特許 7061710 振幅及び位相がプログラム可能な正弦波発生器を使用してオフセット信号を形成するためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-20

(45)【発行日】2022-04-28

(54)【発明の名称】振幅及び位相がプログラム可能な正弦波発生器を使用してオフセット信号を形成するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/00 20060101AFI20220421BHJP

   H03K 4/02 20060101ALI20220421BHJP

   H03M 1/66 20060101ALI20220421BHJP

   H03K 4/92 20060101ALI20220421BHJP

   H03K 17/955 20060101ALI20220421BHJP

   H03M 7/32 20060101ALI20220421BHJP

   G01V 3/08 20060101ALN20220421BHJP

【ＦＩ】

G01B7/00 101C

H03K4/02 Z

H03M1/66 C

H03K4/92

H03K17/955 G

H03M7/32

G01V3/08 D

【請求項の数】 22

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021046955

(22)【出願日】2021-03-22

(65)【公開番号】P2021167807

(43)【公開日】2021-10-21

【審査請求日】2021-03-22

(31)【優先権主張番号】16/844327

(32)【優先日】2020-04-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】デイヴィッド ウィリス

【審査官】信田 昌男

(56)【参考文献】

【文献】特表２００９－５２７７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１０４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５３３６５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ７／００

Ｈ０３Ｋ ４／０２

Ｈ０３Ｍ １／６６

Ｈ０３Ｋ ４／９２

Ｈ０３Ｋ １７／９５５

Ｈ０３Ｍ ７／３２

Ｇ０１Ｖ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

静電容量センサの制御信号を生成するためのシステムであって、当該システムは、
デジタル波形を生成するように構成される波形発生器と、
前記デジタル波形及び第１の調整データに基づいて第１の出力を生成するように構成される第１のシグマデルタ変調器（ＳＤＭ）であって、前記第１の出力は前記制御信号に対応する、第１のＳＤＭと、
前記デジタル波形及び第２の調整データに基づいて第２の出力を生成するように構成される第２のＳＤＭであって、前記第２の出力はオフセット信号に対応する、第２のＳＤＭと、含み、
前記第１のＳＤＭは、前記制御信号の位相及び振幅を選択的に調整するように構成され、前記第２のＳＤＭは、前記オフセット信号の位相及び振幅を選択的に調整するように構成される、
システム。

【請求項2】

前記デジタル波形は、デジタル正弦波である、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記波形発生器は、前記デジタル正弦波を出力するように構成されるルックアップテーブルを含む、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記第１の出力をフィルタ処理するように構成される第１のフィルタと、前記第２の出力をフィルタ処理するように構成される第２のフィルタとをさらに含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタは、一次フィルタである、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタのうちの少なくとも１つが、２次以上のフィルタである、請求項４に記載のシステム。

【請求項7】

前記制御信号及び前記オフセット信号は、前記デジタル波形に対してオーバーサンプリングされる、請求項４に記載のシステム。

【請求項8】

前記静電容量センサをさらに含む、請求項４に記載のシステム。

【請求項9】

前記第１の調整データは、第１の位相及び振幅調整データを含み、前記第２の調整データは、第２の位相及び振幅調整データを含む、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記第１のフィルタは、前記制御信号を生成するために前記第１のＳＤＭの前記第１の出力に接続される第１のローパスフィルタであり、
前記第２のフィルタは、前記オフセット信号を生成するために前記第２のＳＤＭの前記第２の出力に接続される第２のローパスフィルタであり、
前記静電容量センサは、前記制御信号に対応する前記第１のローパスフィルタの出力に接続され、前記静電容量センサは、感知信号を出力し、
前記第１の位相及び振幅調整データ並びに前記第２の位相及び振幅調整データは、前記静電容量センサに物体が接触していない場合に、前記オフセット信号及び前記静電容量センサによって出力される前記感知信号が同じ位相及び振幅を有するように選択される、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記静電容量センサの出力に接続される反転入力端子と、前記オフセット信号に対応する前記第２のローパスフィルタの出力に接続される非反転入力端子とを有する差動増幅器をさらに含む、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記第１及び第２のＳＤＭのそれぞれは、
前記デジタル波形に基づいて量子化出力を生成するように構成される量子化器であって、前記第１及び第２のＳＤＭのそれぞれは、前記第１及び第２の調整データのそれぞれの位相調整データに基づいて、前記量子化出力の位相を調整するように構成される、量子化器と、
前記量子化出力及び前記第１及び第２の調整データのそれぞれの振幅調整データに基づいて、前記デジタル波形のゲイン調整に対応するフィードバック値を生成するように構成されるフィードバック計算モジュールと、を含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項13】

静電容量センサの制御信号を生成するための方法であって、当該方法は、
デジタル波形を生成するステップと、
第１のシグマデルタ変調器（ＳＤＭ）を使用して、前記デジタル波形及び第１の調整データに基づいて第１の出力を生成するステップであって、該第１の出力は前記制御信号に対応する、生成するステップと、
第２のＳＤＭを使用して、前記デジタル波形及び第２の調整データに基づいて第２の出力を生成するステップであって、該第２の出力はオフセット信号に対応する、生成するステップと、
前記第１のＳＤＭを使用して、前記制御信号の位相及び振幅を選択的に調整するステップと、
前記第２のＳＤＭを使用して、前記オフセット信号の位相及び振幅を選択的に調整するステップと、を含む、
方法。

