具有使用接近检测模式的低功率模式的双模式触摸板 相关申请的交叉引用
本非临时申请要求于 2010 年 10 月 15 日提交的、 名称为 “Dual Mode Touchpad with a Low Power Mode Using a Proximity Detection Mode”的美国临时专利申请 No.61/393,764 的权益， 其全部内容通过引用合并于此。
背景技术
触摸板为通常包括电阻性或电容性传感器或传感器阵列的输入设备， 其中， 电阻 性或电容性传感器或传感器阵列被配置成将用户手指或导电物体在触摸板上的位置和运 动转化成位置信息。该位置信息例如可用于控制光标在计算机屏幕上的运动。触摸板通常 包括在便携式计算机中， 并可代替计算机鼠标使用或与计算机鼠标结合使用。触摸屏可以 是透明形式的触摸板， 并通常布置在显示屏上。触摸屏通常包括在监视器、 智能电话、 便携 式媒体播放器、 个人数字助理 (PDA) 等中， 用于按钮选择、 操纵图形对象等。 通常由触摸电路 ( 例如处理器 ) 以相对高的轮询速率对触摸板进行轮询， 以便可 以检测由手指或触笔做出的相对细微的运动或快速运动， 以用于精确的光标控制。高轮询 速率可显著增加功耗， 并降低触摸板系统的总功率效率。 功耗的考虑对于电池供电设备和 / 或便携式设备来说具有特别的重要性， 其中， 由于对触摸板装置的高轮询速率， 该电池供电 设备和 / 或便携式设备会经历明显降低的电池寿命或电池电荷 ( 例如， 对于可充电电池 )。
由于电池供电电子设备和便携式电子设备在当今的市场上变得越来越普遍， 触摸 板开发者和制造者争相研发触摸板系统的更省电的设计。
发明内容 本发明总体上涉及基于触摸的接口系统。更具体地， 本发明的实施例提供具有接 近检测能力的触摸板系统， 以提供降低的功耗和提高的总效率。
在某些实施例中， 系统包括基于触摸的接口 ( 例如触摸板 ) 和电耦接到基于触摸 的接口的接近电路。基于触摸的接口包括触摸板传感器阵列、 驱动电子元件集合以及传感 电子元件集合。 在本说明书中， 基于触摸的接口可替换地被称为触摸板。 接近电路被配置成 检测触摸板传感器阵列的电特性的变化， 以检测靠近触摸板但未触摸到触摸板的用户。该 系统还包括电耦合到触摸板传感器阵列的触摸电路。 触摸电路被配置成检测触摸板的电特 性的变化， 以检测触摸板上的触摸。 如果接近电路正在电监测触摸板， 则触摸电路与触摸板 电去耦。如果触摸电路正在电监测触摸板， 则接近电路与触摸板电去耦合。
根据某些实施例， 触摸板为电容性装置。 触摸板传感器包括触摸板传感器阵列、 驱 动电子元件集合以及传感电子元件集合。在一些实施例中， 驱动电子元件集合耦合到触摸 板传感器阵列、 以及触摸电路和接近电路中的一个或更多个。 在一些实施例中， 传感电子元 件集合耦合到触摸板传感器阵列、 以及触摸电路和接近电路中的一个或更多个。
如果触摸电路被配置成针对触摸操作模式监测触摸板， 则在触摸板的不活动时间 之后， 接近电路被配置成针对接近操作模式监测触摸板， 并且触摸电路与触摸板电去耦合。
在某些实施例中， 不活动时间可以为 5 秒或更长。
在某些实施例中， 如果接近电路被配置成监测触摸板， 则在触摸板的第二不活动 时间之后， 接近电路的轮询速率从第一轮询速率降低到第二轮询速率。 在某些实施例中， 第 一轮询速率至少是第二轮询速率的十倍。在其它实施例中， 第一轮询速率可以是每毫秒一 次轮询， 而第二轮询速率可以是每 10 毫秒一次轮询或更长时间一次轮询 ( 例如， 每 50 毫秒 一次轮询 )。在又一些实施例中， 第二不活动时间可以是 5 分钟或更长。在可替换实施例 中， 如果接近电路检测到接近事件， 则接近电路与触摸板电去耦合， 且触摸电路被配置成监 测触摸板。
根据一个实施例， 接近电路和触摸电路是分立的集成电路。 在其它实施例中， 接近 电路和触摸电路是单一集成电路。在可替换实施例中， 接近电路被配置成监测没有被触摸 操作模式中的触摸电路监测的、 触摸板的电极和 / 或线。在另外的实施例中， 触摸板与电极 和 / 或线包括接地平面电极和保护环电极。
根据一些实施例， 系统包括一个或更多个数据处理器和耦合到处理器的计算机可 读存储介质， 计算机可读存储介质包括用于实现该方法的、 可被一个或更多个处理器执行 的代码。该方法包括 ： 在触摸板模式下操作该系统 ； 在第一预定不活动时间段之后将系统 的操作切换到接近检测模式 ； 以及如果接近检测模式检测到活动， 则将系统的操作从接近 检测模式切换回到触摸板模式。
在某些实施例中， 其中， 接近检测模式在第一预定不活动时间段之后运行在第一 低功率模式下。接近检测模式在第二预定不活动时间段之后可以运行在第二低功率模式 下， 其中触摸板系统在第二低功率模式下消耗的电力小于在第一低功率模式下消耗的电 力。在一些实施例中， 第一预定不活动时间段为 5 秒或更长， 但直至第二预定不活动时间 段， 而第二预定不活动时间段为 5 分钟或更长。在另外的实施例中， 第一预定不活动时间段 为 5 秒， 第二预定不活动时间段为 5 分钟。触摸板模式可以具有第一轮询速率， 第一低功率 模式具有第二轮询速率， 而第二低功率模式具有第三轮询速率， 其中第二轮询速率慢于第 一轮询速率， 以及其中第三轮询速率慢于第二轮询速率。
