电容感测装置操作方法与流程

1.本发明是有关一种感测装置的操作方法，尤其是一种实时更新电容感测装置的基线值的操作方法。


背景技术：

2.市售众多电子装置设置中均有近接传感器(proximity sensor)，近接传感器用于侦测物体是否接近电子装置，据以让电子装置作出对应的判断或控制。常见以光感测装置来构成近接传感器，然而光传感器仰赖发光组件发射光线，并测量所接收到的反射光强度来判断物体是否接近，因此仅能感测发光组件的出光方向上的物体，在应用上仍然有其限制。
3.取而代的的，也可以透过电容感测装置来构成近接传感器，其原理依据物体靠近电容感测装置时一感测电极所感测到的电容量，来判断用户物体是否接近电子装置。如此不仅可感测由各个方向接近电子装置的物体，由于人体和其他材质的介电系数有所差异，因此以电容感测装置所构成的近接传感器还可辨别接近电子装置的是否为人体。因此若用户接近电子装置，则可降低电子装置射频电路的发射功率，以控制特定吸收比率(specific absorption rate，sar)于规范内，而避免引响人体健康。
4.一般而言，电容感测装置会将感测电极所感测到的电容量和一基线值(baseline)进行比较运算，以判断是否发生近接事件。随着温度、湿度等环境条件不同，感测电极所感测到的电容量本来就会有所不同，因此基线值应当随着环境条件进行动态调整，以确保电容感测装置能够正确判断是否有物体接近。在现有技术中，调整基线值的方法一般会利用没有近接事件发生时感测电极所感测到的电容量来更新基线值；相对地，在有近接事件发生的情况下，现有技术会认定感测电极所感测到的电容量主要来自于物体接近所致，因此会在近接事件发生时完全或部分冻结基线值的更新。
5.然而，在物体长时间靠近电容感测装置的情形下，上述现有技术将发生无法适时更新基线值，进而导致电容感测装置可能误判而无法正确脱离近接事件或无法再次判断近接事件发生的问题。举例而言，当用户将电子装置靠近脸部进行持续通话，且周遭环境发生剧变(例如由炎热户外走入冷气房)，由于现有技术会在此过程中完全或部分冻结基线值的更新，进而导致电容感测装置后续可能误判的情况。
6.基于上述的问题，本发明提供一种实时更新电容感测装置的基线值的操作方法，其可提升电容感测装置的基线值与环境条件的匹配程度，以进一步增加近接事件的判断准确性。


技术实现要素：

7.本发明的一目的在于提供一种电容感测装置的操作方法，其可在近接事件发生时以数种近接基线值更新程序来持续更新基线值，来提升电容感测装置的基线值与环境条件的匹配程度，进而有效增加近接事件的判断准确性。
8.本发明包含一种电容感测装置操作方法，其通过一讯号处理电路、一基线处理电路及一近接感测电路实施，该电容感测装置操作方法包含：由该讯号处理电路接收一侦测数据；以该基线处理电路计算该侦测数据相较于先前数据框中接收到的侦测数据的一变化量；以该近接感测电路依据该侦测数据及所保存的一基线值进行比较运算，以判断是否发生近接事件；其中，在近接事件发生时，该基线处理电路依据该变化量所在的范围，来从数种近接基线值更新程序中择一对该基线值进行更新；在近接事件并未发生时，该基线处理电路依据一非近接基线值更新来对该基线值进行更新；以及该基线处理电路将更新后的基线值输出至该近接感测电路。
9.本发明包含另一种电容感测装置操作方法，与上述操作方法不同的处在于：在近接事件并未发生时，该基线处理电路依据该变化量所在的范围，来从数种非近接基线值更新程序中择一对该基线值进行更新。
附图说明
第1图：其为本发明的一实施例所搭配的电容感测装置的方块图；第2图：其为本发明的一实施例的运作流程图；以及第3图：其为本发明的另一实施例的运作流程图。【图号对照说明】10
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电容感测装置12
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感测电路14
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模拟数字转换电路16
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讯号处理电路18
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基线处理电路20
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近接感测电路v
sen
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感测讯号s
d
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数字讯号raw
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侦测数据b
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基线值prox
