基于电容调整天线的操作的制作方法

相关申请

本申请是2017年9月26日提交的美国非临时申请号15/716,095的国际申请，该美国非临时申请特此通过引用被全部并入本文。

背景

电容感测系统可感测在电极上生成的电信号，其反映电容变化。电容的这种变化可指示触摸事件(例如，物体到特定电极的接近)。电容感测元件可用于代替机械按钮、旋钮和其他类似的机械用户界面控件。电容感测元件的使用允许消除复杂的机械开关和按钮，在恶劣条件下提供可靠操作。此外，电容感测元件广泛地被用在现代客户应用中，在现有产品中提供用户界面选项。电容感测元件的范围可以从单个按钮到用于触摸感测表面的以电容感测阵列的形式布置的大量按钮。

电容感测元件也可以用于检测在电子设备或计算设备的不同部件处检测到的电容。例如，电容感测元件可用于确定在计算设备的角或/和边缘处的电容。在另一例子中，电容感测元件可用于确定在计算设备的扬声器/麦克风处的电容。电容感测元件也可以称为电容传感器或电容性传感器。

有两种典型类型的电容：1)互电容，其中电容感测电路测量在耦合到感测设备的两个电极之间的电容；2)自电容，其中电容感测电路测量在一个或更多个电极和地电位(例如，地电位或系统级电位)之间的电容。

附图简述

通过结合附图参考下面的描述，可以最好地理解所描述的实施例及其优点。这些附图决不限制可以由本领域中的技术人员在不偏离所述实施例的精神和范围的情况下对所述实施例做出的在形式和细节上的任何改变。

图1示出了根据本公开的一些实施例的互电容测量电路；

图2a和2b示出了根据本公开的一些实施例的用于测量自电容的第一类型的电容传感器，其可以与电容感测部件一起使用。

图2c和2d示出了根据本公开的一些实施例的用于测量在两个电极之间的互电容的另一种类型的电容传感器，其可以与电容感测部件一起使用。

图3是示出根据本公开的一些实施例的计算系统的实施例的框图，该计算系统从一个或更多个电容传感器接收输入。

图4a示出了根据本公开的一些实施例的穿戴式计算设备。

图4b示出了根据本公开的一些实施例的计算设备。

图4c示出了根据本公开的一些实施例的电容的示例表。

图5a示出了根据本公开的一些实施例的计算设备。

图5b示出了根据本公开的一些实施例的示例极坐标图。

图5c示出了根据本公开的一些实施例的计算设备。

图5d示出了根据本公开的一些实施例的计算设备。

图6是根据本公开的一些实施例的调整一组天线的操作特性的方法的流程图。

详细描述

计算设备例如智能电话、蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机、便携式游戏设备等在操作中时可以由用户握住和/或操纵。例如，用户可以在打电话时或在与智能电话的触摸屏交互作用时握住智能电话。用户的身体组织(例如，皮肤、肌肉、肉、骨头、身体脂肪等)可以高度吸收在无线通信中使用的射频(rf)信号。例如，如果用户的骨头被放置在发射机和接收机之间，则在2.4千兆赫(ghz)频带中的rf信号(例如，具有2.4ghz的频率的rf信号)可以具有多达20db的衰减。在另一个例子中，如果用户的头放置在发射机和接收机之间，则在2.4千兆赫(ghz)频带中的rf信号可以具有大于50db的衰减。用户的身体组织可以减弱、吸收、阻挡和/或阻止rf信号被发射和/或接收。此外，与用户的身体组织的接触或接近也可能使天线载荷加重并降低/减小耦合到天线的匹配部件(例如，匹配电路、阻抗匹配网络等)的性能。其他导电物体也可能影响rf信号的发射和接收。例如，紧邻(例如，靠近、接近等)天线或与天线接触的金属或金属物体可能影响rf信号的发射和接收。

因为用户的身体组织(或其他紧邻的导电物体)可能影响rf信号的发射和接收，所以确定一个或更多个天线是否极其接近或接触用户的身体组织可能是有用的。在天线处检测到的电容可以指示天线多么接近用户的身体组织(或可能减弱或阻挡rf信号的其他导电物体)。例如，在天线处检测到的电容越高，天线就越靠近用户的身体组织，反之亦然。基于在一组天线处检测到的电容或电容变化，可以调整一个或更多个天线的操作特性以减少或补偿由用户的身体组织引起的对rf信号的影响。例如，一个或更多个天线的辐射方向图、频带、功率(例如，发射功率)等可以被调整。在另一例子中，该组天线可以被配置在空间分集配置或角度分集配置上。调整一个或更多个天线的操作特性可以增加计算设备在发射/接收rf信号方面的有效性和/或效率。例如，调整一个或更多个天线的操作特性可以增加rf信号将被正确地发射/接收的可能性，因为由用户的身体组织引起的rf信号的衰减和/或阻挡被减少或补偿。在另一个例子中，调整一个或更多个天线的操作特性允许计算设备更有效地使用功率(例如，电池功率)，因为计算设备在尝试使用靠近用户的身体组织的天线来接收和/或发射rf信号方面可以浪费较少的功率。在另一例子中，计算设备可以更有效地使用功率(例如，电池功率)，因为如果计算设备确定由于一个或更多个天线不接触或不接近用户的身体组织(或其他导电物体)而不需要更高的发射功率来克服由用户的身体组织(或其他导电物体)引起的衰减，则计算设备可以减小发射功率。尽管本公开可以涉及用户的身体组织以及由与用户的身体组织的接近/接触引起的对rf信号的影响，但与天线接近/接触的导电物体(例如，金属或金属物体)也可以影响rf信号(例如，可以减弱或阻挡rf信号)。在本文公开的例子、实现、实施例等还可以补偿由与导电物体的接近/接触引起的(例如，由紧邻的导电物体引起的)对rf信号的影响。

