實(shí)施例普遍涉及輸入感測以及，特別地，涉及用于混合大動態(tài)范圍電容感測的技術(shù)。

背景技術(shù)：

包括接近傳感器裝置的輸入裝置（通常也被稱為觸摸墊或者觸摸傳感器裝置）被廣泛應(yīng)用于多種電子系統(tǒng)中。接近傳感器裝置典型地包括感測區(qū)，其通常由表面區(qū)分，在其中接近傳感器裝置確定一個(gè)或多個(gè)輸入對象的存在、位置和/或運(yùn)動。接近傳感器裝置可用于為電子系統(tǒng)提供接口。例如，接近傳感器裝置通常作為輸入裝置用于較大計(jì)算系統(tǒng)中（諸如集成在或外設(shè)于筆記本或桌上型計(jì)算機(jī)的不透明觸摸墊）。接近傳感器裝置也經(jīng)常用于較小的計(jì)算系統(tǒng)中（諸如集成在蜂窩電話中的觸摸屏）。

輸入裝置包括處理電路，其可包括電荷積分器和其他處理組件。電荷積分器對提供給電荷積分器的輸入的電荷的變化，其作為采用信號驅(qū)動傳感器電極用于電容性感測的結(jié)果而發(fā)生，進(jìn)行積分。電荷積分器具有動態(tài)范圍，其指示可由電荷積分器適應(yīng)的電荷變化的范圍。在這個(gè)范圍之外，電荷積分器的輸出不隨輸入至電荷積分器的電荷的變化而線性改變。

電荷積分器的動態(tài)范圍可以通過增加電荷積分器的反饋電容器的尺寸而增加。然而，在集成電路中，由電容器消耗的區(qū)域的量取決于電容器的電容值。因此，如果存在減少集成電路（其用于處理與電容性感測相關(guān)的感測信號）的尺寸的期望，則需要一種解決方案而不是簡單地增加電容器的尺寸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供一種用于處理信號的處理系統(tǒng)，該信號從由感測信號驅(qū)動的電容性觸摸傳感器接收。處理單元包括電荷積分器，其在第一節(jié)點(diǎn)耦合于電容性觸摸傳感器。處理單元也包括精細(xì)信號處理單元，其配置成對電荷積分器的輸出執(zhí)行信號處理，以生成精細(xì)邏輯輸出。處理單元進(jìn)一步包括補(bǔ)償單元。補(bǔ)償單元配置成在感測信號的感測半周期期間，按電荷的離散量從第一節(jié)點(diǎn)減去電荷或者向第一節(jié)點(diǎn)增加電荷。補(bǔ)償單元也配置成對粗略感測結(jié)果執(zhí)行信號處理，該粗略感測結(jié)果基于在感測半周期期間向第一節(jié)點(diǎn)增加或者從第一節(jié)點(diǎn)減去的電荷，以生成粗略邏輯輸出。補(bǔ)償單元進(jìn)一步配置成將粗略邏輯輸出加到精細(xì)邏輯輸出，以生成處理過的信號輸出。

提供一種用于處理信號的方法，該信號從由感測信號驅(qū)動的電容性觸摸傳感器接收。該方法包括在耦合于電容性觸摸感測器的第一節(jié)點(diǎn)處，通過電荷積分器，對電荷進(jìn)行積分。該方法也包括對電荷積分器的輸出執(zhí)行信號處理，以生成精細(xì)邏輯輸出。該方法進(jìn)一步包括在感測信號的感測半周期期間，按電荷的離散量從第一節(jié)點(diǎn)減去電荷或者向第一節(jié)點(diǎn)增加電荷。該方法也包括對粗略感測結(jié)果執(zhí)行信號處理，該粗略感測結(jié)果基于在感測半周期期間向第一節(jié)點(diǎn)增加或者從第一節(jié)點(diǎn)減去的電荷，以生成粗略邏輯輸出。該方法進(jìn)一步包括將粗略邏輯輸出加到精細(xì)邏輯輸出，以生成處理過的信號輸出。

提供一種輸入裝置。輸入裝置包括電容性觸摸傳感器和耦合于電容性觸摸傳感器的處理單元。處理單元包括電荷積分器，其在第一節(jié)點(diǎn)耦合于電容性觸摸傳感器。處理單元也包括精細(xì)信號處理單元，其配置成對電荷積分器的輸出執(zhí)行信號處理，以生成精細(xì)邏輯輸出。處理單元進(jìn)一步包括補(bǔ)償單元。補(bǔ)償單元配置成在感測信號的感測半周期期間，按電荷的離散量從第一節(jié)點(diǎn)減去電荷或者向第一節(jié)點(diǎn)增加電荷。補(bǔ)償單元也配置成對粗略感測結(jié)果執(zhí)行信號處理，該粗略感測結(jié)果基于在感測半周期期間向第一節(jié)點(diǎn)增加或者從第一節(jié)點(diǎn)減去的電荷，以生成粗略邏輯輸出。補(bǔ)償單元進(jìn)一步配置成將粗略邏輯輸出加到精細(xì)邏輯輸出，以生成處理過的信號輸出。

附圖說明

為了使實(shí)施例的上述特征能夠以詳細(xì)的方式來理解，通過參考實(shí)施例作出在上面簡要總結(jié)的、實(shí)施例的更具體的描述，其中一些實(shí)施例在附圖中例示。但要注意，由于可容許其他有效的實(shí)施例，這些附圖僅例示典型實(shí)施例并且不應(yīng)因此被認(rèn)為范圍的限定。

圖1是依照示例的、包括輸入裝置的系統(tǒng)的框圖。

圖2A是依照示例的、描繪電容性傳感器裝置的框圖。

圖2B是依照示例的、描繪另一種電容性傳感器裝置的框圖。

圖3A是依照示例的、混合動態(tài)范圍處理系統(tǒng)的框圖。

圖3B是依照示例的、示例混合動態(tài)范圍處理系統(tǒng)的電路圖，該示例混合動態(tài)范圍處理系統(tǒng)是圖3A中混合動態(tài)范圍處理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

圖4是依照示例的、例示混合動態(tài)范圍處理系統(tǒng)內(nèi)各種信號的圖。

圖5是依照示例的、可作為圖3B中電荷修改單元使用的、直接電荷傳輸電路的圖示。

圖6是依照示例的、可作為圖3B中電荷修改單元使用的、基于緩沖的電荷傳輸電路的圖示。

圖7是依照示例的、處理信號的方法的流程圖，該信號從以感測信號驅(qū)動的電容性觸摸傳感器接收。

為促進(jìn)理解，已盡可能使用同樣的參考標(biāo)號，來標(biāo)明對附圖而言是共同的同樣元件。應(yīng)預(yù)期到，一個(gè)實(shí)施例中的元件可以獲益地、結(jié)合到其他實(shí)施例中。

具體實(shí)施方式

下列詳細(xì)描述本質(zhì)上僅僅是示范性的，并不意圖限制實(shí)施例或此類實(shí)施例的應(yīng)用和使用。而且，不存在由先前技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或以下詳細(xì)描述中提出的任何已表達(dá)或暗示的理論所約束的意圖。

各種實(shí)施例提供一種處理系統(tǒng)，其包括電荷積分器、補(bǔ)償單元和精細(xì)信號處理單元。補(bǔ)償單元檢測何時(shí)電荷積分器的輸出超出與電荷積分器的動態(tài)范圍相關(guān)的某個(gè)范圍，并且從電荷積分器的輸入增加或減去電荷作為響應(yīng)。補(bǔ)償單元記錄電荷被增加或減去的次數(shù)的計(jì)數(shù)，并且從該計(jì)數(shù)產(chǎn)生粗略感測結(jié)果。精細(xì)信號處理單元在增加或移除電荷之后，處理電荷積分器的輸出。補(bǔ)償單元處理粗略感測結(jié)果，并且將處理后的值加到來自精細(xì)信號處理單元的精細(xì)感測結(jié)果，以獲得最終輸出值。該最終輸出值是與如同使用了具有更大動態(tài)范圍的電荷積分器相同的值。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖1是依照發(fā)明的實(shí)施例的、示范性輸入裝置100的框圖。輸入裝置100可配置成向電子系統(tǒng)（未示出）提供輸入。正如此文檔中使用的，術(shù)語“電子系統(tǒng)”（或“電子裝置”）廣義地指能夠電子地處理信息的任何系統(tǒng)。電子系統(tǒng)的一些非限制性示例包括所有尺寸和形狀的個(gè)人計(jì)算機(jī)，諸如桌上型計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本計(jì)算機(jī)、平板、網(wǎng)頁瀏覽器、電子書籍閱讀器，和個(gè)人數(shù)字助手（PDA）。另外的示例電子系統(tǒng)包括復(fù)合輸入裝置，諸如包括輸入裝置100和獨(dú)立的操縱桿或按鍵開關(guān)的物理鍵盤。進(jìn)一步的示例電子系統(tǒng)包括諸如數(shù)據(jù)輸入裝置（包括遠(yuǎn)程控制和鼠標(biāo)），和數(shù)據(jù)輸出裝置（包括顯示屏和打印機(jī)）的外部設(shè)備。其他示例包括遠(yuǎn)程終端、廣告亭，和視頻游戲機(jī)（例如，視頻游戲控制臺、便攜式游戲裝置等）。其他示例包括通訊裝置（包括蜂窩電話，諸如智能手機(jī)），和媒體裝置（包括錄制器、編輯器、和諸如電視的播放器、機(jī)頂盒、音樂播放器、數(shù)碼相框和數(shù)碼相機(jī)）。另外，電子系統(tǒng)可以是輸入裝置的主機(jī)或從機(jī)。

