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TWI779547B - 電容感測裝置操作方法 - Google Patents

電容感測裝置操作方法 Download PDF

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TWI779547B
TWI779547B TW110112329A TW110112329A TWI779547B TW I779547 B TWI779547 B TW I779547B TW 110112329 A TW110112329 A TW 110112329A TW 110112329 A TW110112329 A TW 110112329A TW I779547 B TWI779547 B TW I779547B
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baseline
proximity
processing circuit
update
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TW110112329A
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林王安
吳春蓉
王濬綸
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昇佳電子股份有限公司
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Publication date
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Abstract

本發明係有關一種電容感測裝置操作方法，其包含：計算該偵測資料相較於先前資料框中接收到的偵測資料之一變化量；依據該偵測資料及所保存的一基線值進行比較運算，以判斷是否發生近接事件。在近接事件發生時，依據該變化量所在的範圍，來從數種近接基線值更新程序中擇一對該基線值進行更新，故能有效避免在物體長時間靠近電容感測裝置的情形下，發生無法適時更新基線值而導致電容感測裝置可能誤判的問題。

Description

電容感測裝置操作方法
本發明係有關一種感測裝置的操作方法，尤其是一種即時更新電容感測裝置之基線值的操作方法。
市售眾多電子裝置設置中均有近接感測器(Proximity Sensor)，近接感測器用於偵測物體是否接近電子裝置，據以讓電子裝置作出對應的判斷或控制。常見以光感測裝置來構成近接感測器，然而光感測器係仰賴發光元件發射光線，並測量所接收到的反射光強度來判斷物體是否接近，因此僅能感測發光元件之出光方向上的物體，在應用上仍然有其限制。
取而代之的，也可以透過電容感測裝置來構成近接感測器，其原理係依據物體靠近電容感測裝置時一感測電極所感測到的電容量，來判斷使用者物體是否接近電子裝置。如此不僅可感測由各個方向接近電子裝置的物體，由於人體和其他材質的介電係數有所差異，因此以電容感測裝置所構成的近接感測器還可辨別接近電子裝置的是否為人體。因此若使用者接近電子裝置，則可降低電子裝置射頻電路之發射功率，以控制特定吸收比率(Specific Absorption Rate，SAR)於規範內，而避免引響人體健康。
一般而言，電容感測裝置會將感測電極所感測到的電容量和一基線值(Baseline)進行比較運算，以判斷是否發生近接事件。隨著溫度、濕度等環境條件不同，感測電極所感測到的電容量本來就會有所不同，因此基線值應當隨著環境條件進行動態調整，以確保電容感測裝置能夠正確判斷是否有物體接近。在現有技術中，調整基線值的方法一般會利用沒有近接事件發生時感測電極所感測到的電容量來更新基線值；相對地，在有近接事件發生的情況下，現有技術會認定感測電極所感測到的電容量主要來自於物體接近所致，因此會在近接事件發生時完全或部分凍結基線值的更新。
