使用能量脉冲的电压采样以及相关系统、方法和设备与流程

使用能量脉冲的电压采样以及相关系统、方法和设备
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请根据35u.s.c.
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119(e)要求2020年9月3日提交的美国临时专利申请序列号62/706,704的权益，其公开内容据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
3.一个或多个示例整体涉及电容传感器以及测量电极的自电容。一个或多个示例整体涉及触摸传感器。一个或多个示例整体涉及料位传感器。


背景技术：

4.电容传感器用于多种可操作环境中，包括但不限于用作料位传感器和触摸传感器。
附图说明
5.为了容易地识别对任何特定元素或动作的讨论，参考标号中最重要的一个或多个数字是指首次引入的该元素的图号。
6.图1是根据一个或多个示例的包括采集电路的装置的示意图。
7.图2是描绘根据一个或多个示例的过程的流程图。
8.图3是描绘根据一个或多个示例的过程的流程图。
9.图4是描绘根据一个或多个示例的过程的流程图。
10.图5是示例性系统的示意图，该示例性系统包括经由包括非预期电容器的外部引线耦接至电容网络的测量电路。
11.图6是根据一个或多个示例的在预期操作期间图5的耦接至电容网络的引线处的电压的时序图。
12.图7是根据一个或多个示例的在预期操作期间由预期电容器处和非预期电容器处的电压呈现的相应电压电平的图形表示。
具体实施方式
13.在以下具体实施方式中，参考了形成本公开的一部分的附图，并且在附图中以举例的方式示出了可实践本公开的特定示例。充分详细地描述了这些示例，以使本领域的普通技术人员能够实践本公开。然而，可利用本文已启用的其他示例，并且可在不脱离本公开的范围的情况下进行结构、材料和流程变化。
14.本文所呈现的图示并不旨在为任何特定方法、系统、设备或结构的实际视图，而仅仅是用于描述本公开的示例的理想化表示。在一些情况下，为了读者的方便，各附图中的类似结构或部件可保持相同或相似的编号；然而，编号的相似性并不一定意味着结构或部件在尺寸、组成、构造或任何其他属性方面是相同的。
15.以下描述可以包括示例以帮助本领域的普通技术人员实践本发明所公开的示例。
术语“示例性”、“比如”和“例如”的使用意味着相关描述是说明性的，并且虽然本公开的范围旨在涵盖示例和法律等同形式，但使用此类术语并不旨在将示例或本公开的范围限制于指定的部件、步骤、特征、功能等。
16.应当容易理解，如本文一般所述并且在附图中示出的示例的部件可被布置和设计成多种不同的配置。因此，对各种示例的以下描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅代表各种示例。虽然这些示例的各个方面可在附图中给出，但附图未必按比例绘制，除非特别指明。
17.此外，所示出和描述的特定实施方式仅为示例，并且不应理解为实施本公开的唯一方式，除非本文另外指明。元件、电路和功能可以框图形式示出，以便不以不必要的细节模糊本公开。相反，所示出和描述的特定具体实施仅仅是示例，并且不应理解为实施本公开的唯一方式，除非本文另外指明。
18.另外，块定义和各个块之间逻辑的分区是特定具体实施的示例。对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，本公开可通过许多其他分区解决方案来实践。在大多数情况下，已省略了关于定时考虑等的细节，其中此类细节不需要获得本公开的完全理解，并且在相关领域的普通技术人员的能力范围内。
19.本领域的普通技术人员将会理解，可使用多种不同技术和技法中的任何一者来表示信息和信号。为了清晰地呈现和描述，一些附图可以将信号示出为单个信号。本领域的普通技术人员应当理解，信号可表示信号总线，其中总线可具有多种位宽度，并且本公开可在包括单个数据信号在内的任意数量的数据信号上实现。
20.结合本文所公开的示例描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以用通用处理器、专用处理器、数字信号处理器(dsp)、集成电路(ic)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑设备、分立栅极或晶体管逻辑部件、分立硬件部件或被设计成执行本文所描述的功能的其任何组合来实现或执行，术语“处理器”的使用涵盖以上全部。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实现为计算设备的组合，诸如dsp和微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心结合的一个或多个微处理器或任何其他此类配置。在通用计算机被配置为执行与本公开的示例相关的计算指令(例如，软件代码，但不限于此)时，包括处理器的通用计算机被认为是专用计算机。