【請求項14】

前記デジタル波形は、デジタル正弦波である、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

ルックアップテーブルを使用して前記デジタル正弦波を出力するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記第１の出力及び前記第２の出力をフィルタ処理するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

前記デジタル波形に対して前記制御信号及び前記オフセット信号をオーバーサンプリングするステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

前記静電容量センサによって出力される感知信号と前記オフセット信号との間の差に基づいて、前記静電容量センサとの接触を検出するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項19】

前記第１の調整データは、第１の位相及び振幅調整データを含み、前記第２の調整データは、第２の位相及び振幅調整データを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項20】

第１のローパスフィルタを使用して前記第１のＳＤＭの前記第１の出力をフィルタ処理して前記制御信号を生成するステップと、
第２のローパスフィルタを使用して前記第２のＳＤＭの前記第２の出力をフィルタ処理して前記オフセット信号を生成するステップと、
前記静電容量センサを使用して、前記制御信号に対応する前記第１のローパスフィルタの出力を受信し、感知信号を出力するステップと、をさらに含み、
前記第１の位相及び振幅調整データ並びに前記第２の位相及び振幅調整データは、前記静電容量センサに物体が接触していない場合に、前記オフセット信号及び前記静電容量センサによって出力される前記感知信号が同じ位相及び振幅を有するように選択される、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記静電容量センサの出力に接続される反転入力端子と、前記オフセット信号に対応する前記第２のローパスフィルタの出力に接続される非反転入力端子とを有する差動増幅器を用いて、前記感知信号と前記オフセット信号との間の差を出力するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記第１及び第２のＳＤＭのそれぞれを使用するステップと、
前記デジタル波形に基づいて量子化出力を生成するステップと、
前記第１及び第２の調整データのそれぞれの位相調整データに基づいて、前記量子化出力の位相を調整するステップと、
前記量子化出力及び前記第１及び第２の調整データのそれぞれの振幅調整データに基づいて、前記デジタル波形のゲイン調整に対応するフィードバック値を生成するステップと、をさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、静電容量センサ、より具体的には、静電容量センサの感知信号に関するオフセット信号を生成することに関する。

【背景技術】

【0002】

本明細書で提供される背景技術の説明は、本開示の文脈を概ね提示することを目的としている。この背景技術の段落に記載されている範囲で、現在明記している発明者の研究成果、及び出願時に先行技術として適格とならない可能性のある説明の態様は、明示的又は黙示的に、本開示に対する従来技術として認めらない。

【0003】

電子装置は、物体（例えば、指）と電子装置の表面等の表面との間の接触を感知し、感知した接触を示す信号を生成するように構成された静電容量センサを実装することができる。例えば、波形発生器は、信号を生成して静電容量センサに出力するように構成される。いくつかの例では、信号は正弦波である（つまり、信号はサイン波である）。正弦波の振幅及び／又は位相は、物体がセンサに接触しているかどうかに基づいて変化する。従って、センサに接触する物体の有無は、正弦波の振幅又は位相の変化に基づいて判定することができる。

【発明の概要】

【0004】

静電容量センサの制御信号を生成するためのシステムは、デジタル波形を生成するように構成される波形発生器と；デジタル波形及び第１の調整データに基づいて、制御信号に対応する第１の出力を生成するように構成される第１のシグマデルタ変調器（ＳＤＭ）と；デジタル波形及び第２の調整データに基づいて、オフセット信号に対応する第２の出力を生成するように構成される第２のＳＤＭと；を含む。第１のＳＤＭは、制御信号の位相及び振幅を選択的に調整するように構成され、第２のＳＤＭは、オフセット信号の位相及び振幅を選択的に調整するように構成される。

【0005】

他の特徴では、デジタル波形は、デジタル正弦波である。波形発生器は、デジタル正弦波を出力するように構成されるルックアップテーブルを含む。システムは、第１の出力をフィルタ処理するように構成される第１のフィルタと、第２の出力をフィルタ処理するように構成される第２のフィルタとをさらに含む。第１のフィルタ及び第２のフィルタは、１次フィルタである。第１のフィルタ及び第２のフィルタのうちの少なくとも１つが、２次以上のフィルタである。制御信号及びオフセット信号は、デジタル波形に対してオーバーサンプリングされる。

【0006】

他の特徴では、システムは、静電容量センサをさらに含む。第１の調整データは、第１の位相及び振幅調整データを含み、第２の調整データは、第２の位相及び振幅調整データを含む。第１のフィルタは、制御信号を生成するために第１のＳＤＭの第１の出力に接続される第１のローパスフィルタであり、第２のフィルタは、オフセット信号を生成するために第２のＳＤＭの第２の出力に接続される第２のローパスフィルタであり、静電容量センサは、制御信号に対応する第１のローパスフィルタの出力に接続され、静電容量センサは、感知信号を出力し、第１の位相及び振幅調整データ並びに第２の位相及び振幅調整データは、物体が静電容量センサに接触していない場合に、オフセット信号及び静電容量センサによって出力される感知信号が同じ位相及び振幅を有するように選択される。差動増幅器が、静電容量センサの出力に接続される反転入力端子と、オフセット信号に対応する第２のローパスフィルタの出力に接続される非反転入力端子とを有する。

