(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子に結合された第１電極と、
前記第１電極と前記第１端子との間に結合された共振回路と、
第２端子に結合された第２電極とを具えた組合せセンシング回路であって、
第１モードにおいて、前記第１端子に結合された信号発生器からの送信（ＴＸ）信号の周波数が前記共振回路の共振周波数未満である際に、前記第１電極及び前記第２電極が可変静電容量を形成し、
第２モードにおいて、前記第１端子に結合された前記信号発生器からの前記送信信号の周波数が前記共振回路の共振周波数に等しい際に、前記第１電極及び前記第２電極が可変インダクタを形成し、
前記第１モードにおいて、前記第２電極が前記第１電極から第１受信（ＲＸ）信号を受信し、前記第２モードにおいて、前記第２電極が前記第１電極から第２ＲＸ信号を受信する組合せセンシング回路。
【請求項２】
前記可変静電容量が、前記第１電極と前記第２電極との間に形成される相互静電容量である、請求項１に記載の組合せセンシング回路。
【請求項３】
前記第１電極が前記共振回路の誘導コイルに結合されている、請求項１に記載の組合せセンシング回路。
【請求項４】
前記第２モードにおいて、前記送信信号に応答して、前記誘導コイル上に磁界が発生する、請求項３に記載の組合せセンシング回路。
【請求項５】
前記誘導コイルに近接した物体が、前記磁界に対抗する渦電流を誘導し、該渦電流は前記可変インダクタのインダクタンスを変化させ、該インダクタンスは前記第２ＲＸ信号によって表される、請求項４に記載の組合せセンシング回路。
【請求項６】
前記誘導コイルと直列に結合されたコンデンサをさらに具えている、請求項３に記載の組合せセンシング回路。
【請求項７】
前記信号発生器がパルス幅変調器（ＰＷＭ）である、請求項３に記載の組合せセンシング回路。
【請求項８】
前記第１モードにおいて、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を表す値を出力するように構成され、前記第２モードにおいて、前記第１電極及び前記第２電極のインダクタンスを表す値を出力するように構成された電荷測定回路をさらに具えている、請求項７に記載の組合せセンシング回路。
【請求項９】
前記電荷測定回路が、前記第１モードで第１構成を有し、前記第２モードで第２構成を有する、請求項８に記載の組合せセンシング回路。
【請求項１０】
前記ＴＸ信号が、
前記第１モードにおける第１ＴＸ信号と、
前記第２モードにおける第２ＴＸ信号とを含み、
前記第２ＴＸ信号の位相は、前記第１ＴＸ信号の位相に対しておよそ９０度シフトされている、請求項１に記載の組合せセンシング回路。
【請求項１１】
第１信号発生器によって第１送信（ＴＸ）信号を発生するステップと、
第１モードにおいて、前記第１ＴＸ信号をセンシング装置の第１電極に供給するステップと、
前記ＴＸ信号が前記第１電極に供給されていることに応答して、前記センシング装置の第２電極で第１受信（ＲＸ）信号を受信するステップと、
前記第１モードにおいて、測定回路によって、前記第２電極において前記第１ＲＸ信号を測定するステップであって、前記第１ＲＸ信号が前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量を示すステップと、
第２信号発生器によって第２ＴＸ信号を発生するステップであって、該第２ＴＸ信号が交流（ＡＣ）信号であるステップと、
第２モードにおいて、前記第２ＴＸ信号を前記センシング装置の前記第１電極に供給するステップと、
前記第２ＴＸ信号に応答して、前記センシング装置の前記第２電極において第２ＲＸ信号を受信するステップであって、前記センシング装置は、前記第１モードにおいて、前記第１ＴＸ信号の第１周波数が共振回路の共振周波数を上回るか下回る際に可変コンデンサとして動作し、前記センシング装置は、前記第２モードにおいて、前記第２ＴＸ信号の第２周波数が前記共振回路の共振周波数である際に可変インダクタとして動作して、前記共振回路を励起するステップと、
前記第２モードにおいて、前記測定回路によって、前記第２電極において前記第２ＴＸ信号を測定するステップであって、前記第２ＴＸ信号は前記可変インダクタのインダクタンスを示し、前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１モード及び前記第２モードに共通であるステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記第１ＲＸ信号が変化する際に、容量性物体が前記第１電極または前記第２電極に近接しているものと判定するステップをさらに含み、前記第１ＲＸ信号の変化が、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の変化を示す、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２ＲＸ信号が変化する際に、鉄類の金属物体または非鉄金属物体が前記可変インダクタの電極に近接しているものと判定するステップをさらに含み、前記第２ＲＸ信号の変化が前記可変インダクタのインダクタンスの変化を示す、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２ＴＸ信号が前記第１ＴＸ信号に対して９０度だけ位相シフトされている、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、米国特許出願題１５／６３７７３１号、２０１７年６月２９日出願の国際出願であり、米国特許仮出願題６２／４７００６１号、２０１７年３月１０日出願、及び米国特許仮出願題６２／４７００４４号、２０１７年３月１０日出願により優先権を主張し、これらの特許出願の全部を、その全文を参照することによって本明細書に含める。
【背景技術】
【０００２】
タッチセンサを用いて、タッチセンサのタッチ感応領域内で、物体の存在及び位置、あるいは物体の近接を検出することができる。例えば、タッチ検出回路は、表示スクリーンに関連して配置されたタッチセンサに近接したタッチ物体の存在及び位置を検出することができる。多数の異なる種類のタッチセンサが存在する。これらのタッチセンサの種類は、抵抗膜式タッチセンサ、表面弾性波タッチセンサ、静電容量タッチセンサ、誘導タッチセンサ、等を含むことができる。これらの異なるタッチセンサは、異なる種類の物体を検出することができる。
【０００３】
本発明を、限定ではなく例として、添付した図面の各図中に図示する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】一実施形態による自己容量センシング用のセンシング回路を示す図である。
【図２】図２Ａは、形態による静電容量センシング及び誘導センシング用の装置を示す図である。図２Ｂは、実施形態による、ＴＸ信号の周波数が共振周波数を下回るか上回る際に静電容量モードで可変コンデンサとして動作するセンシング装置を示す図である。図２Ｃは、実施形態による、ＴＸ信号の位相がシフトして共振回路を励起する際にインダクタンスモードで可変インダクタとして動作するセンシング装置を示す図である。図２Ｄは、実施形態による、全波型静電容量センシング及び全波型誘導センシングを実行する装置の回路レベルの図である。図２Ｅは、一実施形態による、半波型静電容量センシング用及び半波型誘導センシング用に構成された装置の電荷測定回路（ＣＭＣ）を示す図である。
【図３】一実施形態によるセンシング回路を示す図であり、共振回路が抵抗器、インダクタ、コンデンサ、第２コンデンサ、及び接地を含む。
【図４Ａ】一実施形態による、コンデンサ及びインダクタを含むセンシング回路を示す図である。
【図４Ｂ】一実施形態による、平面コイルを含む図４Ａのセンシング装置を示す図である。
【図４Ｃ】一実施形態による、小さい内周を有する平面コイルを含む図４Ａのセンシング装置を示す図である。
【図４Ｄ】一実施形態による、長方形コイルを含む図４Ａのセンシング装置を示す図である。
【図４Ｅ】一実施形態による、多層コイルを含む図４Ａのセンシング装置を示す図である。
【図４Ｆ】一実施形態による、一次コイル及び二次コイルを含む図４Ａのセンシング装置を示す図である。
【図４Ｇ】一実施形態による、一次コイル４３８及び二次コイルを同一平面上に含む図４Ａのセンシング装置を示す図である。
【図５】一実施形態による、静電容量と誘導の混合センサを有するセンシング回路を示す図である。
【図６Ａ】一実施形態による、コンデンサを有する第１回路及びインダクタを有する第２回路を含む図５のセンシング装置を示す図である。
【図６Ｂ】一実施形態による、コンデンサを有する第１回路、及びインダクタ、コンデンサ、及び接地を有する第２回路を含む図５のセンシング装置を示す図である。
【図６Ｃ】一実施形態によるセンシング回路を示す図であり、ＧＰＩＯが開き、ＧＰＩＯが閉じる。
【図６Ｄ】一実施形態による、コンデンサを有する第１回路、及び上記インダクタ、コンデンサ、インダクタ、コンデンサ、及び接地を有する第２回路を含む図５のセンシング装置を示す図である。
【図７】一実施形態による、ＲＸ信号のデジタル表現に関連する振幅変化のグラフである。
【図８】図８Ａは、一実施形態による、誘導センシング用のＴＸ信号の位相シフト及び復調のグラフである。図８Ｂは、一実施形態による、静電容量センシング用のＴＸ信号を有するグラフである。
【図９】一実施形態による、誘導センシング用の共振回路出力信号の位相シフト及び復調を示すグラフである。
【図１０】図１０Ａは、一実施形態による、図２Ａ中のＣＭＣが誘導センシング用に用いる周波数のグラフである。図１０Ｂは、一実施形態による、図２Ａ中のＣＭＣが誘導センシング用に用いることができる他の周波数のグラフである。図１０Ｃは、一実施形態による、図２Ａ中のＣＭＣが誘導センシング用に用いる他の周波数のグラフである。
【図１１】他の実施形態による、センシング装置のインダクタンスを測定する方法の流れ図である。
【図１２】他の実施形態による、第１電極及び第２電極に信号を供給する方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
詳細な説明
多数の電子装置は、ユーザが当該電子装置と対話するためのタッチセンサ（本明細書中ではセンシング装置または単位セルとも称する）を含む。例えば、現金自動預け払い機（ＡＴＭ：automatic teller machine）、インフォメーションセンター（案内所）、スマートホン、自動販売機、洗濯機、テレビジョン、コンピュータ、及び冷蔵庫は、センシング装置、及びこれに対応するタッチセンシング回路を含むことができる。物体がセンシング装置にタッチ（接触）または近接すると、センシング装置を用いて検出したこの物体の存在及び位置を、タッチセンシング回路を用いて捕捉して記録することができる。
【０００６】