21.示例可根据被描绘为流程图、流程示意图、结构图或框图的过程来描述。虽然流程图可将可操作动作描述为连续过程，但是这些动作中的许多动作可按照另一序列、并行地或基本上同时地执行。此外，可重新安排动作的顺序。本文中的过程可对应于方法、线程、函数、过程(procedure)、子例程、子程序、其他结构或它们的组合。此外，本文公开的方法可通过硬件、软件或这两者来实施。如果在软件中实现，这些函数可作为一个或多个指令或代码存储或传输到计算机可读介质上。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，该通信介质包括有利于将计算机程序从一个位置传递到另一个位置的任何介质。
22.使用诸如“第一”、“第二”等名称对本文的元件的任何引用不限制那些元件的数量或顺序，除非明确陈述此类限制。相反，这些名称可在本文中用作在两个或更多个元件或元件的实例之间进行区分的便利方法。因此，提及第一元件和第二元件并不意味着在那里只能采用两个元件，或者第一元件必须以某种方式在第二元件之前。此外，除非另外指明，一
组元件可包括一个或多个元件。
23.如本文所用，涉及给定参数、属性或条件的术语“基本上”或“约”是指并且包括本领域的普通技术人员将理解在具有较小方差程度(诸如，在可接受的制造或操作公差内)的情况下满足该给定参数、属性或条件的程度。以举例的方式，取决于基本上满足的具体参数、属性或条件，参数、属性或条件可至少满足90％、至少满足95％、或甚至至少满足99％。
24.如本文所用，为了在理解本公开和附图时的清楚性和方便性而使用任何关系术语(诸如“在
……
上方”、“在
……
之上”、“在
……
下方”、“在
……
上”、“在
……
下”、“上部”或“下部”，但不限于此)，并且该关系术语并不暗示或取决于任何特定偏好、取向或顺序，除非上下文另有明确指示。
25.在此描述中，可使用术语“耦接”和其派生词来指示两个元件彼此协作或交互。当将元件描述为“耦接”至另一元件时，那么该元件可直接物理或电接触，或者可存在居间元件或层。相比之下，当将元件描述为“直接耦接”至另一元件时，那么不存在居间元件或层。
26.术语“连接”在本说明书中可与术语“耦接”可互换地使用，并且具有与“耦接”相同的含义，除非另有明确指示或者上下文将以其他方式向本领域普通技术人员指示。应当理解，当元件称为“连接”或“耦接”第一元件和第二元件时，则该元件耦接到第一元件并且该元件耦接到第二元件。
27.当元件在本文中被称为“电耦合”到另一个元件时，则电荷或信号中的一者或多者可直接或经由居间元件(如果存在的话)在元件与另一元件之间转移。应当理解，当元件被称为“电连接”或“电耦合”第一元件和第二元件时，则电荷和/或信号中的一者或多者可经由元件、直接或经由居间元件(如果存在的话)在第一元件与第二元件之间转移。
28.在本文所述的各种示例中，电容传感器可对对象(诸如，手指、触笔、材料或其他可以可靠地检测的对象，但不限于此)与电容传感器的接触或接近作出响应(例如，可靠地呈现可检测的电容变化，但不限于此)。在本公开中，“接触”或“触摸”意在涵盖与电容传感器的物理接触且涵盖存在于电容传感器附近，使得即使在无物理接触的情况下也可预期电容传感器可靠地响应于这种存在。不需要与电容传感器的实际物理接触。
29.电容传感器可响应于接触电容传感器(例如，在用于检测储罐中的材料料位的料位传感器的情况下，但不限于此)的对象的电容变化，该电容变化诸如可由对象的一种或多种材料的量或质量的变化引起，但不限于此。
30.自电容是电极对虚拟接地的电容，并且这种虚拟接地可能是已知的，或可能是未知的。自电容传感器是单独地(或者在传感器阵列的情况下，共同地)响应于自电容的变化的电容传感器。当测量电极的自电容时，这通常相对于具有局部接地作为参考电势的信号进行，并且该信号用作电极的自电容和与其耦接的外部电容网络的指示。
31.用于生成指示电极的自电容的电压信号的典型过程涉及：采集与采集电路相关联的电容器上的电压，该相关联的电容器通常具有预定电容并且耦接至接地(电容分压器)，其指示自电容，并且然后对该电压进行采样以生成表示自电容的数值，。相关联的电容器和外部电容网络(经由电极)首先被充电(预充电)至不同的已知电压电平。一旦被充电，电容器和外部电容网络(经由电极)被耦接，并且其相应电压电平均等分布。一旦电压电平稳定，采集电路的采样电路(例如，模数转换器(adc)，但不限于此)对跨电容器的电压的电压电平进行采样，并且生成指示电极的自电容和与其耦接的外部电容网络的值。
