專利名稱：芯片上的電容感應按鈕的制作方法
技術領域：
本公開涉及觸摸式傳感器領域，并且尤其涉及電容式觸摸感應按鈕。
背景技術：
許多電子設備包括允許用戶交互和用戶輸入的用戶接口裝置。一種用戶接口裝置是按鈕或按鍵。常規(guī)的按鈕包括用來觸發(fā)開關來指示按鈕按壓或按鈕啟動的機械部件。機械按鈕還給用戶提供觸感的反饋以指示按鈕已經被按壓了。最近，在一些應用中正使用觸 摸式傳感器按鈕來代替機械按鈕。一種類型的觸摸式傳感器按鈕利用電容傳感器元件，通過電容感應方式來運行。電容傳感器所檢測的電容根據傳感器元件上的導電物體的接近程度(proximity)而變化。導電物體例如可以是觸控筆或用戶的手指。在觸摸式傳感器按鈕中，可以通過多種方法來測量由于導電物體的接近程度而由每一個傳感器所檢測的電容的變化。不管方法是什么，通常由處理裝置對每一個電容傳感器所檢測的代表電容的電信號進行處理，這又產生代表觸摸式傳感器按鈕的按鈕或傳感器啟動的電或光信號。


本公開通過例示而非限制的方式在附圖的圖表中圖示。圖I是圖示處理觸摸式傳感器的數(shù)據的電子系統(tǒng)的實施例的方框圖。圖2圖示用來測量傳感器元件上的電容的弛豫振蕩器的實施例。圖3圖示用來測量傳感器元件的電容的包括σ - δ調制器和數(shù)字濾波器的電路的實施例的示意圖。圖4是圖示根據一個實施例的電容式按鈕系統(tǒng)的方框圖。圖5圖示電容感應按鈕的一個實施例。圖6圖示根據一個實施例的電容感應按鈕集成電路的頂視圖和底視圖。圖7Α圖示根據一個實施例的電容式傳感器按鈕集成電路的頂視圖。圖7Β圖示根據一個實施例的電容式傳感器按鈕集成電路的側視圖。圖8圖示根據一個實施例的用于電容式傳感器按鈕集成電路的接地墊片和傳感器元件。圖9Α圖示根據一個實施例的電容感應按鈕集成電路。圖9Β圖示根據一個實施例的用于電容感應按鈕集成電路的插件印刷電路板(PCB)。圖IOA圖示根據一個實施例的電容感應按鈕的頂視圖。圖IOB圖示根據一個實施例的電容感應按鈕的側視圖。
圖IlA圖示根據一個實施例的用于電容感應按鈕集成電路的傳感器圖案。圖IlB圖示根據一個實施例的用于電容感應按鈕集成電路的傳感器圖案。圖12A圖示根據一個實施例的用于電容感應按鈕集成電路的傳感器圖案。圖12B圖示根據一個實施例的用于電容感應按鈕集成電路的傳感器圖案。圖13圖示根據一個實施例的用于電容感應按鈕集成電路的引線框。
具體實施例方式為了提供對本發(fā)明的幾個實施例的深入理解，下面的描述闡述許 多個具體的細節(jié)，例如具體的系統(tǒng)、元件、方法等的例子。然而，對本領域技術人員來說顯而易見的是，至少本發(fā)明的一些實施例可以沒有這些具體的細節(jié)而實施。在其它情況下，為了避免不必要地使本發(fā)明造成模糊，沒有詳細地描述或者以簡單的方框圖形式表示眾所公知的元件或方法。從而，闡述的具體細節(jié)僅是示例性的。特定的實施方式可以與這些示例性細節(jié)不同，并且仍然認為在本發(fā)明的精神和范圍內。在許多情況下，用電容觸摸式傳感器按鈕來代替機械按鈕會涉及印刷電路板(PCB)的設計的重大變化，以包括傳感器元件、接地墊片、電容傳感器、和其它元件(例如LED)。可以集成電容觸摸式傳感器按鈕的一個實施例，使得傳感器元件、接地墊片、電容傳感器、和其它部件包含在單個的集成電路(IC)封裝體中。這種方法可以最小化用電容觸摸式傳感器按鈕代替機械按鈕的復雜性。在一個實施例中,集成的電容觸摸式傳感器按鈕可以包括在集成電路封裝體中附加的接地墊片和傳感器元件、以及與接地墊片和傳感器元件耦接的電容傳感器。在一個實施例中，電容傳感器用來測量傳感器元件的電容。集成電路封裝體還可以具有均位于封裝體的外部以便于在PCB上的安裝以及與PCB跡線的連接的接地接腳和輸出接腳(outputpin)。在一個實施例中，輸出接腳可以傳送取決于傳感器元件所測量的電容的信號。例如，當測量的電容超過閾值時，輸出接腳可以連接到接地接腳或某個其它的接腳，或者產生輸送關于測量的電容的信號并將該信號施加到輸出接腳上。