ボタンまたは他の機械式制御装置とは異なり、センシング装置はより高感度にすることができ、タップ、スワイプ、及びビンチのような異なる種類のタッチに対して異なるように応答することができる。異なる種類のセンシング装置が、異なる種類の物体に対して異なるように応答することもできる。静電容量、インダクタンス、または抵抗を測定するための種々の技術が存在するが、これらの異なる技術は、異なる種類のセンシング装置及び異なる回路を用いて、静電容量、インダクタンス、または抵抗を測定する。例えば、誘導センシングを用いて鉄類及び非鉄金属を検出することができ、静電容量センシングを用いて鉄類及び非鉄の導電性物体を検出することができる。従来は、異なる種類の物体を検出するためには、装置が、これらの異なる種類の物体を測定するための異なるセンシング素子及び異なる回路を含まなければならない。これらの異なるセンシング素子及び回路の統合は、特に装置の形状因子（フォームファクター）が小さい際には、コストまたは装置内の利用可能な空間の観点から実現可能でないことがある。
【０００７】
本発明の実施形態は、誘導センシングと静電容量センシングとを組み合わせるための技術を説明する。これらの実施形態は、異なる種類の物体を検出するために用いることができるセンシング装置、及び誘導センシングと静電容量センシングとを用いてこれらの異なる種類の物体を検出するために用いることができる誘導センシング回路と静電容量センシング回路との組合せを提供することができる。一実施形態では、第１モードでは上記センシング装置を静電容量センシング用に用いることができ、そして第２モードでは同じセンシング装置を誘導センシング用に用いることができる。一実施形態では、誘導センシング回路と静電容量センシング回路との組合せ（本明細書中では「タッチセンシング回路」または「センシング回路」とも称する）が、ある種の静電容量センシング回路を、第１モード（誘導センシングモード）ではセンシング素子のインダクタンスを測定することができ、第２モード（静電容量センシングモード）ではセンシング素子の静電容量を測定することができるような方法で使用し、これについては本明細書中でより詳細に説明する。センシング回路が静電容量センシングモードで動作する際には、センシング回路は上記センシング装置を用いて、静電容量センシング技術を用いて物体を検出することができる。センシング回路が誘導センシングモードで動作する際には、センシング回路は、センシング装置に近接した鉄類及び非鉄金属の物体を、誘導センシング技術を用いて検出することができる。
【０００８】
一実施形態では、上記センシング回路が、１）第１モードでは第１信号を、第２モードでは第２信号を第１端子上に出力する信号発生器と；２）第１モードでは第３信号を、第２モードでは第４信号を第２端子上で受信する電荷測定回路とを含む。第３信号は、第１端子と第２端子との間に結合されたセンシング装置のインダクタンスを表し、第４信号は、このセンシング装置の静電容量を表す。他の実施形態では、上記センシング装置が、第１ノードに結合された第１端子と、第１ノードに結合された第１電極と、第２端子と、第２端子に結合された第２電極とを含む。上記センシング装置は、誘導コイル及び第１コンデンサも含む。第１モード（静電容量センシングモード）では、第１信号を第１端子で受信し、第２信号を第２端子上に出力する。第２信号は上記センシング装置の静電容量を表す。第２モード（誘導センシングモード）では、第３信号を第１端子で受信し、第４信号を第２端子から出力する。第４信号はセンシング装置のインダクタンスを表す。
【０００９】
図１に、一実施形態による自己容量検出用のセンシング回路１００を示す。センシング回路１００は、プロセッサ１１９、電荷測定回路（ＣＭＣ：charge measurement circuit）１１０、汎用入力／出力（ＧＰＩＯ：general purpose input/output）１１２、センシング・コンデンサ（Ｃsense）１１４、ＧＰＩＯ１１６、及び変調器コンデンサ（Ｃmod）１１８を含むことができる。ＧＰＩＯ１１２及びＧＰＩＯ１１６は、上記センシング装置、並びに他の外部装置のような外部構成要素に結合するように構成されたあらゆる種類の端子とすることができる。一例では、ＧＰＩＯは、回路への接続点である端子とすることができる。ＧＰＩＯはピン、パッド、はんだバンプ、等に結合することができる。他の例では、ＧＰＩＯは特殊出力端子、専用出力／入力端子、等を含むことができる。これらのＧＰＩＯは、ピンまたはパッドを電源、接地、高インピーダンス（ハイＺ）、（センシング回路のような）内部回路、パルス幅変調器（ＰＷＭ：pulse width modulator）、等に接続するための内部ルーティング（経路設定）メカニズムとすることができる。
【００１０】
図１では、ＧＰＩＯ１１２がセンシング素子１１４に結合され、センシング素子１１４は単一電極である。ＣＭＣ１１０は、この単一電極の自己容量を接地電位に対して測定することができる。このため、センシング素子１１４（Ｃsense）は外部コンデンサとして表す。ＣＭＣ１１０は、変調器コンデンサ（Ｃmod）１１８を用いてセンシング素子１１４上の静電容量を測定することができる。一部の実施形態では、図１に示すように、Ｃmod１１８はＧＰＩＯ１１６に結合された外部コンデンサである。一例では、ＣＭＣ１１０は、静電容量−デジタル変換器（ＣＤＣ：capacitance-to-digital converter）とすることができる。他の例では、ＣＭＣ１１０は、電荷転送回路、静電容量センシング電荷測定回路、静電容量センシング・シグマ−デルタ（ＣＳＤ：capacitive sensing sigma-delta）回路、等とすることができる。このＣＳＤ回路は物理的構成部品、電気部品、及びソフトウェア・コンポーネントを含むことができる。
【００１１】
ＣＳＤ回路は（上記センシング装置としての）静電容量センシング素子のアレイを有することができ、これらの静電容量センシング素子は、アナログ・マルチプレクサ、デジタルカウント機能、及び環境によるセンサ素子の変動及びセンサ素子の物理的変動を補償するためのハイレベル（高水準）ソフトウェア・ルーチンを通してシグマ−デルタ変調器に結合されている。上記物理的構成部品は、物理的なセンサ素子自体を含むことができ、この物理的なセンサ素子は一般に、絶縁カバー、フレキシブル膜、または透明オーバーレイ（上覆い）を有するプリント回路基板（ＰＣＢ：printed circuit board）上に構成されたパターンである。一実施形態では、上記物理的構成部品が、基板上に配置された酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：indium tin oxide）のような透明導体を含むこともでき、この基板も透明にすることができる。上記電気部品は、充電された静電容量を測定信号に変換することができる。上記電気部品は演算増幅器（オペアンプ）を含むことができ、この演算増幅器はビットストリームを出力することができ、このビットストリームはカウンタ回路またはタイマー回路によって数値化することができる。上記ソフトウェア・コンポーネントは、カウント値をセンサ素子の検出判定に変換するための検出及び補償ソフトウェア・アルゴリズムを含むことができる。
【００１２】
図１に示すように、ＣＭＣ１１０はＧＰＩＯ１１２及びＧＰＩＯ１１６に結合することができる。一例では、ＧＰＩＯ１１２はＣＭＣ１１０の第１端子とすることができ、ＧＰＩＯ１１６はＣＭＣ１１０の第２端子とすることができる。端子は、ピン、パッド、はんだバンプ、あるいは異なる装置または構成部品の導体どうしを接続するための他のメカニズムとすることができる。動作中には、ＣＭＣ１１０はセンシング素子１１４（Ｃsense）を用いて電荷測定値を取得することができる。例えば、ＣＭＣ１１０は、センシング装置の電極を充電及び放電してセンシング素子１１４（Ｃsense）の静電容量を測定することができる。ＣＭＣ１１０は、測定した静電容量をデジタル化して累積電圧値またはビットストリームにすることができる。一実施形態では、ＣＭＣ１１０は電荷測定値を基準値と比較して、電荷測定値と基準値との差を決定することができる。一実施形態では、基準値は電荷測定回路１１０によって測定した以前の値とすることができる。他の実施形態では、基準値を所定値とすることができる。この所定値はデフォルトの基準値とすることができ、あるいは長期間にわたって取得した、以前に測定した電荷測定値から導出することができる。上記の差の値は、電荷測定値と基準値との差を示すことができる。一例では、ＣＭＣ１１０がこの差の値をプロセッサ１１９に送信することができる。プロセッサ１１９またはＣＭＣ１１０は、この差の値が閾値を超えるか否かを判定することができる。この差の値が閾値を超える際には、この差の値は物体がセンシング素子１１４（Ｃsense）に近接していることを示す。この差の値が閾値を超えない際には、この差の値は、静電容量センシングを用いて検出することができる物体がＣsense１１４に近接していないことを示す。
【００１３】
図２Ａに、一実施形態による、静電容量センシング及び誘導センシング用の装置２００を示す。装置２００は、本明細書中に説明するように、センシング装置２２５の静電容量、センシング装置２２５のインダクタンス、あるいはその両方を測定することができる。装置２００は、センシング装置２２５に結合された電荷測定回路２１０を含む。静電容量センシングモードでは、電荷測定回路２１０が信号発生器２２９及び受信機チャネル（図２Ａには図示せず）を含むことができ、信号発生器２２９は励起（ＴＸ）信号を発生することができ、この励起信号はＧＰＩＯ２２６を通してセンシング装置２２５に供給することができ、受信機チャネルはＧＰＩＯ２２０における受信（ＲＸ）信号を測定することができる。このＲＸ信号はセンシング装置２２５の相互静電容量を表す。他の実施形態では、電荷測定回路２１０が、ＧＰＩＯ２２０を通してセンシング装置２２５を充電及び放電して自己容量を測定することができる。
【００１４】
誘導センシングモードでは、電荷測定回路２１０がＴＸ信号を基準信号に対して位相シフトさせて、センシング装置２２５に供給される位相シフト信号を発生する。例えば、電荷測定回路２１０は、本明細書中に説明するように、ＴＸ信号をスマート入力／出力インタフェース２３０（以下「スマートＩ／Ｏ（input/output）２３０」と称する）及びパルス幅変調器（ＰＷＭ）２２８に対して出力して、位相シフトしたＴＸ信号（例えば、９０度だけシフトしたＴＸ信号）を発生することができる。他の例では、スマートＩ／Ｏ２３０及び／またはＰＷＭ２２８が信号の位相をシフトさせることができる。第２の受信（ＲＸ）信号は、ＧＰＩＯ２２０を通して電荷測定回路２１０によって測定することができる。第２のＲＸ信号はセンシング装置２２５のインダクタンスを表す。
【００１５】
電荷測定回路２１０は、本明細書中に説明するように、静電容量センシングモード、誘導センシングモード、あるいはその両方において、変調器コンデンサ（Ｃmod）２１４及び他のコンデンサ（ＣTank）２１８を用いることができる。電荷測定回路２１０は、センシング装置２２５の静電容量及びインダクタンスのアナログ測定値をデジタル値に変換するためのアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ：analog-to-digital converter）を含むこともできる。これらのデジタル値は、アプリケーション向けのさらなるデジタル信号処理用にプロセッサ２１９に対して出力することができる。
【００１６】
