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自电容和互电容感测相结合的方法

阅读：14发布：2020-05-08

专利汇可以提供自电容和互电容感测相结合的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种电容感测方法包括：针对一组发射(TX) 电极中的每个TX电极，通过对TX电极施加对应于TX电极的第一激励电压以感应第一组电流中的第一电流，预充电TX电极的自电容以及在TX电极和一组接收(RX)电极中的RX电极之间的互电容，来生成第一组电流；针对每个TX电极，通过向TX电极施加参考电压以感应第二组电流中的第二电流来生成第二组电流；以及针对每个TX电极，基于第二组电流计算TX电极的自电容，并且基于第一组电流计算TX电极和每个RX电极之间的互电容。，下面是自电容和互电容感测相结合的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电容感测方法，包括：
针对一组一个或更多个发射(TX)电极中的每个TX电极，通过对所述TX电极施加对应于所述TX电极的第一激励电压以感应第一组电流中的第一电流，预充电所述TX电极的自电容以及在所述TX电极和一组一个或更多个接收(RX)电极中的RX电极之间的互电容，来生成第一组一个或更多个电流；
针对一组TX电极中的每个TX电极，通过对所述TX电极施加参考电压以感应第二组电流中的第二电流来生成第二组一个或更多个电流；和
对于所述一组TX电极中的每个TX电极，
基于所述第二组电流来计算所述TX电极的自电容，以及
基于所述第一组电流来计算所述TX电极和所述一组RX电极中的每个RX电极之间的互电容。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所述一组TX电极中的每个TX电极，计算所述TX电极的自电容包括：
基于施加到所述TX电极的参考电压和所感应的第二电流来计算对于所述TX电极的寄生电容；
通过基于所述第一组电流执行去卷积运算来计算所述TX电极和所述一组RX电极中的每个RX电极之间的互电容；和
从所述寄生电容中减去所述互电容的总和。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所述一组TX电极的每个TX电极，在第一阶段期间执行施加所述第一激励电压，其中，在所述第一阶段之后的第二阶段期间执行施加所述参考电压，并且其中，对于所述一组TX电极的每个TX电极，所述方法还包括：
在所述第二阶段之后的第三阶段期间，向所述TX电极施加与所述第一激励电压互补的第二激励电压；和
在所述第三阶段之后的第四阶段期间，将所述参考电压施加到所述TX电极。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所述一组TX电极中的每个TX电极，向所述TX电极施加所述参考电压包括将所述TX电极连接到电荷到代码转换器，其中，所述方法还包括在将所述TX电极连接到所述电荷到代码转换器之前，将所述一组TX电极中的每个TX电极连接到公共总线导体。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所述一组TX电极中的第一TX电极和第二TX电极，对应于所述第一TX电极的所述第一激励电压与对应于所述第二TX电极的所述第一激励电压互补。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括，对于所述一组TX电极中的每个TX电极，在将所述参考电压施加到所述TX电极之前，通过在所述TX电极和所述一组RX电极中的RX电极之间提供导电路径来对在所述TX电极和所述RX电极之间的互电容放电。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括将基线补偿信号施加到屏蔽，以减小在电荷到代码转换器处从所述一组TX电极接收的基线电流，其中，对于所述一组TX电极中的每个TX电极，所述TX电极的自电容是在所述TX电极和所述屏蔽之间的电容。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过在电荷到代码转换器中积分来自所述第二组电流的电荷来测量所述第二组电流的总和，所述电荷到代码转换器具有与所述一组TX电极中的每个TX电极耦合的第一输入端；和
将基线补偿信号施加到所述电荷到代码转换器的第二输入端，以降低所述电荷到代码转换器的基线输出。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括，对于所述一组TX电极中的一个或更多个TX电极：
响应于检测到所述对象改变所述TX电极的自电容以及在所述TX电极和所述一组RX电极中的一个RX电极之间的互电容，检测到对象在所述TX电极处的存在；和响应于检测到所述对象改变所述互电容而不使所述自电容改变超过阈值量，否认所述对象的存在。
10.一种电容感测电路，包括：
一组一个或更多个发射(TX)端口，所述一组一个或更多个发射端口被配置为生成第一组一个或更多个电流，其中，对于一组TX端口中的每个TX端口，所述TX端口与一组一个或更多个TX电极中的TX电极耦合，并且被配置为通过向所述TX电极施加对应于所述TX电极的第一激励电压以感应第一组电流中的第一电流来预充电所述TX电极的自电容以及在所述TX电极与一组一个或更多个接收(RX)电极中的RX电极之间的互电容，并且生成第二组一个或更多个电流，其中，对于所述一组TX端口中的每个TX端口，所述TX端口被配置为向所述TX电极施加参考电压以感应所述第二组电流中的第二电流；和处理逻辑，所述处理逻辑与所述一组TX端口耦合，其中，所述处理逻辑被配置为，对于所述一组TX电极中的每个TX电极：
基于所述第二组电流计算所述TX电极的自电容；和
基于所述第一组电流计算在所述TX电极和所述一组RX电极中的每个RX电极之间的互电容。
11.根据权利要求10所述的电容感测电路，还包括：
自电容感测通道，所述自电容感测通道与所述一组TX端口耦合，并且被配置为测量所述第二组一个或更多个电流的总和；和
一组互电容感测通道，所述一组互电容感测通道与所述一组RX电极耦合并被配置为测量所述第一组电流，其中，所述一组TX端口中的每个TX端口还包括：
第一开关，所述第一开关用于将所述参考电压施加到与所述TX端口耦合的所述TX电极，以及
第二开关，所述第二开关用于向所述TX电极施加所述第一激励电压。
12.根据权利要求10所述的电容感测电路，其中，对于所述一组TX端口中的第一TX端口和第二TX端口，
通过所述第一TX端口施加到与所述第一TX端口耦合的所述TX电极的所述第一激励电压与通过所述第二TX端口施加到与所述第二TX端口耦合的所述TX电极的所述第一激励电压互补。
13.根据权利要求10所述的电容感测电路，其中，对于所述一组TX端口中的每个TX端口，
所述TX端口被配置为在第一阶段期间将所述第一激励电压施加到与所述TX端口耦合的所述TX电极，并且
所述TX端口被配置为在所述第一阶段之后的第二阶段期间将所述参考电压施加到所述TX电极，并且
其中，所述TX端口还被配置为，对于所述一组TX端口中的每个TX端口，在所述第二阶段之后的第三阶段期间，向所述TX电极施加与所述第一激励电压互补的第二激励电压，以及
在所述第三阶段之后的第四阶段期间，将所述参考电压施加到所述TX电极。
14.根据权利要求10所述的电容感测电路，其中，所述处理逻辑还被配置为，对于所述一组TX电极中的每个TX电极：
基于施加到所述TX电极的所述参考电压和由所述参考电压感应的所述第二电流，计算对于所述TX电极的寄生电容；
通过基于所述第一组电流执行去卷积运算来计算在所述TX电极和所述一组RX电极中的每个RX电极之间的互电容；和
从所述寄生电容中减去所述互电容的总和。
15.根据权利要求10所述的电容感测电路，还包括：
所述一组TX端口还包括第一组开关，所述第一组开关被配置为将所述一组TX电极中的每个TX电极连接到公共总线导体；和
所述电容感测电路还包括自电容通道开关，所述自电容通道开关被配置为在所述一组TX电极中的每个TX电极连接到所述公共总线导体的同时将所述公共总线导体连接到电荷到代码转换器。
16.根据权利要求10所述的电容感测电路，其中，对于所述一组TX端口中的每个TX端口，所述TX端口还包括放电开关，所述放电开关被配置为选择性地在与所述TX端口耦合的所述TX电极和所述一组RX电极中的每个RX电极之间提供导电路径。
17.一种电容感测系统，包括：
电容传感器阵列，所述电容传感器阵列包括一组一个或更多个TX电极和一组一个或更多个RX电极；
一组一个或更多个发射(TX)端口，所述一组一个或更多个发射端口被配置为：
生成第一组一个或更多个电流，其中，对于所述一组TX端口中的每个TX端口，所述TX端口与所述一组TX电极中的TX电极耦合，并且被配置为通过向所述TX电极施加对应于所述TX电极的第一激励电压以感应所述第一组电流中的第一电流来预充电所述TX电极的自电容和在所述TX电极与所述一组一个或更多个接收(RX)电极中的RX电极之间的互电容，以及生成第二组一个或更多个电流，其中，对于所述一组TX端口中的每个TX端口，所述TX端口被配置为向所述TX电极施加参考电压以感应所述第二组电流中的第二电流；处理逻辑，所述处理逻辑与所述一组TX端口耦合，其中，所述处理逻辑被配置为对于所述一组TX电极中的每个TX电极，
基于所述第二组电流来计算所述TX电极的自电容，
基于所述第一组电流来计算在所述TX电极和所述一组RX电极中的每个RX电极之间的互电容；和
主机设备，所述主机设备与所述处理逻辑耦合，并被配置成基于以下项执行一个或更多个功能：
一组自电容，所述一组自电容包括对于所述一组TX电极中每个TX电极的自电容，以及一组互电容，所述一组互电容包括所述一组TX电极中的每个TX电极和所述一组RX电极中的每个RX电极之间的互电容。
18.根据权利要求17所述的电容感测系统，其中，对于所述一组TX端口中的第一TX端口和第二TX端口，
通过所述第一TX端口施加到与所述第一TX端口耦合的所述TX电极的所述第一激励电压与通过所述第二TX端口施加到与所述第二TX端口耦合的所述TX电极的所述第一激励电压互补。
19.根据权利要求17所述的电容感测系统，还包括：
显示器，所述显示器与所述主机设备耦合，其中，所述电容传感器阵列覆盖所述显示器，并且其中，所述主机设备被配置为响应于所述一组自电容和所述一组互电容来更新所述显示器。
20.根据权利要求17所述的电容感测系统，还包括：
交通工具，所述交通工具与所述主机设备耦合，其中，所述主机设备被配置为基于所述一组自电容和所述一组互电容来控制在所述交通工具中的一个或更多个交通工具子系统。

