相对于按钮未被触碰时，比较器502的输入处的电压极性被反转。比较器502的输出电压Vout因此指示导电物体是否正在接触或接近电容式传感器按钮。指示按钮触摸的Vout信号可以使用类似于RC电路400中的XNOR门
403和AND门404的XNOR门和AND门转换为脉冲串。

[0058] 图5B示出了当在电容式传感器按钮处未检测到接触时电容分压器电路500的电压VTx、VA、VR、Strob和Dout，并且图5C示出了当检测到接触时的相同电压。

[0059] 图6A示出了电容分压器电路600的实施方式。类似于电路500，电容分压器电路600通过将激励信号VTx施加到参考分支620和传感器分支610，然后使用比较器602比较分别在节点623和613处的电压VR和VA来操作。然而，电容分压器电路600通过消除参考电压Vref和电阻器524和514消耗比电路500更少的功率。

[0060] 在没有电阻器524和514的情况下，电容分压器电路600使用开关624和614将电压VR和VA初始化并保持在比较器602的操作范围内。开关624和614在检测过程的初始化阶段期间关闭，并且在检测过程的测量阶段期间打开。在初始化阶段期间，节点623和613连接在一起以消除VR和VA之间的任何电压差。

[0061] 开关624和614由控制信号C操作，控制信号C从对激励信号和激励信号的延迟版本(经由延迟631)执行XOR操作的门632生成。这导致类似于反相脉冲串的信号C，其中每个脉冲的下降沿基本上与激励信号VTx的上升沿一致，并且具有由延迟631的持续时间确定的脉冲宽度。

[0062] 图6B和6C分别示出当在电容式传感器按钮处不存在接触时和当存在接触时电路600的电压波形。如图6B所示，初始化阶段652对应于开关624和614被控制信号C关闭并且VR和VA之间的差减小到0V的时间。测量阶段651对应于开关624和614通过控制信号C打开的时间。

[0063] 在测量阶段651期间，VR和VA之间的差的符号由导电物体是否触碰或接近电容式传感器按钮而确定。因此，比较器602的输出Vout指示电容式传感器按钮是否已被触碰。指示按钮接触的Vout信号可以使用类似于RC电路400中的XNOR门403和AND门404的XNOR门和AND门转换为脉冲串。

[0064] 图7是示出按钮感测过程700的实施方式的流程图。过程700可以由计算系统200执行，其包括电容感测模块202和处理模块203的组件。

[0065] 过程700在框701开始。在框701，低功率振荡器211产生时钟信号213并将时钟信号213提供给定时器电路212和感测块220。从框701开始，过程700继续到框703。

[0066] 在框703，定时器电路212接收时钟信号213，并产生具有比时钟信号213低的频率的重复触发信号214。在一个实施方式中，重复触发信号214是脉冲串。重复触发信号204被提供给感测块220中的状态机221。从框703开始，过程700继续到框705。

[0067] 在框705，状态机至少在与测量周期不一致的按钮监视周期的持续时间内监视重复触发信号204。框701和703的操作也在按钮监视周期的持续时间内继续。直到状态机221检测到重复触发信号214中的触发脉冲，过程700才继续到下一个框707。

[0068] 响应于重复触发信号214的触发脉冲，感测块通过将激励信号VTx施加到电容式传感器按钮而检测在电容式传感器按钮(例如，一个电容式传感器按钮201)处的导电物体的存在。因此，状态机221对触发脉冲的检测启动了测量周期。

[0069] 测量周期开始于框707，其中状态机221将感测块220从低功耗状态转换到高功耗状态。在一个实施方式中，状态机221通过提供电力或以其他方式启用感测块220的组件(例如感测电路223和唤醒逻辑224)来执行此转换。在包括振荡器222的实施方式中，转换到高功率状态还包括使能振荡器222，其允许振荡器222汲取电流并产生时钟信号225。从框707开始，过程700在框709继续。

[0070] 在框709，感测电路223基于时钟信号213或在包括振荡器222的实施方式中的时钟信号225产生激励信号VTx。激励信号可以通过诸如激励信号源401，501或601的激励信号源在感测电路223内产生。在一个实施方式中，所产生的激励信号VTx具有与产生它的时钟信号213或225相同的频率。从框709开始，过程700继续到框711。

[0071] 在框711处，激励信号源将所产生的激励信号VTx施加到参考分支(例如参考分支420、520或620)以及经由感测电路223的传感器分支(例如传感器分支410、510或610)施加到电容式传感器按钮。从框711开始，过程700在框713继续。

[0072] 在框713，感测电路223的比较器将来自参考分支的节点的电压VR与来自传感器分支的节点的电压VA进行比较。参考图4A，例如，比较器402将来自节点423的电压VR与来自节点413的电压VA进行比较。类似地，在图5A和6A中，比较器502和602分别将来自参考分支节点523和623的电压与来自传感器分支节点510和610的电压进行比较。比较器输出因此指示导电物体是否触碰或接近电容式传感器按钮。在一个实施方式中，框709，711和713可以重复以感测多个电容式传感器按钮。从框713开始，过程700继续到框715。

[0073] 在框715，唤醒逻辑224基于感测电路223的输出Vout或Dout确定电容式传感器按钮是否已被触碰。在感测到多于一个按钮的实施方式中，唤醒逻辑224可以确定是否已经执行了有效的唤醒序列，诸如特定按钮或特定按钮序列的激活。在框715，如果没有检测到按钮触碰或有效唤醒序列，则过程700继续到框717。在一些实施方式中，过程700可以在继续到框717之前重复框709-715以进行多次迭代，以便在更长的测量周期上检测按钮接触。