在某些实施例中， 系统包括触摸板传感器阵列、 耦合到触摸板传感器阵列的驱动 线、 耦合到触摸板传感器阵列的传感线、 耦合到驱动线和传感线的触摸电路、 以及耦合到触 摸电路的接近检测电路。触摸电路执行触摸板模式， 接近检测电路执行接近检测模式。在 一些实施例中， 当触摸电路被使能时， 接近检测电路是不活动的 ； 而当接近检测电路被使能 时， 触摸电路是不活动的。 在其它实施例中， 接近检测模式被配置成检测距离触摸板传感器 阵列 5cm 以内的活动， 其中活动包括手指或导电触摸物体中的一个或更多个。
在一些实施例中， 对系统 ( 例如， 触摸板系统 ) 进行操作的方法包括在触摸板操作 模式下操作该系统。 该方法还包括确定第一预定不活动时间段的经过以及在接近检测操作 模式下操作该系统。该方法还可以包括检测活动以及在触摸板操作模式下操作该系统。在 某些实施例中， 接近检测模式以第一功耗水平为特征。 在其它实施例中， 当在接近检测操作 模式下时， 该方法包括确定第二预定不活动时间段的经过， 其中接近检测模式以小于第一 功耗水平的第二功耗水平为特征。
在一些实施例中， 第一预定不活动时间段为 5 秒或更长， 但直至第二预定不活动 时间段。 第二预定不活动时间段为 5 分钟或更长。 在其它实施例中， 触摸板模式以第一轮询速率为特征， 第一功耗水平与第二轮询速率相关联， 第二功耗水平与第三轮询速率相关联。 在某些实施例中， 第二轮询速率慢于第一轮询速率， 第三轮询速率慢于第二轮询速率。 在可 替换实施例中， 检测活动包括检测在距离触摸板传感器阵列 5cm 以内的活动， 并且检测活 动可包括检测手指或导电物体中的至少至一。
参照下面的详细描述和附图， 可以获得对本发明的特征和优点的更好理解。 附图说明 图 1 是根据本发明的实施例的触摸板系统的简图 ；
图 2 是根据本发明的另一实施例的触摸板系统的简图 ；
图 3 是图示根据本发明的实施例的、 关于触摸板系统的接近传感和功率管理方面 的状态机。
图 4 是根据本发明的又一实施例的触摸板系统的简图 ；
图 5 是根据本发明的可替换实施例的触摸板系统的简图 ；
图 6 是根据本发明的另一可替换实施例的触摸板系统的简图 ； 以及
图 7 是图示用于在触摸板系统的操作模式之间进行切换的方法的简化流程图。
具体实施方式 本发明总体上涉及触摸板系统。更具体地， 本发明的实施例提供了一种具有接近 检测能力的触摸板系统， 以提供降低的功耗和提高的总效率。
根据实施例， 触摸板系统包括 ： 触摸板传感器阵列、 触摸电路以及接近电路。触摸 电路执行触摸模式， 该触摸模式被配置成通过检测触摸板的电特性的变化来跟踪用户或导 电物体在触摸板传感器阵列上的位置。接近电路执行接近检测模式， 该接近检测模式被配 置成通过检测触摸板的电特性的变化来跟踪用户或导电物体靠近或接近触摸板传感器阵 列的位置。触摸板系统被配置成在预定不活动时间段之后从触摸模式切换到接近检测模 式， 其中接近检测模式可以以一个或更多个降低的轮询速率进行操作， 从而导致降低的总 功耗。触摸板系统被配置成当接近电路检测到活动时切换回到触摸模式。
触摸板系统可以使用各种触摸传感技术， 包括但不限制于电容性传感器和电阻性 传感器。触摸板传感器可以按照线性结构、 多维阵列、 作为按钮等进行布置。电阻性传感器 ( 例如触摸板、 触摸屏 ) 通常由涂覆有电阻性材料并由空气间隙隔开的两个柔性板组成。 两 个板具有传导线， 该传导线可以按照各种配置 ( 例如水平线和垂直线 ) 布置在板上。当向 触摸板的表面做出触摸时， 两个板被按压在一起， 相对板上的传导线形成电触摸或电连接。 电触摸的位置允许处理器 ( 例如触摸电路 ) 确定触摸物体 ( 例如， 手指、 导电物体等 ) 在给 定传感阵列上的位置。电阻性触摸板是一种 “无源” 技术， 可以感测与任何物体 ( 手指、 触 笔 / 笔、 手掌、 非导电物体 ) 的触摸。
在某些实施例中， 电容性传感器阵列通过在阵列上建立电场来运行， 该电场可被 触摸电路控制器 ( 例如触摸电路、 处理器等 ) 测量。 触摸电路还被配置成检测由触摸或靠近 物体 ( 例如手指或触笔 ) 引起的电场畸变。电容性传感器可按照包括按钮、 线性阵列、 二维 阵列等的各种配置来进行布置。此外， 电容性阵列可以由包括铜、 印墨和铟锡氧化物 (ITO) 的不同类型的材料制成。铜电容性传感器的某些实施例可以布置在包括 FR4 印刷电路板、
柔性材料或本领域普通技术人员公知的其它基底的各种表面上。电容性传感器的准确度、 分辨率以及性能特性可以受到各种参数的影响， 这些参数包括相邻传感器之间的大小和间 距、 传感器到接地平面的相对距离、 以及触摸电路的轮询速率。如上所述， 电场畸变或改变 的位置可以被发送到用于处理的控制器。在一些实施例中， 电容性传感器通常包括自电容 传感器阵列或互电容传感器阵列中的一个或更多个。
在互电容传感器阵列中， 触摸电路通常以交流 (AC) 信号驱动列电极集合。触摸电 路可以使用驱动电路和 / 或驱动线来驱动每个列电极集合。在一些实施例中， 驱动电路可 以是多路复用器 (MUX)。列电极将信号相互耦合到行电极， 并且触摸电路通过传感电路和 / 或传感线感测该信号的特定电气特性 ( 例如大小、 相位、 频率等 )。 在一些实施例中， 传感电 路可以是多路复用器 (MUX)。 行和列电极可以重叠、 正交或按照本领域普通技术人员公知的 其它配置来布置。例如， 行和列电极可以是例如在 X-Y 轴上垂直的。应当注意行和列电极 可以功能互换， 其中每个电极集合可以执行文中所述的驱动和传感功能。