輸入裝置100能夠被實(shí)現(xiàn)為電子系統(tǒng)的物理部件或者能與電子系統(tǒng)物理地分離。適當(dāng)情況下，輸入裝置100能使用下列方式的任何一個(gè)或多個(gè)與電子系統(tǒng)的部件通信：總線、網(wǎng)絡(luò)，和其他有線或無線互連。示例包括：I²C、SPI、PS/2、通用串行總線（USB）、藍(lán)牙、RF和IRDA。

在圖1中，輸入裝置100示出為接近傳感器裝置（通常也稱為“觸摸墊”或“觸摸傳感器裝置”），其配置成感測由一個(gè)或多個(gè)輸入對象140在感測區(qū)域120中提供的輸入。示例輸入對象包括手指和觸控筆，如圖1所示。

感測區(qū)域120包含在輸入裝置100之上、周圍、之中和/或附近的任何空間，在其中輸入裝置100能夠檢測用戶輸入（例如，由一個(gè)或多個(gè)輸入對象140提供的用戶輸入）。特定感測區(qū)域的大小、形狀和位置可能逐個(gè)實(shí)施例廣泛變化。在一些實(shí)施例中，感測區(qū)域120從輸入裝置100的表面沿一個(gè)或多個(gè)方向延伸至空間中直到信噪比阻止充分精確的對象檢測。該感測區(qū)域120沿特定方向延伸的距離，在各種實(shí)施例中，可能為大約小于一毫米、數(shù)毫米、數(shù)厘米或者更多，并且可能隨所用的感測技術(shù)的類型和期望精度而顯著變化。因此，一些實(shí)施例感測輸入，其中包括與輸入裝置100任何表面無接觸、與輸入裝置100的輸入表面（例如觸摸表面）接觸、與耦合一定量外加力或壓力的輸入裝置100的輸入表面接觸、和/或它們的組合。在各種實(shí)施例中，輸入表面可由傳感器電極位于其中的殼體的表面來提供，由應(yīng)用在傳感器電極或任何殼體之上的面板來提供，等。在一些實(shí)施例中，感測區(qū)120在投射到輸入裝置100的輸入表面上時(shí)具有矩形形狀。

輸入裝置100可以利用傳感器組件和感測技術(shù)的任何組合來檢測在感測區(qū)120中的用戶輸入。該輸入裝置100包括一個(gè)或多個(gè)用于檢測用戶輸入的感測元件。作為幾個(gè)非限制性示例，輸入裝置100可以使用電容性、倒介電、電阻性、電感性、磁、聲、超聲，和/或光技術(shù)。一些實(shí)現(xiàn)配置成提供跨一維、二維、三維，或更高維度空間的圖像。一些實(shí)現(xiàn)配置成提供沿特定軸或平面的輸入的投影。在輸入裝置100的一些電阻性實(shí)現(xiàn)中，柔性且導(dǎo)電的第一層由一個(gè)或多個(gè)隔離元件與導(dǎo)電的第二層分隔。在操作期間，一個(gè)或多個(gè)電壓梯度跨層創(chuàng)建。按壓柔性的第一層可以使其充分彎曲以創(chuàng)建層之間的電接觸，導(dǎo)致反映層之間的接觸的點(diǎn)的電壓輸出。這些電壓輸出可以用來確定位置信息。

在輸入裝置100的一些電感性實(shí)現(xiàn)中，一個(gè)或多個(gè)感測元件獲得由諧振線圈或線圈對感應(yīng)的環(huán)路電流。電流的振幅、相位、和頻率的某個(gè)組合便可以用來確定位置信息。

在輸入裝置100的一些電容性實(shí)現(xiàn)中，施加電壓或電流以創(chuàng)建電場。附近的輸入對象導(dǎo)致電場的變化，并且產(chǎn)生電容性耦合的可檢測變化，其可作為電壓、電流等的變化而被檢測。

一些電容性實(shí)現(xiàn)利用陣列或者其他電容性感測元件的規(guī)則或不規(guī)則的圖案來創(chuàng)建電場。在一些電容性實(shí)現(xiàn)中，獨(dú)立的感測元件可以歐姆地短接在一起以形成更大的傳感器電極。一些電容性實(shí)現(xiàn)利用電阻片，其可以是電阻均勻的。

一些電容性實(shí)現(xiàn)利用基于在傳感器電極和輸入對象之間的電容性耦合的變化的“自電容”（或“絕對電容”）感測方法。在各種實(shí)施例中，傳感器電極附近的輸入對象改變傳感器電極附近的電場，從而改變量得的電容性耦合。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，絕對電容感測方法通過相對于參考電壓（例如，系統(tǒng)地）調(diào)制傳感器電極，以及通過檢測傳感器電極與輸入對象之間的電容性耦合，來進(jìn)行操作。

一些電容性實(shí)現(xiàn)利用基于在傳感器電極之間的電容性耦合的變化的“互電容”（或“跨電容”）感測方法。在各種實(shí)施例中，傳感器電極附近的輸入對象改變傳感器電極之間的電場，從而改變量得的電容性耦合。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，跨電容感測方法通過檢測在一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器傳感器電極（也是“發(fā)射器電極”或“發(fā)射器”）與一個(gè)或多個(gè)接收器傳感器電極（也是“接收器電極”或“接收器”）之間的電容性耦合，來進(jìn)行操作。發(fā)射器傳感器電極可相對于參考電壓（例如，系統(tǒng)地）來調(diào)制以傳送發(fā)射器信號。接收器傳感器電極可相對于參考電壓保持大體上恒定以促進(jìn)結(jié)果信號的接收。結(jié)果信號可包括對應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器信號和/或一個(gè)或多個(gè)環(huán)境干擾源（例如，其他電磁信號）的影響。傳感器電極可為專用的發(fā)射器或接收器，或者傳感器電極可配置成既傳送又接收。備選地，接收器電極可相對于地面調(diào)制。

在圖1中，處理系統(tǒng)110示出為輸入裝置100的部件。處理系統(tǒng)110配置成操作輸入裝置100的硬件來檢測感測區(qū)120中的輸入。處理系統(tǒng)110包括一個(gè)或多個(gè)集成電路（IC）和/或其他電路組件的部分或全部。例如，用于互電容傳感器裝置的處理系統(tǒng)可包括配置成以發(fā)射器傳感器電極來傳送信號的發(fā)射器電路，和/或配置成以接收器傳感器電極來接收信號的接收器電路。在一些實(shí)施例中，處理系統(tǒng)110還包括電子可讀指令，諸如固件代碼、軟件代碼等。在一些實(shí)施例中，組成處理系統(tǒng)110的組件定位在一起，諸如在輸入裝置100的感測元件附近。在其他實(shí)施例中，處理系統(tǒng)110的組件在物理上是獨(dú)立的，其中一個(gè)或多個(gè)組件靠近輸入裝置100的感測元件，而一個(gè)或多個(gè)組件在別處。例如，輸入裝置100可為耦合到桌上型計(jì)算機(jī)的外設(shè)，并且處理系統(tǒng)110可包括配置成在桌上型計(jì)算機(jī)的中央處理單元上運(yùn)行的軟件以及與該中央處理單元分離的一個(gè)或多個(gè)IC（或許具有關(guān)聯(lián)的固件）。作為另一示例，輸入裝置100可物理地集成在電話中，并且處理系統(tǒng)110可包括作為該電話的主處理器的一部分的電路和固件。在一些實(shí)施例中，處理系統(tǒng)110專用于實(shí)現(xiàn)輸入裝置100。在其他實(shí)施例中，處理系統(tǒng)110也執(zhí)行其他功能，諸如操作顯示屏、驅(qū)動觸覺致動器等。

處理系統(tǒng)110可以作為處理該處理系統(tǒng)110不同功能的一組模塊被實(shí)現(xiàn)。每一模塊可包括作為處理系統(tǒng)110的一部分的電路、固件、軟件或它們的組合。在各種實(shí)施例中，可使用模塊的不同組合。示例模塊包括用于操作諸如傳感器電極和顯示屏之類硬件的硬件操作模塊，用于處理諸如傳感器信號和位置信息之類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理模塊，以及用于報(bào)告信息的報(bào)告模塊。另外的示例模塊包括傳感器操作模塊，其配置成操作感測元件來檢測輸入；識別模塊，其配置成識別諸如模式變更手勢之類的手勢；以及模式變更模塊，其用于變更操作模式。

