專利名稱：利用感測頻率的較小偏移檢測位置傳感器中的噪聲的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及位置和接近傳感器、諸如觸摸板，以及更具體地涉及能夠檢測或避免存在于這種傳感器中的噪聲的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
位置傳感器通常被用作計算機、個人數(shù)字助理(PDA)、媒體播放器、視頻游戲播放器、消費電子產(chǎn)品、蜂窩電話、投幣式公用電話、銷售點終端、自動取款機、公用電話亭等等的輸入設(shè)備。用于這種應(yīng)用中的一種普通類型的傳感器是能夠容易地被找到的、例如作為許多筆記本型計算機上的輸入設(shè)備的觸摸板型傳感器。用戶通常通過在傳感器的感測區(qū)附近移動手指、鐵筆或其他刺激來操作該傳感器。在載波信號被施加到感測區(qū)時，刺激產(chǎn)生電容、電感或其他電效應(yīng)，其中該檢測區(qū)能夠被檢測并且與刺激相對于該檢測區(qū)的位置或接近相關(guān)聯(lián)。該位置信息又能夠被用于移動顯示屏上的光標(biāo)或其他指示器，或者被用于任何其他目的。在1999年3月9日被頒發(fā)給Gillespie等人的美國專利No.5,880,441中描述了基于電容感測技術(shù)的觸摸板型位置傳感器的一個例子。
盡管幾年來已經(jīng)廣泛采用位置傳感器，但設(shè)計師繼續(xù)尋找改進傳感器的功能和效率的方法。特別地，已經(jīng)長期認(rèn)識到識別和降低噪聲對傳感器的影響的困難。噪聲源于包括計算機顯示器背光、電源、無線通信設(shè)備等等的各種源。盡管許多傳感器現(xiàn)在包括能夠有效地去除許多類型的噪聲的低和/或高通濾波器，但在識別和去除具有接近于傳感器感測頻率或其諧波中的任何一個諧波的頻率的噪聲分量方面仍然存在問題。所謂的“調(diào)諧噪聲”難以識別或濾出，因為調(diào)諧噪聲的有效“拍”頻常常非常接近于由用戶施加的刺激本身產(chǎn)生的信號的頻率，從而使調(diào)諧噪聲作為施加到感測區(qū)的刺激出現(xiàn)。因此，將不期望的調(diào)諧噪聲的影響與刺激的期望影響區(qū)分開可能是非常困難的。另外，觀察調(diào)諧噪聲的時間可能是重要的，因為這種噪聲的拍頻可能相對低(例如大約10Hz或更小)，并且因此整個差拍循環(huán)的周期可能是相當(dāng)大的(例如，對于0.1Hz的拍頻來說大約10秒)。
不過，已經(jīng)嘗試了幾種用于降低調(diào)諧噪聲的影響的技術(shù)。一種傳統(tǒng)的噪聲避免技術(shù)包括當(dāng)在感測區(qū)不存在刺激時比較通過以兩個或更多個不同感測頻率操作傳感器所產(chǎn)生的輸出信號，然后使用產(chǎn)生較少數(shù)量的噪聲的頻率來操作該傳感器。然而，該技術(shù)具有幾個缺陷，因為實際上，特別是在存在顯著的外部噪聲時，確定刺激在任何給定時間是否存在可能是困難的。此外，因為該技術(shù)僅僅在刺激不存在時測量噪聲，所以不考慮存在于刺激本身內(nèi)的噪聲源(例如經(jīng)由刺激耦合到傳感器上的環(huán)境射頻噪聲)。用于測量調(diào)諧噪聲的另一技術(shù)包括定期地禁止感測功能以確保未檢測到刺激，然后比較在兩個或更多個不同操作頻率處觀察到的噪聲電平。盡管該技術(shù)的確測量經(jīng)由刺激耦合到傳感器上的噪聲，但它不解決低拍頻的問題。另外，由于禁止感測功能所引入的復(fù)雜性對于實際實現(xiàn)來說可能是相對困難和/或昂貴的。
因此，期望提供即使當(dāng)噪聲的頻率接近于檢測頻率時也快速地、有效地且高效地檢測位置傳感器中的噪聲的系統(tǒng)和方法。此外，期望創(chuàng)建即使當(dāng)刺激存在于感測區(qū)處或附近時也是有效的噪聲檢測技術(shù)。結(jié)合附圖和前述技術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)，根據(jù)隨后的詳細(xì)描述和所附的權(quán)利要求，其他的期望的特征和特性將變得顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
描述了用于檢測觸摸板或其他傳感器中的噪聲的方法、系統(tǒng)和設(shè)備，該觸摸板或其他傳感器響應(yīng)于在感測區(qū)處或附近施加的刺激來產(chǎn)生調(diào)制輸出。根據(jù)各種實施例，以在感興趣的載波信號頻率處或附近的感測頻率施加載波信號。針對噪聲，對傳感器的輸出進行解調(diào)、濾波或處理。然后，該載波以緊密間隔的第二感測頻率來施加，并且再次針對噪聲被解調(diào)、濾波和處理。選擇載波信號的感測頻率，以便它們彼此不同并在解調(diào)濾波器的帶寬內(nèi)相間隔。在另一實施例中，如果通過所施加的感測頻率中的任何一個或其一些組合所識別出的噪聲超過可接受的噪聲電平，則可以使載波信號偏移到不同的載波頻率以及一組相關(guān)的感測頻率。在這種實施例中，選擇第二組緊密間隔的感測頻率，以便頻率在解調(diào)濾波器的帶寬內(nèi)，但是與第一組感測頻率間隔開。然后，可以針對第二和/或其他組緊密間隔的頻率重復(fù)上述過程，直到檢測到可接受的噪聲電平為止。


