主動式電容筆的制作方法
主動式電容筆的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種主動式電容筆，所述主動式電容筆包括導電筆尖、信號處理模塊及一電容，所述導電筆尖于使用時接觸觸摸屏以檢測觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號并發(fā)射所述信號處理模塊輸出的反饋驅(qū)動信號；所述信號處理模塊獲取并處理所述導電筆尖接收到的所述觸摸屏驅(qū)動信號并產(chǎn)生同步的反饋驅(qū)動信號至所述導電筆尖；所述電容設置于所述導電筆尖與所述信號處理模塊之間，通過本實用新型，可實現(xiàn)精確定位主動式電容筆導電筆尖位置的目的。
【專利說明】主動式電容筆
【技術領域】
[0001]本實用新型關于一種在觸摸屏上使用的輸入裝置，特別是涉及一種主動式電容筆。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發(fā)展和進步，用戶對手機和平板電腦的輸入方式要求越來越高，已經(jīng)不滿足于傳統(tǒng)的鍵盤輸入，逐漸傾向于便捷的觸控輸入，目前市面上觸控輸入設備主要是電阻屏和電容屏。電容屏具備靈敏度高及易實現(xiàn)多點觸控的優(yōu)點，其正逐漸替代電阻屏成為主流觸控輸入屏，其分為表面電容式和投射電容式兩種。投射式電容屏分互電容(mutualcapacitive)和自電容(self capacitive)兩種，互電容式觸摸屏包含兩組垂直的電極陣和一觸摸屏控制器，其一電極陣作為驅(qū)動電極，另一電極陣為檢測電極，電極之間形成互電容，電極對地形成自電容，驅(qū)動電極在觸摸屏控制器的驅(qū)動模塊的驅(qū)動下發(fā)射觸摸屏驅(qū)動信號，檢測電極接收上述觸摸屏驅(qū)動信號，當接地的導電物(手指等)靠近電容屏時，影響驅(qū)動電極和檢測電極之間的互電容的值,檢測電極通過檢測該電容變化來實現(xiàn)觸控定位；自電容式觸摸屏所有電極同時是驅(qū)動電極也是檢測電極，觸摸屏控制器會驅(qū)動一條電極，跟著檢測該條電極的電容值變化來判斷附近有沒有接地的導電物；表面電容式觸摸屏電極從四角引出，其基本原理也是檢測導體靠近時的電容變化來感知觸控點位置信息。
[0003]觸控筆按是否使用電源分無源觸控筆和有源觸控筆。無源觸控筆是簡單地用導電物(導體或?qū)щ娤鹉z等)模擬人類手指，在筆尖和觸摸屏驅(qū)動導電條之間形成一個電容，以便影響觸摸屏的檢測結(jié)果，但無源觸控筆缺點是筆尖比較大(往往大于2mm)。
[0004]主動式電容筆內(nèi)部有信號處理模塊，會主動探測觸摸屏的驅(qū)動信號，其導電筆尖可以很細，就像示波器的探頭一樣，將信號耦合到主動式電容筆內(nèi)部的信號處理模塊處理后輸出。有源觸控筆也有兩種:電感筆(EMR)和主動式電容筆。電感筆(EMR)需要在觸摸屏上加一層電感感應屏幕或傳感器(Sensor)，需要額外的硬件才能實現(xiàn)書寫功能，不僅厚度增加，成本也增加，當然工業(yè)設計更難看，而且不能使用在現(xiàn)有市場上的只有傳統(tǒng)觸摸屏的產(chǎn)品上；主動式電容筆，不需要電感感應屏幕或傳感器Sensor，不增加屏厚，可以直接使用在現(xiàn)有市場上的觸摸屏。
[0005]美國專利US20120154340 “ACTIVE STYLUS FOR USE WITH TOUCH-SENSITIVEINTERFACES AND CORRESPONDING METHOD” 和 US20130002606 “STYLUS AND STYLUSCIRCUITRY FOR CAPACITIVE TOUCH SCREENS”各揭示了一種主動式電容筆，兩專利均采用檢測電極和驅(qū)動電極分開的設計，具有如下缺點:
[0006]缺點之一，一般人書寫都會適當?shù)膬A斜筆身以符合使用者的書寫習慣。美國專利US20120154340和US20130002606是用比較大的筆頭或筆身發(fā)射反饋驅(qū)動信號，而且筆頭或筆身跟觸摸屏會有一定的距離，當使用者傾斜主動式電容筆筆身，反饋驅(qū)動信號在觸摸屏上的強度分布就不會以筆尖為中心，而會偏向筆身比較靠近觸摸屏的那一邊。這種偏差是沒有辦法用后續(xù)的算法做矯正。因為觸摸屏控制器或主機根本沒法知道主動式電容筆筆身傾斜的幅度；