说明书全文

自电容和互电容感测相结合的方法

[0001] 相关申请

[0002] 本申请是于2017年12月21日提交的第15/850,119号美国专利申请的国际申请，其要求于2017年7月21日提交的第62/535,402号美国临时申请的优先权，这两个申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

[0003] 本公开涉及电容感测的领域，且特别是涉及自电容(SC)和互电容(MC)感测方法。

[0004] 背景

[0005] 计算设备(如笔记本电脑、个人数据助理(PDA)、信息亭(kiosk)、和移动手机)具有用户接口设备，其也称为人机接口设备(HID)。一种类型的用户接口设备是触摸传感器板(通常也称为触摸板)，其可用于模拟个人计算机(PC)鼠标的功能。触摸传感器板通过使用两个定义的轴来复制鼠标的X/Y移动，这两个定义的轴包含检测一个或更多个对象(例如手指或触笔)的定位的传感器电极的集合。触摸传感器板提供了用于执行诸如定位指针或选择显示器上的项目的功能的用户接口设备。另一种类型的用户接口设备是触摸式屏幕(touch screen)。触摸式屏幕(也称为触摸屏(touchscreen)、触摸窗口、触摸面板或触摸屏面板)是透明的显示叠层，其允许显示器被用作输入设备，移除键盘和/或鼠标作为用于与显示器的内容交互的主要输入设备。其他用户接口设备包括按钮、滑块等，其可用于检测触摸、轻敲、拖动和其他手势。

[0006] 电容感测系统越来越多地被用于实现这些和其他类型的用户接口设备，并且通过感测电极上生成的、反映电容变化的电信号来发挥作用。电容的这种变化可指示触摸事件或诸如手指的传导对象在电极附近的存在。感测电极的电容变化可以通过将从电容式感测元件测量的电容转换成将由主机设备解释的数字值的电路来测量。然而，现有电容测量电路的精度会因影响驱动电压、电流源输出、开关频率和测量电路内其他信号的噪声和波动而被降低。这种测量不精确会导致在基于电容的用户接口设备中的不精确的定位或触摸检测。

[0007] 附图简述

[0008] 本公开在附图的图中通过示例而非限制的方式进行说明。

[0009] 图1是示出根据实施例的电容感测系统的框图。

[0010] 图2示出了根据实施例的在交通工具中的电容感测系统。

[0011] 图3示出了根据实施例的多相感测过程的各个阶段的电路图。

[0012] 图4A-4D示出了根据实施例的表示多相组合自电容和互电容感测过程中的各阶段的电路图。

[0013] 图5示出了组合自电容和互电容感测系统的实施例。

[0014] 图6是示出根据实施例的在电容感测系统中生成的信号的时序图。

[0015] 图7示出了组合自电容和互电容感测系统的实施例。

[0016] 图8是示出根据实施例的在电容感测系统中生成的信号的时序图。

[0017] 图9示出了组合自电容和互电容感测系统的实施例。

[0018] 图10A-10D示出了根据实施例的表示在多相组合自电容和互电容感测过程中的各个阶段的电路图。

[0019] 图11是示出根据实施例的在电容感测系统中生成的信号的时序图。

[0020] 图12A-12B示出了根据实施例的表示在多相组合自电容和互电容感测过程中的各个阶段的电路图。

[0021] 图13是示出根据实施例的在电容感测系统中生成的信号的时序图。

[0022] 图14A-14B示出了根据实施例的表示补偿基线信号的电容感测过程中的各个阶段的电路图。

[0023] 图15示出了根据实施例的表示基线补偿过程中的各个阶段的电路图。

[0024] 图16是示出根据实施例的在基线补偿过程期间生成的信号的时序图。

[0025] 图17A-17B示出了根据实施例的表示补偿基线信号的电容感测过程中的各个阶段的电路图。

[0026] 图18示出了根据实施例的基线补偿过程的电路图。

[0027] 图19是示出根据实施例的在基线补偿过程期间生成的信号的时序图。

[0028] 图20A-20D示出了根据实施例的表示补偿基线信号的电容感测过程中的各个阶段的电路图。

[0029] 图21示出了根据实施例的用于执行组合的自电容和互电容感测的过程。

[0030] 图22示出了计算自电容和互电容的过程。

[0031] 详细描述

[0032] 下面的描述阐述了诸如特定系统、部件、方法等的示例的许多特定细节，以便提供对所要求保护的主题的若干实施例的良好理解。然而对本领域的技术人员将明显的是至少一些实施例可在没有这些特定细节的情况下被实施。在其他实例中，未详细描述或以简单框图形式呈现众所周知的部件或方法，以避免不必要地模糊所要求保护的主题。因此，阐述的特定细节仅仅是示例性的。特定的实施方式可根据这些示例性细节而变化，并且仍然被设想为在要求保护的主题的精神和范围内。

[0033] 通过电容式触摸感测表面(例如触摸屏或触控板)接受输入的计算设备受益于区分感测表面上的液体和旨在作为设备的输入端的实际手指或触控笔的触摸的能力。拒绝由液体引起的接触的一种方法是测量触摸传感器阵列中电极的自电容。例如，感测表面上的水影响电极之间的互电容，但不影响电极的通常表示电极和接地之间的电容的自电容。根据一种方法，通过向传感器阵列中的传感器电极的子集同相施加激励信号，可以在整个触摸感测表面上方测量自电容。例如，在包括与列电极相交的行电极的传感器阵列中，激励信号可以被施加到所有行电极或所有列电极。互电容测量是在单独的扫描周期中被执行的；例如，设备可以在执行自电容扫描和互电容扫描之间交替。

[0034] 然而，由于用于自电容测量的多个电极的同相激励，这种方法导致显著的电磁发射，这可能超过汽车或其他交通工具中使用的可接受极限。此外，以这种方式获得的自电容测量值会受到激励的传感器电极(例如，行电极)和非激励的传感器电极(例如，列电极)之间的互电容的影响；因此，这种实现方式包括以附加费用的附加屏蔽驱动器，以减少互电容的影响。此外，分开的自电容和互电容扫描导致对从互电容测量值得到的定位读数的较慢的更新速率。

[0035] 在一个实施例中，电容感测设备可以通过使用多相感测过程来同时测量互电容和自电容来解决这些问题。这种电容感测设备包括附加电路，以允许在多相自电容感测序列的预充电和感测阶段期间施加到电极的电压信号也被用于激励电极之间的互电容。自电容读数对互电容变化的敏感性是通过数据处理来被抑制的。

[0036] 这种组合的自电容和互电容测量生成了与互电容扫描本身类似的少量电磁辐射，且因此可用于低发射特性至关重要的应用。与使用电极的同相激励的自电容感测相比，发射可以减少100倍或更多。组合的自电容和互电容传感解决方案也不需要两个单独的过程来测量传感器阵列的自电容和互电容。相反，自电容和互电容值是从统一的扫描过程中获得的。该解决方案也可以在没有用于消除互电容变化对自电容读数的影响的附加屏蔽的情况下运行。自电容和互电容读数通过数据处理技术而被充分分离，使得传感器可以区分感测表面上的液体和有意触摸。