図２Ａに示すように、センシング装置２２５は、共振回路２２４、及びセンシング・コンデンサ２２２を形成する一対の電極（第１電極及び第２電極）を有することができる。センシング装置２２５の種々の具体例は、共振回路２２４を含めて、図２Ｂ〜６Ｄに関して説明し図示する。静電容量センシングモードでは、ＣＭＣ２１０はセンシング装置２２５の相互静電容量を測定することができ、相互静電容量はセンシング・コンデンサ２２２の第１電極と第２電極との間である。誘導センシングモードでは、ＣＭＣ２１０は、本明細書中に説明するように、誘導センシングのためにインダクタンスを測定することができる。例えば、ＣＭＣ２１０はセンシング装置２２５のインダクタンスを測定することができる。装置２００が含むセンシング装置２２５の個数は限定的であることを意図していない。例えば、装置２００は単一のセンシング装置または複数のセンシング装置２２５を含むことができる。
【００１７】
一実施形態では、装置２００のプロセッサ２１９、ＣＭＣ２１０、Ｃmod２１４、ＣTank２１８、ＰＷＭ２２８、及び／またはスマートＩ／Ｏ２３０を同じ集積回路上に配置することができ、この集積回路は、センシング装置２２５、変調器コンデンサ（Ｃmod）２１４、及びタンク・コンデンサ（Ｃtank）２１８に結合されたＧＰＩＯ２２６、２１２、２２０、２１６を有する。その代わりに、装置２００の異なる構成部品を複数の集積回路内に実現することができる。変調器コンデンサ（Ｃmod）２１４及びタンク・コンデンサ（Ｃtank）２１８は、少なくとも部分的に、電荷測定回路２１０を含む集積回路の外部に配置することができる。
【００１８】
上述したように、ＣＭＣ２１０は信号発生器２２９を含むことができる。信号発生器２２９は送信（ＴＸ）信号（励起信号とも称する）を発生することができる。一例では、ＴＸ信号を方形波信号とすることができる。スマートＩ／Ｏ２３０はＣＭＣ２１０に結合することができる。スマートＩ／Ｏ２３０はＩ／Ｏインタフェースのデジタル・コントローラとすることができ、このＩ／Ｏインタフェースはマイクロコントローラ（ＭＣＵ：micro controller unit）の外部にあり、あるいはＭＣＵに結合されていない。スマートＩ／Ｏ２３０は、タスクをＭＣＵからアンロード（領域解放）してＩ／Ｏの構成を提供することができる。
【００１９】
一実施形態では、ＰＷＭ２２８をスマートＩ／Ｏ２３０に結合することができる。他の実施形態では、ＰＷＭ２２８をＣＭＣ２１０に直接結合することができる。ＰＷＭ２２８はＴＸ信号の位相を調整することができる。一例では、ＰＷＭ２２８の入力をＴＸ信号と混合してＴＸ信号の位相を調整することができる。
【００２０】
装置２００が誘導センシングの測定値を取得する間に、ＴＸ信号の位相をシフトさせることができる。その代わりに、ＴＸ信号を静電容量センシング測定用にシフトさせる他の実施形態が存在し得る。一例では、信号発生器２２９が、基準信号に対して０度の位相を有するＴＸ信号を発生することができる。以下に説明するように、ＴＸ信号の位相が０度である際には、ＣＭＣ２１０が静電容量センシングモードで動作して、静電容量センシングの測定値を取得することができる。以下に説明するように、ＣＭＣ２１０がインダクタンス・センシングモードで動作して誘導センシングの測定値を取得する際には、ＴＸ信号の位相を９０度シフトさせることができる。
【００２１】
ＧＰＩＯ２２６は、ＴＸ信号の振幅を調整するドライバ（駆動回路）を含むことができる。例えば、ＧＰＩＯ２２６は第１スイッチ２３１及び第２スイッチ２３２を含むことができる。スイッチは、トランジスタ、ゲート、ある回路への接続を行うか遮断するための装置、等とすることができる。一例では、ＧＰＩＯ２２６が閉じた第１スイッチ２３１及び開いた第２スイッチ２３２を通して電源に結合されている際には、ＧＰＩＯ２２６をハイに設定することができる。他の例では、ＧＰＩＯ２２６が閉じた第２スイッチ２３２及び開いた第１スイッチ２３１を通して接地に結合されている際には、ＧＰＩＯ２２６をローに設定することができる。他の例では、ＧＰＩＯ２２６が電源及び接地に短絡している際には、第１スイッチ２３１及び第２スイッチ２３２は閉じている。他の例では、スイッチ２３１及び２３２が共に開いている際には、ＧＰＩＯ２２６は高インピーダンス（ハイＺ）に設定することができ、ＰＷＭ２２８から受信した信号を出力することができる。一例では、プロセッサ１１９またはＩ／Ｏ２３０がＰＷＭ２２８を介してスイッチ２３１及び２３２を制御することができる。
【００２２】
一実施形態では、ＧＰＩＯ２２６をセンシング・コンデンサ２２２（第１及び第２電極）に結合することができる。電荷測定回路２１０はＴＸ信号をＧＰＩＯ２２６上に供給することができ、ＧＰＩＯ２２６はセンシング装置２２５に結合されている。ＴＸ信号はセンシング・コンデンサ２２２を励起することができる。回路または構成部品を励起することは、その回路または構成部品に電圧を印加することを称することができる。例えば、ＴＸ信号の電圧をセンシング・コンデンサ２２２の第１電極上に印加することによって、ＲＸ信号がセンシング・コンデンサ２２２の第２電極上に誘導される。ＲＸ信号の電圧または電流は、電荷測定回路２１０によってＧＰＩＯ２２０を通して測定することができる。上述したように、ＲＸ信号はアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）によって、ＲＸ信号のデジタル化の一部として積分することができる。プロセッサ２１９はこれらのデジタル信号を上述したようにさらに処理することができる。
【００２３】
相互静電容量の測定値を取得するために、ＣＭＣ２１０は第１電極と第２電極との間の相互静電容量を測定することができ、第１電極と第２電極との間の相互静電容量はセンシング・コンデンサ２２２として表現することができる。装置２００は２つのコンデンサを積分用に含むこともできる。一実施形態では、ＣMOD２１４を相互静電容量センシング用に用いることができる。ＣMOD２１４からの電流をＣtank２１８上で積分することができ、ＴＸ信号が復調される。一例では、ＣMOD２１４を自己静電容量センシング用に用いることができ、上記電流をＣtank２１８上で積分することができる。相互静電容量センシングのために、ＣMOD２１４及びＣtank２１８を静電容量センシング用に用いることができる。
【００２４】
他の実施形態では、装置２００が、ＧＰＩＯ２２６とセンシング・コンデンサ２２２との間に結合された共振回路２２４を含むことができる。共振回路２２４及びセンシング・コンデンサ２２２がセンシング装置２２５を形成することができる。ＣＭＣ２１０は、ＴＸ信号を、ＧＰＩＯ２２６を通して共振回路２２４に供給して、共振回路２２４を励起することができる。図３〜６Ｄは、以下に説明する共振回路２２４の異なる具体例を示す。
【００２５】
ＧＰＩＯ２２０は、ＧＰＩＯ２２６から共振回路２２４及び／またはコンデンサ２２２を通して送信されるＴＸ信号をＣＭＣ２１０に結合することができる。ＧＰＩＯ２２０で受信される信号は受信（ＲＸ）信号と称することができる。ＣＭＣ２１０はＲＸ信号の振幅を基準信号と比較することができる。例えば、ＣＭＣ２１０の変換器はＣMOD２１４を積分コンデンサとして用いることができる。電荷をこのコンデンサに追加すること、あるいはこのコンデンサから除去することができる。例えば、このコンデンサ上の電圧スイング（変動）によって電極から電流を誘導することができる。積分コンデンサの電荷を、ＣＭＣ２１０の変換器でデジタル化して第１カウント値にすることができる。コンデンサ２２２で測定される電荷もこの変換器によってデジタル化して第２カウント値にすることができる。測定した電荷をデジタル化してカウント値にすることは、静電容量−デジタル変換器として機能する。
【００２６】
第１カウント値を第２カウント値と比較して、コンデンサ２１４及び２１８の静電容量のデジタル表現とコンデンサ２２２の静電容量のデジタル表現との相対的な差を決定する。第１カウント値と第２カウント値との相対的な差が閾値を超える際には、このカウント値の差がコンデンサ２２２の静電容量の変化を示す。この静電容量の変化は、コンデンサ２２２に近接した物体の存在を示すことができる。一例では、このカウント値の差を、ＧＰＩＯ２２０からの信号と、ＧＰＩＯ２１２及び２１６からの積分信号との振幅の差として表すことができる。
【００２７】
一例では、カウント値どうしの相対的な差が閾値量を超えない際に、この相対的な差は、物体が装置２００に近接していないことを示すことができる。他の例では、カウント値どうしの相対的な差が閾値量を超えない際に、装置２００に近接した物体を検出するように装置２００を構成しないことができる。一例では、装置２００が静電容量センシングを実行するように構成されている際に、装置２００が鉄類または非鉄金属の物体を検出できないようにすることができる。他の例として、装置２００が誘導センシングを実行するように構成されている際に、装置２００が容量性の物体を検出できないようにすることができる。一実施形態では、静電容量センシングを実行するために、ＴＸ信号の位相を０度にすることができる。他の実施形態では、誘導センシングを実行するために、ＴＸ信号の位相をシフトさせることができる。ＴＸ信号の位相をシフトさせると、この位相のシフトは、共振回路２２４及びコンデンサ２２２に電荷が結合される様子を変化させる。一例では、共振回路２２４を静電容量センシング用に用いる際に、共振回路２２４が共振しないことができる。共振回路２２４が共振しない際には、共振回路２２４内でインダクタを励起することができない。他の例では、共振回路２２４、例えばインダクタを誘導センシング用に用いる際に、共振回路２２４が共振することができる。ＴＸ信号に対応するＲＸ信号をＣＭＣ２１０で復調することができるのであれば、ＴＸ信号を位相シフトさせることができる。一例では、ＴＸ信号の位相をおよそ８０〜１００度だけシフトさせることができる。他の例では、ＴＸ信号の位相を少なくとも４５度だけシフトさせることができる。他の例では、ＴＸ信号の位相をおよそ９０度だけシフトさせることができる。位相シフトが９０度の位相シフトからさらに外れるほど、ＧＰＩＯ２２０におけるＲＸ信号の振幅の変化を低減することができる。９０度の位相シフトから外れることによってこの変化の量が低減するほど、誘導センシングの精度が低下し得る。
【００２８】
プロセッサ２１９はＰＷＭ２２８に結合することができる。プロセッサ１１９は、ＣＭＣ２１０が発生するＴＸ信号の位相が静電容量センシング用の第１位相または誘導センシング用の第２位相に設定されるように、ＰＷＭ２２８を設定することができる。プロセッサ１１９は、ＴＸ信号の位相に基づいて静電容量センシングまたは誘導センシングのための測定を行うように、ＣＭＣ２１０を設定することもできる。一例では、ＣＭＣ２１０が、ＧＰＩＯ２２０におけるＴＸ信号について、電流を電荷の形で測定することができる。ＣＭＣは、この電流における電荷を長期間にわたって測定することができる。静電容量センシングのために電流または電圧を測定するようにＣＭＣ２１０が設定されている際には、ＣＭＣ２１０は、０度の位相シフトを有する信号における電荷の第１の変化が物体の存在を示すものと判定することができる。ＣＭＣ２１０が、誘導センシングのために電流を測定するように設定されている際には、ＣＭＣ２１０は、９０度の位相シフトを有する信号における電荷の第２の変化がコンデンサ２２２に近接した物体の存在を示すものと判定することができる。一実施形態では、ＣＭＣ２１０、スマートＩ／Ｏ２３０、プロセッサ１１９、ＰＷＭ２２８、ＧＰＩＯ２２６、共振回路２２４、コンデンサ２２２、ＧＰＩＯ２１２、ＧＰＩＯ２１６、ＧＰＩＯ２２０、ＣMod２１４、及びＣTank２１８を、単一の集積回路基板または共通のキャリア（担体）基板のような単一の基板上に配置することができる。