【0007】

他の特徴では、第１及び第２のＳＤＭのそれぞれは、デジタル波形に基づいて量子化出力を生成するように構成される量子化器を含み、第１及び第２のＳＤＭのそれぞれは、第１及び第２の調整データのそれぞれの位相調整データに基づいて量子化出力の位相を調整するように構成される。第１及び第２のＳＤＭのそれぞれは、量子化出力及び第１及び第２の調整データのそれぞれの振幅調整データに基づいて、デジタル波形のゲイン調整に対応するフィードバック値を生成するように構成されるフィードバック計算モジュールを含む。

【0008】

静電容量センサの制御信号を生成するための方法は、デジタル波形を生成するステップと；第１のシグマデルタ変調器（ＳＤＭ）を使用して、デジタル波形及び第１の調整データに基づいて制御信号に対応する第１の出力を生成するステップと；第２のＳＤＭを使用して、デジタル波形及び第２の調整データに基づいてオフセット信号に対応する第２の出力を生成するステップと；第１のＳＤＭを使用して、制御信号の位相及び振幅を選択的に調整するステップと；第２のＳＤＭを使用して、オフセット信号の位相及び振幅を選択的に調整するステップと；を含む。

【0009】

他の特徴では、デジタル波形は、デジタル正弦波である。この方法は、ルックアップテーブルを使用してデジタル正弦波を出力するステップをさらに含む。この方法は、第１の出力及び第２の出力をフィルタ処理するステップをさらに含む。この方法は、デジタル波形に対して制御信号及びオフセット信号をオーバーサンプリングするステップをさらに含む。この方法は、静電容量センサによって出力される感知信号とオフセット信号との間の差に基づいて、静電容量センサとの接触及び／又は静電容量センサへの近接を検出するステップをさらに含む。

【0010】

他の特徴では、第１の調整データは、第１の位相及び振幅調整データを含み、第２の調整データは、第２の位相及び振幅調整データを含む。この方法は、第１のローパスフィルタを使用して第１のＳＤＭの第１の出力をフィルタ処理して制御信号を生成するステップと；第２のローパスフィルタを使用して第２のＳＤＭの第２の出力をフィルタ処理してオフセット信号を生成するステップと；静電容量センサを使用して、制御信号に対応する第１のローパスフィルタ及び第２のローパスフィルタの出力を受信し、感知信号を出力するステップと；を含む。第１の位相及び振幅調整データ並びに第２の位相及び振幅調整データは、物体が静電容量センサに接触していない場合に、オフセット信号及び静電容量センサによって出力される感知信号が同じ位相及び振幅を有するように選択される。この方法は、静電容量センサの出力に接続される反転入力端子と、オフセット信号に対応する第２のローパスフィルタの出力に接続される非反転入力端子とを有する差動増幅器を用いて、感知信号とオフセット信号との間の差を出力するステップをさらに含む。

【0011】

他の特徴では、この方法は、第１及び第２のＳＤＭのそれぞれを使用するステップと；デジタル波形に基づいて量子化出力を生成するステップと；第１及び第２の調整データのそれぞれの位相調整データに基づいて、量子化出力の位相を調整するステップと；量子化出力及び第１及び第２の調整データのそれぞれの振幅調整データに基づいて、デジタル波形のゲイン調整に対応するフィードバック値を生成するステップをさらに含む。

【0012】

本開示の適用可能性の更なる領域は、詳細な説明、特許請求の範囲、及び図面から明らかになるであろう。詳細な説明及び特定の例は、例示のみを目的としており、開示の範囲を限定することを意図するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

本開示は、詳細な説明及び添付の図面からより完全に理解されるであろう。

【図1】静電容量センサを含む例示的な電子装置である。

【図2A】静電容量センサに関する例示的な波形発生器である。

【図2B】静電容量センサに関する例示的な波形発生器である。

【図3】本開示による静電容量センサに関するシグマデルタ変調を実施する例示的な電子装置である。

【図4A】本開示によるシグマデルタ変調器の例を示す図である。

【図4B】本開示によるシグマデルタ変調器の例を示す図である。

【図5】本開示による静電容量センサの波形を生成する例示的な方法である。 図面において、参照符号は、類似及び／又は同一の要素を識別するために再利用され得る。

【発明を実施するための形態】

【0014】

物体との接触に応答して静電容量センサに供給される信号（感知信号に対応する）の変化は、典型的に、供給される信号に比べて小さく、検出するのが難しい場合がある。従って、その変化の検出を改善するために、様々な方法が実施され得る。例えば、信号をセンサに提供する波形発生器は、信号の複製も供給することができ、又は第２の波形発生器が、信号の複製を供給するために提供され得る。複製信号は供給信号から差し引かれ、検出を改善するために増幅され得る結果は、感知信号に対応する。いくつかの例では、波形発生器は、ウィーンブリッジ（Ｗｅｉｎ ｂｒｉｄｇｅ）発振器等の正弦波発生器である。他の例では、波形発生器は、デジタル正弦波をデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）に供給するように構成され得、ＤＡＣの出力は、フィルタ処理及び／又は増幅される。