圖I圖示具有用來檢測導電物體的存在的處理裝置的電子系統(tǒng)一個實施例的方框圖。在一個實施例中，可以將電子系統(tǒng)200的部件封裝到單個的IC封裝體中，以用作電容感應按鈕。例如，電子系統(tǒng)200可以包括處理裝置210，將處理裝置210包括在與觸摸式傳感器按鈕240、觸摸式傳感器滑塊230、或觸摸式傳感器元件220相同的集成電路封裝體中。在一個實施例中，可以將觸摸式傳感器按鈕240、滑塊230、或元件220安裝在實現(xiàn)電容式觸摸感應按鈕的集成電路封裝體的頂表面附近。在一個實施例中，電子系統(tǒng)200還可以包括主處理器250、嵌入式控制器260、和非電容式傳感器元件270。處理裝置210可以包括模擬和/或數(shù)字通用輸入/輸出(“GPI0”)端口 207。GPIO端口 207可以是可編程的。GPIO端口 207可以與可編程互連邏輯(“PIL”)耦接，PIL起到GPIO端口 207和處理裝置210的數(shù)字塊陣列(未圖示)之間的互連的作用。在一個實施例中，數(shù)字塊陣列可以用可配置的用戶模塊(“UM”)來實現(xiàn)多種數(shù)字邏輯電路(例如，DAC、數(shù)字濾波器、數(shù)字控制系統(tǒng)等)。該數(shù)字塊陣列可以與系統(tǒng)總線(未圖示)耦接。處理裝置210還可以包括存儲器，例如隨機存取存儲器(RAM) 205和程序閃存204。RAM205可以是靜態(tài)RAM (SRAM)等，程序閃存204可以是非易失性存儲器等，其可用用來存儲固件(例如可由處理核心202來執(zhí)行以實現(xiàn)本文描述的操作的控制算法)。處理裝置210還可以包括與存儲器和處理核心202耦接的存儲器控制單元(MCU) 203。處理裝置210還可以包括模擬塊陣列(未圖示)。模擬塊陣列也可以與系統(tǒng)總線耦接。在一個實施例中，模擬塊陣列也可以用可配置的UM來實現(xiàn)多種模擬電路(例如，ADC、模擬濾波器等)。模擬塊陣列也可以與GPIO 207耦接。如圖所示，電容傳感器201可以集成到處理裝置210中。電容傳感器201可以包括用來與外部元件(例如觸摸式傳感器元件220、觸摸式傳感器滑塊230、觸摸式傳感器按鈕240、和/或其它裝置)耦接的模擬I/O。下面更詳細地描述電容傳感器201和處理裝置202。應該注意到，這里描述的實施例不限于觸摸式傳感器按鈕(例如電容感應按鈕)，而是可以用在其它電容式感應實現(xiàn)方式中，例如，感應裝置可以是觸摸式傳感器滑塊230、或觸摸式傳感器元件220。類似地，這里描述的操作不限于筆記本操作，而是可以包括其它 操作，例如亮度控制(調光器)、音量控制、圖像均衡器控制、速度控制、或需要連續(xù)的或不連續(xù)的調節(jié)的其它控制操作。還應該注意到，電容式感應實現(xiàn)方式的這些實施例可以與非電容式感應元件一起使用，非電容式感應元件包括但不限于點選鍵、滑塊(例如顯示亮度和對比度)、滾輪、多媒體控制(例如音量、聲跡超前等)、和數(shù)字鍵盤操作。電子系統(tǒng)200包括通過總線221與處理裝置210耦接的觸摸式傳感器元件220。觸摸式傳感器元件220可以包括二維傳感器陣列。二維傳感器陣列可以包括排列成行和列的多個傳感器元件。電子系統(tǒng)200包括通過總線231與處理裝置210耦接的觸摸式傳感器滑塊230。觸摸式傳感器滑塊230可以包括一維傳感器陣列。一維傳感器陣列可以包括排列成行或可選擇地排列成列的多個傳感器元件。電子系統(tǒng)200包括通過總線241與處理裝置210耦接的觸摸式傳感器按鈕240。觸摸式傳感器按鈕240可以包括一維或多維傳感器陣列。一維或多維傳感器陣列包括多個傳感器元件。對于觸摸式傳感器按鈕，傳感器元件可以耦接起來以檢測在觸摸感應面板的整個表面上導電物體的存在?？蛇x擇地，觸摸式傳感器按鈕240具有單個的傳感器元件來檢測導電物體的存在。在一個實施例中，觸摸式傳感器按鈕240可以是電容傳感器元件?？