【００２９】
ＣＭＣ２１０は、ＧＰＩＯ２２０で受信した信号をフィルタ処理するためのフィルタを含むことができる。一例では、このフィルタを無限インパルス応答（ＩＩＲ：infinite impulse response）フィルタとすることができる。他の例では、このフィルタをデシメータとすることができる。一例では、装置２００を、ユーザからの入力を受信する静電容量センシング用に構成することができ、かつ非ユーザ入力を受信する誘導センシング用に構成することができる。例えば、装置２００は、タッチスクリーンを介してユーザ入力を受信する際には静電容量センシング用に構成することができ、そして金属ボタン、制御ノブ用の角度位置センサ、ドア開放センサ、引き出し開閉センサ、液位センサ、等からの入力を受信する際には誘導センシング用に構成することができる。
【００３０】
一実施形態では、自動車環境向けに、誘導センシングを用いてギアシフター（変速レバー）位置を特定することができ、静電容量センサをタッチパネルの力検出用に用いることができる。装置２００は、デスクトップ・コンピュータ内、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ：personal digital assistant：個人用情報端末）内、スマートホン内、衛星ナビゲーション装置内、携帯（ポータブル）メディアプレーヤ内、携帯ゲームコンソール内、キオスク（売店用）コンピュータ内、販売時点管理装置内、皿洗い機内、洗濯機内、飲料自動販売機内、センシング装置を含む家庭電化製品または他の電化製品上の制御パネル内、等に統合することができる。
【００３１】
図２Ｂに、一実施形態によるセンシング装置２２５を示し、センシング装置２２５は、ＴＸ信号の周波数が共振周波数を下回るか上回る際に静電容量モードでは可変コンデンサとして動作する。共振回路２２４で受信したＴＸ信号の周波数が共振回路２２４の共振周波数と異なる（例えば、共振周波数を下回るか上回る）際には、共振回路２２４及びセンシング・コンデンサ２２２は静電容量センシング用の電流を出力することができる。例えば、ＴＸ信号は共振回路２２４のコイルの電流を励起する。このコイルは物体において誘起された電流と相互作用することができる。物体２３７の近接はコイルのインダクタンスに影響を与えることができる。物体２３７が接地されている際には、コイルと物体との間の静電容量がコイルから接地への全寄生結合に加算され得るし、この静電容量は分布する。ＴＸの周波数が上記共振周波数でない際には、静電容量モードでは共振回路が可変コンデンサとして動作することができ、この可変コンデンサは、ＲＸ信号をＣＭＣ２１０に中継してＣＭＣ２１０は静電容量センシングを実行することができる。
【００３２】
図２Ｃに、一実施形態によるセンシング装置２２５を示し、センシング装置２２５は、ＴＸ信号の位相がシフトして共振回路を励起する際に、インダクタンスモードでは可変インダクタとして動作する。ＴＸ信号がグラフ２３５に示すようにおよそセンシング装置２２５の共振周波数である際には、共振回路２２４及びコンデンサ２２２は、インダクタンスモードでは誘導センシング装置として動作することができる。物体２３７が接地されている際には、上記コイルと物体２３７との間の静電容量が当該コイルから接地への寄生結合に加算され得るし、この静電容量は分布する。上記コイル内の電流は金属物体に誘起される電流と相互作用する。金属物体の近接は上記コイルのインダクタンスに影響を与え得る。それに加えて、ＴＸ信号の周波数が上記共振周波数である際には、この電流を最大にすることができ、これにより上記共振回路は、インダクタンスモードで動作する際の静電容量の変化に比べて、インダクタンスの変化に対して相対的に敏感になる。
【００３３】
図２Ｄに、一実施形態による、全波型静電容量センシング及び誘導センシングを実行する装置２００の回路レベルの図を示す。図２Ｄ中の特徴の一部は図１及び２Ａ中の特徴の一部と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。装置２００は、ＧＰＩＯ２１２、２１６、２２０、及び２２６、共振回路２２４、ＣＭＣ２１６、デジタル・シーケンサ２３３、スマートＩ／Ｏ２３０、及び／またはＰＷＭ２２８を用いて全波型センシングを実行することができる。
【００３４】
ＣＭＣ２１０はＴＸ信号（csd_sense（ｃｓｄセンス）信号とも称する）を発生することができる。装置２００は静電容量センシングモードまたは誘導センシングモードで動作することができる。デジタル・シーケンサ２３３は、ＣＭＣ２１０内のスイッチを制御してＣＭＣ２１０を静電容量センシング用または誘導センシング用に構成することができる。装置２００が静電容量センシングモードで動作している際には、ＰＷＭ２２８は、ＧＰＩＯ２２６を通してセンシング装置２２５へ送信されるＴＸ信号の位相をシフトさせないことができる。装置２００が誘導センシングモードで動作している際には、ＰＷＭ２２８は、ＴＸ信号がＧＰＩＯ２２６に送信される前にＴＸ信号を位相シフトさせることができる。
【００３５】
ＧＰＩＯ２２６は、ＴＸ信号または位相シフトしたＴＸ信号の振幅が閾値の振幅レベルを下回る際にこれらの信号を増幅するドライバとすることができる。ＣＭＣ２１０はＴＸ信号を、ＧＰＩＯ２２６を通してノード２５１で共振回路２２４に送信することができる。共振回路２２４は、ＲＬＣ（抵抗−インダクタ−コンデンサ）回路または電極のようなセンサとすることができ、上述したように、ＣＭＣ２１０は、このセンサを用いて静電容量測定値またはインダクタンス測定値を取得することができる。ＧＰＩＯ２２０はＲＸ信号をコンデンサ２２２から受信して、このＲＸ信号をＣＭＣ２１０に結合することができる。
【００３６】
ＣＭＣ２１０は、アナログ・マルチプレクサ（ＡＭＵＸ：analog multiplexer）２３６、バランサ２３８、及び比較器（コンパレータ）２４０を含むことができる。ＡＭＵＸ２３６は、ＧＰＩＯ２１２、ＧＰＩＯ２１６、及びＧＰＩＯ２２０からの信号を一緒に組み合わせるか統合して、組合せの信号をバランサ２３８へ送信することができる。バランサ２３８はＣＭＣ２１０の電流源を平衡させることができる。例えば、バランサ２３８は制御線によってデジタル・シーケンサ２３３に結合することができる。バランサ２３８は、デジタル・シーケンサ２３３の端子ＰＨＩ１及びＰＨＩ２から制御信号を受信してＣＭＣ２１０を平衡させることができる。
【００３７】
バランサ２３８はタイミング回路網（図示せず）を含むこともできる。タイミング回路網は、正及び負の電荷を適正な位相でＣＭＣ２１０に結合させることができる。バランサ２３８は、ＣＭＣ２１０のカウント値を測定する復調器を含むこともできる。バランサ２３８は、共振回路２２４、ＣMod２１４、ＣTank２１８、及びコンデンサ２２２に電荷を追加する。一例では、バランサ２３８が電荷をＣMod２１４及びＣTank２１８に再び追加して、ＣMod２１４及びＣTank２１８の電荷を初期の電荷レベルに戻すことができる。
【００３８】
変換器がＣMod２１４を積分コンデンサとして用いて、複数の転送動作による電荷を蓄積または積分することができる。この電荷を変換器（コンバータ）でデジタル化して、静電容量を表す電流（ＲＸ）のデジタル値にする。比較器２４０は、このデジタル値を閾値と比較してＲＸ信号の振幅が変化したか否かを判定することができる。比較器２４０は、ＧＰＩＯ２２０からのＲＸ信号の振幅を表すデジタル値を、比較器２４０における基準信号の振幅を表すデジタル値と比較して、ＲＸ信号と基準信号との電圧振幅の相対的な差を決定することができる。この振幅の差が閾値量を超える際に、この差はコンデンサ２２２に近接した物体の存在を示すことができる。
【００３９】
ＣＭＣ２１０は、装置２００が静電容量センシング用に設定されている間に測定値を組み合わせ、装置２００が誘導センシング用に設定されている間に測定値を取得することができる。ＣＭＣ２１０は、組合せの測定情報を用いて、異なる種類の物体どうしを区別することができる。例えば、組合せの情報は、物体がプラスチックボトルであるか金属缶であるかを示すことができる。
【００４０】
デジタル・シーケンサ２３３は、ＣＭＣ２１０内のスイッチを制御して、ＣＭＣ２１０を静電容量センシング用または誘導センシング用に構成することができる。スマートＩ／Ｏ２３０は、デジタル・シーケンサ２３３とＰＷＭ２２８またはＴＸ信号ドライバとの内部接続を可能にすることができる。デジタル・シーケンサ２３３は、トリガ入力を、スマートＩ／Ｏ２３０を通してＰＷＭ２２８に送信して、ＰＷＭ２２８をトリガしてＴＸ信号の位相をシフトさせることができる。他の実施形態では、スマートＩ／Ｏ２３０は、デジタル・シーケンサとＰＷＭ２２８との間で信号を中継する外部端子コネクタとすることができる。
【００４１】
ＰＷＭ２２８は、ＴＸ信号の位相をシフトさせて、共振回路２２４の構成部品を静電容量センシング用または誘導センシング用に励起することができる。一実施形態では、ＰＷＭ２２８が０度の位相を維持して、共振回路２２４を静電容量センシング用に励起することができる。他の実施形態では、ＰＷＭ２２８がＴＸ信号の位相を９０度だけシフトさせて、共振回路２２４を誘導センシング用に励起することができる。
【００４２】
一例では、抵抗器ＲSが電流を制限することができる。他の例では、ＴＸ信号をサイン（正弦）波とすることができ、抵抗器ＲSはこのサイン波のピーク−ピーク電圧を設定することができる。コンデンサ２２２は共振回路２２４からのサイン波をＣＭＣ２１０内に結合することができる。一例では、抵抗器ＲSはＧＰＩＯの一部分とすることができ、そしてプログラマブルにすることができる。他の例では、ＧＰＩＯが異なる駆動強度制御を行って抵抗を実現することができる。
【００４３】
一例では、共振回路２２４の電力消費を低減するために、共振回路２２４のＬＣ構成部品上の振動を最大にしないことができ、比較的大きなＲSを使用することができる。ＧＰＩＯ２２０は上記サイン波をコンデンサ２２２から受信し、上記ＲＸ信号をＣＭＣ２１０のセンシング・チャネルに結合することができる。ＣＭＣ２１０はこのＲＸ信号をデジタル値に変換することができる。
【００４４】
一実施形態では、ＣＭＣ２１０が全波型静電容量センシング変換器を含むことができる。ＰＷＭ２２８による９０度の位相シフトは、全波型静電容量センシング変換器による上記サイン波の復調を可能にすることができる。
【００４５】
図２Ｅに、一実施形態による装置２００のＣＭＣ２１０を示し、ＣＭＣ２１０は、半波型静電容量センシング用及び半波型誘導センシング用に構成されている。図２Ｅ中の特徴の一部は、図１及び２Ａ〜２Ｄ中の特徴の一部と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。
【００４６】