【0015】

ここで図１を参照すると、静電容量センサに対応するセンサモジュール１０４を含む例示的な電子装置１００が示されている。波形発生器１０８は、制御又は駆動信号（例えば、正弦波）１１０をセンサモジュール１０４に供給する。波形発生器１０８は、制御信号をオフセット制御モジュール１１２に供給することができ、又はオプションの第２の波形発生器１１６は、制御信号の複製をオフセット制御モジュール１１２に提供することができる。

【0016】

センサモジュール１０４は、制御信号１１０を変更し、制御信号１１０に基づいて感知信号１１８を生成する。感知信号１１８は、物体（例えば、指）がセンサモジュール１０４に接触しているかどうかを示す。いくつかの例では、感知信号１１８は、物体がセンサモジュール１０４に近接していることを示す。感知信号１１８は、物体がセンサモジュール１０４に接触しているかどうかに関係なく、制御信号１１０とは異なる（例えば、振幅及び／又は位相が異なる）場合がある。

【0017】

オフセット制御モジュール１１２は、物体とセンサモジュール１０４との接触なしに、感知信号１１８の複製であるオフセット信号１２０を生成するように構成される。換言すると、オフセット制御モジュール１１２は、物体とセンサモジュール１０４との間に接触がない場合（及び／又は、いくつかの例では、物体が感知信号１１８に影響を与えるほどセンサモジュール１０４に十分に接近していない場合）に、センサモジュール１０４と同じ方法で制御信号１１０を変更するように構成される。そうして、物体との接触がない場合に、感知信号１１８及びオフセット信号１２０は、略同じであり（例えば、大きさ、位相、及び／又は大きさと位相との両方において）、感知信号１１８とオフセット信号１２０との間の差はゼロに近づく。

【0018】

逆に、物体とセンサモジュール１０４との間に接触がある場合に、オフセット信号１２０及び感知信号１１８は異なるであろう。減算器１２４は、オフセット信号１２０と、（増幅器１２８によって増幅される）感知信号１１８との間の差を出力する。次に、増幅器１２８の出力は、センサモジュール１０４との接触を検出するように処理され得る。例えば、増幅器１２８の出力の振幅及び／又は位相がそれぞれの閾値を超えるかどうかに基づいて、接触が判定される。いくつかの例では、感知信号１１８は、物体がセンサモジュール１０４と直接接触しているかどうかに関係なく、物体がセンサモジュール１０４に近接していることを示し得る。これらの例では、感知信号１１８は、物体とセンサモジュール１０４との間の距離をさらに示し得る。

【0019】

単なる例として、波形発生器１０８は、振幅を調整及び／又は変調することが困難であり得るウィーンブリッジ発振器を実装する。他の例では、波形発生器１０８は、デジタル正弦波を生成することができる。例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、波形発生器１０８は、デジタル正弦波発生器２００を含み得る。図２Ａでは、アナログＤＡＣ２０４は、デジタル正弦波をアナログ信号に変換し、このアナログ信号は、次に、ゲイン制御能力を有するローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０８を使用してフィルタ処理及び増幅（又は、いくつかの例では、減衰）される。ＬＰＦ２０８は、コストを削減するための一次フィルタであり得るか、又はいくつかの例では、二次、三次、又はより高次のフィルタであり得る。例えば、振幅制御信号は、ゲインを制御するためにＬＰＦ２０８に提供される。他の例では、帯域通過フィルタを使用してもよい。

【0020】

逆に、図２Ａでは、乗算器２１２が、デジタル正弦波発生器２００とアナログＤＡＣ２０４との間に提供される。振幅制御信号は、ゲインを制御するために乗算器２１２に提供され、乗算器の出力（増幅したデジタル正弦波に対応する）は、アナログＤＡＣ２０４に提供される。アナログＤＡＣ２０４によって出力されるアナログ信号は、ゲイン制御なしのＬＰＦ２１６を使用してフィルタ処理される。

【0021】

ＤＡＣ２０４等のＤＡＣは、集積回路上の電力消費及び面積を増大させ、正確な振幅及び位相制御のために設計及び実装することが困難であり、且つ温度及びプロセスの変動を有する。ゲイン制御ありのＬＰＦ２０８及び乗算器２１２等の他の構成要素は、同様に、集積回路の面積及びコストの増大を必要とし、及び／又は設計上の困難をもたらす。

【0022】

本開示によるシステム及び方法は、静電容量センサのための制御又は駆動信号を生成するためにシグマデルタ変調を実施する。より具体的には、本開示による静電容量センサに関するシグマデルタ変調器は、デジタル正弦波を処理し、処理したデジタル正弦波の振幅及び位相制御を実施するように構成される。

【0023】

ここで図３を参照すると、センサモジュール３０４（例えば、静電容量センサ）を含み、且つ本開示によるシグマデルタ変調を実施する例示的な電子装置３００が示されている。正弦波発生器（例えば、正弦波ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３０８を使用して実装される）等の波形発生器は、デジタル波形（例えば、デジタル正弦波３１２）を出力する。例えば、デジタル正弦波３１２は、正弦波電圧レベルのＭビットバイナリ表現である。

