(57)【要約】  差動増幅器は、出力部と、第１及び第２の差動入力部とを有する。その第２入力部とセンサ電極との間に配置されたスイッチを開いて、センサ電極と差動増幅器を減結合するリセット段階を開始する。第２入力部と出力部との間に配置されたフィードバックキャパシタンスを第１の充電レベルにリセットする。スイッチを閉じて、第２入力部とセンサ電極とを結合する測定段階を開始する。測定段階において、センサ電極とフィードバックキャパシタンスとの間で電荷のバランスをとって、センサ電極の電圧と第１入力部の電圧と第２入力部の電圧とが等しく、且つセンサ電極が充電されるようにし、そして差動増幅器を使用して、センサ電極の電荷を積分し、絶対キャパシタンスを測定する。【選択図】  図９Ａ
2015530780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力部と、２つの差動入力部である第１の入力部及び第２の入力部とを有する差動増幅器でキャパシタンスを測定する方法であって、
センサ電極と前記差動増幅器の前記第２の入力部との間に配置されたスイッチを開いて、前記センサ電極と前記差動増幅器を減結合するリセット段階を開始することと、
前記第２の入力部と前記出力部との間に配置されたフィードバックキャパシタンスを第１の充電レベルにリセットすることと、
前記スイッチを閉じて前記第２の入力部と前記センサ電極を結合する測定段階を開始することと
を含み、前記測定段階は、
前記センサ電極と前記フィードバックキャパシタンスとの間で電荷のバランスをとって、前記センサ電極の電圧と前記第１の入力部の電圧と前記第２の入力部の電圧とが等しくなるようにし、且つ前記センサ電極がそのキャパシタンス及び前記第２の入力部の電圧に比例する値に充電されるようにすること、及び
前記差動増幅器を使用して、前記センサ電極の電荷を積分し、絶対キャパシタンスが測定されるようにすること
を含む方法。
【請求項２】
前記測定段階の後に前記スイッチを開いて、第２のリセット段階を開始することと、
前記フィードバックキャパシタンスを前記第２のリセット段階中に第２の充電レベルにリセットすること
とを含み、
前記第１の充電レベル及び前記第２の充電レベルが異なるレベルである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
トランスキャパシタンス感知サイクル中に、前記差動増幅器を使用して前記センサ電極における結果電荷を測定することを更に含み、
前記結果電荷が、前記センサ電極と第２のセンサ電極との間の容量結合に対応し、前記第２のセンサ電極は、送信器信号で駆動される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
２つの差動入力部である第１の入力部及び第２の入力部と、出力部とを有する差動増幅器と、
前記第２の入力部に結合され、閉じた状態及び開いた状態を有するスイッチであって、前記第２の入力部が、該スイッチが閉じた状態にあるときには測定段階においてセンサ電極に結合され、該スイッチが開いた状態にあるときにはリセット段階において前記センサ電極と減結合される、スイッチと、
前記出力部と前記第２の入力部との間に結合されたフィードバックキャパシタンスと、
前記フィードバックキャパシタンスの少なくとも一部分に並列に結合され、第１のリセット段階中に前記フィードバックキャパシタンスを第１の充電レベルにリセットするように構成されたリセットメカニズムと、
を備え、
前記測定段階中に、前記差動増幅器は、前記第１の入力部及び前記第２の入力部の電圧のバランスをとりながら前記センサ電極を、前記第１の入力部に結合された変調基準電圧に関連した電圧レベルに充電し、前記センサ電極の電荷を積分して、前記センサ電極と入力物体との間の結合に対応するキャパシタンスを測定するように動作する、キャパシタンス測定回路。
【請求項５】
前記リセットメカニズムは、更に、前記フィードバックキャパシタンスを、第２のリセット段階中に第２の充電レベルにリセットするように構成され、前記第１の充電レベル及び前記第２の充電レベルは異なるレベルである、請求項４に記載のキャパシタンス測定回路。
【請求項６】
前記フィードバックキャパシタンスは、前記リセット段階中に前充電されるように構成される、請求項４に記載のキャパシタンス測定回路。
【請求項７】
前記フィードバックキャパシタンスの少なくとも一部分は、前記差動増幅器のダイナミックレンジを増加する電荷減算器として働く、請求項４に記載のキャパシタンス測定回路。
【請求項８】
前記リセット段階は、前記測定段階よりも短い、請求項４に記載のキャパシタンス測定回路。
【請求項９】
前記リセット段階は、前記測定段階よりも大きさが少なくとも１桁短い、請求項８に記載のキャパシタンス測定回路。
【請求項１０】
前記変調基準電圧の前記電圧レベルは、当該キャパシタンス測定回路の異なる動作モードにおいて変化する、請求項４に記載のキャパシタンス測定回路。
【請求項１１】
前記測定段階は、絶対キャパシタンス測定段階である、請求項４に記載のキャパシタンス測定回路。
【請求項１２】
前記フィードバックキャパシタンスは、複数の選択可能なキャパシタにより形成される、請求項４に記載のキャパシタンス測定回路。
【請求項１３】
第１のセンサ電極と、
２つの差動入力部である第１の入力部及び第２の入力部と、出力部とを含む差動増幅器と、
前記第２の入力部に結合され、閉じた状態及び開いた状態を有するスイッチであって、前記第２の入力部は、このスイッチが閉じた状態にあるときには測定段階において前記第１のセンサ電極に結合され、このスイッチが開いた状態にあるときにはリセット段階において前記第１のセンサ電極と減結合される、スイッチと、
前記出力部と前記第２の入力部との間に結合されたフィードバックキャパシタンスと、
前記フィードバックキャパシタンスの少なくとも一部分に並列に結合され、第１のリセット段階中に前記フィードバックキャパシタンスを第１の充電レベルにリセットするように構成されたリセットメカニズムと
を備え、
前記測定段階中に、前記差動増幅器は、前記第１の入力部及び前記第２の入力部の電圧のバランスをとりながら前記第１のセンサ電極を、前記第１の入力部に結合された変調基準電圧に関連した電圧レベルに充電し、前記第１のセンサ電極の電荷を積分して前記第１のセンサ電極と入力物体との間の結合に対応するキャパシタンスを測定するように動作する、入力装置。
【請求項１４】
第２のセンサ電極と、
前記第２のセンサ電極に結合され、前記第２のセンサ電極において送信器信号を駆動するように構成された送信器と、
を更に備え、
前記入力装置のトランスキャパシタンス感知サイクル中に、前記差動増幅器は、前記第１のセンサ電極と前記第２のセンサ電極との間の容量結合に対応する前記第１のセンサ電極における結果電荷を測定するように更に構成される、請求項１３に記載の入力装置。
【請求項１５】
前記リセット段階と、前記トランスキャパシタンス感知サイクルのトランスキャパシタンスリセット段階との時間長さは、実質的に等しい、請求項１４に記載の入力装置。
【請求項１６】
前記リセット段階は、前記測定段階より短い、請求項１３に記載の入力装置。
【請求項１７】
前記変調基準電圧は、基準電圧に対して対称的な波形よりなる、請求項１３に記載の入力装置。
【請求項１８】
前記リセットメカニズムは、前記フィードバックキャパシタンスを第２のリセット段階中に第２の充電レベルにリセットするように更に構成され、前記第１の充電レベル及び前記第２の充電レベルは、異なるレベルである、請求項１３に記載の入力装置。
【請求項１９】
前記フィードバックキャパシタンスは、前記リセット段階中に前充電されるように構成される、請求項１３に記載の入力装置。
【請求項２０】
前記フィードバックキャパシタンスの少なくとも一部分は、前記差動増幅器のダイナミックレンジを増加する電荷減算器として働く、請求項１３に記載の入力装置。
【請求項２１】
前記変調基準電圧の前記電圧レベルは、当該入力装置の異なる動作モードにおいて変化する、請求項１３に記載の入力装置。
【請求項２２】
前記測定段階は、絶対キャパシタンス測定段階である、請求項１３に記載の入力装置。
【請求項２３】
前記フィードバックキャパシタンスは、複数の選択可能なキャパシタにより形成される、請求項１３に記載の入力装置。
【請求項２４】
前記第１のセンサ電極は、前記リセット段階中に電気的に浮動する、請求項１３に記載の入力装置。
【請求項２５】
前記変調基準電圧は、前記リセット段階の始めに遷移する、請求項１３に記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本願は、２０１２年７月１８日に出願された“SYSTEM AND METHOD FOR SENSING ABSOLUTE CAPACITANCE”と題するファーザン・シャロキー氏（Farzaneh Shahrokhi）等の同時係属中の米国特許仮出願第６１／６７３，２４１号の優先権及び利益を主張するもので、該出願は、代理人管理番号ＳＹＮＡ−２０１２０３０８−０１．ＰＲＯを有し、本願の譲受人に譲渡されている。
【０００２】
[0002]本願は、２０１２年８月２７日に出願された“SYSTEM AND METHOD FOR SENSING ABSOLUTE CAPACITANCE”と題するファーザン・シャロキー氏等の同時係属中の米国特許仮出願第６１／６９３，５４１号の優先権及び利益を主張するもので、該出願は、代理人管理番号ＳＹＮＡ−２０１２０３０８−０２．ＰＲＯを有し、本願の譲受人に譲渡されている。
【０００３】
[0003]本願は、２０１３年３月１５日に出願された“CAPACITANCE MEASUREMENT”と題するファーザン・シャロキー氏等の同時係属中の米国特許出願第１３／８４３，１２９号の優先権及び利益を主張するもので、該出願は、代理人管理番号ＳＹＮＡ−２０１２０３０８−０１を有し、本願の譲受人に譲渡されている。
【背景技術】
【０００４】