装置２００が半波型静電容量センシング構成及び半波型誘導センシング構成である際に、ＧＰＩＯ２１６及びＣTank２１８は装置２００から除去することができる。ＣＭＣ２１０は、アナログ・マルチプレクサ（ＡＭＵＸ）２４２、バランサ２４４、及び比較器２４６を含むことができる。ＡＭＵＸ２４２は、ＧＰＩＯ２１２からの信号とＧＰＩＯ２２０からの信号とを一緒に組み合わせて、組合せの信号をバランサ２４４に送信することができる。
【００４７】
バランサ２４４はＣＭＣ２１０の電流源を平衡させることができる。例えば、バランサ２４４は制御線によってデジタル・シーケンサ２３３に結合することができる。バランサ２４４は、制御信号をデジタル・シーケンサ２３３に送信してＣＭＣを平衡させることができる。バランサ２４４はタイミング回路網を含むこともできる。バランサ２４４は復調器を含むこともでき、この復調器は、ＣＭＣ２１０のデジタル値を決定して、共振回路２２４、ＣMod２１４、及びコンデンサ２２２用の電荷を蓄積する。
【００４８】
比較器２４６は、ＧＰＩＯ２２０からのＲＸ信号のデジタル値を、比較器２４６の基準信号の振幅のデジタル表現と比較して、ＲＸ信号の振幅と基準信号の振幅との差を決定することができる。この差が閾値レベルを超えると、この差はコンデンサ２２２に近接した物体の存在を示す。
【００４９】
図３に、一実施形態によるセンシング装置３００を示し、ここでは共振回路２２４が抵抗器３３２、インダクタ３３４、コンデンサ３３６、第２コンデンサ３３８、及び接地３４０を含む。図３中の特徴の一部は図１及び２Ａ〜Ｅ中の特徴と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。
【００５０】
抵抗器３３２は、ＧＰＩＯ２２６とノード３４２との間に結合することができる。インダクタ３３４、コンデンサ３３６、第２コンデンサ３３８、及び接地３４０は直列回路３４４の構成部品とすることができ、直列回路３４４はノード３４２に結合することができる。一実施形態では、コンデンサ３３６及び／または第２コンデンサ３３８を個別の（ディスクリート）構成部品とすることができる。他の例では、コンデンサ３３６及び／または第２コンデンサ３３８が、これらの構成部品間に形成される静電容量を表すことができる。例えば、コンデンサ３３６は、インダクタ３３４と３４０との間に形成される静電容量を表すことができる。直列回路３４４は抵抗器３３２とコンデンサ２２２との間に結合することができる。コンデンサ２２２はノード３４２とＣＭＣ２１０との間に結合することができる。
【００５１】
一実施形態では、直列回路３４４がインダクタ３３４を含むことができ、インダクタ３３４はコンデンサ３３６と直列（即ちＬ−Ｃ）である。コンデンサ３３６は接地３４０に接続することができる。他の実施形態では、直列回路３４４がインダクタ３３４を含むことができ、インダクタ３３４は第２コンデンサ３３８と並列（即ちＬ||Ｃ）である。インダクタ３３４及び第２コンデンサ３３８は接地３４０に結合することができる。
【００５２】
インダクタ３３４と第２コンデンサ３３８との組合せはコンデンサ３３６と直列（即ちＬ||Ｃ−Ｃ）にすることができる。コンデンサ３３６は接地３４０に接続することができる。このＬ||Ｃ−Ｃの構成は、共振回路２２４の最小及び最大インピーダンスを制御することができる。例えば、このＬ||Ｃ−Ｃの構成がアナログ増幅器として動作して、共振回路２２４の最小インピーダンスと最大インピーダンスとの間の周波数範囲を制御することができる。このＬ||Ｃ−Ｃの構成は、上記センシング回路の共振周波数の調整を行うことができる。
【００５３】
直列回路３４４または共振回路２２４の構成部品は限定的であることを意図していない。共振回路２２４は他の構成部品を含むことができ、あるいは他の構成を有することができる。
【００５４】
図４Ａに、一実施形態によるセンシング装置を示し、このセンシング装置はコンデンサ４１２及びインダクタ４１６を含む。コンデンサ４１２及びインダクタ４１６は処理回路４１８に結合することができる。処理回路４１８は、誘導センシングモードで動作する際にインダクタ４１６を用いて物体の存在を検出することができる。
【００５５】
インダクタンス検出モードでは、コンデンサ４１２はインダクタ４１６の接地用とすることができる。例えば、インダクタンス検出モードでは、インダクタ４１６の所に磁界を発生させて信号をインダクタ４１６に供給すると、この磁界がインダクタ４１６に電流を誘導する。物体が磁界に近接すると、この物体が磁界に対抗する渦電流を生成することができる。
【００５６】
処理回路４１８は、静電容量センシングモードで動作する際にコンデンサ４１２を用いて物体の存在を検出することができる。力線４２０は、インダクタ４１６とコンデンサ４１２との間の静電容量を示す。自己容量センシングモードでは、静電容量をインダクタ４１６で測定することができる。相互静電容量センシングモードでは、インダクタ４１６とコンデンサ４１２との間で静電容量を測定することができる。例えば、交流（ＡＣ：alternative current）電力をセンシング装置４００に供給する際には、インダクタ４１６を励起することができず、インダクタ４１６は接地金属として機能することができる。
【００５７】
一実施形態では、コンデンサ４１２を平行平板とすることができ、これらの平行平板は基板の第１の側にある。コンデンサ４１２は接地に接続することができる。インダクタ４１６は基板の第２の側に配置することができる。誘導モードでは、コンデンサ４１２を接地して非アクティブ（不動作）にすることができる。静電容量モードでは、インダクタ４１６の接地が静電界を物体に結合する。
【００５８】
図４Ｂに、一実施形態による、平面コイル４２２を含む図４Ａのセンシング装置４０１を示す。図４Ｂ中の特徴の一部は図４Ａ中の特徴の一部と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。平面コイル４２２は、平面インダクタのようなインダクタ４１６として機能することができる。平面コイル４２２は、当該平面コイル４２２の外径に比べて相対的に大きい内径を有することができる。こうした平面コイル４２２の外径に比べて相対的に大きい内径は、平面コイルの低減した表面積により、平面コイル４２２に近接した物体との比較的小さな静電容量結合をもたらすことができる。平面コイル４２２は接地板４２４に結合することができる。一例では、接地板４２４は平面コイルの上面または下面上に配置することができる。
【００５９】
図４Ｃに、一実施形態による、小さい内周を有する平面コイル４２６を含む図４Ａのセンシング装置４０２を示す。図４Ｃ中の特徴の一部は図４Ａ中の特徴の一部と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。平面コイル４２６はインダクタ４１６として機能することができる。平面コイル４２６は、当該平面コイル４２６の外径に比べて相対的に小さい内径を有することができる。こうした平面コイル４２６の外径に比べて相対的に小さい内径は、平面コイル４２６の増加した表面積により、平面コイル４２６に近接した物体との比較的高い容量結合をもたらすことができる。
【００６０】
図４Ｄに、一実施形態による、長方形コイル４２８を含む図４Ａのセンシング装置４０３を示す。図４Ｄ中の特徴の一部は図４Ａ中の特徴の一部と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。長方形コイル４２８はインダクタ４１６として機能することができる。長方形コイル４２８は、当該長方形コイル４２８の外径に比べて相対的に小さい内面積を有することができる。こうした平面コイル４２６の外面積に比べて相対的に小さい内面積は、長方形コイル４２８の増加した表面積により、長方形コイル４２８に近接した物体との比較的高い容量結合をもたらすことができる。
【００６１】
図４Ｅに、一実施形態による、多層コイル４３０を含む図４Ａのセンシング装置４０４を示す。図４Ｅ中の一部の特徴は、図２及び４Ａ中の特徴の一部と同一または同様であり、特に断りのない限り同じ参照番号で示す。多層コイル４３０は第１コイル４３２及び第２コイル４３４を含むことができる。第１コイル４３２はＺ軸に沿って第２コイル４３４の上方に配置することができる。一例では、センシング装置４００を静電容量センシング用に用いることができ、コイル４３２をコンデンサ４１２との結合用に用いることができる。他の例では、装置２００をインダクタンス・センシング用に用いる際に、コイル４３２及びコイル４３４を誘導センシング用に用いることができる。
【００６２】
図４Ｆに、一実施形態による、一次コイル４３８及び二次コイル４４０を含む図４Ａのセンシング装置４０５を示す。図４Ｆ中の特徴の一部は図４Ａ中の特徴の一部と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。二次コイル４４０の外周は一時コイル４３８の内周よりも小さくすることができる。二次コイル４４０は一次コイル４３８と同一平面上に、一次コイル４３８の内周の内側に配置することができる。
【００６３】
図４Ｇに、一実施形態による、同一平面上にある一次コイル４３８及び二次コイル４４０を含む図４Ａのセンシング装置４０６を示す。図４Ｇ中の特徴の一部は図２、４Ａ、及び４Ｈ中の特徴の一部と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。二次コイル４４０の外周は一次コイル４３８の外周とおよそ同じにすることができる。二次コイル４４０は一次コイル４３８と同一平面上に、一次コイル４３８に隣接して配置することができる。図４Ａ〜４Ｇの実現は限定的であることを意図していない。例えば、センシング装置４００は螺旋コイル、ソレノイドコイル、三角形コイル、伸張コイル、等を含むことができる。
【００６４】
図５に、一実施形態による、静電容量センサと誘導センサとのハイブリッド（混成）センサを有するセンシング回路５００を示す。図５中の特徴の一部は図１及び２Ａ〜２Ｅ中の特徴の一部と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。
【００６５】
センシング回路５００は、ＰＷＭ２２８、ＧＰＩＯ２２６、及びセンシング装置５４０を含むことができる。センシング装置５４０は、抵抗器５１１、第１ＬＣ回路５１２、ＧＰＩＯ５１４、第２ＬＣ回路５１６、コンデンサ５１８、接地５２０、コンデンサ５２２、ＧＰＩＯ５３３、ＧＰＩＯ２２０、またはＣＭＣ２１０のうちの少なくとも１つを含むことができる。第１ＬＣ回路５１２、第２ＧＰＩＯ５１４、第２ＬＣ回路５１６、ＧＰＩＯ５３３、及びＧＰＩＯ２２０は、静電容量センシング及び誘導センシング用のセンシング回路５００の種々の構成を提供するように構成可能にすることができる。
【００６６】
ＣＭＣ２１０は信号発生器を含むことができる。この信号発生器はＴＸ信号を発生することができる。一例では、ＴＸ信号を方形波信号にすることができる。信号発生器が発生するＴＸ信号の初期位相は、ＣＭＣ２１０における基準信号と相対的にすることができる。ＰＷＭ２２８の移相器（位相シフタ）はＴＸ信号の位相を制御することができる。ＣＭＣ２１０は、位相シフトが存在しない際にセンシング装置５４０を静電容量センシング用に用いることができる。ＣＭＣ２１０は、位相シフトが存在する際にセンシング装置５４０を誘導センシング用に用いることができる。