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近接讯号s10
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接收侦测数据步骤s20
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计算变化量步骤s30
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近接事件判断步骤s40
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变化量所在范围判断步骤s51
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第一近接基线值更新步骤s52
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第二近接基线值更新步骤s60
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变化量所在范围判断步骤s70
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非近接基线值更新步骤s71
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第一非近接基线值更新步骤s72
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第二非近接基线值更新步骤
具体实施方式
10.为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
11.在说明书及权利要求当中使用了某些词汇指称特定的组件，然，所属本发明技术领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词称呼同一个组件，而且，本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在整体技术上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包含」为一开放式用语，故应解释成「包含但不限定于」。再者，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接一第二装置，则代表第一装置可直接连接第二装置，或可透过其他装置或其他连接手段间接地连接至第二装置。
12.有鉴于现有电容感测装置会在近接事件发生时完全或部分冻结基线值的更新，而导致习知电容感测装置可能发生误判的情况，据此，本发明遂提出一种电容感测装置操作方法，以解决此的问题。以下，将进一步说明本发明揭示的电容感测装置操作方法所包含的特性、所搭配的电容感测装置架构：
13.首先，请参阅第1图，其为本发明实施例的电容感测装置操作方法所搭配的电容感测装置10的方块图。如图所示，电容感测装置10包含一感测电路12、一模拟数字转换电路14、一讯号处理电路16、一基线处理电路18及一近接感测电路20。该感测电路12内设有感测电极，其相当于一电容，其等效电容量会随物体靠近感测电极而变化，所述物体可能为人体、桌面或者触控笔等等，因此感测电极的等效电容量供用于感测物体是否靠近电容感测装置。感测电路12可对感测电极输入讯号，据以产生对应于感测电极的等效电容量的感测讯号v
sen
。
14.该模拟数字转换电路14耦接于该感测电路12已接收感测讯号v
sen
，并转换模拟感测讯号v
sen
而输出一数字讯号s
d
，该讯号处理电路16耦接于该模拟数字转换电路14以接收该数字讯号s
d
，并依据该数字讯号s
d
产生一侦测数据raw。详言之，该侦测数据raw可以为该数字讯号s
d
、该数字讯号s
d
的调整值；或者，该侦测数据raw也可以为数个感测数据框(data frame)所产生的数字讯号s
d
的平均值或加权平均值，本发明并不以此为限。
15.该基线处理电路18耦接于该讯号处理电路16，以接收该侦测数据raw并据以调整一基线值b。该近接感测电路20分别耦接于该讯号处理电路16及该基线处理电路18，以分别接收该侦测数据raw及该基线值b，进而根据该侦测资料raw及该基线值b的比较运算结果判断是否有物体靠近电容感测装置，并可产生一近接讯号prox以表示是否发生近接事件。
16.请参照第2图所示，在本发明实施例的电容感测装置操作方法所搭配的电容感测装置10后，以下详细描述本发明一实施例的电容感测装置操作方法所包含运作流程：
17.首先由基线处理电路18及近接感测电路20接收侦测数据raw[n](s10)。
[0018]
其中，基线处理电路18计算侦测数据raw[n]的变化量(s20)，即将最新得到的侦测资料raw[n]减去在上一个数据框中所接收到的侦测数据raw[n
‑
1]，而得到如下式所示的一变化量值diff[n]：diff[n]＝raw[n]
‑
raw[n
‑
1]
[0019]