【0024】

デジタル正弦波は、制御信号モジュール（例えば、第１のシグマデルタ変調器（ＳＤＭ）３１６）及びオフセット信号モジュール（例えば、第２のＳＤＭ３２０）に供給される。ＳＤＭ３１６及び３２０は、それぞれ、振幅及び位相を制御するために可変フィードバックを使用するデジタル正弦波３１２に基づいて、第１及び第２の出力（例えば、マルチビット、パルス密度変調正弦波）３２４及び３２８を生成するように構成される。ＳＤＭ３１６及び３２０は、フィルタ処理要件を低減するために、デジタル正弦波３１２の周波数よりも高い周波数でクロックされ得る。

【0025】

ＳＤＭ３１６は、制御振幅／位相調整信号（例えば、第１の位相及び振幅調整データを含む第１の調整データ）を受信し、ＳＤＭ３２０は、オフセット振幅／位相調整信号（例えば、第２の位相及び振幅調整データを含む第２の調整データを受信し、ＳＤＭ３１６及び３２０の出力３２４及び３２８は、それぞれの調整信号に従って（例えば、振幅及び／又は位相で）調整することができる。例えば、調整信号は、それぞれのレジスタに格納された較正値であり得る。

【0026】

ＳＤＭ３１６及び３２０の出力３２４及び３２８は、それぞれのアナログの第１及び第２のＬＰＦ３３２及び３３６に接続される。ＬＰＦ３３２及び３３６は、出力３２４及び３２８からのパルス密度変調信号の高周波ノイズ及び高周波成分をフィルタ処理するように構成される。例えば、ＬＰＦ３３２及び３３６は一次フィルタである。いくつかの例では、ＬＰＦ３３２及び３３６は、ＳＤＭ３１６及び３２０に提供されるデジタル正弦波３１２に対して正弦波３２４及び３２８をオーバーサンプリングし、結果として得られるサンプルが補間される。ＬＰＦ３３２及び３３６の出力は、それぞれ、制御信号３４０及びオフセット信号３４４に対応する。制御信号３４０はセンサモジュール３０４に提供され、オフセット信号３４４は、増幅器３５２、フィードバックコンデンサ３５６、及びフィードバック抵抗器３６０を含む例示的な出力回路３４８への入力として提供される。出力回路３４８は、単なる例として示され、出力回路３４８の他の構成を使用してもよい。例えば、いくつかの実施態様では、フィードバックコンデンサ３５６及び／又はフィードバック抵抗器３６０は省略され得る。例えば、増幅器３５２は、差動増幅器であり、且つセンサモジュール３０４の出力に接続される反転入力端子と、第２のＬＰＦ３３６の出力に接続される非反転入力端子とを有する。具体的には、センサモジュール３０４は、差動増幅器３５２の反転入力端子に接続する１つ又は複数の感知電極を有する。

【0027】

センサモジュール３０４は、制御信号３４０の振幅及び位相を変更する寄生容量３６４及び３６８を含む静電容量センサ（例えば、容量性タッチ回路）に対応する。第１のＬＰＦ３３２の出力は、静電容量３６４を介して１つ又は複数の感知電極に接続される。物体（例えば、指３７２）が１つ又は複数の感知電極（センサモジュール３０４）に接触すると、指３７２の静電容量３７６によって、制御信号３４０の振幅及び位相がさらに変更される。従って、センサモジュール３０４は、指３７２等の物体がセンサモジュール３０４と接触しているか、又はいくつかの例では、指３７２がセンサモジュール３０４に近接しているかどうかを示す感知信号３８０を生成する。

【0028】

出力回路３４８（差動増幅器３５２）は、感知信号３８０とオフセット信号３４４との間の差を検出して出力する。例えば、ＳＤＭ３１６及び３２０のそれぞれの調整信号は、第１の位相及び振幅調整データ並びに第２の位相及び振幅データを含み、これらのデータは、センサモジュール３０４（例えば、１つ又は複数の感知電極）と指３７２等の物体との間に接触がないときに、感知信号３８０及びオフセット信号３４４（すなわち、感知信号３８０及びオフセット信号３４４のそれぞれの振幅及び位相）が同じになるように選択される。換言すると、ＳＤＭ３１６は、制御信号３４０の位相及び振幅を選択的に調整して、それに対応して感知信号の位相及び振幅を調整し、第２のＳＤＭ３２０は、センサモジュール３０４（１つ又は複数の感知電極）と物体との間に接触がない場合に、差動増幅器３５２の出力が実質的にゼロになるように、オフセット信号３４４の位相及び振幅を調整するように構成される。このようにして、出力回路３４８の出力は、センサモジュール３０４と指３７２との間に接触があるか、又はいくつかの例では、指３７２がセンサモジュール３０４に近接しているかどうかを示す。

【0029】

ここで、図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、本開示による例示的なＳＤＭ４００（例えば、ＳＤＭ３１６及び３２０に対応する）がより詳細に示されている。ＳＤＭ４００は、例えば、正弦波電圧レベルのＭビットバイナリ表現を含むデジタル正弦波４０４（例えば、図３のデジタル正弦波３１２に対応する）を受信する。加算モジュール４０８が、デジタル正弦波４０４及び伝達関数（Ｆ（ｚ））モジュール４１２の出力（例えば、信号ｎ５）を受信する。伝達関数モジュール４１２は、図４Ｂにさらに詳細に示されている。