【００６７】
ＧＰＩＯ２２６は、ＴＸ信号の振幅を調整するためのドライバとすることができる。ＧＰＩＯ２２６は抵抗器５１１に結合することができる。ＴＸ信号は、抵抗器５１１、第１回路５２８、第２回路５３０、コンデンサ５２２、ＧＰＩＯ２２０、及び／またはＧＰＩＯ５３３を通して、ＣＭＣ２１０へＲＸ信号として送信することができる。ＴＸ信号は、抵抗器５１１、第１回路５２８、第２回路５３０、コンデンサ５２２、ＧＰＩＯ２２０、及び／またはＧＰＩＯ５３３を励起することができる。
【００６８】
一実施形態では、抵抗器５１１をノード５２４に結合することができる。他の実施形態では、第１回路５２８をノード５２４に結合することができる。ＬＣ回路５１２及びＧＰＩＯ５１４は第１回路５２８の一部分とすることができる。ＧＰＩＯ５１４は接地を含むことができ、あるいは接地に結合することができる。ＬＣ回路５１２とＧＰＩＯ５１４とは直列に接続することができる。第１回路５２８は抵抗器５１１と直列にすることができる。
【００６９】
他の実施形態では、抵抗器５１１または第１回路５２８を並列にノード５２６に結合することができる。例えば、第２ＬＣ回路５１６及びコンデンサ５１８は、ノード５２６に結合された第２回路５３０の一部分とすることができる。コンデンサ５１８は接地に結合することもできる。第２ＬＣ回路５１６とコンデンサ５１８とは直列に接続することができる。一実施形態では、第２回路５２８を抵抗器５１１と直列にすることができる。他の実施形態では、第２回路５３０を第１回路５２８と並列にすることができる。
【００７０】
抵抗器５１１、第１回路５２８、及び／または第２回路５３０はノード５３２に結合することができる。コンデンサ５２２は、抵抗器５１１と直列にして、第１回路５２８及び／または第２回路５３０に結合することができる。ＧＰＩＯ２２０は、コンデンサ５２２及びＣＭＣ２１０と直列に結合することができる。一実施形態では、ＧＰＩＯ５３３はノード５３２に結合することができ、そしてコンデンサ５２２及びＧＰＩＯ５２０と並列にすることができる。ＧＰＩＯ５３３はＣＭＣに結合することもできる。
【００７１】
ＴＸ信号を、抵抗器５１１、第１回路５２８、及び／または第２回路５３０の全体を通して送信する際に、結果的に生じる信号をＲＸ信号と称することができる。ＧＰＩＯ２２０及び／またはＧＰＩＯ５３３は、ＧＰＩＯ２２６から抵抗器５１１、第１回路５２８、及び／または第２回路５３０を通して受信したＲＸ信号をＣＭＣ２１０内へ結合することができる。ＣＭＣ２１０は、ＲＸ信号に対応するデジタル値を基準信号のデジタル値と比較して、ＲＸ信号の振幅と基準信号の振幅との間に閾値を超える相対的な差が存在するか否かを判定することができる。ＲＸ信号の代表的な振幅と基準信号の代表的な振幅との間の相対的な差が閾値量を超える際に、この差は装置２００に近接した物体の存在を示すことができる。
【００７２】
一例では、ＲＸ信号と基準信号との差が閾値量を超えない際に、この差は、ＬＣ回路５１２またはＬＣ回路５１６のようなセンシング回路５００に物体が近接していないことを示すことができる。他の例では、ＲＸ信号と基準信号との差が閾値量を超えない際に、センシング回路５００は、装置２００に近接した物体の種類を検出するように構成しないことができ、そして物体がセンシング回路５００に近接していることを示さないことができる。一例では、センシング回路５００が静電容量センシングを実行するように構成されている際に、センシング回路５００は鉄類または非鉄の導電性物体を検出可能にすることができる。他の例では、センシング回路５００が誘導センシングを実行するように構成されている際に、センシング回路５００はある電位の導電性物体を検出可能にすることができる。センシング回路５００は、第１回路５２８及び／または第２回路５３０を用いて誘導センシングを実行することができ、そしてコンデンサ５２２を用いて静電容量センシングを実行することができる。第１回路５２８または５３０の構成部品は限定的であることを意図していない。図６Ａ〜６Ｄは、以下に説明する、共振回路５２８及び５３０、及びＧＰＩＯ５３３及び５２０の異なる実現を示す。
【００７３】
図６Ａは、一実施形態による、図５のセンシング装置５４０を含むセンシング回路６００を示し、センシング回路５４０は、コンデンサ６４０を有する第１回路５２８、及びインダクタ６４２を有する第２回路５３０を含む。一実施形態では、センシング回路を２センサ・ハイブリッドセンシング回路と称することができ、これらのセンサはそれぞれ誘導センシング用及び静電容量センシング用に構成することができる。図６Ａ中の特徴の一部は図５中の特徴の一部と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。抵抗器５１１と第１回路５２８とは直列に接続することができ、そしてノード５２４に接続することができる。ノード５２４はノード５２６に接続することができる。第２回路５３０はノード５２６に接続することができる。第２回路５３０は第１回路５２８と並列に接続することもできる。第２回路５３０のインダクタ６４２は第１電極とすることができる。第１回路５２８及び第２回路５３０は共通の交流（ＡＣ）接地に接続することができる。
【００７４】
コンデンサ５１８はノード５２６とＧＰＩＯ２２０との間に接続することができる。ＧＰＩＯ２２０はＣＭＣ２１０に接続することができる。ＣＭＣ２１０はスイッチ６４５によって共振回路６４６に接続することができる。スイッチ６４５が開いている際には、共振回路６４６をＣＭＣ２１０から切り離すことができる。スイッチ６４５が閉じている際には、共振回路６４６をＣＭＣ２１０に結合することができる。一実施形態では、共振回路６４６が第２電極である。
【００７５】
センシング回路６００が誘導センシング用に構成されている際に、第１回路５２８及び第２回路５３０はコンデンサ５１８を介してＣＭＣ２１０に接続することができる。ＣＭＣ２１０及びＧＰＩＯ２２６は誘導センシングモード用に構成することができる。一例では、インダクタ６４２と並列のコンデンサ６４０のようなセンシング回路６００に近接した金属物体が、第１回路５２８及びインダクタ６４２を含むＬＣ回路の振幅及び位相に影響を与えることができ、この影響はＣＭＣ２１０によって検出することができる。ＣＭＣ２１０は、ＲＸ信号の振幅の相対的な変化を検出することができ、この変化は誘導センシング構成のＣＭＣ２１０によって検出することができる。
【００７６】
一実施形態では、センシング回路６００が誘導センシング用に構成されている際に、スイッチ６４５によって共振回路６４５をＣＭＣ２１０から切り離すことができる。例えば、共振回路６４６は電極とすることができ、スイッチ６４５はこの電極の接続を接地またはハイＺのいずれか設定することができる。ＣＭＣ２１０及びＧＰＩＯ２２６は誘導センシング用に構成することができる。ＣＭＣ２１０は、ＧＰＩＯ２２０から受信したＲＸ信号を用いて、ＲＸ信号の振幅を変化させる鉄類または非鉄金属の物体を検出することができる。
【００７７】
他の実施形態では、第２回路５３０を円形の平面電極とすることができる。他の実施形態では、共振回路６４６を螺旋形電極とすることができる。これらの電極の形状は限定的であることを意図していない。例えば、この電極は、インダクタ６４２と共振回路６４６との間に静電容量センシング用の容量結合の閾値レベルを有するような形状にすることができる。
【００７８】
図６Ｂに、一実施形態による、図５のセンシング装置５４０の１センサ・ハイブリッドセンシング回路の実施形態を示し、この１センサ・ハイブリッドセンシング回路は、コンデンサ６４０を有する第１回路５２８及びインダクタ６４２を有する第２回路５３０、コンデンサ６４８、及び接地６５０を含む。代案の実施形態では、この１センサ・ハイブリッドセンシング回路を、（図６Ｂにおける）静電容量センシング用に、及び（図６Ｃにおける）誘導センシング用に構成することができる。図６Ｂ中の特徴の一部は図５及び６Ａ中の特徴の一部と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。
【００７９】
抵抗器５１１及び第１回路５２８をノード５２４に接続して直列にすることができる。ノード５２４はノード５２６に接続することができる。第２回路５３０はノード５２６に接続することができる、第２回路５３０は、直列に接続されたインダクタ６４２、コンデンサ６４８、及び接地６５０を含むことができる。
【００８０】
第２回路５３０は第１回路５２８と並列に接続することもできる。一実施形態では、第２回路５３０を第１回路５２８（図６Ｂには図示せず）と直列に接続することができる。コンデンサ５１８はノード５２６とＧＰＩＯ２２０との間に接続することができる。一例では、ＧＰＩＯ２２０は開位置及び閉位置を有するスイッチとすることができる。このスイッチが閉じている際には、コンデンサ５１８はＣＭＣ２１０に接続されている。このスイッチが開いている際には、コンデンサ５１８はＣＭＣ２１０から切り離される。ＧＰＩＯ６５１はスイッチとすることもできる。ＧＰＩＯ６５１が閉じている際には、ＣＭＣ２１０をノード５２６に直接接続することができる。このＧＰＩＯが開いている際には、ＣＭＣ２１０をノード５２６から切り離すことができる。一実施形態では、第１回路５２８及び第２回路５３０を、結合コンデンサ５１８を介してＣＭＣ２１０に接続することができ、ＧＰＩＯ６５１は開いておくことができる。
【００８１】
センシング装置５４０は静電容量センシング用に構成され、コンデンサ５１８はＧＰＩＯ２２０でバイパスすることができる。スイッチ６５６は、誘導センシング回路をＴＸ信号の受信から切り離し、不使用のＧＰＩＯ２２６の接続先をハイＺに設定する。スイッチ６５８は接地をセンシング回路５００から切り離して、不使用の接地の接続先をハイＺに設定する。この構成では、ＣＭＣ２１０を自己容量センシング（ＣＳＤ）用に構成することができ、ここではインダクタ６４２を自己容量電極として構成することができる。インダクタ６４２に近接した物体がインダクタ６４２の自己容量を変化させることができ、この変化はＣＳＤ構成で動作しているＣＭＣ２１０によって検出することができる。
【００８２】
図６Ｃに、一実施形態によるセンシング装置５４０を示し、ここではＧＰＩＯ６５１が開き、ＧＰＩＯ２２０は閉じている。図６Ｃは図６Ｂ中の１センサ・ハイブリッドセンシング回路と同様にすることができるが、誘導センシング用に構成されている。図６Ｃ中の特徴の一部は図５、６Ａ中の特徴の一部と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。抵抗器５１１と第１回路５２８とはノード５２４によって直列に接続することができる。第１回路５２８はコンデンサ６４０とすることができる。ノード５２４はノード５２６に接続することができる。第２回路５３０はノード５２６に接続することができる。第２回路５３０はインダクタ６４２を含むことができる。第１回路５２８と第２回路５３０とは並列に接続することができ、そしてＡＣ接地に接続することができる。代案の実施形態では、第１回路５２８と第２回路５３０とを直列に接続することができる。
【００８３】