梢杂秒娙輦鞲衅髟鳛榉怯|摸式傳感器元件。這些傳感器元件當受絕緣層的保護時提供對于惡劣環(huán)境的抵抗。電子系統(tǒng)200可以包括觸摸式傳感器元件220、觸摸式傳感器滑塊230、和/或觸摸式傳感器按鈕240中一個或多個的任意組合。在另一個實施例中，電子系統(tǒng)200還可以包括通過總線271與處理裝置210耦接的非電容式傳感器元件270。非電容式傳感器元件270可以包括機械按鈕、發(fā)光二極管(LED)、和其它用戶接口設備，例如鼠標、鍵盤、或不需要電容感應的其它功能鍵。在一個實施例中，總線271、241、231、和221可以是單個的總線?？蛇x擇地，這些總線可以是一個或多個單獨的總線的任意組合。處理裝置還可以提供增值功能，例如鍵盤控制集成電路、LED、電池充電器、和通用1/0，如被描述為非電容式傳感器元件270。非電容式傳感器元件270與GPI0207耦接。處理裝置210可以包括內部的振蕩器/時鐘206和通信塊208。振蕩器/時鐘塊206給處理裝置210的一個或多個部件提供時鐘信號。通信塊208可以用來通過主機接口(I/F)線路251與外部元件例如主處理器250通信。可選擇地，處理塊210也可以與嵌入式控制器260耦接以與外部部件例如主機250通信。與主機250的連接可以通過多種方法。處理裝置210可以用行業(yè)標準接口例如USB、PS/2、集成電路間(I2C)總線、或系統(tǒng)報文分組接口(SPI)，與外部部件例如主機250通信。主機250和/或嵌入式控制器260可以用來自于容納感應裝置和處理裝置的組件的帶或柔性電纜與處理裝置210耦接。在一個實施例中，處理裝置210用來與嵌入式控制器260或主機250通信以發(fā)送和/或接收數(shù)據。數(shù)據可以是指令或可選擇地是信號。在一個實施例中，處理裝置210可以運行以用硬件、軟件、和/或固件來傳送數(shù)據(例如，命令或信號)，可以直接將數(shù)據傳送給主機250的處理裝置(例如主處理器)，或者可選擇地，可以通過主機250的驅動器(例如OS驅動器、或其它非OS驅動器)，將數(shù)據傳送給主機250。應該注意到，主機250可以通過主機接口 251直接與處理裝置210通信。在一個實施例中，發(fā)送給主機250的數(shù)據包括感應裝置上導電物體的位置或部位?？蛇x擇地，可以將其它用戶接口裝置命令從處理裝置210發(fā)送到主機250。這些命令可 以基于處理裝置所識別的、在感應裝置上出現(xiàn)的手勢，例如敲、推、跳、拉、和鋸齒形手勢?？蛇x擇地，可以識別其它命令。類似地，可以發(fā)送表示識別出這些操作的信號。尤其是，例如當手指(例如導電物體)位于感應裝置之上少于閾值時間時可以是敲手勢。如果手指置于觸摸面板之上的時間大于閾值時間，可以認為是沿X軸或I軸的指示器的移動。在另一個實施例中，當觸摸式傳感器按鈕的傳感器元件的電容超過預設的閾值時，可以激活觸摸式傳感器按鈕。可選擇地，當在觸摸式傳感器按鈕上識別出敲手勢時，可以激活觸摸式傳感器按鈕。處理裝置210可以位于常見的載體基板例如集成電路(IC)裸片基板、或多芯片模塊基板等上?？蛇x擇地，處理裝置210的部件可以是一個或多個分離的集成電路和/或離散的部件。在一個示例性實施例中，處理裝置210可以是由位于美國加利福尼亞州圣何塞的Cypress半導體公司制造的可編程片上系統(tǒng)(PS0C )處理裝置。可選擇地，處理裝置210可以是本領域一般技術人員公知的一個或多個其它處理裝置，例如微處理器或中央處理單元、控制器、專用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。在可替換的實施例中，處理裝置例如可以是具有包括核心單元和多個微引擎的多個處理器的網絡處理器。此外，處理裝置可以包括通用處理裝置和專用處理裝置的任意組合。應該注意到，這里描述的實施例不限于具有與主機耦接的處理裝置的結構，而是可以包括測量感應裝置上的電容并將原始數(shù)據發(fā)送給經過應用對其進行分析的主計算機的系統(tǒng)。