[0037] 图1示出了根据实施例的执行组合的自电容和互电容测量的电容感测系统100的功能框图。在感测系统100中，处理设备110测量来自电容式传感器阵列130中的电极的自电容和互电容。传感器阵列130包括一组一个或更多个TX传感器电极和一组一个或更多个RX传感器电极。TX传感器电极中的每个TX传感器电极经由TX线111中的一个TX线连接到处理设备110，而RX传感器电极中的每个RX传感器电极经由RX线112中的一个RX线连接到处理设备110。处理设备110对测量的电容值执行处理，以区分有意触摸和无意触摸(例如，传感器表面上的液体)，并确定有意触摸的位置。

[0038] 处理设备110向主机设备150报告有意触摸的位置。主机设备150基于报告的触摸位置执行一个或更多个功能。在一个实施例中，处理设备110可以向主机设备150报告测量的自电容和互电容，并且可以在主机设备150中执行对测量值的进一步处理。

[0039] 处理设备110包括多个部件，以用于向传感器阵列130提供激励信号，测量来自传感器阵列的产生的信号(例如，电流或电荷)，并基于测量结果计算自电容和互电容。多路复用器113包括开关电路，其选择性地将不同的传感器电极连接到激励信号或测量通道。TX发生器115生成TX信号作为激励信号，该激励信号经由多路复用器113和TX线111被选择性地施加到阵列130中的TX传感器电极。Vtx发生器114生成电压Vtx，当生成TX激励信号时，电压Vtx可以被选择性地施加到传感器电极。多路复用器113还可以选择性地向传感器电极施加接地电压。

[0040] 多路复用器113还可以选择性地将传感器阵列130中的电极连接到电荷到代码转换器116，使得由对电极的激励生成的电荷量可以被测量。在一个实施例中，电荷到代码转换器116在设定的时间段内积分电流，并将所产生的测量电荷转换成可用于进一步处理的数字代码。基线补偿电路117向电容到代码转换器116供应基线补偿信号，这降低了传感器阵列的基线信号的影响。可选地，基线补偿电路117可以将补偿信号施加到传感器阵列130下方的屏蔽电极。

[0041] 通道引擎118接收表示从每个电极测量的电荷的数字代码，并将原始值供应给去卷积器模块119，去卷积器模块119对这些值执行去卷积运算，以生成互电容图120和自电容向量121。互电容图120被表示为具有与传感器阵列中的行电极和列电极的数量相对应的规格(dimension)的值的矩阵，使得对于行电极中的一个行电极和列电极中的一个列电极之间的每个交叉点的互电容由矩阵中的元素表示。自电容向量包括对于每个TX电极(例如，行电极)的元素，其表示TX电极的自电容。

[0042] 互电容120和自电容121被传输到后处理和通信块122。后处理块122执行附加的计算，以检测任何有意触摸的存在，并基于电容120-121确定任何这种触摸的位置。触摸位置从块122传输到主机设备150。

[0043] 图2示出了根据实施例的交通工具200的框图，在交通工具200中实现了电容感测系统100。感测系统100包括主机150、处理设备110和传感器阵列130。在一个实施例中，传感器阵列130由诸如氧化铟锡(ITO)的透明导电材料构成，并覆盖在显示器202上。主机设备150控制显示器202，并响应于从传感器阵列130测量的自电容和互电容来更新显示器，使得显示器202和传感器阵列130一起用作触摸式屏幕。

[0044] 主机设备150经由传感器阵列130接收输入，该输入可用于控制交通工具200的一个或更多个子系统201。因此，交通工具子系统201基于从传感器阵列130测量的表示用户输入的自电容和互电容来控制。交通工具子系统201可以包括交通工具的气候控制、引擎管理、信息娱乐和/或其他电子控制的交通工具系统。

[0045] 图3示出了根据实施例的执行多相自电容感测的电容感测电路300的操作的两个阶段。电容感测电路300测量表示传感器阵列130中的第一RX电极和第N RX电极的两个电极RX-1和RX-N的自电容。电容Cs1和CsN分别表示电极RX-1和RX-N的自电容。

[0046] 在预充电阶段期间，通过断开开关SW3-1和SW3-N，感测电极RX-1和RX-N与感测通道301隔离。感测电极RX-1和RX-N因此彼此隔离，并且可以被预充电到不同的电压。在整个传感器阵列130中，一些电极可以被预充电到Vtx，而另一些电极被预充电到接地。如所示，SW2-1闭合，而SW1-1断开，使得电极RX-1连接到接地，而RX-N连接到Vtx。因此，自电容Cs1和CsN分别被预充电到接地和Vtx。

[0047] 在感测阶段期间，开关SW2-1和SW2-N断开，以将传感器电极RX-1和RX-N与它们各自的预充电电压断开连接。传感器电极RX-1和RX-N通过闭合开关SW3-1和SW3-N而被连接到感测通道301。电压Vref保持在电极RX-1和RX-N的每一个上。电荷Q1流入电极RX-1的自电容Cs1，因为RX-1被预充电到比Vref更低的电压。电荷QN从自电容CsN流出，因为RX-N被预充电到比Vref更高的电压Vtx。当对传感器阵列130中的所有RX电极(RX-1、RX-2…、RX-N)执行该过程时，感测通道301根据下面的方程1接收电荷Qin：

[0048] Qin＝Q1+Q2+...+QN； (方程1)在方程1中，值(Q1、Q2、…QN)分别表示预充电阶段之后存储在自电容(Cs1、Cs2、…CsN)中的电荷。方程1可以被重写为如以下方程2中所示：

[0049]

[0050] 在方程2中，(S1-Sn)表示对于由1、-1和0元素表示的测量周期的激励序列。值1指示在正向中激励，值-1指示在负向中激励，而值0指示没有激励电压被施加到传感器电极。因此，Utx表示从预充电阶段到感测阶段施加到电极的电压的变化。如方程2所示，Utx对于所有电极都是相同的；在可选实施例中，Utx在电极之间可以不同。

[0051] 如果传感器用N个不同的激励序列连续激励，激励过程可以被表示为具有值S11–SNN的激励矩阵S，如以下方程3所示。

[0052]

[0053] 在激励矩阵S中，同一行中的元素(例如S11、S21、…SN1)同时被施加到不同的电极，而同一列中的元素(例如S11、S12、…S1N)在不同的时间处被施加到相同的电极。如果激励矩阵S具有逆形式S-1，则可以通过执行如下面的方程4中的测量电荷值Qin的去卷积来确定感测的自电容，其中D是去卷积矩阵：

[0054]

[0055] 与同相激励所有行或列传感器电极相比，用反相信号的组合激励传感器电极减少了传感器的发射。发射取决于激励序列元素(例如S11-SNN)的总和。例如，如果元素的总和等于1，则在一定距离处可观察到的发射类似于由对单个电极激励所生成的发射。此外，去卷积计算中包括对于多个传感器电极的电荷测量结果，这产生去卷积后的平均效应，这反过来使得感测结果对注入传感器的噪声不太敏感。

[0056] 在一个实施例中，传感器电极可以在初始预充电阶段中在正向中被激励，并且在随后的预充电阶段中在负向中被激励。因此，施加到传感器电极的电压从Vtx摆动到接地。通过多个周期的过程，Vtx和接地之间的周期性电压摆动可以被施加到TX传感器电极，以用作用于测量TX传感器电极和一个或更多个RX电极之间的互电容的互电容激励信号。

[0057] 图4A、图4B、图4C和图4D分别示出了根据实施例的同时测量自电容和互电容的多相测量过程的阶段A、B、C和D。开关SW1和SW2在预充电阶段A和C中将TX传感器电极交替地连接到接地和Vtx。在预充电阶段A和C的每一者的中间，开关SW1和SW2被断开，并且开关SW3将TX传感器电极连接到感测通道401，感测通道401在其输入端处保持参考电压Vref。因此，感应的电流Itx和Irx对TX电极的自电容以及TX电极和RX电极之间的互电容充电并放电。互电容Cm在阶段B、C(在一个方向上感应电流Irx)和阶段D、A(在相反方向上感应Irx)期间施加的整个激励电压范围(从0V到Vtx)内充电和放电。在阶段B和D期间在感测通道401经由开关SW3连接到TX电极时，TX电极的自电容被感测。电容测量过程依次重复阶段A、B、C和D，在完成阶段D后继续回到阶段A。

[0058] 如图4A所示，开关SW2在阶段A期间将TX电极连接至接地，以感应出电流Irx来增加互电容中的电荷，同时减少自电容中的电荷。相对于前一阶段D，施加到TX电极的电压从Vref变为0V，因此增加了互电容Cm两端的电势差。相对于前一阶段D，自电容Cstx两端的电势差减小，因为Cstx的两侧现在都接地。