32.从设计角度来看，通常希望电容传感器的物理测量环境的变化不应影响测量结果的变化。作为非限制性示例，传感器阵列上的高阻抗导电材料及其相关联电容将不可预测地影响测量结果。作为非限制性示例，被测量介质的沉积材料可积聚在电容传感器或传感器阵列的表面上。作为非限制性示例，随时间推移，堆积的沉积材料可在一个或多个传感器(例如，触摸传感器、接近传感器或料位传感器)的表面上形成一层或多层高阻抗导电材料(“沉积层”)。作为另一非限制性示例，可将高阻抗导电材料(诸如，油漆)有目的地施加至保护层或涂层，以形成高阻抗导电层。作为另一非限制性示例，高阻抗导电胶泥可至少临时地形成在覆盖电容传感器或电容传感器阵列的保护层上。为了便于讨论，任何高阻抗导电材料(无论其如何形成)在本文中都被称为“沉积材料”。
33.此类高阻抗导电材料可与外部电容网络的预期电容器一起形成非预期电容器的至少一部分，并且非预期电容器可影响施加至电极和耦接至其的外部电容网络的预充电电压电平，以及电压电平均等分布的结果。例如，电荷可能从较低阻抗的预期电容器转移到较高阻抗的非预期电容器，并且影响在电极处看到的并且与采集电路的相关联的电容器共享的电压电平。在其他示例中，此类高阻抗导电材料可能是不同传感器之间串扰的原因。
34.本公开的发明人认识到，作为非限制性示例，不依赖于外部电容网络达到所施加电压的稳定状态的电压采集过程将是期望的，以在一定程度上免受高阻抗导电材料对自电容测量的不可预测的影响。
35.一个或多个示例整体涉及用于采集指示电极的自电容的电压的过程，并且更具体地，指示耦接至其的电容网络的预期电容器的电压的过程。相关联的电容器(即，与采集电路相关联的电容器)和电极被充电至预定电势，并且预定持续时间的能量脉冲(例如，电流脉冲或电压脉冲，但不限于此)被施加至完全放电的电极。
36.在一个或多个示例中，如果完全对可能存在或可能不存在于外部电容网络处的非预期电容器进行充电，则能量脉冲的持续时间被选择(预定)为仅部分地对高阻抗导电材料的非预期电容器进行充电。如果存在高阻抗导电材料，则能量脉冲的持续时间可被预定为将能量脉冲的能量主要存储在低阻抗预期电容器中。如果不存在高阻抗导电材料，则将电压脉冲的能量存储在预期电容器中。本发明所公开的过程然后使相关联的电容器和电极耦接，并且因此在非预期电容器(如果存在的话)可能对信号造成不可忽视的影响之前，使相关联的电容器和外部电容网络耦接。在相关联的电容器处接收到的信号受预期电容器的影响，但不受非预期电容器的影响，即，仅受非预期电容器可忽略不计的影响(如果存在的话)。
37.图1是根据一个或多个示例的装置100的示意图，该装置包括采集电路102，并且可选地包括采样电路104和电极118。在一个或多个示例中，采集电路102以及更一般地装置100利用能量脉冲126来采集待采样电压vs(“电压v
s”)。电压vs呈现作为电极118的自电容cs的指示的电压电平。在预期操作中，电极118的自电容cs可改变并且电压vs可响应性地改变。
38.采集电路102可包括切换电路106、第二能量源108、第一能量源110、控制电路112、相关联的电容器114和连接器116。在一个或多个示例中，采集电路102以及更一般地装置100可以可选地包括图1使用虚线描绘的电极118。在一个或多个示例中，装置100可包括可选的采样电路104，该采样电路用以生成指示电极118的自电容cs的值120。在预期操作中，电极118的自电容cs可改变，电压vs可改变，并且由采样电路104生成的值120可与其成比例
地改变。作为非限制性示例，连接器116可以是引线、焊盘、引脚、输入端口、输出端口或输入/输出端口，但不限于此。
39.切换电路106和控制电路112被耦接以生成相关联的跨电容器114的电压vs，该电压呈现指示电极118的自电容cs的电压电平，该电极经由切换电路106选择性地耦接至连接器116。切换电路106可响应于控制电路112而分别在相同或不同的时间选择性地使第一能量源110耦接至连接器116和电极118/与其断开耦接；选择性地使第一能量源110耦接至相关联的电容器114/与其断开耦接；选择性地使第二能量源108(由图1描绘为接地源)耦接至相关联的电容器114、连接器116和电极118/与其断开耦接；选择性地使相关联的电容器114耦接至连接器116/与其断开耦接；选择性地使相关联的电容器114耦接至采样电路104/与其断开耦接。
40.在图1所描绘的特定非限制性示例中，切换电路106包括开关s1至s6，作为非限制性示例，这些开关响应于控制电路112而选择性地接通或断开本文所讨论的各种连接。如本文所用，当开关(例如，开关s1至s6中的一个或多个开关，但不限于此)或经由开关的连接被描述为“接通”时，这意味着电流可经由开关或连接传输，也被称为“闭合”，并且当开关被描述为“断开”时，这意味着电流不经由开关或连接传输，也被称为“打开”。