在下文中，將結(jié)合下述附圖來描述本發(fā)明的各個方面，其中相同數(shù)字表示相同的元素，以及圖1是示出示例性接近感測設(shè)備的框圖；圖2是示出感測設(shè)備的示例性噪聲傳遞函數(shù)以及幾個示例性高通濾波器的濾波器響應(yīng)性的圖；圖3是用于檢測接近感測設(shè)備中的噪聲的示例性方法的流程圖；以及圖4是示出具有至少兩個主要感測頻率的感測設(shè)備的示例性噪聲傳遞函數(shù)和濾波器響應(yīng)性的圖。
具體實施例方式
下面的詳細(xì)描述實質(zhì)上僅僅是示例性的，并不意圖限制本發(fā)明或以及本發(fā)明的應(yīng)用和使用。此外，并不意圖受存在于在前的技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、簡單概述或下面的詳細(xì)描述中的任何明確的或暗示的理論約束。
根據(jù)各個示例性實施例，具有兩個或更多個緊密間隔的感測頻率之一的載波信號被施加到載波調(diào)制傳感器上，針對噪聲被解調(diào)、濾波和分析。然后，將相同過程應(yīng)用于剩余的緊密間隔的頻率。選擇感測頻率，以便它們在解調(diào)濾波器的帶寬內(nèi)相間隔，但大于刺激的期望帶寬。無論所施加的載波信號的頻率如何，解調(diào)刺激的頻率帶寬通常是不變的，但解調(diào)噪聲的頻帶改變。因此，通過濾出所施加的刺激的已知帶寬，因此能夠確定剩余的信號指示噪聲。通過施加多于一個的感測頻率，具有與一個感測頻率的刺激相同的解調(diào)頻帶的噪聲具有用于其他感測頻率的不同頻帶，并且因此能夠在其他頻率處被檢測到。與傳統(tǒng)噪聲檢測不同，選擇感測頻率，以便加重在感興趣的載波頻率附近的噪聲，因此可以快速地觀察到噪聲。如果在一個或多個濾波信號中所觀察到的噪聲過多或者是不期望的，則可以容易地推斷出調(diào)諧噪聲存在于感興趣的載波頻率處或附近。此外，如果已知刺激為低頻的，那么解調(diào)和濾波之后的噪聲將具有可以快速地被檢測到的高頻特性。這與許多傳統(tǒng)的噪聲檢測技術(shù)大不相同，其中頻率接近于載波頻率的噪聲產(chǎn)生低頻差拍信號，該低頻差拍信號可能需要相當(dāng)長的時間來檢測。
此外，能夠使用在此描述的噪聲檢測技術(shù)來改進能檢測刺激的位置和/或接近的觸摸板或其他傳感器的操作。通過收集在接近于感興趣的載波頻率或與感興趣的載波頻率相同的兩個或更多個感測頻率處的感測輸出，以及通過對在不同頻率處獲得的輸出進行濾波以便去除可能存在的任何刺激的相當(dāng)大的影響，能夠檢測到在用于傳感器操作中的載波頻率附近的調(diào)諧噪聲。如果所得到的濾波信號中的一個或多個指示過度數(shù)量的噪聲，則隨后的傳感器操作被轉(zhuǎn)移到避免所檢測到的調(diào)諧噪聲的完全不同的載波頻率。即，在感興趣的載波頻率附近的較小頻移能夠被用于確定在載波頻率附近存在噪聲源，在該情況下載波頻率的較大偏移可能是有利的。估計噪聲電平的過程可以以新的載波頻率繼續(xù)(例如使用在新的載波頻率附近的兩個或更多個較小感測頻率)，其中在新的載波頻率處調(diào)諧噪聲的隨后發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致返回到原始載波頻率或較大地偏移到感興趣的第三載波頻率。在找到無過多調(diào)諧噪聲的載波頻率之前，各種類型的傳感器可以應(yīng)用任何次數(shù)的較大和/或較小頻移。另外，在主要頻率處所檢測到的噪聲的電平可以被用于選擇具有最小噪聲的主要頻率。
現(xiàn)在參考圖1，適當(dāng)時，示例性位置傳感器100適當(dāng)?shù)匕ǜ袦y區(qū)102、解調(diào)器104、控制器108和信號發(fā)生器112。在操作中，傳感器100檢測接近于感測區(qū)102的手指或其他對象103的位置。檢測用戶輸入適當(dāng)?shù)匕◤膫鞲衅?02獲得關(guān)于對象103的位置相關(guān)信息，以及進一步處理該信息以便向外部主機、計算系統(tǒng)和/或其他設(shè)備提供有用輸出標(biāo)記122。通過將載波信號116施加到感測區(qū)102，適當(dāng)?shù)孬@得對象103的位置，以便產(chǎn)生感測區(qū)102和對象103之間的電效應(yīng)。該效應(yīng)產(chǎn)生指示對象118相對于感測區(qū)102的相對位置的輸出118。使用與載波信號116同步的解調(diào)信號117，由解調(diào)器104對輸出118進行解調(diào)，以及在控制器108處接收解調(diào)信號120，該處理器適當(dāng)?shù)靥幚頂?shù)據(jù)120以便提供適當(dāng)?shù)妮敵鰳?biāo)記122。用于電容感測和處理觸摸板中的對象位置的技術(shù)的例子在上面所引用的美國專利No.5,880,411中闡述過，盡管在各種各樣的替代實施例中可以使用任何其他類型的傳感器和/或信號處理技術(shù)。如在此所使用的，術(shù)語“位置傳感器”意圖不僅包含傳統(tǒng)的觸摸板設(shè)備，而且包含能檢測手指、指針、鐵筆或其他對象103的位置或接近的各種各樣的等效設(shè)備。這種設(shè)備在沒有限制的情況下可以包括觸摸屏、觸摸板、觸摸表、生物計量鑒權(quán)設(shè)備、手寫或字符識別設(shè)備等等。類似地，在此所使用的術(shù)語“位置”或“對象位置”意圖廣泛地包含絕對和相對位置或接近信息，以及也包含其他類型的空間域信息、諸如速度、加速度等等，包括一個或多個方向上的運動的量度。如在手勢識別等等的情況下，各種形式的位置信息也可以包括時間歷史分量。因此，各種類型的“位置傳感器”100可以能夠檢測除了對象的純粹的存在或不存在之外的參數(shù)以及可以包含范圍廣泛的等效物。