[0004]接近センサ装置（一般的にタッチパッド又はタッチセンサ装置とも称される）を含む入力装置が種々の電子システムに広く利用されている。接近センサ装置は、典型的に、表面によってしばしば画成される感知領域を含み、その中で、接近センサ装置は、１つ以上の入力物体の存在、位置及び／又は動きを決定する。接近センサ装置は、電子システムのためのインターフェイスをなすように使用される。例えば、接近センサ装置は、ノートブック又はデスクトップコンピュータ又はその周囲に一体化されたタッチパッドのような、大型コンピューティングシステムの入力装置としてしばしば使用される。また、接近センサ装置は、携帯電話又はタブレットコンピュータに一体化されたタッチスクリーンのような、小型電子装置／システムにもしばしば使用される。そのようなタッチスクリーン入力装置は、典型的には、電子装置／システムのディスプレイに重ねられるか、或いは、それと一体的に配置される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]出力部を有すると共に第１及び第２の差動入力部を有する差動増幅器でキャパシタンスを測定する方法において、センサ電極と差動増幅器の第２の入力部との間に配置されたスイッチを開いて、センサ電極と差動増幅器を減結合するリセット段階を開始する。第２の入力部と出力部との間に配置されたフィードバックキャパシタンスを第１の充電レベルにリセットする。スイッチを閉じて、第２の入力部とセンサ電極とを結合する測定段階を開始する。測定段階では、センサ電極とフィードバックキャパシタンスとの間で電荷のバランスをとり、センサ電極の電圧と第１の入力部の電圧と第２の入力部の電圧とが等しくなるようにし、且つセンサ電極がそのキャパシタンス及び第２の入力部の電圧に比例する値に充電されるようにし、そして差動増幅器を使用して、センサ電極の電荷を積分し、絶対キャパシタンスが測定されるようにする。
【０００６】
[0006]図面の簡単な説明に取り上げる図面は、特に指示のない限り、正しい縮尺で描かれていると理解してはならない。実施形態の説明に組み込まれて、その一部分を形成する添付図面は、種々の実施形態を例示するもので、実施形態の説明と一緒に、以下に述べる原理を説明する上で役立ち、また、同じ要素を同じ符号で示している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】幾つかの実施形態による例示的入力装置のブロック図である。
【図２】ある実施形態によりタッチスクリーンのような入力装置の感知領域の全部又は一部分を形成するためにセンサに利用される例示的なセンサ電極パターンの一部分を示す。
【図３】トランスキャパシタンス及び従来の絶対キャパシタンス感知信号及びモードの図の比較である。
【図４Ａ】一実施形態により絶対キャパシタンス感知の第１の半サイクルを通してのキャパシタンス測定回路の動作を示す。
【図４Ｂ】一実施形態により絶対キャパシタンス感知の第１の半サイクルを通してのキャパシタンス測定回路の動作を示す。
【図５】種々の実施形態により、トランスキャパシタンス及び新規な（ここに述べる）絶対キャパシタンス感知信号及びモードの図の比較である。
【図６Ａ】一実施形態により、絶対キャパシタンス感知の全サイクルを通してのキャパシタンス測定回路の動作を示す。
【図６Ｂ】一実施形態により、絶対キャパシタンス感知の全サイクルを通してのキャパシタンス測定回路の動作を示す。
【図６Ｃ】一実施形態により、絶対キャパシタンス感知の全サイクルを通してのキャパシタンス測定回路の動作を示す。
【図６Ｄ】一実施形態により、絶対キャパシタンス感知の全サイクルを通してのキャパシタンス測定回路の動作を示す。
【図７】一実施形態によるキャパシタンス測定回路を示す。
【図８】ある実施形態によるキャパシタンス測定回路を示す。
【図９Ａ】種々の実施形態により、出力と第１及び第２の差動入力とを有する差動増幅器でキャパシタンスを測定する方法を示す。
【図９Ｂ】種々の実施形態により、出力と第１及び第２の差動入力とを有する差動増幅器でキャパシタンスを測定する方法を示す。
【図９Ｃ】種々の実施形態により、出力と第１及び第２の差動入力とを有する差動増幅器でキャパシタンスを測定する方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0016]実施形態の以下の説明は、一例として示すもので、これに限定されない。更に、前記背景、概要、図面の簡単な説明、又は以下の実施形態の説明に提示された理論の表現又は暗示により束縛されるものでもない。
【０００９】
概説
[0017]ここでは、有用性の改善を促進する入力装置、処理システム及び方法を提供する種々の実施形態について説明する。ここに述べる種々の実施形態において、入力装置は、容量方式入力装置である。
【００１０】
[0018]トランスキャパシタンス感知信号及びモードと従来の絶対キャパシタンス感知信号及びモードとの比較から説明を始める。ここに述べる新規な実施形態に基づき、例示的キャパシタンス測定回路について提示し、そしてその動作について説明する。次いで、トランスキャパシタンス感知信号及びモードと、絶対キャパシタンス感知の新規な実施形態の信号及びモードとの比較について提示し、説明する。次いで、新規な絶対キャパシタンス測定回路の構造及び動作に対する多数の変形例について提示し、説明する。次いで、ハイブリッド型のトランスキャパシタンス／絶対キャパシタンス測定回路について提示し、説明する。更に、種々の新規なキャパシタンス測定回路の動作を、出力部と、第１及び第２の差動入力部（以下、単に「入力部」ともいう）とを有する差動増幅器でのキャパシタンス測定方法の説明に関連して述べる。
【００１１】
例示的な入力装置
[0019]添付図面を参照すれば、図１は、種々の実施形態による例示的な入力装置１００のブロック図である。入力装置１００は、電子システム／装置（図示せず）へ入力を与えるように構成される。本書で使用する「電子システム」（又は「電子装置」）という用語は、情報を電子的に処理することのできるシステムを広く指す。電子システムの非限定例は、全てのサイズ及び形状のパーソナルコンピュータ、例えば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、タブレット、ウェブブラウザ、ｅ−ブックリーダー、及びパーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）を含む。付加的な例示的電子システムは、複合入力装置、例えば、入力装置１００及び個別のジョイスティック又はキースイッチを含む物理的キーボードを含む。更に別の例示的電子システムは、データ入力装置（リモートコントロール及びマウスを含む）及びデータ出力装置（ディスプレイスクリーン及びプリンタを含む）のような周辺機器を備えている。他の例は、リモートターミナル、キオスク、及びビデオゲームマシン（例えば、ビデオゲームコンソール、ポータブルゲーム機等）を含む。他の例は、通信装置（スマートホンのような携帯電話を含む）、及びメディア装置（レコーダー、エディタ、及びプレーヤ、例えば、テレビジョン、セットトップボックス、音楽プレーヤ、デジタルフォトフレーム、及びデジタルカメラを含む）を含む。更に、電子システムは、入力装置に対してホストであってもスレーブであってもよい。
【００１２】
[0020]入力装置１００は、電子システムの物理的な一部分として実施されてもよいし、又は電子システムから物理的に分離されてもよい。適宜に、入力装置１００は、次のもの、即ちバス、ネットワーク、及び他のワイヤード又はワイヤレス相互接続の１つ以上を使用して、電子システムの各部分と通信する。例えば、インター・インテグレーテッド・サーキット（Ｉ２Ｃ）、シリアル・ペリフェラル・インターフェイス（ＳＰＩ）、パーソナル・システム２（ＰＳ／２）、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、高周波（ＲＦ）、及びインフラレッド・データ・アソシエーション（ＩｒＤＡ）があるが、これに限定されない。
【００１３】
[0021]図１において、入力装置１００は、感知領域１２０における１つ以上の入力物体１４０によって与えられる入力を感知するように構成された接近センサ装置（「タッチパッド」又は「タッチセンサ装置」とも称される）として示されている。例示的な入力物体は、図１に示すように指及びスタイラスを含む。
【００１４】
[0022]感知領域１２０は、入力装置１００がユーザ入力（例えば、１つ以上の入力物体１４０により与えられるユーザ入力）を検出できる入力装置１００上、周囲、その中及び／又はその付近のスペースを包囲する。特定の感知領域のサイズ、形状及び位置は、実施形態ごとに広く変化し得る。ある実施形態では、感知領域１２０は、入力装置１００の表面から１つ以上の方向に、信号対雑音比が充分に正確な物体検出を妨げるまでスペースへと延びる。この感知領域１２０が特定の方向に延びる距離は、種々の実施形態において、１ミリメータ未満、数ミリメータ、数センチメータ、又はそれ以上であり、そして使用する感知技術の形式及び望ましい精度をもって著しく変化し得る。従って、ある実施形態では、入力装置１００の表面との非接触、入力装置１００の入力表面（例えば、タッチ表面）との接触、ある程度の力又は圧力の付与に関連した入力装置１００の入力表面との接触、及び／又はその組み合わせを含む入力が感知される。種々の実施形態において、入力表面は、センサ電極が存在するケーシングの表面、センサ電極上に適用されるフェースシート、又は任意のケーシング等により形成される。ある実施形態では、感知領域１２０は、入力装置１００の入力表面に投影されたときに長方形の形状を有する。
【００１５】
[0023]入力装置１００は、センサコンポーネント及び感知技術の組み合わせを利用して感知領域１２０においてユーザ入力を検出する。入力装置１００は、ユーザ入力を検出するための１つ以上の感知素子を備えている。非限定例として、入力装置１００は、容量方式技術を使用する。
【００１６】
[0024]ある実施形態は、一次元、二次元、三次元又はそれ以上の次元のスペースに及ぶ画像を与えるように構成される。ある実施形態は、特定の軸又は平面に沿って入力の投影を与えるように構成される。
【００１７】
[0025]入力装置１００のある容量方式の実施形態では、電圧又は電流を印加して電界を発生する。近傍に入力物体があると、電界が変化して、容量結合に検出可能な変化を生じさせ、それが、電圧、電流等の変化として検出される。
【００１８】
[0026]ある容量方式の実施形態では、容量性感知素子のアレイ或いは他の規則的又は不規則なパターンを利用して電界が生成される。ある容量方式の実施形態では、個別の感知素子がオーミック短絡されて、大きなセンサ電極を形成する。ある容量方式の実施形態では、均一な抵抗性である抵抗シートが使用される。
【００１９】