图1示出根据本公开的一些实施例的互电容测量电路100。互电容测量电路100可以包括互电容电路170。互电容电路170可以包括耦合在发射(tx)引脚103和电源与地之间的一对开关101和102。tx引脚103可以耦合到互电容(cm)104的第一电极，使得由开关101和102的交替闭合生成的tx信号被施加到第一电极。cm104的第二电极可以耦合到接收(rx)引脚105。cm104的第二电极可以被配置成接收从施加到cm104的第一电极的发射信号导出的信号。rx引脚105可以耦合到积分电路180。寄生电容(cp)106可以存在于第二电极、rx引脚和在rx引脚与积分电路180之间的电路之间。cp106不被导电物体的存在改变，但仍可能改变并影响测量；无论传感器的状态如何它都存在于电路上。可以施加不同的电压作为tx信号的一部分。例如，1.8v的电源电压(vdd)可以被提升以提供tx信号。在另一个例子中，电源电压(vdd)可以被分压以提供tx信号。

积分电路180可以包括耦合到引脚125.1和125.2的一对积分电容器124和126。积分电路180可以包括耦合在积分电容器124和126与rx引脚105之间的一对开关121和122。在一个实施例中，rx引脚105可以耦合到模拟多路复用器(amux)110，模拟多路复用器110耦合到积分电路180。在该实施例中，单个积分电路可用于测量在阵列的几个电极之间可能存在的多个互电容。在另一个实施例中，单独的积分电路可以被分配给每个相互的rx引脚。在该实施例中，更多的电路可能是必要的，但多个互电容的同时测量也许是可能的。在还有其他实施例中，可以实现rx引脚和积分电路的不同组合，包括分配到积分电路的不同数量的rx引脚。

积分电路180可以包括通过开关123、开关121和122以及引脚125.1和125.2耦合到积分电容器124和126的参考电压vref。在一个实施例中，vref可以用于在初始化阶段期间将已知电压施加到积分电容器124和126。在各种实施例中，不同的电压可以用作vref。在一个实施例中，vref可以是带隙电压。在其他实施例中，vref可以从电源电压(vdd)分压，可以是集成电路的规定电压，或者可以通过包括电容测量电路100的集成电路的输入引脚从外部电源被提供。积分电容器124和126可以通过比较器130的负输入和正输入耦合到数字化电路190。

数字化电路190的比较器130可以具有耦合到d触发器132的输出，该d触发器132可以用于避免在在积分电容器124和126上的电容的数字化中使用的模拟部件(例如比较器130)和数字部件之间的同步问题。与门134可以通过控制(启用)时间测量逻辑140和开关137来启用或禁用在积分电容器124和126上的电容的数字化。开关137在闭合时可以从电流数模转换器(idac)136提供电流，用于对积分电容器124充电。除非“en”是高电平有效的，否则时间测量逻辑140不(通过d触发器132和与门134)接收来自比较器130的信号。因为en仅在数字化阶段期间是高电平有效的，时间测量逻辑140在积分和初始化阶段期间不接收信号。

在各种实施例中，idac136可以是固定的或可编程的。在还有其他实施例中，idac136可以通过电阻器或开关电容器网络被实现为固定电流源。在开关电容器网络的实施例中，可以通过控制开关电容器的开关频率来控制电流。

在一个实施例中，积分电容器124和126可以设置在集成电路的外部，该集成电路包括互电容测量电路100的开关和数字化元件。在该实施例中，积分电容器通过引脚125.1和125.2耦合到互电容测量电路100。在另一个实施例中，积分电容器124和126是积分电路的一部分，并且在硅中实现。在该实施例中，积分电容器124和126不耦合到引脚125.1和125.2，因为存在于硅中的它们已经耦合到互电容测量电路。

时间测量逻辑140的输出可被传递到处理逻辑，该处理逻辑可用于将在第一时间测量的互电容与在第二时间测量的互电容或基线电容进行比较。处理逻辑可用于确定导电物体是否存在于形成cm104的电极上或附近。处理逻辑可以在作为电容测量电路100的单独的设备上，或者它可以被实现为也包括电容测量电路100的积分电路的一部分。这在下面被更详细地讨论。

图2a和2b示出了根据本公开的一些实施例的用于测量自电容的第一类型的电容传感器，其可以与电容感测部件一起使用。图2a示出了自电容传感器的顶层201和底层202，而图2b示出了传感器沿着轴204的剖面图203。如图2a和2b所示的自电容传感器包括在顶层201和底层202中的导电材料的圆形图案，顶层201和底层202分别附着到衬底205的顶面和底面。顶层201包括传感器电极206，传感器电极206实质上被屏蔽电极207包围并且电连接到连接迹线209，连接迹线209经过屏蔽电极207延伸并且可以用于将传感器电极206连接到在电容感测部件中的感测电路。底层202包括具有交叉影线填充图案的屏蔽电极208，交叉影线填充图案与由电极206、电极207和迹线209覆盖的区域重叠。屏蔽电极208电连接到屏蔽电极207，并且屏蔽电极207和208被接地。

参考剖面图203，自电容cs210表示在传感器电极206与屏蔽电极207和208之间的电容。在一个实施例中，电容cs210在从3皮法(pf)到5pf的范围内，并且当被导电物体例如用户的身体组织触摸时改变至少1pf。

图2c和2d示出了根据本公开的一些实施例的用于测量在两个电极之间的互电容的另一种类型的电容传感器，其可以与电容感测部件一起使用。图2c示出了互电容传感器的顶层221和底层222，而图2d示出了传感器沿着轴224的剖面图223。如图2c和2d所示的互电容传感器包括在顶层221和底层222中的导电材料的图案，顶层221和底层222分别附着在衬底225的顶面和底面。顶层221包括与发射(tx)传感器电极227电容地耦合的接收(rx)传感器电极226。tx传感器电极227和rx传感器电极226分别由迹线230和229延伸，迹线230和229可用作连接点以将电极227和226连接到在电容感测部件中的感测电路。底层222包括屏蔽电极228，该屏蔽电极228被连接到地并用交叉影线填充图案与由rx电极226、tx电极227和迹线229覆盖的区域重叠。

参考剖面图223，互电容cm331表示在tx传感器电极227和rx传感器电极226之间的电容，而自电容cs232表示在rx传感器电极226和接地的屏蔽电极228之间的电容。在一个实施例中，互电容cm231响应于导电物体接触或接近在tx电极227和rx传感器电极226之间的边界而减小，而自电容cs232增加。

在一些实施例中，如上所述的电容传感器可以在传感器的导电材料的顶层上覆盖有保护膜、涂层或其他材料。例如，可以使用一层塑料或玻璃来保护导电材料免于直接接触。因此，传感器可以检测接触上覆的材料的表面而不是直接接触传感器的导电材料的导电物体，例如用户的身体组织。