然而，在物體長時間靠近電容感測裝置的情形下，上述現有技術將發生無法適時更新基線值，進而導致電容感測裝置可能誤判而無法正確脫離近接事件或無法再次判斷近接事件發生的問題。舉例而言，當使用者將電子裝置靠近臉部進行持續通話，且周遭環境發生劇變(例如由炎熱戶外走入冷氣房)，由於現有技術會在此過程中完全或部分凍結基線值的更新，進而導致電容感測裝置後續可能誤判的情況。
基於上述之問題，本發明提供一種即時更新電容感測裝置之基線值的操作方法，其可提升電容感測裝置之基線值與環境條件的匹配程度，以進一步增加近接事件之判斷準確性。
本發明之一目的在於提供一種電容感測裝置的操作方法，其可在近接事件發生時以數種近接基線值更新程序來持續更新基線值，來提升電容感測裝置之基線值與環境條件的匹配程度，進而有效增加近接事件之判斷準確性。
本發明包含一種電容感測裝置操作方法，其通過一訊號處理電路、一基線處理電路及一近接感測電路實施，該電容感測裝置操作方法包含：由該訊號處理電路接收一偵測資料；以該基線處理電路計算該偵測資料相較於先前資料框中接收到的偵測資料之一變化量；以該近接感測電路依據該偵測資料及所保存的一基線值進行比較運算，以判斷是否發生近接事件；其中，在近接事件發生時，該基線處理電路係依據該變化量所在的範圍，來從數種近接基線值更新程序中擇一對該基線值進行更新；在近接事件並未發生時，該基線處理電路係依據一非近接基線值更新來對該基線值進行更新；以及該基線處理電路將更新後的基線值輸出至該近接感測電路。
本發明包含另一種電容感測裝置操作方法，與上述操作方法不同之處在於：在近接事件並未發生時，該基線處理電路係依據該變化量所在的範圍，來從數種非近接基線值更新程序中擇一對該基線值進行更新。
10:電容感測裝置
12:感測電路
14:類比數位轉換電路
16:訊號處理電路
18:基線處理電路
20:近接感測電路
VSEN:感測訊號
SD:數位訊號
Raw:偵測資料
B:基線值
ProX:近接訊號
S10:接收偵測資料步驟
S20:計算變化量步驟
S30:近接事件判斷步驟
S40:變化量所在範圍判斷步驟
S51:第一近接基線值更新步驟
S52:第二近接基線值更新步驟
S60:變化量所在範圍判斷步驟
S70:非近接基線值更新步驟
S71:第一非近接基線值更新步驟
S72:第二非近接基線值更新步驟
第1圖：其為本發明之一實施例所搭配之電容感測裝置的方塊圖；
第2圖：其為本發明之一實施例之運作流程圖；以及
第3圖：其為本發明之另一實施例之運作流程圖。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：
在說明書及請求項當中使用了某些詞彙指稱特定的元件，然，所屬本發明技術領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞稱呼同一個元件，而且，本說明書及請求項並不以名稱的差異作為區分元件的方式，而是以元件在整體技術上的差異作為區分的準則。在通篇說明書及請求項當中所提及的「包含」為一開放式用語，故應解釋成「包含但不限定於」。再者，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接一第二裝置，則代表第一裝置可直接連接第二裝置，或可透過其他裝置或其他連接手段間接地連接至第二裝置。
有鑑於現有電容感測裝置會在近接事件發生時完全或部分凍結基線值的更新，而導致習知電容感測裝置可能發生誤判的情況，據此，本發明遂提出一種電容感測裝置操作方法，以解決此之問題。以下，將進一步說明本發明揭示之電容感測裝置操作方法所包含之特性、所搭配之電容感測裝置架構：
首先，請參閱第1圖，其為本發明實施例之電容感測裝置操作方法所搭配之電容感測裝置10的方塊圖。如圖所示，電容感測裝置10包含一感測電路12、一類比數位轉換電路14、一訊號處理電路16、一基線處理電路18及一近接感測電路20。該感測電路12內設有感測電極，其相當於一電容，其等效電容量會隨物體靠近感測電極而變化，所述物體可能為人體、桌面或者觸控筆等等，因此感測電極的等效電容量供用於感測物體是否靠近電容感測裝置。感測電路12可對感測電極輸入訊號，據以產生對應於感測電極的等效電容量之感測訊號VSEN。