感測區(qū)102是能檢測手指、鐵筆或其他對象103的位置或接近的任何電容傳感器、電阻傳感器、電感傳感器或其他類型的傳感器。示例性感測區(qū)102包括由California的San Jose的Synaptics Inc.生產(chǎn)的各種傳感器，該傳感器利用電容或電感耦合適當(dāng)?shù)貦z測對象103的一維、二維或多維位置，盡管許多其他感測區(qū)102能夠被用在各種各樣的替代實施例中。能檢測位置或接近的其他類型的感測區(qū)102包括基于例如聲、光或電磁特性(例如射頻、紅外線、紫外線等等)和/或任何其他效應(yīng)的傳感器。在示例性實施例中，使用傳統(tǒng)的電容或其他感測技術(shù)，在二維(例如X和Y坐標(biāo))的感測區(qū)102中感測對象位置。
控制器108是能處理輸入數(shù)據(jù)120以便提取輸出標(biāo)記122和/或控制信號114的任何處理器、微控制器、編程電路或其他模塊。所使用的特定控制電路108隨著實施例而廣泛地改變，但在示例性實施例中控制器108是由California的San Jose的Synaptics Inc.生產(chǎn)的型號T1004、T1005、T100X或其他控制器。適當(dāng)時，控制器108適當(dāng)?shù)嘏c存儲器110通信。
存儲器110可以用任何隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、閃存、磁或光存儲設(shè)備或者任何其他數(shù)字存儲介質(zhì)來實現(xiàn)。
另外，存儲器110的功能可以被集成到控制器108中，以便物理上不同的存儲設(shè)備110可以在所有實施例中都不存在。在許多實施例中，存儲器110以任何軟件或固件形式適當(dāng)?shù)卮鎯捎煽刂破?08執(zhí)行的數(shù)字指令，以便實現(xiàn)在此所述的各種感測、控制和噪聲檢測功能。
信號發(fā)生器112是能夠響應(yīng)于從控制器108接收的控制信號114來提供載波信號116和解調(diào)信號117的任何設(shè)備或電路。盡管載波信號116和解調(diào)信號117典型地彼此同步并且的確可以在一些實施例中重合，但這兩個信號可以替代地具有不同波形或其他特性。在適合于用在電容感測觸摸板中的一個實施例中，可以在范圍從大約20至100kHz的頻率處產(chǎn)生信號116和117，盡管在各種各樣的等效實施例中可以在任何頻率或范圍處產(chǎn)生這些信號。盡管術(shù)語“載波頻率”或“感測頻率”各自指載波信號116和解調(diào)信號117的頻率，但在此所使用的“載波頻率”通常是指載波和解調(diào)信號的主要的操作頻率，而在此所使用的“感測頻率”通常是指次要的噪聲檢測頻率。某些感測和載波頻率在各種實施例中可以重合，如下面更全面描述的。
解調(diào)器104是能利用解調(diào)信號117對感測區(qū)102的輸出118進行解調(diào)的任何電路或其他模塊。解調(diào)器104也可以包括解調(diào)濾波器106和/或與解調(diào)濾波器106通信。解調(diào)濾波器106可以用任何適當(dāng)?shù)牡屯ɑ驇V波器(包括任何種類的數(shù)字和/或模擬濾波器、采樣或連續(xù)時間)來實現(xiàn)。在各種實施例中，解調(diào)濾波器106是具有足以從輸出118中去除高頻噪聲分量的帶寬的模擬濾波器。解調(diào)濾波器106能夠替代地通過在控制器108內(nèi)所實現(xiàn)的數(shù)字濾波器(例如平均濾波器)來實現(xiàn)和/或補充。在意圖與大約10-50kHz左右的載波頻率一起使用的示例性實施例中，解調(diào)濾波器106可以具有大約150至500Hz的帶寬，盡管這些示例性值可以隨著實施例而廣泛地改變。如下面更全面描述的，解調(diào)濾波器106的帶寬可以有益于確定被用來檢測輸出118中的噪聲的特定解調(diào)頻率，因為在控制器106中可能不能正確地檢測通過濾波器106被顯著衰減的拍頻。因此，通常期望選擇頻率差總量小于濾波器106的帶寬的解調(diào)頻率。
如上文和下文更全面地描述的，通過施加各種頻率的載波信號116，適當(dāng)?shù)貦z測在傳感器100內(nèi)傳播的噪聲信號。分別通過解調(diào)器104和濾波器106對所得到的來自感測區(qū)102的輸出118適當(dāng)?shù)剡M行解調(diào)和濾波，其中所得到的信號120被提供給控制器108，用于隨后的處理。處理器108適當(dāng)?shù)貙⒏咄V波器應(yīng)用于所接收的信號120，以便基本上去除由對象103在感測區(qū)102施加的任何刺激的影響，并且由此確定包含在濾波信號內(nèi)的噪聲量。如果所觀察到的噪聲量相當(dāng)大，控制器108將控制信號114進一步提供給信號發(fā)生器112以便引導(dǎo)不同頻率的載波信號116的施加。