[0027]ある容量方式の実施形態では、センサ電極と入力物体との間の容量結合の変化に基づく「自己キャパシタンス」（又は「絶対キャパシタンス」）感知方法が使用される。種々の実施形態において、入力物体がセンサ電極付近にあると、センサ電極付近の電界を変化させ、測定される容量結合を変化させる。一実施形態では、絶対キャパシタンス感知方法は、基準電圧（例えば、システム接地）に対してセンサ電極を変調し、そしてセンサ電極と入力物体との間の容量結合を検出することにより動作する。
【００２０】
[0028]ある容量方式の実施形態では、センサ電極間の容量結合の変化に基づく「相互キャパシタンス」（又は「トランスキャパシタンス」）感知方法が使用される。種々の実施形態では、入力物体がセンサ電極付近にあると、センサ電極付近の電界を変化させ、測定される容量結合を変化させる。一実施形態では、トランスキャパシタンス感知方法は、１つ以上の送信器センサ電極（「送信器電極」又は「送信器」）と１つ以上の受信器センサ電極（「受信器電極」又は「受信器」との間の容量結合を検出することにより動作する。送信器及び受信器は、総体的に、センサ電極又はセンサ素子と称される。送信器センサ電極は、送信器信号を送信するために基準電圧（例えば、システム接地）に対して変調される。受信器センサ電極は、結果的に得られた信号（以下「結果信号」という）の受信を容易にするために基準電圧に対して実質的に一定に保持される。結果信号は、１つ以上の送信器信号及び／又は１つ以上の環境干渉源（例えば、他の電磁信号）に対応する作用（１つ又は複数）を含む。センサ電極は、送信器又は受信器専用であってもよいし、又は送信及び受信の両方を行うように構成されてもよい。ある実施形態では、送信器電極が送信を行わない（例えば、送信器がディスエイブルされた）ときに、１つ以上の受信器電極が結果信号を受信するように動作される。このように、結果信号は、感知領域１２０の動作環境において検出されるノイズを表わす。
【００２１】
[0029]図１において、処理システム１１０は、入力装置１００の一部分として示されている。処理システム１１０は、入力装置１００のハードウェアを動作して、感知領域１２０の入力を検出するように構成される。処理システム１１０は、１つ以上の集積回路（ＩＣ）及び／又は他の回路コンポーネントの一部又は全部を備えている。(例えば、相互キャパシタンスセンサ装置のための処理システムは、送信器センサ電極で信号を送信するように構成された送信器回路と、受信器センサ電極で信号を受信するように構成された受信器回路とを備えている。)ある実施形態では、処理システム１１０は、ファームウェアコード、ソフトウェアコード等の電子的に読み取り可能なインストラクションも備えている。ある実施形態では、処理システム１１０を構成するコンポーネントは、例えば、入力装置１００の感知素子（１つ又は複数）の付近に一体的に配置される。他の実施形態では、処理システム１１０のコンポーネントは、入力装置１００の感知素子（１つ又は複数）に接近した１つ以上のコンポーネント、及びどこかにある１つ以上のコンポーネントとは物理的に別個独立のものである。例えば、入力装置１００は、デスクトップコンピュータに結合された周辺装置であり、そして処理システム１１０は、デスクトップコンピュータの中央処理ユニット、及び中央処理ユニットとは個別の１つ以上のＩＣ（おそらく関連ファームウェアを伴う）上で実行されるように構成されたソフトウェアを含む。別の例として、入力装置１００は、電話に物理的に一体化されてもよく、そして処理システム１１０は、電話のメインプロセッサの一部分である回路及びファームウェアを含んでもよい。ある実施形態において、処理システム１１０は、入力装置１００の具現化専用である。他の実施形態では、処理システム１１０は、ディスプレイスクリーンを動作し、触覚アクチュエータを駆動する等の他の機能も遂行する。
【００２２】
[0030]処理システム１１０は、処理システム１１０の異なる機能を取り扱う１組のモジュールとして実施されてもよい。各モジュールは、処理システム１１０の一部分である回路、ファームウェア、ソフトウェア、又はその組み合わせでよい。種々の実施形態において、モジュールの異なる組み合わせが使用されてもよい。例示的なモジュールは、センサ電極及びディスプレイスクリーンのようなハードウェアを動作するためのハードウェア動作モジュール、センサ信号及び位置情報のようなデータを処理するためのデータ処理モジュール、並びに情報をレポートするためのレポートモジュールを含む。更に別の例示的なモジュールは、感知素子（１つ又は複数）を動作して入力を検出するように構成されたセンサ動作モジュール、モード切り換えジェスチャーのようなジェスチャーを識別するように構成された識別モジュール、及び動作モードを切り換えるためのモード切り換えモジュールを含む。
【００２３】
[0031]ある実施形態において、処理システム１１０は、感知領域１２０におけるユーザ入力（又はユーザ入力の欠如）に応答して、１つ以上のアクションを直接的に生じさせる。例示的なアクションは、切り換え動作モード、並びにカーソル移動、選択、メニューナビゲーション、及び他の機能のようなＧＵＩアクションを含む。ある実施形態において、処理システム１１０は、入力（又は入力の欠如）に関する情報を電子システムのある部分へ（例えば、処理システム１１０とは個別の電子システムの中央処理システムが存在する場合には、そのような個別の中央処理システムへ）与える。ある実施形態において、電子システムのある部分は、処理システム１１０から受け取った情報を処理して、モード切り換えアクション及びＧＵＩアクションを含む全範囲のアクションを促進するようにユーザ入力に作用する。
【００２４】
[0032]例えば、ある実施形態では、処理システム１１０は、入力装置１００の感知素子（１つ又は複数）を動作して、感知領域１２０における入力（又は入力の欠如）を表わす電気信号を発生する。処理システム１１０は、その電気信号に対して適当な量の処理を行って、電子システムへ送る情報を生成する。例えば、処理システム１１０は、センサ電極から得たアナログ電気信号をデジタル化する。別の例として、処理システム１１０は、フィルタリング又は他の信号コンディショニングを行う。更に別の例として、処理システム１１０は、情報が電気信号と基準値との間の差を反映するように、基準値を減算するか、又は他の仕方で考慮する。更に別の例では、処理システム１１０は、位置情報を決定し、入力をコマンドとして認識し、手書きを認識する等々を行う。
【００２５】
[0033]ここで使用する「位置情報」とは、絶対的位置、相対的位置、速度、加速度及び他の形式の空間的情報を広く含む。例示的な「ゼロ次元」位置情報は、近／遠又は接触／無接触情報を含む。例示的な「一次元」位置情報は、軸に沿った位置を含む。例示的な「二次元」位置情報は、平面における動きを含む。例示的な「三次元」位置情報は、空間内の瞬時又は平均速度を含む。更に別の例は、空間的情報の他の表現を含む。例えば、位置、動き、又は瞬時速度を時間と共に追跡する履歴データを含めて、１つ以上の形式の位置情報に関する履歴データも決定され及び／又は記憶される。
【００２６】
[0034]ある実施形態では、入力装置１００は、処理システム１１０又は他の処理システムにより動作される付加的な入力コンポーネントで実施される。それらの付加的な入力コンポーネントは、感知領域１２０の入力に対する冗長な機能又は他の機能を与える。図１は、入力装置１００を使用してアイテムの選択を容易にするために使用されるボタン１３０を感知領域１２０の付近に示している。他の形式の付加的な入力コンポーネントは、スライダー、ボール、ホイール、スイッチ等を含む。逆に、ある実施形態では、入力装置１００は、他の入力コンポーネントなしに実施されてもよい。
【００２７】
[0035]ある実施形態では、入力装置１００は、タッチスクリーンであり、そして感知領域１２０は、ディスプレイスクリーンのアクティブなエリアの少なくとも一部分に重畳する。例えば、入力装置１００は、ディスプレイスクリーンの上に横たわる実質的に透明なセンサ電極を備え、そして関連電子装置のためのタッチスクリーンインターフェイスをなす。ディスプレイスクリーンは、ユーザに視覚的インターフェイスを表示できる任意の形式のダイナミックディスプレイであり、そして任意の形式の発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマ、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）、又は他のディスプレイ技術を含む。入力装置１００及びディスプレイスクリーンは、物理的素子を共用する。例えば、ある実施形態では、表示及び感知に対して同じ電気的コンポーネントが使用される。別の例として、ディスプレイスクリーンが、処理システム１１０により部分的に又は完全に動作される。
【００２８】
[0036]多数の実施形態を、完全に機能する装置に関して述べるが、そのメカニズムは、種々の形態のプログラム製品（例えば、ソフトウェア）として配布できることを理解されたい。例えば、ここに述べるメカニズムは、電子プロセッサにより読み取り可能な情報保持媒体（例えば、非一時的なコンピュータ読み取り可能な、及び／又は処理システム１１０により読み取り可能な、読み取り／書き込み可能な情報保持媒体）上のソフトウェアプログラムとして実施され配布される。更に、それら実施形態は、特定形式の媒体を使用して配布を実行するにも関わらず、等しく適用される。非一時的な電子的に読み取り可能な媒体は、例えば、種々のディスク、メモリスティック、メモリカード、メモリモジュール等を含む。電子的に読み取り可能な媒体は、フラッシュ、光学的、磁気的、ホログラフィー、又は他の有形の記憶技術に基づくものである。
【００２９】
例示的なセンサ電極パターン
