專利名稱：使用差分模/數轉換器的設備的制作方法
使用差分模/數轉換器的設備
背景技術：
觸摸屏正廣泛地用于各種電子裝置和系統中。滿足此類電子裝置和系統的消費者 的需要正推動著工業(yè)提供具有適當增加的靈敏度和易用性的觸摸屏。

發(fā)明內容
電子設備和操作所述電子設備的方法的實施例可包含抑制在小于與所產生的波 形相關聯的頻率的頻率下的噪聲。在各種實施例中，使用差分模/數轉換器的設備可執(zhí)行 可在多種應用程序中實施的低頻噪聲抑制。


在附圖的實例性圖示中以實例方式而非限制方式圖解說明本發(fā)明的實施例，附圖 中圖1圖解說明使用差分模/數轉換器的設備的實例性實施例的框圖。圖2顯示具有耦合到電路以測量電荷轉移的矩陣觸摸屏的設備的實例性實施例 的特征的框圖。圖3顯示具有耦合到電路以測量電荷轉移的矩陣觸摸屏的設備的實例性實施例 的特征的框圖。圖4顯示用于低頻噪聲抑制的方法的實例性實施例的特征。圖5顯示具有控制器和包含觸摸屏及電路的設備的系統的框圖，所述電路具有用 于在所述觸摸屏的操作中進行電荷測量的模/數轉換器。
具體實施例方式以下詳細說明涉及以圖解說明方式顯示各種實施例的附圖。足夠詳細地描述這些 實施例以使所屬領域的技術人員能夠實踐這些及其它實施例?？衫闷渌鼘嵤├?，且可對 這些實施例作出結構、邏輯和電改變。各實施例未必相互排斥，因為一些實施例可與一個或 一個以上其它實施例組合以形成新的實施例。因此，以下詳細說明不視為具有限定性意義。圖1圖解說明使用差分模/數轉換器(ADC) 105的設備100的實例性實施例的框 圖。設備100還包含波形捕獲電路110。波形捕獲電路提供用于獲取波形的特性特征的機 構。此類特性包含(但不限于)最大振幅、最小振幅、相位或波形的其它特征。波形捕獲電 路110可經布置以捕獲所述波形的沿一個方向變化的特性及沿不同方向變化的相關聯特 性。舉例來說，波形捕獲電路110可獲取周期波形的最大振幅和同一周期波形的最小振幅， 其中所述最大和最小均與同一周期相關聯。舉例來說，波形捕獲電路110可獲取脈沖的上 升沿和脈沖的下降沿及/或所述上升沿和下降沿的表示。在各種實施例中，波形捕獲電路 110可獲取電路組件對輸入脈沖的上升沿的響應及電路組件對輸入脈沖的下降沿的響應及 /或這些響應的表示。波形捕獲電路110可經結構化以操縱波形來抽取所述波形的相關信息或表示。舉
4例來說，電壓脈沖的上升沿和電壓脈沖的下降沿均與最大電壓相關。與脈沖或者對所述脈 沖的響應同時存在的噪聲或低頻干擾通常為上升沿和下降沿所共有。波形捕獲電路110可 對脈沖或對所述脈沖的響應進行操作，以提供相反極性的脈沖，所述相反極性的脈沖具有 相同極性的相關聯共用噪聲或低頻干擾。所述兩個脈沖的減法有效地減少或消除相關聯共 用噪聲或低頻干擾且可使與所述脈沖的上升沿和下降沿相關聯的動態(tài)范圍加倍。如圖1中所示，ADC 105耦合到波形捕獲電路110。ADC 105可配置有耦合到波形 捕獲電路110的輸入以接收沿一個方向變化的特性的表示且接收沿不同方向變化的相關 聯特性的表示。差分ADC 105可移除為兩個方向所共有的信號分量。在許多情形中，此類 共用分量往往是噪聲。在波形是脈沖的情況下，沿一個方向變化的特性可以是所述脈沖的 上升沿且沿不同方向變化的相關聯特性可以是所述脈沖的下降沿。在波形是輸入脈沖的情 況下，施加到波形捕獲電路110的上升沿和下降沿可以是對耦合到波形捕獲電路110的電 路的輸入波形的響應。在各種實施例中，波形捕獲電路110包含取樣與保持電路。所述取樣與保持電路 可耦合到放大器使得波形捕獲電路110經布置以提供脈沖的上升沿的表示和脈沖的下降 沿的表示。可將所述放大器實現為虛擬接地放大器。圖2顯示具有耦合到電路210以測量電荷轉移的矩陣觸摸屏201的設備200的實 例性實施例的特征的框圖。矩陣觸摸屏201包含驅動電極202 (稱作X線或X電極)，所述 驅動電極電容耦合到接收電極204 (稱作Y線或Y電極)。