電磁筆及具有其的人機交互系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種電磁筆，包括：鎖相環(huán)模塊，其中，鎖相環(huán)模塊具有基準頻率提供器、與基準頻率提供器相連的鑒相鑒頻器、與鑒相鑒頻器相連的電荷泵、與電荷泵相連的振蕩器和與振蕩器和鑒相鑒頻器相連的除法器；鏡像振蕩器，該鏡像振蕩器與電荷泵相連，該鏡像振蕩器為振蕩器的鏡像；鏡像傳感器，鏡像傳感器與鏡像振蕩器相連，且根據(jù)檢測到的壓力信號對鏡像振蕩器的輸出頻率進行調整。本發(fā)明實施例的電磁筆能夠隨著筆壓的變化而產(chǎn)生并輸出準確的頻率，并可根據(jù)該輸出頻率推斷出壓力值，從而提高用戶的體驗度，且該電磁筆還具有制造成本低的優(yōu)點。本發(fā)明還提出了一種人機交互系統(tǒng)。
【專利說明】電磁筆及具有其的人機交互系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電子【技術領域】，特別涉及一種電磁筆及具有其的人機交互系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前，電磁屏的應用越來越普及，相比目前最為流行的電容屏觸控技術，電磁屏的定位更加精準，并且具備筆壓感應的能力。目前，電磁屏的工作原理如下:電磁屏由縱向和橫向的天線陣列組成；而電磁筆由頻率發(fā)生裝置構成，一般通過電容和電感構成振蕩器，其振蕩頻率由內(nèi)部的電感值和電容值決定。通過電磁筆發(fā)送固定頻率到電磁屏，在電磁屏中，越靠近電磁筆的天線，接收到的電磁信號就越強，這樣就可以檢測出電磁筆的位置，同時，如果筆尖與電磁屏體接觸，筆尖將感應到的壓力傳送給電磁筆內(nèi)的電感或者壓敏電容，從而，電感值或電容值發(fā)生改變，電磁筆的頻率將會發(fā)生改變，進而從頻率的改變程度來識別出筆壓。
[0003]對于目前普遍使用的電磁筆，內(nèi)部由以電感和電容為主的振蕩電路構成，當沒有筆尖觸碰時，電磁筆將會發(fā)送固定頻率的信號。固定頻率值根據(jù)電磁屏的接收需要確定。而當筆尖有觸碰時，電磁筆發(fā)送的頻率將偏移該固定頻率。所以，電磁筆應當具備這樣一個特性:當筆尖沒有觸碰時，能發(fā)送一個固定的頻率，而當筆尖有觸碰發(fā)生時，頻率將偏移該固定頻率。
[0004]在目前普遍的做法中，電磁筆的發(fā)送頻率由構成振蕩器的電容和電感值決定，而電容和電感的絕對值總存在偏差，而絕對值的偏差會引起發(fā)送頻率發(fā)生偏差，為了克服這種偏差，在電磁筆的生產(chǎn)過程中，需要對電容值或電感值進行調節(jié)，使其發(fā)送的頻率設置于固定的某個值。但是，這樣的過程將很大程度加大電磁筆的制造成本，而且，這種調節(jié)過程容易造成誤差，最終影響用戶的體驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在至少解決上述技術問題之一。
[0006]為此,本發(fā)明的一個目的在于提出一種電磁筆,該電磁筆能夠隨著筆壓的變化而產(chǎn)生并輸出準確的頻率，并可根據(jù)該輸出頻率推斷出壓力值，從而提高用戶的體驗度，且該電磁筆還具有制造成本低的優(yōu)點。
[0007]本發(fā)明另一個目的在于提供一種人機交互系統(tǒng)。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面的實施例提出了一種電磁筆，包括:鎖相環(huán)模塊，其中，所述鎖相環(huán)模塊具有基準頻率提供器、與所述基準頻率提供器相連的鑒相鑒頻器、與所述鑒相鑒頻器相連的電荷泵、與所述電荷泵相連的振蕩器和與所述振蕩器和所述鑒相鑒頻器相連的除法器；鏡像振蕩器，所述鏡像振蕩器與所述電荷泵相連，所述鏡像振蕩器為所述振蕩器的鏡像；鏡像傳感器，所述鏡像傳感器與所述鏡像振蕩器相連，所述鏡像傳感器根據(jù)檢測到的壓力信號對所述鏡像振蕩器的輸出頻率進行調整。
