[发明专利]电容式位置传感器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容式位置传感器系统，用于确定对象的位置。

除此之外，本发明涉及一种电子装置。

另外，本发明涉及一种确定对象位置的方法。

此外，本发明涉及一种计算机可读介质。

除此之外，本发明涉及一种程序元件。

背景技术

许多现代消费设备要求具有令人舒适的用户数据输入和接近传感界面，这在如智能手机和便携式媒体播放器等设备中变得非常普遍。已知各种二维电容式接近位置传感器。一种常见二维传感器的实现包括由行和列驱动信号驱动的电容式传感器的矩阵组织，测量感测节点上产生的耦合电荷来获得对电容性耦合的测量。通过采用重心公式分别计算位置的x分量和y分量，来获得位置，重心公式分配权重给与传感器本身位置相关的传感器信号。加权的传感器活动水平的总和除以所有未加权的活动水平的总和，得到平均的x和y位置分量。这种方法的缺点是需要多个传感器，这增加了与控制器电路接口连接的复杂度。由于为了检测触摸事件，必须评估每个传感器电容器活动水平，所以该矩阵方法导致很长的转换时间。

位置感测中应用的测量原理是多种多样的。以下是常用的测量原理：电容式接近位置传感器，电阻式位置传感器，光学位置传感器和声学位置传感器。

前两个原理是最流行的，覆盖了超过所有位置感测应用中的90％。利用对触摸相关电阻和接近相关电容的测量，通过数值后处理来获得位置信息。积分电路用于将电阻或电容转换为定时信息，时序信息可由微控制器单元(MCU)捕获。积分器由输入信号激励，并通过MCU对产生的响应进行采样、保持和评估。另一常用的方法是使用恒定电流给待测电容器充电，并测量将电容器充电到预定电压所需的时间。在测量后，电容器由复位信号复位并且可以开始新的充电周期。电容测量的另一常用方法是使用待测电容器作为弛张振荡器中的定时元件，产生电容至频率转换。由此产生的频率通过在MCU上执行频率测量例程来测量。

前面提到的测量原理就基于软件的配置方面而言不是很灵活，特别是不能提供二维位置计算。此外，需要特殊的模拟电路实现这些测量原理。尤其是，模拟电路的集成增加了现有数字设计的复杂性，而且在许多情况下需要额外的处理，增加不必要成本。接近传感装置的单片集成是可用的，但这些装置增加了目标体系的装置计数(BOM)，进一步增加了目标系统的功率消耗。二维接近式位置传感器装置(如触摸屏)通常是高引脚数器件。

常见的电容测量方法是，使用待测的电容器作为开关电容器积分器配置中对积分电容器充电的频率相关电阻器。基本原理是众所周知，例如，在R.Gregorian等人的“Switched-Capacitor Circuit Design”，Proceedings of the IEEE，Vol71，No.8，1983年8月和Krishnaswamy Nagaraj的美国专利4,894,620“Switched-Capacitor Circuit with Large Time Constant”，1990年1月16日等公开中都有记载。

常见的基于开关电容器的位置感测装置的实施方式共享相同的方法，其中一次评估一个传感电容器。为了消除噪声，应用n键翻转(n-key-rollover)方案多次评估传感器电容，并对样本序列应用滤波功能，以消除高频噪声分量。这种方法导致处理时间长得难以接受，例如对于在线手写识别系统。

发明内容

本发明目的是提供一种电容式位置传感器系统或者方法，用于提供确定对象位置的高效途径并且避免上述弊端。

为了实现上述目的，提供了电容式位置传感器系统、电子装置、确定方法、计算机可读介质和程序元件。

根据本发明的示例性实施例，提供了电容式位置传感器系统，用于确定对象的位置，其中，对象位于电容式位置传感器系统的感应区内并改变在对象下布置的电容器的电容。所述电容式位置传感器系统包括：第一组多个传感元件，每个传感元件包括具有第一电极和第二电极的第一电容器，其中，每个第一电极经由开关耦合到电压源以形成开关电容器滤波器，其中第二电极耦合以形成感应线；传感单元，传感单元适于感测代表了感应线上存在的电荷量的电压电平；控制单元，控制单元适于将驱动信号施加到每一个耦合到第一电极的开关。在一个积分周期中，耦合到第一电极的开关中的部分开关闭合，使得部分第一电容器由第一驱动信号驱动，其中，传感单元适于感测代表了所述部分第一电容器的电荷量之和的电压电平，其中所闭合的开关的数目是至少两个。控制单元适于通过分析多个积分周期的多个感测电压电平的结果来确定对象的位置。