【0030】

加算モジュール（例えば、デジタル加算器）４０８の出力（例えば、デジタル波形を含む信号ｎ１）が、デジタル正弦波４０４と伝達関数モジュール４１２の出力ｎ５との合計に対応する。量子化器４１６が、ｎ１を受信し、且つ信号ｎ１に基づいて量子化出力Ｑｏｕｔを生成するように構成される。例えば、Ｑｏｕｔは、ｎ１の値と固定値との間の比較に対応する値を有する。従って、Ｑｏｕｔはｎ１を示す１ビット又は２ビットの値である。他の例では、Ｑｏｕｔは３ビット以上である可能性がある。例えば、量子化器４１６が単一ビット量子化器である場合に、Ｑｏｕｔは、１又は０である。逆に、量子化器４１６が２ビット量子化器である場合に、Ｑｏｕｔは、００、０１、１０、又は１１である。

【0031】

Ｑｏｕｔは、遅延モジュール４２０及びフィードバック計算モジュール４２４に提供される。遅延モジュール４２０の出力が、静電容量センサ（例えば、センサモジュール３０４）に提供されるデジタル正弦波４０４の量子化された（すなわち、デジタル）、位相調整表現である。換言すると、遅延モジュール４２０の出力は、パルス密度変調信号であり、高密度は高電圧に対応し、低密度は低電圧に対応する。例えば、遅延モジュール４２０は、位相調整データを含む位相調整信号に基づいて遅延を適用する。位相調整信号は、図３の制御又はオフセット振幅／位相調整信号の位相成分に対応する。従って、センサモジュール３０４と指３７２等の物体との間に接触がない場合に、それぞれの出力の位相（例えば、感知信号３８０及びオフセット信号３４４に対応するＳＤＭ４００の位相）が同じになるように、遅延を較正することができる。換言すると、ＳＤＭ４００は、位相調整データに基づいて、量子化出力Ｑｏｕｔの位相を調整する。

【0032】

逆に、フィードバック計算モジュール４２４は、Ｑｏｕｔ及び振幅調整データを含む振幅調整信号に基づいて、ゲイン調整に対応するフィードバック値ｆｂｖａｌを計算する。振幅調整信号は、図３の制御又はオフセット振幅／位相調整信号の振幅成分に対応する。従って、センサモジュール３０４と指３７２等の物体との間に接触がない場合に、それぞれの出力の振幅（例えば、感知信号３８０及びオフセット信号３４４に対応するＳＤＭ４００の振幅）が同じになるように、ゲインを較正することができる。

【0033】

例えば、フィードバック計算モジュール４２４は、Ｑｏｕｔに基づいてｆｂｖａｌを出力し、及び振幅調整信号に従って選択されたフィードバックゲインＧｆを出力する。一例では、Ｇｆは、振幅調整信号に従って上向き又は下向きに調整される固定値であり、ｆｂｖａｌは、Ｑｏｕｔに基づくＧｆの調整（値）である。例えば、Ｑｏｕｔが１ビットである場合に、ｆｂｖａｌは、Ｇｆを使用して計算された１つの正の値又は１つの負の値（つまり、Ｑｏｕｔが１か０かによって異なる）のいずれかになり得る。逆に、Ｑｏｕｔが２ビットである場合に、ｆｂｖａｌは、Ｇｆを使用して計算された２つの正の値のうちの１つ、又は２つの負の値のうちの１つ（つまり、Ｑｏｕｔが００、０１、１０、又は１１のいずれであるかによって異なる）になり得る。換言すれば、フィードバック計算モジュール４２４は、Ｑｏｕｔ及び振幅調整データに基づいて、デジタル正弦波（すなわち、波形）４０４のゲイン調整に対応するフィードバック値ｆｂｖａｌを生成するように構成される。

【0034】

フィードバック値ｆｂｖａｌは、ｆｂｖａｌとｎ１との間の差を（信号ｎ２として）出力するように構成された差分モジュール（例えば、デジタル減算器）４２８に提供される。信号ｎ２は、ｎ２に基づいてｎ５を計算して出力するように構成される伝達関数モジュール４１２に提供される。図４Ｂに示される伝達関数モジュール４１２の例示的な一実施態様は、遅延モジュール４３２及び４３６、シフトレジスタ（例えば、左シフトレジスタ）４４０、及び差分モジュール（例えば、デジタル減算器）４４４を含む。遅延モジュール４３２は、ｎ２を（例えば、１クロックサイクル（ｚ^－１）だけ）遅延させ、それに対応してｎ３を出力する。信号ｎ３（遅延されたｎ２に対応する）は、シフトレジスタ４４０及び遅延モジュール４３６に提供される。