图3示出了根据本发明的一些实施例的计算系统300。计算系统300包括电容传感器301、电容感测部件302和处理设备303。电容感测部件302可以在与处理设备303不同的功率域上操作，使得电容感测部件302可以在与处理设备303的功耗状态不同的功耗状态中独立地操作。因此，电容感测部件302可以在传感器监控时段期间操作，以便即使当处理设备303和/或计算系统300的其余部分被维持在低功耗状态(例如挂起、待机或休眠状态)中时也监控在电容传感器301处的触摸。

在一个实施例中，电容感测部件302包括定时块310和感测块320。定时块310包括低功率振荡器311和定时器电路312，它们连续地运行以重复地触发感测块320以确定接触是否存在于任一传感器301处(即，确定导电物体是否正在接触或接近传感器301之一)。

定时器电路312从低功率振荡器311接收时钟信号313，并基于时钟信号313来生成重复触发信号。在一个实施例中，定时器电路可以由时钟分频器或计数器实现以生成具有比时钟信号313的频率小的频率的重复触发信号。在一个实施例中，重复触发信号是实质上周期性的信号(即，具有固定的标称周期)；在可选的实施例中，重复触发信号可以是非周期性的。

定时块310将时钟信号313和重复触发信号发射到感测块320。响应于重复触发信号，感测块320发起测量扫描以确定导电物体是否接触或接近任何电容传感器301。例如，对于被实现为脉冲串的重复触发信号，感测块320可以响应于在脉冲串中的每个脉冲而发起测量扫描，并且可以通过在测量周期期间顺序地将时钟信号313或325之一施加到每个电容传感器301以测量它们的相应电容值来执行测量扫描。

感测块320对重复触发信号的响应由状态机321控制，状态机321从定时器电路312接收重复触发信号。例如，状态机321可以通过将感测块320从低功耗状态转变到高功耗状态来对重复触发信号的脉冲做出响应。在一个实施例中，低功耗状态是感测块320的一种如下操作模式：在这种操作模式中感测块320的部件例如振荡器322、感测电路323和唤醒逻辑324不操作，并且不消耗电流或消耗最小电流。状态机321因此可以通过使功率被提供到振荡器322、感测电路323和/或唤醒逻辑324来将感测块320转变到高功耗状态。通过开启感测块320的这些部件，状态机321使振荡器322为感测电路323生成时钟信号325，并使感测电路323开始对电容传感器301的测量。

在一个实施例中，感测电路323选择时钟信号313或325中的一个，并将所选择的时钟信号依次施加到每个电容传感器301以检测由在任何传感器301上或附近的导电物体引起的电容变化。在一个实施例中，低功率振荡器311消耗10纳安(na)的电流以生成具有1khz的频率的时钟信号313，而振荡器322消耗1微安(μa)以生成具有100khz的频率的时钟信号325。

使用时钟信号313而不使用时钟信号325可以导致相对较低的功耗和增加的测量周期，其对应于用于检测传感器接触的较慢响应时间。在只有1khz时钟信号313被使用的一个实施例中，振荡器322也可以对于所有功耗状态被省略或维持在关闭状态中，以进一步降低功耗。使用时钟信号325而不使用时钟信号313可以导致相对较高的功耗、较短的测量周期以及用于检测传感器接触的较快的响应时间。

在一个实施例中，状态机321另外被配置为在测量扫描完成之后并且在重复触发信号的最近脉冲之后的下一个后续脉冲之前将感测块320转变回到低功耗状态。

感测块320包括唤醒逻辑324，其被配置为响应于在一个或更多个电容传感器301处检测到导电物体的存在而使处理部件330从低功耗状态转变到高功耗状态。唤醒逻辑324通过向处理部件330输出唤醒信号来将处理设备303从低功耗状态转变到高功耗状态。例如，唤醒逻辑324可以将处理部件330从低功耗状态(其为高级配置和电源接口(acpi)c3“睡眠”功率状态)转变到高功耗状态(其为acpic0“操作”功率状态)。

在一个实施例中，处理部件330和/或处理设备303的其他部件从与电容感测部件302不同的功率域提供功率。通过在不同的功率域上操作电容感测部件302和处理设备303，模块302和303可以独立地被上电和断电，并且可以在不同的功耗状态中操作。在一个实施例中，处理设备303被构建在与电容感测部件302不同的集成电路芯片上。例如，从第一功率域提供功率的第一集成电路芯片可以包括定时块310和感测块320，而从第二功率域提供功率的第二集成电路芯片可以包括处理部件330和存储器331。在可选的实施例中，处理设备303和电容感测部件302可以位于同一集成电路芯片上。

在一个实施例中，唤醒逻辑324可以确定特定的唤醒序列是否已经出现，然后响应于唤醒序列而向处理设备303输出唤醒信号。唤醒序列可以被定义为例如对特定传感器或传感器的组合或序列的激活。如果有效的唤醒序列没有被检测到，则唤醒逻辑324允许处理部件330保持在低功耗状态中。

在一个实施例中，从唤醒逻辑324输出的唤醒信号还可以使处理设备303在低功耗状态和高功耗状态之间转变，因为处理设备303可以包括可以在功率状态之间切换的其他部件(例如存储器331)。例如，唤醒信号可以使处理设备303在acpig1“睡眠”功率状态之一和acpig0“工作”功率状态之间切换。在一个实施例中，处理部件330可以将唤醒信号传播到处理设备303的其他部件，以便改变处理设备303的功耗状态；可选地，唤醒信号可以由在处理设备303中的其他逻辑接收和处理。

在一个实施例中，处理设备303包括存储由处理部件330可执行的指令332的存储器331。在一个实施例中，处理部件330被配置为在从低功耗状态转变到高功耗状态之后自动执行指令332。处理部件330可以根据由唤醒逻辑324检测的特定唤醒序列来执行指令的不同集合。例如，当感测块320检测到在第一电容传感器处的接触时，唤醒逻辑324可以唤醒处理部件330并使处理部件330执行指令的第一块，以及当感测块320检测到在第二电容传感器处的接触时，唤醒逻辑324可以唤醒处理部件330并使处理部件330执行指令的不同块。