[0009]根據(jù)本發(fā)明實施例的電磁筆，通過鎖相環(huán)設定了一個固定頻率，并增加了鏡像振蕩器和鏡像傳感器，從而在鏡像傳感器沒有接收到壓力信號時，鏡像振蕩器輸出上述固定頻率，而在鏡像傳感器接收到壓力信號時，則根據(jù)該壓力信號控制鏡像振蕩器的輸出頻率在固定頻率的基礎上發(fā)生相應的偏移。即該電磁筆能夠隨著筆壓的變化而產(chǎn)生并輸出準確的頻率，并可根據(jù)該頻率推斷出壓力值，從而提高用戶的體驗度，另外，該電磁筆還具制造成本低的優(yōu)點。
[0010]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的電磁筆還可以具有如下附加的技術特征:
[0011 ] 在本發(fā)明的實施例中，所述振蕩器與所述鏡像振蕩器相同。
[0012]在本發(fā)明的實施例中，所述電磁筆還包括:傳感器，所述傳感器與所述振蕩器相連，根據(jù)檢測到的壓力信號對所述振蕩器的輸出頻率進行調整。
[0013]在本發(fā)明的實施例中，還包括:第一緩沖器，所述第一緩沖器連接在所述振蕩器和所述電荷泵之間；以及第二緩沖器，所述第二緩沖器連接在所述鏡像振蕩器和所述電荷泵之間。
[0014]在本發(fā)明的實施例中，所述鏡像傳感器和所述傳感器為力敏電阻。
[0015]在本發(fā)明的實施例中，所述基準頻率提供器為晶振。
[0016]本發(fā)明第二方面的實施例還提供了一種人機交互系統(tǒng)，包括:電磁屏；以及本發(fā)明第一方面實施例提出的所述電磁筆。
[0017]根據(jù)本發(fā)明實施例的人機交互系統(tǒng)，其內(nèi)部設置有電磁筆，通過鎖相環(huán)設定了一個固定頻率，并增加了鏡像振蕩器和鏡像傳感器，從而在鏡像傳感器沒有接收到壓力信號時，鏡像振蕩器輸出上述固定頻率，而在鏡像傳感器接收到壓力信號時，則根據(jù)該壓力信號控制鏡像振蕩器的輸出頻率在固定頻率的基礎上發(fā)生相應的偏移。即該人機交互系統(tǒng)能夠隨著外界壓力信號的變化而產(chǎn)生并輸出準確的頻率，并可根據(jù)該頻率推斷出壓力值，從而提高用戶的體驗度，另外，該人機交互系統(tǒng)還具有制造成本低的優(yōu)點。
[0018]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0020]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電磁筆的結構示意圖；
[0021]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電磁筆的工作流程圖；
[0022]圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電磁筆的具體應用示意圖；
[0023]圖4為根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的電磁筆的結構示意圖；以及
[0024]圖5為根據(jù)本發(fā)明又一個實施例的電磁筆的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0026]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于
附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0027]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0028]以下結合附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的電磁筆及具有其的人機交互系統(tǒng)。
[0029]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電磁筆的結構示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電磁筆100 (圖1中未標出),包括:鎖相環(huán)模塊110 (圖1中未標出)、鏡像振蕩器120和鏡像傳感器130。