[0037]図２は、種々の実施形態により、入力装置１００の感知領域の全部又は一部分を形成するためにセンサに利用される例示的なセンサ電極パターン２００の一部分を示す。入力装置１００は、容量性センサ電極パターンと共に使用されるときに容量方式入力装置として構成される。図示及び説明を明瞭にするために、非限定の簡単な長方形センサ電極パターン２００が示されている。１組のセンサ電極を伴うパターン、２組のセンサ電極が（重畳せずに）単一の層に配置されたパターン、及び個々のボタン電極を与えるパターンを含めて、多数の他のセンサ電極パターンを使用できることが明らかである。ここに示すセンサ電極パターンは、複数の受信器電極２７０（２７０−０、２７０−１、２７０−２、・・・２７０−ｎ）と、複数の送信器電極２６０（２６０−０、２６０−１、２６０−２、・・・２６０−ｎ）とで構成され、これらは、この例では互いにオーバーレイされる。ここに示す例では、タッチ感知ピクセルが、送信器及び受信器電極が交差する位置にセンタリングされる。容量性ピクセル２９０は、トランスキャパシタンス感知中にセンサ電極パターン２００によって発生される容量性ピクセルの１つを示す。ここに示す例のような交差型センサ電極パターンでは、ある形態の絶縁材料又は基板が、典型的に、送信器電極２６０と受信器電極２７０との間に配置されることが明らかである。しかしながら、ある実施形態では、送信器電極２６０及び受信器電極２７０は、ルーティング技術及び／又はジャンパーを使用することにより互いに同じ層に配置される。種々の実施形態において、タッチ感知は、感知領域１２０のどこかで入力物体を感知することを含み、そして入力装置１００のいずれの表面とも無接触、入力装置１００の入力面（例えば、タッチ面）との接触、ある量の力又は圧力の付与で結合される入力装置１００の入力面との接触、及び／又はその組み合わせを含む。
【００３０】
[0038]トランスキャパシタンス測定を行うときに、容量性ピクセル２９０のような容量性ピクセルは、送信器電極２６０と受信器電極２７０との間の局所的な容量結合のエリアである。送信器電極２６０と受信器電極２７０との間の容量結合は、送信器電極２６０及び受信器電極２７０に関連した感知領域における入力物体の接近性及び動きと共に変化する。
【００３１】
[0039]ある実施形態では、それらの容量結合を決定するためにセンサ電極パターンが「スキャン」される。即ち、送信器電極２６０は、送信器信号を送信するために駆動される。送信器は、一度に１つの送信器電極が送信するか又は複数の送信器電極が同時に送信するように動作される。複数の送信器電極が同時に送信する場合には、それら複数の送信器電極は、同じ送信器信号を送信し、そして実際上大きな送信器電極を形成するか、又はそれら複数の送信器電極は、異なる送信器信号を送信する。例えば、複数の送信器電極は、受信器電極２７０の結果信号に対するそれらの合成作用を独立して決定できるようにする１つ以上のコードスキームに基づいて異なる送信器信号を送信する。
【００３２】
[0040]受信器電極２７０は、結果信号を取得するために単独で又は複数で動作される。結果信号は、容量性ピクセルにおける容量性結合の測定値を決定するのに使用される。
【００３３】
[0041]容量性ピクセルからの１組の測定値は、ピクセルにおける容量結合を表わす「容量性画像（capacitive image）」（「容量性フレーム」とも言う）を形成する。複数の時間周期にわたり複数の容量性画像が取得され、そしてそれらの間の差を使用して、感知領域における入力に関する情報を導出する。例えば、連続する時間周期にわたり取得した連続する容量性画像を使用して、感知領域に入る、感知領域を出る及び感知領域内にある１つ以上の入力オブジェクトの動きを追跡することができる。
【００３４】
[0042]ある実施形態では、特定の時間に絶対キャパシタンス（絶対容量）式の感知を行うために１つ以上のセンサ電極２６０又は２７０が動作される。例えば、受信器電極２７０−０が充電され、次いで、受信器電極２７０−０のキャパシタンスが測定される。そのような実施形態では、受信器電極２７０−０と対話する入力物体１４０は、受信器電極２７０−０の付近の電界を変化させ、従って、容量結合の測定値を変化させる。これと同様に、複数のセンサ電極２７０を使用して絶対キャパシタンスを測定し、及び／又は複数のセンサ電極２６０を使用して絶対キャパシタンスを測定する。絶対キャパシタンスの測定を実行するときには、「受信器電極」及び「送信器電極」の表示は、トランスキャパシタンス測定技術においてそれらが有している意義を失い、むしろ、センサ電極２６０又は２７０は、単に、「センサ電極」と称される。
【００３５】
トランスキャパシタンス感知及び従来の絶対キャパシタンス感知の比較
[0043]図３は、トランスキャパシタンス及び従来の絶対キャパシタンス感知信号及びモードの図（各々３１０及び３２０）の比較を示す。図３の部分３１０は、トランスキャパシタンス感知モードに対する送信器信号及び積分結果信号（各々ＶＴｒａｎｓＩｎｐｕｔ及びＶＴｒａｎｓＯｕｔ）を示し、ここで、３１１は、トランスキャパシタンス感知サイクルの第１の半分であり、そして３１２は、トランスキャパシタンス感知サイクルの第２の半分である。トランスキャパシタンス感知の各半サイクル（３１１、３１２）は、積分時間周期ＴＴｒａｎｓＩｎｔｅｇｒａｔｅ、及びリセット時間周期ＴＴｒａｎｓＲｅｓｅｔを含む。図３において、部分３２０は、絶対キャパシタンス感知モードに対する送信器信号及び積分結果信号（各々ＶＣｏｎｖＡｂｓＩｎｐｕｔ及びＶＣｏｎｖＡｂｓＯｕｔ）を示し、ここで、３２１は、従来の絶対キャパシタンス感知サイクルの第１の半分であり、そして３２２は、従来の絶対キャパシタンス感知サイクルの第２の半分である。各半分（３２１、３２２）は、１つの前充電時間周期ＴＡｂｓＰｒｅｃｈａｒｇｅ及び１つの積分時間周期ＴＡｂｓＩｎｔｅｇｒａｔｅを含む。ここに示す実施形態では、送信器信号及び結果信号は、２つの感知モードに対して異なるものである。例えば、ここに示す従来の絶対キャパシタンス感知モードは、センサ電極が送信器信号により「電圧高」まで充電される前充電段階ＴＡｂｓＰｒｅｃｈａｒｇｅと、それに続いて、センサ電極が放電され及び結果信号から生じる電荷流が積分され測定される積分段階ＴＡｂｓＩｎｔｅｇｒａｔｅとを含む。そのような実施形態では、センサ電極に結合されたキャパシタンス測定回路によって測定される最大電荷量がＣＢ（Ｖｄｄ／２）であり、ここで、ＣＢは、測定される絶対キャパシタンス（バックグランドキャパシタンス＋入力物体キャパシタンス）であり、そしてＶｄｄは、各供給電圧（基準電圧又は動作電圧）である。例えば、この従来の絶対キャパシタンス感知動作において、前充電段階ＴＡｂｓＰｒｅｃｈａｒｇｅ及び積分段階ＴＡｂｓＩｎｔｅｇｒａｔｅの時間巾は、センサ電極の設定時間Ｔａｂｓに基づく。この設定時間は、感知能力に影響することなくこれらの時間を短縮することは除外する。多くの実施形態では、図３に見られるように、トランスキャパシタンス感知リセット段階ＴＴｒａｎｓＲｅｓｅｔは、従来の絶対キャパシタンス感知前充電（ＴＡｂｓＰｒｅｃｈａｒｇｅ）又は絶対キャパシタンス感知積分段階（ＴＡｂｓＩｎｔｅｇｒａｔｅ）より著しく短く、これは、トランスキャパシタンス感知積分時間未満のものであり、即ちＴＴｒａｎｓＲｅｓｅｔ＜＜ＴＡｂｓＰｒｅｃｈａｒｇｅ＜ＴＴｒａｎｓＩｎｔｅｇｒａｔｅとなる。それ故、従来の絶対キャパシタンス感知方法に対する半感知サイクルの巾ＴＡｂｓＰｒｅｃｈａｒｇｅ＋ＴＡｂｓＩｎｔｅｇｒａｔｅは、典型的に、トランスキャパシタンス感知方法に対する半感知サイクルの巾ＴＴｒａｎｓＲｅｓｅｔ＋ＴＴｒａｎｓＩｎｔｅｇｒａｔｅより大きい。更に、従来の絶対キャパシタンス感知方式に対する半感知サイクルは、トランスキャパシタンス感知方式に対する半感知サイクルより長いので、絶対キャパシタンス感知のための送信器信号周波数は、トランスキャパシタンス感知のための送信器信号周波数より低い。
【００３６】
例示的なキャパシタンス変化測定回路
[0044]ここに詳細に述べるように、種々の実施形態において、絶対キャパシタンス感知装置の感知周波数は、絶対キャパシタンス感知の実行に使用される回路及び技術のパラメータを変更することにより、従来技術に比して、改善（短縮）される。ここに述べる絶対キャパシタンス感知装置では、送信器信号の振幅及び／又は周波数を増加すると、絶対キャパシタンス感知の従来技術に比して、感知装置の性能が改善される。例えば、送信器信号の振幅及び／又は周波数の１つ以上の増加により、信号対雑音比が増加され、干渉感受性が改善され、及び接近感知（距離及び精度）が改善される。種々の実施形態において、絶対的感知送信器信号の振幅を増加すると、接近感知距離及び精度が高くなる。更に、高い周波数を有する図５のＶＡｂｓＩｎｐｕｔのようなキャパシタンス感知送信器信号は、低周波数干渉成分の回避を増大する。更に別の実施形態では、（従来の絶対キャパシタンス感知技術に比して）振幅及び／又は周波数が増加した図５のＶＡｂｓＩｎｐｕｔのような絶対キャパシタンス測定送信器信号で動作するように構成された入力装置は、トランスキャパシタンス感知装置と同様の送信器信号で動作するように構成される。そのような実施形態では、干渉感受性を両方のキャパシタンス感知モードに対して実質的に同じにすることができ、従って、２つの異なる感知モードに対する干渉回避を整合させることができる。更に、トランスキャパシタンス感知モード及び絶対キャパシタンス感知モードの両方で動作するように構成された入力装置は、ハイブリッド型キャパシタンスセンサ装置と称される。そのような実施形態では、絶対キャパシタンス感知送信器信号の周波数は、トランスキャパシタンス送信器信号より高速でなくても、少なくともそれに等しい。ある実施形態では、図５に示すように、絶対キャパシタンス感知方法に対する半感知サイクルは、トランスキャパシタンス感知方法の場合より高速でなくても、少なくともそれに等しい。これについては、以下に詳細に述べる。
【００３７】
[0045]ハイブリッド型のキャパシタンス感知装置は、トランスキャパシタンス感知モード及び絶対キャパシタンス感知モードの両方で動作するように構成される。ある実施形態では、ハイブリッド型のキャパシタンス感知装置は、これに限定されないが、入力装置の動作状態、入力物体のイベント及び時間遅延に基づいて、トランスキャパシタンス感知モードと絶対キャパシタンス感知モードとの間で切り換わるように構成される。例えば、これに限定されないが、ある実施形態では、絶対キャパシタンス感知モードを使用して、入力装置の入力表面上にあるがそこにタッチしていない入力物体の存在を検出し、そしてそのような入力物体の検出に応答して、入力装置は、絶対キャパシタンス感知モードからトランスキャパシタンス感知モードに切り換わる。
【００３８】