图4a示出根据本公开的一些实施例的穿戴式计算设备400。穿戴式计算设备400的例子可以包括智能手表、智能手镯、无线头戴式耳机、无线头戴式送受话器、健身/活动跟踪器等。穿戴式计算设备400可以包括存储器(在图4a中未示出)、处理设备(在图4a中未示出)以及天线a1、a2、a3和a4。穿戴式计算设备400可以具有带有内表面401(其可以接触用户/穿戴者的皮肤)和外表面402的手镯的一般形状。天线a1和a2可以位于穿戴式计算设备400的内表面401上。天线a3和a4可以位于穿戴式计算设备的外表面402上。在一些实施例中，穿戴式设备400可以是可反转的(例如，里面翻到外面)，使得外表面402可以变成内表面，而内表面401可以变成外表面。

穿戴式计算设备400可以通过经由天线a1、a2、a3和a4中的一个或更多个发射和/或接收rf信号来与其他计算设备(例如，智能电话、平板计算机、膝上型计算机、服务器计算机等)传递数据(例如，发射数据和/或接收数据)。因为天线a1和a2位于穿戴式计算设备400的内表面401上，所以天线a1和a2可以与用户的身体接触和/或可以极其接近用户的身体。如上面所讨论的，用户的身体组织(例如，皮肤、肌肉、骨头、身体脂肪等)通常可以高度吸收由天线a1、a2、a3和/或a4发射和/或接收的rf信号。此外，用户的身体组织的接近也可以使天线a1、a2、a3和/或a4载荷加重，并且可以降低/减小匹配部件(例如，阻抗匹配电路、阻抗匹配网络等)的性能。

图4b示出根据本公开的一些实施例的计算设备410。计算设备410可以是便携式计算设备。便携式计算设备的例子可以包括智能电话、桌上型计算机、音乐播放器、手持游戏设备等。计算设备410可以包括存储器(在图4b中未示出)、处理设备(在图4b中未示出)以及天线a1、a2、a3和a4。计算设备410可以具有矩形棱柱或长方体的一般形状。

如上面所讨论的，计算设备410可以通过经由天线a1、a2、a3和a4中的一个或更多个发射和/或接收rf信号来与其他计算设备(例如，智能电话、平板计算机、膝上型计算机、服务器计算机等)传递数据(例如，发射数据和/或接收数据)。当用户在不同位置上操纵或握着计算设备410时，天线a1、a2、a3和/或a4可以与用户的身体接触和/或可以极其接近用户的身体。如上面所讨论的，用户的身体组织(例如，皮肤、肌肉、骨头、身体脂肪等)通常可以高度吸收由天线a1、a2、a3和a4发射和/或接收的rf信号。此外，用户的身体组织的接近也可以使天线a1、a2、a3和a4载荷加重，并且可以降低/减小匹配部件(例如，阻抗匹配电路、阻抗匹配网络等)的性能。

本文描述的实施例、例子、实现等可适用于具有不同形状因素、形状、尺寸、大小等的各种类型的设备。例如，本文描述的实施例可以适用于智能手表/手镯。在另一个例子中，本文描述的实施例可以适用于智能项链。在另一例子中，本文描述的实施例可以适用于耳机、耳塞、头戴式送受话器等。在另一个例子中，本文描述的实施例可以适用于智能笔/指示笔(stylus)。在另一例子中，本文描述的实施例可以适用于各种便携式/移动计算设备，例如平板计算机、膝上型计算机、智能电话、手持游戏设备等。在另一例子中，本文描述的实施例可适用于包括一个或更多个天线的任何设备，所述天线可接触或接近导电物体(例如用户的身体组织)。

图4c示出了根据本公开的实施例的电容的示例表400。表400可以是电容数据的例子。表400的第一列指示由电容传感器测量的天线。电容传感器的例子包括图1所示的互电容104和图2a至2d所示的电容传感器。电容传感器也可以被称为电容性传感器。表400的第二列指示由耦合到相应天线的电容传感器检测到的电容。例如，在天线a1处检测到(例如，测量到)103毫微微法(ff)的电容(或电容变化)，在天线a2处检测到95ff的电容(或电容变化)，在天线a3处检测到5ff的电容(或电容变化)，以及在天线a4处检测到1ff的电容(或电容变化)。在一个实施例中，由电容传感器检测的电容可以是相对电容。例如，电容传感器可以检测在第一时间点和第二时间点之间的电容的变化或差异。在另一个实施例中，由电容传感器检测的电容可以是绝对电容。当本公开提到测量电容、检测电容、确定电容等时，这可以指相对电容(例如，电容的变化或差异)或绝对电容。

在表400中示出的电容可以由于用户的身体组织多么接近相应天线而变化。例如(参考图4a)，如果用户将穿戴式设备400戴在用户的手腕上，天线a1和a2(其位于穿戴式设备400的内表面401上)可以与用户的身体组织接触或极其接近。这可能导致在天线a1和a2处(例如，分别为103ff和95ff)检测到比在天线a3和a4处(例如，分别为5ff和1ff)更高的电容(或更高的电容变化)。在另一个例子中(参考图4b)，如果用户的手握着计算设备410的下半部分，则用户的手可能与天线a1和a2(其位于计算设备410的下半部分)接触或极其接近。这也可能导致在天线a1和a2处(例如，分别为103ff和95ff)检测到比在天线a3和a4处(例如，分别为5ff和1ff)更高的电容(或更高的电容变化)。

在一个实施例中，电容传感器可以耦合到天线a1、a2、a3和a4。电容传感器可以检测在天线a1、a2、a3和a4处的电容。当天线a1、a2、a3和a4接触或接近用户的身体组织时，在天线a1、a2、a3和a4处的电容可以改变。设备410的处理设备可以接收电容数据(其表示/指示在天线a1、a2、a3和a4处的电容或电容变化)，并且可以基于电容数据(例如，基于在天线a1、a2、a3和a4处检测到的电容或电容变化)来调整天线a1、a2、a3和a4中的一个或更多个的操作参数，如下面更详细讨论的。例如，天线a1至a4可以被配置为基于电容数据来在空间分集或角度分集配置中操作，如下面更详细讨论的。在另一例子中，可以基于电容数据来调整rf信号的功率、辐射方向图和/或rf信号的频率/频带，如下面更详细讨论的。