[0030]具體而言，鎖相環(huán)模塊110具有基準頻率提供器111、與基準頻率提供器111相連的鑒相鑒頻器112、與鑒相鑒頻器112相連的電荷泵113、與電荷泵113相連的振蕩器114和與振蕩器114和鑒相鑒頻器112相連的除法器115。其中，在本發(fā)明的一個實施例中，基準頻率提供器111為晶振。
[0031]鏡像振蕩器120與電荷泵113相連，鏡像振蕩器120為振蕩器114的鏡像。在發(fā)明的一個實施例中，振蕩器113與鏡像振蕩器120相同，均為壓控振蕩器。
[0032]鏡像傳感器130與鏡像振蕩器120相連，且鏡像傳感器130根據(jù)檢測到的壓力信號對鏡像振蕩器120的輸出頻率進行調整。
[0033]進一步地，結合圖1所示，該電磁筆100還包括:傳感器140、第一緩沖器150和第二緩沖器160。具體而言，傳感器140與振蕩器114相連，根據(jù)檢測到的壓力信號對振蕩器114的輸出頻率進行調整。其中，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，鏡像傳感器130和傳感器140均為力敏電阻，從而可將外界的壓力轉化為電信號。
[0034]第一緩沖器150連接在振蕩器114和電荷泵113之間，用于隔離振蕩器114對鎖相環(huán)模塊110的鎖相環(huán)路的影響，并輸出一個穩(wěn)定的由鎖相環(huán)路確定的電壓值Vtune。
[0035]第二緩沖器160連接在鏡像振蕩器120和電荷泵113之間，用于隔離鏡像振蕩器120對鎖相環(huán)模塊110的鎖相環(huán)路的影響，并輸出一個穩(wěn)定的由鎖相環(huán)路確定的電壓值Vtune0
[0036]綜上所述，結合圖1所示，該電磁筆100在傳統(tǒng)的鎖相環(huán)的基礎上，增加了一個額外的壓控振蕩器(即鏡像振蕩器120)，且鏡像振蕩器120與振蕩器114相同，則該鏡像振蕩器120和振蕩器114同時受鎖相環(huán)路中電荷泵113產(chǎn)生的控制電壓Vtune的控制，從而，振蕩器114和鏡像振蕩器120產(chǎn)生相同的頻率。另外，還引入相同的第一緩沖器150和第二緩沖器160，并且在第一緩沖器150和第二緩沖器160之間分別插入了傳感器140和鏡像傳感器130。其中，傳感器140和鏡像傳感器130優(yōu)選地為力敏電阻，當Vtune信號經(jīng)過第二緩沖器160，再經(jīng)過力敏電阻分壓后對鏡像振蕩器120進行控制。需要說明的是，傳感器140和鏡像傳感器130也可以為其他感應器件，此處不作贅述。具體而言，在電磁筆100工作過程中，與鏡像振蕩器120相連的鏡像傳感器130實時檢測外部的壓力信號，如果鏡像傳感器130未接收到任何壓力信號，則此時振蕩器114和鏡像振蕩器120受到相同大小的電壓的控制，因此，兩者將輸出相同的頻率；如果鏡像傳感器130接收到了壓力信號，則鏡像振蕩器120的控制電壓發(fā)生變化，其輸出頻率也隨之發(fā)生改變，偏離于振蕩器114的輸出頻率。
[0037]作為一個具體示例，例如:由基準頻率提供器111輸入一個基準輸入頻率，并根據(jù)鎖相環(huán)技術，得到一個固定的輸出基準頻率，記為Foutl，則振蕩器114的輸出頻率為Foutl，基于鎖相環(huán)的基本原理可得:
[0038]Foutl=NFref,
[0039]其中，N為鎖相環(huán)模塊110中的分頻比，其由除法器115設定。Fref為鎖相環(huán)模塊110的輸入頻率。在上述過程中，需要說明的是，基準輸出頻率根據(jù)實際需要而確定，例如當該頻率產(chǎn)生電路作為一個發(fā)送源，而接收器的中心頻率為100KHZ時，則將基準輸出頻率設置為 100KHZ。