コンデンサ５１８はノード５２６及びＧＰＩＯ２２０に接続することができる。一例では、ＧＰＩＯ２２０は開位置及び閉位置を有するスイッチとすることができる。このスイッチが閉位置である際には、コンデンサ５１８がＣＭＣ２１０に接続されている。このスイッチが開位置である際には、コンデンサ５１８はＣＭＣ２１０から切り離されている。ＧＰＩＯ６５１もスイッチとすることができる。ＧＰＩＯ６５１が閉じている際には、ＣＭＣ２１０をノード５２６に直接接続することができる。このＧＰＩＯが開いている際には、ＣＭＣ２１０はノード５２６から切り離すことができ、あるいはＧＰＩＯ２２０を介してノード５２６に接続することができる。
【００８４】
一実施形態では、センシング装置５４０が誘導センシング用に構成されている際に、インダクタ６４２をＧＰＩＯ２２０によってＣＭＣ２１０に接続することができる。ＧＰＩＯ６５１は開いておくことができる。ＣＭＣ２１０及びＧＰＩＯ２２６は誘導センシング用に構成することができる。ＣＭＣ２１０は、ＧＰＩＯ２２０で受信したＲＸ信号を用いて、ＲＸ信号の振幅を変化させる鉄類または非鉄金属の物体を検出することができる。
【００８５】
図６Ｄに、一実施形態による図５のセンシング装置５４０を示し、センシング装置５４０は、コンデンサ５１４を有する第１回路５２８及びインダクタ６４２を有する第２回路５３０、コンデンサ６６２、インダクタ６６４、コンデンサ６６６、及び接地６６８を含む。図６Ｄ中の実施形態は図６Ａに示す２センサ・ハイブリッドセンシング回路と同様にすることができるが、静電容量センシング用に構成されている。図６Ｄ中の特徴の一部は図１、２、５、６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃ中の特徴の一部と同じまたは同様にすることができ、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。
【００８６】
ＧＰＩＯ２２６はスイッチ６６０に接続することができる。スイッチ６６０が閉位置である際には、ＧＰＩＯ２２６が抵抗器５１２に接続されている。スイッチ６６０が開いている際には、ＧＰＩＯ２２６が抵抗器５１２から切り離されている。抵抗器５１２と第１回路５２８とはノード５２４によって直列に接続することができる。第１回路５２８はＧＰＩＯ５１４とすることができる。
【００８７】
ノード５２４はノード５２６に接続することができる。第２回路５３０はノード５２６に接続することができる。第２回路５３０は第１回路５２８と並列に接続することもできる。インダクタ６４２及びコンデンサ６４０はＡＣ接地に接続することができる。第２回路５３０は、インダクタ６４２、コンデンサ６６２、インダクタ６６４、コンデンサ６６６、及び接地６６８を含むことができる。インダクタ６４２はコンデンサ６６２と直列に結合することができる。コンデンサ６６２は共振回路６４６と直列に結合することができる。インダクタ６６４はコンデンサ６６６と直列に結合することができる。コンデンサ６６６は接地６６８と直列に結合することができる。
【００８８】
コンデンサ５１８はノード５２６とＧＰＩＯ２２０との間に接続することができる。ＧＰＩＯ２２０はＣＭＣ２１０に接続することができる。ＧＰＩＯ２２０が開位置である際には、コンデンサ５１８をＣＭＣ２１０から切り離すことができる。ＧＰＩＯ２２０が閉位置である際には、このコンデンサをＣＭＣ２１０に接続することができる。
【００８９】
一実施形態では、センシング装置５４０が静電容量センシング用に構成されている際に、共振回路６４２をＧＰＩＯ２２０によってＣＭＣ２１０から切り離すことができ、第３共振回路６４２はコンデンサ６６２及び共振回路６４６を介してＣＭＣ２１０に接続することができる。例えば、ＧＰＩＯ２２０が第３共振回路６４２を接地またはハイＺに設定することができる。スイッチ６００は、ＧＰＩＯ２２６を切り離して、センシング装置５４０がＴＸ信号を受信しないようにすることができる。スイッチ６６０はＴＸ信号用の接続体を接地またはハイＺに設定することができる。
【００９０】
一実施形態では、ＣＭＣ２１０が自己容量センシング用に構成されている際に、第３共振回路６４２を接地することができ、そして第２電極として構成して共振回路６４６と結合することができる。ＣＭＣ２１０は、受信したＲＸ信号を用いて、上記第３共振回路と共振回路６４６との間の静電界を変化させ得る導電性物体を検出することができる。
【００９１】
図７に、一実施形態による、ＲＸ信号７１２のデジタル表現に関連する振幅変化７２０のグラフ７００を示す。グラフ７００は、図２Ａ中のＣＭＣ２１０で受信したＲＸ信号のデジタル表現７１２を示す。図２Ａの共振回路２２４及びコンデンサ２２２は期間７１４にＴＸ信号を受信することができ、そしてこのＴＸ信号によって励起することができる。
【００９２】
期間７１４において、曲線７１０は、ＲＸ信号の振幅と基準信号の振幅との間に相対的な変化がないことを示す。相対的な変化がないことは、上述したように、位相シフトのない信号における静電容量センシングを実行する際に、ＣＭＣ２１０によって物体を検出することができないことを示すことができる。期間７１６において、曲線７１０は、ＲＸ信号の振幅と基準信号の振幅との間の相対的な変化を示す。この相対的な変化は、上述したように、位相シフトした信号を用いて誘導センシングを実行する際に、ＣＭＣ２１０によって物体を検出することができることを示すことができる。一実施形態では、ＲＸ信号７１２のピーク７２２が、物体が装置２００に近接して配置されている期間を示すことができる。
【００９３】
期間７１８に、ＰＷＭ２２８がＴＸ信号の位相をシフトさせて、およそ０度に戻すことができる。期間７１８に、曲線７１０は、ＲＸ信号と基準信号との間に振幅の相対的な変化がないことを示す。相対的な変化がないことは、上述したように、位相シフトのない信号を用いて静電容量センシングを実行する際に、ＣＭＣ２１０によって物体を検出することができないことを示すことができる。
【００９４】
一実施形態では、ＰＷＭ２２８が、０度の位相を有するＴＸ信号を送信することと、位相シフトしたＴＸ信号を送信することとを交互させることができる。ＴＸ信号の交互する位相にＣＭＣ２１０のタイミングを同期させて、静電容量センシングまたは誘導センシングを順次に実行するようにＣＭＣ２１０を設定することができる。
【００９５】
他の実施形態では、装置２００を利用するアプリケーションに基づいて、装置２００が静電容量センシングと誘導センシングとの間で切り換わることができる。例えば、装置２００を有する装置が、電源ボタンに対して静電容量センシングを用いる低電力モードを有することができる。一旦、装置が電源投入されると、この装置は、誘導センシングを用いる方に切り換わってユーザ入力を受信することができる。
【００９６】
他の実施形態では、装置２００は、ＲＸ信号の信号対雑音（ＳＮＲ：signa to noise ratio）レベルが閾値のＳＮＲレベルを超えるまで静電容量センシングの測定値を取得することができ、このＲＸ信号は入力電荷（ＶTank×ＣC）である。このＳＮＲレベルが閾値のＳＮＲレベルを超えると、図２Ａ中のプロセッサ１１９はＰＷＭ２２８及びＣＭＣ２１０を誘導センシングに切り換えることができる。装置２００が誘導センシングを実行しており、ＴＸ信号のＳＮＲレベルが閾値のＳＮＲレベルを超えると、プロセッサ１１９は同様に、ＰＷＭ２２８及びＣＭＣ２１０を静電容量センシングに切り換えることができる。
【００９７】
一実施形態では、装置２００が物体を検出するように構成され、この物体のサイズまたは種類に基づいて閾値のＳＮＲレベルを変化させることができる。例えば、物体のサイズが比較的小さい際に、閾値のＳＮＲレベルを増加させて、静電容量センシングまたは誘導センシングを実行するのに十分な時間を装置２００に与えることができる。より長い時間を必要とすることがある、というのは、ＴＸ信号はノイズがより多くなり得るし、ＴＸ信号は、複数の静電容量または誘導の測定値を平均して物体の存在を判定するために、ＣＭＣ２１０により長い時間をとらせ得るからである。比較的小さい物体における測定は、比較的大きい物体よりも長い時間を要し得る、というのは、比較的小さい物体と装置２００との間の結合の量はより小さいからである。
【００９８】
図８Ａに、一実施形態による、誘導センシング用のＴＸ信号８１０の位相シフト及び復調のグラフを示す。上述したように、図２Ｂ中の共振回路２２４は、ＴＸ信号８１０をＧＰＩＯ２２６のノード２５０から受信することができ、ＴＸ信号８１０は共振回路２２４の構成部品を励起する。誘導センシングについては、図２Ａ中のＰＷＭ２２８がこのＴＸ信号を位相シフトさせる。
【００９９】
誘導センシングについてのグラフ８００では、ＴＸ信号８１０がおよそ９０度だけ位相シフトしている。ＶAMP信号８１２は、共振回路２２４のインダクタ及びコンデンサ２２２における電圧の変化を示すことができる。ＶAMP信号８１２はＧＰＩＯ２２０で受信することができる。ＶAMP信号８１２はサイン波になり得る、というのは、ＴＸ信号８１０のハイ電圧とロー電圧との間の変化にインダクタが瞬時に応答することができないからである。一例では、ＰＷＭ２２８がＴＸ信号を復調クロック信号ＰＨＩ１ ８１４及びＰＨＩ２ ８１６に対して９０度だけ位相シフトさせることができる。復調クロック信号ＰＨＩ１ ８１４及びＰＨＩ２ ８１６は内部信号とすることができ、シーケンサ２３３のＰＨＩ１ ２５２及びＰＨＩ２ ２５４から図２Ａ中のＣＭＣ２１０の復調器内へ供給される。不感帯は、信号領域または帯域における動作が発生しない区間である。他の実施形態では、ＰＨＩ１ ８１４及びＰＨＩ２ ８１６が図２Ａ〜６Ｄ中のＣＭＣ２１０のスイッチを制御することができる。
【０１００】
上記位相シフトしたＴＸ信号を位相シフトさせて、サイン波のＶAMP信号８１８のピークが、初期のＴＸ信号の立上りエッジの９０°後に発生するようにすることができる。上記位相シフトしたＴＸ信号はＣＭＣ２１０によって完全に積分することができる。ＣＭＣ２１０は、ＣＭＣ２１０がＧＰＩＯ２１２、２１６、及び／または２２０から受信した信号８２０を切り換えて、集合信号８２２を同じ位相で発生することができる。例えば、ＣＭＣ２１０は、ＧＰＩＯ２１２、２１６、及び２２０からの信号の正の部分どうし及び負の部分どうしを一緒に加算して信号８２２を得ることができる。この例では、ＣＭＣ２１０がこれらの信号どうしを長時間にわたって統合し積分してＶintegrate信号８２４を発生することができる。こうした信号どうしの統合及び積分は、共振回路２２４に供給される電荷の量を増加させることができる。ＣＭＣ２１０は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を用いて信号８２２をデジタル信号に変換することもできる。
【０１０１】
Ｖintegrate信号８２４は、信号電圧の集積を示す仮想電圧とすることができる。一例では、上記変換器からのデジタル値を、カウンタを用いて集積することができ、これらのデジタル値を比較器２４０の端子２５６から送信することができる。各サイクルを積分し変換して、積分コンデンサを、当該積分コンデンサが始動した値（Ｖref）に戻す。ＣＭＣ２１０は上記デジタル値を用いて共振回路２２４に信号を供給して、共振回路２２４の構成部品を誘導センシング用に励起することができる。
【０１０２】