[0059] 在图4B中，在阶段B期间，开关SW1和SW2断开以将TX电极与Vtx和接地断开连接。开关SW3闭合以将TX电极连接到感测通道401。感测通道401在TX电极处保持电压Vref，感应出电流Itx，该电流Itx增加自电容Cstx中的电荷。电流Irx是Itx的一部分，它减少了存储在互电容Cm中的电荷。相对于前一阶段A，TX电极处的电压从0V增加到Vref，增加了自电容Cstx两端的电势差。互电容Cm两端的电势差减小，因为Cm的两侧现在都处于Vref。

[0060] 如图4C所示，开关SW1在阶段C期间将TX电极连接到Vtx，以感应出电流Irx来增加自电容Cstx和互电容Cm中的电荷。相对于前一阶段B，施加到TX电极的电压从Vref增加到Vtx，从而增加互电容Cm两端的电势差。相对于前一阶段B，自电容Cstx两端的电势差也增加了。

[0061] 在图4D中，开关SW1和SW2在阶段D期间断开以将TX电极与Vtx和接地断开连接。开关SW3闭合以将TX电极连接到感测通道401。感测通道401在TX电极处保持电压Vref，感应出电流Itx，该电流Itx减少自电容Cstx中的电荷。电流Irx减少了存储在互电容Cm中的电荷。相对于前一阶段C，TX电极处的电压从Vtx降至Vref，从而降低了自电容Cstx两端的电势差。
互电容Cm两端的电势差也降低了，因为Cm的两侧现在都处于Vref。

[0062] 下面的表1表示对于阶段A、B、C和D中的每一个阶段，分别转移到TX侧和RX侧的感测通道401和402的电荷。在表1中，在阶段A、B、C和D期间转移到TX感测节点的电荷分别被表示为QtxA、QtxB、QtxC和QtxD。在阶段A、B、C和D期间转移到RX节点的电荷分别被表示为QrxA、QrxB、QrxC和QrxD。

[0063] 表1：激励阶段期间转移的电荷

[0064]

[0065]

[0066] 耦合到TX感测通道401的输入端的TX节点(代表TX电极)中的电荷在阶段B期间增加，而在阶段D期间减少，因为Uref小于Utx。因此，在TX感测通道401输入端关于所有阶段测量的总电荷Qtx由下面的方程5提供。

[0067] Qtx＝QtxB-QtxD＝Utx·(Cstx+Cm) (方程5)

[0068] 耦合到RX感测通道402的输入端的RX节点(代表RX电极)中的电荷在阶段D和阶段A期间增加，而在阶段B和阶段C期间减少。因此，在TX感测通道402输入端处测量的总电荷Qrx由下面的方程6提供。

[0069]

[0070] 自电容感测通道401的积分周期是互电容感测通道402的积分周期的一半长。因此，互电容Cm对由TX感测通道401测量的电荷Qtx的影响可以被消除，如方程7所示，以获得表示由于自电容Cstx测量的电荷的Qtx’。

[0071] Qtx′＝Qtx-0.5·Qrx＝Utx·(Cstx+Cm)-Utx·Cm＝Utx·Cstx

[0072] (方程7)[0073] 图5示出了根据实施例的感测系统100的一部分，其被配置用于对传感器阵列130中的多个TX和RX传感器电极执行自电容和互电容感测的上述方法。感测系统100的图示部分包括传感器阵列130和处理设备110的部件。处理设备110包括一组TX端口，传感器阵列130中的每个TX传感器电极连接有一个TX端口。该一组TX端口包括分别连接到相对应的第一TX传感器电极、第二TX传感器电极和第NTX传感器电极的TX端口601-1、601-2、601-N。为了清楚起见，处理设备110包括用于其他TX电极的附加TX端口，这些端口在图5中被省略。阵列130中的每个RX传感器电极经由RX多路复用器606连接到一组电荷到代码转换器(即电荷ADC)设备(例如605)中的一个。

[0074] TX端口601-1–601-N中的每一个具有与TX端口601-1相似的结构，并且以相似的方式操作。TX端口601-1包括开关SW1-1、SW2-1和SW3-1，它们以与图4A-4D所示的相应开关SW1、SW2和SW3相似的方式操作。这些开关的定时由TX序列发生器115基于开关频率Ftx来控制。由TX序列发生器115生成的读取使能(RdE)信号控制开关SW3-1，开关SW3-1可以被闭合以将TX引脚603-1(其连接到第一TX电极)连接到自电容读取总线602。其他TX端口中的相对应的SW3开关也是通过RdE信号被闭合的，使得所有TX电极同时被连接到总线602。总线602连接到TX感测通道的电荷模数转换器(ADC)604或电荷至代码转换器的输入端，以用于以与图C1-C4中TX感测通道401相似的方式感测TX电极的自电容。用于自电容感测TX通道的电荷ADC 604类似于用于互电容感测RX通道的电荷ADC(例如，605)；然而，电荷ADC 604可以具有不同的增益来补偿被感测的较大电容。自电容感测TX通道测量来自多个TX端口(例如，601-1–601-N)的感应电流的总和，而互电容感测RX通道(例如，电荷ADC 605)各自测量在单个RX电极处感应的电流。

[0075] 在一个实施例中，如由矩阵S所定义的，两个或更多个TX端口向其相应的TX电极施加互补信号。例如，TX端口601-1通过开关SW1-1、SW2-1和SW3-1的操作交替地将Vtx、Vref和接地电压施加到第一TX电极来将信号施加到该TX电极。TX端口601-2向第二TX电极施加信号，该信号与由TX端口601-1向第一TX电极施加的信号互补。当TX端口601-1向第一TX电极施加Vtx时，TX端口601-2将第二TX电极连接到接地。当TX端口601-1将第一TX电极连接到接地时，TX端口601-2将Vtx施加到第二TX电极。由于差分激励，由两个信号生成的发射因此在离TX电极足够的距离处被抵消。

[0076] 图6示出了根据实施例的在感测系统100的操作期间生成的信号的时序图。波形SW1、SW2和SW3显示了用于操作TX端口中的开关(例如SW1-1、SW2-1和SW3-1)的控制信号。为了生成反相激励信号，用于开关SW1和SW2的控制信号被交换。如前所述，每个TX端口向其TX电极施加对应于该TX电极的电压的序列，如由多相激励序列矩阵S所示。波形+TX和–TX显示分别对应于矩阵S中的+1和-1元素的激励信号模式。

[0077] 波形I-SC-自和I-RX-互分别示出了由自电容感测通道(例如401)和互电容感测通道(例如402)接收的电流。在一个实施例中，自电容感测通道和互电容感测通道在正向和负向上积分I-SC-自电流和I-RX-互电流。因此，SC-VintP表示I-SC-自的正脉冲的积分，SC-VintN表示I-SC-自的负脉冲的积分，MC-VintP表示I-RX-互的正脉冲的积分，而MC-VintN表示I-RX-互的负脉冲的积分。

[0078] 箭头701指示了I-SC-自电流中的电流脉冲与积分波形SC-VintP和SC-VintN中产生的增加或减少之间的对应关系。箭头702指示了在I-RX互电流中的电流脉冲与积分波形MC-VintP和MC-VintN中产生的增加或减少之间的对应关系。

[0079] 互/自同步信号(对应于供应给电荷ADC 604和605的同步信号)在正电流脉冲出现的时段期间是有效的(asserted)，而在负电流脉冲出现时段的期间是失效的(deasserted)，因此正脉冲和负脉冲可以使用不同的积分电容器进行积分。互/自同步信号的上升和下降跃迁(transition)分别指示对于正电流的积分开始和结束时间以及对于负电流的积分结束和开始时间。SC-VintP、SC-VintN、MC-VintP和MC-VintN信号表示积分电容器电压，且其特征在于由于I-SC-自和I-RX-互的正电流脉冲或负电流脉冲而产生的增加或减少(如701，702所示)，随后是参考电流的线性放电。放电时间受接收到的流入电荷量的影响。

[0080] 在一个实施例中，对于TX传感器电极和RX传感器电极的每个交叉点的互电容可以基于激励模式矩阵S和由于感应电流而被转移的测量电荷来确定。矩阵S的每行对应于在传感器激励的每个步骤中施加到传感器阵列130中的TX电极的激励模式。矩阵Cx可用于表示传感器阵列130的互电容。矩阵Cx中的每列值表示对应于TX电极沿单个RX电极的长度的交叉点的互电容。由激励电压差Utx缩放的矩阵S和Cx的乘积是矩阵QXm，其表示由RX通道测量的信号，如下面的方程8所示。

