TW201525876A - 低成本電容式感測解碼器 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種低成本系統，其包含用以將資訊編碼之圖樣，以及用於將圖樣中所編碼之資訊加以解碼之解碼器。特別是，該機制採用了電容式感測技術。複數個電極被排列設置(或於操作中被激發)以使其每個電極產生電場，並感測圖樣置於電極上時所產生的電場干擾現象。圖樣之空間設置可使資訊編碼於一條帶或一表面上，並藉由電容式感測器以測定由可能圖樣所導致之干擾現象。所得的方案比光學方案更便宜且簡單，例如，條碼和光學條碼閱讀器。藉此，本發明手段之成本較低，且複雜度低於條碼或光學條碼讀碼器之光學手段。此機構可用於血糖檢測器中，以對於血糖檢測條進行編碼與解碼，以辨別各批次檢測條資訊。

Description

低成本電容式感測解碼器

本發明係關於電子系統，更詳而言之，特指一種電容感測解碼系統，可用於任何種類之電子裝置。

讀碼器於日常生活中相當常見，使人們可對於一電子裝置或系統提供資訊，且不需透過鍵盤手動鍵入資訊。其中一種常用讀碼器係為條碼讀碼器，透過照射裝於於條碼上並測定自條碼所反射之光線，藉以解讀條碼中所含之影像資訊。另一種常用讀碼器係為QR碼讀碼器，可處理QR碼之數位圖像，並解讀QR碼中所含之影像資訊。條碼與QR碼讀碼器皆為成本高昂且複雜之儀器，因為其必須能夠產生光源，且需要配備鏡片、光線感測器，以及得以處理並解讀影像資訊的強大處理器。

另一種提供讀碼器之方法，係要求使用者手動提供資訊；然而，此替代方法可能發生使用者操作失誤(例如讀取以及/或輸入編碼時發生錯誤)，再者，此替代方案對於不希望手動輸入之使用者，或不便於手動輸入之使用者而言相當不便利。

於某一範例中，要求使用者手動輸入代碼至血糖檢測器中以 確認/辨別以不同批次所使用之血糖檢測條，係為相當不便且不符期望之方法。一般而言，血糖檢測器可接受內含化學物質之耗材，其可與血滴中之血糖產生反應並藉以測量血糖。對某些機型而言，此種耗材係為一塑膠檢測條，檢測條上具有內含血糖氧化酶與其他成份的小點；每條檢測條於使用後即丟棄。除了檢測條以外，有些機型係利用圓盤、管狀或筒狀元件，內含可用於多次檢測的消費性耗材。由於每一批檢測條可能有所不同，某些機型要求使用者手動輸入檢測條外瓶所標示之代碼或檢測條所附之晶片。藉由將代碼或晶片輸入血糖檢測器後，檢測器將校準該批次之檢測條。然而，若此程序執行有誤，檢測器讀數可能會產生高達4mmol/L(72mg/dL)之差距。血糖檢測器編碼錯誤，對於積極治療糖尿病之病患而言可能帶來嚴重後果，可能增加患者產生低血糖之風險。

本發明揭露一種低成本系統，其包含用以將資訊編碼之圖樣，以及用於將圖樣中所編碼之資訊加以解碼之解碼器。此機構特別利用一電容感測技術，將電極相互編排以產生電場，並感測圖樣置於電極上時所產生的電場干擾現象。圖樣之空間設置可使資訊編碼於一條帶或一表面上，並藉由電容式感測器以測定由各可能圖樣所導致之干擾現象。藉此，本發明手段之成本較低，且複雜度低於條碼或光學條碼讀碼器之光學手段。此機構可用於血糖檢測器中，以對於血糖檢測條進行編碼與解碼，以辨別各批次檢測條資訊。

E1、E2、E3、E4、E5、E6‧‧‧電極

302‧‧‧電容輸入引腳

304‧‧‧開關矩陣

306‧‧‧激發源

308‧‧‧電容數位轉換器(CDC)