天线的例子可以包括但不限于有线天线(例如，单极天线、偶极天线、环形天线等)、微带天线(例如平面倒f天线(pifa)、贴片天线)、近场通信(nfc)天线、分形天线、孔径天线(例如缝隙天线、倒f天线)等。尽管在图4a至4c中示出了四个天线，但本领域中的普通技术人员理解，可以使用任何不同数量的天线，并且可以使用不同的天线放置/定向。

图5a示出了根据本公开的一些实施例的计算设备500a。计算设备的例子包括智能电话、蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机等。计算设备500a包括处理设备510、电容传感器516、天线520、短支柱525和开关530。处理设备510包括rf部件511、存储器331、处理部件514、通用输入/输出(gpio)部件514和电容感测部件515。处理设备510可以是中央处理单元(cpu)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、微处理器、微控制器、片上系统(soc)、可编程soc(psoc)等。处理部件514可以是可以执行指令的硬件、软件、固件或其组合。例如，处理部件330可以被称为处理器核心、执行单元等。短支柱525可以是金属设备/部件(例如，金属或金属合金的成形件)。gpio部件514可以是可以用于与计算设备500a的其他部件传递数据(例如，发射或接收比特、二进制信号等)的硬件、软件、固件或其组合。

rf部件511可以生成rf信号，并且可以向天线520提供rf信号。rf部件511还可以接收由天线520接收(例如，检测)的rf信号，并且可以处理该rf信号。rf部件511的例子可以包括rf无线电装置，例如无线电装置、wi-fi^tm无线电装置(例如，802.11b无线电装置、802.11ac无线电装置、802.11n无线电装置等)。

如上面所讨论的，天线520可以向其他计算设备发射rf信号和/或可以从其他计算设备接收rf信号。天线520可以是单极天线、pifa天线、微带天线等。电容传感器516可以耦合到天线520(例如，电气地耦合、经由电线、引脚、线、迹线等耦合)。在一个实施例中，天线520可以是多模天线。多模天线可以是可以被配置成改变它的操作频率(例如，被发射/接收的rf信号的频带/频率)、它的辐射方向图或它的极化中的一个或更多个的天线。多模天线也可以被称为可重构天线。

如上面所讨论的，电容传感器516可以检测在天线520处的电容和/或可以检测在天线520处的电容变化。电容传感器的例子包括图1所示的互电容104和图2a至2d所示的电容传感器。电容传感器516可以生成可以指示在天线520处检测到的电容(或电容变化)的电容数据(例如，信号、值、数字、其他信息等)。电容传感器516可以向电容感测部件515提供电容数据。电容感测部件515可以处理电容数据和/或可以将电容数据存储在存储器331中(例如，在高速缓存、随机存取存储器、寄存器、闪存等中)。在一个实施例中，电容感测部件515可以基于从电容传感器516接收的信号和/或其他数据来生成电容数据。例如，电容感测部件515可以生成指示由电容传感器516检测到的电容(或电容变化)的值(例如，100)。尽管存储器331被示为处理设备510的一部分，但在其他实施例中存储器331可以与处理设备510分离。此外，尽管电容传感器516被示为与处理设备303分离，但在其他实施例中电容传感器516可以是处理设备303的一部分。

如上面所讨论的，电容数据可以指示在天线520处检测到的电容(或电容变化)。较高的电容(或电容变化)可以指示天线520接触和/或接近人体组织(例如，皮肤、肌肉等)。如上面所讨论的，处理部件330可以基于电容数据来调整天线520的一个或更多个操作特性。例如，如果在天线520处检测到的电容(或电容变化)大于阈值电容(或阈值电容变化)，则处理部件330可以调整天线520的一个或更多个操作特性。

在一个实施例中，处理部件330可以通过改变由天线520生成/发射的rf信号的无线电方向图来调整天线520的操作特性。处理部件330可以与gpio部件514通信和/或可以使gpio部件514激活/去激活(例如，打开/关闭)开关530。激活开关530可以将天线525耦合(例如，电气地耦合、连接等)到短支柱525。去激活开关530可以将短支柱525从天线520去耦合(例如，电气地去耦合、断开等)。将短支柱525耦合到天线520和将短支柱525从天线520去耦合可以改变由天线520生成/发射的rf信号的辐射方向图。例如，辐射方向图的形状可以改变，如下面更详细讨论的。在另一个例子中，辐射方向图的定向和/或方向可以改变，如下面更详细讨论的。

在另一个实施例中，处理部件330可以改变由天线520生成/发射的rf信号的频率/频带。例如，处理部件330可以与rf部件511通信，并且可以使/指示rf部件511生成在不同频率/频带处的rf信号。

在另一个实施例中，处理部件330可以改变由天线520发射的rf信号的功率。例如，如果更高的电容在天线520处被检测到，处理部件330可以增加rf信号的功率(例如，增加发射功率、增加振幅等)。rf信号的功率的增加可以允许天线520发射和/或接收rf信号而不管由与用户的身体组织的接触/接近引起的衰减或阻挡(例如，可以允许计算设备500a补偿由用户的身体组织引起的衰减)。

在另一个实施例中，处理部件330可以改变rf信号的频率/频带、rf信号的辐射方向图和rf信号的功率中的两个或更多个。例如，如果更高的电容(或电容变化)在天线520处被检测到，则处理部件330可以使用具有更小带宽的rf信号(例如具有22兆赫(mhz)rf带宽的802.11b标准)，并且可以在更高的功率处发射rf信号。在另一例子中，如果较低的电容(或电容变化)在天线520处被检测到，则处理部件330可以使用具有较高带宽的rf信号(例如具有160兆赫(mhz)rf带宽的802.11ac标准)，并且可以在较低的功率处发射rf信号。

在一个实施例中，如果在天线520处检测到的电容(或电容变化)大于阈值电容(或阈值电容变化)，则处理部件330可以抑制发射和/或接收rf信号。例如，如果在天线520处的电容(或电容变化)大于阈值电容或电容变化，则处理部件330可以使rf部件511停止生成/发射rf信号，因为天线520与用户的身体组织的接近将阻止rf信号由计算设备接收，并且功率(例如电池功率)可以通过不发射rf信号而被节省。在一个实施例中，抑制发射和/或接收rf信号可以是调整一个或更多个天线的一个或更多个操作特性的例子。