[0081] QXm＝Utx·S·Cx (方程8)

[0082] 矩阵QXm的行表示由激励矩阵S的相对应的行所表示的每个激励模式生成的信号(即测量的电荷)。矩阵QXm表示卷积后的数据，该卷积后的数据可以被去卷积来计算互电容。卷积后的数据QXm乘以求解矩阵S-1，求解矩阵S-1是激励矩阵的逆矩阵，如方程9所示。

[0083]

[0084] 所得矩阵Cx中的值表示TX电极和RX电极之间的互电容。

[0085] 为了计算对于每个TX电极的自电容，首先基于施加到TX电极的电压和感应电流来计算寄生电容。寄生电容可以表示为列向量Cp。自电容感测的结果是列向量QXp，如下面的方程10中所示。

[0086] QXp＝Utx·S·Cp (方程10)使用逆激励矩阵S-1，可以执行去卷积计算来恢复对于TX电极的自电容值，如方程11所示。

[0087]

[0088] 列向量Cp表示由TX感测通道测量的寄生电容的值；这些寄生电容中的每一个包括相关联的TX电极的自电容以及在TX电极和交叉的RX电极之间的互电容。对于每个TX电极的自电容是通过从TX电极的寄生电容中减去TX电极的先前计算的互电容的总和来计算出的。关系在下面的方程12中被示出：

[0089] Cp＝Cms+Cs (方程12)

[0090] 向量Cms的值可以从先前确定的互电容图Cx中计算出来，如方程13所示。

[0091] Cms＝∑rCx[r，c] (方程13)

[0092] 在方程13中，r表示互电容图Cx的行索引，以及c表示互电容图Cx的列索引。所需的自电容值(如矩阵Cs)可以如方程14所示进行计算。

[0093] Cs＝Cp-Cms (方程14)

[0094] 用于确定互电容、寄生电容和自电容的上述计算在处理设备110中的处理逻辑(例如，通道引擎118、去卷积器119等)中被执行。在可选实施例中，这些计算可以在主机设备150或另一设备中被执行。

[0095] 图7示出了根据实施例的电容感测系统100的一部分，其用于执行用于同时测量自电容和互电容的六阶段感测过程。图7所示的测量电路类似于图5所示的电路，但附加地包括TX自电容通道开关SWsc和RX通道开关SWRx，这允许感测通道被选择性地断开连接。此外，TX序列发生器115根据不同的时序控制开关(SWsc、SW3-1、SW1-1等)来使用六阶段过程执行测量，如下所述。

[0096] 在四阶段过程中，如参考图4A-4D所述，由于连接到其输入端的TX传感器电极的不同时间常数，自电容感测通道受到在阶段B和阶段D的开始时高值电流尖峰的影响。这些电流尖峰可能使自电容感测通道的输入级饱和，并使通道读数失真。在一个实施例中，六阶段过程通过增加两个附加阶段来避免这个问题，在每个预充电阶段(即，当TX电极连接到Vtx或接地时)和感测阶段(即，当TX电极连接到感测通道时)之间有一个附加阶段。

[0097] 在附加阶段期间，TX感测电极连接到自电容读取总线602，同时开关SWsc断开以将总线602与充电ADC 604断开连接。在这个“共享”阶段期间，在多个TX电极线中收集的电荷在所有TX电极线之间共享。在共享阶段结束时，电荷等于如矩阵S中提供的激励序列元素的总和乘以在单个TX电极线中收集的电荷，如下面的方程15所述。

[0098] Qx＝Uex·Cx·∑Si (方程15)因此，到达感测阶段时的电流条件是可预测的，并且可以避免可能对TX感测通道的读数产生负面影响的电流尖峰的发生。在感测阶段，开关SWsc闭合，而开关SWRx断开。开关SW3-1和其它TX端口中的相对应的SW3开关保持闭合，以将TX传感器电极中的每一个连接到自电容读取总线602。

[0099] 图8是示出根据实施例的如在图7中所示的电容感测系统的六阶段操作的时序图。六个阶段在图8中被标示为阶段A、B、C、D、E和F。阶段A和D是预充电阶段，阶段B和E是共享阶段，而阶段C和F是感测阶段。波形SW1、SW2和SW3显示了用于操作TX端口中的开关(例如SW1-
1、SW2-1和SW3-1)的控制信号。TXx波形示出了由开关的操作产生的TX传感器电极处的信号。波形SWsc和SWRx分别显示用于操作开关SWsc和SWRx的控制信号。

[0100] 波形IinSC和IinMC分别示出由自电容感测通道604和互电容感测通道(例如，605)接收的电流。SC-VintP表示IinSC的正脉冲的积分，SC-VintN表示IinSC的负脉冲的积分，MC-VintP表示IinMC的正脉冲的积分，以及MC-VintN表示IinMC的负脉冲的积分。

[0101] 箭头901指示IinSC电流中的电流脉冲与积分波形SC-VintP和SC-VintN中产生的增加或减少之间的对应关系。箭头902还指示I-RX-互电流中的电流脉冲与积分波形MC-VintP和MC-VintN中产生的增加或减少之间的对应关系。信号CintP在正电流脉冲出现的时段期间是有效的，而在负电流脉冲出现的时段期间是失效的，因此可以使用不同的积分电容器对正脉冲和负脉冲进行积分。类似地，CintN与CintP相反，且在正电流脉冲出现的时段期间是失效的，而在负电流脉冲出现的时段期间是有效的。CintP和CintN的下降沿跃迁指示对于每个感测通道中它们的相应的积分电容器的积分结束时间。SC-VintP、SC-VintN、MC-VintP和MC-VintN信号表示积分电容器电压，且其特征在于由于IinSC和IinMC的正电流脉冲或负电流脉冲而产生的增加或减少(如901、902所示)，随后是参考电流的线性放电。放电时间受接收到的流入电荷量的影响。

[0102] 在上述方法中，自电容是通过从测量的寄生电容中减去互电容的影响来计算的，如上面的方程14所述。对于TX电极的寄生电容是TX电极的自电容(TX电极和接地之间)与TX电极和交叉的RX电极之间的互电容之和。在一个实施例中，这种方法的有效性可能受到自电容和互电容感测通道的增益精度的限制。感测通道增益的不精确性会在自电容测量中引入失真，该失真与由距离感测表面中等距离的对象(例如，执行悬停姿势或被手套覆盖的手指)生成的信号是可比较的。在一个实施例中，在感测系统中更容易被检测到这样的对象，该感测系统通过在共享和感测阶段期间在传感器电极之间提供导电路径来消除互电容两端的电势差。以这种方式，在互电容中收集的电荷被消除。

[0103] 图9示出了根据实施例的感测系统100的一部分，其中存储在传感器电极之间的互电容中的电荷在共享和感测阶段期间被消除。在图9中，K×M阵列130中的传感器电极的每一个通过统一引脚多路复用器(MUX)连接到感测通道。例如，K个TX传感器电极连接到引脚MUX 1001-1、1001-2、1001-3…1001-K。M个RX传感器电极连接到引脚MUX 1002-1、1002-2…1002-M。引脚MUX单元中的每一个是一种类型的端口，其允许激励信号(通过开关SW1和SW2)施加到连接的传感器电极，将电极通过SC总线1015(通过闭合SW3)连接到自电容(SC)通道
1011，或者将电极通过RX总线1014(通过闭合SWRx)连接到互电容(MC)通道1012中的一个。

[0104] 每个引脚MUX将其配置存储在其自己的软件控制逻辑单元(例如，1003-1)中。该配置通过序列配置总线1010和1013从主机设备150传输到每个引脚MUX。在一个实施例中，总线1010和1013被实现为单总线。

[0105] 当SW3闭合并且所有其他开关断开时，所有传感器电极连接到公共总线导体(即，SC总线1015)。因此，开关SW3可操作为放电开关，以选择性地在TX电极和RX电极之间提供导电路径，使得存储在TX电极和RX电极之间的互电容中的电荷可以被放电。

[0106] 图10A、图10B、图10C和图10D示出了根据实施例的使用互电容放电技术测量自电容和互电容的四阶段过程。图示的感测电路包括TX电极Tx1和TxK以及与TX电极相交的一个RX电极RxM。TX电极Tx1和TxK的自电容分别标示为Csx1和CsxK。Tx1和RxM之间的互电容被标示为Cm1，且TxK和RxM之间的互电容被标示为CmK。虽然为了清楚起见，仅示出了Tx1和TxK，但是实际上，其他TX传感器电极及其相关联的开关也被连接在电路中，并且以与Tx1和TxK相似的方式操作。