310‧‧‧校準/參照引擎

312‧‧‧通訊匯流排

314‧‧‧校準/參照、控制及資料記憶體

316‧‧‧微控制器

402‧‧‧開口

404‧‧‧片狀導體材料

406‧‧‧電極

408‧‧‧印刷電路板

410‧‧‧鑿刻接地平面

412‧‧‧介電膠帶

502‧‧‧片/層非導體材料

504‧‧‧導體材料

506‧‧‧電極

508‧‧‧印刷電路板

510‧‧‧鑿刻接地平面

512‧‧‧介電膠帶

602a~602h‧‧‧電極

604‧‧‧印刷電路板

606‧‧‧訊號線

608‧‧‧血糖檢測條

610‧‧‧化學物

612a、614b、614c、614d‧‧‧開口

702a~702h‧‧‧電極

704‧‧‧印刷電路板

706‧‧‧訊號線

708‧‧‧血糖檢測條

710‧‧‧化學物

712a、714b、714c、714d‧‧‧導體區域

802‧‧‧測條

804‧‧‧區域

806、808‧‧‧軸線

810‧‧‧測條

812、814‧‧‧軸線

902‧‧‧步驟

904‧‧‧步驟

906‧‧‧步驟

1000‧‧‧裝置

1002‧‧‧處理器

1004‧‧‧記憶體

1006‧‧‧電極

1008‧‧‧電路

圖1係為本發明一實施例示意圖，顯示一裝置，其係用以解碼一圖樣中之編碼，該圖樣係設置於一導體材料層或導體材料片之開口中。

圖2係為本發明另一實施例示意圖，顯示一裝置用以解碼一導體材料圖樣中之編碼，該導體材料圖樣係設置於一非導體材料層或非導體材料片上。

圖3係本發明實施例中電容感測解碼器之功能圖。

圖4係本發明實施例之剖面視圖，顯示印刷電路板上之單一感測電極，以及位於感測電極上之單一開口。

圖5係本發明實施例之另一剖面視圖，顯示印刷電路板上之單一感測電極，以及位於感測電極上之一非導體材料層或非導體材料片上的導體區域。

圖6A係為本發明實施例之上方視圖，顯示本發明之電極分佈。

圖6B係為本發明實施例之另一上方視圖，顯示本發明之圖樣分佈。

圖6C係為本發明實施例之另一上方視圖，顯示圖6B之圖樣置於圖6A之電極上方。

圖7A係為本發明實施例之另一上方視圖，顯示本發明之另一電極分佈。

圖7B係為本發明實施例之另一上方視圖，顯示本發明之另一圖樣分佈。

圖7C係為本發明實施例之另一上方視圖，顯示圖7B之圖樣置於圖7A之電極上方。

圖8A係為本發明之圖樣實施例。

圖8B係為本發明之另一圖樣實施例。

圖9係為本發明實施例解碼圖樣中編碼資訊之流程圖。

圖10係為本發明實施例之裝置示意圖，其係用於解碼圖樣中之編碼資訊。

電容式感測係以電容耦合為基礎之技術，一電容示感測器可檢測一電容感測器鄰近材料之特性，該材料係可為導體以及/或具有與周圍不同之介電質。電容式感測被用於多種不同類型之感測器中，包括用以檢測距離、位移、濕度、液體水平與加速度之感測器。由於電容式感測器於檢測電容變化之精準度與可靠度提升，電容式感測已然越來越熱門。舉例而言，電容式感測器被用於許多設備中，例如筆記型電腦之觸控板、數位音訊播放器、電腦顯示器、手機、手持裝置、平板電腦等。設計工程師都持續選用電容式感測器之原因在於其用途廣泛、可靠度高、耐用度高，且機械開關之成本也越來越低。

電容式感測器之一般運作係對於提供單層或多層印刷電路板(PCB)、軟性電路，以及/或印刷導體提供一電極，該電極可受刺激而產生電場。印刷電路板上之感測電極形成一虛擬電容板；另一虛擬電容板則由一外來物品所提供，例如使用者之手指，或某種導體材料等。當外來物品干擾感測電極之電場時，感測電極可測量虛擬電容之電容量變化所對於感測電極所帶來之變化；利用電容測量的方法，即可精準檢測外來物品所造成之干擾。

電容式感測技術之特點在於，利用導體材料提供一圖樣，藉以選擇性干擾電極所產生之電場，可用於編碼資訊，而當該圖樣置於電極 上時，可藉由檢測電極(例如電極之至少一子集)上電容量之變化，並將該所偵測之變化轉譯為圖樣中之編碼資訊，藉此將該資訊解碼。例如，可藉由提供一圖樣以實質干擾該等電極之一電場子集，同時避免時質上該擾其他電極之電場之方法，來將二進位資訊加以編碼。電極之特定電場受到干擾時，搭配其他特定電場未受干擾的情況，可轉譯為二進位資訊，例如「0」與「1」。於某些實施例中，該圖樣對於一特定電場所造成的干擾受到檢測時，可轉譯為超過二進位之資訊，藉此，該圖樣可利用比二進位資訊更高之解析度來將資訊編碼。透過將物理配置該圖樣其該等電極的做法，以及電容式讀取對應電極的方法結合，可提供一低成本系統，用以將資訊編碼或解碼。

欲利用電容式感測將一圖樣中所編碼之資訊解碼，須提供複數電極，各電極受到刺激以建立一電場。共同運作時，該等複數電極相互配置以針對可能之圖樣解碼出當中所編碼之資訊。圖樣一般可對於利用導體材料之電極提供一空間配置，以選擇性對於該等電極所建立之複數電場造成干擾。再者，並提供一電路，以檢測當該圖樣置於該等複數電極之上時，對於該等電極之至少一子集電場所造成的變化。該圖樣可對於該等複數電極形成至少一虛擬電容，依照該圖樣而定，可觀測或測定此等虛擬電容之電容量變化。藉由提供依圖樣，例如經過空間配置，可對此等虛擬電容之電容量造成不同變化之導體材料，即可將資訊以物理型態加以編碼。該電路可經由電容式感測，透過測量電容量之變化，來感測該圖樣所造成之干擾或該等干擾之數量，接著可利用一解碼器，以所測得之變化為基礎，導出該圖樣中之編碼資訊。該解碼器可有效利用電容式感測導出以物理型 態進行之資訊編碼，例如解讀該圖樣，並將其電容量轉譯為數位代碼。

實施例1：導體層/導體片之開口

此電容式感測之實施例係針對導體材料片或(均勻)塗覆有導體材料(面對該等電極之至少一面)之片材，檢測其上之開口(孔)與開口圖樣。於某些情況下，該等片材係塗覆有導體材料，例如金屬，而圖樣開口係經由鑿刻穿透該材料。導體材料可包括下列選擇知至少一種：印刷電路板與軟性電路板金屬導體材料、碳塗層與氧化銦錫(ITO)等。

標準的印刷電路板或軟性組件可與連接至電極之一電容式感測解碼器搭配使用。一般而言，該電管應解碼器具有電路，用以檢測該等電極之電容量變化(例如一電容數位轉換器)，以及一微控制器(例如一解碼器)用以處理該電路所收集之資料，以解碼該圖樣中所編碼之資訊。具體而言，一電容數位轉換器可透過類比前端產生並利用一激發源，以於各電極建立一電場，同時利用晶片上類比前端電路持續監測各電極上之能量。

於操作一電容式感測解碼器時，將利用導體材料所製作經由(均勻)塗覆導體材料之導體層/導體片所形成之一圖樣置於該等電極上。若導體材料區域未具有一開口，例如一圓形孔洞，置於電極上時將因為其導體材料直接位於電極上方，而使電極之能量產生變化；若導體材料區域具有開口，例如一圓形孔洞，則該電極之能量將僅有細微或甚至無變化產生，係因為該導體材料具有開口，故分流該電場之路徑太過微弱所導致。於某些情況下，該開口之不同形狀或尺寸可能導致該電極所測得之能量產生不同之變化。開口之形狀/尺寸與電極之形狀/尺寸之間的比例，可依應用需求 與系統之機械限制而有所不同。

該電容式感測控制器較佳者，具有高解析度之電容數位轉換器，以及一環境校準引擎，用以精確測量能量變化，例如電極上之電場變化，並使用一演算法，例如利用一微控制器，以精確測定該材料中具有多少開口，以及上方具有開口之電極為何者。某些情況下，電容式感測控制器可辨別開口之不同形狀與尺寸(可藉由辨別是否為導體材料或是否位於特定電極上方，而將具有比二進位資訊更高解析度之資訊進行編碼)。