[0046]種々の実施形態において、絶対キャパシタンス感知送信器信号ＶＡｂｓＩｎｐｕｔの振幅及び周波数は、従来の絶対キャパシタンス感知を使用して可能である感知周波数に比して増加される。そのような実施形態では、センサ電極に結合されたキャパシタンス測定回路の電荷積分器の基準電圧（動作電圧）が変調される。その基準電圧は、基準値の上下に対称的に変調される。変調の周波数及び／又は振幅は、干渉を回避し、飽和を防止し、又は増幅器のダイナミックレンジを調整する等の動作中に調整される。例えば、基準電圧は、波形及び／又は周波数がトランスキャパシタンス感知信号（例えば、ＶＴｒａｎｓＩｎｐｕｔ）と同様の信号（例えば、同様の周波数をもつ方形波）で変調される。そのような実施形態では、基準信号Ｖｒｅｆは、トランスキャパシタンス感知信号を減衰したものである。他の実施形態では、基準電圧は、受信器モジュールの供給電圧に基づいて変調される。そのような実施形態では、基準電圧Ｖｒｅｆは、１／２Ｖｄｄのような受信器モジュール供給電圧を減衰したものである。更に、種々の実施形態において、基準電圧は、可変である。他の実施形態では、基準電圧は、電荷積分器として使用される差動増幅器のダイナミックレンジを増加するように選択され構成される。別の実施形態では、基準電圧及びフィードバックキャパシタンスは、電荷積分器として使用される差動増幅器のダイナミックレンジを増加するように選択される。更に、他の実施形態では、電荷積分器として使用される差動増幅器は、電荷積分器のリセット段階中に絶対キャパシタンス感知に使用されるセンサ電極（１つ又は複数）から減結合される。ある実施形態では、リセット段階中にセンサ電極から電荷積分器を減結合することで、リセット段階中にセンサ電極に結合したままにする場合に予想されるものより電荷積分器のリセット段階を短くすることができる。ある実施形態では、入力装置がトランスキャパシタンス感知モード及び絶対キャパシタンス感知モードで動作する間に同じ電荷積分器が結果信号を受信するように構成される。更に、ある実施形態では、トランスキャパシタンス感知モード及び絶対的感知モードは、同様の送信器信号（周波数及び振幅の少なくとも一方が同様）を使用するように構成される。そのようなある実施形態では、トランスキャパシタンス感知モード及び絶対的感知モードに対して送信器周波数及び感知サイクルが実質的に同じになるように構成される。例えば、絶対キャパシタンス感知「前充電／リセット」及び「積分」時間巾は、合成したときに、トランスキャパシタンス感知のリセット及び積分時間に実質的に等しい。以下の例示的実施形態は、感知サイクルが減少され且つ送信器信号周波数が増加された絶対キャパシタンス感知を行うための種々の仕方を説明する。
【００３９】
[0047]図４Ａ及び図４Ｂは、一実施形態により絶対キャパシタンス感知の第１の半サイクルを通してのキャパシタンス測定回路４００の動作を示す。キャパシタンス測定回路４００は、入力装置１００及び／又は処理システム１１０の一部分として含まれる。例えば、処理システム１１０は、回路４００の入力電圧と、回路４００のスイッチを動作し及び／又は選択可能なキャパシタのバンクからキャパシタを選択するコントロール信号と、を供給する。図４Ａ及び４Ｂにおいて、キャパシタンス測定回路４００は、反転及び非反転入力部と出力部とをもつ差動増幅器４０１を備えている。差動増幅器４０１の非反転入力部と、回路４００が結合されるセンサ電極２７０−０のようなセンサ電極との間には、第１スイッチＳＷ１が結合される。差動増幅器４０１は、電荷積分器として構成され、その出力部とその反転入力部との間にはフィードバックキャパシタンスが配置される。そのフィードバックキャパシタンスは、キャパシタＣＦＢで表わされ、その片側は、差動増幅器４０１の出力部に結合され、そして他側は、差動増幅器４０１の反転入力部とスイッチＳＷ１との間の位置に結合される。キャパシタＣＦＢは、選択可能なキャパシタの列（１つ又は複数）から選択される１つ以上の選択可能なキャパシタンスで構成されることが明らかである。フィードバックキャパシタＣＦＢと並列に第２のスイッチＳＷ２が配置される。スイッチＳＷ２は、キャパシタＣＦＢを放電及びリセットするためのリセットメカニズムとして動作する。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、キャパシタンスＣＢは、センサ電極２７０−０と接地点との間のバックグランドキャパシタンス（入力物体により影響されるキャパシタンスを含む）を表わす。
【００４０】
[0048]キャパシタンス測定回路４００は、（従来の絶対キャパシタンス感知サイクルに比して）減少された半感知サイクルを有する絶対的感知方式を実行し、この場合に、差動増幅器４０１は、電荷積分器として設定され、そして差動増幅器４０１の非反転入力部に印加される基準電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆの上下に実質的に同じ量だけ変調される。ある実施形態では、積分増幅器の基準電圧が、トランスキャパシタンス送信器信号と同様の信号で変調される。ある実施形態では、Ｖｒｅｆが供給電圧ＶＤＤのほぼ半分である。そのような実施形態では、差動増幅器４０１の性質を利用してその両入力部の電圧をバランスさせ、センサ電極２７０−０への送信器信号を非反転入力部に印加される変調電圧に等しく駆動することにより、絶対キャパシタンス感知周波数が増加される。この駆動方法は、電荷積分器とは個別の送信器を使用する従来の絶対キャパシタンス感知とは異なる。
【００４１】
[0049]図４Ａは、第１の半感知サイクルのリセット段階を示す。このリセット段階中、フィードバックキャパシタＣＦＢが放電され、そしてＶｏｕｔは、差動増幅器４０１の非反転入力部において変調されるＶｉｎｐ基準電圧ＶＡｂｓＩｎｐｕｔに従う。リセット段階中に、スイッチＳＷ２が閉じ、スイッチＳＷ１が開き、ＶＡｂｓＩｎｐｕｔの変調の極性が切り換わる。リセット段階の正に始めに、又はリセット段階がスタートしたある時間の後に、基準電圧ＶＡｂｓＩｎｐｕｔのシフトが生じる。ある実施形態では、スイッチＳＷ１が開くと、センサ電極２７０−１が電気的に浮動のままとなり、従って、そのとき留まる電荷を実質的に維持する。スイッチＳＷ２が閉じると、キャパシタＣＦＢが放電される。次いで、出力部及び反転入力部が、ＶＡｂｓＩｎｐｕｔの新たな値に安定するのに、ある程度の時間を要する。リセット段階の長さは、安定化及び放電が生じるのにどれほどかかるかに基づき予想される。ＣＦＢの放電は、それを低速化する抵抗が経路にないので非常に迅速であり、そして差動増幅器４０１のリセット時間は、センサ電極２７０−０のキャパシタンスをその反転入力部に結合しなくてもそれが迅速に安定化するようにＳＷ１を開いてそれをセンサ電極２７０−０から切断することにより促進される。
【００４２】
[0050]図４Ｂは、第１の半感知サイクルの積分段階を示す。積分段階とは、測定が行われる時間周期であり、測定段階とも称される。この積分段階では、差動増幅器４０１の非反転ノードは、図４Ａに示すリセット段階中と同じ値のＶＡｂｓＩｎｐｕｔへ駆動され続ける。積分段階の始めに、ＣＦＢが放電され、そして差動増幅器４０１の入力部及び出力部の両方が、その非反転入力部に印加される電圧ＶＡｂｓＩｎｐｕｔに実質的に安定化される。積分段階を開始するために、スイッチＳＷ１が閉じられ、スイッチＳＷ２が開けられる。これは、センサ電極（例えば、２７０−０）を積分差動増幅器４０１の反転入力部に接続させ、次いで、バックグランドキャパシタンスＣＢの電圧を、回路４００から減結合された後に維持された以前の電圧レベルから、差動増幅器４０１の反転入力部に存在する新たな電圧へ駆動させる。例えば、１つの積分サイクルにおいて、ＣＢは、Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅｆの前の電圧からＶｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆの新たな電圧へ駆動され、一方、その後の積分サイクルでは、次の半感知サイクルに、ＣＢは、Ｖｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆの前の電圧からＶｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆの新たな電圧へ駆動される。従って、２ΔＶｒｅｆＣＢの電荷がＣＦＢからＣＢへ流れ、ＶｏｕｔをＶｒｅｆ±ΔＶｒｅｆから２ΔＶｒｅｆＣＢ／ＣＦＢだけ変化させる。
【００４３】
[0051]図５は、種々の実施形態によるトランスキャパシタンス及び新規な（ここに述べる）絶対キャパシタンス感知信号及びモードの図（各々３１０及び５２０）の比較を示す。部分３１０は、図３の部分３１０と同じである。部分５２０は、図４Ａ、図４Ｂ、図６Ａ〜図６Ｄ及び図７に関してここに述べる実施形態による全絶対キャパシタンス感知サイクルを示す。図５において、部分５２０は、絶対キャパシタンス感知モードに対する送信器信号及び積分結果信号（各々ＶＡｂｓＩｎｐｕｔ及びＶｏｕｔ）を示し、５２１は、感知サイクルの第１の半分であり、そして５２２は、キャパシタンス感知サイクルの第２の半分である。各半感知サイクル５２１又は５２２は、前充電／リセット段階ＴＡｂｓＰｒｅｃｈａｒｇｅＲｅｓｅｔ、及び積分段階ＴＡｂｓＩｎｔｅｇｒａｔｅの両方を含む。積分段階とは、測定が行われる時間周期で、測定段階とも称される。前充電／リセット段階は、リセットのみを含むか（図４Ａ及び４Ｂに示すように）、リセット及び前充電のある組み合わせを含むか（図６Ａ−６Ｄに示すように）、又は図７に示すように前充電のみを含む。明らかなように、絶対キャパシタンス測定は、（図３に示す絶対キャパシタンス感知の従来技術に比して）減少半感知サイクル周期で遂行される。前充電／リセット段階は、測定が行われる積分段階と実質的に同じ時間長さであるとして示されているが、ここに述べるある実施形態では、前充電／リセット段階は、５２１又は５２２のような半感知サイクルにおける積分段階より短いことが明らかである。ある実施形態では、例えば、前充電／リセット段階は、５２１又は５２２のような半感知サイクルにおける積分段階程度の大きさ又はそれより短い。更に、図５から明らかなように、リセット段階は、図３の前充電段階より短く、高い感知周波数を与える。また、ある実施形態では、図５に示す前充電／リセット段階は、同じセンサ電極を使用するトランスキャパシタンス感知のリセット段階に実質的に等しいか又はそれより短いことにも注意されたい。トランスキャパシタンス感知中のリセット段階がトランスキャパシタンス積分段階の１／５又は１／１０以下であるとき、これは、図５に示した前充電／リセット段階が、図３の３２０に示した従来の絶対的感知前充電段階より実質的に短いことを意味する。更に、ある実施形態では、半感知サイクル（例えば、半感知サイクル５２１又は５２２）における前充電／リセット段階と積分段階との組み合わせが、同じセンサ電極を使用して遂行されるトランスキャパシタンス感知の半感知サイクル（例えば、３１１又は３１２）に実質的に等しいか又はそれより短い。更に、２ΔＶｒｅｆ＞Ｖｄｄ／２のとき、センサ電極を駆動する絶対キャパシタンス感知送信器信号は、図３に関連して述べた絶対キャパシタンス感知のための従来の技術より高い変調振幅を有することができる。