在一些實(shí)施例中，處理系統(tǒng)110直接通過引起一個(gè)或多個(gè)動作來響應(yīng)感測區(qū)域120中的用戶輸入（或缺少用戶輸入）。示例動作包括改變操作模式，以及諸如光標(biāo)移動、選擇、菜單導(dǎo)航、和其他功能的GUI動作。在一些實(shí)施例中，處理系統(tǒng)110向電子系統(tǒng)的某個(gè)部分（例如，向與處理系統(tǒng)110分離的電子系統(tǒng)的中央處理系統(tǒng)，如果這樣一個(gè)獨(dú)立的中央處理系統(tǒng)存在的話）提供關(guān)于輸入（或缺少輸入）的信息。在一些實(shí)施例中，電子系統(tǒng)的某個(gè)部分處理從該處理系統(tǒng)110接收到的信息以對用戶輸入采取動作，以致促進(jìn)全范圍的動作，包括模式改變動作和GUI動作。

例如，在一些實(shí)施例中，處理系統(tǒng)110操作輸入裝置100的感測元件以產(chǎn)生指示感測區(qū)域120中的輸入（或缺少輸入）的電信號。處理系統(tǒng)110在產(chǎn)生提供給電子系統(tǒng)的信息中可對該電信號執(zhí)行任何適量的處理。例如，處理系統(tǒng)110可以數(shù)字化從傳感器電極獲得的模擬電信號。作為另一個(gè)例子，處理系統(tǒng)110可以執(zhí)行濾波或其他信號調(diào)節(jié)。作為又一個(gè)例子，處理系統(tǒng)110可以減去或以其他方式計(jì)及基線，以使得信息反映電信號和基線之間的差異。作為另一些示例，處理系統(tǒng)110可確定位置信息，識別作為命令的輸入，識別筆跡等。

本文使用的“位置信息”廣義地包含絕對位置、相對位置、速度、加速度和其他類型的空間信息。示例性的“零維”位置信息包括近/遠(yuǎn)或接觸/非接觸信息。示例性的“一維”位置信息包括沿軸的位置。示例性的“二維”位置信息包括在平面中的運(yùn)動。示例性的“三維”位置信息包括在空間中的瞬時(shí)或平均速度。進(jìn)一步的示例包括空間信息的其他表示。也可確定和/或存儲關(guān)于一種或多種類型位置信息的歷史數(shù)據(jù)，包括，例如隨時(shí)間追蹤位置、運(yùn)動、或瞬時(shí)速度的歷史數(shù)據(jù)。

在一些實(shí)施例中，輸入裝置100采用由處理系統(tǒng)110或由某個(gè)其他處理系統(tǒng)操作的附加輸入組件來實(shí)現(xiàn)。這些附加輸入組件可為感測區(qū)120中的輸入提供冗余的功能性，或某個(gè)其他功能性。圖1示出感測區(qū)120附近的按鈕130，其能夠用于促進(jìn)使用輸入裝置100的項(xiàng)目的選擇。其他類型的附加輸入組件包括滑塊、球、輪、開關(guān)等。相反地，在一些實(shí)施例中，輸入裝置100可在沒有其他輸入組件的情況下實(shí)現(xiàn)。

一些實(shí)施例中，輸入裝置100包括觸摸屏界面，并且感測區(qū)120與顯示屏的有源區(qū)的至少一部分重疊。例如，輸入裝置100可包括覆蓋該顯示屏的、大體透明的傳感器電極，以及為關(guān)聯(lián)的電子系統(tǒng)提供觸摸屏界面。該顯示屏可以是能向用戶顯示可視界面的、任何類型的動態(tài)顯示器，并可包括任何類型的發(fā)光二極管（LED）、有機(jī)LED（OLED）、陰極射線管（CRT）、液晶顯示器（LCD）、等離子體、電致發(fā)光（EL），或其他顯示技術(shù)。輸入裝置100和顯示屏可共用物理元件。例如，一些實(shí)施例可將相同電組件的一些用于顯示及感測。作為另一示例，顯示屏可部分或整個(gè)地由處理系統(tǒng)110操作。

應(yīng)理解，盡管本發(fā)明的諸多實(shí)施例在完全功能設(shè)備的上下文中描述，本發(fā)明的機(jī)理能夠作為采用多種形式的程序產(chǎn)品（例如軟件）來被分配。例如，本發(fā)明的機(jī)理可作為電子處理器可讀取的信息承載介質(zhì)（例如，可由處理系統(tǒng)110讀取的、非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀和/或可記錄/可寫的信息承載介質(zhì)）之上的軟件程序來實(shí)現(xiàn)及分配。另外，無論用于執(zhí)行分配的介質(zhì)的特定類型，本發(fā)明的實(shí)施例同樣地適用。非暫時(shí)性、電子可讀介質(zhì)的示例包括各種光盤、存儲棒、存儲卡、存儲模塊等。電子可讀介質(zhì)可基于閃速、光、磁、全息、或任何其他存儲技術(shù)。

圖2A是依照示例的、描繪電容性傳感器裝置200A的框圖。電容性傳感器裝置200A包括圖1示出的輸入裝置100的示例實(shí)現(xiàn)。電容性傳感器裝置200A包括傳感器電極集合208，其耦合于處理系統(tǒng)110的一個(gè)示例實(shí)現(xiàn)（稱作“處理系統(tǒng)110A”）。正如本文使用的，對處理系統(tǒng)110的一般參照是對圖1描述的處理系統(tǒng)或本文描述的其任何其他實(shí)施例（例如，處理系統(tǒng)110A、110B等）的參照。

傳感器電極集合208布置于襯底202之上，以提供感測區(qū)120。傳感器電極集合208包括布置于襯底202上的傳感器電極。在本示例中，傳感器電極集合208包括兩批多個(gè)傳感器電極，從220-1到220-N（統(tǒng)稱“傳感器電極220”），以及從230-1到230-M（統(tǒng)稱“傳感器電極230”），其中M和N是大于零的整數(shù)。傳感器電極220和230由電介質(zhì)（未示出）分離。傳感器電極220和傳感器電極230可以不平行。在示例中，傳感器電極220與傳感器電極230正交布置。

在一些示例中，傳感器電極220和傳感器電極230可布置在襯底202的獨(dú)立的層上。在其他示例中，傳感器電極220和傳感器電極230可布置在襯底202的單一層上。盡管示出傳感器電極布置于單個(gè)襯底202上，在一些實(shí)施例中，傳感器電極可布置于多于一個(gè)襯底上。例如，一些傳感器電極可布置于第一襯底上，而其他的傳感器電極可布置于粘附于第一襯底的第二襯底上。

在本示例中，傳感器電極集合208以傳感器電極220和230示出，傳感器電極220和230通常按正交傳感器電極的交叉處的矩形網(wǎng)格布置。應(yīng)理解，傳感器電極集合208不限于這樣的布置，相反地，其可包括許多傳感器圖案。盡管傳感器電極集合208描繪為矩形，該傳感器電極集合208可具有其他形狀，諸如圓形。

正如以下所討論，處理系統(tǒng)110A可依照多個(gè)激勵(lì)方案，包括用于互電容感測（“跨電容性感測”）和/或自電容感測（“絕對電容性感測”）的激勵(lì)方案，來操作傳感器電極220、230。在跨電容性激勵(lì)方案中，處理系統(tǒng)110A采用發(fā)射器信號驅(qū)動傳感器電極230（傳感器電極230是“發(fā)射器電極”），并且接收來自傳感器電極220的結(jié)果信號（傳感器電極220是“接收器電極”）。在一些實(shí)施例中，傳感器電極220可以是發(fā)射器電極，而傳感器電極230可以是接收器電極。傳感器電極230可具有與傳感器電極220相同或不同的幾何結(jié)構(gòu)。在示例中，相較于更窄并且更稀疏分布的傳感器電極220，傳感器電極230更寬并且更緊密分布。相似地，在實(shí)施例中，傳感器電極220可以更寬和/或更稀疏分布。備選地，傳感器電極220、230可具有相同的寬度和/或相同的分布。

傳感器電極220和傳感器電極230分別由導(dǎo)電布線跡線204和導(dǎo)電布線跡線206耦合于處理系統(tǒng)110A。處理系統(tǒng)110A通過導(dǎo)電布線跡線204、206耦合于傳感器電極220、230，以實(shí)現(xiàn)用于感測輸入的感測區(qū)域120。傳感器電極220中的每個(gè)可耦合于布線跡線206中的至少一個(gè)布線跡線。同樣地，傳感器電極230中的每個(gè)可耦合于布線跡線204中的至少一個(gè)布線跡線。

圖2B是依照示例的、描繪電容性傳感器裝置200B的框圖。電容性傳感器裝置200B包括圖1示出的輸入裝置100的另一個(gè)示例實(shí)現(xiàn)。在本示例中，傳感器電極集合208包括多個(gè)傳感器電極，從210_1,1到210_J,K，其中J和K是整數(shù)（統(tǒng)稱“傳感器電極210”）。傳感器電極210電容性地耦合于網(wǎng)格電極214。傳感器電極210互相之間以及與網(wǎng)格電極214之間歐姆地絕緣。傳感器電極210可由間隔216與網(wǎng)格電極214分離。在本示例中，傳感器電極210按矩形矩陣圖案布置，其中J或K至少一個(gè)大于零。傳感器電極210可按其他圖案布置，諸如環(huán)形陣列、重復(fù)圖案、非重復(fù)圖案，或相似類型的布置。類似于電容性傳感器裝置200A，處理系統(tǒng)110A可依照多個(gè)激勵(lì)方案，包括用于跨電容性感測和/或絕對電容性感測的激勵(lì)方案，來操作傳感器電極210和網(wǎng)格電極214。