該類比數位轉換電路14耦接於該感測電路12已接收感測訊號VSEN，並轉換類比感測訊號VSEN而輸出一數位訊號SD，該訊號處理電路16耦接於 該類比數位轉換電路14以接收該數位訊號SD，並依據該數位訊號SD產生一偵測資料Raw。詳言之，該偵測資料Raw可以為該數位訊號SD、該數位訊號SD的調整值；或者，該偵測資料Raw也可以為數個感測資料框(data frame)所產生之數位訊號SD的平均值或加權平均值，本發明並不以此為限。
該基線處理電路18耦接於該訊號處理電路16，以接收該偵測資料Raw並據以調整一基線值B。該近接感測電路20分別耦接於該訊號處理電路16及該基線處理電路18，以分別接收該偵測資料Raw及該基線值B，進而根據該偵測資料Raw及該基線值B的比較運算結果判斷是否有物體靠近電容感測裝置，並可產生一近接訊號ProX以表示是否發生近接事件。
請參照第2圖所示，在本發明實施例之電容感測裝置操作方法所搭配之電容感測裝置10後，以下詳細描述本發明一實施例之電容感測裝置操作方法所包含運作流程：
首先係由基線處理電路18及近接感測電路20接收偵測資料Raw[n](S10)。
其中，基線處理電路18係計算偵測資料Raw[n]的變化量(S20)，即將最新得到的偵測資料Raw[n]減去在上一個資料框中所接收到的偵測資料Raw[n-1]，而得到如下式所示的一變化量值Diff[n]：
Diff[n]=Raw[n]-Raw[n-1]
此時該基線處理電路18尚未完成基線值B的更新，因此在近接感測電路20中所保存的是上一個資料框中基線處理電路18所提供的基線值B[n-1]。近接感測電路20係依據偵測資料Raw[n]及基線值B[n-1]的比較運算結果判斷是否有物體靠近電容感測裝置(S30)。舉例而言，一般而言近接感測電路 20會預設一閾值THD，當偵測資料Raw[n]與基線值B[n-1]的的差距大於閾值THD時(即Raw[n]-B[n-1]>THD)可判定有物體靠近電容感測裝置，進而輸出一第一準位(例如高準位)的近接訊號ProX以表示發生近接事件；反之，當偵測資料Raw[n]與基線值B[n-1]的的差距並未大於閾值時(即Raw[n]-B[n-1]
Figure 110112329-A0101-12-0006-4
THD)判定沒有物體靠近電容感測裝置，進而，進而輸出一第二準位(例如低準位)的近接訊號ProX以表示並未發生近接事件。
其中，上述基線處理電路18與近接感測電路20的運算可以同步進行或先後進行，且其運算順序亦不受限。此外，近接感測電路20可以將近接訊號ProX輸出至該基線處理電路18，使該基線處理電路18據以辨識近接事件是否發生。然而，該基線處理電路18也可直接由供該電容感測裝置10設置的電子裝置獲取訊號以辨識近接事件是否發生，故本發明並不以此為限。
接著，在近接事件發生時，該基線處理電路18係依據前述運算產生的變化量值Diff[n]所在的範圍，來從兩種以上的近接基線值更新程序中擇一對基線值B[n-1]進行更新(S40)。詳言之，在本實施例中包含一第一近接基線值更新S51及一第二近接基線值更新S52，該基線處理電路18設有一預定範圍[THp(+),THp(-)]，其中上臨界值THp(+)大於下臨界值THp(-)，上臨界值THp(+)一般為正數，下臨界值THp(-)一般為負值，且上、下臨界值的大小可依實際需求經實驗統計後調整。該基線處理電路18係根據該變化量值Diff[n]是否落在該預定範圍[THp(+),THp(-)]，來判斷要使用第一近接基線值更新S51或第二近接基線值更新S52對基線值B[n-1]進行更新。
若該變化量值Diff[n]落在該預定範圍[THp(+),THp(-)](即THp(-)
Figure 110112329-A0101-12-0006-5
Diff[n]
Figure 110112329-A0101-12-0006-6
THp(+))，則該基線處理電路18以第一近接基線值更新S51對基 線值B[n-1]進行更新，該第一近接基線值更新S51舉例可如下式所示：
B[n]=B[n-1]+β×Diff[n]
由於此時該變化量值Diff[n]落在預定範圍，可將偵測資料的變化視為主要由環境條件所致，故係數β應設定較大，且在部分實施例中可以接近1。