【００４４】
[0052]ある実施形態において、図４Ｂに示すように、出力は、次の式１で表わされる。
【数１】
2015530780.tif 000003
【００４５】
[0053]式１から明らかなように、出力電圧のダイナミックレンジは、ΔＶｒｅｆ項により制限される。種々の実施形態において、式１から明らかなように、最後の項は、測定されるべきキャパシタンスＣＢに依存しない信号であるから、ＣＢ＝０のとき、Ｖｏｕｔ≠Ｖｒｅｆである。しかしながら、式１において、ＣＢ＝０のときには、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ±ΔＶｒｅｆである。従って、そのような実施形態では、システムは、Ｖｒｅｆの周りでＣＢがアフィン（affine）であり、リニアではない。
【００４６】
[0054]図６Ａ〜図６Ｄは、一実施形態により、絶対キャパシタンス感知の全サイクルを通してキャパシタンス測定回路６００の動作を示す。キャパシタンス測定回路６００は、入力装置１００及び／又は処理システム１１０の一部分として含まれる。例えば、処理システム１１０は、回路６００のための入力電圧と、回路６００のスイッチを動作し及び／又は選択可能なキャパシタの１つ以上の列からキャパシタを選択するコントロール信号とを供給する。図６Ａ〜図６Ｄにおいて、図４Ａ及び図４ＢのフィードバックキャパシタンスＣＦＢ０は、複数の部分ＣＦＢ０及びＣＦＢ１に分割され、その一方の部分ＣＦＢ０は、リセットされる一方、他方の部分ＣＦＢ１は、半感知サイクルの前充電／リセット段階中に２Ｖｒｅｆ又は接地のいずれかに前充電される。ＣＦＢ１が２Ｖｒｅｆに前充電されるか接地に前充電されるかの選択は、半感知サイクルの前充電／リセット段階中にスイッチＳＷ３の位置により遂行される。図６Ａ〜図６Ｄにおいて、フィードバックキャパシタンスＣＦＢ０及びＣＦＢ１の比は、図４Ａ及び図４Ｂに示した方法及び回路４００と同じ感知周波数増加を維持しながら、バックグランドキャパシタンスＣＢの一次関数である電荷積分器出力Ｖｏｕｔを与えるように選択される。ＣＦＢの前充電部分を電荷減算器として使用することにより、図６Ａ〜図６Ｄの実施形態は、受信器を飽和させずに、ＣＢの大きな値を取り扱い、受信器のダイナミックレンジを広げることができる。図４Ａ及び図４ＢからのフィードバックキャパシタＣＦＢの所与の値に対して、キャパシタは、２つの並列キャパシタＣＦＢ０及びＣＦＢ１に分離される。キャパシタＣＦＢ０及びＣＦＢ１の各々は、選択可能なキャパシタンスの列から選択された１つ以上の選択可能なキャパシタより成ることが明らかである。合計フィードバックキャパシタンスは、ＣＦＢ０及びＣＦＢ１のキャパシタンスの和であるから、フィードバックキャパシタＣは、式２で示すように表わされる。
【数２】
2015530780.tif 000004
【００４７】
[0055]これら２つのキャパシタの比は、式１の相殺項を実質的に減少するために、変調振幅ΔＶｒｅｆの関数として選択される。ある実施形態では、感知サイクルごとに、２つの半サイクルがあり、各半サイクルは、リセット段階と、それに続く積分段階がある。積分段階は、測定が行われる時間周期であり、測定段階とも称される。
【００４８】
[0056]図６Ａにリセット段階１として示された第１の半サイクルのリセット段階中に、スイッチＳＷ１を開いて、回路６００をセンサ電極２７０−０から減結合し；スイッチＳＷ２を閉じることによりＣＦＢ０を放電し；差動増幅器４０１の非反転入力部におけるＶＡｂｓＩｎｐｕｔの変調をＶｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆへシフトし；及びスイッチＳＷ３を２Ｖｒｅｆの電圧（ある実施形態ではＶｄｄ又はほぼＶｄｄ）に結合することによりＣＦＢ１を−（Ｖｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆ）ＣＦＢ１クーロンで前充電する。リセット段階の正に始めに、又はリセット段階がスタートしたある時間の後に、基準電圧ＶＡｂｓＩｎｐｕｔのシフトが生じる。スイッチＳＷ２は、キャパシタＣＦＢ０を更に放電し且つリセットするためのリセットメカニズムとして働き、また、スイッチＳＷ３も、キャパシタＣＦＢ１をある選択された値に前充電及びリセットするのを許すことによりリセットメカニズムとして動作する。ある実施形態では、スイッチＳＷ１が開いたときに、センサ電極２７０−１が電気的に浮動状態のままとなり、従って、そのとき留まる電荷を実質的に維持する。
【００４９】
[0057]図６Ｂに積分段階１として示された第１の半サイクルの積分段階中に、スイッチＳＷ３を差動増幅器４０１の出力に結合しそしてスイッチＳＷ２を開くことによりＣＦＢ０及びＣＦＢ１を並列に入れ；そしてスイッチＳＷ１を閉じることにより差動増幅器４０１の反転入力部をＣＢに接続する。これは、ＣＦＢ１に蓄積された前電荷及び残りの電荷を、ＣＦＢ０及びＣＦＢ１を経て通流させて、ＣＢをＣＢ（Ｖｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆ）クーロンで充電する。
【００５０】
[0058]図６Ｃ及び図６Ｄに示す第２の半サイクル中には、図６Ａ及び図６Ｂに示したものと同様の動作が行われるが、増幅器の基準電圧ＶＡｂｓＩｎｐｕｔは、Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅｆへシフトされ、そしてＣＦＢ１は、（Ｖｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆ）ＣＦＢ１クーロンで前充電される。
【００５１】
[0059]図６Ｃにリセット段階２として示された第２の半サイクルのリセット段階中に、スイッチＳＷ１を開いて、回路６００をセンサ電極２７０−０から減結合し；スイッチＳＷ２を閉じることによりＣＦＢ０を放電し；差動増幅器４０１の非反転入力部におけるＶＡｂｓＩｎｐｕｔの変調をＶｒｅｆ−ΔＶｒｅｆへシフトし；及びスイッチＳＷ３を接地することによりＣＦＢ１を（Ｖｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆ）ＣＦＢ１クーロンで前充電する。
【００５２】
[0060]図６Ｄに積分段階２として示された第２の半サイクルの積分段階中に、スイッチＳＷ３を差動増幅器４０１の出力部に結合しそしてスイッチＳＷ２を開くことによりＣＦＢ０及びＣＦＢ１を並列に入れ；そしてスイッチＳＷ１を閉じることにより差動増幅器４０１の反転入力部をＣＢに接続する。これは、ＣＦＢ１に蓄積された前電荷及び残りの電荷を、ＣＦＢ０及びＣＦＢ１を経て通流させて、ＣＢをＣＢ（Ｖｒｅｆ−ΔＶｒｅｆ）クーロンで充電する。
【００５３】
[0061]ある実施形態において、ＣＦＢ１は、ＣＢから電荷を減算し、ひいては、差動増幅器４０１により与えるためのセンサ電極２７０−０からの小さな信号を提示する電荷減算器として働くことによって受信器チャンネルのダイナミックレンジを増加するように構成される。同様に述べると、種々の実施形態において、ＣＦＢ１は、絶対キャパシタンス感知モードで動作する処理システム１１０の受信器チャンネルによって測定されるＣＢの範囲を増加するように構成される。更に、ＣＦＢ１は、受信器チャンネルのための基準電圧の変調範囲を増加するようにも構成される。例えば、ＣＦＢ１は、ΔＶｒｅｆを増加するように構成される。更に、種々の実施形態において、ＣＦＢ０の値は、異なる干渉距離レベルを達成するようにも構成される。更に、種々の実施形態において、ＣＦＢ０の値は、異なる利得レベル（信号対雑音比（ＳＮＲ）及び感度に影響する）を達成するように選択される。別の実施形態では、ＣＦＢ１の値は、異なる電荷減算レベルを達成するように選択される。更に別の実施形態では、ＣＦＢ０及びＣＦＢ１の値は、互いに関与して異なる電荷減算レベルを達成するように選択される。
【００５４】
[0062]図６Ａ〜図６Ｄに示す例では、差動増幅器４０１からのＶｏｕｔは、式３により表わされる。
【数３】
2015530780.tif 000005
【００５５】
[0063]次いで、変調振幅αは、式４に示すように定義される。
【数４】
2015530780.tif 000006
【００５６】
[0064]式５に示すようにαを選択すると、式３の最後の２つの項が打ち消され、それ故、表わされる出力は、式６で示すように簡単である。
【数５】
2015530780.tif 000007
【数６】
2015530780.tif 000008
【００５７】
[0065]出力Ｖｏｕｔは、Ｖｒｅｆを中心とするもので、ＣＢが直線的である。種々の実施形態において、既知のＣＦＢ及びαに対し、式５は、ＣＦＢ０及びＣＦＢ１の値を決定するのに使用される。式５で示す簡単化は、一例に過ぎず、それに限定されないことが明らかである。即ち、他の実施形態では、式５の簡単なケースは、これを保持しなくてもよく、そして式３は、式５で示されたように簡単化されない。
【００５８】
[0066]図７は、一実施形態によるキャパシタンス測定回路７００を示す。図７は、図６Ａ〜図６Ｄ並びに図４Ａ及び４Ｂに示す実施形態に対する絶対キャパシタンス感知の別の実施形態を示す。図７の実施形態は、それら実施形態のＣＦＢ０がゼロキャパシタンス値にセットされるか又は含まれず、且つＣＦＢ１がある非ゼロ値にセットされる場合には、図７の実施形態は、図６Ａ〜図６Ｄに関して説明され且つそれらの図に示された方法と同様である。回路７００の動作は、回路６００の動作と同じであるが、スイッチＳＷ２及びキャパシタＣＦＢ０、ひいては、全ＣＦＢ（ＣＦＢ１のみで構成される）は、リセット段階１及びリセット段階２の両方の間に前充電される。ＳＷ３は、キャパシタＣＦＢをある選択された値に前充電及びリセットするのを許すことによりリセットメカニズムとして動作する。
【００５９】