互电容传感器可以在阵列的每行和每列的每个交点处具有电容器。 在某些实施例 中， 可以以预定的顺序顺次扫描每行电容性电极和每列电容性电极， 以向触摸电路提供通 过整个阵列上的相互耦合的信号而建立的电场的 “图” 。物体 ( 例如， 手指、 触笔、 导电物体 等 ) 可以更改阵列中的行电极和列电极之间的互耦合。使物体靠近传感器的表面改变局部 电场， 这降低交叠电极之间的互电容。如上所述， 可以通过测量另一轴线上的电压， 测量网 格 (grid) 上的每个单独点处的电容变化， 以准确地确定触摸位置。互电容允许多点触摸操 作， 其中可以同时跟踪多个手指、 手掌或触笔。 自电容传感器 ( 或传感器阵列 ) 可以具有和互电容传感阵列相同的 X-Y 传感器阵 列配置， 但是行和列独立操作。与互电容传感器阵列中通常进行的测量整行电极或整列电 极上的信号相反， 关于自电容， 在每个行电极或每个列电极上测量传导物体的电容性负载。 电容性负载增加了对地的寄生电容， 因此改变了阵列的电场。触摸电路被配置成检测这些 变化并确定触摸物体相对于自电容传感器阵列的位置。
图 1 是根据本发明的实施例的触摸板系统 100 的简图。触摸板系统 100 包括触摸 板传感器阵列 110、 传感电极集合 120、 驱动电极集合 130 以及 “触摸” 电路 140。 在某些实施 例中， 触摸电路 140 可以是处理器、 控制器、 ASIC( 专用集成电路 ) 或用于执行上述方法并控 制触摸电路的其它控制逻辑 ( 例如， 可编程逻辑器件 (PLD) 或现场可编程门阵列 (FPGA))。 在实施例中， 触摸板传感器阵列 110 为自电容阵列。可替换地， 触摸板传感器阵列 110 可以 是互电容传感器阵列或电阻性传感器阵列。 在一些实施例中， 传感电极 120 和驱动电极 130 可以被称为传感线 120 和驱动线 130。
在某些实施例中， 经由驱动电极 130 和传感电极 120， 通过触摸电路 140 来驱动并 感测触摸板传感器阵列 110 的每行和每列电容性电极。以预定顺序顺次扫描每行和每列电 极， 以向触摸电路提供整个触摸板传感器阵列 100 上的电场的 “图” 。触摸电路 140 被配置 成检测由用户使用触摸物体 ( 例如手指或触笔 ) 触摸触摸板传感器阵列而产生的触摸板传 感器阵列 110 上的信号变化。如上所述， 这些信号变化可以引起触摸板传感器阵列 110 上 的电场畸变。触摸电路 140 被配置成当触摸物体在触摸板传感器阵列 110 上移动时基于电 场畸变来确定触摸物体的位置。
图 2 是根据本发明的另一实施例的触摸板系统 200 的简图。触摸板系统 200 包括
触摸板传感器阵列 210、 传感电极集合 220、 驱动电极集合 230、 触摸电路 240、 以及接近电路 250。触摸板传感器阵列 210、 传感电极 220 以及驱动电极 230 可以被共同地称为 “触摸板” 或 “基于触摸的接口” 。在某些实施例中， 触摸电路 240 和 / 或接近电路 250 可以是处理器、 控制器、 ASIC 或用于执行该方法和控制触摸电路 240 和 / 或接近电路 250 的其它控制逻辑 ( 例如 PLD、 FPGA)。可替换地， 传感电极集合 220 和驱动电极集合 230 可以由传感线 ( 即， 传感电子元件 ) 集合 220 和驱动线 ( 即， 驱动电子元件 ) 集合 230 替换， 其中每个包括多路 复用器 (MUX) 以驱动和 / 或感测触摸板传感器阵列 210 上的每个相应行和相应列的电极。 触摸传感器阵列 210 为自电容阵列。可替换地， 触摸板传感器阵列 210 可以为互电容传感 器阵列或电阻性传感器阵列。应当注意， 此处所描述的各种实施例 ( 例如， 接近检测和低功 率模式 ) 还可以应用于其它基于触摸的技术， 包括但不限制于使用可见光和 / 或不可见光 的基于光学技术 ( 例如， 发光二极管 (LED)) 的触摸系统。 在一些实施例中， 触摸板系统 200 可以是计算设备 ( 例如， 膝上型计算机、 上网本等 ) 上的触摸板。在其他的实施例中， 触摸 板系统 200 可以是触摸屏 ( 例如， 触摸屏监视器、 智能电话、 个人数字助理 (PDA) 等 )， 其中 例如， 触摸敏感元件布置在显示器或显示屏的上方或下方。 应当注意这些仅是示例， 并且触 摸板系统 200 可以适用于本领域普通技术人员根据本公开可以想到的任何电子设备中。 在某些实施例中， 触摸电路 240 与接近电路 250 电通信。触摸电路 240 耦合到驱 动电极 230 和传感电极 220。接近电路 250 还耦合到驱动电极 230。可替换地， 接近电路可 以耦合到传感电极 220。触摸板传感器阵列 210、 传感电极集合 220 以及驱动电极集合 230 在文中有时被共同地称为触摸板。
在某些实施例中， 触摸电路 240 为集成电路。可以经由驱动电极 230 和传感电极 220， 通过触摸电路 240 驱动并感测触摸板传感器阵列 210 的每行和每列电容性电极。以 预定顺序顺次扫描每行和每列电极， 以向触摸电路 240 提供整个触摸板传感器阵列 210 上 的电场的 “图” 。通过用户使用手指或导电物体 ( 例如触笔等 ) 触摸触摸板传感器阵列 210 可以生成信号变化和波动。触摸电路 240 被配置成检测这些信号波动或畸变并生成用户手 指在触摸板上的位置信息。本文中为了简便起见， 用户触摸将被描述为用户手指触摸触摸 板。应当理解用户触摸触摸板并不限于此， 并且触摸板可以感测用户身体的其它部分 ( 例 如， 手掌、 脚等 ) 触摸触摸板。尽管本文中不会具体讨论使用触笔触摸触摸板， 但应当理解 用户使用手指触摸触摸板的任何描述也适用于触笔或其它导电物体触摸触摸板。