在一些示例中，傳感器電極210和網(wǎng)格電極214可布置在襯底202的獨(dú)立的層上。在其他示例中，傳感器電極210和網(wǎng)格電極214可布置在襯底202的單一層上。傳感器電極210可以處于與傳感器電極220和傳感器電極230相同和/或不同層上。盡管示出傳感器電極布置于單個(gè)襯底202上，在一些實(shí)施例中，傳感器電極可布置于多于一個(gè)襯底上。例如，一些傳感器電極可布置于第一襯底上，而其他的傳感器電極可布置于粘附于第一襯底的第二襯底上。

傳感器電極210通過導(dǎo)電布線跡線212耦合于處理系統(tǒng)110A。處理系統(tǒng)110A也可通過一個(gè)或多個(gè)布線跡線（出于清晰起見未示出）耦合于網(wǎng)格電極214。處理系統(tǒng)110A通過導(dǎo)電布線跡線212耦合于傳感器電極210，以實(shí)現(xiàn)用于感測輸入的感測區(qū)域120。

參照圖2A和2B，電容性傳感器裝置200A或200B可用于將用戶輸入（例如，用戶手指、諸如觸控筆的探針、和/或某個(gè)其他外部輸入對象）傳送至電子系統(tǒng)（例如，計(jì)算裝置或其他電子裝置）。例如，電容性傳感器裝置200A或200B可作為電容性觸摸屏裝置，其可以布置于底層圖像或信息顯示裝置之上，來實(shí)現(xiàn)。采用這種方法，用戶通過傳感器電極集合208中大體上透明的元件查看，能觀看到底層圖像或信息顯示。在觸摸屏中實(shí)現(xiàn)時(shí)，襯底202可包括至少一個(gè)大體上透明的層（未示出）。傳感器電極和導(dǎo)電布線跡線可由大體上透明的導(dǎo)電材料形成。銦錫氧化物和/或細(xì)的、幾乎不可見的電線僅僅是可用于形成傳感器電極和/或?qū)щ姴季€跡線的、大體上透明材料的諸多可能示例中的兩個(gè)。在其他示例中，導(dǎo)電布線跡線可由不透明材料形成，并且然后隱藏于傳感器電極集合208的邊緣區(qū)域（未示出）中。

在另一個(gè)示例中，電容性傳感器裝置200A或200B可作為電容性觸摸墊、滑塊、按鈕或其他電容傳感器實(shí)現(xiàn)。例如，襯底202可采用，但不限于，一個(gè)或多個(gè)透明或不透明的材料實(shí)現(xiàn)。同樣，透明或不透明的導(dǎo)電材料可用于形成用于傳感器電極集合208的傳感器電極和/或?qū)щ姴季€跡線。

通常，處理系統(tǒng)110A采用感測信號激勵(lì)或驅(qū)動傳感器電極集合208的感測元件，并且測量電感應(yīng)或結(jié)果信號，其包括感測信號和感測區(qū)120中輸入的效應(yīng)。本文使用的術(shù)語“激勵(lì)”和“驅(qū)動”包含控制被驅(qū)動元件的某個(gè)電方面。例如，有可能驅(qū)動電流通過電線，驅(qū)動電荷至導(dǎo)體中、驅(qū)動大體上恒定或變化的電壓波形至電極上等。感測信號可以是恒定的、大體上恒定的、或者隨時(shí)間變化的，并且通常包括形狀、頻率、振幅和相位。感測信號可稱作“有源信號”，相對于“無源信號”，諸如地信號或其他參考信號。感測信號在用于跨電容性感測時(shí)也可稱作“發(fā)射器信號”，或者在用于絕對感測時(shí)稱作“絕對感測信號”或“調(diào)制信號”。

在示例中，處理系統(tǒng)110A采用電壓驅(qū)動傳感器電極集合208的感測元件，并且感測在感測元件上所產(chǎn)生的相應(yīng)電荷。即，感測信號是電壓信號，而結(jié)果信號是電荷信號（例如，指示積聚電荷的信號，諸如集成電流信號）。電容與所施加電壓成正比，與積聚電荷成反比。處理系統(tǒng)110A可確定來自被感測電荷的電容量度。在另一個(gè)示例中，處理系統(tǒng)110A采用電荷驅(qū)動傳感器電極集合208的感測元件，并且感測在感測元件上所產(chǎn)生的相應(yīng)電壓。即，感測信號是引起電荷積聚的信號（例如，電流信號），而結(jié)果信號是電壓信號。處理系統(tǒng)110A可確定來自被感測電壓的電容量度。通常，術(shù)語“感測信號”意味著包含驅(qū)動電壓以感測電荷，和驅(qū)動電荷以感測電壓，以及可用于獲取電容標(biāo)記的任何其他類型的信號?！半娙輼?biāo)記”包括電容能夠從其中導(dǎo)出的電荷、電流、電壓等的量度。

處理系統(tǒng)110A可包括傳感器模塊240和確定模塊260。傳感器模塊240和確定模塊260包括執(zhí)行處理系統(tǒng)110A不同功能的模塊。在其他示例中，一個(gè)或多個(gè)模塊的不同配置可執(zhí)行本文描述的功能。傳感器模塊240和確定模塊260可包括電路275，并且也可包括與電路275合作操作的固件、軟件、或它們的組合。

傳感器模塊240依照一個(gè)或多個(gè)方案（“激勵(lì)方案”），在一個(gè)或多個(gè)周期（“激勵(lì)周期”）內(nèi)，選擇性地驅(qū)動感測信號到傳感器電極集合208的一個(gè)或多個(gè)感測元件上。在每個(gè)激勵(lì)周期期間，傳感器模塊240可選擇性地感測來自傳感器電極集合208的一個(gè)或多個(gè)感測元件的結(jié)果信號。每個(gè)激勵(lì)周期具有關(guān)聯(lián)的時(shí)間段，在該時(shí)間段期間感測信號被驅(qū)動并且結(jié)果信號被測量。

在一種類型的激勵(lì)方案中，傳感器模塊240可選擇性地驅(qū)動傳感器電極集合208的感測元件用于絕對電容性感測。在絕對電容性感測中，傳感器模塊240采用絕對感測信號驅(qū)動被選感測元件，并且感測來自被選感測元件的結(jié)果信號。在這樣的激勵(lì)方案中，被選感測元件與輸入對象之間的絕對電容的量度從結(jié)果信號確定。在示例中，傳感器模塊240可采用絕對感測信號驅(qū)動被選傳感器電極220，和/或被選傳感器電極230。在另一個(gè)示例中，傳感器模塊240可采用絕對感測信號驅(qū)動被選傳感器電極210。

在另一個(gè)類型的激勵(lì)方案中，傳感器模塊240可選擇性地驅(qū)動傳感器電極集合208的感測元件用于跨電容性感測。在跨電容性感測中，傳感器模塊240采用發(fā)射器信號驅(qū)動被選發(fā)射器傳感器電極，并且感測來自被選接收器傳感器電極的結(jié)果信號。在這樣的激勵(lì)方案中，發(fā)射器與接收器電極之間跨電容的量度從結(jié)果信號確定。在示例中，傳感器模塊240可采用發(fā)射器信號驅(qū)動傳感器電極230，并且在傳感器電極220上接收結(jié)果信號。在另一個(gè)示例中，傳感器模塊240可采用發(fā)射器信號驅(qū)動被選傳感器電極210，并且從傳感器電極210的其他個(gè)接收結(jié)果信號。

在任何激勵(lì)周期中，傳感器模塊240可采用其他信號，包括參考信號和保護(hù)信號，來驅(qū)動傳感器電極集合208的感測元件。即，那些未采用感測信號來驅(qū)動或者未被感測以接收結(jié)果信號的、傳感器電極集合208的感測元件可以采用參考信號、保護(hù)信號、或置于浮動（即，未采用任何信號驅(qū)動）來驅(qū)動。參考信號可以是地信號（例如，系統(tǒng)地）或任何其他恒定或大體上恒定的電壓信號。保護(hù)信號可以是與發(fā)射器信號的形狀、振幅、頻率或相位的至少一個(gè)相似或者相同的信號。

“系統(tǒng)地”可以指由系統(tǒng)組件共用的公共電壓。例如，移動電話的電容性感測系統(tǒng)可，有時(shí)，以系統(tǒng)地為參考，其中系統(tǒng)地由電話的電源提供（例如，充電器或電池）。系統(tǒng)地相對于地面或任何其他參考可以不固定。例如，桌上的移動電話通常具有浮動的系統(tǒng)地。由人（其通過自由空間強(qiáng)耦合于地面地）握著的移動電話可相對于人接地，但是該人-地相對于地面地可以是變化的。在諸多系統(tǒng)中，系統(tǒng)地連接于系統(tǒng)中最大面積的電極、或由其提供。電容性傳感器裝置200A或200B可緊鄰這樣的系統(tǒng)地電極（例如，定位于地平面或背板上）來定位。