[0067]回路７００では、回路４００及び６００について上述したのと同様に、各感知サイクルには２つの半サイクルがあり、各半サイクルは、リセット段階と、それに続く積分段階を有する。積分段階は、測定が行われる時間周期であり、測定段階とも称される。第１の半サイクルのリセット段階では、スイッチＳＷ１を開いて、回路４００をセンサ電極２７０−１から減結合し；スイッチＳＷ３を電圧２Ｖｒｅｆに結合することによりＣＦＢを前充電し；及び差動増幅器４０１の基準電圧ＶＡｂｓＩｎｐｕｔを、Ｖｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆにシフトさせる。基準電圧ＶＡｂｓＩｎｐｕｔのシフトは、リセット段階の正に始めに、又はリセット段階がスタートしたある時間の後に生じる。ある実施形態では、スイッチＳＷ１が開くと、センサ電極２７０−１が電気的に浮動のままとなり、従って、そのとき留まる電荷を実質的に維持する。次いで、第１の半サイクルの積分段階中に、スイッチＳＷ１を閉じて、回路４００をセンサ電極２７０−０に結合し；スイッチＳＷ３を差動増幅器４０１の出力部に結合させる。このアクションの結果、ＣＦＢ及びＣＢの両方がこの積分段階中に差動増幅器４０１に接続される。ＣＦＢに蓄積された前電荷は、ＣＢをＣＢ（Ｖｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆ）クーロンで充電する。第２の半サイクルにも同様の動作が行われるが、増幅器の動作点は、Ｖｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆへシフトされ、そしてスイッチＳＷ３を、それが接地される位置にすることで、ＣＦＢを（Ｖｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆ）ＣＦＢクーロンで前充電する。
【００６０】
[0068]回路７００の積分器出力Ｖｏｕｔは、各々、第１サイクル積分段階及び第２サイクル積分段階の終わりに、式７により表わされる。
【数７】
2015530780.tif 000009
【００６１】
[0069]図７に示した実施形態では、積分器出力は、図４Ａ〜図６Ｄに関連して上述した同じ効果を維持しながら、ＣＢの一次関数である。回路７００のある実施形態では、ピーク過渡状態による差動増幅器４０１の偶発的な飽和を防止するために１つ以上の技術を利用することもできる。例えば、ある実施形態では、増幅器４０１の反転入力部へのピーク過渡状態を減衰するために１つ以上の抵抗器を追加して、開いたスイッチによる充電ロス及び増幅器４０１の偶発的な飽和を防止することができ；ある実施形態では、スイッチＳＷ１及びＳＷ３の動作のタイミングを調整して、例えば、スイッチＳＷ１をリセット段階から積分段階への移行中に開いたままにし、やがて、スイッチＳＷ３を２Ｖｒｅｆ又は接地のいずれかからＶｏｕｔ等に結合するように動かした後に、スイッチＳＷ１を閉じ、次いで、スイッチＳＷ３を２Ｖｒｅｆ又は接地のいずれかからＶｏｕｔに結合するように設置し直すことができる。ある実施形態では、１つ以上の追加される抵抗器と、スイッチＳＷ１及びＳＷ３の動作のタイミングの変更を組み合わせて利用することができる。
【００６２】
[0070]図８は、ある実施形態によるキャパシタンス測定回路４００を示す。例えば、図４Ａ及び図４Ｂの回路４００は、トランスキャパシタンス感知のための電荷積分器として使用されるものとして示されている。これは、上述したハイブリッド型キャパシタンス感知装置の実施形態である。図８において、処理システム１００の送信器出力ＴＸ０は、送信器信号ＴＸＳＩＧで第１のセンサ電極（例えば、送信器電極２６０−０）を駆動する。送信器電極２６０−０と別のセンサ電極（例えば、受信器電極２７０−０）との間のキャパシタンスＣＴＲＡＮＳは、この送信器信号からの結果信号をこの別のセンサ電極（例えば、受信器電極２７０−０）に結合する。差動増幅器４０１の非反転入力部に固定のＶｒｅｆ電圧を供給しそしてスイッチＳＷ１を閉じることにより、この結果信号を入力部ＲＸ０（差動増幅器４０１の反転入力部）で受け取って、差動増幅器４０１で積分し、トランスキャパシタンス結合を測定することができる。回路６００及び７００は、ハイブリッド型キャパシタンス感知回路の一部分としてトランスキャパシタンス感知を遂行するために同様に動作できることが明らかである。
【００６３】
[0071]前記実施形態の多くは、積分増幅器として構成された差動増幅器４０１に関連して説明するが、電流コンベヤを含む等の他の形式の電荷積分技術を含む実施形態に同様の解決策が適用されてもよい。更に、多くの実施形態では、リセットスイッチを使用して、キャパシタンス感知回路におけるフィードバックキャパシタンスの全部又は一部分がリセットされるが、他の実施形態では、抵抗器が使用されてもよい。また、ここに示す例では、単一のキャパシタンス感知回路しか示されていないが、処理システム１１０は、受信器チャンネルごとに１つのように、多数のキャパシタンス感知回路を含んでもよいことが明らかであろう。
【００６４】
キャパシタンスを測定する例示的な方法
[0072]図９Ａ〜図９Ｃは、種々の実施形態により、出力部と、第１及び第２の差動入力部とを有する差動増幅器でキャパシタンスを測定する方法のフローチャート９００である。このフローチャート９００の説明では、図６Ａ〜図６Ｄ、図４Ａ〜図４Ｂ及び図７の１つ以上に示されたコンポーネント及び動作を参照する。
【００６５】
[0073]１つの実施形態において、フローチャート９００の手順９１０では、センサ電極と、差動増幅器の第２の入力部との間に配置されたスイッチを開いて、センサ電極と差動増幅器とを減結合するリセット段階を開始する。これは、回路４００、６００及び７００に示されて説明されたものであり、スイッチＳＷ１を開いて、差動増幅器４０１の反転入力部をセンサ電極２７０−０から減結合する。
【００６６】
[0074]１つの実施形態において、フローチャート９００の手順９２０では、差動増幅器の第２入力部と出力部との間に配置されたフィードバックキャパシタンスが第１の充電レベルにリセットされる。このリセットは、フィードバックキャパシタンスの全部又は一部分のリセットを含む。このリセットは、回路４００及び６００に示されそしてそれに関連して説明され、回路４００及び６００のスイッチＳＷ２を閉じてキャパシタンスを放電すると共に、キャパシタ（回路４００のＣＦＢ又は回路６００のＣＦＢ０）を完全放電状態にリセットする。また、このリセットは、回路６００及び７００並びにリセット段階１に示されそしてそれに関連して説明され、回路６００及び７００のスイッチＳＷ３は、キャパシタ（回路７００のＣＦＢ又は回路６００のＣＦＢ１）を選択された値に前充電させる位置をとる。
【００６７】
[0075]１つの実施形態において、フローチャート９００の手順９３０では、スイッチを閉じて測定段階を開始し、第２入力部とセンサ電極を結合する。これは、回路４００、６００及び７００に示されそしてそれに関連して説明され、スイッチＳＷ１を閉じて、差動増幅器４０１の反転入力部をセンサ電極２７０−０に結合すると共に、センサ電極２７０−０に関連したバックグランドキャパシタンスを積分し、ひいては、測定する積分段階を容易にする。
【００６８】
[0076]手順９３０は、手順９３２及び９３４を含む。１つの実施形態において、フローチャート９００の手順９３２では、測定段階は、センサ電極とフィードバックキャパシタンスとの間で電荷のバランスをとって、センサ電極の電圧と第１の入力部の電圧と第２の入力部の電圧が等しくなり、そしてセンサ電極がそのキャパシタンス及び第２の入力部の電圧に比例する値に充電されるようにすることを含む。
【００６９】
[0077]例えば、回路４００、６００及び７００を参照すれば、リセット段階１の間に、差動増幅器４０１の非反転入力部、反転入力部及び出力部の電圧がバランスをとり、非反転入力部に供給されるＶＡｂｓＩｎｐｕｔの値に安定化する。スイッチＷ１を閉じて積分段階１（即ち、測定段階）を開始すると、このバランスが更に作用してセンサ電極２７０−０を充電するようにさせる。この測定段階では、センサ電極２７０−０は、スイッチＳＷ１を経て第２の入力部（反転入力部）に接続され、従って、電荷は、（回路４００、６００又は７００の）フィードバックキャパシタンスとセンサ電極２７０−０との間で転送される。また、第２の入力（反転入力部）は、差動増幅器４０１の第１の入力部（非反転入力部）で駆動される電圧と同じ値にも安定化する。第１の入力部（差動増幅器４０１の非反転入力部）は、変調された基準電圧で駆動される。このようにして、センサ電極の電圧は、増幅器４０１の第２の入力部の電圧に等しく、これは、増幅器４０１の第１入力部に印加される電圧に等しく、従って、センサ電極２７０−０は、そのキャパシタンス並びに第１及び第２の入力部の電圧に比例する値に充電される。
【００７０】
[0078]一実施形態において、フローチャート９００の手順９３４では、測定段階は、差動増幅器を利用して、センサ電極の電荷を積分し、絶対キャパシタンスを測定することを含む。この絶対キャパシタンス結合は、センサ（例えば、センサ電極２７０−０）と入力物体１４０（もしあれば）との間の結合と、センサ（例えば、センサ電極２７０−０）とＧＮＤプレーンとの間の結合との和である。このように複数の測定を行いそしてそれら測定を比較して時間にわたってデルタを決定することにより、センサ（例えば、センサ電極２７０−０）と入力物体１４０との間の結合に対応する絶対キャパシタンスが測定される。例えば、回路４００、６００及び７００を参照すれば、スイッチＳＷ１を閉じることにより、差動増幅器４０１は、センサ電極２７０−０に存在する電荷ＣＢを積分する。このＣＢは、センサ電極と接地との間のバックグランドキャパシタンスを含み、そして入力物体１４０がセンサ電極２７０−０に関連したセンサ領域に存在する場合には、そのキャパシタンスがこのバックグランドキャパシタンスの一部分となり、これが積分され測定される。
【００７１】
[0079]ある実施形態では、手順９１０〜９３０により示された方法は、更に、手順９４０及び９５０を含む。
【００７２】
[0080]１つの実施形態において、フローチャート９００の手順９４０では、測定段階の後にスイッチを開いて、リセット段階の第２の発生を開始する。例えば、回路４００、６００及び７００に関連して述べたように、感知は、２つの半サイクルに分割され、各半サイクルは、リセット段階を含む。従って、９１０が第１の半感知サイクル（例えば、図５の５２１）のリセット段階を示す場合には、９４０は、スイッチＳＷ１を再び開いて、第２の半感知サイクル（例えば、図５の５２２）のリセット段階を開始することを示す。このリセット段階中に、ＶＡｂｓＩｎｐｕｔの変調レベルが、例えば、Ｖｒｅｆ＋ΔＶｒｅｆからＶｒｅｆ−ΔＶｒｅｆへ切り換えられる。