41.控制电路112可以为或包括处理器或逻辑电路，该处理器或逻辑电路用以生成控制信号124，切换电路106及其相应开关s1至s6可响应于该控制信号而执行采集过程的操作以生成电压vs，并且可选地使采样电路104能够对电压vs进行采样并且生成值120。
42.在一个或多个示例中，可选的采样电路104可被耦接以至少部分地响应于在相关联的电容器114处的电压vs的所采样的电压电平而生成值120。在一个或多个示例中，采样电路104可以为adc，诸如逐次逼近寄存器(sar)型adc，但不限于此。在一个或多个示例中，相关联的电容器114可以为或包括在采样电路104外部的电容器，或可以为或包括在采样电路104内部的电容器，诸如adc的内部电容器，但不限于此。
43.如上文所讨论，在一些预期操作中，如果电极118和耦接至其的外部电容网络(未描绘)被充电至预定电势并且非预期电容器存在于电容网络处(例如，沉积于电容传感器(电容传感器为预期电容器)上的高阻抗导电材料，但不限于此)，则此类非预期电容器可影响电荷转移、电压vs和值120。
44.在一个或多个示例中，切换电路106可响应于控制电路112以经由第一能量源110生成能量脉冲126。能量脉冲126的极性可为相对于预定电势的正或负。能量脉冲126的脉冲宽度可基本上对应于在控制电路112处配置的预定持续时间122中的预定第一持续时间。能量脉冲126可以为正向脉冲或负向脉冲。操作在从第二能量源108获得预定电势并且从第一能量源110提供能量脉冲126的示例中描述，然而这并不意味着以任何方式进行限制。在另一示例(未示出)中，从第二能量源108获得预定电势，并且在又一示例中，从第二能量源108提供能量脉冲126。
45.在一个或多个示例中，相应的预定持续时间122可以在控制电路112处被配置为相应的值。预定持续时间122的非限制性示例包括能量脉冲126的脉冲宽度(本文中也称为“预定第一持续时间”)、提供能量脉冲126与启动电极118和耦接至其的电容网络与相关联的电容器114之间的电荷共享之间的延迟的持续时间(本文中也称为“预定第二持续时间”)，以及启动电极118与相关联的电容器114之间的电荷共享与对相关联的电容器114处生成的电
压vs进行采样之间的延迟的持续时间(本文中也称为“预定第三持续时间”)。在一个或多个示例中，相应的预定持续时间122可以在控制电路112处配置，并且可以是可进一步配置的。
46.如果耦接至电极118的电容网络包括高阻抗非预期电容器和低阻抗预期电容器，则高阻抗非预期电容器将比低阻抗预期电容器更大程度地抵抗由振荡(或脉冲)信号引起的能量传递。如果能量脉冲的脉冲宽度非常短，则可经由能量脉冲将能量至少暂时地存储在低阻抗预期电容器处。高阻抗非预期电容器将对脉冲作出响应，如同能量脉冲是高频信号一样，并且抵抗到非预期电容器的能量传递。低阻抗预期电容器也对脉冲作出响应，如同脉冲是高频信号一样，但是其阻抗(在示例中可以被建模为导线)不足以抵抗经由能量脉冲的能量传递。
47.在一个或多个示例中，在存在高阻抗非预期电容器的情况下，可选择抵抗预定持续时间122中的第一预定持续时间的值，并且因此能量脉冲126的基本上所有能量至少暂时地存储在耦接至电极118的低阻抗预期电容器处。作为非限制性示例，取决于主体机械/物理具体实施，小于120纳秒的脉冲宽度将适用于电容触摸传感器应用或电容料位传感器应用。在特定非限制性示例中，介于0.5纳秒与120纳秒之间的脉冲宽度将是合适的。本公开不限于脉冲宽度或定时的特定范围，并且利用不同于上述范围的脉冲宽度不超出本公开的范围。
48.在一个或多个示例中，切换电路106可响应于控制电路112以使相关联的电容器114和连接器116耦接，以启动耦接至连接器116的电极118与相关联的电容器114之间的电荷共享。在一个或多个示例中，可以在能量脉冲126的第一预定持续时间的结束之后，使相关联的电容器114和连接器116耦接达预定第二持续时间。高阻抗非预期电容器将响应于预定第二持续时间并且至少暂时地抵抗从非预期电容器的能量传递，并且因此电容网络与相关联的电容器114之间的电荷共享主要发生在相关联的电容器114与电容网络的预期电容器之间。
49.在一个或多个示例中，在预定第二持续时间的结束之后，响应于此类电荷共享而在相关联的电容器114处生成的电压vs可至少暂时地主要受电容网络的预期电容器影响。如果可选的采样电路104至少基本上在高阻抗非预期电容器将抵抗从该非预期电容器的能量传递的同时对电压vs进行采样，则该电压采样可以忽略或者完全不受非预期电容器的影响。
50.值得注意的是，本公开和本文所讨论的各种示例不限于高阻抗材料沉积于或可沉积于一个或多个电容传感器上的情况。在存在可引起电容耦合以形成非预期电容器(例如，噪声或电磁干扰，但不限于此)的高阻抗材料或另一影响物的情况下，或者在不存在此类沉积或外部影响的情况下，可使用各种示例来确定电极的自电容。