圖1顯示本發明實施例之一裝置，其係用以解碼一圖樣中之編碼，該圖樣係設置於一導體材料層或導體材料片之開口中。該實施例裝置包含複數電極E1,E2,E3,E4,E5與E6，經由特定空間配置於，例如，一印刷電路板上。該等電極係作為電容式感測器之功能，以對於導體材料所形成之圖樣進行解碼。該等電極並連接至一電路，例如一電容數位轉換器，以使各電極上可分別建立一電場(圖中係以E1至E6上方之曲線表示)。再者，該電路可檢測該等電極上方之電場干擾，並將測得之干擾(或與干擾對應之電容測量值)轉換為一數位訊號。於此實施例中，該裝置進一步包含一解碼器，用以接收該電容測量值所對應之數位訊號，並利用數位訊號將資訊編碼之圖樣解碼。

該圖樣包含導體材料層或導體材料片中，具有至少一開口以及不具有開口區域之空間配置資訊。舉例而言，該等開口可透過鑿刻穿透於導體材料片中，亦可穿鑿於塗覆(至少部分塗覆)有導體材料之條帶中。於此情況下，一開口代表該材料具有一孔洞或一縫隙，具有一個以上開口與不具有開口之導體材料層，經由配置後設於對應之複數電極上，該等一 個以上之開口不會改變該等複數相對電極所產生的電場，而不具有開口之導體材料層區域則可實質上改變該等複數相對電極所產生的電場。開口之較佳尺寸，需可使電容數位轉換器可輕易辨別由有無開口區域所引起之電場變化。

於此實施例中，該能量，例如電場之變化，透過電極E1與E3上方之電容數位轉換器檢測之數據，將會高於電極E2、E4、E5與E6所測得之能量值，此係因為電極E2、E4、E5與E6之能量會被分流至導體金屬平面。於此情況下，該解碼器於六個電極中將測得E1與E3兩個電極之能量值較高，因此判讀出該導體材料上穿鑿有二開口；於一實施例中，該解碼器藉由電容數位轉換器所測得之能量值，可導出該開口之圖樣中編有「010111」之編碼，其中具有該等開口係代表一位元「0」，而未具有開口係代表位元「1」(各電極可分別解碼出一位元)。同理可知，若具有該等開口係代表一位元「1」，而未具有開口係代表位元「0」，則可導出該開口之圖樣中編有「101000」之編碼。於另一實施例中，若每一開口數代表數值「1」，則該解碼器可於測得二開口時導出數值「2」。

實施例2：設有導體材料之非導體條帶

於此實施例中，導體材料圖樣係印刷或設非導體材料上(例如使用碳印刷法)。該導體材料可具有任何合適形狀或尺寸配置，以選擇性干擾該等電極所建立之電場。一標準印刷電路板(PCB)或軟性組件可搭配與該等電極連接之一電容式感測解碼器實施。一般而言，電容式感測解碼器具有電路，可測定電極(例如一電容數位轉換器)上之電容量變化，以及一微處理器(例如一解碼器)，以處理電路所收集之資料，以對於圖樣中 所編碼之資訊進行解碼。具體而言，一電容數位轉換器之類比前端可產生並利用一激發源，以使各電極產生電場，同時利用晶片上類比前端電路持續監測各電極上之能量。

於操作該電容式感測解碼器時，利用導體材料形成之一圖樣，例如印刷/設於非導體材料層/非導體材料片上者，將置於該等電極上。根據系統與用途之不同，該導體材料可連接至一直流電位、接地或是離地。若該非導體材料層/非導體材料片具有導體材料之區域位於電極上方，則由於該導體材料直接位於該電極上方，會使該電極能量發生變化；若該非導體材料層/非導體材料片未具有導體材料之區域位於電極上方，則該電極之能量將僅有細微或甚至無變化產生，係因為該區域缺乏導體材料，故分流該電場之路徑太過微弱所導致。於某些情況下，印刷/設於該非導體材料層/非導體材料片上之該導體材料所具有之不同形狀與尺寸，可能導致該電極所測得之能量產生不同之變化。印刷/設於該非導體材料層/非導體材料片上之該導體材料所具有之不同形狀與尺寸之間的比例，可依應用需求與系統之機械限制而有所不同。

導體材料圖樣係可為符合印刷電路板或軟性組件上電極圖樣之任何形狀，該等電極上之電場可利用非導體材料上的導體材料圖樣加以分流，而電容數位轉換器可檢測出對應電極的能量變化，例如其電場之變化。電容式感測解碼器較佳者具有高解析度之電容數位轉換器，用以精確測量能量變化，例如電極上之電場變化，並使用一演算法，例如利用一微控制器，以測定有多少電極受該導體材料圖樣所分流，以及哪些電極上方具有導體材料。某些情況下，電容式感測解碼器可分辨導體材料區域之 不同形狀與尺寸(可藉由辨別是否有導體材料位於特定電極上方，而將具有比二進位資訊更高解析度之資訊進行編碼)。

圖2係為本發明另一實施例示意圖，顯示一裝置用以解碼一導體材料圖樣中之編碼，該導體材料圖樣係設置於一非導體材料層或非導體材料片上。此實施例之裝置包含複數電極E1、E2、E3、E4、E5與E6，經由空間配置於，例如一印刷電路板上。該等電極係具有電容式感測器功能，用以解碼由導體材料形成之圖樣。此等電極係連接於一電路，例如一電容數位轉換器，以使各電極上可分別建立一電場(圖中係以E1至E6上方之曲線表示)。再者，該電路可檢測該等電極上方之電場干擾，並將測得之干擾(或與干擾對應之電容測量值)轉換為一類比以及/或數位訊號。於此實施例中，該裝置進一步包含一解碼器，用以接收該電容測量值所對應之數位訊號，並利用數位訊號將資訊編碼之圖樣解碼。

該圖樣包含由導體材料所形成於一非導體材料層或非導體材料片上至少一導體區域，以及該非導體材料層或非導體材料片上至少一非導體區域之空間配置資訊。舉例而言，非導體材料之一圓型(或矩形，或任何適用形狀)區域上，可印刷有導體材料，當該圖樣置於該等複數電極上時，該至少一導體區域與至少一非導體區域係分別置於對應之複數電極其中之一上。該至少一導體區域之配置，可實質上改變該等對應複數電極所分別建立之電場，而該至少一非導體區域之配置，係實質上不會改變該等對應複數電極所分別建立之電場。開口之較佳尺寸，需可使電容數位轉換器可輕易辨別由有無導體印刷/設置之區域所引起之電場變化。