現(xiàn)在參考圖2，圖200分別適當(dāng)?shù)厥境鲈谑纠愿咄V波器之前在載波信號212時示例性位置傳感器的任意的噪聲傳遞函數(shù)202以及在兩個不同載波頻率210和212處應(yīng)用示例性高通濾波器之后的噪聲傳遞函數(shù)204和206。如可以從圖2中察覺，位置傳感器非常易受具有在載波頻率214處或附近的頻率的噪聲影響。盡管調(diào)諧噪聲本身通常是相對高頻的信號，但這種噪聲在解調(diào)信號中作為低“拍”頻(例如在等于噪聲頻率和感測頻率之間的絕對差值的頻率處)出現(xiàn)。因為由調(diào)諧噪聲產(chǎn)生的拍頻近似由用戶施加的刺激所產(chǎn)生的信號的頻率，因此使用傳統(tǒng)的濾波可能非常難以從傳感器輸出中去除這種噪聲。即，實際上可能非常困難的是，屏蔽在感測頻率214處或附近的噪聲的影響，而無需同時不期望地屏蔽用戶施加的刺激的影響。因此，未檢測到的調(diào)諧噪聲信號可能對傳感器輸出具有相當(dāng)大的不利影響。
然而，通過將噪聲的拍頻調(diào)整到更可檢測的級別，能更有效地檢測在感興趣的載波信號處或附近的調(diào)諧噪聲。因為拍頻與噪聲頻率和感測頻率之間的差值有關(guān)，所以感測頻率的變化產(chǎn)生噪聲的有效拍頻的變化。例如使感測頻率偏移甚至相對微小的量能夠增大感測和噪聲頻率之間的差值，由此允許原始感測頻率的調(diào)諧噪聲作為可與刺激的影響區(qū)分開來的更高頻率差拍出現(xiàn)。為了檢測特定頻率的調(diào)諧噪聲，將感測頻率調(diào)整到稍微不同的頻率以及將高通濾波器應(yīng)用于感測輸出，以便去除可能存在的刺激的任何影響，而不去除調(diào)諧噪聲的更高拍頻。因此，即使當(dāng)刺激存在于感測區(qū)上時，所得到的濾波信號也提供特定頻率的調(diào)諧噪聲的非常好的量度。此外，檢測更高頻率差拍所需的時間可以顯著小于檢測低頻差拍的時間，從而進一步提高傳感器的噪聲響應(yīng)性。甚至此外，高通濾波器可能被配置，以便加重并可檢測載波頻率的幾個帶寬內(nèi)的噪聲。這允許系統(tǒng)檢測可能漂移到載波頻率的靈敏帶寬中的噪聲源。
然而，由于所應(yīng)用的濾波器的操作特性，確保刺激的影響被去除可能是復(fù)雜的。例如參考圖2中的示例性濾波器響應(yīng)曲線204和206，所示的濾波器對在感測頻率(例如分別為曲線204和206的頻率210和212)處或附近觀察到的噪聲相對無響應(yīng)。然而，假如解調(diào)頻率210和212十分不同，以致曲線204和206的無響應(yīng)部分不重疊，則在兩個或更多個不同感測頻率處濾波器的應(yīng)用減輕該無響應(yīng)區(qū)的影響。換而言之，可以這樣選擇頻率210和212，以致在一個感測頻率處不可觀察到的噪聲在另一感測頻率處可觀察到。因此，對應(yīng)于任一感測頻率110或112的調(diào)諧噪聲將在另一感測頻率處可檢測到。另外，因為由刺激產(chǎn)生的感測輸出118的部分通常不隨著感測頻率而顯著改變，因此能夠容易地將存在于輸出118中的噪聲與存在于同一信號中的刺激的影響區(qū)分開。通過應(yīng)用高通濾波器，能夠從感測區(qū)輸出118中基本上濾波或者去除刺激的影響，從而產(chǎn)生指示存在于傳感器100中的調(diào)諧噪聲量的濾波信號。然而，因為濾波器可能對某些調(diào)諧頻率的噪聲不靈敏，所以可以在兩個或更多個不同頻率處應(yīng)用濾波器以便提高在解調(diào)輸出中的至少一個中將觀察到噪聲的可能性。因此，從在載波信號的兩個感測頻率處產(chǎn)生的感測輸出中濾波(或者去除)刺激的影響，能容易地檢測和/或量化在感興趣的載波信號處或附近的調(diào)諧噪聲。適當(dāng)時，該信息又能夠被用來調(diào)整隨后的傳感器操作。
圖3是用于檢測從感測區(qū)102輸出的信號118中的噪聲的示例性方法300的流程圖。盡管圖3中所述的許多功能可以使用軟件或固件指令來通過計算機實現(xiàn)，但圖3意圖以邏輯形式示例說明各種示例性功能，而并不意圖必要地呈現(xiàn)軟件例程的字面實現(xiàn)。因此，在許多替代的實際實施例中，可以增強、刪除和/或不同地組織圖3中所示的各個模塊、功能和例程。方法300中所述的各個步驟和模塊可以使用任何計算機語言、模塊、應(yīng)用、指令等等來實現(xiàn)，以及可以永久地或臨時地被存儲在存儲器110(圖1)中和/或任何其他數(shù)字存儲介質(zhì)(包括軟盤、CD-ROM、RAM、ROM、光或電磁海量存儲設(shè)備等等)中。被用于實現(xiàn)方法300的各個部分的指令也可以作為調(diào)制信號在通過任何通信介質(zhì)、諸如數(shù)字網(wǎng)絡(luò)、無線鏈路等等傳送的載波上傳送。
現(xiàn)在參考圖3，用于檢測位置或接近傳感器100中的噪聲的示例性方法300適當(dāng)?shù)匕ㄒ韵轮饕襟E以多個不同的感測頻率將載波信號116施加到感測區(qū)102(步驟302)以便由感測區(qū)產(chǎn)生多個輸出(步驟304)，基本上去除由用戶提供的任何刺激的影響(步驟306)，以及處理所得到的濾波信號以便識別任何調(diào)諧噪聲的存在(步驟310)。利用在感興趣的載波信號處或附近的多次較小頻率偏移，能夠檢測噪聲(步驟312和308)。在各種其他實施例中，如果由所施加的信號產(chǎn)生的濾波輸出中的一個或多個包含不可接受的或非最佳的噪聲電平，則發(fā)生載波頻率的較大偏移(步驟316)，以便隨后的傳感器操作使用避免所識別的調(diào)諧噪聲中的一些或所有調(diào)諧噪聲的載波頻率進行。