图5b示出了根据本公开的一些实施例的示例极坐标图517。如上面所讨论的，处理设备或计算设备可以调整天线的操作特性，改变由天线生成/发射的rf信号的无线电方向图。参考图5a，当开关530被激活并且短支柱525耦合到天线520时，天线520可以生成/发射具有辐射方向图518的rf信号。当开关530被去激活并且短支柱525从天线520去耦合时，天线520也可以生成/发射具有辐射方向图519的rf信号。如图5b所示，辐射方向图518的形状不同于辐射方向图519的形状。辐射方向图518的定向和/或方向也可以不同于辐射方向图519的定向。例如，辐射方向图518可以向上或从图5b出来，而辐射方向图519可以向下或进入图5b内。改变rf信号的辐射方向图的方向、定向和/或形状可以允许计算设备更有效、更高效和/或以更少的功耗发射和/或接收rf信号。例如，如果用户的身体组织在天线520下方，改变辐射方向图使得辐射方向图向上/远离用户的身体组织出来可以允许计算设备以较少的衰减从用户的身体发射和/或接收数据(例如，可以允许计算设备补偿由用户的身体引起的对rf信号的影响，例如衰减)。

图5c示出根据本发明的一些实施例的计算设备500b。计算设备的例子包括智能电话、蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机等。计算设备500a包括处理设备510、一组电容传感器516、一组天线550(例如，一个或更多个天线)和天线开关部件560。如上面所讨论的，处理设备510包括rf部件511、存储器331、处理部件514、gpio部件514和电容感测部件515。

如上面所讨论的，一个或更多个天线550可以向其他计算设备发射rf信号和/或可以从其他计算设备接收rf信号。电容传感器516可以耦合到每个天线550(例如，电气地耦合、经由电线、引脚、线、迹线等耦合)或者天线550的子集可以分别耦合到电容传感器516。如上面所讨论的，电容传感器516可以检测在天线550处的电容和/或电容变化。电容传感器516可以生成可以指示在天线550处检测到的电容或电容变化的电容数据(例如，信号、值、数字、其他信息等)，并且可以向电容感测部件515提供电容数据。电容感测部件515可以处理电容数据和/或可以将电容数据存储在存储器331中。在一个实施例中，如上面所讨论的，电容感测部件515可以基于从电容传感器516接收的信号和/或其他数据来生成电容数据。此外，尽管电容传感器516被示为与处理设备303分离，但在其他实施例中电容传感器516可以是处理设备303的一部分。

如上面所讨论的，较高的电容(或电容变化)可以指示相应的天线550与人体组织(例如，皮肤、肌肉等)接触和/或接近。如上面所讨论的，处理部件330可以基于电容数据来调整一个或更多个天线550的一个或更多个操作特性。例如，如果在第一天线550处检测到的电容(或电容变化)大于阈值电容(或阈值电容变化)，则处理部件330可以调整第一天线550的一个或更多个操作特性。

在一个实施例中，处理部件330可以通过将天线550配置为在空间分集配置中操作来调整天线550的操作特性。空间分集配置可以是天线550的子集用于发射和/或接收rf信号的配置。例如，参考图4c，计算设备500b可以具有四个天线550(在表400中被表示为天线a1至a4)，并且在天线550中的两个(例如，天线a1和a2)处检测到的电容(或电容变化)可以大于阈值电容(或阈值电容变化)，因为两个天线550与用户的身体组织接触或非常接近。处理部件330可以使用剩余的两个天线(例如，天线a3和a4)中的一个或更多个来发射和/或接收无线信号，因为剩余的两个天线最不可能经历由用户的身体组织引起的衰减(这可以允许计算设备500b更有效、更高效并且以更少的功耗发射/接收rf信号)。这可以允许计算设备500b补偿由用户的身体组织引起的对rf信号的影响(例如，rf信号的衰减)。

在一个实施例中，处理部件330可以基于电容数据来促使和/或指示天线开关部件560将一个或更多个天线550耦合到rf部件511。例如，处理部件330可以促使和/或指示天线开关部件560将天线550中的一个耦合(例如，电气地耦合、连接等)到rf部件511。在另一个例子中，处理部件330可以促使和/或指示天线开关部件560将三个天线550耦合到rf部件511。在另一例子中，处理部件330可以促使和/或指示天线开关部件560将具有最小电容(或电容变化)的天线550耦合到rf部件511。将天线550耦合到rf部件511可以启用、激活或开启天线550，这可以允许天线发射/接收rf信号。将天线从rf部件去耦合可以禁用、去激活或关闭天线550，这可阻止天线发射/接收rf信号。

在一个实施例中，如上面所讨论的，如果在天线550处检测到的所有电容(或电容变化)大于阈值电容(或阈值电容变化)，则处理部件330可以抑制发射和/或接收rf信号。因为所有天线550都与用户的身体组织接触或接近，所以由天线550发射的rf信号很可能不被接收到(由于由用户的身体组织引起的对rf信号的影响)。这可以允许计算设备500b通过不发射/接收rf信号来节省功率(例如，电池功率)。在一个实施例中，抑制发射和/或接收rf信号可以是调整一个或更多个天线的一个或更多个操作特性的例子。

图5d示出了根据本公开的一些实施例的计算设备500c。计算设备的例子包括智能电话、蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机等。计算设备500a包括处理设备510、一组电容传感器516、一组天线550(例如，一个或更多个天线)和组合部件570。如上面所讨论的，处理设备510包括rf部件511、存储器331、处理部件514、通用输入/输出(gpio)部件514和电容感测部件515。如上面所讨论的，一个或更多个天线550可以向其他计算设备发射rf信号和/或可以从其他计算设备接收rf信号。如上面所讨论的，电容传感器516可以耦合到每个天线550。电容传感器516可以检测在天线550处的电容和/或电容变化，并且可以生成电容数据，如上面所讨论的。如上面所讨论的，电容感测部件515可以处理电容数据和/或可以将电容数据存储在存储器331中。在一个实施例中，如上面所讨论的，电容感测部件515可以基于从电容传感器516接收的信号和/或其他数据来生成电容数据。此外，尽管电容传感器516被示为从处理设备303分离，但在其他实施例中电容传感器516可以是处理设备303的一部分。