於此實施例中，如圖所示，電極E2與E3係受該非導體材 料上所印刷/設有之導體材料所覆蓋，由於該等電極中數者會受該材料上之金屬導體材料所分流，故該電容數位轉換器可測量電極E2與E3所產生微小之能量變化。於此實施例中，一解碼器利用電容數位轉換器所偵測到六個電極中有兩個電極之能量較低，判定該兩電極上方區域具有導體材料。於一實施例中，該解碼器可藉由電容數位轉換器所測量之能量變化，導出該非導體材料上所印刷/設有之導體材料圖樣中，具有「011000」之編碼資訊，其中該等電極上方未有導體材料者，代表位元「0」，該等電極上方具有導體材料者，代表位元「1」(各電極可分別解碼出一位元)。同理可知，若該等電極上具有導體材料者，代表位元「0」，而該等電極上未具有導體材料者，代表位元「1」，則該解碼器演算法亦可導出圖樣中具有「100111」之編碼資訊。於另一實施例中，若各電極上方具有一導體區域時代表位元「1」，則解碼器可於測定兩電極上具有導體材料時，導出數值「2」。

電容式感測解碼器與其功能

圖3係本發明實施例中電容感測解碼器之功能圖(圖中配置緊為實施例參考，該領域精通技藝之人士可變化出其他可能配置)。為了支持此處所探討解碼圖樣之功能，一電容式感測解碼器包含複數電容輸入引腳302，開關矩陣304，激發源306，一N位元(sigma-delta或SAR ADC轉換器)電容數位轉換器(CDC)308，一校準/參照引擎310，一通訊匯流排312，校準/參照、控制及資料記憶體314，以及一微控制器316。

該等電極經過空間配置於，例如一印刷電路板或軟性電路上，可電性連接於該電容輸入引腳302(經由訊號線)。開關矩陣304可管理激發源306發送至該等電極302之訊號，以及自該等電極302發送至N 位元電容數位轉換器308之訊號。雙向開關矩陣304可選擇發送訊號之路徑係介於電容輸入引腳302與電容數位轉換器308之間，或是介於電容輸入引腳302與激發源306之間。於某些實施例中，該開關矩陣304之配置可藉由編寫校準/參照、控制及資料記憶體314上之控制記憶體部分，以控制計算平均數值、位移量，以及使感測器感測電容輸入引腳之功能，藉以自電容輸入引腳302發送訊號。於此可利用一變頻定序器，以控制自電容輸入引腳302所輸入之電容量統計方式。

激發源306係用以輸出一激發訊號至任一電容輸入引腳302。於一實施例中，激發訊號係為205千赫茲，但此頻率可依照最終激發源與系統所使用之素材而有所變化。依此，當開關矩陣304將激發源306連接至電容輸入引腳302時，激發訊號可使連接於電容輸入引腳302之電極充電。N位元電容數位轉換器308係用以將電容輸入引腳上之電容輸入訊號轉換為一數值樣本。依此，當開關矩陣304將電容數位轉換器308連接至任一電容輸入引腳302時，電容數位轉換器308可以充電之電極為基準，將對應電極與圖樣所形成之虛擬電容數位化。於一實施例中，電容數位轉換器308係可為但非限定為一16位元調變器(其中N=16)。依此，電容數位轉換器308可設置以輸出一16位元資料串流。而於此可利用一Sigma-Delta調變器，以將一類比電容測量訊號轉變為一數位訊號；亦可依此揭露內容變化出其他實施例。激發源306搭配電容數位轉換器308以提供一類比前端，可產生一激發源，使各電極建立電場，並藉此針對該等電極之子集測量電容量變化，亦可將所測得之電容變化以數位訊號發送至解碼器。

於一實施例中，激發源306與開關矩陣304相互連接，以將 一矩形波激發源發送至電容輸入引腳302。電容數位轉換器308將電容輸入引腳302之充電取樣；電容數位轉換器308之輸出可透過一數位濾波器(於此未標出)加以處理。微控制器316可與校準/參照、控制及資料記憶體314連接，以自資料記憶體取得電容測量值(或電容導數)，以將置於該等電極上之圖樣編碼資訊加以解碼。

於某些情況下，校準/參照引擎310係可(選擇性)以環境/硬體或參照電極之參考讀數為準，對讀數進行校準，以提供精確之電容讀數，並自該等電容讀數解碼資訊。用於校準或參照之讀數可儲存於校準/參照、控制及資料記憶體314之校準/參照部分。電容輸入引腳302之電容測量值最終可傳至通訊匯流排312，以儲存於校準/參照、控制及資料記憶體314之資料部分。

為了使具有該領域通常技藝之人士了解本發明功能之不同實施方式，可利用Analog Devices Inc.之ADuCM350或AD7147/8產品以提供此處所述之某些元件。

硬體實施方式：

圖4係本發明一些實施例之剖視圖，表示一設置在一印刷電路板上的單獨感測電極及一位於該感測電極上的開口。此剖視圖係取自當電極其正面朝向開口(當開口位於電極時)延伸至所設置之印刷電路板背面的切割面。上述所示之單獨感測電極可顯示出本系統的結構。

如圖1所示之近似實施例，一開口402係設置於一片狀導體材料404上。操作時，開口402係位設於設置在印刷電路板408的電極上。導體材料片(無論係導體材料製成或只有在面向電極406側塗覆導體材料)可 放置在印刷電路板408上，例如，通過機械式手段導引及/或停止，藉此確保開口402(或圖樣本身)位設在其相對應的電極上。該印刷電路板408可為雙面設有電極406的鑿刻接地平面410。一介電材料，如介電膠帶412，可設置在電極406(和鑿刻接地平面410)上，以控制電極上的介電質。

圖5係本發明一些實施例之剖視圖，表示一設置在印刷電路板上的單獨感測電極和一非導體區域，該區域係由位設於該感測電極的片狀非導體材料所形成。此剖視圖係取自當電極其正面朝向附著於非導體材料的導體材料(當圖樣位設於電極上時)延伸至所設置之印刷電路板背面的切割面。上述所示之單獨感測電極可顯示出本系統的結構。