[0040]進一步地，將鎖相環(huán)路中電荷泵113產(chǎn)生的控制電壓Vtune通過第二隔離緩沖器160和鏡像傳感器130，以控制鏡像振蕩器120產(chǎn)生與鎖相環(huán)路輸出頻率Foutl相同的頻率，記為Fout2。如果鏡像傳感器130未檢測到任何壓力信號，則Foutl等于Fout2 ;當鏡像傳感器130檢測到外界的壓力信號時，F(xiàn)out2將隨之改變，偏離于Foutl，且頻率偏移程度隨壓力信號的強度變化而變化。需要說明的是，鏡像傳感器130的變化范圍決定了鏡像振蕩器120的輸入端電壓的變化范圍，進而決定了輸出頻率Fout2的頻率變化范圍。
[0041]其中，在上述示例中，第一緩沖器150和第二緩沖器160相同，且傳感器140和鏡像傳感器130相同，其目的在于保持振蕩器114和鏡像振蕩器120具有更好的一致性。
[0042]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電磁筆的工作流程圖。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電磁筆，其工作流程包括以下步驟:
[0043]步驟S201，選取輸入基準頻率。具體而言，該基準頻率的產(chǎn)生一般通過晶振電路實現(xiàn)。
[0044]步驟S202，設定鎖相環(huán)分頻比。即選取分頻比，通過上述的輸入基準頻率和該分頻比可得到輸出基準頻率，例如為:Foutl=N*Fref，其中，N為分頻比，F(xiàn)ref為輸入基準頻率。
[0045]步驟S203，從環(huán)路中抽取Vtune并加入隔離緩沖器。即引出鎖相環(huán)路的控制電壓Vtune，并作為第一緩沖器和第二緩沖器的輸入，其中，第一緩沖器的輸出端連接振蕩器。
[0046]步驟S204，復制壓控振蕩器。即加入與振蕩器相同的鏡像振蕩器，并與第二緩沖器的輸出端相連。
[0047]步驟S205，插入傳感器。即在第一緩沖器和振蕩器之間插入傳感器，在第二緩沖器和鏡像振蕩器之間插入鏡像傳感器，其中，傳感器和鏡像傳感器相同，且優(yōu)選地，傳感器和鏡像傳感器為力敏電阻。
[0048]則在上述過程中，當鏡像傳感器未檢測到壓力信號時，鏡像振蕩器的輸出頻率(即Fout2)與振蕩器的輸出頻率Foutl相同，即F0Utl=F0Ut2 ;而當鏡像傳感器檢測到壓力信號時，F(xiàn)out2將發(fā)生變化，偏離于Foutl，且Fout2的變化隨壓力信號的大小而變化。
[0049]為了更加具體的描述本發(fā)明上述的電磁筆100，以下結合圖3-5作為具體的示例對本發(fā)明實施例的電磁筆作進一步描述。[0050]圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電磁筆的具體應用示意圖。如圖3所示，作為一個具體的應用示例，假設需要產(chǎn)生300KHZ的頻率，且該頻率隨外界壓力信號變化范圍為300KHZ 到 308KHZ。
[0051]具體而言，為了獲取300kHZ的頻率，如圖3所示，選取Fref=30kHZ的晶振電路(即基準頻率提供器111)，根據(jù)傳統(tǒng)的鎖相環(huán)技術，選取分頻比為N=10，則通過公式FoutI=NFref,即可得到300kHZ的輸出基準頻率，同時，通過設計確定振蕩器114和鏡像振蕩器120的振蕩系數(shù)均為300KHZ/V。選取力敏電阻作為傳感器140和鏡像傳感器130，經(jīng)過第一緩沖器150和第二緩沖器160的電壓通過力敏電阻分壓以分別控制振蕩器114和鏡像振蕩器120。如果選取力敏電阻RS2 (即鏡像傳感器130)使其阻值隨外界壓力信號的變化從IOK歐姆到14K歐姆，則當外界壓力改變RS2的值時，鏡像振蕩器120的輸出頻率Fout2隨壓力的變化變化范圍為300KHZ到308KHZ。值得注意的是，在壓力信號的檢測過程中，需確保與振蕩器114相連的傳感器140不受外界影響，但不難理解，如果將壓力作用到RSl(即傳感器140)，而保持RS2不受壓力，同樣會引起鏡像振蕩器20輸出頻率Fout2的變化。