實際上處理裝置210所進行的處理也可以在主機上進行。在一個實施例中，這里描述的方法和裝置可以在完全獨立的感應裝置(包括該感應裝置)中實現(xiàn)，完全獨立的感應裝置將充分處理了的x/y移動和手勢數(shù)據信號或數(shù)據命令或手指存在的指示輸出給主機。在另一個實施例中，該方法和裝置可以在一個感應裝置中實施，該感應裝置將位置數(shù)據、手勢數(shù)據、和/或手指存在數(shù)據輸出給主機，其中主機處理接收的數(shù)據以檢測手勢。在另一個實施例中，該方法和設備可以在一個感應裝置中實現(xiàn)，該感應裝置將原始電容數(shù)據輸出給主機，其中主機處理電容數(shù)據以補償靜態(tài)和寄生電容，并通過處理電容數(shù)據計算位置信息、檢測導電物體的存在、和/或檢測手勢?？蛇x擇地，該方法和裝置可以在一個感應裝置中實現(xiàn)，該感應裝置將預處理的電容數(shù)據輸出給主機，感應裝置處理電容數(shù)據以補償靜態(tài)和寄生電容，并且主機根據預處理的電容數(shù)據計算位置信息、檢測導電物體的存在、和/或檢測手勢。電容傳感器201可以集成到處理裝置210中?？蛇x擇地，可以產生對電容傳感器201的描述并對其進行編輯，以包括進其它的集成電路中。例如，可以用硬件描述語言(例如VHDL或Verilog)產生行為級代碼描述的電容傳感器201或其一部分，并將所述行為級代碼描述的電容傳感器201或其一部分儲存到機器可訪問的介質(例如閃存R0M、CD-R0M、硬盤、軟盤等)中。而且，可以將行為級代碼編譯成寄存器傳輸級(“RTL”)代碼、網絡表(netlist)、或甚至電路布局，并將所述行為級代碼存儲到機器可訪問的介質中。行為級代碼、RTL代碼、網絡表、和電路布局都代表描述電容傳感器201的各種抽象程度。應該注意到，電子系統(tǒng)200的部件可以包括上面描述的所有部件?？蛇x擇地，或者，電子系統(tǒng)200可以僅包括上面描述的一些部件，或包括這里沒列出的其它部件。在一個實施例中，電子系統(tǒng)200可以用在筆記本計算機中?？蛇x擇地，該電子裝置可以用在其它應用例如移動手持設備、個人數(shù)字助理(PDA)、鍵盤、電視、機頂盒、遠程控制、 監(jiān)視器、手持式多媒體設備、手持式放像機、手持式游戲機、廚房電器(例如冰箱、烤箱、灶臺、洗碗機)、洗衣電器(洗衣機或烘干機)測試和測量設備、醫(yī)學設備或控制面板中。在一個實施例中，電容傳感器201可以是電容性開關張馳振蕩器(CSR)。該CSR可以與傳感器部件陣列耦接，用電流可編程張馳振蕩器、模擬多路轉換器、數(shù)字計數(shù)功能、和高級別軟件線路來補償環(huán)境的和物理的傳感器元件變化。傳感器陣列可以包括獨立的傳感器元件、滑動的傳感器元件(例如觸摸式傳感器滑塊)、和實施為一對垂直的滑動傳感器元件的觸摸式傳感器傳感器元件墊片(例如觸摸墊片)的組合。CSR可以包括物理、電子、和軟件部件。物理部件可以包括物理傳感器部件本身，典型地是由IC封裝結構中使用的引線框或其它薄片金屬所形成的、或在印刷電路板(PCB)上形成的、具有絕緣覆蓋層、柔性膜、或透明覆蓋物的圖案。電子部件可以包括將充電了的電容轉換為檢測信號的振蕩器或其它裝置。電子部件也可以包括測量振蕩器輸出的計數(shù)器或計時器。軟件部件可以包括將計數(shù)值轉變?yōu)閭鞲衅鞑考z測決定(也被稱為開關檢測決定)的檢測和補償軟件算法。例如，在滑塊傳感器部件或X-Y觸摸式傳感器傳感器部件墊片的情況下，可以使用以比傳感器部件的物理節(jié)距大的分辨率(resolution)確定導電物體位置的運算。應該注意到，有多種測量電容的方法。雖然用張馳振蕩器來描述在這里描述的一些實施例，但是這些實施例不限于使用張馳振蕩器，而是可以包括其它方法，例如電流-電壓相移測量、電阻器-電容器充電計時、電容性橋式分配器、電荷轉移、σ-δ調制器、或電荷-聚積電路等。