為便于論述，僅顯示一個X電極 202和一個Y電極204。X驅動電極202通過介電材料與Y電極204分離。在物理布置中無 任何擾動的情況下，響應于施加到X電極202的信號而在Y電極204處接收的信號是基于 矩陣觸摸屏201的物理布置及材料確定的電容耦合。與矩陣觸摸屏201的接觸(例如，通 過人類觸摸)改動X電極202與Y電極204之間的電容關系，此影響與施加到X電極202 的信號相關聯的電荷轉移?？墒褂秒娐?10測量與X電極202與Y電極204之間的電容耦 合相關聯的電荷轉移。在各種實施例中，電路210經配置以在對與矩陣觸摸屏201相關聯 的電荷轉移的測量中抑制低頻干擾。電路210可經布置以使得其獨立于矩陣觸摸屏201及 其組件(例如，驅動X電極202及接收Y電極204)的物理結構和設計。因此，電路210可 與各種觸摸屏一起使用。電路210的部分或全部可與矩陣觸摸屏201集成在一起。另一選 擇為，電路210的部分或全部可與同矩陣觸摸屏201分離的一個或一個以上其它組件集成 在一起。在各種實例性實施例中，電路210包含放大器212、取樣與保持電路214、取樣與保 持電路216及差分模/數轉換器(ADC) 218。可將放大器212實現為虛擬接地放大器。虛擬 接地放大器212可相對于Y輸出線204用作電荷積分放大器。將差分ADC218耦合到電路 210中的虛擬接地放大器以測量電荷轉移提供用以在對與矩陣觸摸屏201相關聯的電荷轉 移的測量期間抑制低頻干擾的機構。如圖2中所示，連接到矩陣觸摸屏201上的Y線204的虛擬接地放大器212以操 作方式收集電荷并響應于矩陣觸摸屏201上的X線202上的上升信號而產生負電壓偏移。 來自虛擬接地放大器212的所產生電壓可由耦合到虛擬接地放大器212的取樣與保持電路 214保持?？杀３盅靥囟ǚ较虻乃a生電壓的最大值。接著，降低X線上的信號導致來自 虛擬接地放大器212的正偏移，其可被接收并保持于取樣與保持電路216中。對于施加到
5X線202的脈沖，所述脈沖的每一沿將由虛擬接地放大器212產生沿特定方向的脈沖。正 (上升)沿將由虛擬接地放大器212產生負向脈沖且負(下降)沿將由虛擬接地放大器212 產生正脈沖。耦合到取樣與保持電路214及取樣與保持電路216的差分ADC 218以操作方 式測量與X線202上的上升信號及下降信號相關聯的兩個電壓之間的差。取樣與保持電路 214及216經控制以提供用于將來自虛擬接地放大器212的正輸出和負輸出大致同時提供 到差分ADC 218的機構。電路210可以操作方式對由X線202產生的脈沖的兩個沿執(zhí)行電荷收集。對脈沖 的兩個沿的電荷收集允許ADC 218的輸出處的電荷測量的動態(tài)范圍的加倍。另外，測量電 路210中的直流(DC)偏移或者在大致低于X線202上信號的頻率的頻率下的干擾往往導 致測量的兩個半部中的相等改變且可在于ADC 218處進行差分測量時被移除。設備200還可包含控制單元220，其用于管理與施加到矩陣觸摸屏201的X線202 的脈沖相關聯的電荷測量，以便使使用ADC 218的輸出進行的測量同步?？刂茊卧?20可 經配置以向X線202施加脈沖。另一選擇為，控制單元220可經布置以使用并控制根據另 一驅動源的脈沖產生進行的測量。通過使用差分ADC 218對施加到X輸入線202的波形的雙沿的響應進行操作，可 抑制相對于所述波形的頻率為低頻的噪聲。使用差分ADC 218及與脈沖的上升沿和下降沿 相關聯的雙沿電荷轉移可實現因觸摸屏所致的電荷測量中的低頻噪聲抑制。另外，差分ADC 218可產生電荷測量的增強動態(tài)分辨率?？山柚鶻線上的脈沖實施電荷測量。每一脈沖均具有正沿和負沿。正沿將產生負 信號且負沿將產生正信號或反之亦然，此取決于電路。從正沿對信號進行取樣，需要來自測 量的信號加上來自低頻干擾的某一值。關于正沿的信號可由下式表示Sp = -M+L，其中M是測量值且L來自低頻干擾。