51.图2是描绘根据一个或多个示例的过程200的流程图，该过程用以生成在相关联的电容器114处、指示耦接至连接器116的电极118的自电容cs的电压vs，并且可选地生成指示该自电容的值120。
52.在操作202处，过程200将采集电路102的连接器116和相关联的电容器充电或放电(例如，通过从第一能量源110或第二能量源108提供能量，但不限于此)至预定电势。在各种示例中，能量可以为电压或电流，但不限于此。在各种示例中，可经由所提供的能量将相关联的电容器114或连接器116设定为特定电压电平(例如，参考电压的电压电平、电压轨的电
压电平、电压轨或参考电压的电压电平的分数、或接地，但不限于此)。在一个特定示例中，操作202将采集电路102的连接器116和相关联的电容器114放电至接地。
53.在操作204处，过程200向连接器116提供持续预定第一持续时间(例如，对应于预定持续时间122中的一者的持续时间，但不限于此)的能量脉冲126(例如，经由第一能量源110或第二能量源108生成，但不限于此)。在各种实施方案中，能量脉冲可以为电流脉冲或电压脉冲。如上文所讨论，可选择预定第一持续时间，使得高阻抗非预期电容器(如果存在的话)抵抗能量转移，并且低阻抗预期电容器允许能量转移。
54.如可选的操作206所指示，操作204的能量脉冲可以为相对于预定电势的正向脉冲，或相对于预定电势的负向脉冲。
55.在操作208处，在能量脉冲126的预定第一持续时间的结束之后，过程200使相关联的电容器114和连接器116耦接以启动相关联的电容器114与连接器116之间的电荷共享，该电荷共享达预定第二持续时间。在各种示例中，预定第二持续时间可以为对应于预定持续时间122中的一者的持续时间。操作208可以在第一持续时间的结束之后经过小的切换延迟后发生，或者在第一持续时间的结束之后立即发生，或者在第一持续时间的结束之后的第三预定持续时间之后发生。
56.在操作210处，过程200对跨相关联的电容器114呈现的电压vs进行采样(例如，经由采样电路104，但不限于此)。可选地，过程200基本上在相关联的电容器114和连接器116耦接之后的预定第三持续时间(例如，对应于在控制电路112处配置的预定持续时间122中的一者的持续时间，但不限于此)的时间处对电压vs进行采样。作为非限制性示例，在电容触摸传感器或电容料位传感器应用中，预定第三持续时间的持续时间可低于约200纳秒，此类相关联的电容器114可在非预期电容器(如果存在的话)可影响预期电容器和114之前从电极118断开耦接。在一个非限制性示例中，第三持续时间短于约80纳秒。可选地，操作210可包括在对跨电容器呈现的电压进行采样之前使连接器116从相关联的电容器114断开耦接。
57.在可选的操作212处，过程200至少部分地响应于所采样的电压vs而生成值120。当在装置100处执行操作202、204、208和210时，值120指示耦接至连接器116的电极118的自电容cs。
58.图3是描绘根据一个或多个示例的过程300的流程图，该过程分别用于过程200的操作202将电容器和连接器充电或放电至预定电势以及操作204提供能量脉冲。
59.在操作302处，过程300向采集电路的连接器和相关联的电容器提供电压源或限压电流源，以将电容器和连接器充电或放电至预定电势(即，电压电平)。
60.在操作304处，过程300向采集电路的连接器提供持续预定第一持续时间的电压脉冲或电流脉冲以在连接器处存储能量，并且可选地向耦接至其的电极提供持续预定第一持续时间的电压脉冲或电流脉冲，并且可选地向与其耦接的电容网络的预期电容器提供持续预定第一持续时间的电压脉冲或电流脉冲。
61.在可选的操作306处，过程300提供具有相对于操作302中提供的预定电势的正向极性或负向极性的电压脉冲或电流脉冲。
62.图4是描绘根据一个或多个示例的过程400的流程图，该过程由装置100响应于控制电路112而执行，该控制电路用以生成电压vs以及可选地值120。
63.在操作402处，过程400将相关联的电容器114耦接(例如，经由接通的开关s3，但不限于此)至能量源(诸如第一能量源110或第二能量源108，但不限于此)，以将相关联的电容器114充电或放电至预定电势，即，特定电压电平。
64.在操作404处，过程400将采集电路102的连接器116耦接(例如，经由接通的开关s6，但不限于此)至能量源(诸如第一能量源110或第二能量源108，但不限于此)，以将连接器116充电或放电至预定电势。
65.在操作402和操作404期间，开关s1和s4可以断开，并且开关s2、s3、s5和s6中用于到第一能量源110或第二能量源108的未利用连接的那些开关可以断开。s4可以接通，以确保连接器116和相关联的电容器114处于预定电势。