如圖2所示之近似實施例，一非導體區域係由一片/層非導體材料502及附著於其的導體材料504所形成。操作時，該導體材料會位設至印刷電路板508的電極506上。該非導體材料片係可，例如，通過機械式手段導引及/或停止放置在印刷電路板508上，以確保導體材料504(或圖樣本身)位設在其相對應的電極上。該印刷電路板508可為雙面設有電極506的鑿刻接地平面510。一介電材料，如介電膠帶512，可設置在電極506(和鑿刻接地平面510)上，以控制電極上的介電質。

使用圖樣編碼

編碼一圖樣所持資訊的技術源自可感測圖樣在電極上所引起之電容變化的特性。當圖樣放置於複數的電極上時，圖樣的空間排列可選擇性地對至少一子集由電極所致之電場產生干擾，並提供從模擬電容測量得到的代碼，或經由後期處理如解碼器演算法所提供的二進位格式代碼。該代碼可為一加密碼、一特定人物或對象的識別碼，或一執行命令的 識別碼。該代碼會被嵌入圖樣的空間排列中以選擇所要干擾的電極，或選擇是否只干擾其中一個特定的電極。舉例來說，圖樣中編碼的資訊係包括多個位元的二進位資訊，其中，該多個位元的二進位資訊係與複數的電極相對應，又，用於圖樣的每個電極可解碼一位元的二進位資訊。

在一實施例中，當放置在一個或多個電極上時，圖樣使得由每一個或多個電極所產生的電場處於下述兩種狀態之一：(1)實質上未受干擾的狀態，和(2)干擾的狀態。該圖樣可由孔洞組成，或以附著在適當區域的導體材料組成，以使電極產生兩種不同的電場干擾。這兩種狀態會將一位元的資訊編碼至每一個電極上。電容數位轉換器可藉由測量複數個電極上的電容量變化來偵測圖樣在至少一子集之電場所引起的變化，並依據所測之電容量變化，來判斷每一個複數的電極產生之電場處於兩種狀態中相對應之狀態。解碼器演算法亦係根據判斷兩種狀態中相對應之狀態來導出圖樣中編碼的資訊。舉例來說，所測量之電容量變化需與一個或多個參照值或標準值(例，儲存於記憶體和標準或校對機提供之，或預設的值)比對，以將所測之變化轉譯為兩種狀態之一。

在一些實施例中，圖樣可由孔洞組成，或以附著在適當區域的導體材料組成，並藉由不同大小及/或形狀的開口或導體區域，使電極產生多於兩種(或三種)不同的電場干擾。舉例來說，兩個不同大小的孔洞可用來產生三種不同且可被電容數位轉換器辨別/偵側的電場干擾(例，實質上未受干擾，略有干擾，和干擾)。這些狀態亦可為每個電極編碼資訊，如三進位資訊。電容數位轉換器亦可經由測量複數個電極上的電容量變化來偵測圖樣在電場至少一子集所引起的變化，並依據所測之電容量變化，來判 斷每一個複數的電極處於上述狀態中相對應之狀態。解碼器亦係根據判斷上述狀態中相對應之狀態來導出圖樣中編碼的資訊。舉例來說，所測量之電容量變化需與一個或多個參照值比對，以將所測之變化轉譯為上述狀態之其一。

使用八個電極的解碼器實施例

為了更進一步闡明電容式感測解碼器之用途，將於下述敘明一使用八個電極並以二乘四陣列方式排列之實施例以解讀一範例圖樣。在此實施例中，所有八個電極(每個電極都依前述排列方式設置以建立電場)皆可各解碼一位元之資訊。前述電極皆已排設於適當位置以解碼一測條上的圖樣所編碼之資訊。本實施例具有一電路，以偵測當測條上的圖樣位設於電極上時圖樣在電場至少一子集所引起的變化，及一解碼器，以依據該變化導出圖樣中編碼的資訊。本實施例所述之測條，可為含有對血糖有所反應之化學物的血糖檢測條。而，本實施例所述之血糖檢測器，係適於使用測條並具有複數個電極、電路和解碼器，故當測條被放入血糖檢測器中時，圖樣會妥善為設在電極上。該測條上之圖樣可編碼成一識別碼，以辨別批量的血糖檢測條。

圖6A至6C係本發明一些實施例之俯視圖，表示複數個電極、一圖樣及該圖樣分別位設在電極上。如圖所示，電極602a至602h係空間排列設置在印刷電路板604，且經訊號線606連接至電路。前述實施例所示之一血糖檢測條608(可具一導體材料包覆至少一部分的測條和對血糖有反應之化學物610附著在其測條一端)具有一由四個分別對應於電極602a、602f、602g和602c的開口612a、614b、614c、614d所組成的圖樣。在該測 條上，未設有開口並對應於電極602b、602d、602e和602h的區域分別以虛線圓圈表示。對於特定的圖樣，電路可偵測出面向開口的電極602a、602f、602g和602c，及無面向開口的電極602b、602d、602e和602h之間電容量的差異值。前述實施例之一解碼器可將該電容量的差異值轉譯成圖樣中編碼的資訊。

圖7A至7C係本發明一些實施例之俯視圖，表示複數個電極、一圖樣及該圖樣分別位設在電極上。如圖所示，電極702a至702h係空間排列設置在印刷電路板704，且經訊號線706連接至電路。前述實施例所示之一血糖檢測條708(可設有一層/片之導體材料，和對血糖有反應之化學物710附著在其測條一端)具有一由四個分別對應於電極702a、702f、702g和702c的導體區域712a、714b、714c、714d(既由印/附著著導體材料的非導體材料片/層形成的區域)所組成的圖樣。對於圖6B和6C所示圖樣之相同的編碼資訊，該測條708使用印/附著於其的導體材料片進行資訊編碼。在該測條608上，被非導體材料片/層覆蓋之相對應電極702b、702d、702e和702h的區域分別以虛線圓圈表示。對於特定的圖樣，電路可偵測出面向具導體材料之區域的電極702a、702f、702g和702c，及無面向具導體材料之區域的電極702b、702d、702e和702h之間電容量的差異值。前述實施例之一解碼器可將該電容量的差異值轉譯成圖樣中編碼的資訊。