關于負沿的信號按下式獲取Sn = +M+L。注意，L對于比測量慢得多的頻率來說將是相同的。在將Si^PSn饋送到差分 ADC218的情況下，差分ADC 218提供測量，其中信號的輸出由下式給出Sadc = (+M+L) - (-M+L) = 2M。可將此ADC測量視為與在轉換期間使兩個基于沿的信號相減相同。如以上所示， 電路210的架構可實現實質上消除脈沖的兩個沿所共有的低頻噪聲，同時使信號測量加倍。圖3顯示具有耦合到電路310以測量電荷轉移的矩陣觸摸屏301的設備300的實 例性實施例的特征的框圖。矩陣觸摸屏301包含電容耦合到接收電極304的驅動電極302。 為便于論述，類似于針對圖2的論述，僅顯示一個X電極302和一個Y電極304。類似于圖2 的設備200，矩陣觸摸屏301的操作基于X驅動線302與Y輸出線304之間的電容耦合?？?使用電路310測量與X線302與Y線304之間的電容耦合相關聯的電荷轉移。電路310可 經布置使得其獨立于矩陣觸摸屏301及其組件(例如，驅動X電極302和接收Y電極304) 的物理結構和設計。因此，電路310可與各種觸摸屏一起使用。電路310的部分或全部可 與矩陣觸摸屏301集成在一起。另一選擇為，電路310的部分或全部可與同矩陣觸摸屏301 分離的一個或一個以上其它組件集成在一起。
在各種實例性實施例中，電路310包含放大器311、模/數轉換器(ADC)313及數字 減法單元315?？蓪⒎糯笃?11實現為虛擬接地放大器。虛擬接地放大器311可相對于Y 輸出線304用作電荷積分放大器。在操作中，連接到矩陣觸摸屏301上的Y線304的虛擬 接地放大器311以操作方式收集電荷并響應于矩陣觸摸屏301上的X線302上的上升信號 而產生負電壓偏移?？蓪碜蕴摂M接地放大器311的所產生電壓直接發(fā)送到ADC 313。接 著，降低X線上的信號導致來自虛擬接地放大器311的正偏移，可將其直接發(fā)送到ADC 313。 ADC 313將從虛擬接地放大器311接收的兩個電壓的數字表示提供到數字減法單元315。數 字減法單元315可以若干常規(guī)或等效格式實現。數字減法單元315的輸出用于對與電容耦 合到矩陣觸摸屏301的接收Y線304的X輸入線302上驅動的信號相關聯的電荷轉移的測 量中。電路310可以操作方式對在X線302處產生的脈沖的兩個沿執(zhí)行電荷收集，其中數 字減法裝置實現電荷測量中的低頻抑制。設備300還可包含控制單元320，其用于管理與施加到矩陣觸摸屏301的X線302 的脈沖相關聯的電荷測量，以便使使用ADC 313的輸出進行的測量同步?？刂茊卧?20可 經配置以向X線302施加脈沖。另一選擇為，控制單元320可經布置以使用并控制根據另 一驅動源的脈沖產生進行的測量。圖2的電路210有效地使用呈模擬格式的減法。另一方面，圖3的電路310實施 呈數字格式的減法。在各種實施例中，取樣與保持電路與類似于圖2中所示實例的差分模 /數轉換器一起使用可比使用類似于圖3中所示實例的數字減法的實施例提供更好的分辨率。圖4顯示用于低頻噪聲抑制的方法的實例性實施例的特征。在410處，從輸出線 獲取第一響應，其中所述第一響應是從波形的上升沿導出的信號?？蓮木仃囉|摸屏的輸出 線獲取所述第一響應，其中所述第一響應包含從施加到所述矩陣觸摸屏的輸入線的脈沖的 上升沿導出的電容感應信號。在420處，從所述輸出線獲取第二響應，其中所述第二響應是從波形的下降沿導 出的信號?？蓮乃鼍仃囉|摸屏的輸出線獲取所述第二響應，其中所述第二響應包含從施 加到所述矩陣觸摸屏的輸入線的脈沖的下降沿導出的電容感應信號。在430處，操縱所述第一響應和所述第二響應以抑制在小于與所述波形相關聯的 頻率的頻率下的噪聲?？上鄬τ谑┘拥剿鼍仃囉|摸屏的輸入線的脈沖實施對所述第一響 應和所述第二響應的操縱以致抑制在小于與所述脈沖相關聯的頻率的頻率下的噪聲。此操 縱可包含所述第一響應的數字表示與所述第二響應的數字表示之間的減法。