66.在操作406处，在相关联的电容器114和连接器116最初断开耦接(例如，开关s4断开，但不限于此)的情况下，过程400使相关联的电容器114和连接器116分别从所耦接的能量源断开耦接。因此，在第一能量源110的情况下，开关s2、s5断开，并且在第二能量源108的情况下，开关s3、s6断开。过程400使连接器116耦接至能量源(例如，第一能量源110(例如，经由接通的开关s5，但不限于此)或第二能量源108(例如，经由接通的开关s6，但不限于此))，以开始提供能量脉冲。
67.在操作408处，在相关联的电容器114和连接器116断开耦接(例如，开关s4断开，但不限于此)的情况下，在基本上在操作406中使连接器116和能量源耦接之后的预定第一持续时间的结束时发生的时间处，过程400使连接器116和能量源断开耦接。在第一能量源110提供能量脉冲的能量的情况下，开关s5断开，并且在第二能量源108提供能量脉冲的能量的情况下，开关s6断开。
68.由此，操作404和406的组合提供预定第一持续时间的能量脉冲。
69.在操作410处，过程400在使连接器116和能量源断开耦接之后，使相关联的电容器114和连接器116耦接(例如，经由接通的开关s4，但不限于此)，以启动两者间的电荷共享。操作410可以在第一持续时间的结束之后经过小的切换延迟后发生，或者在第一持续时间的结束之后立即发生，或者在第一持续时间的结束之后的第三预定持续时间之后发生。
70.在操作412处，在基本上在相关联的电容器114和连接器116耦接之后的预定第二持续时间时发生的时间处，过程400对由相关联的电容器114处的电压vs呈现的电压电平进行采样。在一个或多个示例中，过程400可以在操作412处进行多次采样。
71.在可选的操作414处，过程400至少部分地响应于电压vs的所采样的电压电平而生成值120。当在装置100处执行操作402、404、406、408、410和412时，值120指示耦接至连接器116的电极118的自电容cs。
72.图5是系统500的示意图，该系统包括经由包括非预期电容器512的外部引线516耦接至电容网络514的测量电路506。测量电路506是包括采集电路102、采样电路104(在此是adc 508)和电极118(在此是外部引线516)的装置100，尽管测量电路在图5中被描绘为包括adc电容器502、开关504和adc 508的简化框图。在图5所描绘的特定非限制性示例中，测量电路506是被标记为“uc”的微控制器的电路(例如，集成电路，但不限于此)。
73.预期电容器510的电阻r1在图5中被描绘为导线，并且非预期电容器512的电阻rd被描绘为与非预期电容器512串联的电阻器518。预期电容器510的电容被描绘为电容c1，并且非预期电容器512的电容被描绘为电容cd。值得注意的是，在操作期间，作为非限制性示
例，预期电容器510和非预期电容器512的相应电阻和阻抗可基于频率响应而变化。在一个或多个示例中，电阻r1可表示多种电阻元件的相应电阻，包括但不限于用于保护微控制器uc的端口免受静电放电(esd)或电磁干扰(emi)的电阻器、微控制器uc的端口的结构(诸如形成该结构的晶体管)中的电阻、传感器线中的电阻以及传感器线的半导体结构(诸如氧化铟锡(ito)型结构)的材料、以及使微控制器uc的端口连接到传感器线(诸如馈送线、跟踪线和接合焊盘)的连接器中的电阻。
74.当能量脉冲被施加至电容网络514时，能量脉冲的能量的大部分(即，基本上全部)存储在电容网络r1*c1的预期电容器510部分中，能量脉冲的能量的少部分(即，剩余部分中的至少一些，如果有的话)存储在非预期电容器512中。即使当能量脉冲结束时，从低阻抗预期电容器510部分到高阻抗非预期电容器512部分的电荷转移仍在进行，但能量脉冲使低阻抗部分上的电压由高阻抗部分进行分配所花费的时间增加，因为电容网络514的高阻抗部分的电压(电压vd)的斜率响应于包括r1、c1、rd和cd的网络，并且因此δv
c1
》δv
cd
；其中δv
c1
对应于电容网络514的跨低阻抗预期电容器510的电压v
c1
的斜率(变化率)，并且δv
cd
对应于电容网络514的高阻抗非预期电容器512的电压v
cd
的斜率(变化率)。假定δv
c1
》δv
cd
，则低阻抗预期电容器510在非预期电容器502响应于前述能量脉冲(即，存储来自脉冲的能量，该能量反映在电容网络514的高阻抗部分的电压vd中)之前响应于前述能量脉冲(即，存储来自脉冲的能量，该能量反映在电容网络514的高阻抗部分的电压v1中)，并且因此可如本文所讨论，在跨非预期电容器512的电压vd较小且不会实质性地影响adc电容器512处的电压vs的采集的同时对低阻抗预期电容器510进行采样。
75.图6是根据一个或多个示例的在预期操作期间引线516处的电压的示例性电压波形606的信号图600。纵轴是电压电平，并且横轴是时间。在时间t1处，预期电容器510已被设定为预定电势(在该具体示例中，放电至0伏特)。