其他變化例：參照電極和不對稱排列

為了提供一可準確測量電極中電容量的微小變化之類別前端，可支援運用絕對及相對量測法。在運用這兩種量測方式的情況下，類比前端(具有電容數位轉換器和解碼器)可經與一個或多個參照值和所測 之電容量變化/值比對來偵測電場干擾。

若欲運用絕對量測法，需要一個或多個儲存於記憶體的預設值以作為參照值，例如，已預定並載入至記憶體的預設值(既預期測得之電容量值)，以讓該類比前端可偵測出一電極是否面向導體材料。

若欲運用相對量測法，需要一個或多個印刷電路板的電極(既利用一個或多個電容輸入引腳)作為參照電極，以產生電場和通過測量該能量來提供一基準量度。舉例來說，該參照電極可經排列設置以面向下述任一：(1)一有孔的導體材料層/導體材料片形成之區域，(2)一無孔的導體材料層/導體材料片形成之區域，(3)一印有/設有導體材料的非導體材料片/層形成之區域，和(4)一未印有/設有導體材料的非導體材料片/層形成之區域。一個或多個參照值可使類比前端先偵測到電場干擾，爾後通過測量電容量變化進一步確認該干擾。在一些情況下，參照電極可經排列設置成面對不同大小/形狀的孔/區域，使類比前端得以基於所測之電容量和這些參照電極的參考值來區分大小/形狀。所測得之電容量變化/值可以儲存於記憶體中。其餘用於解碼圖樣之電極的測量結果可與自參照電極產生的參照值比對，來進行相對測量法。

自然地，使用一參照電極至少會占用複數個電極之其一來進行解碼。譬如，ADuCM350的機型可支援多達6個電極，故可使用該一6位元解析度的解碼器來進行絕對量測法，而5位元解析度的解碼器則可適用於相對量測法。同樣地，因AD7147的機型可支援多達13個電極，故可使用其一13位元解析度的解碼器來進行絕對量測法，而12位元解析度的解碼器則可適用於相對量測法。又，AD7148的機型可支援多達8個電極，故 可使用其一8位元解析度的解碼器來進行絕對量測法，和一7位元解析度的解碼器來進行相對量測法。

圖8A至圖8B，係顯示本發明一些實施例中的兩個範例圖樣。依據圖樣的設計，測條所導出的資訊也有所不同。譬如，若該圖樣之設計係不對稱的，其電容量的測量結果可指出該測條是否有依正確的方向放入以確保進行完確的解碼。如圖8A所示，測條802上的範例圖樣係非沿著兩軸線(軸線806和808)對稱。尤其，該圖樣具有一可讓解碼器確認該測條802是否以正確的方向位設於電極上的區域。舉例來說，若圖樣以正確的方向位設在電極上，一設置在印刷電路板的電極可開設一開口於區域804。倘若測條位設正確，解碼器應可接收具有一開口及其相對的電極所屬區域的電容量值。然，若該測條未依圖所示之正確方向放置，對應區域804的電極將在無開口情況下測量該區域的電容量值。而，該解碼器則可隨之偵測出測條並未正確放置在電極上這一狀況。對應區域804的電極可用於確認該測條802的放置方向，但不適於解碼圖樣中編碼的資訊。

除了運用區域804的開口，不對稱圖樣也可用於無開口之區域、導體材料之區域，或無導體材料之區域，前提是電極已被妥善排列及設置成可偵測圖樣當其未以正確方向位設在電極上。

如圖8B所示，測條810的範例圖樣可檢測測條802是否依順時鐘被180度旋轉，並沿著軸線806和804水平翻轉。在類似的原理下，測條810上的範例圖樣亦可偵測測條810是否沿著軸線812及814水平翻轉，因為原應依正確方向進行解碼之電極會測量因圖樣位設方向錯誤而造成不正確電容讀取數之電容量值。

解碼方法與裝置

圖9係本發明一些實施例之流程圖，示意一解碼圖樣中編碼的資訊之方法。

圖9所示流程圖闡明一用於解碼圖樣中已編碼的資訊之方法。在步驟902中，類比前端施加激發訊號至複數個電極，每個電極經排列設置以建立一電場。在步驟904中，當圖樣位設於複數個電極上時，如具有電路的類比前端，可檢測在電場至少一子集中由圖樣引起的變化。如步驟906所示，一解碼器可基於所偵測的變化來導出圖樣中編碼的資訊。

在一些實施例中，步驟904包含測量每個電極上的電容量變化。此外，步驟906包括與一個或多個參考值比較所測得的電容量化。根據一些實施例，前述方法更進一步地包含施加激發訊號至經配置以建立電場的參照電極，其中，前述一個或多個參考值係經由測量參照電極上的電容量變化來判斷。

在一些實施例中，步驟904包含測量在複數個電極至少一子集上的變化，並將該測得變化轉為數位訊號提供給解碼器。

在一些實施例中，當放置在一個或多個電極上時，該圖樣使得由每一個或多個電極所產生的電場處於下述兩種狀態之一：(1)實質上未受干擾狀態，以及(2)干擾狀態。前述類比前端可藉由測量複數個電極上的電容量變化，以偵測該圖樣在電場至少一子集中所引起之變化。再者，該類比前段及/或解碼器可基於所測得之電容量變化來判斷每一個複數的電極產生的電場處於兩種狀態中相對應之狀態。據此，解碼器可依據判斷兩種狀態中對應的狀態來導出圖樣中編碼的資訊。

圖10係本發明一些實施例之示例性示意圖，表示一可解碼圖樣中編碼的資訊之裝置。該裝置，可為血糖檢測器，或任何使用電容式感測解碼器的裝置。裝置1000，具有一處理器1002，一記憶體1004，電極1006和電路1008，並皆可相互通訊連結。前述裝置亦可具有其他附加功能，且無顯示介面(例如通訊連接器、數據機等)。

處理器1002係控制裝置之操作和處理解碼演算法。在一些案例中，該處理器可提供下述功能：控制一激發源、電容數位轉換器，存取記憶體1004、一通訊匯流排、校準引擎、解碼器等。在其他案列中，處理器1002可具有一個或多個處理元件，例如，中央處理器(CPUs)、數位訊號處理器(DSPs)、特定用途積體電路(ASICs)、現場可編輯邏輯閘陣列(FPGAs)等。該處理器1002可讀取自記憶體1004所發出指令及數據，並可複寫至記憶體1004裡。在一實施例中，處理器1002可執行使該裝置進行一個或多個前述之方法的指令。