【0035】

シフトレジスタ４４０は、信号ｎ３を乗算するための乗算器として機能する。例えば、シフトレジスタ４４０の出力が、２＊ｎ３に対応し得る。遅延モジュール４３６は、ｎ３を（例えば、１クロックサイクル（ｚ^－１）だけ）遅延させ、それに対応してｎ４を出力する。信号ｎ４（遅延されたｎ３に対応する）及びシフトレジスタ４４０の出力は、差分モジュール４２８に提供され、差分モジュール４２８は、ｎ４とシフトレジスタ４４０の出力との間の差に基づいてｎ５を出力する。従って、この例では、ｎ５＝ｎ４－（２＊ｎ３）である。

【0036】

ここで図５を参照すると、本開示による静電容量センサの波形を生成する例示的な方法５００は、５０４において開始する。５０８において、方法５００（例えば、正弦波ルックアップテーブル３０８又は別の波形発生器を使用する）は、静電容量センサの制御又は駆動信号に対応するデジタル正弦波を生成する。例えば、デジタル正弦波は、Ｍビットのデジタル信号である。５１２において、方法５００は、デジタル正弦波を制御信号モジュール及びオフセット信号モジュール（例えば、図３に示されるような制御ＳＤＭ３１６及びオフセットＳＤＭ３２０）に提供する。

【0037】

５１６において、方法５００は、ＳＤＭ３１６及び３２０の出力の振幅及び位相を選択的に調整する。例えば、振幅及び位相は、図４で上述したように、それぞれの位相及び振幅調整信号に基づいて調整される。５２０において、方法５００（例えば、ＬＰＦ３３２及び３３６等のフィルタを使用する）は、ＳＤＭ３１６及び３２０の出力をフィルタ処理する。５２４において、方法５００は、物体（例えば、指３７２）が静電容量センサの感知面に接触しているかどうかを判定する。例えば、方法５００は、図３で上述したように、出力回路３４８を使用して、感知信号３８０をオフセット信号３４４と比較する。５２８において、方法５００は、比較の結果に基づいて、電子装置の機能を選択的に実行する。方法５００は、５３２において終了する。

【0038】

前述した説明は、本質的に単なる例示であり、開示、その適用、又は使用を制限することを決して意図するものではない。本開示の広範な教示は、様々な形態で実現することができる。従って、本開示には特定の例が含まれるが、図面、明細書、及び以下の特許請求の範囲を検討すると他の変更が明らかになるため、本開示の真の範囲はその特定の例に限定すべきではない。方法内の１つ又は複数のステップは、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で（又は同時に）実行できることを理解されたい。さらに、実施形態のそれぞれが、特定の特徴を有するものとして上述しているが、本開示の任意の実施形態に関して説明したこれらの特徴のいずれか１つ又は複数は、たとえその組合せが明示的に記載されていなくとも、他の実施形態のいずれかの特徴で実現し及び／又はその特徴と組み合わせることができる。換言すると、説明した実施形態は互いに排他的ではなく、１つ又は複数の実施形態の互いの置換は、本開示の範囲内にとどまる。

【0039】

要素同士の間の（例えば、モジュール同士、回路要素同士、半導体層同士等の間の）空間的及び機能的関係は、「接続した」、「係合した」、「結合した」、「隣接した」、「接した」、「の上の」、「より上」、「より下」、「配置される」を含む様々な用語を使用して記述される。「直接」であると明示的に記載されない限り、第１の要素と第２の要素との間の関係が上記の開示に記載される場合に、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の介在要素が存在しない直接的な関係であり得るが、第１の要素と第２の要素との間に１つ又は複数の介在要素が（空間的又は機能的に）存在する間接的な関係もあり得る。本明細書で使用する場合に、Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つの句は、非排他的論理ＯＲを使用して、論理（Ａ又はＢ又はＣ）を意味すると解釈すべきであり、「少なくとも１つのＡ」、「少なくとも１つのＢ」、及び「少なくとも１つのＣ」を意味すると解釈すべきではない。

【0040】

図において、矢印によって示されるような矢印の方向は、一般に、図に関心のある情報（データ又は指示等）の流れを示している。例えば、要素Ａ及び要素Ｂが様々な情報を交換するが、要素Ａから要素Ｂに送信される情報が図に関連する場合に、矢印は要素Ａから要素Ｂを指し得る。この一方向の矢印は、要素Ｂから要素Ａに送信される他の情報がないことを意味するものではない。さらに、要素Ａから要素Ｂに送信される情報について、要素Ｂは、情報の要求又は受信確認を要素Ａに送信することができる。

【0041】

以下の規定を含む本願では、「モジュール」という用語又は「コントローラ」という用語は、「回路」という用語に置き換えることができる。「モジュール」という用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）；デジタル、アナログ、又はアナログ／デジタル混合ディスクリート回路；デジタル、アナログ、又はアナログ／デジタル混合集積回路；組合せ論理回路；フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）；コードを実行するプロセッサ回路（共有、専用、又はグループ）；プロセッサ回路によって実行されるコードを格納するメモリ回路（共有、専用、又はグループ）；説明した機能を提供する他の適切なハードウェアコンポーネント；又は、システムオンチップ等、上記の一部又は全ての組合せを指すか、その一部であるか、又はそれを含み得る。