其它操縱可包 含將所述第一響應和所述第二響應施加到取樣與保持電路并將來自所述取樣與保持電路 的輸出施加到差分模/數轉換器，使得所述差分模/數轉換器的輸出包含對與所述第一響 應和所述第二響應相關聯的電荷的測量。所述第一響應和所述第二響應可通過虛擬接地放 大器耦合到所述取樣與保持電路。在所述第一響應對應于所述脈沖的上升沿且所述第二響 應對應于所述脈沖的下降沿的情況下，所述虛擬接地放大器分別將負脈沖和正脈沖輸出到 所述取樣與保持電路?？赏ㄟ^將取樣與保持電路的輸出施加到差分模/數轉換器移除脈沖 的上升沿和下降沿所共有的噪聲。圖5顯示具有控制器505及包含觸摸屏556和控制電路558的設備(例如，顯示 器裝置555)的系統500的框圖，控制電路558具有用于在觸摸屏556的操作中進行電荷測量的模/數轉換器。所述模/數轉換器可配置有其它電路組件以提供因觸摸屏556的操作 所致的電荷測量中的低頻噪聲抑制?？筛鶕愃朴诒疚闹兴枋龅膶嵤├蚺c本文中所描 述的實施例相同的各種實施例來布置觸摸屏556和控制電路558。可將控制器505實現為 處理器。可使用常規(guī)技術以將系統500的個別組件耦合在一起或將所述組件集成為一個 或若干單元的各種方式來形成系統500。在各種實施例中，系統500還包含電子設備535和 總線515。總線515提供控制器505與電子設備535之間、控制器505與存儲器525之間 及耦合到總線515的各種組件之間的導電性。在一實施例中，總線515包含各自經單獨配 置的地址總線、數據總線和控制總線。在替代實施例中，總線515使用共用導電線來提供地 址、數據或控制中的一者或一者以上，通過控制器505調節(jié)對所述導電線的使用。在各種實 施例中，存儲器525可包含一個或一個以上存儲器類型，例如(但不限于)，DRAM (動態(tài)隨機 存取存儲器)、SRAM(靜態(tài)隨機存取存儲器)、快閃存儲器、磁性存儲器、其它存儲器格式及 其組合。在各種實施例中，一或多個額外外圍裝置545耦合到總線515。外圍裝置545可包 含顯示器、成像裝置、印刷裝置、無線裝置、額外存儲存儲器、可結合控制器505操作的控制
直ο在各種實施例中，系統500包含具有觸摸屏556和控制電路555的顯示器裝置 555，其中控制電路555具有經配置以用于從觸摸屏的操作中進行電荷測量的模/數轉換 器。另一選擇為，控制電路555可與控制器505或者系統500的與觸摸屏556分離的一個或 一個以上其它組件集成在一起。具有顯示器裝置555的系統500包含(但不限于)光纖系 統或裝置、電光系統或裝置、光學系統或裝置、成像系統或裝置及信息處置系統或裝置(例 如，無線系統或裝置、電信系統或裝置及計算機)。盡管本文已圖解說明及描述了具體實施例，但所屬領域的技術人員將了解，任何 經計算以實現相同目的的布置均可替代所示的具體實施例。各種實施例使用本文中所描述 的實施例的排列及/或組合。應理解，以上說明打算為說明性，而非限制性，且本文中所采 用的措詞或術語目的在于說明。
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權利要求
一種方法，其包括從輸出線獲取第一響應，所述第一響應是從波形的上升沿導出的信號；從所述輸出線獲取第二響應，所述第二響應是從所述波形的下降沿導出的信號；及操縱所述第一響應和所述第二響應以抑制在小于與所述波形相關聯的頻率的頻率下的噪聲。
2.根據權利要求1所述的方法，其中從輸出線獲取第一響應包含從矩陣觸摸屏的輸出線獲取所述第一響應，所述第一響應 是從施加到所述矩陣觸摸屏的輸入線的脈沖的上升沿導出的電容感應信號；從所述輸出線獲取第二響應包含從所述矩陣觸摸屏的所述輸出線獲取所述第二響應， 所述第二響應是從施加到所述矩陣觸摸屏的所述輸入線的所述脈沖的下降沿導出的電容 感應信號；且操縱所述第一響應和所述第二響應以抑制在小于與所述波形相關聯的頻率的頻率下 的噪聲包含操縱所述第一響應和所述第二響應以抑制在小于與所述脈沖相關聯的頻率的 頻率下的噪聲。