記憶體1004則係儲存由至少處理器1002所使用之指令和測得電容量數據(例如，電容量數據、對照數據和校準值等)。在其他實施例中，藉由如經匯流排連接記憶體存取器，裝置之元件可直接存取記憶體1002。該記憶體1002具有一或多個唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)和非揮發性隨機存取記憶體(NVRAM)。在各式實施例中，記憶體1002可包含一可卸式或固定式的讀取媒介，如快閃記憶體和CD-ROM等。

電極1006具有電容式感測特性，且通常使用導體材料以作為連接至虛擬電容器之跳板並建立電場。如此所述，電極1006可包含一設置於一單層或多層印刷電路板之電極、軟性電路板、印刷碳、ITO及/或其 他單層或多層導體絕緣層堆疊的電極。該電路被設置為類比前端以測量電極1006上的電容量值。舉例來說，電路可具有一一體成形的電容數位轉換器(CDC)。

實施例應用與變化

除了血糖檢測條，此電容式感測解碼器適用於其他以低價/低複雜度/低解析度為主之需求。例如，電容式感測解碼器係用於編寫及解除適別碼進而達到識別產品、對象及/或存貨的目的。該電容式感測解碼器對於已使用類比前端的應用程式在偵側電容量之變化方面特別有效益。因，該解碼器可相容於該應用程式所現有之電路及程式，進而更簡易地達到穩定執行的效果。

關於上述闡明之實施例，前述之元件皆可輕易被替代、取代或為適應特定電路需求而修改。另，運用互補性之電子產品、硬體、軟體等亦提供另一可確實實施本發明之方案。

本發明亦揭露另一專利標的，既一非暫態電腦可讀媒介包含一在執行時會導致裝置經由上述揭露之方法，使用電容式感測對圖樣中的編碼資訊進行解碼的代碼。

在一實施例中，用於執行本發明所述功能之任何數量的電路都可落實於相關聯的電子裝置之電路板。該板可為裝載各式內部電子系統元件，甚至係對其它週邊設備提供介面的普通電路板。更具體而言，該板亦可提供電性連接，以使系統內其他元件可進行電子通訊。依據特定配置需求、處理需求、電腦設計等，任何合適的處理器(包括數位訊號處理器、微處理器、支援晶片組等)、電腦可讀非臨時性記憶體元件等可以適當地耦 合至電路板。其他元件如外部記憶體、附加感測器、用於音訊/視頻顯示的控制器和週邊設備可作為插入卡、經由纜線或直接連接至該電路板。

在另一實施例中，用於執行本發明所述功能之電路，如，類比前端和/或解碼器，亦可作為單獨模組實施(例，一具有相關元件和電路的裝置，其經配置以執行特定應用或功能)，或作為電子裝置內應用特定硬體的外掛程式模組。按，本發明之具體實施例可藉晶片系統級封裝(SOC)輕易地設於一系統中，無論其係部分或完整安裝。一SOC代表著一整合電腦或其它電子系統內的元件至單獨晶片的IC。該IC可持有數位、類比、混合訊號，和最常見之無線電頻率：所有這些都可以設置在單獨晶片的基底上。其他實施例係包括一多晶片模組(MCM)，該模組具有複數個並位於一電子封裝內的單獨IC，且經設置可通過該電子封裝相互作用。在其他各式實施例中，擴增的功能可應用在特定用途積體電路(ASIC)、現場可程式設計閘陣列(FPGA)和其他半導體晶片的一個或多個矽芯中。

請務必注意，所有說明書內容與說明書中所列出之對應關係(例如處理單元標號、操作方法等)皆僅提供用於示範與教示目的，此等資訊可於不脫離本發明所揭露之精神或申請專利範圍範疇之前提下有所變化，說明書之內容僅係說明一非限定實施例。於進一步說明中，實施例之說明係對應於特定處理單元以及/或元件配置，在不脫離本發明所主張範疇之前提下，可針對本發明實施例施以不同修改或變化，說明書之描述與圖式僅用於說明而非限制本發明實施方式。

請留意，此處提供數種實施例，可藉以說明兩種、三種、四種或更多元件之間的互動方式。然而，此僅係以闡明本發明以及示範為目 的，應將本發明系統視為可藉由各種適當方法加以實現。在近似之設計變化之下，說明書中所教示之元件、模組與圖式元件可經由數種可能結構相互結合，此結合實施皆明顯包含於本說明書中闡述之範疇。於特定狀況下，僅使用一定數量之電子元件，可更易於描述整套流程所能提供之一種或多種功能性。應將該等圖式中之該電路與相關教示內容可便於實施，並可採用更大量之元件，亦可產生更為繁複/複雜之實施配置與結構。依此，本發明所提供之實施例並非限制或禁止該電路應用於更多樣結構中之廣泛實施範圍。

亦請留意，本說明書中所參照包含於「某實施例」、「實施例」、「一實施例」、「另一實施例」、「某些實施例」、「數種實施例」、「其他實施例」、「不同實施例」以及類似用語之多種特徵(例如元件、結構、模組、物件、步驟、操作方式與特性等)，代表該等特徵任一者皆包含於本發明揭露之一種或多種實施例中，但並非限制僅用於相同實施例中。該裝置中各種可選擇性使用之特徵，亦可實施於此處所描述之方法或流程中，各實施例中所描述之細節亦可實施於其他一種或多種實施例中。

上述各實施例中所提及之「手段」可包括(但不限於)利用本發明所論及之任何適當元件，並搭配任何適用之軟體、電路、集線器、電腦程式碼、邏輯、演算法、硬體、控制器、介面、連結、匯流排、通訊途徑等。於一第二實施例中，該系統包括記憶體，其進一步包含機器可讀之指示，可於實施時使系統進行任何上述所探討之動作。