[0107] 图10A示出预充电阶段A，其中根据矩阵S中定义的多相激励序列，TX电极Tx1和TxK分别通过开关SW1-1、SW2-1、SW1-K和SW2-K预充电到接地和TX电压Vtx。此时，RX电极RxM经由SWRx连接到互电容感测通道1102，互电容感测通道1102在其输入端处保持参考电压Vref。互电容Cm1和CmK由于这些电容两端的电势差而被充电。互电容感测通道1102测量由互电容充电引起的电流Irx。

[0108] 图10B示出了阶段A之后的过程的感测阶段C(可选阶段B将在随后的段落中描述)。在感测阶段C期间，通过断开开关SWRx，互电容感测通道1102与RxM断开连接。所有传感器电极通过闭合用于每个电极的开关SW3(即，SW3-1、SW3-K、SW3-M)连接到SC总线1015，并且自电容感测通道1101通过闭合开关SWsc连接到SC总线1015。互电容Cm1和CmK通过电流Icm放电。同时，自电容感测通道1101在其输入端处保持参考电压Vref，TX电极Tx1和TxK连接到自电容感测通道1101的输入端。因此，自电容Cx1和CsxK通过SC总线1015在TX电极之间共享其电荷，同时由感应电流Itx再充电到参考电压Vref。RX电极RxM的自电容Csrx中收集的电荷不会影响测量结果，因为它在感测阶段C之前被预充电到Vref。

[0109] 图10C示出了在阶段C之后的预充电阶段D，其中根据矩阵S中定义的多相激励序列，TX电极Tx1和TxK分别通过开关SW1-1、SW2-1、SW1-K和SW2-K预充电到TX电压Vtx和接地。此时，RX电极RxM经由SWRx连接到互电容感测通道1102，互电容感测通道1102在其输入端处保持参考电压Vref。互电容Cm1和CmK由于这些电容两端的电势差而被充电。互电容感测通道1102测量由互电容充电引起的电流Irx。

[0110] 图10D示出了该过程的感测阶段F(可选阶段E将在随后的段落中描述)。在感测阶段F期间，通过断开开关SWRx，互电容感测通道1102与RxM断开连接。所有传感器电极通过闭合用于每个电极的开关SW3(即，SW3-1、SW3-K、SW3-M)连接到SC总线1015，并且自电容感测通道1101通过闭合开关SWsc连接到SC总线1015。互电容Cm1和CmK通过电流Icm放电。同时，自电容感测通道1101在其输入端处保持参考电压Vref，TX电极Tx1和TxK连接到自电容感测通道1101的输入端。因此，在由感应电流Itx被再充电到参考电压Vref的同时，自电容Csx1和CsxK通过SC总线1015在TX电极之间共享它们的电荷。在RX电极RxM的自电容Csrx中收集的电荷不影响测量结果，因为它在感测阶段C之前被预充电到Vref。相对于阶段C，阶段F中的Itx以相反的方向流动，因为前一预充电阶段D将TX电极Tx1和TxK充电到与预充电阶段A中使用的电压互补的电压。

[0111] 图11示出了根据实施例的在实现如图10A-10D所示的互电容放电技术的四阶段自电容和互电容测量过程期间生成的信号的时序图。该四个阶段在图11中被标示为阶段A、C、D和F。阶段A和D是预充电阶段，且阶段C和F是感测阶段。波形SW1、SW2和SW3显示了用于操作TX引脚MUX中的开关(例如SW1-1、SW2-1和SW3-1)的控制信号。Tx1波形示出了由开关的操作产生的Tx传感器电极Tx1处的信号。波形SWsc和SWRx分别显示用于操作开关SWsc和SWRx的控制信号。

[0112] 波形IinSC和IinMC分别示出由自电容感测通道1101和互电容感测通道1102接收的电流。SC-VintP表示IinSC的正脉冲的积分，SC-VintN表示IinSC的负脉冲的积分，MC-VintP表示IinMC的正脉冲的积分，以及MC-VintN表示IinMC的负脉冲的积分。

[0113] 具有互电容放电机制的组合的自电容和互电容感测方法也可以被实现为六阶段过程，其中添加了共享阶段B和E。共享阶段B在图12A中被示出，并且发生在预充电阶段A之后并在感测阶段C之前。共享阶段E在图12B中被示出，并且发生在预充电阶段D之后并在感测阶段F之前。阶段A、C、D和F如先前在图10A-10D中所述地操作。在共享阶段B和E期间，所有TX传感器电极(例如，Tx1、TxK)经由闭合开关SW3(例如，SW3-1和SW3-K)连接到SC总线1015。此时存储在TX电极的自电容(例如，Csx1、CsxK)中的任何电荷经由SC总线1015在所有TX电极之间共享。同时，互电容感测通道1102接收由诸如Cm1和CmK的互电容两端的电势差感应的电流Irx引起的电荷。

[0114] 图13是示出根据实施例在实现如图Ea1-Eb2所示的互电容放电技术的六阶段自电容和互电容测量过程期间生成的信号的时序图。

[0115] 图14A和图14B示出了根据实施例的包括基线补偿电路的电容感测电路1900，其用于执行具有互电容放电的六阶段组合的自电容和互电容感测过程。感测电路1900包括两个TX传感器电极Tx1和TxK以及两个RX传感器电极Rx1和RxM。电容Cstx1、CstxK、Csrx1和CsrxM表示对于电极Tx1、TxK、Rx1和RxM的各自的自电容。电极Tx1连接到引脚MUX 1001-1，电极TxK连接到引脚MUX 1001-K，电极Rx1连接到引脚MUX 1002-1，以及电极RxM连接到引脚MUX 1002-M。电极Tx1、TxK、Rx1和RxM可以通过引脚MUX中的相应开关SW3-1、SW3-K、SW3-18和SW3-M选择性地连接到SC总线1015，并且可以经由相应开关SWref-1、SWref-K、SWref-18和SWref-M选择性地连接到参考总线1901。

[0116] 开关SWRx-1、SWRx-K、SWRx-18和SWRx-M允许电极Tx1、TxK、Rx1和RxM经由Rx总线1014选择性地连接到独立的Rx感测通道。如图14A所示，电极Rx1和RxM分别连接到感测通道
1012-18和1012-M。类似于连接到TX电极的SW1和SW2开关，SW1-18、SW2-18、SW1-M和SW2-M可操作以选择性地将RX电极Rx1和RxM连接到Vtx和接地电压，以针对这些电极生成激励信号。

[0117] 如图14A所示，感测电路1900处于预充电阶段，其中传感器电极Tx1连接到激励电压Vtx，并且Vref被施加到Rx1。图14B示出了感测阶段，其中传感器电极通过SC总线1015连接在一起，并且通过SWsc开关连接到自电容感测通道1101的低阻抗输入端。在此阶段期间，互电容(例如Cm1、CmK)通过电流Icm放电，且传感器电极存储的电荷大约等于在单一线上收集的电荷乘以多相激励序列元素(即来自矩阵S)的总和。该电荷由自电容感测通道1101的电荷ADC接收。

[0118] 即使在感测表面上没有对象时，该电荷也可以通过传感器的操作生成，从而产生基线信号。基线补偿电压由基线补偿信号发生器1903生成，并被施加到屏蔽1902以补偿基线信号。施加相对于传感器电极上的电压具有相反极性的基线补偿电压在自电容感测通道1101的输入端处生成电流，该电流可用于补偿从传感器电极生成的电流。如果施加到屏蔽
1902的补偿电压与相对于参考电压Vref的传感器电压相同，则感测通道1101的电荷ADC接收零电荷。通过操作开关SWup、SWmid和SWdn来执行施加到屏蔽1902的基线补偿电压的调制。

[0119] 传感器电极之间的电容可以随温度变化；然而，这些电容用于生成基线补偿信号，因为基线补偿电压被施加到屏蔽上。因而，传感器中收集的电荷和通过屏蔽1902注入的电荷相关联，并且对热变化的灵敏度降低。

[0120] 图15示出了等效电路的三种配置，其中基线补偿电压被施加到屏蔽导体1902。对于具有N个TX电极的传感器阵列150，多相序列S可以包括元素[S1，S2，…SN]，其中每个元素SX等于+1或-1。每个元素SX是多相序列权重系数，其具有的符号表示施加到相对应的电极的激励信号的相位。

[0121] 如果元素的总和等于1(即，∑S＝+1))，则序列S包括奇数个元素。该传感器可被视为等同于其中单个传感器电极线被预充电到激励电压Vtx而剩余电极中的平均电荷为零的传感器。配置2101示出了这种情况，其中单个电极的自电容Cs1被预充电到Vtx，而偶数个剩余电极的正电荷电容Cs2和负电荷电容CsN连接在一起并共同存储零电荷。