3.根據權利要求2所述的方法，其中操縱所述第一響應和所述第二響應包含所述第一 響應的數字表示與所述第二響應的數字表示之間的減法。
4.根據權利要求2所述的方法，其中操縱所述第一響應和所述第二響應包含將所述第一響應和所述第二響應施加到取樣與保持電路；將來自所述取樣與保持電路的輸出施加到差分模/數轉換器，使得所述差分模/數轉 換器的輸出包含對與所述第一響應和第二響應相關聯的電荷的測量。
5.根據權利要求4所述的方法，其中將來自所述取樣與保持電路的輸出施加到所述差 分模/數轉換器包含將兩個電壓從所述取樣與保持電路施加到所述差分模/數。
6.一種設備，其包括波形捕獲電路，其經配置以捕獲具有沿一個方向變化的特性的波形且捕獲沿不同方向 變化的相關聯特性；及差分模/數轉換器，其耦合到所述波形捕獲電路，所述差分模/數轉換器具有用以接收 所述沿所述一個方向變化的特性的表示及用以接收所述沿所述不同方向變化的相關聯特 性的表示的輸入。
7.根據權利要求6所述的設備，其中所述波形是對脈沖的響應，所述沿一個方向變化 的特性是對所述脈沖的所述響應的上升沿，且所述沿不同方向變化的相關聯特性是對所述 脈沖的所述響應的下降沿。
8.根據權利要求7所述的設備，其中所述波形捕獲電路包含取樣與保持電路。
9.根據權利要求7所述的設備，其中所述波形捕獲電路包含耦合到兩個取樣與保持電 路的放大器，所述波形捕獲電路經布置以提供所述脈沖的所述上升沿的表示和所述脈沖的 所述下降沿的表示。
10.根據權利要求9所述的設備，其中所述放大器包含虛擬接地放大器。
11.一種系統，其包括矩陣觸摸屏，其具有輸入線和輸出線，所述輸出線相對于所述輸入線配置以獲取從施 加到所述矩陣觸摸屏的所述輸入線的波形導出的電容感應信號；波形捕獲電路，其經配置以捕獲所述電容感應信號的特性，所述特性包含沿一個方向 變化的特性和沿不同方向變化的相關聯特性；及差分模/數轉換器，其耦合到所述波形捕獲電路，所述差分模/數轉換器具有用以接收 所述沿所述一個方向變化的特性的表示及用以接收所述沿所述不同方向變化的特性的表 示的輸入。
12.根據權利要求11所述的系統，其中所述波形是脈沖，所述沿一個方向變化的特性 是對所述脈沖的響應的上升沿，且所述沿不同方向變化的特性是對所述脈沖的所述響應的 下降沿。
13.根據權利要求12所述的系統，其中所述波形捕獲電路包含取樣與保持電路。
14.根據權利要求12所述的系統，其中所述波形捕獲電路包含虛擬接地放大器，所述 虛擬接地放大器耦合到所述輸出線以接收所述電容感應信號且耦合到兩個取樣與保持電 路以將所述脈沖的所述上升沿的表示和所述脈沖的所述下降沿的表示發(fā)送到所述兩個取 樣與保持電路。
15.根據權利要求14所述的系統，其中所述兩個取樣與保持電路耦合到所述差分模/ 數轉換器。
16.根據權利要求14所述的系統，其中所述系統包含控制電路以使所述脈沖的產生與 所述兩個取樣與保持電路的操作同步。
17.根據權利要求11所述的系統，其中所述差分模/數轉換器與所述波形捕獲電路配 置在一起，使得所述差分模/數轉換器以操作方式從對來自所述電容感應信號的電荷的測 量中移除DC偏移。
全文摘要
本發(fā)明揭示電子設備和操作所述電子設備的方法，其包含抑制在小于與所產生的波形相關聯的頻率的頻率下的噪聲。本申請在各種實施例中涉及使用差分模/數轉換器的設備。在各種實施例中，使用差分模/數轉換器的設備可執(zhí)行可在多種應用程序中實施的低頻噪聲抑制。本發(fā)明還揭示額外設備、系統和方法。
文檔編號G06F3/044GK101937297SQ201010215300
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權日2009年6月26日
發(fā)明者馬丁·約翰·西蒙斯 申請人:愛特梅爾公司