此时该基线处理电路18尚未完成基线值b的更新，因此在近接感测电路20中所保存的是上一个资料框中基线处理电路18所提供的基线值b[n
‑
1]。近接感测电路20依据侦测
数据raw[n]及基线值b[n
‑
1]的比较运算结果判断是否有物体靠近电容感测装置(s30)。举例而言，一般而言近接感测电路20会默认一阈值thd，当侦测数据raw[n]与基线值b[n
‑
1]的的差距大于阈值thd时(即raw[n]
‑
b[n
‑
1]>thd)可判定有物体靠近电容感测装置，进而输出一第一准位(例如高准位)的近接讯号prox以表示发生近接事件；反之，当侦测数据raw[n]与基线值b[n
‑
1]的的差距并未大于阈值时(即raw[n]
‑
b[n
‑
1]≤thd)判定没有物体靠近电容感测装置，进而，进而输出一第二准位(例如低准位)的近接讯号prox以表示并未发生近接事件。
[0020]
其中，上述基线处理电路18与近接感测电路20的运算可以同步进行或先后进行，且其运算顺序亦不受限。此外，近接感测电路20可以将近接讯号prox输出至该基线处理电路18，使该基线处理电路18据以辨识近接事件是否发生。然而，该基线处理电路18也可直接由供该电容感测装置10设置的电子装置获取讯号以辨识近接事件是否发生，故本发明并不以此为限。
[0021]
接着，在近接事件发生时，该基线处理电路18依据前述运算产生的变化量值diff[n]所在的范围，来从两种以上的近接基线值更新程序中择一对基线值b[n
‑
1]进行更新(s40)。详言之，在本实施例中包含一第一近接基线值更新s51及一第二近接基线值更新s52，该基线处理电路18设有一预定范围[thp( ),thp(
‑
)]，其中上临界值thp( )大于下临界值thp(
‑
)，上临界值thp( )一般为正数，下临界值thp(
‑
)一般为负值，且上、下临界值的大小可依实际需求经实验统计后调整。该基线处理电路18根据该变化量值diff[n]是否落在该预定范围[thp( ),thp(
‑
)]，来判断要使用第一近接基线值更新s51或第二近接基线值更新s52对基线值b[n
‑
1]进行更新。
[0022]
若该变化量值diff[n]落在该预定范围[thp( ),thp(
‑
)](即thp(
‑
)≤diff[n]≤thp( ))，则该基线处理电路18以第一近接基线值更新s51对基线值b[n
‑
1]进行更新，该第一近接基线值更新s51举例可如下式所示：b[n]＝b[n
‑
1] β
×
diff[n]
[0023]
由于此时该变化量值diff[n]落在预定范围，可将侦测数据的变化视为主要由环境条件所致，故系数β应设定较大，且在部分实施例中可以接近1。
[0024]
反之，若该变化量值diff[n]超出该预定范围[thp( ),thp(
‑
)](即thp(
‑
)>diff[n]；或diff[n]>thp( ))，则该基线处理电路18以第二近接基线值更新s52对基线值b[n
‑
1]进行更新，该第二近接基线值更新s52举例可如下式所示：b[n]＝gp
×
raw[n] (1
‑
gp)
×
diff[n]
[0025]
由于此时该变化量值diff[n]已超出预定范围，可将侦测数据的变化视为由环境条件及物体接近所共同造成，藉由控制一调整系数gp的大小，可以控制侦测资料raw[n]对于更新后基线值b[n]的影响幅度。本领域中具有通常知识者斟酌上述记载即可知道，在本发明部分实施例中，可以在变化量值diff[n]小于下临界值thp(
‑
)时以第二近接基线值更新s52对基线值b[n
‑
1]进行更新，并且在变化量值diff[n]大于上临界值thp( )时以一第三近接基线值更新对基线值b[n
‑
1]进行更新，故本发明可以在近接事件发生时，让该基线处理电路依据前述运算产生的变化量值所在的范围，来从数种近接基线值更新程序中择一对基线值进行更新，并不仅限于本实施例中所列举的第一及第二近接基线值更新s51、s52。
[0026]
另一方面，在近接事件并未发生时，该基线处理电路18依据一非近接基线值更新
s70来对基线值b[n
‑
1]进行更新，该非近接基线值更新s70举例可如下式所示：b[n]＝gn
×
raw[n] (1
‑
gn)
×
diff[n]
[0027]
此时并未发生近接事件，虽可将侦测资料的变化视为主要由环境条件所致，然而环境中可能有成因众多的噪声，其可能不同于温度或湿度等环境条件会对侦测数据raw[n]造成连续且一致的影响，故仍可藉由控制一调整系数gn的大小，来控制侦测数据raw[n]对于更新后基线值b[n]的影响幅度。其中，该调整系数gn较佳可以设计在1/2～1/256之间，且该调整系数gn较佳大于前述第二近接基线值更新s52的调整系数gp。
[0028]
该基线处理电路18完成前述第一近接基线值更新s51、第二近接基线值更新s52或非近接基线值更新s70后，将更新后的基线值b[n]输出至该近接感测电路20，以供该近接感测电路20于下一数据框中判断是否有物体靠近电容感测装置。
[0029]
