[发明专利]用于电容性感测按钮的无源屏蔽的系统、方法和装置

说明书

描述了用于电容到数字码转换的屏蔽的装置和方法。一种装置包括用于测量传感器电极的自电容的电容到数字转换器(CDC)。电容到数字代码转换器可以在第一相位中，向传感器电极施加电源电压。屏蔽电极与传感器电极形成互电容。在第二相位中，CDC将屏蔽电极耦合到接地电位并且将传感器电极耦合到第一调制电容器。该第一调制电容器被预充电到参考电压。在第三相位中，CDC将传感器电极和屏蔽电极耦合到接地电位。在第四相位中，CDC将屏蔽电极耦合到接地电位并且将传感器电极耦合到第二调制电容器。该第二调制电容器被预充电到参考电压。

技术领域

本公开总体上涉及感测系统，并且更具体地涉及可配置为测量电容或将电容转换为代表电容的数字值的电容感测系统。

背景技术

电容感测系统可以感测在电极上生成的反映电容的改变的电信号。电容的这种改变可以指示触摸事件(即，对象与特定电极的接近度)。电容性感测元件可以用于替代机械按钮、旋钮和其他类似的机械用户接口控件。使用电容性感测元件可以消除复杂的机械开关和按钮，从而提供在恶劣条件下的可靠的操作。另外地，电容性感测元件广泛用于现代客户应用，从而在现有产品中提供新的用户接口选项。电容性感测元件的范围可以从用于触摸感测表面的单个按钮到以电容性感测阵列的形式布置的大量按钮。

电容性感测元件阵列通过测量电容性感测元件的电容并寻找指示触摸或导电对象的存在的电容的增量(改变)来工作。当导电对象(例如，手指、手或其他对象)接触或接近电容性感测元件时，电容会改变并检测到导电对象。电容性触摸感测元件的电容改变可以通过电路测量。电路将电容性感测元件的测量到的电容转换为数字值。

存在两种典型类型的电容类型：1)互电容，其中电容感测电路耦合到电容器的两个电极并且驱动/接收配置测量它们之间的电容；2)自电容，其中电容感测电路耦合到电容器的单个电极，其中第二电极连接到DC电压电平或寄生耦合到大地。触摸面板具有两种类型(1)和(2)的电容的分布式负载，并且一些触摸解决方案以独特的方式或以具有其各种感测模式的混合形式感测这两个电容。

发明内容

在许多消费者应用中，存在针对例如在屏幕、按钮等中的触摸传感器的需求，该触摸传感器对触摸和/或接近传感器的导电源进行响应。然而，这些传感器对附加的导电源(例如，水)敏感，这可能生成不期望的传感器响应或可能干扰预期的传感器响应。在许多情况下，这些传感器包括传感器垫，该传感器垫由具有阴影线的接地平面(例如，电耦合到接地电位的具有阴影线的或具有图案的传导物)包围。具有阴影线的接地平面可以帮助减少来自外部噪声源的干扰，同时在传感器电容耦合到接地电位时使寄生电容最小化(与具有实心接地层相比)。

然而，即使利用具有阴影线的接地平面，寄生电容虽然减少了，但仍会降低电容传感器的灵敏度。其他干扰源(例如，液滴)可以通过利用传感器电容调制寄生电容来进一步影响系统，这可能导致错误的电容感测测量，其与预期的电容感测测量一样大或在预期的电容感测测量的数量级上。换言之，意外的源可能影响电容感测系统，并对电容感测测量生成显著的结果。

本发明的方面通过提供一种利用屏蔽信号驱动具有阴影线的接地平面的系统和方法来解决上面提及的缺陷和其他缺陷。与传感器的电压信号相比，屏蔽信号具有相同的极性但幅度不同，用于将寄生电容维持在零电压，这可以去除它们对触摸感测系统的影响。

本发明对于无源屏蔽有许多优点。例如，不需要诸如屏蔽缓冲器或比较器之类的有源组件，这可以降低整体功耗。此外，由于没有因为稳定性要求而限制电容大小范围的屏蔽缓冲器，因此没有这样的限制。屏蔽的速度仅受通用输入/输出(GPIO)“导通”电阻的限制。此外，不需要参考电压(VREF)。