反之，若該變化量值Diff[n]超出該預定範圍[THp(+),THp(-)](即THp(-)>Diff[n]；或Diff[n]>THp(+))，則該基線處理電路18以第二近接基線值更新S52對基線值B[n-1]進行更新，該第二近接基線值更新S52舉例可如下式所示：
B[n]=Gp×Raw[n]+(1-Gp)×Diff[n]
由於此時該變化量值Diff[n]已超出預定範圍，可將偵測資料的變化視為由環境條件及物體接近所共同造成，藉由控制一調整係數Gp的大小，可以控制偵測資料Raw[x]對於更新後基線值B[n]的影響幅度。本領域中具有通常知識者斟酌上述記載即可知道，在本發明部分實施例中，可以在變化量值Diff[n]小於下臨界值THp(-)時以第二近接基線值更新S52對基線值B[n-1]進行更新，並且在變化量值Diff[n]大於上臨界值THp(+)時以一第三近接基線值更新對基線值B[n-1]進行更新，故本發明可以在近接事件發生時，讓該基線處理電路係依據前述運算產生的變化量值所在的範圍，來從數種近接基線值更新程序中擇一對基線值進行更新，並不僅限於本實施例中所列舉的第一及第二近接基線值更新S51、S52。
另一方面，在近接事件並未發生時，該基線處理電路18係依據一非近接基線值更新S70來對基線值B[n-1]進行更新，該非近接基線值更新S70舉例 可如下式所示：
B[n]=Gn×Raw[n]+(1-Gn)×Diff[n]
此時並未發生近接事件，雖可將偵測資料的變化視為主要由環境條件所致，然而環境中可能有成因眾多的雜訊，其可能不同於溫度或濕度等環境條件會對偵測資料Raw[n]造成連續且一致的影響，故仍可藉由控制一調整係數Gn的大小，來控制偵測資料Raw[n]對於更新後基線值B[n]的影響幅度。其中，該調整係數Gn較佳可以設計在1/2~1/256之間，且該調整係數Gn較佳大於前述第二近接基線值更新S52的調整係數Gp。
該基線處理電路18完成前述第一近接基線值更新S51、第二近接基線值更新S52或非近接基線值更新S70後，係將更新後的基線值B[n]輸出至該近接感測電路20，以供該近接感測電路20於下一資料框中判斷是否有物體靠近電容感測裝置。
綜上所述，藉由本發明上述實施例之電容感測裝置操作方法，可在近接事件發生時依據偵測資料的變化量所在的範圍，來從數種近接基線值更新程序中擇一對基線值進行更新。據此，本發明實施例之電容感測裝置操作方法毋需凍結基線值的更新，可以有效避免在物體長時間靠近電容感測裝置的情形下，發生無法適時更新基線值而導致電容感測裝置可能誤判的問題。
其中，在該偵測資料的變化量較小時，可將偵測資料的變化視為主要由環境條件所致，故可以利用較高的權重來以偵測資料更新基線值，詳如前述第一近接基線值更新S51所示例；相對地，在該偵測資料的變化量較大時，可將偵測資料的變化視為由環境條件及物體接近所共同造成，故可以利用較低的權重來以偵測資料更新基線值，詳如前述第二近接基線值更新S52所示例。如 此本發明實施例之電容感測裝置操作方法既可兼顧即時更新基線值的特性，又不會過度將物體接近所造成的偵測資料變化納入更新後的基線值當中，故可有效提升電容感測裝置之基線值與環境條件的匹配程度，以進一步增加近接事件之判斷準確性。
請參照第3圖所示，係本發明另一實施例之電容感測裝置操作方法所包含運作流程。與前述實施例差異之處在於：在近接事件並未發生時，該基線處理電路18仍依據前述運算產生的變化量值Diff[n]所在的範圍，來從兩種以上的非近接基線值更新程序中擇一對基線值B[n-1]進行更新(S60)。詳言之，在本實施例中包含一第一非近接基線值更新S71及一第二非近接基線值更新S72，該基線處理電路18設有一預定範圍[THn(+),THn(-)]，其中上臨界值THp(+)大於下臨界值THp(-)，上臨界值THp(+)一般為正數，下臨界值THp(-)一般為負值，且上、下臨界值的大小可依實際需求經實驗統計後調整。該基線處理電路18係根據該變化量值Diff[n]是否落在該預定範圍[THn(+),THn(-)]，來判斷要使用第一非近接基線值更新S71或第二非近接基線值更新S72對基線值B[n-1]進行更新。