接近电路 250 可以是被配置成检测由用户从接近触摸板传感器阵列 210 的一定距 离以内移动手指或导电物体所生成的来自触摸板传感器阵列 210 的信号变化的集成电路。 根据一些实施例， 接近电路 250 可以检测距离触摸板传感器阵列 210 直至大约 5 厘米以内 的手指或导电物体。在某些实施例中， 接近电路 250 在预定不活动时间段 ( 即， 超时时间 段 ) 之后开始手指或导电物体的检测。例如， 如果触摸电路 240 在给定的时间量 ( 例如， 5 秒、 10 秒等 ) 内未在触摸板传感器阵列 210 上或在触摸板传感器阵列 210 附近检测到手指 或导电物体， 则停用 ( 即， 去耦合 ) 触摸电路 240， 并且接近电路被使能 ( 即， 被激活 )。如 下面参照图 3 进一步描述的， 接近电路 250 被配置成在不活动时间段期间将触摸板系统 200 置于各种省电操作模式。
根据某些实施例， 当触摸电路 240 正在监测触摸板传感器阵列 210( 即， 触摸电路 240 被使能 ) 时， 接近电路 250 为不活动的 ( 例如， 不监测触摸板阵列 210)。可以通过经由
开关、 继电器、 高阻抗模式等的集合将接近电路 250 与触摸板传感器阵列 210 电去耦合或分 离， 来使接近电路 250 不活动， 其中经由触摸电路 240 对触摸板传感器阵列 210 的监测不受 接近电路 250 的影响。根据本公开， 本领域技术人员会知晓将接近电路 250 与触摸板传感 器阵列 210 电去耦合或电隔离的方法。
根据其它实施例， 当接近电路 250 正在监测触摸板传感器阵列 210 时， 触摸电路 240 为不活动的 ( 例如， 不监测触摸板传感器阵列 210)。例如， 可以经由开关、 继电器、 高阻 抗模式等的集合将触摸电路 240 与触摸板传感器阵列 210 电去耦合或电隔离， 其中接近电 路 250 对触摸板传感器阵列 210 的监测不受触摸电路 240 影响。根据本公开， 本领域技术 人员会知晓将触摸电路 240 与触摸板传感器阵列 210 电去耦合或电隔离的方法。根据一些 实施例， 如下面参照图 3 进一步描述的， 触摸电路 240 和接近电路 250 被配置成例如在触摸 板传感器阵列 210 的触摸模式和接近检测模式的切换期间经由通信线集合 260 通信。
图 3 是图示根据本发明的实施例的、 关于触摸板板系统 200 的接近感测和功率管 理的方面的状态机 300。在状态 s310， 触摸板系统 200 处于触摸板操作模式。如上所述， 触摸板模式可以包括跟踪手指或导电物体在触摸板传感器阵列 210 上的位置的触摸电路 240。在一个示例性情形中， 触摸系统 200 以第一轮询速率扫描触摸传感器阵列 210。第一 轮询速率可以被设定为优选地对于给定的应用足够快地扫描用户手指或导电物体的、 任何 期望的率。 例如， 如果需要手指的快速或小的运动的准确度和高清晰度， 可以采用高的轮询 速率 ( 例如每 1 毫秒扫描一次或更快 )。可替换地， 如果允许较低的运动清晰度或准确度， 则可以在跟踪模式中使用较低的轮询速率 ( 例如每 10 毫秒扫描 1 次 )。在某些实施例中， 当触摸板系统 200 处于触摸板模式 ( 例如， 触摸电路 240 是激活的 ) 时， 接近检测模式 ( 例 如由接近电路 250 执行的 ) 为不活动的。
在一些实施例中， 如果触摸电路 240 在第一预定时间段 ( 即， 第一超时时间 ) 内未 检测到手指或导电物体的接触或运动， 则触摸系统 200 进入第一低功率模式 (s320)。在一 个非限制性示例中， 第一预定时间段可以是 5 秒。根据需要可以针对给定的应用使用其它 的第一超时时间 ( 例如， 10 秒、 20 秒等 )。 通常， 在从正常模式转换到第一低功率模式期间， 激活接近电路 250， 而停用触摸电路 240。第一低功率模式降低了触摸板传感器阵列 210 的 轮询速率， 以有效地降低触摸系统 200 的功耗。 例如， 第一轮询速率 ( 例如， 正常模式 ) 可以 是每毫秒轮询一次。第二轮询速率 ( 例如， 第一低功率模式 ) 可以为每 10 毫秒轮询一次。 这些轮询速率是示例性的， 并且触摸板系统可以使用其它的轮询速率。降低接近电路的轮 询速率有效地降低触摸板系统的功耗。
如上所述， 接近电路 250 被配置成检测在触摸板传感器阵列 210 上或在触摸板传 感器阵列 210 附近的接近事件 ( 例如用户手指或导电物体在距离触摸板传感器阵列 210 的 5 厘米以内移动 )。如果接近电路 250 在第一预定时间段 ( 第一超时时间 ) 和第二预定时 间段 ( 第二超时时间 ) 之间的任意时间检测到接近事件， 则触摸板系统 200 重新进入触摸 板操作模式或 “正常操作模式” (s310)。如上所述， 在正常操作模式下， 触摸板系统 200 激活 触摸电路 240 以进行正常的手指 / 触笔位置跟踪， 并停用接近检测电路 250。 在某些实施例 中， 如果接近电路 250 在第一超时时间段和第二超时时间段之后没有检测到接近事件 ( 例 如， 用户手指在触摸板的 5 厘米的范围以内移动 )， 则接近电路 250 的轮询速率从第二轮询 速率降低到第三轮询速率 ( 状态 s330)。在一些实施例中， 第二超时时间段可为 5 分钟。应当注意， 可以根据触摸系统 200 需要， 使用不同时长的超时时间段 ( 例如， 第一超时时间、 第 二超时时间等 )。