以任何方式將載波信號116施加到感測區(qū)102。在各種實施例中，控制器108(圖1)將命令信號114提供給信號發(fā)生器112以便引導(dǎo)具有各種頻率的載波信號116的生成和施加。如上所述，適當(dāng)時，將載波信號116施加到感測區(qū)102以及將解調(diào)信號117施加到解調(diào)器104，以便從感測區(qū)獲得解調(diào)輸出信號。最終以任何適當(dāng)?shù)姆绞皆诳刂破?08處接收響應(yīng)于載波信號116的不同頻率所產(chǎn)生的不同輸出118(步驟304)。在各種實施例中，如上所述，對來自感測區(qū)102的輸出118進行解調(diào)和濾波，其中將所得到的信號120提供給控制器108，用于存儲(例如在存儲器110中)和/或處理。
為了確定存在于輸出118中的噪聲量，從感測輸出中基本上去除施加到感測區(qū)102的用戶刺激的任何影響(步驟306)。盡管可以使用解調(diào)濾波器106從信號118中去除許多高頻噪聲源，但由于上述拍頻問題，濾波器106通常不能去除存在于信號118中的調(diào)諧噪聲。在各種實施例中，將高通濾波器應(yīng)用于所接收的數(shù)據(jù)信號以便有效地去除具有非常低的頻率的信號分量。大多數(shù)人為施加的刺激具有大約20Hz或更低的有效頻率，因此能從輸出118中去除這種相對低的頻率的任何高通濾波器能夠被用來提取刺激的低頻影響并且由此隔離調(diào)諧噪聲的影響。在各種不同實施例中，使用在控制器108內(nèi)執(zhí)行的數(shù)字濾波技術(shù)來實現(xiàn)高通濾波器。簡單的數(shù)字差分濾波器例如有效地去除輸出118中的低頻分量。在任何適當(dāng)?shù)臅r間周期內(nèi)處理差值以便確定噪聲量度。例如，可以記錄在某時間周期內(nèi)差值的最大絕對值。替代地，可以計算平均絕對值。更傳統(tǒng)地，可以計算差值的均方根或均方值。替代地，可以使用數(shù)據(jù)采樣技術(shù)(例如通過選擇足夠短以有效地排除采樣信號中的低頻分量的數(shù)據(jù)采樣長度)或通過其他數(shù)字和/或模擬濾波技術(shù)來實現(xiàn)高通濾波器。在其他實施例中，可以通過禁止感測區(qū)102的感測功能(例如通過關(guān)閉將電功率提供給感測區(qū)102的電流源或以任何其他方式)來附加地或者替代地去除刺激影響。
在刺激濾波的上下文中的“基本上去除”通常是指去除用戶預(yù)定的刺激影響。如上面簡要提及的，刺激實際上可以為寄生噪聲提供路徑，以及在許多實施例中可能希望檢測該噪聲。盡管這種噪聲在技術(shù)上由刺激的施加產(chǎn)生，但通常不是預(yù)定的影響，并且因此在所有實施例中可以不通過高通濾波器去除。
當(dāng)從濾波信號中去除刺激的實質(zhì)影響時，可以以任何方式確定剩余噪聲(步驟310)，從而產(chǎn)生噪聲量度。如果例如根據(jù)上述原理選擇載波頻率，則綜合濾波信號表示在感興趣的載波頻率附近存在的調(diào)諧噪聲。即，由于從所估計的信號中基本上去除刺激的影響，剩余的任何濾波信號由在感興趣的頻率附近的調(diào)諧噪聲產(chǎn)生。因此，能以任何方式單獨地和/或綜合地處理濾波信號以便確定在傳感器內(nèi)存在的調(diào)諧噪聲量。例如，能夠相對于適當(dāng)?shù)脑肼曢撝祮为毜乇容^用于每一載波頻率的噪聲量度，以便確定任何單獨的濾波信號是否表示不可接受的噪聲電平。替代地(或者附加地)，能夠以任何適當(dāng)?shù)姆绞綄蓚€或更多個噪聲量度進行求和、求平均或相互組合，以用于隨后的處理。例如，能夠?qū)⒃诓煌袦y頻率處獲得的噪聲量度加起來，以及將總和與適當(dāng)?shù)拈撝颠M行比較以便同時確定調(diào)諧噪聲是否存在于一個或多個濾波信號內(nèi)或確定在感興趣的特定載波頻率附近觀察到的噪聲總量。因此，可以單獨地或組合地處理各個濾波信號以便以任何適當(dāng)?shù)姆绞阶R別調(diào)諧噪聲。
如上面更全面地描述的，以不同感測頻率從感測區(qū)102獲得輸出數(shù)據(jù)確保位于感測頻率之一處或附近的調(diào)諧噪聲在以其他頻率獲得的輸出中被檢測到。因此，檢測調(diào)諧噪聲包括以兩個或更多個不同感測頻率施加載波信號(步驟312和308)。可以以任何方式選擇所施加的特定感測頻率。在各種實施例中，所施加的頻率例如通過控制器108中的軟件代碼或其他設(shè)定值來預(yù)先確定，或者可以基于與感興趣的操作頻率的一些關(guān)系來確定。各種跳頻或選通技術(shù)也可以被用于施加具有隨機地、偽隨機地、順序地或以任何其他方式確定的頻率的載波信號。如上所述，最高和最低解調(diào)頻率之間的差值應(yīng)當(dāng)小于解調(diào)濾波器106的帶寬以防止解調(diào)濾波器去除調(diào)諧噪聲分量。另外，應(yīng)當(dāng)將各種不同解調(diào)頻率間隔開以確保所應(yīng)用的高通濾波器的不響應(yīng)范圍不重疊。換句話說，應(yīng)當(dāng)選擇感測頻率，以便即使通過高通濾波器去除任何所施加的刺激的實質(zhì)影響，對于頻率210和212中的至少一個來說高通濾波器和解調(diào)濾波器106都使輸出118中的調(diào)諧噪聲分量(例如由在感測頻率之一處或附近的噪聲信號產(chǎn)生的拍頻)通過。