76.从时间t2至t3，负极性的能量脉冲被施加至引线516，这导致由图6中时间t2与t3之间描绘的简化电压波形606的部分。电压脉冲的宽度具有对应于在时间t2与t3之间施加的电压脉冲的脉冲宽度的持续时间602。非预期电容器512的阻抗抵抗经由在时间t2与t3之间限定的电压脉冲到该非预期电容器的能量转移。
77.在各种非限制性示例中，可实现约320纳秒或更短的测量过程持续时间。在各种非限制性示例中，可实现约120纳秒或更短的测量过程持续时间。在各种非限制性示例中，可实现约40纳秒或更短的持续时间。此类测量过程持续时间是采集相关联的电容器上的电压vs的时间，并且作为非限制性示例，其包括对应于能量脉冲的脉冲宽度的预定第一持续时间602、切换延迟(如果存在的话)，以及从预期电容器510到相关联的电容器502的电荷共享的预定第二持续时间604。
78.当电压脉冲在时间t3处结束时，从时间t3至t4，引线516由于所施加的电荷脉冲而呈现从预定电势偏离的电压电平。从时间t3至t4，引线516开始反映预期电容器510上的电压。
79.在时间t4处，开关504使外部引线516和电容器502耦接，并且如下文所讨论，在时间t5处，使外部引线516和电容器502断开耦接。时间t4与时间t5之间的持续时间604充当上文所讨论的预定第二持续时间，并且非预期电容器512抵抗从该非预期电容器的电荷转移。从时间t4至时间t5，电荷从预期电容器510转移到电容器502。至少暂时地，从时间t4至t5，
包括非预期电容器502的电容网络514的高阻抗部分抵抗到电容器512的电荷转移。在时间t5处，开关504打开，使从电容网络514到电容器502的电荷转移结束。在时间t5之后，引线516处的电压电平受非预期电容器512影响，但并不影响电压vs或更一般地自电容测量值，因此可以对预期电容器510处的电压vs的电压电平进行采样。
80.图7是根据一个或多个示例的在预期操作期间由图5的预期电容器510和非预期电容器512处的相应电压呈现的电压电平的图形表示700。纵轴是电压电平，并且横轴是时间。线706表示预期电容器510处的电压电平，并且线704表示非预期电容器512处的电压电平。框702对应于电压脉冲(在此相对于预定电势具有正极性)施加至外部引线516以及更一般地电容网络514的时间。由线706表示的电压电平快速上升，并且由线706在框708内的部分表示的电压电平处由adc电容器502进行分配。在对应于框708的时间处，当对由线706表示的电压进行采样时，与由线706在框708内表示的电压电平相比，由线704表示的电压电平可忽略不计。
81.在此描述中任何将某物表征为“典型”、“常规”、“已知”等不一定意味着该物在现有技术中公开或在现有技术中了解所论述的方面。此类表征也不一定意味着在相关领域中它是众所周知的、充分理解的或常规使用的。这仅意味着本公开的发明人已知或理解。如本公开内容所用，涉及多个元件的术语“组合”可包括所有元件的组合或某些元件的各种不同子组合中的任何一种组合。例如，短语“a、b、c、d或它们的组合”可指a、b、c或d中的任一个；a、b、c和d中的每一个的组合；以及a、b、c或d的任何子组合，诸如a、b和c；a、b和d；a、c和d；b、c和d；a和b；a和c；a和d；b和c；b和d；或c和d。
82.本公开且特别是所附权利要求中所用的术语(例如，所附权利要求的主体等)通常旨在作为“开放式”术语(例如，术语“包括(including)”应解释为“包括但不限于”，术语“具有”应解释为“至少具有”，术语“包括(includes)”应解释为“包括但不限于”，等等)。如本文所用，术语“各个”意指一些或全部。如本文所用，术语“每一个”是指全部。
83.另外，如果预期特定数量的引入的权利要求表述，则在权利要求中将明确叙述此类意图，并且在不进行此类表述的情况下，不存在此类意图。例如，作为对理解的辅助，以下所附权利要求书可包含使用引入性短语“至少一个”和“一个或多个”来引入权利要求叙述。然而，使用此类短语不应理解为暗示由不定冠词“一个”或“一种”引入的权利要求表述将包含此类引入的权利要求表述的任何特定权利要求限定于仅包含一个此类表述的示例，即使当相同的权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词，诸如“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”可被解释为指的是“至少一个”或“一个或多个”，但不限于此)；使用定冠词来引入权利要求叙述也是如此。如本文所用，术语“每个”意指一些或全部，并且术语“每个和各个”意指全部。