電流-電壓相移測量可以包括通過固定值的電阻器來驅動電容，以產生可預計的量的非同向的電流-電壓波形?？梢哉{節(jié)驅動頻率來保持相測量在容易測量的范圍內。電阻器-電容器充電計時可以包括通過固定的電阻器給電容器充電，然后測量電壓斜升上的計時。為了合理的計時，小的電容值可能需要很大的電阻器。電容性橋式分頻器可以包括通過固定的參考電容器，驅動受驗的電容器。參考電容器和受驗的電容器形成電壓分配器。用同步解調器恢復電壓信號，這可以在處理裝置210中進行。電荷轉移在概念上類似于R-C充電電路。在這種方法中，Cp是被感應到的電容。Csum是求和的電容器，電荷按照連續(xù)的循環(huán)被傳送到電容器中。在測量周期的開始，對Csum上的電壓進行重置。Csm上的電壓隨著每一個時鐘周期成指數(shù)地(并且僅略微地)增加。用計數(shù)器測量這個電壓達到特定閾值的時間。沒有包括關于這些可選擇的實施例的其它細節(jié)，以便于不對這些實施例造成模糊，還因為這些測量電容的可選擇實施例是本領域一般技術人員公知的。圖2圖示測量傳感器元件351上的電容的張馳振蕩器的一個實施例。張馳振蕩器350由傳感器元件351 (表示為電容器351)上的要測量的電容、充電電流源352、比較器353、和重置開關354(也被稱為放電開關)形成。應該注意到，電容器351代表傳感器元件上測量的電容。傳感器元件以及一個或多個周圍的接地導體可以是金屬，或者可選擇地，該導體可以是導電墨水(例如碳墨水)或導電聚合物。耦接張馳振蕩器，以沿單一的方向將充電電流(Ic)357驅動到受驗設備(“DUT”)電容器、電容器351上。隨著充電電流將電荷累積到電容器351上，電容器兩端的電壓作為1。357和其電容C的函數(shù)隨時間增加。等式
(I)描述了電流、電容、電壓、和給電容器充電的時間之間的關系。CdV = Icdt (等式 I) 通過以固定的電流Ic357，將電容器351從地電勢或零電壓充電到在節(jié)點355處充 電器351兩端的電壓達到參考電壓或閾值電壓VTH360，張馳振蕩器啟動。在閾值電壓Vth360處，張馳振蕩器允許節(jié)點355處聚積的電荷放電(例如使電容器351 “松弛”回到地電勢)，然后該處理重復自身。尤其是，比較器353的輸出確立使重置開關354啟動的時鐘信號FQUT356(例如Fqut356變高)。這將節(jié)點355處電容器上的電壓放電到地，并且又一次開始充電循環(huán)。張馳振蕩器輸出具有取決于電容器351的電容C和充電電流1。357的頻率(fK())的張馳振蕩器時鐘信號(Fqut356)。重置開關354和比較器353的比較器往返時間(comparator trip time)增加了固定的延遲。比較器353的輸出與參考系統(tǒng)時鐘同步，以保證重置時間足夠長到使電容器351完全放電。這給操作頻率設置了一個實際的上限。例如，如果電容器351的電容C改變，那么根據等式I成比例地改變。通過將Ftot356的fK()與已知參考系統(tǒng)時鐘信號(REF CLK)的頻率(fKEF)比較，可以測量電容的變化(AC)。相應地，下面的等式2和3描述了 Ftot356與REF CLK之間的頻率變化與電容器351的電容變化成比例。AC Af，其中 (等式 2)Af = fE0-fEEF (等式 3)在一個實施例中，可以耦接頻率比較器以接收張馳振蕩器時鐘信號(Ftot356)和REF CLK，分別比較它們的頻率fKQ和fKEF，輸出表示這兩個頻率之間的差別Af的信號。通過監(jiān)控Λ f，可以確定電容器351的電容是否改變。在一個示例性實施例中，可以用可編程計時器來實現(xiàn)比較器353和重置開關354，從而建立張馳振蕩器350。可選擇地，可以用其它電路來建立張馳振蕩器350。張馳振蕩器是本領域一般技術人員公知的，因此相應地不包括關于它們的操作的附加細節(jié)，以便于不對這些實施例造成模糊。可以在寄存器可編程電流輸出DAC(也被稱為IDAC)中產生用于張馳振蕩器350的電容器充電電流。