[0052]如圖4所示，在本發(fā)明的一個具體實施例中，在該電磁筆100的中，其鏡像振蕩器120的頻率輸出端可連接頻率發(fā)射器，以將輸出頻率Fout2發(fā)送給相應的接收裝置。具體而言，電磁筆100的筆尖壓力通過鏡像傳感器130，以控制鏡像振蕩器120改變發(fā)送頻率，接收裝置接收到該頻率進而判斷出筆尖壓力的大小。
[0053]如圖5所示，在該電磁筆100中，鏡像振蕩器120的頻率輸出端可連接頻率檢測器，頻率檢測器通過對輸出頻率的判斷，進而獲得鏡像傳感器130接收到的壓力信號的大小。
[0054]根據(jù)本發(fā)明實施例的電磁筆，通過鎖相環(huán)設定了一個固定頻率，并增加了鏡像振蕩器和鏡像傳感器，從而在鏡像傳感器沒有接收到壓力信號時，鏡像振蕩器輸出上述固定頻率，而在鏡像傳感器接收到壓力信號時，則根據(jù)該壓力信號控制鏡像振蕩器的輸出頻率在固定頻率的基礎上發(fā)生相應的偏移。即該電磁筆能夠隨著筆壓的變化而產(chǎn)生并輸出準確的頻率，并根據(jù)該頻率推斷出壓力值，從而提高用戶的體驗度，另外，該電磁筆還具有制造成本低的優(yōu)點。
[0055]本發(fā)明還提供了一種人機交互系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:電磁屏和本發(fā)明上述實施例的電磁筆100。
[0056]根據(jù)本發(fā)明實施例的人機交互系統(tǒng)，其內(nèi)部設置有電磁筆，通過鎖相環(huán)設定了一個固定頻率，并增加了鏡像振蕩器和鏡像傳感器，從而在鏡像傳感器沒有接收到壓力信號時，鏡像振蕩器輸出上述固定頻率，而在鏡像傳感器接收到壓力信號時，則根據(jù)該壓力信號控制鏡像振蕩器的輸出頻率在固定頻率的基礎上發(fā)生相應的偏移。即該人機交互系統(tǒng)能夠隨著外界壓力信號的變化而產(chǎn)生并輸出準確的頻率，并根據(jù)該頻率推斷出壓力值，從而提高用戶的體驗度，另外，該人機交互系統(tǒng)還具有制造成本低的優(yōu)點。
[0057]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或 示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。[0058]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權利要求及其等同限定。
【權利要求】
1.一種電磁筆,其特征在于,包括:鎖相環(huán)模塊，其中，所述鎖相環(huán)模塊具有基準頻率提供器、與所述基準頻率提供器相連的鑒相鑒頻器、與所述鑒相鑒頻器相連的電荷泵、與所述電荷泵相連的振蕩器和與所述振蕩器和所述鑒相鑒頻器相連的除法器；鏡像振蕩器，所述鏡像振蕩器與所述電荷泵相連，所述鏡像振蕩器為所述振蕩器的鏡鏡像傳感器，所述鏡像傳感器與所述鏡像振蕩器相連，所述鏡像傳感器根據(jù)檢測到的壓力信號對所述鏡像振蕩器的輸出頻率進行調整。
2.如權利要求1所述的電磁筆，其特征在于，所述振蕩器與所述鏡像振蕩器相同。
3.如權利要求1所述的電磁筆，其特征在于，還包括:傳感器，所述傳感器與所述振蕩器相連，根據(jù)檢測到的壓力信號對所述振蕩器的輸出頻率進行調整。
4.如權利要求1所述的電磁筆，其特征在于，還包括:第一緩沖器，所述第一緩沖器連接在所述振蕩器和所述電荷泵之間；以及第二緩沖器，所述第二緩沖器連接在所述鏡像振蕩器和所述電荷泵之間。
5.如權利要求3所述的電磁筆，其特征在于，所述鏡像傳感器和所述傳感器為力敏電阻。
6.如權利要求1所述的電磁筆，其特征在于，所述基準頻率提供器為晶振。
7.一種人機交互系統(tǒng)，其特征在于，包括:電磁屏；以及如權利要求1_6任一項所述的電磁筆。
【文檔編號】G06F3/0354GK103440054SQ201310344443
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月8日 優(yōu)先權日:2013年8月8日
【發(fā)明者】歐常春 申請人:歐常春