如上面所讨论的，较高的电容(或电容变化)可以指示相应的天线550与人体组织(例如，皮肤、肌肉等)接触和/或接近。如上面所讨论的，处理部件330可以基于电容数据来调整一个或更多个天线550的一个或更多个操作特性。例如，如果在一个或更多个天线550处检测到的电容(或电容变化)大于阈值电容(或阈值电容变化)，则处理部件330可以调整一个或更多个天线550的一个或更多个操作特性。

在一个实施例中，处理部件330可以通过将天线550配置为在角度分集配置中操作来调整天线550的操作特性。角度分集配置可以是一种如下配置：在这种配置中在多个天线550上接收的rf信号被组合以获得组合的rf信号。角度分集配置也可以是一种如下配置：在这种配置中在多个天线550上以不同相位发射rf信号。例如，参考图4c，计算设备500c可以具有四个天线550(在表400中被表示为天线a1至a4)，并且在天线550中的两个(例如，天线a1和a2)处检测到的电容(或电容变化)可能大于阈值电容(或阈值电容变化)，因为两个天线550与用户的身体组织接触或非常接近。处理部件330可以使由剩余的两个天线(例如，天线a3和a4)接收/检测的rf信号被组合，因为剩余的两个天线可能最不可能经历由用户的身体组织引起的衰减(这可以允许计算设备500c更有效、更高效并且以更少的功耗发射/接收rf信号)。处理部件330还可以使由剩余的两个天线发射的rf信号具有不同的相位(例如，被相移)。这可以允许计算设备500c补偿由用户的身体组织引起的对rf信号的影响(例如，rf信号的衰减)。

在一个实施例中，处理部件330可以促使和/或指示组合部件570基于电容数据来组合从天线550(经由gpio部件514)接收的rf信号。例如，处理部件330可以指示组合部件570使用等增益组合(例如，所接收的rf信号的简单平均)来组合rf信号。在另一例子中，处理部件330可以指示组合部件570使用最大比组合(例如，所接收的信号的加权平均)来组合rf信号。处理部件330可以基于电容数据来指示组合部件570使用最大比组合的特定权重。例如，参考图4c，处理部件330可以指示组合部件570使用公式rf_comb＝0.8(rf_a4)+0.2(rf_a3)来组合从天线a3和a4接收的rf信号，其中rf_comb是组合的rf信号，其中rf_a3是从天线a3接收的rf信号，以及rf_a4是从天线a4接收的rf信号。更高的权重(例如，0.8)可以用于天线a4，因为最低的电容(或电容变化)在天线a4处被检测到(与天线a3相比)。在一些实施例中，用于最大比组合的权重可以与在天线550处检测到的电容(或电容变化)成比例或成比率关系。

在一个实施例中，如上面所讨论的，如果在天线550处检测到的所有电容或电容变化都大于阈值电容或阈值电容变化，则处理部件330可以抑制发射和/或接收rf信号。因为所有天线550都与用户的身体组织接触或接近，所以由天线550发射的rf信号很可能不被接收到(由于由用户的身体组织引起的对rf信号的影响)。这可以允许计算设备500c通过不发射/接收rf信号来节省功率(例如，电池功率)。在一个实施例中，抑制发射和/或接收rf信号可以是调整一个或更多个天线的一个或更多个操作特性的例子。

图6是根据本公开的一些实施例的调整一组天线的操作特性的方法600的流程图。方法600可以由处理逻辑执行，该处理逻辑可以包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、处理器、处理设备、中央处理单元(cpu)、片上系统(soc)等)、软件(例如，在处理设备上运行/执行的指令)、固件(例如，微码)或其组合。在一些实施例中，方法600可以由处理设备(例如，图3所示的处理设备303)、处理部件(例如，图3所示的处理部件330)、处理设备(例如，图5a、5c和5d所示的处理设备510)和/或处理部件(例如，图5a、5c和5d所示的处理部件330)执行。

方法600在块605开始，其中处理设备从一组电容传感器接收一个或更多个信号。处理设备可以基于从该组电容传感器(例如，一个或更多个电容传感器)接收的一个或更多个信号来生成电容数据。如上面所讨论的，电容数据可以指示在计算设备的一个或更多个天线处检测或测量的一个或更多个电容(或电容变化)(例如，一个或更多个天线中的每一个的一个电容或电容变化)。处理设备可以可选地将电容数据存储在存储器(例如，随机存取存储器、高速缓存、闪存等)中。在块610，处理设备确定该组电容或电容变化是否大于阈值电容或阈值电容变化。例如，处理设备可以确定在该组电容变化中的(在每个天线处检测到的)每个电容变化是否大于阈值电容变化。

如果在该组电容中的所有电容(或电容变化)都大于阈值，处理设备可以前进到块625，其中处理设备可以抑制发射和/或接收rf信号。例如，处理设备可以指示rf部件(例如，rf无线电装置)停止生成/发射rf信号。在另一例子中，处理设备可以指示rf部件停止检测/处理rf信号。如上面所讨论的，如果天线与用户的身体组织接触或非常接近，这可能影响天线接收和/或发射rf信号的能力(例如，因为用户的身体组织将吸收和/或衰减rf信号)。如果在该组电容中的所有电容(或电容变化)都大于阈值电容(或阈值电容变化)，这可以指示没有不与用户的身体组织(例如，用户的皮肤、肌肉等)接触或极其接近的天线。处理设备可以(在一个或更多个天线中的全部上)抑制发射和/或接收rf信号，因为用户的身体组织可能影响rf信号的发射/接收(例如，可能阻止rf信号被正确地发送/接收)。在一个实施例中，抑制发射和/或接收rf信号可以是调整一个或更多个天线的一个或更多个操作特性的例子。