因此，電流源352可以是電流DAC或IDAC?？梢杂锰幚硌b置210所提供的例如來自于處理核心202的8位的值來設置IDAC輸出電流。8位的值可以存儲在寄存器中或存儲器中。在許多的電容傳感器元件設計中，感應電容器的兩個“導體”實際上是電絕緣的相鄰的傳感器元件(例如PCB墊片或跡線)。典型地，這些導體中的一個連接到接地系統(tǒng)。觸摸式傳感器滑塊(例如線性滑動傳感器元件)和觸摸式傳感器墊片應用的布局具有可以緊鄰的傳感器元件。在這些情況下，非活動的所有傳感器元件通過專用于該接腳的處理裝置210的GPIO 207連接到接地系統(tǒng)。相鄰導體之間的實際電容小(Cp)，但是當檢測導電物體303的存在時,接地的活動導體(active conductor)(以及其返回到處理裝置210的PCB跡線)的電容被認為較高(Cp+Cf)。兩個相鄰導體的電容通過下面的等式給出C = So-SR--= Sr- 8.85 - —pF / m (等式 4)
d d等式4的尺寸用米表示。這是電容的很簡單的模型。實際情況是存在的邊緣效應顯著增加了傳感器元件與地(以及PCB跡線與地)的電容?？梢酝ㄟ^下面的方法中的一個或多個來增加傳感器元件的靈敏度(即激活距離)1)增加基板的厚度以增加活動的傳感器元件與任意的寄生現(xiàn)象之間的距離；2)將在 傳感器元件下面的PCB跡線線路最小化；3)如果使用接地平面絕對必要，則利用具有50%或更小的填充的網格接地；4)增加傳感器元件墊片與任意相鄰的接地平面之間的空間；5)增加墊片面積；6)減小任意的絕緣覆蓋層的厚度；7)在絕緣覆蓋層中使用更高介電常數(shù)的材料；或8)驗證在PCB墊片表面與觸摸的手指之間沒有氣隙。傳感器元件的靈敏度會隨環(huán)境因素而發(fā)生某種變化。在高級別的API中提供基線更新例程來補償這種變化。如上面對張馳振蕩器350的描述，當手指或導電物體放置在傳感器元件上時，電容從Cp增加到Cp+Cf，因此張馳振蕩器350輸出信號356 (Fout)降低?？梢詫堮Y振蕩器的輸出信號356 (Fott)饋送給數(shù)字計數(shù)器用于測量。有兩種對張馳振蕩器的輸出信號356進行計數(shù)的方法頻率測量和周期測量。張馳振蕩器和數(shù)字計數(shù)器的其它細節(jié)是本領域一般技術人員公知的，因此不包括關于它們的詳細描述。還應該注意到，這里描述的實施例不限于使用張馳振蕩器，而是可以包括其它測量電容的感應電路，例如電流-電壓相移測量、電阻器-電容器充電計時、電容性橋式分配器、電荷轉移、σ-δ調制器、電荷-聚積電路等。圖3圖示了用于測量傳感器元件351上的電容的包括σ-δ調制器360和數(shù)字濾波器390的電路375的一個實施例的示意圖。電路375包括切換電路370、切換時鐘源380、σ-δ調制器360、和用于測量傳感器元件351上的電容的數(shù)字濾波器390。傳感器元件351可以用于觸摸式傳感器按鈕，用調制器反饋回路中的切換電容器Cx來代表傳感器元件351。切換電路370包括兩個開關SWl 371和開關SW2 372。開關SWl 371和SW2 372在兩個、不交疊的相位下運行(也被稱為先斷后合結構(break-before-make configuration))。這些開關與感應電容器Cx 351 一起形成切換電容器等效電阻器，該電阻器在這兩個相位之一期間提供σ - δ調制器360充電電路(如圖3Β所示)或放電電流(未圖示)的調制器電容器Cmod 363。σ-δ調制器360包括比較器361、鎖存器362、調制器電容器Cmod 363、也被稱為偏置電阻器365的調制器反饋電阻器365、和電壓源366。當調制器電容器363上的電壓超過參考電壓364時，比較器的輸出可以用來進行來回切換(toggle)。參考電壓364可以是預先編程的值，也可以是用來可編程的。σ-δ調制器360還包括與比較器361的輸出耦接的鎖存器362，以將比較器361的輸出鎖存給定量的時間，并且作為輸出提供輸出392。