综上所述，藉由本发明上述实施例的电容感测装置操作方法，可在近接事件发生时依据侦测资料的变化量所在的范围，来从数种近接基线值更新程序中择一对基线值进行更新。据此，本发明实施例的电容感测装置操作方法毋需冻结基线值的更新，可以有效避免在物体长时间靠近电容感测装置的情形下，发生无法适时更新基线值而导致电容感测装置可能误判的问题。
[0030]
其中，在该侦测数据的变化量较小时，可将侦测数据的变化视为主要由环境条件所致，故可以利用较高的权重来以侦测数据更新基线值，详如前述第一近接基线值更新s51所示例；相对地，在该侦测数据的变化量较大时，可将侦测数据的变化视为由环境条件及物体接近所共同造成，故可以利用较低的权重来以侦测数据更新基线值，详如前述第二近接基线值更新s52所示例。如此本发明实施例的电容感测装置操作方法既可兼顾实时更新基线值的特性，又不会过度将物体接近所造成的侦测数据变化纳入更新后的基线值当中，故可有效提升电容感测装置的基线值与环境条件的匹配程度，以进一步增加近接事件的判断准确性。
[0031]
请参照第3图所示，本发明另一实施例的电容感测装置操作方法所包含运作流程。与前述实施例差异的处在于：在近接事件并未发生时，该基线处理电路18仍依据前述运算产生的变化量值diff[n]所在的范围，来从两种以上的非近接基线值更新程序中择一对基线值b[n
‑
1]进行更新(s60)。详言之，在本实施例中包含一第一非近接基线值更新s71及一第二非近接基线值更新s72，该基线处理电路18设有一预定范围[thn( ),thn(
‑
)]，其中上临界值thp( )大于下临界值thp(
‑
)，上临界值thp( )一般为正数，下临界值thp(
‑
)一般为负值，且上、下临界值的大小可依实际需求经实验统计后调整。该基线处理电路18根据该变化量值diff[n]是否落在该预定范围[thn( ),thn(
‑
)]，来判断要使用第一非近接基线值更新s71或第二非近接基线值更新s72对基线值b[n
‑
1]进行更新。
[0032]
若该变化量值diff[n]落在该预定范围[thn( ),thn(
‑
)](即thn(
‑
)≤diff[n]≤thn( ))，则该基线处理电路18以第一非近接基线值更新s71对基线值b[n
‑
1]进行更新，该第一非近接基线值更新s71举例可与前述非近接基线值更新s70类似，如下式所示：b[n]＝gn
×
raw[n] (1
‑
gn)
×
diff[n]
[0033]
该调整系数gn同样较佳可以设计在1/2～1/256之间，藉由控制该调整系数gn的大小，来适当滤除环境中不必要的噪声。
[0034]
反之，若该变化量值diff[n]超出该预定范围[thn( ),thn(
‑
)](即thn(
‑
)>diff
[n]；或diff[n]>thn( ))，则该基线处理电路18以第二非近接基线值更新s72进行更新，该第二非近接基线值更新s72举例可如下式所示：b[n]＝b[n
‑
1] α
×
diff[n]
[0035]
由于此时该变化量值diff[n]已超出预定范围，虽然该近接感测电路20判断并未发生近接事件，然而幅度过大的侦测数据的变化可视为并非主要由环境条件所致，故系数α可以接近0。本领域中具有通常知识者斟酌上述记载即可知道，在本发明部分实施例中，可以在变化量值diff[n]小于下临界值thn(
‑
)时以第二非近接基线值更新s72对基线值b[n
‑
1]进行更新，并且在变化量值diff[n]大于上临界值thn( )时以一第三非近接基线值更新对基线值b[n
‑
1]进行更新，故本发明可以在近接事件并未发生时，让该基线处理电路依据前述运算产生的变化量值所在的范围，来从数种非近接基线值更新程序中择一对基线值进行更新，并不仅限于本实施例中所列举的第一及第二非近接基线值更新s71、s72。
[0036]
值得注意的是，在第一近接基线值更新s51与第一非近接基线值更新s71中，均将侦测数据的变化视为主要由环境条件所致，故上述举例的第一近接基线值更新s51方式亦可应用于第一非近接基线值更新s71；同理，上述举例的第一非近接基线值更新s71亦可应用于第一近接基线值更新s51。另一方面，在第二近接基线值更新s52与第二非近接基线值更新s72中，将侦测数据的变化视为并非仅由环境条件所致，故上述举例的第二近接基线值更新s52方式亦可应用于第二非近接基线值更新s72；同理，上述举例的第二非近接基线值更新s72亦可应用于第二近接基线值更新s52。此外，虽然在本发明前述实施例所列举的滤波运算皆为无限脉冲响应滤波(infinite impulse response filter,iir)，然而本发明其他时失利亦可视应用情境替换为有限冲激响应滤波(finite impulse response,fir)运算或其他降噪算法。
[0037]
相较于现有电容感测装置会在近接事件发生时完全或部分冻结基线值的更新，而导致习知电容感测装置可能发生误判的情况，本发明提供一种实时更新电容感测装置的基线值的操作方法，其可在近接事件发生时以数种近接基线值更新程序来持续更新基线值，来提升电容感测装置的基线值与环境条件的匹配程度，以进一步增加近接事件的判断准确性。
[0038]
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。