該領域精通技藝之人士，可發展出多種其他改變、替代方法、變體與修正，而種種改變、替代方法、變體與修正內容皆為本發明主 張申請專利範圍所欲保護之範疇。為了協助USPTO，以及任何此用途所核發專利之所有讀者理解本發明之申請專利範圍，本案申請人希望聲明，申請人：(a)並無意訴諸美國專利法第112條第6段(paragraph six(6)of 35 U.S.C.section 112)之內容，因其於本案申請日時已公告實施，除非「用於…之手段」或「用於…之步驟」係特別用於特定申請專利範圍中；以及(b)並不傾向以說明書中任何字句限制本發明揭露範圍，使其無法與所主張申請專利範圍中之內容相互支持。

E1、E2、E3、E4、E5、E6‧‧‧電極

Claims (20)

1. 一種圖樣編碼資訊解碼裝置，其包含：複數個電極，各電極係設置以建立一電場；用以偵測該等電場至少一子集所產生變化的電路，該變化係當該圖樣置於該等電極上方時由該圖樣所引起的；一解碼器，以所測得之變化為基礎，導出該圖樣中之編碼資訊。
2. 如請求項1所述之裝置，其中：該圖樣包含一導體材料層或導體材料片上一或更多開口以及導體材料層或導體材料片上未具有開口之一或更多區域的空間配置；該一或更多開口與該導體材料層未具有開口之一或更多區域相互配置，以置於對應該等電極其中之一上方。
3. 如請求項2所述之裝置，其中當該圖樣置於該等電極上方時；該一或更多開口實質上不改變對應該等電極其中之一所建立之電場；該導體材料層上未具有開口之一或更多區域實質上改變對應該等電極其中之一所建立之電場。
4. 如請求項1所述之裝置，其中：該圖樣包含一非導體材料層或非導體材料片上由導體材料形成之一或更多導體區域，以及非導體材料層或非導體材料片上未具有導體材料之一或更多非導體區域的空間配置；該至少一導體區域與該至少一非導體區域相互配置，以置於對應該等電極其中之一上方。
5. 如請求項4所述之裝置，其中當該圖樣置於該等電極上方時：該一或更多導體區域實質上改變對應該等電極其中之一所建立之電場；該一或更多非導體區域實質上不改變對應該等電極其中之一所建立之電場。
6. 如請求項1所述之裝置，其中：用以偵測該等電場至少一子集所產生變化的該電路，測量各電極之電容量變化；以及該解碼器將所測得之電容量變化與一或更多參照值相互比對。
7. 如請求項6所述之裝置，進一步包含一參照電極，以產生一電場，其中該一或更多參照值係由該參照電極上所測得之電容量變化而決定。
8. 如請求項1所述之裝置，其中：該圖樣中所含之編碼資訊包含一二進位資訊的位元之數量；該等電極之數量係對應該圖樣中所編碼二進位資訊的位元之數量。
9. 如請求項1所述之裝置，其中：當該圖樣置於該等電極上方時，該圖樣之空間配置以干擾該等電場至少一子集。
10. 如請求項1所述之裝置，其中：用以偵測該等電場至少一子集所產生變化的該電路包含一電容數位轉換器，用以：對各電極產生一激發源以使其建立該電場； 測量該等電場至少一子集的電容量變化；以及將所測得電容量變化以數位訊號傳送至該解碼器。
11. 如請求項1所述之裝置，其中：該圖樣，當置於該等電極上方時，可使該等電極所產生之電場進入兩種狀態其中之一，包含(1)實質上未受干擾狀態，以及(2)受干擾狀態；該電路係可：藉由測量該等電極上方電容量之變化，偵測由該圖樣所造成該等電場至少一子集的變化；以及基於所測量電容量之變化，判定該等電極中各電極所產生電場係處於上述兩種狀態何者；以及該解碼器可基於所判定兩種狀態其中之一，導出該圖樣中所含的編碼資訊。
12. 如請求項1所述之裝置，其中：該等電極係經由空間配置以設於一印刷電路板或一軟性電路上；該等電極係透過複數個訊號線連接至該電路；該電路係透過一通訊匯流排連接至該解碼器。
13. 如請求項1所述之裝置，進一步包含：一介電層，設於該等電極上方。
14. 一種解碼圖樣中編碼資訊之方法，其包含以下步驟：將一激發訊號施加至複數個電極，其中各電極可藉此分別建立一電場； 偵測當該圖樣置於該等電場上方時，由該圖樣所引起該等電場至少一子集的變化；利用一解碼器，以所測得之變化為基礎，導出該圖樣中之編碼資訊。
15. 如請求項14所述之方法，其中：偵測該等電場至少一子集的變化，包含測量各電極電容量之變化；以及導出該圖樣中之編碼資訊，包含將測得電容量之變化與一或更多參照值相互比對。
16. 如請求項15所述之方法，進一步包含以下步驟：將一激發訊號施加至一參照電極，該參照電極係用以建立一電場；其中該等參照值係藉由測量該參照電極之電容量變化而決定。
17. 如請求項14所述之方法，其中偵測該等電場至少一子集的變化，包含測量該等電場至少一子集之變化，並將所測得之電容量變化以數位訊號傳送至該解碼器。
18. 如請求項14所述之方法，其中：該圖樣，當置於該等電極上方時，可造成該等電極中各電極所產生之電場進入兩種狀態其中之一，包含(1)實質上未受干擾狀態，以及(2)受干擾狀態；該方法進一步包含下列步驟：藉由測量該等電極上方電容量之變化，偵測由該圖樣所引起該等電場至少一子集的變化； 基於所測得電容量之變化，判定該等電極其中各電極所產生之電場處於上述兩種狀態何者；以及利用該解碼器，基於所判定兩種狀態其中之一，導出該圖樣中所含的編碼資訊。
19. 一種針對圖樣編碼資訊與解碼資訊之組件，其包含：一圖樣，設於一條帶上；複數個電極，其中各電極可分別建立一電場；電路，以偵測當該條帶上之圖樣置於該等電極上方時，由該圖樣所造成該等電場至少一子集之變化；一解碼器，以所測得變化為基礎，導出該圖樣中之編碼資訊。
20. 如請求項19所述之針對圖樣編碼資訊與解碼資訊之組件，其中：該條帶係為一血糖檢測條，其中含有可與條帶上血糖產生反應之化學物質；該等電極、電路與解碼器係設置於一血糖檢測器中，以接收該條帶，藉此，當該條帶被置入該血糖檢測器中，該圖樣可被置於該等電極上方；該條帶上所具有之圖樣中具有辨識用之編碼，用以辨別不同批次之血糖檢測條。