根据一些实施例， 可以在第二不活动时间、 第三不活动时间等之后进一步降低接 近电路的轮询速率。 第二不活动时间可以为 5 至 8 分钟， 或者视需要而定。 在第二不活动时 间过去之后， 轮询速率可以降低至每 100 毫秒轮询一次。第三不活动时间可以是 10 分钟或 更长。在第三不活动时间过去之后， 轮询速率可以进一步降低至每 500 毫秒轮询一次。随 着轮询速率的每次降低， 由触摸板系统消耗的功率进一步降低。 在某些实施例中， 一旦检测 到接近事件， 不管触摸板系统 200 当前正运行的特定低功率模式， 触摸板系统 200 返回到触 摸板模式 ( 例如， 正常模式 )。
图 4 是根据本发明的又一实施例的触摸板系统 400 的简图。触摸板系统 400 包括 触摸板传感器阵列 410、 传感器电极集合 420、 驱动电极集合 430 以及触摸接近电路 460。 触 摸板传感器阵列 410、 传感电极 420 和驱动电极 430 可以被共同地称为 “触摸板” 或 “基于 触摸的接口” 。 在某些实施例中， 触摸接近电路 460 可以是处理器、 控制器、 ASIC 或用于执行 该方法并控制触摸接近电路 460 的其它控制逻辑 ( 例如 PLD、 FPGA)。可替换地， 所述传感 电极集合 420 和驱动电极集合 430 可以由传感线 ( 即， 传感电子元件 ) 集合 420 和驱动线 ( 即， 驱动电子元件 ) 集合 430 取代， 其中每个包括多路复用器 (MUX) 以驱动和 / 或感测触 摸板传感器阵列 410 上的每个相应行和相应列的电极。在一些实施例中， 触摸板传感器阵 列 410 为自电容阵列。可替换地， 触摸板传感器阵列 410 可以为互电容传感器阵列或电阻 性传感器阵列。应当注意， 此处所描述的各种实施例 ( 例如， 接近检测和低功率模式 ) 也可 以应用于其它基于触摸的技术， 包括但不限制于使用可见光和 / 或不可见光的基于光学技 术 ( 例如， LED) 的触摸系统。在一些实施例中， 触摸板系统 400 可以是在计算装置 ( 例如， 膝上型计算机、 上网本等 ) 上的触摸板。在另外的实施例中， 触摸板系统 400 可以为触摸屏 ( 例如， 触摸屏监视器、 智能电话、 PDA 等 )， 其中例如， 触摸敏感元件布置在显示器或显示屏 的上方或下方。应当注意这些仅是示例， 并且触摸系统 400 可以适用于本领域普通技术人 员根据本公开可以想到的任何电子设备中。
触摸接近电路 460 的触摸部分和接近部分被配置成以与上述触摸电路 240 和接近 电路 250 类似的方式进行操作。例如， 在触摸接近电路 460 的触摸操作模式中， 触摸接近电 路 460 的触摸电路部分被配置成监测触摸板传感器阵列 410， 而触摸接近电路 460 的接近部 分与触摸板传感器阵列电去耦合。 此外， 在触摸接近电路的接近操作模式中， 触摸接近电路 460 的接近部分被配置成监测触摸板传感器阵列 410( 即， 接近部分被使能 )， 而触摸接近电 路 460 的触摸部分与触摸板传感器阵列 410 电去耦合 ( 即， 触摸部分被禁用 )。另外， 触摸 板系统 400 被配置成运行以上参照图 3 所述的省电方法。
在某些实施例中， 经由驱动电极 430 和传感电极 420， 通过触摸电路 440 驱动和感 测触摸板传感阵列 410 的每行和每列的电容性电极。以预定顺序顺次扫描每行和每列的电 极， 以向触摸电路提供整个触摸板传感器阵列 410 上的电场的 “图” 。根据一些示例， 触摸接 近电路 460 被配置成当处于接近检测模式时监测和检测距离触摸板传感器阵列 410 直至 5 厘米以内的手指或导电物体。触摸接近电路 460 可以被配置成在预定的不活动时间之后开 始对未触摸到但接近触摸板传感器阵列 410 的手指或导电物体的检测 ( 接近模式 )。 例如， 如果触摸电路 240 没有在给定的时间量 ( 例如， 5 秒、 10 秒等 ) 内在触摸板传感器阵列 410上检测到手指或导电物体， 则可以激活接近检测部分。触摸接近电路 460 被配置成基于在 时间段上对触摸系统 400 的使用将触摸板系统 400 置于不同的省电操作模式。以上参考图 3 进一步描述了各种操作模式。
图 5 是根据本发明的替换实施例的触摸板系统 500 的简图。触摸板系统 500 包括 触摸板传感器阵列 510、 传感电极集合 520、 驱动电极集合 530、 触摸电路 540、 接近电路 550、 接地平面 570 以及保护环 580。触摸板传感器阵列 510、 传感电极 520 和驱动电极 530 可以 被共同地称为 “触摸板” 和 “基于触摸的接口” 。在某些实施例中， 触摸电路 540 和 / 或接近 电路 550 可以是处理器、 控制器、 ASIC 或用于执行该方法并控制触摸电路 540 和 / 或接近 电路 550 的其它控制逻辑 ( 例如 PLD、 FPGA)。可替换地， 所述传感电极集合 520 和驱动电 极集合 530 可以由传感线 ( 即， 传感电子元件 ) 集合 520 和驱动线 ( 即， 驱动电子元件 ) 集 合 530 取代， 其中每个包括多路复用器 (MUX) 以驱动和 / 或感测触摸板传感器阵列 510 上 的每个相应行和相应列的电极。