若該變化量值Diff[n]落在該預定範圍[THn(+),THn(-)](即THn(-)
Figure 110112329-A0101-12-0009-7
Diff[n]
Figure 110112329-A0101-12-0009-8
THn(+))，則該基線處理電路18以第一非近接基線值更新S71對基線值B[n-1]進行更新，該第一非近接基線值更新S71舉例可與前述非近接基線值更新S70類似，如下式所示：
B[n]=Gn×Raw[n]+(1-Gn)×Diff[n]
該調整係數Gn同樣較佳可以設計在1/2~1/256之間，藉由控制該調整係數Gn的大小，來適當濾除環境中不必要的雜訊。
反之，若該變化量值Diff[n]超出該預定範圍[THn(+),THn(-)](即THn(-)>Diff[n]；或Diff[n]>THn(+))，則該基線處理電路18以第二非近接基線值更新S72進行更新，該第二非近接基線值更新S72舉例可如下式所示：
B[n]=B[n-1]+α×Diff[n]
由於此時該變化量值Diff[n]已超出預定範圍，雖然該近接感測電路20判斷並未發生近接事件，然而幅度過大的偵測資料的變化可視為並非主要由環境條件所致，故係數α可以接近0。本領域中具有通常知識者斟酌上述記載即可知道，在本發明部分實施例中，可以在變化量值Diff[n]小於下臨界值THn(-)時以第二非近接基線值更新S72對基線值B[n-1]進行更新，並且在變化量值Diff[n]大於上臨界值THn(+)時以一第三非近接基線值更新對基線值B[n-1]進行更新，故本發明可以在近接事件並未發生時，讓該基線處理電路係依據前述運算產生的變化量值所在的範圍，來從數種非近接基線值更新程序中擇一對基線值進行更新，並不僅限於本實施例中所列舉的第一及第二非近接基線值更新S71、S72。
值得注意的是，在第一近接基線值更新S51與第一非近接基線值更新S71中，均將偵測資料的變化視為主要由環境條件所致，故上述舉例的第一近接基線值更新S51方式亦可應用於第一非近接基線值更新S71；同理，上述舉例的第一非近接基線值更新S71亦可應用於第一近接基線值更新S51。另一方面，在第二近接基線值更新S52與第二非近接基線值更新S72中，係將偵測資料的變化視為並非僅由環境條件所致，故上述舉例的第二近接基線值更新S52方式亦可應用於第二非近接基線值更新S72；同理，上述舉例的第二非近接基線值更新S72亦可應用於第二近接基線值更新S52。此外，雖然在本發明前述實施例所 列舉之濾波運算皆為無限脈衝響應濾波(infinite impulse response filter,IIR)，然而本發明其他時失利亦可視應用情境替換為有限衝激響應濾波(finite impulse response,FIR)運算或其他降噪演算法。
相較於現有電容感測裝置會在近接事件發生時完全或部分凍結基線值的更新，而導致習知電容感測裝置可能發生誤判的情況，本發明提供一種即時更新電容感測裝置之基線值的操作方法，其可在近接事件發生時以數種近接基線值更新程序來持續更新基線值，來提升電容感測裝置之基線值與環境條件的匹配程度，以進一步增加近接事件之判斷準確性。故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
S10:接收偵測資料步驟
S20:計算變化量步驟
S30:近接事件判斷步驟
S40:變化量所在範圍判斷步驟
S51:第一近接基線值更新步驟
S52:第二近接基線值更新步驟
S70:非近接基線值更新步驟

Claims (13)

  1. 一種電容感測裝置操作方法，其通過一訊號處理電路、一基線處理電路及一近接感測電路實施，該電容感測裝置操作方法包含：由該訊號處理電路接收一偵測資料；以該基線處理電路計算該偵測資料相較於先前資料框中接收到的偵測資料之一變化量；以該近接感測電路依據該偵測資料及所保存的一基線值進行比較運算，以判斷是否發生近接事件；其中，在近接事件發生時，該基線處理電路係依據該變化量所在的範圍，來從數種近接基線值更新程序中擇一對該基線值進行更新；在近接事件並未發生時，該基線處理電路係依據一非近接基線值更新來對該基線值進行更新；以及該基線處理電路將更新後的基線值輸出至該近接感測電路。