【００７３】
[0081]一実施形態において、手順９５０では、第２のリセット段階は、フィードバックキャパシタンスを第２の充電レベルにリセットすることを含み、ここで、第１及び第２の充電レベルは、異なるレベルである。図６及び７を参照すれば、ある実施形態において、これは、フィードバックキャパシタンスの全部又は一部分を、第１のリセット段階中とは異なる充電レベルに前充電することを含む。これは、スイッチＳＷ３の位置設定により行われる。例えば、スイッチＳＷ３が第１のリセット段階中に２Ｖｒｅｆに結合された場合には、それが第２のリセット段階中に接地される。
【００７４】
[0082]ある実施形態では、手順９１０〜９３０により示された方法は、更に、手順９６０を含む。１つの実施形態において、手順９６０では、トランスキャパシタンス感知サイクル中に、差動増幅器を使用して、センサ電極の結果的に得られた電荷（以下「結果電荷」という）を測定する。この結果電荷は、センサ電極と第２のセンサ電極との間の容量性結合に対応し、その第２のセンサ電極は、送信器信号で駆動される。これは、差動増幅器４０１を使用して受信器電極２７０−０の結果電荷／信号を積分することを示す図８に示され、この結果電荷は、処理システム１１０の送信器信号で送信器電極２６０−０が駆動されることから生じる。
【００７５】
[0083]以下、少なくとも次のような本発明の広い概念を開示しておく。
【００７６】
概念１．出力部を有すると共に第１及び第２の差動入力部を有する差動増幅器でキャパシタンスを測定する方法において、
センサ電極と前記差動増幅器の前記第２の入力部との間に配置されたスイッチを開いて、前記センサ電極と前記差動増幅器を減結合するリセット段階を開始し；
前記第２の入力部と前記出力部との間に配置されたフィードバックキャパシタンスを第１の充電レベルにリセットし；
前記スイッチを閉じて、前記第２の入力部と前記センサ電極とを結合する測定段階を開始する；ことを含み、前記測定段階は、
前記センサ電極と前記フィードバックキャパシタンスとの間で電荷のバランスをとって、センサ電極の電圧と第１の入力部の電圧と第２の入力部の電圧とが等しくなるようにし、且つ前記センサ電極がそのキャパシタンス及び前記第２の入力部の電圧に比例する値に充電されるようにし；及び
前記差動増幅器を使用して、前記センサ電極の電荷を積分し、絶対キャパシタンスが測定されるようにする；ことを含む方法。
【００７７】
概念２．前記測定段階の後に前記スイッチを開いて、第２のリセット段階を開始し、及び
前記フィードバックキャパシタンスを前記第２のリセット段階中に第２の充電レベルにリセットし、前記第１及び第２の充電レベルは、異なるレベルである、
ことを更に含む、概念１に記載の方法。
【００７８】
概念３．トランスキャパシタンス感知サイクル中に、前記差動増幅器を使用して前記センサ電極における結果電荷を測定することを更に含み、前記結果電荷は、前記センサ電極と第２のセンサ電極との間の容量結合に対応し、前記第２のセンサ電極は、送信器信号で駆動される、概念１に記載の方法。
【００７９】
概念４．第１及び第２の差動入力部を含むと共に出力部を含む差動増幅器と；
前記第２の入力部に結合され、閉じた状態及び開いた状態を有するスイッチであって、前記第２の入力部は、このスイッチが前記閉じた状態にあるときには測定段階においてセンサ電極に結合され、且つ前記第２の入力部は、このスイッチが前記開いた状態にあるときにはリセット段階において前記センサ電極と減結合されるようなスイッチと；
前記出力部と前記第２の入力部との間に結合されたフィードバックキャパシタンスと；
前記フィードバックキャパシタンスの少なくとも一部分に並列に結合され、そして前記リセット段階の第１の発生中に前記フィードバックキャパシタンスを第１の充電レベルにリセットするように構成されたリセットメカニズムと；
を備え、前記測定段階中に、前記差動増幅器は、前記第１及び第２の入力部の電圧のバランスをとりながら前記センサ電極を、前記第１の入力部に結合された変調基準電圧に関連した電圧レベルに充電し、そして前記センサ電極の電荷を積分して、前記センサ電極と入力物体との間の結合に対応するキャパシタンスを測定するように動作する、キャパシタンス測定回路。
【００８０】
概念５．前記リセットメカニズムは、更に、前記フィードバックキャパシタンスを、前記リセット段階の第２の発生中に第２の充電レベルにリセットするように構成され、前記第１及び第２の充電レベルは、異なるレベルである、概念４に記載の回路。
【００８１】
概念６．前記フィードバックキャパシタンスは、前記リセット段階中に前充電されるように構成される、概念４に記載の回路。
【００８２】
概念７．前記フィードバックキャパシタンスの少なくとも一部分は、前記差動増幅器のダイナミックレンジを増加する電荷減算器として働く、概念４に記載の回路。
【００８３】
概念８．前記リセット段階は、前記測定段階よりも短い、概念４に記載の回路。
【００８４】
概念９．前記リセット段階は、前記測定段階よりも大きさが少なくとも１桁短い、概念８に記載の回路。
【００８５】
概念１０．前記変調基準電圧の前記電圧レベルは、前記回路の異なる動作モードにおいて変化する、概念４に記載の回路。
【００８６】
概念１１．前記測定段階は、絶対キャパシタンス測定段階である、概念４に記載の回路。
【００８７】
概念１２．前記フィードバックキャパシタンスは、複数の選択可能なキャパシタにより形成される、概念４に記載の回路。
【００８８】
概念１３．第１のセンサ電極と；
第１及び第２の差動入力部を含むと共に出力部を含む差動増幅器と；
前記第２の入力部に結合され、閉じた状態及び開いた状態を有するスイッチであって、前記第２の入力部は、このスイッチが前記閉じた状態にあるときには測定段階において前記第１のセンサ電極に結合され、且つ前記第２の入力部は、このスイッチが前記開いた状態にあるときにはリセット段階において前記第１のセンサ電極と減結合されるようなスイッチと；
前記出力部と前記第２の入力部との間に結合されたフィードバックキャパシタンスと；
前記フィードバックキャパシタンスの少なくとも一部分に並列に結合され、そして前記の第１のリセット段階中に前記フィードバックキャパシタンスを第１の充電レベルにリセットするように構成されたリセットメカニズムと；
を備え、前記測定段階中に、前記差動増幅器は、前記第１及び第２の入力部の電圧のバランスをとりながら前記第１のセンサ電極を、前記第１の入力部に結合された変調基準電圧に関連した電圧レベルに充電し、そして前記第１のセンサ電極の電荷を積分して、前記センサ電極と入力物体との間の結合に対応するキャパシタンスを測定するように動作する、入力装置。
【００８９】
概念１４．第２のセンサ電極と；
前記第２のセンサ電極に結合され、そして前記第２のセンサ電極において送信器信号を駆動するように構成された送信器と；
を更に備え、前記入力装置のトランスキャパシタンス感知サイクル中に、前記差動増幅器は、前記第１のセンサ電極と第２のセンサ電極との間の容量結合に対応する前記第１のセンサ電極における結果電荷を測定するように更に構成される、概念１３に記載の入力装置。
【００９０】
概念１５．前記リセット段階と、前記トランスキャパシタンス感知サイクルのトランスキャパシタンスリセット段階との時間長さは、実質的に等しい、概念１４に記載の入力装置。
【００９１】
概念１６．前記リセット段階は、前記測定段階より短い、概念１３に記載の入力装置。
【００９２】
概念１７．前記変調基準電圧は、基準電圧に対して対称的な波形より成る、概念１３に記載の入力装置。
【００９３】
概念１８．前記リセットメカニズムは、前記フィードバックキャパシタンスを第２のリセット段階中に第２の充電レベルにリセットするように更に構成され、前記第１及び第２の充電レベルは、異なるレベルである、概念１３に記載の入力装置。
【００９４】
概念１９．前記フィードバックキャパシタンスは、前記リセット段階中に前充電されるように構成される、概念１３に記載の入力装置。
【００９５】
概念２０．前記フィードバックキャパシタンスの少なくとも一部分は、前記差動増幅器のダイナミックレンジを増加する電荷減算器として働く、概念１３に記載の入力装置。
【００９６】
概念２１．前記変調基準電圧の前記電圧レベルは、前記入力装置の異なる動作モードにおいて変化する、概念１３に記載の入力装置。
【００９７】
概念２２．前記測定段階は、絶対キャパシタンス測定段階である、概念１３に記載の入力装置。
【００９８】
概念２３．前記フィードバックキャパシタンスは、複数の選択可能なキャパシタにより形成される、概念１３に記載の入力装置。
【００９９】
概念２４．前記第１のセンサ電極は、前記リセット段階中に電気的に浮動する、概念１３に記載の入力装置。
【０１００】
概念２５．前記変調基準電圧は、前記リセット段階の始めに遷移する、概念１３に記載の入力装置。
【０１０１】
[0084]以上述べた例は、特定の応用を最良に説明し、ひいては、当業者がここに述べる実施形態を実施し且つ利用できるようにするために提示されたものである。しかしながら、当業者であれば、以上の説明及び例は、単なる例示に過ぎないことが認識されよう。従って、以上の説明は、過不足のないものではなく、また、本発明はここに開示した正確な形態に限定されるものでもない。
【図１】
2015530780.tif 000010
【図２】
2015530780.tif 000011
【図３】
2015530780.tif 000012
【図４Ａ】
2015530780.tif 000013
【図４Ｂ】
2015530780.tif 000014
【図５】
2015530780.tif 000015
【図６Ａ】
2015530780.tif 000016
【図６Ｂ】
2015530780.tif 000017
【図６Ｃ】
2015530780.tif 000018
【図６Ｄ】
2015530780.tif 000019
【図７】
2015530780.tif 000020
【図８】
2015530780.tif 000021
【図９Ａ】
2015530780.tif 000022
【図９Ｂ】
2015530780.tif 000023
【図９Ｃ】
2015530780.tif 000024
【国際調査報告】
2015530780.tif 000025
2015530780.tif 000026
2015530780.tif 000027