触摸板传感器阵列 510 为自电容阵列。可替换地， 触摸板 传感器阵列 510 可以为互电容传感器阵列或电阻性传感器阵列。应当注意， 本文中所描述 的各种实施例 ( 例如， 接近检测和低功率模式 ) 也可以应用于其它触摸式技术， 包括但不限 制于使用可见光和 / 或不可见光的基于光学技术 ( 例如， LED) 的触摸系统。在一些实施例 中， 触摸板系统 500 可以是在计算装置 ( 例如， 膝上型计算机、 上网本等 ) 上的触摸板。在 另外的实施例中， 触摸板系统 500 可以为触摸屏 ( 例如， 触摸屏监视器、 智能电话、 PDA 等 )， 其中例如， 触摸敏感元件布置在显示器或显示屏的上方或下方。 应当注意这些仅是示例， 并 且触摸系统 500 可以适用于本领域普通技术人员根据本公开可以想到的任何电子设备中。 触摸板系统 500 与触摸板系统 200 的类似之处在于 ： 触摸板系统 500 包括作为分 离的集成电路的触摸电路 540 和接近电路 550。触摸板系统 500 与上述触摸板系统 200 和 400 的不同之处在于 ： 接近电路 550 被配置成检测未直接用于触摸操作模式的现有电极或 现有线的电容变化。根据一个实施例， 现有电极和 / 或现有线可以包括触摸板传感器阵列 510 的接地平面电极 570 和 / 或触摸板传感器阵列 510 的保护环电极 580。接近电路 550 可以被配置成驱动接地平面电极 570 以及感测保护环电极 580。 可替换地， 接近电路 550 可 以驱动保护环电极 570 以及感测接地平面电极 570。 在某些实施例中， 被接近电路 540 用于 触摸检测操作模式的电极和 / 或线可可以被接近电路 550 用于接近操作模式。附加电极和 / 或线 ( 例如接地平面电极 570 和 / 或保护环电极 580) 提供 ： 与没有附加电极 ( 例如图 2 和图 3) 的触摸板系统相比， 可以以距离触摸板系统 500 相对更大的距离来检测用户的手或 手指。例如， 由于由保护环 580 和接地平面 570 提供的增加的范围， 接近触摸系统 500 的手 指可被保护环电极和 / 或线 580/ 接地平面电极和 / 或线 570 来检测到， 否则接近触摸系统 500 的手指将不会被触摸传感器阵列 510 正确地检测到。检测距离触摸板系统 500 更远距 离处的用户的手指， 降低从接近操作模式切换到触摸操作模式所发生的延迟。小的延迟时 间段可以使用户在视觉上难以辨别接近模式和触摸模式之间的切换。根据一些实施例， 如 以上参照图 3 进一步描述的， 触摸电路 540 和接近电路 550 被配置成例如在触摸板传感器 阵列 510 的触摸模式和接近模式的切换期间经由通信线集合 560 进行通信。
图 6 是根据本发明的另一可替换实施例的触摸板系统 600 的简图。 触摸板系统 600 包括触摸板传感器阵列 610、 传感电极集合 620、 驱动电极集合 630、 触摸电路 640 以及接近 电路 650。触摸板传感器阵列 610、 传感电极 620 和驱动电极 630 可以被共同地称为 “触摸
板” 或 “基于触摸的接口” 。在某些实施例中， 触摸电路 640 和 / 或接近电路 650 可以是处 理器、 控制器、 ASIC 或用于执行该方法并控制触摸电路 640 和 / 或接近电路 650 的其它控 制逻辑 ( 例如 PLD、 FPGA)。可替换地， 所述传感电极集合 620 和驱动电极集合 630 可以由 传感线 ( 即， 传感电子元件 ) 集合 620 和驱动线 ( 即， 驱动电子元件 ) 集合 630 取代， 其中 每个包括多路复用器 (MUX) 以驱动和 / 或感测触摸板传感器阵列 610 上的每个相应行和相 应列的电极。触摸板传感器阵列 610 为自电容阵列。可替换地， 触摸板传感器阵列 610 可 以为互电容传感器阵列或电阻性传感器阵列。应当注意， 本文中所描述的各种实施例 ( 例 如， 接近检测和低功率模式 ) 也可以应用于其它触摸式技术， 包括但不限于使用可见光和 / 或不可见光的基于光学技术 ( 例如， LED) 的触摸系统。 在一些实施例中， 触摸板系统 600 可 以是在计算装置 ( 例如， 膝上型计算机、 上网本等 ) 上的触摸板。在另外的实施例中， 触摸 板系统 600 可以是触摸屏 ( 例如， 触摸屏监视器、 智能电话、 PDA 等 )， 其中例如， 触摸敏感元 件布置在显示器或显示屏的上方或下方。应当注意这些仅是示例， 并且触摸系统 600 可以 适用于本领域普通技术人员根据本公开可以想到的任何电子设备中。
在某些实施例中， 触摸电路 640 与接近电路 650 电通信。 触摸电路 640 耦合到驱动 电极 630 和传感电极 620。接近电路 650 还可以耦合到传感电极 620。可替代地， 接近电路 可耦合到传感电极 620。触摸板传感器阵列 610、 传感电极集合 620 以及驱动电极集合 630 在本文中有时被共同地称为触摸板。根据一个实施例， 触摸板传感器阵列 610 为互电容传 感器阵列。可替换地， 触摸板传感器阵列 600 可以是自电容传感器阵列或电阻性传感器阵 列。 在某些实施例中， 触摸电路 640 为被配置成检测来自触摸板传感器阵列 610 的信 号变化的集成电路。 在某些实施例中， 经由驱动电极 630 和传感电极 620， 通过触摸电路 640 来驱动和感测触摸板传感器阵列 610 的每行和每列的电容性电极。以预定顺序顺次扫描每 行和每列电极， 以向触摸电路提供整个触摸板传感器阵列 610 上的电场的 “图” 。通过用户 使用手指或导电物体 ( 例如触笔等 ) 触摸触摸板传感器阵列 610 可以生成信号变化或波 动。触摸电路 640 被配置成检测这些信号波动或畸变并生成在触摸板上并移动的用户手指 的位置信息。