[0122] 在所有传感器电极连接到SC总线1015之后(如在配置2102中)，存储在Cs1中的电荷与其他电极共享，因此SC总线1015处的电压约为Vref+(Vtx-Vref)/N，其中N是连接的电极的数量。如果屏蔽1902的电压降低的量为Δ(等于(Vtx-Vref)/N)，则屏蔽1902处的产生的电压是Vref-(Vtx-Vref)/N(如配置2103所示)。SC总线1015上产生的电压降低了与参考电压Vref相同的量。因此，如果SC总线1015处的电压Vref被施加到感测通道ADC的输入端，该感测通道ADC的另一输入端也连接到参考电压Vref，则该ADC接收零电流。

[0123] 图16示出了显示在示例性TX电极和屏蔽1902处生成的信号的时序图。如图16所示，施加到屏蔽1902的基线补偿信号在范围Δ内、在每个共享阶段的每一开始处转变时变化。虚线指示关于在其中共享和感测阶段是分时的可选配置生成的信号。

[0124] 图17A和图17B示出了根据实施例的包括基线补偿电路的电容感测电路2300，其用于执行具有互电容放电的六阶段组合的自电容和互电容感测过程。感测电路2300以与感测电路1900类似的方式操作，不同之处在于屏蔽1902处的电压是恒定的，并且供应给感测通道1101的电荷ADC的参考电压用基线补偿信号进行调制。如图17A和图17B所示，基线补偿信号发生器2303生成基线补偿信号，该基线补偿信号被施加到用于感测通道1101的ADC的下输入端而不是屏蔽1902。

[0125] 图18示出了表示在感测阶段期间的感测电路2300的等效电路2500，其中基线补偿电压被施加到感测通道的输入端，以用于补偿感测电路2300的基线信号。在电路2500中，基线补偿信号发生器2303将基线信号Vref-(Vtx-Vref)/N施加到ADC的下输入端，同时将相同的电压施加到上输入端。因此，感测通道1101没有检测到电流。

[0126] 图19示出了显示在示例性TX电极和感测通道ADC的下输入端处生成的信号的时序图。在图19中，施加到ADC的基线补偿信号在范围Δ内、在每个共享阶段的每一开始处转换时变化。虚线指示关于在其中共享和感测阶段是分时的可选配置生成的信号。

[0127] 图20A、图20B、图20C和图20D示出了根据实施例的用于执行测量过程的阶段，其中在传感器电极和传感器阵列附近的导电对象2701(例如，用户的手指)之间的电容Cf中收集的电荷被测量，而不受电极和屏蔽之间的电容的影响。对象2701可以被建模为经由电阻Rb接地的节点。图20A示出了预充电阶段，其中激励信号模式被施加到传感器电极，对激励电极和屏蔽2702之间的电容Cs、电极之间的互电容Cm以及对象2701和对象附近的电极之间的电容Cf充电。

[0128] 图20B示出了互电容放电阶段，其中传感器电极之间的互电容Cm中收集的电荷通过将传感器电极彼此连接而被放电。一旦被连接，存储在互电容中的电荷在所有电极之间共享。电容Cs和Cf存储的电荷量对应于所有传感器电极上平均的总互电容电荷。在此阶段，开关2704也被断开，以将屏蔽2702与参考电压Vref断开连接。

[0129] 图20C示出了自电容放电阶段，其中传感器电极通过闭合开关2703连接到屏蔽2702。电极和屏蔽2702之间的电容Cs被放电。存储在对象2701和传感器电极之间的电容Cf中的电荷保持不变。

[0130] 图20D示出了感测阶段，在该感测阶段中，电容Cf中存储的剩余电荷被测量。传感器电极通过闭合开关2703连接到屏蔽2702，并且屏蔽2702通过闭合开关2705连接到感测通道2706。因此，存储在电容Cf中的电荷被感测通道2706接收。对Cf的测量不受传感器温度的变化影响。此外，理论基线信号为零，因为基线信号是由屏蔽缺陷引起的。然而，噪声可以从经由电容Cshld电容耦合到屏蔽的LCD显示器2707注入到屏蔽2702中。

[0131] 图21是示出根据实施例的用于执行电容传感器阵列的组合的自电容和互电容测量的测量过程3100的流程图。测量过程3100由感测系统100的部件执行，感测系统包括传感器阵列130、处理设备110和主机150。过程3100包括用于执行六阶段测量过程的操作，其中阶段A、B、C、D、E和F分别表示预充电、共享、感测、预充电、共享和感测阶段，它们在循环中重复。

[0132] 过程3100的预充电阶段A中的操作对应于以下所示的电路配置：图4A，阶段A(关于+1相位)；图4C，阶段C(关于-1相位)；图10A，阶段A(对于+1相位)；以及图10C，阶段D(关于-1相位)。阶段A包括块3101和3103。

[0133] 在块3101处，在预充电阶段A期间，处理设备110通过向TX电极施加激励电压来预充电对于每个TX电极的自电容Cstx以及TX电极和与TX电极相交的RX电极之间的互电容Cm。在一个实施例中，根据对于存储在激励矩阵S中的TX电极的相对应的值(例如+1或-1)，TX电极均被预充电到激励电压Vtx或0V之一。

[0134] 激励矩阵S可以指示对于一个TX电极的激励电压，该激励电压与另一个TX电极的激励电压互补。在一个实施例中，互补电压位于信号的动态范围的相对端处；因此，Vtx和0V彼此互补，因为TX信号在0V和Vtx之间变化。互补激励电压同时被施加到不同的TX电极。

[0135] 施加激励电压Vtx或0V会为流经互电容Cm的每个TX电极感应电流Irx，Irx的方向取决于激励电压是Vtx还是0V。块3101因此生成第一组感应电流，包括对于向其施加相对应的激励电压的每个TX电极的电流Irx。电流Irx由互电容感测通道(例如，图C1、C3中的402或图Ea1、Ea3中的1102)测量。

[0136] 在块3103处，在阶段A结束时的处理逻辑110在继续到下一阶段B之前停止通过自电容感测通道(例如，401、1101)的可能在测量过程3100循环的先前迭代期间(例如，在块3131处)已经开始的任何先前的积分过程。在一个实施例中，积分过程通过响应于互/自同步或CintP或CintN信号的上升沿或下降沿而由参考电流开始积分电容器的放电来结束。互电容感测通道(例如，402、1102)的积分在阶段A结束时极性切换；例如，正电荷的积分结束，且负电荷的积分开始，反之亦然。互电容感测通道的积分电容器也由参考电流放电，当积分结束时，参考电流开始对电容放电。

[0137] 在一个实施例中，共享阶段B可以可选地被绕过以实现四阶段测量过程。在这种情况下，过程3100从阶段A继续到在块3107处的感测阶段C。对于六阶段过程，过程3100从阶段A继续到在块3107处的共享阶段B。过程3100的共享阶段B中的操作对应于图12A的阶段B(关于+1相位)和图12B的阶段E(关于-1相位)中所示的电路配置。阶段B包括块3105。

[0138] 在块3105处，处理设备110将TX电极中的每一个连接到公共总线导体。例如，参考图9，连接到引脚MUX 1001-1–1001-K的TX电极在闭合SWsc之前通过它们相应的开关SW3连接到SC总线1015。类似地，参考图7，连接到TX端口601-1–601-N的TX电极在闭合SWsc之前连接到SC总线602。过程3100从阶段B的块3105继续到在块3107处的阶段C。

[0139] 过程3100的感测阶段C中的操作对应于以下附图中所示的电路配置：图4B的阶段B(关于+1相位)；图4D的阶段D(关于-1相位)；图10B的阶段C(关于+1相位)；和图10D的阶段F(关于-1相位)。阶段C包括块3107-3115。

[0140] 在块3107处，处理设备110经由开关SW3和SWsc将每个TX电极连接到自电容感测通道(例如，图C2、C4中的401，或图Ea2、Ea4中的1101)的电荷到代码转换器。感测通道在其输入端处保持参考电压Vref；因此，参考电压Vref被施加到连接的TX电极中的每一个。电势的变化为每个TX电极感应出可以由感测通道401或1101测量的电流Itx。块3107因此生成第二组感应电流，包括对于连接到感测通道的每个TX电极的电流Itx。

[0141] 在一个实施例中，在块3109处，处理设备110提供导电路径，以对每个TX电极和与TX电极相交的RX电极之间的互电容Cm放电。参考图10B，例如，互电容Cm1通过闭合开关SW3-M和SW3-1将TX电极Tx1和RX电极RxM连接到SC总线1015而被放电。