確定模塊260基于由傳感器模塊240獲取的結(jié)果信號執(zhí)行電容量度。電容量度可包括元件之間的電容性耦合的改變（也稱作“電容的改變”）。例如，確定模塊260可確定在不存在輸入對象的情況下，元件之間的電容性耦合的基線量度。確定模塊260可隨后將電容性耦合的基線量度與存在輸入對象情況下電容性耦合的量度組合起來，以確定電容性耦合的改變。

在示例中，確定模塊260可執(zhí)行關(guān)聯(lián)于感測區(qū)域120特定部分的多個(gè)電容量度作為“電容性像素”，以創(chuàng)建“電容性圖像”或“電容性幀”。電容性圖像的電容性像素代表感測區(qū)域120內(nèi)的位置，在其中可使用傳感器電極集合208的感測元件來測量電容性耦合。例如，電容性像素可對應(yīng)于傳感器電極220與受輸入對象影響的傳感器電極230之間的跨電容性耦合。在另一個(gè)示例中，電容性像素可對應(yīng)于傳感器電極210的絕對電容。確定模塊260可以使用由傳感器模塊240獲取的結(jié)果信號來確定電容性耦合變化的陣列，以產(chǎn)生形成電容性圖像的電容性像素的x×y陣列。電容性圖像可使用跨電容性感測獲得（例如，跨電容性圖像），或者使用絕對電容性感測獲得（例如，絕對電容性圖像）。采用這種方法，處理系統(tǒng)110A可捕獲電容性圖像，其為相對于感測區(qū)域120中的輸入對象測得的響應(yīng)的快照。給定的電容性圖像可包括感測區(qū)域內(nèi)的所有電容性像素，或者僅電容性像素的子集。

在另一個(gè)示例中，確定模塊260可執(zhí)行關(guān)聯(lián)于感測區(qū)域120特定軸的多個(gè)電容量度，以創(chuàng)建沿該軸的“電容性概圖”。例如，確定模塊260可以確定沿軸的絕對電容性耦合變化的陣列，其中該軸由傳感器電極220和/或傳感器電極230定義，以產(chǎn)生電容性概圖。電容性耦合變化的陣列可包括許多點(diǎn)，其少于或等于沿給定軸的傳感器電極的數(shù)量。

由處理系統(tǒng)110A得到的電容的量度，諸如電容性圖像或電容性概圖，使能接觸、懸停、或相對于由傳感器電極集合208形成的感測區(qū)域的其他用戶輸入的感測。確定模塊260可利用電容的量度來確定關(guān)于用戶輸入相對于由傳感器電極集合208形成的感測區(qū)域的位置信息。確定模塊260可附加地或備選地使用此類量度來確定輸入對象大小和/或輸入對象類型。

圖3A是依照示例的、混合動態(tài)范圍處理系統(tǒng)300的框圖。如圖所示，該混合動態(tài)范圍處理系統(tǒng)300包括耦合于傳感器電極302的電荷積分器304，精細(xì)信號處理單元306，和補(bǔ)償單元308。傳感器電極302可以是以上關(guān)于圖2A-2B描述的傳感器電極210、220、230中的任一個(gè)。電荷積分器304、精細(xì)信號處理單元306、和補(bǔ)償單元308中的任一個(gè)或全部可包括在以上關(guān)于圖1-2B所描述的處理系統(tǒng)110內(nèi)。

如上所述，傳感器電極302由感測信號驅(qū)動，以感測輸入對象140的存在。作為響應(yīng)，傳感器電極302向電荷積分器304提供信號。電荷積分器304通過對在特定時(shí)間段期間由電荷積分器304從傳感器電極302接收到（或從中提?。┑碾姾闪窟M(jìn)行積分，將從傳感器電極302接收到的連續(xù)模擬信號轉(zhuǎn)換成采樣模擬信號。該時(shí)間段可以是驅(qū)動傳感器電極302用于電容性感測的、驅(qū)動信號的半周期內(nèi)的積分時(shí)間段。采樣模擬信號被進(jìn)一步處理以導(dǎo)出輸出信號，其指示傳感器電極302的電容，其由輸入對象140（如果存在的話）修改。

電荷積分器304具有動態(tài)范圍，其為由傳感器電極302向電荷積分器304提取或提供的電荷的范圍，在該范圍內(nèi)電荷積分器304的輸出電壓線性地響應(yīng)。這個(gè)范圍之外，電荷積分器304的輸出電壓不線性地響應(yīng)。在電荷積分器304在其動態(tài)范圍之外工作時(shí)，該電壓可以“定軌 (rail)”或者保持在向電荷積分器304供電的電源電壓之一。在其動態(tài)范圍之外工作的情況在本文可稱作電荷積分器304被“飽和”或工作“在飽和中”。

除其他以外，電荷積分器304的動態(tài)范圍取決于電荷積分器304的內(nèi)部反饋電容。較大的反饋電容增加動態(tài)范圍而較小的反饋電容減小動態(tài)范圍。

盡管增加電荷積分器304的反饋電容使電荷積分器304的動態(tài)范圍增加，更大的電容器占據(jù)了集成電路上更大的空間量。因此，提供精細(xì)信號處理單元306和補(bǔ)償單元308，使得為電荷積分器304提供反饋電容的電容器可以做得更小，以減少處理系統(tǒng)110內(nèi)電荷積分器304占據(jù)的空間量。

補(bǔ)償單元308執(zhí)行多個(gè)功能，來協(xié)助補(bǔ)償電荷積分器304被減小的動態(tài)范圍。特別地，補(bǔ)償單元308對輸入節(jié)點(diǎn)309移除或增加電荷，以防止電荷積分器工作在飽和中。補(bǔ)償單元308增加或移除同樣大小的電荷、離散的電荷“塊”。增加或移除電荷的元件（例如，補(bǔ)償單元308）可以具體化為電路，其不管輸入節(jié)點(diǎn)309上的電壓而增加或移除相同量的電荷，從而獨(dú)立于該電壓進(jìn)行工作。補(bǔ)償單元308也記錄從輸入節(jié)點(diǎn)309增加或移除了多少電荷作為“粗略輸入信號”，并且，與精細(xì)信號處理單元306處理關(guān)聯(lián)于輸入節(jié)點(diǎn)處電荷的更精細(xì)量度的精細(xì)輸入信號相并行地，處理該粗略輸入信號。精細(xì)輸入信號可以被看作在補(bǔ)償單元308增加或減去電荷固定次數(shù)之后的“剩余部分”。來自粗略和精細(xì)處理的結(jié)果相加在一起以獲得最終輸出信號，其好像電荷積分器304中的反饋電容器足夠大以致為從傳感器電極302輸入的特定信號供應(yīng)足夠大的動態(tài)范圍一樣。

在操作中，在任何特定的感測半周期期間，補(bǔ)償單元308檢測電荷積分器304的輸出是否高于高閾值或低于低閾值。這些閾值可以是任何值，但是更優(yōu)選地為用于檢測電荷積分器304何時(shí)接近于，或者是，工作在飽和中的值。從而，閾值可能接近指示電荷積分器304何時(shí)將要從線性地工作轉(zhuǎn)變到工作在飽和中的最大及最小值。

當(dāng)補(bǔ)償單元308檢測到電荷積分器304的輸出高于高閾值或低于低閾值時(shí)，補(bǔ)償單元308向電荷積分器304的輸入309增加電荷或者從其移除電荷。通過改變輸入309處的電荷量，補(bǔ)償單元308將電荷積分器304從工作在飽和中（或者接近工作在飽和中）移動到更靠近其動態(tài)范圍的中間來工作。

補(bǔ)償單元308由快速時(shí)鐘312計(jì)時(shí)，它比傳感器電極302以其來驅(qū)動的信號的頻率更快。這個(gè)快速時(shí)鐘312的目的是使得，如果期望的話，在感測半周期內(nèi)電荷可以多次地從輸入節(jié)點(diǎn)309移除（或向其增加）。在每個(gè)半周期期間，補(bǔ)償單元308記錄在那個(gè)半周期期間電荷增加至輸入309或從其移除的次數(shù)的計(jì)數(shù)。補(bǔ)償單元308通過將該計(jì)數(shù)乘以每次增加或移除的電荷量，來確定從輸入309移除或向其增加的電荷的總量。該值在本文中稱作粗略電荷值或粗略感測結(jié)果。

當(dāng)補(bǔ)償單元308不再檢測到電荷積分器304的輸出高于高閾值或低于低閾值時(shí)，補(bǔ)償單元308對粗略感測結(jié)果執(zhí)行處理，以獲得粗略邏輯輸出。同樣在這時(shí)，精細(xì)信號處理單元306從電荷積分器304接收輸出信號，并且對該輸出信號執(zhí)行處理，以獲得數(shù)字精細(xì)邏輯輸出。補(bǔ)償單元308接收數(shù)字精細(xì)邏輯輸出并且將精細(xì)邏輯輸出加至粗略邏輯輸出，以獲得最終輸出，其代表由傳感器電極302向電荷積分器304輸出或提取的電荷量。注意，由補(bǔ)償單元308和精細(xì)信號處理單元306執(zhí)行的處理可包括解調(diào)、濾波、和/或其他類型的處理。該處理可對粗略電荷值和由精細(xì)信號處理單元306所處理的精細(xì)值進(jìn)行。