接近电路 650 可以是被配置成检测由用户将手指或导电物体移动到触摸板传感 器阵列 610 的接近检测范围以内而生成的来自触摸板传感器阵列 610 的信号变化的集成电 路。根据一些实施例， 接近电路 650 可以检测距离触摸板传感器阵列 610 直至大约 5 厘米 以内的手指或导电物体。在一些实施例中， 接近电路 650 在预定不活动时间段之后开始对 手指或导电物体的检测。例如， 如果触摸电路 640 在给定的时间量 ( 例如 5 秒、 10 秒等 ) 内 在触摸板传感器阵列 610 上或在触摸板传感器阵列 610 附近未检测到手指或导电物体， 则 触摸电路 650 被停用， 而接近电路 650 被使能 ( 即， 被激活 )。如以上参考图 3 进一步描述 的， 接近电路 650 被配置成在不活动期间将触摸板系统 600 置于不同省电操作模式。
根据某些实施例， 当触摸电路 640 正监测触摸板传感器阵列 610 时， 接近电路 650 是不活动的 ( 例如， 不监测触摸板传感器阵列 610)。例如， 可以经由开关、 继电器或高阻抗 模式等的集合将接近电路 650 与触摸板传感器阵列 610 电去耦合或电隔离， 其中触摸电路 640 对触摸板传感器阵列 610 的监测不受接近电路 650 影响。 根据本公开， 本领域技术人员 知晓将接近电路 650 与触摸板传感阵列 610 电去耦合或电隔离的方法。
根据本发明的某些实施例， 当接近电路 650 正在监测触摸板传感器阵列 610 时， 触 摸电路 640 为不活动的 ( 例如不监测触摸板传感器阵列 610)。 例如， 可以经由开关、 继电器 或高阻抗模式等的集合将触摸电路 640 与触摸板传感器阵列 610 电去耦合或电隔离， 其中 接近电路 650 对触摸板传感器阵列 610 的监测不受触摸电路 640 影响。根据本公开， 本领 域技术人员知晓将触摸电路 640 与触摸板传感阵列 610 电去耦合或电隔离的方法。根据一 些实施例， 触摸电路 640 和接近电路 650 被配置成例如在监测触摸板传感器阵列 610 的转 换期间经由通信线集合 560 进行通信。
图 7 是图示用于在触摸板系统 200 的操作模式之间进行切换的方法 700 的简化流 程图。通过处理逻辑来执行该方法 700， 该处理逻辑包括硬件 ( 电路系统、 专用逻辑等 )、 软 件 ( 例如运行在通用计算系统或专用机中的软件 )、 固件 ( 嵌入式软件 ) 或其任意组合。在 一个实施例中， 通过图 2 中的触摸电路 240 和接近电路 250 两者来执行方法 700。
参照图 7， 方法 700 包括在触摸板操作模式下操作触摸板系统 200(710)。 如以上参 考图 2 所描述的， 触摸板操作模式可以包括跟踪手指或导电物体在触摸板传感器阵列 210 上的位置的触摸电路 240。在一个示例性情形中， 触摸系统 200 以第一轮询速率 ( 例如， 每 一毫秒扫描或轮询一次等 ) 扫描触摸板传感器阵列 210。第一轮询速率可以被设定成优选 地针对给定应用足够快地扫描用户手指或导电物体的速度的、 任何期望的速率。在某些实 施例中， 当触摸板系统 200 处于触摸板模式 ( 例如， 触摸电路 240 是激活的 ) 时， 接近检测 模式 ( 例如由接近电路 250 执行的 ) 为不活动的。
该方法还包括当触摸系统 200 检测到触摸板传感器阵列 210 上的用户活动时， 保 持在触摸板操作模式下， 其中触摸系统 200 继续跟踪手指或导电物体在触摸板传感器阵列 210 上的位置 (720)。如果触摸系统 200 在第一预定时间段 ( 即， 第一预定不活动时间段 ) 内未检测到任何活动 ( 例如手指或导电物体在触摸板传感器阵列 210 上的触摸或运动 ) (720)， 则方法继续到 730。 应当注意， 第一不活动时间段可以被设定成任何期望值。 在示例 性实施例中， 第一预定不活动时间段为 5 秒。
在 730 处， 触摸系统 200 从触摸板操作模式切换到接近检测操作模式。 接近检测模 式可以检测手指、 触笔、 导电物体等在触摸板传感器阵列 210 上或在触摸板传感器阵列 210 的一定距离以内的存在和 / 或运动。在一些实施例中， 接近检测模式可以检测距离触摸板 传感器阵列 210 直至 5 厘米以内的手指或导电物体。应当注意， 取决于设计的需求， 接近检 测范围可以采用更短或更长的距离 ( 例如 3cm、 10cm 等 )。