【0042】

モジュールは、１つ又は複数のインターフェイス回路を含み得る。いくつかの例では、インターフェイス回路は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、又はそれらの組合せに接続される有線又は無線インターフェイスを含み得る。本開示の任意の所与のモジュールの機能は、インターフェイス回路を介して接続された複数のモジュールに分散され得る。例えば、複数のモジュールによって負荷分散が可能になる場合がある。更なる例では、サーバ（リモート又はクラウドとしても知られる）モジュールは、クライアントモジュールに代わっていくつかの機能を達成することができる。

【0043】

上記で使用されるコードという用語は、ソフトウェア、ファームウェア、及び／又はマイクロコードを含み得、プログラム、ルーチン、関数、クラス、データ構造、及び／又はオブジェクトを指し得る。共有プロセッサ回路という用語は、複数のモジュールからのコードの一部又は全てを実行する単一のプロセッサ回路を包含する。グループプロセッサ回路という用語は、追加のプロセッサ回路と組み合わせて、１つ又は複数のモジュールからのコードの一部又は全てを実行するプロセッサ回路を包含する。複数のプロセッサ回路への言及は、個別のダイ上の複数のプロセッサ回路、単一のダイ上の複数のプロセッサ回路、単一のプロセッサ回路の複数のコア、単一のプロセッサ回路の複数のスレッド、又は上記の組合せを包含する。共有メモリ回路という用語は、複数のモジュールからのコードの一部又は全てを格納する単一のメモリ回路を包含する。グループメモリ回路という用語は、追加のメモリと組み合わせて、１つ又は複数のモジュールからのコードの一部又は全てを格納するメモリ回路を包含する。

【0044】

メモリ回路という用語は、コンピュータ可読媒体という用語のサブセットである。本明細書で使用するコンピュータ可読媒体という用語は、媒体を通って（搬送波上等で）伝搬する一時的な電気信号又は電磁信号を包含せず、従って、コンピュータ可読媒体という用語は、有形で一時的であると見なされ得る。非一時的で有形のコンピュータ可読媒体の非限定的な例は、不揮発性メモリ回路（フラッシュメモリ回路、消去可能でプログラム可能な読み取り専用メモリ回路、又はマスク読み取り専用メモリ回路等）、揮発性メモリ回路（静的ランダムアクセスメモリ回路又は動的ランダムアクセスメモリ回路等）、磁気記憶媒体（アナログ又はデジタル磁気テープ又はハードディスクドライブ等）、及び光記憶媒体（ＣＤ、ＤＶＤ、又はＢｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスク）である。

【0045】

本願で説明した機器及び方法は、コンピュータプログラムで具体化された１つ又は複数の特定の機能を実行するように汎用コンピュータを構成することによって形成された専用コンピュータによって部分的又は完全に実装され得る。上記の機能ブロック、フローチャートコンポーネント、及び他の要素は、ソフトウェア仕様として機能し、このソフトウェア仕様は、熟練した技術者又はプログラマーの日常業務によってコンピュータプログラムに変換できる。

【0046】

コンピュータプログラムは、少なくとも１つの非一時的で有形のコンピュータ可読媒体に記憶されているプロセッサ実行可能命令を含む。コンピュータプログラムはまた、記憶されたデータを含むか、又はそのデータに依存し得る。コンピュータプログラムは、専用コンピュータのハードウェアと相互作用する基本入出力システム（ＢＩＯＳ）、専用コンピュータの特定のデバイスと相互作用するデバイスドライバ、１つ又は複数のオペレーティングシステム、ユーザプリケーション、バックグラウンドサービス、バックグラウンドアプリケーション等を包含し得る。

【0047】

コンピュータプログラムは、（ｉ）ＨＴＭＬ（ハイパーテキストマークアップ言語）、ＸＭＬ（拡張マークアップ言語）、又はＪＯＳＮ（ＪａｖａＳｃｒｉｐｔオブジェクト表記）等の、解析される記述テキスト（ｉｉ）アセンブリコード、（ｉｉｉ）コンパイラがソースコードから生成したオブジェクトコード、（ｉｖ）インタプリタが実行するソースコード、（ｖ）ジャストインタイムコンパイラがコンパイルして実行するソースコード等を含み得る。単なる例として、ソースコードは、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ－Ｃ、Ｓｗｉｆｔ、Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｇｏ、ＳＱＬ、Ｒ、Ｌｉｓｐ、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｐｅｒｌ、Ｐａｓｃａｌ、Ｃｕｒｌ、ＯＣａｍｌ、Ｊａｖａｓｃｒｉｐｔ（登録商標）、ＨＴＭＬ５（ハイパーテキストマークアップ言語第５版）、Ａｄａ、ＡＳＰ（Ａｃｔｉｖｅ Ｓｅｒｖｅｒ Ｐａｇｅｓ）、ＰＨＰ（ＰＨＰ：Ｈｙｐｅｒｔｅｘｔ Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、Ｓｃａｌａ、Ｅｉｆｆｅｌ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｅｒｌａｎｇ、Ｒｕｄｙ、Ｆｌａｓｈ（登録商標）、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ（登録商標）、Ｌｕａ、ＭＡＴＬＡＢ(登録商標)、ＳＩＭＵＬＩＮＫ、及びＰｙｔｈｏｎ（登録商標）等の言語による構文を使用して記述できる。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】