鎖存器可以用來基于來自于門電路382的時鐘信號(例如來自于振蕩器381的振蕩器信號)將比較器的輸出鎖存。在另一個實施例中，σ-δ調制器360可以包括進行操作以將比較器的輸出鎖存預定長度的時間的同步鎖存器。為了由數(shù)字濾波器390對比較器361的輸出信號進行測量或取樣，可以將比較器的輸出鎖存。σ - δ調制器360用來通過可選擇地將切換電容器電阻器(例如開關SWl 371和SW2 372以及感應電容器Cx 351)耦接到調制器電容器363而將調制器電容器363上的電壓保持為接近參考電壓Vref 364。σ - δ調制器360的輸出392 (例如鎖存器362的輸出)被反饋給切換時鐘電路380，該電路控制切換電路370的開關SWl 371和SW2 372的切換操作的定時。例如，在這個實施例中，切換時鐘電路380包括振蕩器381和門電路382?？蛇x擇地，切換時鐘電路380可以包括時鐘源，例如擴展頻譜時鐘源(例如偽隨機信號(PRS))、分頻器、或脈沖寬度調制器(PWM)等。用σ - δ調制器360的輸出392與振蕩器信號一起來對控制信號393進行開閉控制(gate)，控制信號393按照非交疊的方式(例如兩個非交疊的相位)對開關SWl 371和SW2 372進行切換。σ - δ調制器360的輸出392也輸出到數(shù)字濾波器430，數(shù)字濾波器430對輸出進行濾波和/或將該輸出轉換為數(shù)字代碼391。 在操作方法的一個實施例中，在電源接通時，調制器電容器363具有零電壓，(由感應電容器Cx 351和開關SWl 371和開關SW2 372形成的)切換電容器電阻器連接在Vdd線路366和調制器電容器363之間。這種連接使得調制器電容器363上的電壓升高能夠。當這個電壓達到比較器參考電壓Vref 364時，比較器361對開關SWl 371和開關SW2 372的控制信號393進行反復切換和開閉控制，停止充電電流。因為通過偏置電阻器Rb 365的電流繼續(xù)流動，所以調制器電容器363上的電壓開始下降。當其下降到參考電壓364以下時，比較器361的輸出再次切換，使得調制器363開始充電。鎖存器362和比較器361設置σ-δ調制器360的采樣頻率。耦接數(shù)字濾波器390以接收σ - δ調制器360的輸出392。σ-δ調制器360的輸出392可以是單一位的位流，可以用數(shù)字濾波器390將其濾波和/或轉換為數(shù)字值。在一個實施例中，數(shù)字濾波器390是計數(shù)器。在另一個實施例中，可以使用標準Sinc數(shù)字濾波器。在另一個實施例中，數(shù)字濾波器是噪聲消除器(decimator)?？蛇x擇地，可以用其它的數(shù)字濾波器來對σ - δ調制器360的輸出392進行濾波和/或轉換，以提供數(shù)字代碼391。還應該注意到，可以將輸出392輸出到處理裝置210的判定邏輯402或其它部件、或輸出到主機250的判定邏輯451或其它部件，以處理σ - δ調制器360的位流輸出。下面描述的是代表圖3的操作的數(shù)學等式。在正常的操作模式中，σ-δ調制器360通過將調制器363上的電壓保持為等于或接近于參考電壓Vref 364而保持這些電流等于平均值。偏置電阻器Rb365的電流為hb = (等式 5)
Kb在切換的電容器模式下的感應電容器Cx 351具有等效電阻Α = (等式 6)
Js^x其中fs是開關(例如開關電路370)的操作頻率。如果σ - δ調制器360的輸出392具有Clnrod的占空比，則切換電容器351的平均電流可以用下面的等式7表示Ic = dmod F^~Fcmod (等式 7)
Kc在操作模式中，
權利要求
1.一種集成電路裝置，包括 集成電路封裝體； 傳感器元件，貼附在所述集成電路封裝體內； 電容傳感器，與所述傳感器元件耦接并位于所述集成電路封裝體內，其中所述電容傳感器被配置為測量所述傳感器元件的電容；和 輸出接腳，位于所述集成電路封裝體的外部，其中所述輸出接腳被配置為傳送基于所述傳感器元件的所測量到的電容的信號。