在觸摸板和其他位置/接近傳感器實現(xiàn)中，在接近感興趣的載波頻率的兩個或更多個感測頻率處，估計用于傳感器操作的每一潛在載波頻率。盡管能將感興趣的載波頻率用作感測頻率之一，但在所有實施例中這不是必要的。如果在從所施加的感測頻率獲得的一個或多個濾波信號中識別的噪聲量超出可接受的電平(步驟314)，則使載波頻率適當(dāng)?shù)仄频教娲?步驟316)以便允許以避免調(diào)諧噪聲的載波頻率進行隨后的操作。傳感器可以使用相同或類似的技術(shù)繼續(xù)檢測新載波頻率的噪聲。于是，通過應(yīng)用較小頻率調(diào)整(步驟312和308)，能夠估計存在于特定載波頻率處的調(diào)諧噪聲量，并且只有當(dāng)需要避免調(diào)諧噪聲時，才應(yīng)用較大頻率偏移(步驟314，316)。替代地，可以針對兩個或更多個操作載波頻率收集噪聲量度，其中隨后的操作以包含最少量的所檢測到的噪聲的載波頻率發(fā)生。在這種實施例中，所選擇的載波頻率可能經(jīng)受一些調(diào)諧噪聲影響，但通常這些影響將處于可接受的級別和/或?qū)⑿∮谠谄渌d波頻率處觀察到的調(diào)諧噪聲。于是，較大頻率偏移316不需要必定由步驟314中噪聲量度與閾值的比較產(chǎn)生，但是可以等效地作為在各種不同載波頻率處所收集的噪聲量度的比較的結(jié)果或根據(jù)任何其他方案或技術(shù)出現(xiàn)。
例程300的各個步驟可以以任何時間順序來應(yīng)用，或者可以在各種各樣的替代實施例中另外以任何方式進行修改。例如，可以估計和/或施加任意數(shù)目的感測和/或載波頻率，其中可以連續(xù)地、順序地、同時、定期地、不定期地、在需要時或在任何其他時間基礎(chǔ)上施加各個載波信號頻率。另外，能以任何方式組合或不同地組織圖3中所示的各個步驟。例如，針對連續(xù)檢測調(diào)諧噪聲的實施例，可以組合步驟312和314。例如當(dāng)步驟310識別可接受的噪聲電平時，這種實施例可以產(chǎn)生較小頻率偏移，當(dāng)步驟310識別不可接受的噪聲電平時，可以產(chǎn)生較大頻率偏移。類似地，在其他實施例中，在步驟312之后，能執(zhí)行步驟306和310。
現(xiàn)在最后參考圖4，用于觸摸板或其他位置/接近傳感器的噪聲傳遞函數(shù)400適當(dāng)?shù)匕▋蓚€峰值202和402，這兩個峰值分別表示對在兩個主要載波頻率214和414中的任何一個附近的噪聲的相對高的敏感度。當(dāng)傳感器以任一主要載波頻率工作時，控制器108嘗試使用上述技術(shù)來確定是否存在調(diào)諧噪聲。在定期的、不定期的、隨機的或其他時間基礎(chǔ)上進行該確定，或者適當(dāng)時可以在連續(xù)的基礎(chǔ)上執(zhí)行該確定。為了確定在例如感測頻率214附近是否存在調(diào)諧噪聲，以相對接近(例如在圖1中的解調(diào)濾波器106的帶寬內(nèi))載波信號的操作頻率214的兩個或更多個感測頻率210、212施加感測信號。當(dāng)以每一感測頻率施加載波信號116時，如上所述，對所得到的來自感測區(qū)102的輸出進行解調(diào)、濾波和噪聲處理。如果在一個或多個所得到的濾波信號中識別出噪聲，則能將替代的載波頻率414用于隨后的操作。如上所述，適當(dāng)時，調(diào)諧噪聲檢測可以以替代的載波頻率414(例如使用感測頻率410和412)繼續(xù)?？梢砸匀魏畏绞接|發(fā)較大頻率偏移(例如載波頻率214和414之間的偏移)。這種偏移能夠例如由不可接受的噪聲電平的檢測產(chǎn)生。替代地，用于隨后的操作的載波頻率可以作為具有最低檢測噪聲電平的載波頻率和/或適當(dāng)時根據(jù)任何其他標(biāo)準(zhǔn)被選擇。盡管圖4示出分別與載波頻率214和414重合的感測頻率212和412，但實際上這不是必要的。的確，在各種各樣的實施例中，可以使用任何載波和/或感測頻率配置。另外，盡管圖4示出接近每一載波頻率的兩個感測頻率，但在各種替代實施例中能夠使用任何數(shù)目的感測頻率來檢測在任何數(shù)目的載波頻率附近的噪聲。通過估計在與每個感興趣的載波頻率相關(guān)的兩個或更多個緊密間隔的感測頻率處獲得的濾波噪聲信號，能夠容易地選擇對調(diào)諧噪聲具有最低敏感度的載波頻率。
使用上述技術(shù)，通過快速地檢測調(diào)諧噪聲和/或通過避免這種噪聲用于隨后的操作，能夠顯著地改善觸摸板或其他傳感器的操作。在此所述的各種技術(shù)進一步允許根據(jù)噪聲檢測去除刺激影響，由此即使當(dāng)刺激存在于感測區(qū)102處或附近時也允許噪聲檢測。此外，通過增大調(diào)諧噪聲的拍頻(并且由此縮短噪聲信號的周期)，能相對快速地檢測噪聲。
因此，提供用于檢測噪聲和/或用于避免位置感測設(shè)備、諸如觸摸板中的噪聲的各種系統(tǒng)、設(shè)備和方法。盡管在上述詳細(xì)說明中提供了至少一個示例性實施例，應(yīng)理解的是存在大量變型方案。例如，在此所述的噪聲檢測和減少技術(shù)的各個步驟可以以任何時間順序來實踐，并且并不限于在此提出和/或要求的順序。還應(yīng)理解的是，在此所述的示例性實施例僅僅是例子，并且并不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍、適用性或結(jié)構(gòu)。因此，可以在元件的功能和配置方面做出各種改變，而不背離如在所附權(quán)利要求和其法律等效物中所述的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種檢測由感測區(qū)提供的輸出中的噪聲的方法，該感測區(qū)被配置用于響應(yīng)于刺激的接近來對載波信號進行調(diào)制，其中所述輸出與所述載波信號同步地被解調(diào)，并且通過具有解調(diào)濾波器帶寬的解調(diào)濾波器被濾波，該方法包括以下步驟以第一頻率以及以第二頻率施加所述載波信號，以便由此分別產(chǎn)生第一輸出和第二輸出，其中所述第一和第二頻率彼此不同，并且其中所述第一和第二頻率之間的差值小于所述解調(diào)濾波器帶寬；從所述第一和第二輸出中去除由所述刺激產(chǎn)生的影響中的至少一些，以便由此分別產(chǎn)生第一和第二濾波輸出；以及處理所述第一和第二濾波輸出以便檢測包含在其中的噪聲。