更具體地，補(bǔ)償單元308和精細(xì)信號處理單元306兩者分別對粗略和精細(xì)信號執(zhí)行某種信號處理。該信號處理將是，將從電荷積分器304接收到的信號轉(zhuǎn)換成更有用于指示傳感器電極302的電容的格式所期望的、任何種類的處理。例如，信號處理可包括解調(diào)和濾波器。補(bǔ)償單元308對粗略電荷值執(zhí)行該處理，并且精細(xì)信號處理單元306，在補(bǔ)償單元308不再檢測那個(gè)信號高于或低于閾值之后，對從電荷積分器304接收到的信號執(zhí)行類似的處理。因此，對粗略值和精細(xì)值兩者都執(zhí)行類似的處理。該處理的輸出可以簡單地加在一起，以獲得結(jié)合來自粗略和精細(xì)值的信息的單一結(jié)果。

概念上，補(bǔ)償單元308可被看作增加或改進(jìn)電荷積分器304的動態(tài)范圍，或者備選地，看作對電荷積分器304工作或者將要工作在飽和中時(shí)的情況進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)電荷積分器304工作或者將要工作在飽和中時(shí)，通過從輸入309增加或移除電荷，補(bǔ)償單元308有效地提供輸入電荷值的附加范圍，在其中電荷積分器304能夠線性工作。進(jìn)一步地，通過處理粗略感測結(jié)果并且將那些所處理結(jié)果加至由精細(xì)信號處理單元306生成的精細(xì)感測結(jié)果，補(bǔ)償單元308能夠產(chǎn)生單一輸出值，其指示由傳感器電極302輸出或提取的電荷量。

補(bǔ)償單元308另外的好處是補(bǔ)償單元308能夠校準(zhǔn)精細(xì)信號處理單元306。更具體地，盡管其指示在積分時(shí)間段內(nèi)在輸入節(jié)點(diǎn)309接收到的電荷總量，來自電荷積分器304的輸出信號沒有被校準(zhǔn)到在輸入節(jié)點(diǎn)309接收到的實(shí)際電荷量。由于補(bǔ)償單元308按離散塊從輸入節(jié)點(diǎn)309增加或移除電荷，補(bǔ)償單元308能夠幫助將在電荷積分器304的輸出值關(guān)聯(lián)到在輸入節(jié)點(diǎn)309的實(shí)際電荷量。該過程在本文中稱作“校準(zhǔn)”或“自校準(zhǔn)”。在其他實(shí)施例中，精細(xì)信號處理單元306可以用來校準(zhǔn)粗略信號處理單元。

為執(zhí)行該校準(zhǔn)，補(bǔ)償單元308在傳感器電極302未被驅(qū)動用于電容性感測時(shí)，向輸入309增加電荷或從其移除電荷。精細(xì)信號處理單元306接收來自電荷積分器304的輸入，并且將該輸入轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，其被輸出至補(bǔ)償單元308。在該校準(zhǔn)期間，精細(xì)信號處理單元306沒有對從電荷積分器304接收到的信號執(zhí)行任何處理（諸如解調(diào)和濾波），而只將該信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。補(bǔ)償單元308儲存該數(shù)字值作為校準(zhǔn)值。校準(zhǔn)值將來自精細(xì)信號處理單元306的數(shù)字值關(guān)聯(lián)到每次電荷被增加或減少時(shí)由補(bǔ)償單元308增加或減少的電荷量。例如，如果，在補(bǔ)償單元308向輸入309增加電荷用于自校準(zhǔn)時(shí)，精細(xì)信號處理單元306輸出值100，則校準(zhǔn)值將該值100與當(dāng)補(bǔ)償單元308向輸入309增加電荷時(shí)被增加的電荷量相關(guān)聯(lián)。如果每次由補(bǔ)償單元308增加或減少的電荷量已知，則補(bǔ)償單元308能夠直接儲存來自精細(xì)信號處理單元306的值與電荷之間的關(guān)聯(lián)。

圖3B是依照示例的、示例混合動態(tài)范圍處理系統(tǒng)350的電路圖，該示例混合動態(tài)范圍處理系統(tǒng)350是圖3A中混合動態(tài)范圍處理系統(tǒng)300的一種實(shí)現(xiàn)?；旌蟿討B(tài)范圍處理系統(tǒng)350包括耦合于傳感器電極352的電荷積分器354，精細(xì)信號處理單元365，和補(bǔ)償單元361。電荷積分器354是電荷積分器304的實(shí)現(xiàn)。精細(xì)信號處理單元365是精細(xì)信號處理單元306的實(shí)現(xiàn)，而補(bǔ)償單元361是補(bǔ)償單元308的實(shí)現(xiàn)。

電荷積分器354包括運(yùn)算放大器356、反饋電容器358（其耦合于運(yùn)算放大器356的輸出與同相輸入之間），和復(fù)位開關(guān)360，其與反饋電容器358并聯(lián)耦合。運(yùn)算放大器356的反相輸入耦合于參考電壓。精細(xì)信號處理單元365包括精細(xì)信號處理模塊366和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器368。補(bǔ)償單元361包括高電壓比較器362、低電壓比較器364、粗略處理單元370，和電荷修改單元372。

在操作中，處理系統(tǒng)110（圖1-2B）采用信號驅(qū)動傳感器電極352用于電容性感測，該信號標(biāo)記為“TX”用于表示“發(fā)射器”。注意，盡管感測被描述為跨電容性感測，絕對感測也是可能的。響應(yīng)以信號驅(qū)動，傳感器電極352將電荷流向電荷積分器354（或者從其提取電荷，取決于發(fā)射器信號的極性）。

輸入節(jié)點(diǎn)351處的電荷改變引起輸入節(jié)點(diǎn)351處的瞬態(tài)電壓改變。該瞬態(tài)電壓改變由運(yùn)算放大器356的作用來修正。更具體地，通過反饋電容器358的反饋將輸入節(jié)點(diǎn)351返回至虛擬地。運(yùn)算放大器356的輸出的極性是當(dāng)前半周期內(nèi)發(fā)射器信號的極性的相反。因此，如果發(fā)射器信號是高電壓，運(yùn)算放大器356的輸出是低電壓，而如果發(fā)射器信號是低電壓，運(yùn)算放大器356的輸出是高電壓。

如上所討論，電荷積分器354具有動態(tài)范圍，在其中電荷積分器線性地工作，而在其之外電荷積分器354被認(rèn)為處于飽和中。動態(tài)范圍是值的范圍，在該值的范圍中運(yùn)算放大器356的輸出能夠補(bǔ)償輸入節(jié)點(diǎn)351處電荷的增加或減少。在電荷的某個(gè)最大或最小量，運(yùn)算放大器356的輸出電壓大體上等于電源或運(yùn)算放大器356的接地電壓。進(jìn)一步的電壓增加或減少是不可能的，因此跨反饋電容器358的反饋機(jī)制不能進(jìn)一步補(bǔ)償輸入節(jié)點(diǎn)351處的電荷增加或減少的改變。在這時(shí)，輸入節(jié)點(diǎn)351處的電壓不再保持在虛擬地并且開始增加或減少。

混合動態(tài)范圍處理系統(tǒng)350在運(yùn)算放大器356的輸出處于工作在飽和中的危險(xiǎn)時(shí)，通過從輸入節(jié)點(diǎn)351增加或減少電荷，來幫助改進(jìn)電荷積分器354的動態(tài)范圍。每一次電荷從輸入節(jié)點(diǎn)351增加或減去，電荷積分器354就被帶向更靠近其動態(tài)范圍的中間。

注意，電荷積分器354在發(fā)射器信號從低向高或從高向低轉(zhuǎn)變之前，由復(fù)位開關(guān)360復(fù)位。因此，跨反饋電容器358的電壓差減少到零。此后，發(fā)射器信號轉(zhuǎn)換極性并且再次驅(qū)動傳感器電極352。

來自電荷積分器354的輸出信號提供給精細(xì)信號處理單元365和補(bǔ)償單元361。在補(bǔ)償單元361內(nèi)，高電壓比較器362和低電壓比較器364都接收該輸出信號。高電壓比較器362是運(yùn)算放大器，其具有耦合于高參考電壓的同相輸入和耦合于來自電荷積分器354的輸出的反相輸入。當(dāng)該輸出低于高參考電壓時(shí)，高電壓比較器362向粗略處理單元370輸出邏輯上高。低電壓比較器364是運(yùn)算放大器，其具有耦合于低參考電壓的反相輸入和耦合于來自電荷積分器354的輸出的同相輸入。當(dāng)該輸出高于低參考電壓時(shí)，低電壓比較器364向粗略處理單元370輸出邏輯上高。高電壓比較器362和低電壓比較器364都由快速時(shí)鐘312（圖3A）計(jì)時(shí)。其意味著，假設(shè)相應(yīng)電壓比較器條件被滿足，這些比較器的每一個(gè)的輸出每快速時(shí)鐘周期發(fā)出一次。注意，選用術(shù)語“高參考電壓”和“低參考電壓”來對應(yīng)于輸入節(jié)點(diǎn)351的極性，而不是運(yùn)算放大器356的輸出的極性。因此，高電壓比較器362指示何時(shí)輸入節(jié)點(diǎn)351處的電壓過高，而低電壓比較器364指示何時(shí)輸入節(jié)點(diǎn)351處的電壓過低。