2.如權利要求I所述的集成電路裝置，還包括 接地墊片，貼附在所述集成電路封裝體內并與所述電容傳感器耦接；和 接地接腳，與所述接地墊片耦接并位于所述集成電路封裝體的外部。
3.如權利要求I所述的集成電路裝置，其中所述輸出接腳傳送表示導電物體與所述傳感器元件的接近程度的信號。
4.如權利要求I所述的集成電路裝置，還包括調制電容器，所述調制電容器與所述電容傳感器耦接并貼附在所述集成電路封裝體內。
5.如權利要求I所述的集成電路裝置，還包括處理邏輯，所述處理邏輯被配置為輸出表示所述傳感器元件附近的導電物體的移動方向的信號。
6.如權利要求I所述的集成電路裝置，其中所述集成電路封裝體還包括覆蓋所述傳感器元件的頂層。
7.如權利要求I所述的集成電路裝置，其中所述電容傳感器形成在裸片上，所述裸片安裝在所述傳感器元件的下面。
8.如權利要求I所述的集成電路裝置，其中所述電容傳感器被配置為響應于檢測到所述傳感器元件處的電容的變化，降低所述輸出接腳和位于所述集成電路封裝體的外部的至少另一個接腳之間的電阻。
9.一種集成電路裝置，包括 集成電路封裝體； 傳感器元件，貼附在所述集成電路封裝體內； 輸出接腳，位于所述集成電路封裝體的外部，其中所述輸出接腳被配置為傳送基于所述傳感器元件的所測量到的電容的信號； 電容傳感器，與所述傳感器元件耦接并位于所述集成電路封裝體內，其中所述電容傳感器被配置為測量所述傳感器元件的電容，并且基于所測量到的電容，向所述輸出接腳施加信號。
10.如權利要求9所述的集成電路裝置，其中所述電容傳感器還被配置為通過將所述輸出接腳與信號源相連接來向所述輸出接腳施加信號。
11.如權利要求9所述的集成電路裝置，其中所述電容傳感器還被配置為通過改變向所述輸出接腳施加的信號來向所述輸出接腳施加信號。
12.如權利要求9所述的集成電路裝置，其中所述傳感器元件是多個傳感器元件中的一個。
13.如權利要求12所述的集成電路裝置，還包括處理邏輯，所述處理邏輯被配置為確定所述多個傳感器元件中的至少一個附近的導電物體的移動方向。
14.如權利要求12所述的集成電路裝置，其中所述輸出接腳被配置為輸出表示所述多個傳感器元件中的至少一個附近的導電物體的移動方向的信號。
15.如權利要求12所述的集成電路裝置，其中所述電容傳感器被配置為測量所述多個傳感器元件中的每兩個之間的互電容。
16.如權利要求12所述的集成電路裝置，其中每一個傳感器元件沿第一軸與第一個其它的傳感器元件對齊，并沿第二軸與第二個其它的傳感器元件對齊。
17.如權利要求9所述的集成電路裝置，還包括覆蓋所述傳感器元件的觸感反饋元件，其中所述觸感反饋元件被配置為響應于施加到所述觸感反饋元件上的壓力而產生觸感刺激。
18.—種方法,包括 檢測集成電路封裝體的外表面附近的導電物體的接近程度；和 將表示所述導電物體的接近程度的訊號發(fā)送給位于所述封裝的外表面處的輸出插腳。
19.如權利要求18所述的方法，其中所述發(fā)送包括將所述輸出接腳連接到信號源。
20.如權利要求18所述的方法，其中所述發(fā)送包括改變向所述輸出接腳施加的信號。
21.如權利要求18所述的方法，還包括 檢測所述導電物體的移動方向；和 將表示所述移動方向的訊號發(fā)送到所述輸出接腳。
全文摘要
本發(fā)明涉及芯片上的電容感應按鈕。一種集成電路裝置的實施例可以包括集成電路封裝體；傳感器元件，貼附在所述集成電路封裝體內；電容傳感器，與所述傳感器元件耦接并位于所述集成電路封裝體內，其中所述電容傳感器被配置為測量所述傳感器元件的電容；和輸出接腳，位于所述集成電路封裝體的外部，其中所述輸出接腳被配置為傳送基于所述傳感器元件的所測量到的電容的信號。
文檔編號H03K17/955GK102843122SQ20121014356
公開日2012年12月26日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權日2011年2月28日
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