図８Ｂに、一実施形態による、静電容量センシング用のＴＸ信号８１０を有するグラフ８０２を示す。ＴＸ信号８１０は復調クロック信号ＰＨＩ１ ８１４及びＰＨＩ２ ８１６に対して位相シフトしていなくてもよい。復調クロック信号ＰＨＩ１ ８１４及びＰＨＩ２ ８１６は内部信号とすることができ、デジタル・シーケンサ２３３のＰＨＩ１ ２５２及びＰＨＩ２ ２５４から図２ＡのＣＭＣ２１０の復調器内へ供給される。Ｖref８２６は、図２Ｄ中の点２５５におけるコンデンサ２１８の信号に見られる電圧である。Ｖref８２８は、図２Ｄ中の点２５７におけるコンデンサ２１４の信号に見られる電圧である。Ｖref８３０は、図２Ｄ中の点２５９におけるＧＰＩＯ２２０の信号に見られる電圧である。カウント継続時間８３２はＶref８２６、Ｖref８２８、及びＶref８３０を代表し、物体がセンシング装置に近接しているか否かを示すことができる。
【０１０３】
一例では、上記変換器からのデジタル値を、カウンタを用いて集積することができ、このデジタル値を比較器２４０の端子２５６から送信することができる。各サイクルを積分して、図２Ｄの点２６１における電圧ＶDDを用いてデジタル値に変換する。ＣＭＣ２１０は、これらのデジタル値を用いて、物体がセンシング装置に近接しているか否かを判定することができる。例えば、ＣＭＣ２１０は、これらのデジタル値のカウンタ継続時間が変化する際に、物体がセンシング装置に近接しているものと判定することができる。
【０１０４】
図９に、一実施形態によるグラフ９００を示し、グラフ９００は共振回路の出力信号の位相シフト及び復調を誘導センシングについて示す。図９中の特徴の一部は図８中の特徴の一部と同一または同様であり、特に明示的断りのない限り同じ参照番号で示す。信号９１２は、ＰＨＩ１ ８１４とＰＨＩ２ ８１６とを組み合わせて復調クロック信号９１２にすることができることを示し、復調クロック信号９１２は図２Ａ中のＣＭＣ２１０の復調器から供給される。信号９１２は図２Ａ〜６Ｄ中のＣＭＣ２１０のスイッチを制御することができる。
【０１０５】
一実施形態では、復調クロック信号９１２のＰＨＩ２クロック位相の期間中に、ＣＭＣ２１０のＡＭＵＸ上の電荷が下降して基準電圧（ＶrefＨＩ）を下回り得る。図２Ａ中のデジタル・シーケンサ２３３のＰＨＩ１クロック位相の期間中には、ＣTank２１８を放電させてＶrefＨＩ未満に戻すことができる。復調クロック９１２のハイ位相の期間中には、ＡＭＵＸの電圧がＶrefＨＩの電圧を超えて増加し得る。ＰＨＩ２クロック位相の期間中には、デジタル・シーケンサ２３３が図２ＡのＣMOD２１４を充電して基準電圧まで下げる。
【０１０６】
図１０Ａに、一実施形態による、図２Ａ中のＣＭＣ２１０が誘導センシング用に用いる周波数のグラフ１０００を示す。電極を誘導センシング用に用いることができる。電極のセンシング範囲は、検出される物体の種類、及び電極のサイズ及び形状に依存し得る。例えば、鉄及び鋼鉄のような鉄類の金属は、より長いセンシング範囲を可能にすることができるのに対し、アルミニウム及び銅のような非鉄金属は、電極のセンシング範囲を６０パーセントまで低減し得る。
【０１０７】
一実施形態では、電極のサイズ及び形状を選択することが、電極の内径(D_inner）／外径(D_outer)比の近似値を決定すること、電極の１ターン（巻回）当たりのインダクタンス（ＡＬ）を、当該電極の内径、外径、厚さ、トレース及びスペース幅、ターン数及び層数、及び層のレイアウトの関数として決定することを含むことができる。電極のサイズ及び形状は、その電極を使用する用途に基づいて変化し得る。例えば、電極の形状は平面コイルまたはパンケーキ型（平坦な）螺旋コイルとすることができる。電極を静電容量センシング用に用いる際には、高い電位を電極の中心または内側パッドではなく電極の外側端子に供給することができる。電極の外径（D_outer）に対する電極の内径（D_inner）の比率は、検出する物体のサイズ、及び電極と物体との間の動作距離に基づくことができる。一例では、電極に比較的近い物体用に、内径(D_inner）／外径(D_outer)比をおよそ０．２５にすることができる。他の例では、電極から比較的遠い物体用に、内径(D_inner）／外径(D_outer)比をおよそ０．６にすることができる。
【０１０８】
他の実施形態では、電極のサイズを選択することが、電極のターン間及び層間の、及び接地と対象（ターゲット）物体との間のコイル容量結合を決定することを含むこともできる。次に、電極のインダクタンス及び抵抗を分析して、最適な周波数応答を有する電極のサイズを選択することができる。
【０１０９】
動作の最適な周波数は、物体ありと物体なしとの信号の差が最大であり、かつ上記デジタル値が最大量だけ変化する場合である。一例では、共振回路の共振周波数のＴＸ信号によって共振回路を励起することができる。一例では、共振回路の共振周波数を(１/２)×π×ＬＣとすることができる。他の例では、周波数が共振周波数から遠ざかるほど信号の差が大きくなり得る。他の例では、図２Ａ中の共振回路２２４内の直列抵抗を変化させて、信号の差の量を増幅すること、あるいは減衰させることができる。
【０１１０】
グラフ１０００は、基準信号１０１２の振幅及びＲＸ信号１０１０の振幅を示す。点１０１４及び１０１６で基準信号１０１２とＲＸ信号１０１０との振幅の差が最大になり、上記デジタル値の最大の差を示す。この振幅の差は、およそ６００キロヘルツ（kHz）または１０００kHzが最適な周波数であることを示している。
【０１１１】
図１０Ｂに、一実施形態による、図２Ａ中のＣＭＣ２１０が誘導センシング用に用いることができる他の周波数のグラフ１０２０を示す。グラフ１０２０は、基準信号１０２４の振幅及びＴＸ信号１０２２の振幅を示す。点１０２６で、基準信号１０２４とＴＸ信号１０２２との振幅の差が最大になる。この振幅の差は、およそ１０００kHzが最適な周波数であることを示している。
【０１１２】
図１０Ｃに、一実施形態による、図２Ａ中のＣＭＣ２１０が誘導センシング用に用いる他の周波数のグラフ１０３０を示す。グラフ１０３０は、基準信号１０３４の振幅及びＴＸ信号１０３２の振幅を示す。点１０３６で、基準信号１０３４とＴＸ信号１０３２との振幅の差が最大になる。この振幅の差は、およそ１０００kHzが最適な周波数であることを示している。
【０１１３】
図１１に、一実施形態による、センシング装置のインダクタンスまたは静電容量を測定する方法１１００の流れ図を示す。方法１１００は、ハードウェア（例えば、回路、専用論理回路（専用ロジック）、プログラマブル・ロジック、マイクロコード、等）、ソフトウェア（例えば、処理装置上で実行される命令）、またはその組合せを具えた処理論理回路によって実行することができる。方法１１００は、その全部または一部を装置２００によって実行することができる。
【０１１４】
方法１１００はブロック１１１０で開始され、ブロック１１１０では、信号発生器が第１信号及び第３信号を発生する。方法１１００はブロック１１２０に続き、ブロック１１２０では、ＰＷＭが第１信号の位相をシフトさせて第３信号を得る。一例では、ＰＷＭが第３信号の位相を基準信号の位相に対して９０度だけシフトさせることができる。方法１１００はブロック１１３０に続き、ブロック１１３０では、第１信号がセンシング装置を励起する。方法１１００はブロック１１４０に続き、ブロック１１４０では、第１信号が信号発生器によってセンシング装置に供給されると、電荷測定回路がセンシング装置上の第２信号を測定することができる。第２信号はセンシング装置の静電容量を表すことができる。方法１１００はブロック１１５０に続き、ブロック１１５０では、第３信号がセンシング装置を励起することができる。方法１１００はブロック１１６０に続き、ブロック１１６０では、第３信号が信号発生器によってセンシング装置に供給されると、電荷測定回路がセンシング装置上の第４信号を測定することができる。第４信号はセンシング装置のインダクタンスを表すことができる。
【０１１５】
図１２に、他の実施形態による、第１電極及び第２電極に信号を供給する方法１２００の流れ図を示す。方法１２００は、ハードウェア（例えば、回路、専用論理回路、プログラマブル・ロジック、マイクロコード、等）、ソフトウェア（例えば、処理装置上で実行される命令）、またはその組合せを具えた処理論理回路によって実行することができる。方法１２００は、その全部または一部を装置２００によって実行することができる。
【０１１６】
方法１２００はブロック１２１０で開始され、ブロック１２１０では、第１モードで第１信号を第１電極に供給することができる。方法１２００はブロック１２２０に続き、ブロック１２２０では、第１信号が第１電極に供給されたことに応答して、第２信号を第２電極で受信する。第２信号は第１電極と第２電極との間の静電容量を示すことができる。方法１２００はブロック１２３０に続き、ブロック１２３０では、第２モードで第３信号を誘導コイルに供給する。方法１２００はブロック１２４０に続き、ブロック１２４０では、第３信号に応答して、第４信号を誘導コイルで受信する。第４信号は誘導コイルのインダクタンスを示す。第４信号は第２電極のインダクタンスを示すことができる。一例では、第２信号が変化する際に、ＣＭＣは、容量性物体が第１電極または第２電極に近接しているものと判定することができる。第２信号の変化は、第１電極と第２電極との間の静電容量の変化を示す。他の例では、第４信号が変化する際に、ＣＭＣは、鉄類の金属物体または非鉄金属物体が誘導コイルに近接しているものと判定することができる。第４信号の変化は、誘導コイルにおけるインダクタンスの変化を示すことができる。
【０１１７】
本発明の実施形態は、本明細書中に記載する種々の動作を含む。これらの動作は、ハードウェア構成部品、ソフトウェア、ファームウェア、またはその組み合わせによって実行することができる。
【０１１８】
本明細書中の方法の動作は特定の順序で図示して説明しているが、各方法の動作の順序は変更することができ、これにより、特定の動作を逆の順序で実行することができ、あるいは、特定の動作を、少なくとも部分的に他の動作と同時に実行することができる。他の実施形態では、個別の動作の命令または下位の動作を間欠的な、及び／または交互する様式にすることができる。本明細書中に用いる「第１」、「第２」、「第３」、「第４」、等は、異なる要素間を区別するためのラベルとしての意味であり、それらの数字表示に従った順序的意味を必ずしも有さなくてもよい。
【０１１９】
以上の説明は、本発明のいくつかの実施形態の理解をもたらすために、具体的なシステム、構成要素、方法、等の例のような多数の具体的細部を説明している。しかし、本発明の少なくとも一部の実施形態は、これらの具体的細部なしに実施することができることは、当業者にとって明らかである。他の例では、本発明の実施形態を無用に曖昧にすることを回避するために、周知の構成要素または方法は詳細に説明しておらず、あるいは単純なブロック図形式で提示している。従って、説明する具体的細部は例示に過ぎない。特定の実施形態は、これらの例示的細部から変化していることがあるが、それでも本発明の範囲内であることを目論んでいる。
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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