[0074] 在框717，状态机221将感测块220从高功耗状态转换到低功耗状态。状态机221可通过关闭(例如，断开电源或以其它方式禁用)感测块220的组件(例如，感测电路223和唤醒逻辑224)将感测块220转换到低功耗状态。在包括振荡器222的实施方式中，到低功耗状态的转换还可以包括关闭振荡器222，停止产生时钟信号225。在一个实施方式中，测量周期的持续时间小于重复触发信号214的触发脉冲之间的周期。因此，感测块220到低功耗状态的转换发生在测量周期之后，并且在重复触发信号的在发起最近测量周期的重复触发信号的脉冲之后的下一个后续脉冲之前。

[0075] 如果在框715检测到按钮接触或有效唤醒序列，则过程700在框719继续。在框719，唤醒逻辑224将唤醒信号发送到处理单元230，使处理单元230从低功耗状态转换到高功耗状态。在一个实施例中，处理单元230在按钮监视周期期间保持在低功耗状态(例如，ACPI C3“休眠”功率状态)。响应于从唤醒逻辑224接收到唤醒信号，处理单元230转换到高功耗状态(例如，ACPI C0“工作”功率状态)。在一个实施方式中，响应于按钮接触或唤醒序列，唤醒逻辑224还使处理模块203中的其他组件从低功耗状态转换到高功耗状态。从框719开始，过程700在框721继续。

[0076] 在框721，处理单元230在高功耗状态下正常操作，并且可以执行从存储器231检索的指令232。在一个实施方式中，指令232可以定义基于从电容式传感器按钮接收的输入来操作的一个或多个应用。从框721开始，过程700继续到框723。

[0077] 在框723，唤醒逻辑224确定处理单元230是否已经转换回到低功耗状态。如果处理单元230不处于低功耗状态，则过程700继续回到框721。因此，处理单元230继续在正常操作模式下工作，直到其由用户、时间延迟或一些其他系统过程转换到低功耗状态。如果在框723处，处理单元230处于低功耗状态，则过程700继续到框717。

[0078] 在框717，状态机221将感测块220从高功耗状态转换到低功耗状态。如图7所示，因此，当处理单元230根据框721正常地在高功耗状态下操作时，感测块220保持在高功耗状态，以便继续监视在电容式传感器按钮处的触碰。在处理单元230转换回到低功耗状态之后，按钮监视周期开始，并且感测块220也转换到低功耗状态。感测块220保持在该低功耗状态，直到下一个测量周期被重复触发信号214的下一个触发脉冲触发。

[0079] 在替代实施方式中，感测块220可以在处理单元230的正常高功耗操作期间保持在低功耗状态。根据这样的实施方式，在框715处检测到按钮接触或有效唤醒序列之后，感测块220可以转换到低功耗状态。

[0080] 在前述实施方式中，可以进行各种修改；例如，TX传感器电极和RX传感器电极可以互换，并且电极的物理特征可以相对于所示实施方式改变。如本文所述，电容传感器的“触碰”或“接触”可以指足够靠近传感器以对由所述电容感测装置或电路可测量的电容具有影响的物体的任何触碰或存在。如本文所述，“电连接”或“电耦合”的导电电极可以被耦合，使得在导电电极之间存在相对低电阻的导电路径。术语“基本上”和“近似”可以指示可能偏离标称值或理想特性(其中这种偏差可能源自制造公差，舍入误差等)，而标称值的期望效应或理想的特性得以保留的值或特性。

[0081] 这里描述的本发明的实施方式包括各种操作。这些操作可以由硬件组件、软件、固件或其组合来执行。如本文所使用的，术语“耦合到”可以表示直接或间接地通过一个或多个中间组件耦合。在本文所描述的各种总线上提供的任何信号可以与其他信号时分复用并通过一个或多个公共总线提供。另外，电路组件或块之间的互连可以被示为总线或单个信号线。每个总线可以可选地是一个或多个单个信号线，并且每个单个信号线可以可选地是总线。

[0082] 某些实施方式可以被实现为可以包括存储在计算机可读介质上的指令的计算机程序产品。这些指令可以用于对通用或专用处理器进行编程以执行所描述的操作。计算机可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输信息的任何机制(例如，软件、处理应用)。计算机可读存储介质可以包括但不限于磁存储介质(例如，软盘)；光学存储介质(例如，CD-ROM)；磁光存储介质；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；可擦除可编程存储器(例如，EPROM和EEPROM)；闪存，或适合于存储电子指令的另一类型的介质。

[0083] 另外，一些实施方式可以在分布式计算环境中实现，其中计算机可读介质在多于一个计算机系统上存储和/或执行。此外，在计算机系统之间传送的信息可以在连接计算机系统的传输介质上被提取或推入。

[0084] 尽管以特定顺序示出并描述了本文中的方法的操作，但是可以改变每个方法的操作的顺序，使得可以以相反的顺序执行某些操作，或者使得可以至少部分地与其他操作同时执行某些操作。在另一实施方式中，不同操作的指令或子操作可以是间歇和/或交替方式的。

[0085] 在前述说明书中，已经参照本发明的具体示例性实施方式描述了本发明。然而，将明显的是，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。

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