84.另外，即使明确叙述了特定数量的所引入的权利要求叙述，本领域的技术人员也将认识到，此类叙述应被解译为旨在至少所叙述的数量(例如，无修饰的叙述“两项叙述”在没有其他修饰成分的情况下旨在至少两项叙述，或两项或更多项叙述，但不限于此)。此外，在使用类似于“a、b和c中的至少一者，但不限于此”或“a、b和c中的一者或多者，但不限于此”的惯例的那些实例情况下，此类构造一般旨在包括单独a、单独b、单独c、a和b一起、a和c一起、b和c一起或a、b和c一起，但不限于此。
85.此外，无论在说明书、权利要求书或附图中，呈现两个或更多个替代性术语的任何
分离的词或措辞应当理解为考虑包括该术语中的一个术语、该术语中的任意一个术语或两个术语的可能性。例如，短语“a或b”应理解为包括“a”或“b”或“a和b”的可能性。
86.本公开的非限制性示例的各种示例包括：
87.实施例1：一种装置，包括：连接器，该连接器耦接至电极；电容器；控制电路；切换电路，该切换电路响应于该控制电路以将该连接器和该电容器充电或放电至预定电势；向该连接器提供预定第一持续时间的能量脉冲；并且在该能量脉冲的该预定第一持续时间的结束之后，使该电容器和该连接器耦接达预定第二持续时间；以及采样电路，该采样电路对跨该电容器呈现的电压进行采样。
88.实施例2：根据实施例1所述的装置，其中该切换电路响应于该控制电路以：使该连接器和能量源耦接；以及在基本上在该预定第一持续时间的结束时发生的时间处，使该连接器和该能量源断开耦接，并且从而向该连接器提供该预定第一持续时间的该能量脉冲。
89.实施例3：根据实施例1或2所述的装置，其中该切换电路响应于该控制电路以在该连接器充电或放电至该预定电势之后使该连接器和该能量源耦接。
90.实施例4：根据实施例1至3中任一项所述的装置，其中该能量脉冲具有相对于该预定电势的正极性。
91.实施例5：根据实施例1至4中任一项所述的装置，其中该能量脉冲具有相对于该预定电势的负极性。
92.实施例6：根据实施例1至5中任一项所述的装置，其中用于生成值的该采样电路至少部分地响应于所采样的电压。
93.实施例7：根据实施例1至6中任一项所述的装置，其中该采样电路包括模数转换器。
94.实施例8：根据实施例1至7中任一项所述的装置，其中该预定第一持续时间在该控制电路处配置。
95.实施例9：根据实施例1至8中任一项所述的装置，其中该预定第二持续时间在该控制电路处配置。
96.实施例10：根据实施例1至9中任一项所述的装置，其中该预定第一持续时间被设定为约120纳秒或更短的持续时间。
97.实施例11：根据实施例1至10中任一项所述的装置，其中该预定第二持续时间被设定为约200纳秒或更短的持续时间。
98.实施例12：根据实施例1至11中任一项所述的装置，其中该采样电路是模数转换器。
99.实施例13：根据实施例1至12中任一项所述的装置，其中该切换电路包括：选择性地使该电容器耦接至第一能量源以将该电容器充电或放电至该预定电势的开关；选择性地使该连接器耦接至该第一能量源以将该连接器充电或放电至该预定电势的开关；以及选择性地使该连接器耦接至第二能量源以提供该能量脉冲的能量的开关。
100.实施例14：根据实施例1至13中任一项所述的装置，其中该第一能量源是电压源。
101.实施例15：根据实施例1至14中任一项所述的装置，其中该第一能量源是电流源。
102.实施例16：一种方法，包括：设定采集电路的连接器和相关联的电容器至预定电势；向该连接器提供预定第一持续时间的能量脉冲；在该能量脉冲的该预定第一持续时间
的结束之后，使该相关联的电容器和该采集电路的该连接器耦接达预定第二持续时间；以及对跨该相关联的电容器呈现的电压进行采样。
103.实施例17：根据实施例16所述的方法，其中设定该相关联的电容器和该采集电路的该连接器至该预定电势包括：向该相关联的电容器和该采集电路的该连接器提供电压。
104.实施例18：根据实施例16或17所述的方法，其中设定具有预定电势的相关联的电容器和连接器包括：向该相关联的电容器和采集电路的连接器提供电流。
105.实施例19：根据实施例16至18中任一项所述的方法，其中向该采集电路的该连接器提供持续该预定第一持续时间的该能量脉冲包括：向该采集电路的该连接器提供该预定第一持续时间的电压脉冲。
106.实施例20：根据实施例16至19中任一项所述的方法，其中向该采集电路的该连接器提供该预定第一持续时间的该能量脉冲包括：向该采集电路的该连接器提供该预定第一持续时间的电流脉冲。
107.实施例21：根据实施例16至20中任一项所述的方法，其中到该采集电路的该连接器的该预定第一持续时间的该能量脉冲具有相对于该预定电势的正极性。
108.实施例22：根据实施例16至21中任一项所述的方法，其中该预定第一持续时间的该能量脉冲具有相对于该预定电势的负极性。
109.实施例23：根据实施例16至22中任一项所述的方法，其中该预定第一持续时间被设定为约120纳秒或更短的持续时间。
110.实施例24：根据实施例16至23中任一项所述的方法，其中该预定第二持续时间被设定为约200纳秒或更短的持续时间。