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，去除步驟包括將高通濾波器應(yīng)用于所述第一和第二輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述高通濾波器是差分濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，去除步驟包括暫時禁止所述感測區(qū)的感測功能。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，去除步驟包括以被配置用于基本上排除由所述刺激產(chǎn)生的影響的采樣長度對輸出進行采樣。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟當(dāng)通過處理步驟識別出足量噪聲時，調(diào)整施加到所述感測區(qū)的載波信號的頻率。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，調(diào)整步驟包括以不同于所述第一和第二頻率的第三頻率施加所述載波信號。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第三頻率與所述第一和第二頻率相差大于所述解調(diào)濾波器帶寬的量。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，調(diào)整步驟進一步包括以不同于所述第一、第二和第三頻率的第四頻率施加所述載波信號。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第三和第四頻率之間的差值小于所述解調(diào)濾波器帶寬。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述第三和第四頻率與所述第一和第二頻率相差大于所述解調(diào)濾波器帶寬的量。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，處理步驟包括識別包含在濾波輸出中的至少一個中的噪聲。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，處理步驟進一步包括識別包含在兩個濾波輸出中的噪聲。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，處理步驟包括步驟添加濾波輸出以便產(chǎn)生總濾波輸出，以及將總濾波輸出與噪聲閾值進行比較。
15.一種位置傳感器，被配置用于執(zhí)行如權(quán)利要求1所述的方法。
16.一種觸摸板，被配置用于執(zhí)行如權(quán)利要求1所述的方法。
17.一種操作傳感器的方法，該傳感器被配置用于檢測在感測區(qū)附近的用戶輸入，該用戶輸入通過具有感測頻率的載波信號被解調(diào)并通過具有解調(diào)濾波器帶寬的解調(diào)濾波器被濾波，該方法包括以下步驟將多個載波信號施加到所述感測區(qū)以便產(chǎn)生多個噪聲測量信號，其中所述多個載波信號中的每一個具有不同頻率，并且其中不同頻率的總差值小于所述解調(diào)濾波器帶寬；對所述多個噪聲測量信號中的每一個進行濾波以便基本上去除由所述用戶輸入產(chǎn)生的影響中的至少一些，由此產(chǎn)生多個濾波輸出；確定在所述多個濾波輸出中的至少一個中識別出的噪聲量；以及如果該噪聲量超出預(yù)定閾值，則使感測頻率偏移到替代的感測頻率。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述多個載波信號的不同頻率中的每一個接近所述感測頻率。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述感測頻率和所述替代的感測頻率相差大于所述解調(diào)濾波器帶寬的量。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，濾波步驟包括將高通濾波器應(yīng)用于所述多個噪聲測量信號中的每一個。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述高通濾波器是差分濾波器。
22.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，定期執(zhí)行施加步驟。
23.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述噪聲量包括包含在所述多個濾波輸出內(nèi)的總噪聲量。
24.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述傳感器是位置傳感器。
25.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述傳感器是觸摸板。