在 730 处， 接近检测模式在第一低功率模式下。第一低功率模式降低触摸板传感 器阵列 210 的轮询速率， 以有效地降低触摸系统 200 的功耗。为了说明， 触摸操作模式可以 以第一轮询速率进行操作。 第一轮询速率通常足够快以针对给定的应用具有足够高的分辨 率来准确地跟踪触摸板传感器阵列 210 上的用户手指或导电物体。例如， 第一轮询速率可 以为每一毫秒轮询一次。接近检测模式的第一低功率模式以第二轮询速度进行操作。第二 轮询速度可以被配置成以低于第一轮询速率的轮询速率进行操作。例如， 第一低功率模式 可以以每 10 毫秒轮询一次进行操作。降低的轮询速率降低了触摸系统 200 的总功耗。应 当注意的是， 在接近检测操作模式中轮询速率和跟踪分辨率的降低是可接受的， 这是因为 接近检测模式的一个目的是简单地检测用户或传导物体的存在以促使触摸系统 200 切换 回到触摸板操作模式 (710)， 而不是精确地跟踪用户或导电物体在触摸板传感器阵列 210上的位置。 在某些实施例中， 在从正常模式转换到第一低功率模式时， 激活接近电路 250， 而 停用触摸电路 240。
在 740 处， 如果触摸系统 200 检测到触摸传感器阵列 210 上的用户活动， 则方法返 回 710 并返回到触摸板操作模式， 其中触摸系统 200 跟踪手指或导电物体在触摸板传感器 阵列 210 上的位置。在 740 处， 如果触摸系统 200 在第二预定时间段 ( 即， 第二预定不活动 时间段 ) 内未检测到任何活动 ( 例如， 手指或导电物体在触摸板传感器阵列 210 上的触摸 或运动 )， 则方法继续到 750。 应当注意 ： 第二不活动时间段可以被设定成任何期望值， 优选 地长于第一不活动时间段。在示例性实施例中， 第二预定不活动时间段为 5 分钟。
在 750 处， 触摸系统 200 保持在接近检测操作模式中， 但是从第一低功率操作模式 切换到第二低功率操作模式。接近检测模式可以检测在触摸板传感器阵列 210 的一定距离 以内的手指、 触笔、 导电物体等的存在和 / 或运动。在一些实施例中， 接近检测模式可以检 测距离触摸板传感器阵列 210 直至 5cm 以内的手指或导电物体。应当注意， 取决于设计的 需求， 接近检测范围可以采用更短或更长的距离 ( 例如 3cm、 10cm 等 )。
在一些实施例中， 第二低功率模式以第三轮询速率进行操作。第三轮询速率进一 步降低触摸板传感器阵列 210 的轮询速率， 以有效地降低触摸系统 200 的功耗。如上所述， 触摸操作模式可以以第一轮询速率进行操作 ( 例如每一毫秒轮询一次 )， 第一低功率模式 可以以第二轮询速率 ( 例如每 10 毫秒轮询一次 ) 进行操作， 以及第二低功率模式可以以第 三轮询速率 ( 例如每 100 毫秒轮询一次 ) 进行操作。 本发明的一些实施例可以结合更多的、 具有可以被第三、 第四或第五不活动时间等触发的更短或更长的轮询速率的功率模式。
在 760 处， 如果触摸系统 200 检测到触摸板传感器阵列 210 上的用户活动， 方法执 行 710 并返回到触摸板操作模式。在 760 处， 如果触摸系统 200 未检测到任何活动 ( 例如， 手指或导电物体在触摸板传感器阵列 210 上的触摸或运动 )， 则该方法保持在第二低功率 操作模式中。某些实施例可以利用额外的低功率操作模式， 这样的方法对于本领域的普通 技术人员来说根据本公开是可知的。
应当理解， 图 7 中示出的具体步骤提供了根据本发明的实施例的、 在触摸系统 200 中的操作模式之间进行切换的特定方法。还可以根据替换实施例执行其它顺序的步骤。例 如， 本发明的替换实施例可以以不同的顺序执行上述步骤。此外， 图 7 中示出的单个步骤可 以包括可以以适于单个步骤的各种顺序来执行的多个子步骤。另外， 可以取决于特定的应 用增加或去除额外的步骤。此外， 方法 700 可以适于图 4-6 的触摸系统。本领域的普通技 术人员应认识和了解到方法 700 的许多变型、 修改以及替换。
本申请中所描述的软件组件或功能可以被实施为要由一个或更多个处理器使用 传统或面向对象技术的、 使用诸如 Java、 C++ 或 Perl 的任何合适计算机语言来执行的软件 代码气其中。 软件代码可以存储为计算机可读介质 ( 例如随机访问存储器 (RAM)、 只读存储 器 (ROM)。诸如硬盘驱动器或软盘驱动器的磁存储介质、 诸如 CD-ROM 的光学介质 ) 上的一 系列的指令或命令。任何这样的计算机可读介质可以存在于单个计算设备上或之内， 以及 可以存在于系统或网络内的不同计算设备上或之内。
可以以软件或硬件或两者组合的控制逻辑的形式来实现本发明。 控制逻辑可以存 储在信息存储介质中， 作为适于指导信息处理装置执行本发明的实施例中所公开的步骤集 合的多个指令。基于本文中所提供的公开内容和教导， 本领域的普通技术人员将理解实现本发明的其它方式和 / 或方法。此外， 如上所述， 本文中所描述的触摸系统的各种实施例可 以适于支持触摸屏应用。例如， 本发明的实施例可以用于包括控制装置、 远程控制、 智能电 话、 平板电脑、 便携式媒体播放器等的设备和 / 或系统。
在实施例中， 本文中所描述的实体中的任一个可以由执行所公开的功能和步骤中 的任一或全部的计算机来实施。
“一个” 或 “该” 的任何表述旨在表示 “一个或更多个” ， 除非特意指出相反的之外。
上述描述为说明性的而不是限制性的。通过阅读本公开， 本发明的各种变型对于 本领域的普通技术人员是明显的。因此不应参考以上说明来确定本发明的范围， 而是应当 参考所述权利要求连同其全部范围或等同物一起， 来确定本发明的范围。
应当理解以上描述的示例和实施例仅出于说明的目的， 本领域的普通技术人员将 想到根据以上示例和实施例的各种修改或变化， 并且这些修改和变型包括在本申请的精神 和范围之内以及所附权利要求的范围以内。因此， 上述描述应当被理解为限定由所附权利 要求所限定的本发明的范围。