如果在该组电容中的至少一个电容(或电容变化)不大于阈值电容(或阈值电容变化)，则处理设备可以在块615调整一个或更多个天线的操作特性。例如，如上面所讨论的，处理设备可以基于电容数据配置该组天线以在空间分集配置中操作(例如，使用天线的子集来发射/接收)。在另一例子中，如上面所讨论的，处理设备可以基于电容数据配置该组天线以在角度分集配置中操作(例如，组合由不同天线接收的rf信号或者针对不同天线以不同相位发射rf信号)。在另一例子中，如上面所讨论的，处理设备可以基于电容数据来改变一个或更多个天线的辐射方向图。在又一例子中，如上面所讨论的，处理设备可以基于电容数据来改变由一个或更多个天线使用的频率/频带。在另一例子中，处理设备可以基于电容数据来改变由一个或更多个天线发射的rf信号功率(例如，发射功率、振幅等)。如果在该组电容中的至少一个电容(或电容变化)不大于阈值电容或阈值电容变化(例如，小于或等于阈值电容或阈值电容变化)，这可以指示有不与用户的身体组织(例如，用户的皮肤、肌肉等)接触或极其接近的至少一个天线。至少一个天线也许能够在比接触/接近用户的身体组织的其他天线更少的干扰的情况下发射和/或接收无线信号。调整一个或更多个天线的一个或更多个操作参数可以允许计算设备减少或补偿由用户的身体组织引起的对rf信号的影响(例如rf信号的衰减、阻挡、吸收等)。处理设备可以在调整该组天线中的一个或更多个天线的操作特性之后前进到块620，并且可以使用所配置的天线来发射和/或接收rf信号。

在块630，处理设备可以确定是否继续接收电容数据、处理/分析电容数据以及基于电容数据来调整一个或更多个天线的操作特性。例如，处理设备可以确定它是否应该周期性地接收新的电容数据，并基于电容数据来调整一个或更多个天线的操作特性。在计算设备上的配置设置/参数可以向处理设备指示处理设备是否应该周期性地接收新的电容数据并调整一个或更多个天线的操作特性。如果处理设备确定它应该继续接收电容数据并调整天线的操作特性，则处理设备可以前进到块605。如果处理设备确定它不应该继续接收电容数据和调整天线的操作特性，则方法600结束。

除非另外特别规定，诸如“接收”、“调整”、“配置”、“改变”、“启用”、“禁用”、“组合”、“确定”、“抑制”的术语或类似的术语指由计算设备执行或实现的行动和过程，计算设备将在计算设备的寄存器和存储器内被表示为物理(例如，电子)量的数据操纵和转换为在计算设备存储器或寄存器或者其他这样的信息存储装置、传输或显示设备内类似地被表示为物理量的其他数据。

本文所述的例子还涉及用于执行本文所述的操作的装置。该装置可以为了所需的目的被特别构造，和/或它可以包括由存储在计算设备的计算机程序选择性地编程的通用计算设备。这种计算机程序可以存储在计算机可读非暂时性存储介质中。

某些实施例可被实现为可包括存储在机器可读介质上的指令的计算机程序产品。这些指令可用于对通用或专用处理器编程以执行所描述的操作。机器可读介质包括用于存储或传输由机器(例如，计算机)可读的形式(例如软件、处理应用)的信息的任何机制。机器可读介质可以包括但不限于磁存储介质(例如，软盘)；光学存储介质(例如，cd-rom)；磁光存储介质；只读存储器(rom)；随机存取存储器(ram)；可擦除可编程存储器(例如，eprom和eeprom)；闪存；或适合于存储电子指令的另一种类型的介质。机器可读介质可以被称为非暂时性机器可读介质。

本文所述的方法和说明性例子并不固有地与任何特定的计算机或其他装置相关。各种通用系统可以根据本文所述的教导被使用，或者构造更专用的装置以执行所需的方法步骤可证明是方便的。如在上面的描述中所阐述的，将出现用于这些系统中的各种系统的所需结构。

上面的描述被规定为说明性的而非限制性的。尽管已经参考特定的说明性例子描述了本公开，但将认识到，本公开不限于所描述的例子。因此，本公开的范围应参考所附权利要求连同权利要求享有权利的等效物的全范围来确定。

如在本文所使用的，单数形式“a”、“an”和“the”意欲也包括复数形式，除非上下文另有清楚指示。将进一步理解，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”当在本文被使用时规定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。此外，如在本文使用的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等意欲作为区分开不同元件的标签，并且可能不一定具有根据它们的数字标号的顺序含义。因此，本文使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，且并没有被规定为限制性的。

还应当注意，在一些可选的实现中，所提到的功能/行动可以不以图中提到的顺序出现。例如，连续地显示的两个图事实上可以实质上同时被执行，或者有时可以以相反的顺序被执行，取决于所涉及的功能/行动。

尽管方法操作以特定的顺序被描述，但应当理解，其他操作可以在所描述的操作之间被执行，所描述的操作可以被调整，使得它们在稍微不同的时间出现，或者所描述的操作可以分布在允许处理操作在与处理相关联的各种时间间隔出现的系统中。

各种单元、电路或其他部件可以被描述或主张为“被配置成”或“可配置成”执行一个或更多个任务。在这样的上下文中，短语“被配置成”或“可配置成”用于通过指示单元/电路/部件包括在操作期间执行一个或更多个任务的结构(例如，电路)来暗示结构。因此，该单元/电路/部件可以被认为被配置成执行任务或者可配置成执行任务，即使当指定的单元/电路/部件当前不操作(例如，没有开启)。与“被配置成”或“可配置成”语言一起使用的单元/电路/部件包括硬件，例如电路、存储可执行来实现操作的程序指令的存储器等。叙述单元/电路/部件“被配置成”执行一个或更多个任务或者“可配置成”执行一个或更多个任务明确地不打算为该单元/电路/部件援引《美国法典》第35编第112条第6段。另外，“被配置成”或“可配置成”可以包括由软件和/或固件(例如，执行软件的fpga或通用处理器)操纵的通用结构(例如，通用电路)以用能够执行讨论中的任务的方式操作。“被配置成”还可以包括使制造过程(例如，半导体制造设施)制造适于实现或执行一个或更多个任务的设备(例如，集成电路)。“可配置成”明确地不打算适用于空白介质、未编程处理器或未编程通用计算机或未编程的可编程逻辑设备、可编程门阵列或其他未编程设备，除非伴随有将被配置成执行所公开的功能的能力赋予未编程设备的被编程介质。

为了解释的目的，已经参考特定的实施例描述了前述描述。然而，上面的说明性讨论并没有被规定为无遗漏的或将本发明限制为所公开的精确形式。鉴于上面的教导，许多修改和变形是可能的。实施例被选择和描述以便最好地解释实施例的原理及其实际应用，以从而使本领域中的技术人员能够如可适合于所设想的特定用途那样最好地利用实施例和各种修改。因此，当前的实施例应被考虑为说明性的而不是限制性的，并且本发明不限于在本文给出的细节，但可以在所附权利要求的范围和等效物内被修改。