  2. 如請求項1所述電容感測裝置操作方法，其中所述近接基線值更新程序包含一第一近接基線值更新及一第二近接基線值更新，該基線處理電路設有一預定範圍，若該變化量落在該預定範圍，則該基線處理電路以該第一近接基線值更新對該基線值進行更新；若該變化量超出該預定範圍，則該基線處理電路以該第二近接基線值更新對基線值進行更新。
  3. 如請求項2所述電容感測裝置操作方法，其中該第一近接基線值更新如下式所示：B[n]=B[n-1]+β×Diff[n] 其中B[n]為更新後的基線值，B[n-1]為該近接感測電路所保存的基線值，Diff[n]為該變化量，β為一係數。
  4. 如請求項2所述電容感測裝置操作方法，其中該第二近接基線值更新如下式所示：B[n]=Gp×Raw[n]+(1-Gp)×Diff[n]其中B[n]為更新後的基線值，Raw[n]為該偵測資料，Diff[n]為該變化量，Gp為一調整係數。
  5. 如請求項4所述電容感測裝置操作方法，其中該非近接基線值更新如下式所示：B[n]=Gn×Raw[n]+(1-Gn)×Diff[n]其中，Gn為另一調整係數，且該另一調整係數Gn大於前述第二近接基線值更新的調整係數Gp。
  6. 如請求項5所述電容感測裝置操作方法，其中，該另一調整係數Gn設計在1/2~1/256之間。
  7. 一種電容感測裝置操作方法，其通過一訊號處理電路、一基線處理電路及一近接感測電路實施，該電容感測裝置操作方法包含：由該訊號處理電路接收一偵測資料；以該基線處理電路計算該偵測資料相較於先前資料框中接收到的偵測資料之一變化量；以該近接感測電路依據該偵測資料及所保存的一基線值進行比較運算，以判斷是否發生近接事件；其中，在近接事件發生時，該基線處理電路係依據該變化量所在的範圍，來從數種近接基線值更新程序中擇一對該基線值進行更新； 在近接事件並未發生時，該基線處理電路係依據該變化量所在的範圍，來從數種非近接基線值更新程序中擇一對該基線值進行更新；以及該基線處理電路將更新後的基線值輸出至該近接感測電路。
  8. 如請求項7所述電容感測裝置操作方法，其中所述近接基線值更新程序包含一第一近接基線值更新及一第二近接基線值更新，該基線處理電路設有一預定範圍，若該變化量落在該預定範圍，則該基線處理電路以該第一近接基線值更新對該基線值進行更新；若該變化量超出該預定範圍，則該基線處理電路以該第二近接基線值更新對基線值進行更新；其中所述非近接基線值更新程序包含一第一非近接基線值更新及一第二非近接基線值更新，該基線處理電路設有另一預定範圍，若該變化量落在該另一預定範圍，則該基線處理電路以該第一非近接基線值更新對該基線值進行更新；若該變化量超出該另一預定範圍，則該基線處理電路以該第二非近接基線值更新對基線值進行更新。
  9. 如請求項8所述電容感測裝置操作方法，其中該第一近接基線值更新如下式所示：B[n]=B[n-1]+β×Diff[n]其中B[n]為更新後的基線值，B[n-1]為該近接感測電路所保存的基線值，Diff[n]為該變化量，β為一係數。
  10. 如請求項8所述電容感測裝置操作方法，其中該第二近接基線值更新如下式所示：B[n]=Gp×Raw[n]+(1-Gp)×Diff[n]其中B[n]為更新後的基線值，Raw[n]為該偵測資料，Diff[n]為該變化量，Gp為一調整係數。
  11. 如請求項10所述電容感測裝置操作方法，其中該第一非近接基線值更新如下式所示：B[n]=Gn×Raw[n]+(1-Gn)×Diff[n]其中，Gn為另一調整係數，且該另一調整係數Gn大於前述第二近接基線值更新的調整係數Gp。
  12. 如請求項11所述電容感測裝置操作方法，其中，該另一調整係數Gn設計在1/2~1/256之間。
  13. 如請求項8所述電容感測裝置操作方法，其中該第二非近接基線值更新如下式所示：B[n]=B[n-1]+α×Diff[n]其中B[n]為更新後的基線值，B[n-1]為該近接感測電路所保存的基線值，Diff[n]為該變化量，α為一係數。
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