粗略處理單元370執(zhí)行三個(gè)功能：基于比較器362、364的輸出，控制電荷修改單元372從輸入節(jié)點(diǎn)351增加或移除電荷；記錄粗略感測結(jié)果，其等于在感測半周期內(nèi)電荷修改單元372向輸入節(jié)點(diǎn)351增加電荷或從其移除電荷的次數(shù)；以及處理粗略感測結(jié)果和來自精細(xì)信號處理單元365的精細(xì)感測結(jié)果以生成輸出。

當(dāng)粗略處理單元370從高電壓比較器 362接收高值，粗略處理單元370控制電荷修改單元372從輸入節(jié)點(diǎn)351減去電荷（由于，如上所述，高電壓比較器362指示何時(shí)輸入節(jié)點(diǎn)351處的電壓過高），并且遞增電荷從輸入節(jié)點(diǎn)351減去的次數(shù)的計(jì)數(shù)。該計(jì)數(shù)可以儲存為正值，因?yàn)檩斎牍?jié)點(diǎn)351處的電荷為高。例如，如果電荷被減去五次，計(jì)數(shù)為+5。類似地，當(dāng)粗略處理單元370從低電壓比較器364接收高值，粗略處理單元370控制電荷修改單元372向輸入節(jié)點(diǎn)351增加電荷，并且遞增電荷被加到輸入節(jié)點(diǎn)351的次數(shù)的計(jì)數(shù)。該計(jì)數(shù)可以儲存為負(fù)值，因?yàn)檩斎牍?jié)點(diǎn)351處的電荷為低。例如，如果電荷被增加五次，計(jì)數(shù)為-5。由向輸入節(jié)點(diǎn)351增加電荷或從其減去電荷而產(chǎn)生的計(jì)數(shù)在本文中稱作電荷修改計(jì)數(shù)。

當(dāng)高電壓比較器362和低電壓比較器364都不輸出高信號，粗略處理單元370確定沒有電荷需要向輸入節(jié)點(diǎn)351增加或從其減去。在這時(shí)，粗略處理單元370確定在當(dāng)前感測半周期內(nèi)增加至輸入節(jié)點(diǎn)351或從其減去的電荷的總量。為確定增加至輸入節(jié)點(diǎn)351或從其減去的電荷的總量，粗略處理單元370將電荷修改計(jì)數(shù)乘以每次電荷從輸入節(jié)點(diǎn)351增加或減去時(shí)所增加或所減去的電荷量。該結(jié)果是電荷修改量。每次所增加或所減去的電荷量可以基于電荷修改單元372的特性確定，下文進(jìn)一步詳細(xì)描述其中一些示例。電荷修改單元372可以具體化為電路，其不管輸入節(jié)點(diǎn)351處的電壓而增加或移除相同量的電荷，從而獨(dú)立于運(yùn)算放大器356的反相輸入處的電壓進(jìn)行工作。

精細(xì)信號處理單元365和粗略處理單元370都執(zhí)行信號處理。精細(xì)信號處理單元365對來自電荷積分器354的輸出（其存在于補(bǔ)償單元361確定沒有更多電荷應(yīng)該被增加或移除之后）執(zhí)行信號處理。該信號處理包括解調(diào)和濾波，以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換。盡管模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器368描繪為在精細(xì)信號處理模塊366之后（意味著精細(xì)信號處理模塊366在模擬域內(nèi)執(zhí)行處理），模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器368可以在精細(xì)信號處理模塊366之前（意味著精細(xì)信號處理模塊366可在數(shù)字域內(nèi)執(zhí)行處理）。精細(xì)信號處理單元365向粗略處理單元370提供處理過的輸出。

粗略處理單元370對電荷修改量執(zhí)行處理，包括解調(diào)和濾波，以生成粗略邏輯輸出。粗略處理單元370也將粗略邏輯輸出加至處理過的精細(xì)信號，以生成處理過的信號輸出，其為代表由傳感器電極352提取或提供的電荷量的數(shù)字值。

在半周期末，在這個(gè)處理過的信號輸出被生成之后，電荷積分器354閉合復(fù)位開關(guān)360，以準(zhǔn)備下一次感測半周期。粗略處理單元370也將從輸入節(jié)點(diǎn)351減去或向其增加電荷的次數(shù)的計(jì)數(shù)復(fù)位。

現(xiàn)在提供針對將粗略邏輯信號加至精細(xì)邏輯信號與采用更大反饋電容器358處理來自電荷積分器354的單一信號之間等效的數(shù)學(xué)解釋。對于來自具有大反饋電容器358的電荷積分器354的單一信號（“未分離信號”Q[n]），該信號如下被解調(diào)與濾波：

Q[n]：“未分離信號”：來自電荷積分器的單一信號

x_Q[n]：解調(diào)信號

y_Q[n]：濾波后的、解調(diào)信號

a_i、b_i：濾波常數(shù)

采用本文公開的技術(shù)，Q[n]被有效地分成粗略信號D[n]和精細(xì)信號q[n]。這些信號如下被解調(diào)和濾波：

如下為用于粗略和精細(xì)信號的濾波后的、解調(diào)信號的總和：

因此，濾波后的、解調(diào)未分離信號等效于濾波后的、解調(diào)粗略和精細(xì)信號的總和。

圖4是依照示例的、描述混合動態(tài)范圍處理系統(tǒng)350內(nèi)的各種信號的圖。信號包括發(fā)射器信號（“TX”）、電荷積分器輸出信號（“Vout”）、對應(yīng)于電荷積分器354的運(yùn)算放大器356的反相輸入的信號（V-）、對應(yīng)于高電壓比較器362的輸出的信號（“H”）、對應(yīng)于低電壓比較器364的輸出的信號（“L”）、對應(yīng)于電荷修改單元372的信號（“?q”）、和對應(yīng)于復(fù)位開關(guān)360的信號。應(yīng)當(dāng)注意，在一些情況下，圖4的圖是一些實(shí)施例中預(yù)期波形的估計(jì)，并且沒有將所公開的發(fā)明限定到對應(yīng)實(shí)現(xiàn)。

一起參考圖3和圖4，發(fā)射器信號采用驅(qū)動信號來驅(qū)動傳感器電極352用于電容性感測。圖4示出發(fā)射器的一個(gè)完整周期，其中發(fā)射器信號從低轉(zhuǎn)變到高隨后從高轉(zhuǎn)變到底。在由高到低與由低到高轉(zhuǎn)變之間的時(shí)間段稱作半周期。

在圖4所示的第一半周期內(nèi)，在發(fā)射器信號從低轉(zhuǎn)變到高之后，電荷跨傳感器電極352被供給到運(yùn)算放大器356的輸入節(jié)點(diǎn)351。該電荷儲存在反饋電容器358中，導(dǎo)致輸入節(jié)點(diǎn)351處的電壓增加，該電壓依賴于跨傳感器電極352推動的電荷量并且也依賴于反饋電容器358的電容。由于運(yùn)算放大器356的同相輸入處的電壓增加，運(yùn)算放大器356的輸入處的電壓之間的差減少，從而在圖400中反映為Vout的輸出減少。在某個(gè)時(shí)候，該輸出電壓降到高參考電壓Vrefhi以下，這觸發(fā)高電壓比較器，其在圖400中反映為“H”，被置高。該高電壓比較器導(dǎo)致電荷修改單元372（其活動以標(biāo)注“?q”的圖來指示）從輸入節(jié)點(diǎn)351移除電荷。在V-的電壓稍微減少。然而，在移除電荷之后，Vout仍然低于Vrefhi，高電壓比較器362導(dǎo)致粗略電荷修改單元372再一次從輸入節(jié)點(diǎn)351移除電荷。此時(shí)，Vout升高至高于Vrefhi，因此Vrefhi不再導(dǎo)致粗略電荷修改單元372從輸入節(jié)點(diǎn)351移除電荷。V-再次減少，并且穩(wěn)定在虛擬地（以點(diǎn)狀水平線指示），這指示運(yùn)算放大器356正在線性工作。

粗略處理單元370記錄電荷在半周期內(nèi)已經(jīng)從輸入節(jié)點(diǎn)351減去兩次，因此記錄電荷修改計(jì)數(shù)為+2。粗略處理單元370將該值看作數(shù)字值，并且對該值執(zhí)行數(shù)字處理，以獲取粗略邏輯輸出。精細(xì)信號處理單元365處理電壓Vout作為精細(xì)值，該電壓由從輸入節(jié)點(diǎn)351減去電荷導(dǎo)致。因此，精細(xì)信號處理單元365對該信號執(zhí)行解調(diào)和濾波，以獲取精細(xì)邏輯輸出。粗略處理單元370將精細(xì)邏輯輸出加至粗略邏輯輸出以獲取最終輸出值。