26.一種軟件應(yīng)用，被配置用于檢測由感測區(qū)提供的輸出中的噪聲，該感測區(qū)被配置用于響應(yīng)于刺激的接近來對載波信號進行調(diào)制，其中所述輸出與所述載波信號同步地被解調(diào)并通過具有解調(diào)濾波器帶寬的解調(diào)濾波器被濾波，該軟件應(yīng)用包括第一代碼模塊，被配置用于引導(dǎo)以第一頻率以及以第二頻率將載波信號施加到所述感測區(qū)，以便由此分別產(chǎn)生第一輸出和第二輸出，其中所述第一和第二頻率彼此不同，并且其中所述第一和第二頻率之間的差值小于所述解調(diào)濾波器帶寬；第二代碼模塊，被配置用于從所述第一和第二輸出中去除由所述刺激產(chǎn)生的影響中的至少一些，以便由此分別產(chǎn)生第一和第二濾波輸出；以及第三代碼模塊，被配置用于處理所述第一和第二濾波輸出以便檢測包含在其中的噪聲。
27.一種數(shù)字存儲介質(zhì)，具有存儲在其上的如權(quán)利要求26所述的軟件應(yīng)用。
28.一種位置傳感器，包括處理器和存儲器，其中該存儲器被配置用于存儲如權(quán)利要求26所述的軟件應(yīng)用，以便由該處理器執(zhí)行。
29.一種用于檢測用戶輸入的輸入設(shè)備，該輸入設(shè)備包括感測區(qū)，被配置用于檢測用戶輸入和響應(yīng)于該用戶輸入來提供輸出；信號發(fā)生器，被配置用于產(chǎn)生具有感測頻率的載波信號；解調(diào)器，耦合到所述感測區(qū)并且被配置用于利用所述載波信號對所述感測區(qū)的輸出進行解調(diào)；解調(diào)濾波器，與所述解調(diào)器相關(guān)聯(lián)并具有解調(diào)濾波器帶寬；以及處理器，與所述信號發(fā)生器和所述解調(diào)濾波器通信，其中該處理器被配置用于與所述信號發(fā)生器通信以便引導(dǎo)以第一頻率以及以第二頻率將所述載波信號施加到所述感測區(qū)，其中所述第一和第二頻率彼此不同，并且其中所述第一和第二頻率之間的差值小于所述解調(diào)濾波器帶寬；分別響應(yīng)于所述第一和第二頻率從所述解調(diào)濾波器接收第一和第二噪聲測量信號；從所述第一和第二噪聲測量信號中基本上去除所述用戶輸入的任何影響，以便由此分別產(chǎn)生第一和第二濾波輸出；以及確定在所述第一和第二濾波輸出中的至少一個中識別出的噪聲量，以及與所述信號發(fā)生器通信，以便如果該噪聲量超出預(yù)定閾值，則使所述感測頻率偏移到替代的感測頻率。
30.如權(quán)利要求29所述的輸入設(shè)備，其中，所述輸入設(shè)備是位置感測設(shè)備。
31.如權(quán)利要求30所述的輸入設(shè)備，其中，所述感測區(qū)由電容觸摸傳感器限定。
32.如權(quán)利要求29所述的輸入設(shè)備，其中，所述輸入設(shè)備是觸摸板。
33.一種被配置用于檢測電容傳感器的輸出中的噪聲的裝置，該電容傳感器被配置用于響應(yīng)在感測區(qū)附近提供的刺激，其中所述輸出通過具有解調(diào)濾波器帶寬的解調(diào)濾波器被濾波，該裝置包括用于引導(dǎo)以第一頻率以及以第二頻率將載波信號施加到所述感測區(qū)以便由此分別產(chǎn)生第一輸出和第二輸出的裝置，其中所述第一和第二頻率彼此不同，并且其中所述第一和第二頻率之間的差值小于所述解調(diào)濾波器帶寬；用于從所述第一和第二輸出中去除所述刺激的影響以便由此分別產(chǎn)生第一和第二濾波輸出的裝置；以及用于處理所述第一和第二濾波輸出以便檢測包含在其中的噪聲的裝置。
34.一種傳感器，被配置用于檢測在感測區(qū)附近的用戶輸入，該用戶輸入通過具有感測頻率的載波信號被解調(diào)并通過具有解調(diào)濾波器帶寬的解調(diào)濾波器被濾波，該傳感器包括用于將多個載波信號施加到所述感測區(qū)以便產(chǎn)生多個噪聲測量信號的裝置，其中所述多個載波信號中的每一個具有不同頻率，并且其中不同頻率的總差值小于所述解調(diào)濾波器帶寬；用于對所述多個噪聲測量信號中的每一個進行濾波以便基本上去除所述用戶輸入的任何影響、從而由此產(chǎn)生多個濾波輸出的裝置；用于確定在所述多個濾波輸出中的至少一個中識別出的噪聲量的裝置；以及用于如果該噪聲量超出預(yù)定閾值、則使所述感測頻率偏移到替代的感測頻率的裝置。
35.如權(quán)利要求34所述的傳感器，其中，所述感測區(qū)包括用于電容感測所述用戶輸入的裝置。
36.如權(quán)利要求34所述的傳感器，其中，所述感測區(qū)包括用于電感感測所述用戶輸入的裝置。
全文摘要
描述了用于檢測傳感器中的噪聲的方法、系統(tǒng)和設(shè)備，該傳感器響應(yīng)于在感測區(qū)處或附近施加的刺激來產(chǎn)生輸出。以兩個或更多個頻率將載波信號施加到感測區(qū)，以便以被解調(diào)以及通過解調(diào)濾波器被濾波的每一頻率產(chǎn)生輸出。選擇應(yīng)用于載波信號的各個頻率，以便頻率差小于解調(diào)濾波器帶寬。從由各個載波頻率產(chǎn)生的輸出中去除刺激影響中的至少一些以便產(chǎn)生兩個或更多個濾波輸出。然后，處理該濾波輸出以便檢測包含在其中的噪聲。如果包含在一個或多個濾波輸出中的噪聲達(dá)到不可接受的電平，則使載波信號偏移到新的感測頻率，以用于隨后的操作。
文檔編號G06F3/044GK101080689SQ200580042994
公開日2007年11月28日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
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