[0142] 在一个实施例中，过程3100包括块3111，其中基线补偿电路1903用于将基线补偿信号施加到屏蔽1902，屏蔽1902与传感器阵列130中的所有电极电容耦合，如参考图Fa1-Fa4所述。将基线补偿信号施加到屏蔽1902减少了自电容感测通道(例如，1101)的电荷到代码转换器处接收的基线电流。

[0143] 在一个实施例中，过程3100包括块3113，在块3113中，如图17A所示，基线补偿电路2303被用于将基线补偿信号施加到自电容感测通道的电荷到代码转换器的参考输入端，如参考图17A-19所述。将基线补偿信号施加到电荷到代码转换器的参考输入端减少了电荷到代码转换器的基线输出。

[0144] 在各种实施例中，基线补偿信号可以仅被施加到屏蔽1902，如块3111处提供的，或者仅施加到电荷到代码转换器的参考输入端，如块3113处提供的；可选地，这两种方法的组合可以被用于补偿基线信号。

[0145] 在块3115处，处理设备110通过在其输入端连接到TX电极的自电容测量通道的电荷到代码转换器(即，电荷ADC)中积分来自第二组电流Itx的电荷来测量在块3107处生成的第二组电流Itx的总和。积分从感测阶段C的开始时开始，并持续到下一预充电阶段的结束时(即，在块3119处)。

[0146] 过程3100的预充电阶段D中的操作对应于以下所示的电路配置：图4C的阶段C(关于+1相位)；图4A的阶段A(关于-1相位)；图10C的阶段D(关于+1相位)；和图10A的阶段A(关于-1相位)。阶段D包括块3117和3119。

[0147] 预充电阶段D包括与预充电阶段A类似的操作，不同之处在于，如在块3117处提供的，处理设备110向每个TX电极施加第二激励电压，该第二激励电压与在阶段A期间在块3101处施加到相同的TX电极的激励电压互补。例如，如果在阶段A中向特定TX电极施加0V，则在阶段D的块3117处，互补激励电压Vtx将被施加到相同的TX电极。在块3119处，以与块
3103处所提供的类似方式，停止先前开始的自电容电荷积分，并且切换正在进行的互电容电荷积分的极性。

[0148] 过程3100的共享阶段E中的操作对应于图12B的阶段E(关于+1相位)和图12A的阶段B(关于-1相位)中所示的电路配置。阶段E包括块3119和3121。在共享阶段E期间，如在块3105处类似地提供的，处理设备110将每个TX电极连接到公共总线导体(例如，SC总线
1015)。

[0149] 过程3100的感测阶段F中的操作对应于以下所示的电路配置：图C4的阶段D(关于+1相位)；图C2的阶段B(关于-1相位)；图Ea4的阶段F(关于+1相位)；和图Ea2的阶段C(关于-1相位)。阶段F包括块3123-3131。

[0150] 感测阶段F包括与感测阶段C类似的操作。在块3123处，处理设备110再次经由开关SW3和开关SWsc将每个TX电极连接到自电容感测通道的电荷到代码转换器，该自电容感测通道在TX电极处保持参考电压Vref，类似于块3107。如块3125处提供的，处理设备110可以提供导电路径来放电互电容Cm，类似于块3109。

[0151] 基线补偿也可以以与前面描述的类似的方式来执行，如块3127处所提供的通过将基线补偿信号施加到屏蔽1902，如块3129处所提供的通过将基线补偿信号施加到电荷到代码转换器的参考输入端，或者通过这些方法的组合。块3127和3129的操作分别类似于块3111和3113处所提供的操作。

[0152] 在块3131处，处理设备110通过在其输入端连接到TX电极的自电容测量通道的电荷到代码转换器(即，电荷ADC)中积分来自第二组电流Itx的电荷来测量在块3123处生成的第二组电流Itx的总和。积分从感测阶段F的开始时开始，并持续到下一预充电阶段的结束时(即，在块3103处)。

[0153] 过程3100从块3131返回到阶段A的块3101。过程3100因此在顺序循环中重复阶段A、B、C、D、E和F(或者可选地，阶段A、C、D和F)，以连续生成电流，根据该电流测量传感器电极的自电容和互电容。

[0154] 图22是示出根据实施例的基于过程3100获取的测量结果来计算自电容和互电容的过程3200的流程图。计算过程3200由包括处理设备110和/或主机设备150的电容感测系统100的部件执行。

[0155] 在过程3200的块3201处，处理设备110基于对第一组电流Irx进行的测量，针对传感器阵列130中的每个TX电极计算该TX电极和传感器阵列130中的每个RX电极之间的互电容。具体而言，如前面参考方程8和方程9所述，处理设备110对从RX通道测量的电荷值QXm执行去卷积运算操作。

[0156] 在块3203处，如前面参考方程10和方程11所述，处理逻辑110基于施加到TX电极的参考电压Vref和从感应TX电流Itx获取的电荷测量结果QXp，计算对于传感器阵列130中每个TX电极的寄生电容。

[0157] 在块3205处，处理设备110根据方程14针对每个TX电极计算自电容，其中从寄生电容中减去计算的互电容，如前面参考方程12、方程13和方程14所述。

[0158] 在块3207处，处理设备110确定在计算出的互电容中检测到的信号是否与在计算出的自身电容中检测到的信号相关。例如，计算出的互电容图120可以包括互电容值，该互电容值由于导电对象(例如手指)在传感器电极交叉点附近而增加，对应于增加的值。处理设备110确定来自自电容向量121的自电容值对于相对应的位置是否也增加。特别地，如果与互电容增加的交叉点相关联的电极的自电容也增加，这同样适用。在一个实施例中，处理设备110通过将每个自电容值与阈值量进行比较来检测自电容的增加。

[0159] 在块3207处，与自电容中的相对应的增加不相关的互电容的增加可以指示感测表面上存在水或其他液体。为了将这些类型的接触适当地解释为非故意触摸，过程3200在块3209处继续，响应于在块3207处检测到对象改变互电容而不使自电容改变超过阈值量，否认对象的存在。

[0160] 如果在块3207处，互电容值的增加与自电容值的增加相关联，则过程3200在块3211处继续。在块3211处，处理设备110因此响应于检测到对象改变TX电极的自电容以及TX电极和RX电极之间的互电容，检测对象在TX电极和RX电极之间的交叉点处的存在。因此，互电容指示接触在触摸感测表面处的位置。

[0161] 在块3213处，主机设备150接收由计算出的互电容指示的接触的位置，并响应于该触点执行功能。例如，主机设备150可以更新显示器202以显示更新的光标位置或按钮按压。在一个实施例中，主机设备150响应于检测到的接触位置来控制交通工具200中的电子子系统201。

[0162] 在前述实施例中，可以进行各种修改；例如，被描述为以高电压生效的信号可以改为以低电压生效，或者可以用具有类似功能的其他部件替换指定部件。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。被描述为“基本上”相等的量、尺寸或其他值可以是名义上相等的，而不必完全相等(由于制造公差、环境条件、数字化或舍入误差和/或其他因素引起的变化)，或者可以足够接近相等以达到预期的效果或效益。

[0163] 本文描述的实施例包括各种操作。这些操作可由硬件部件、软件、固件或其组合执行。如本文中所使用的，术语“耦合到”可意味着直接或通过一个或更多个中间部件间接耦合。通过本文所述的在各种总线上提供的任何信号可以与其它信号时间复用并通过一个或更多个公共总线被提供。此外，在电路部件或块之间的互连可被示为总线或单信号线。总线中的每一个可以可选地是一个或更多个单信号线，并且单信号线中的每一个可以可选地是总线。

[0164] 某些实施例可被实现为可包括储存在计算机可读介质上的指令的计算机程序产品。这些指令可以用来对通用或专用处理器编程以执行所描述的操作。计算机可读介质包括用于存储或传输以由机器(例如计算机)可读的形式的信息的任何机制(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。

[0165] 此外，一些实施例可以在分布式计算环境中被实践，其中计算机可读介质被存储在多于一个计算机系统上和/或由多于一个计算机系统执行。另外，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当中被推入推出。

[0166] 虽然本文中的方法的操作以特定次序示出和描述，但是每种方法的操作次序可以被改变，使得特定操作可以以相反次序执行，或使得特定操作可与其他操作至少部分并行执行。在另一实施例中，不同操作的子操作或指令可以采用间歇和/或交替的方式。

[0167] 在前述描述中，所要求保护的主题已参考其特定示例性实施例进行描述。然而明显的是，在不偏离如在所附权利要求中阐述的本发明的更宽的精神和范围的情况下，可对其做出各种修改和改变。说明书和附图相应地是从说明性意义上而非从限制性意义上来考虑的。

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