第一半周期之后，發(fā)射器信號從高轉(zhuǎn)變到低，并且重復(fù)以上描述的過程，但是以相反的極性。更具體地，Vout轉(zhuǎn)變到高值。當(dāng)?shù)碗妷罕容^器364檢測到Vout高于低參考電壓Vreflo，電荷修改單元372向輸入節(jié)點(diǎn)351增加電荷，導(dǎo)致輸入節(jié)點(diǎn)351處的電壓增加。電荷修改單元372向輸入節(jié)點(diǎn)351再一次增加電荷，這時(shí)Vout下降到低于Vreflo。此時(shí)，粗略處理單元處理（解調(diào)和濾波）電荷修改計(jì)數(shù)-2，以生成粗略邏輯輸出。當(dāng)Vout不再高于Vreflo時(shí)，精細(xì)信號處理單元365處理（解調(diào)、濾波，并且轉(zhuǎn)換成數(shù)字值）Vout處的值，以生成精細(xì)邏輯輸出，并且向粗略處理單元370提供該精細(xì)邏輯輸出。粗略處理單元將粗略邏輯輸出加至精細(xì)邏輯輸出，以生成最終輸出用于示出的第二半周期。

注意，在每次發(fā)射器信號轉(zhuǎn)變之前，復(fù)位信號（對應(yīng)于復(fù)位開關(guān)360）被斷言，其消除運(yùn)算放大器356的反相輸入和輸出之間的電壓差，從而在發(fā)射器信號轉(zhuǎn)變前將電壓Vout置到中間值。

電荷修改單元實(shí)現(xiàn)

如上所述，電荷修改單元372從輸入節(jié)點(diǎn)351增加或移除一定量電荷。電荷修改單元372可以按多種不同方式實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在討論其中一些。

電荷修改單元372的一個(gè)實(shí)現(xiàn)是電流源和變換器（sink），其能夠被操作達(dá)固定量的時(shí)間。電流源和變換器提取或提供固定電流。通過操作電流源和變換器達(dá)固定量的時(shí)間，固定量的電荷被提供給輸入節(jié)點(diǎn)351或從其提取。

電荷修改單元372的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)是開關(guān)電容器，其在一端通過開關(guān)耦合于輸入節(jié)點(diǎn)511，而在另一端通過兩個(gè)開關(guān)選擇性地耦合于電源電壓和接地電壓（“軌電壓”）。為增加電荷，至電源的開關(guān)閉合，而至輸入節(jié)點(diǎn)351的開關(guān)和至地的開關(guān)打開。某一時(shí)間段之后，至電源的開關(guān)打開，而至輸入節(jié)點(diǎn)351的開關(guān)閉合。為移除電荷，至地的開關(guān)閉合，而至輸入節(jié)點(diǎn)351的開關(guān)和至電源的開關(guān)打開。某一時(shí)間段之后，至地的開關(guān)打開而至輸入節(jié)點(diǎn)351的開關(guān)閉合。

耦合于電流鏡的電容器的從動電流傳送器，也能用作電荷源和變換器。在這樣的實(shí)現(xiàn)中，電容器由信號驅(qū)動。信號導(dǎo)致電容器向電流傳送器核心供給電流或從其提取電流。電流鏡反射來自電流傳送器核心的電流，并且該電流被施加至輸入節(jié)點(diǎn)351。

電荷修改單元372也可以是直接電荷傳輸電路。直接電荷傳輸電路將相關(guān)于圖5更詳細(xì)地討論?；诰彌_的電荷移除技術(shù)也可以用作電荷修改單元372?；诰彌_的電荷移除技術(shù)將相關(guān)于圖6更詳細(xì)地討論。

圖5是依照示例的、可作為圖3B中電荷修改單元372使用的直接電荷傳輸電路500的圖示。直接電荷傳輸電路500包括運(yùn)算放大器502，其對應(yīng)于圖3B中的運(yùn)算放大器356；反饋電容器508，其對應(yīng)于圖3B中的反饋電容器358；直接電荷傳輸電容器（“Cd”）506；傳感器電容器（“Ct”）510，其對應(yīng)于圖3B中的傳感器電極352。出于簡單性，未示出復(fù)位開關(guān)。應(yīng)理解，其他直接電荷傳輸電路可代替，或附加，圖5中所描述的那個(gè)來使用。

直接電荷傳輸電路500如下工作。直接傳輸電容器506以特定的電荷充電。為對直接電荷傳輸電容器506充電，電荷修改單元372操作開關(guān)503和開關(guān)504，使得電容器C_d 506耦合于+Vd和-Vd。這采用電荷q_d對C_d充電：

q_d = -2C_d ? V_d

當(dāng)以發(fā)射器信號驅(qū)動傳感器電容器510時(shí)，反饋電容器508儲存電荷q_fb。忽略寄生效應(yīng)，并且假設(shè)運(yùn)算放大器502的反相輸入處的電壓小于同相輸入處的電壓，以及運(yùn)算放大器502的輸出的電壓接近正電源軌Vd（具體地，Vd-?V），電荷q_fb是：

隨后操作開關(guān)503，通過將C_d 506耦合于輸入節(jié)點(diǎn)511，從電容器C_d 506向輸入節(jié)點(diǎn)511增加電荷。電荷從電容器C_d 506流向輸入節(jié)點(diǎn)511，增加511處的電荷。此時(shí)，C_fb和C_d上的電壓是：

如果Cd=γCfb，其中γ < 1（但是未必?。?，則：

則C_fb上電壓的改變是：

圖6是依照示例的、可作為圖3B中電荷修改單元372使用的、基于緩沖的電荷傳輸電路600的圖示?；诰彌_的電荷傳輸電路600包括緩沖運(yùn)算放大器608、第一開關(guān)607、第二開關(guān)610、和電荷改變電容器C_d 612。

為增加或移除電荷，開關(guān)607開始在位置φ1。緩沖運(yùn)算放大器608的輸出與V-相同。隨后，開關(guān)607移動到位置φ2，并且開關(guān)610從位置φ1’移動到φ2’。這導(dǎo)致電流流經(jīng)電容器C_d 612，從輸入節(jié)點(diǎn)603提取電荷或向其增加電荷。

圖7是依照示例的、處理信號的方法700的流程圖，該信號從以感測信號驅(qū)動的電容性觸摸傳感器接收。盡管方法步驟結(jié)合關(guān)于圖1-6所述的系統(tǒng)來描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，配置成，按各種可行的備選順序，執(zhí)行該方法步驟的任何系統(tǒng)，落入本公開的范圍內(nèi)。注意，此方法700在發(fā)射器信號的半周期期間被執(zhí)行。

如所示，方法700開始于步驟702，其中處理系統(tǒng)110以驅(qū)動信號驅(qū)動傳感器電極302用于感測輸入對象140的存在。在步驟704，電荷積分器304對耦合于傳感器電極302的輸入節(jié)點(diǎn)309處的電荷改變進(jìn)行積分。在步驟706，補(bǔ)償單元308檢測電荷積分器輸出是否在范圍之外。在步驟708，如果電荷積分器304在該范圍之外，則方法前進(jìn)到步驟710，其中補(bǔ)償單元308修改輸入節(jié)點(diǎn)309處的電荷。步驟710之后，方法700返回步驟708。如果在步驟708，電荷積分器304不在該范圍之外，則方法700前進(jìn)到步驟712。在步驟712，補(bǔ)償單元308基于在輸入節(jié)點(diǎn)309處電荷被修改的次數(shù)，計(jì)算粗略感測結(jié)果。精細(xì)信號處理單元306也從電荷積分器304的輸出獲取精細(xì)感測結(jié)果。在步驟714，精細(xì)信號處理單元306和補(bǔ)償單元308對精細(xì)感測結(jié)果和粗略感測結(jié)果執(zhí)行相似信號處理，以分別生成精細(xì)邏輯輸出和粗略邏輯輸出。該相似信號處理可包括，例如，濾波和解調(diào)。在步驟716，補(bǔ)償單元308將粗略邏輯輸出和精細(xì)邏輯輸出相加以生成處理過的信號輸出。

有益地，提供處理電路，其包括補(bǔ)償單元，補(bǔ)償單元通過向電荷積分器的輸入節(jié)點(diǎn)增加或減去所需的電荷，補(bǔ)償電荷積分器動態(tài)范圍內(nèi)的減少。這允許電荷積分器的反饋電容器尺寸減小，從而減少分配給電荷積分器的面積量。通過與精細(xì)信號并行地處理“粗略”信號，其關(guān)聯(lián)于電荷被增加或移除的次數(shù)，處理電路產(chǎn)生好像反饋電容器尺寸沒有減小一樣的結(jié)果。

因此，提出本文闡述的實(shí)施例和示例以便最好地解釋本發(fā)明和其特定應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并使用本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，前述描述和示例僅為了例示和示例的目的而提出。所闡述的描述并不意在是窮舉性的或?qū)⒈炯夹g(shù)限定到所公開的精確形式。