[0007]缺點之二，美國專利US20120154340和US20130002606都是采用檢測電極和驅(qū)動電極分開的設計，而且檢測和發(fā)射反饋驅(qū)動是同時進行的，如果沒有在兩極之間做很好的隔離，發(fā)射的驅(qū)動反饋信號會耦合到檢測電極引起震蕩。
實用新型內(nèi)容
[0008]為克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，本實用新型之一目的在于提供一種主動式電容筆，其不僅可精確定位主動式電容筆導電筆尖的位置，且可容易分辨導電物是手指或主動式電容筆。
[0009]本實用新型之另一目的在于提供一種主動式電容筆，該主動式電容筆可以根據(jù)設定傳遞不同強度的反饋驅(qū)動信號。
[0010]為達上述及其它目的，在本實用新型之一較佳實施例中，本實用新型提出一種主動式電容筆，所述主動式電容筆包括導電筆尖、信號處理模塊及一電容，所述導電筆尖于使用時接觸觸摸屏以檢測觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號并發(fā)射所述信號處理模塊輸出的反饋驅(qū)動信號；所述信號處理模塊獲取并處理所述導電筆尖接收到的所述觸摸屏驅(qū)動信號并產(chǎn)生同步的反饋驅(qū)動信號至所述導電筆尖；所述電容設置于所述導電筆尖與所述信號處理模塊之間。
[0011]進一步地，該信號處理模塊包括:
[0012]檢測電路，通過所述電容連接所述導電筆尖，以檢測所述觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿；
[0013]控制電路，接于該檢測電路的輸出端，以于所述檢測電路檢測到所述觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿時，控制所述信號處理模塊由檢測狀態(tài)進入反饋驅(qū)動狀態(tài)，并根據(jù)設定調(diào)整所述反饋驅(qū)動信號的開始和結(jié)束時間或反饋驅(qū)動信號上升沿與下降沿的延遲或反饋驅(qū)動信號的電壓。
[0014]反饋驅(qū)動電路，連接所述控制電路與所述導電筆尖，所述反饋驅(qū)動電路采用三態(tài)輸出，在檢測時，其輸出為高抗阻使所述導電筆尖處于懸空狀態(tài)，在反饋驅(qū)動時，在所述控制電路控制下將所述反饋驅(qū)動信號傳送至所述導電筆尖。
[0015]進一步地，所述反饋驅(qū)動信號在下一個觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿到來之前結(jié)束，所述控制電路控制所述信號處理模塊由驅(qū)動狀態(tài)再次進入檢測狀態(tài)。
[0016]進一步地，所述信號處理模塊還包括一保護電路，所述保護電路由兩個或多個反相并聯(lián)的二極管組成，其一端接固定偏壓，另一端接所述檢測電路的輸入端。
[0017]進一步地，所述主動式電容筆還包括一輔助檢測電極，所述輔助檢測電極設置于所述信號處理模塊的輸入端。
[0018]在本實用新型之另一較佳實施例中，本實用新型提供一種主動式電容筆，所述主動式電容筆包括檢測電極、驅(qū)動電極及信號處理模塊；所述檢測電極于使用時接觸觸摸屏以感應觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號并傳送至所述信號處理模塊；所述信號處理模塊獲取并處理該檢測電極接收的觸摸屏驅(qū)動信號并產(chǎn)生同步的反饋驅(qū)動信號至所述驅(qū)動電極；所述反饋驅(qū)動信號由所述驅(qū)動電極向所述觸摸屏發(fā)射，所述驅(qū)動電極為導電筆尖，所述檢測電極利用導電筆頭或?qū)щ姽P身或金屬線或線路板印刷線制成。[0019]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型一種主動式電容筆，通過將檢測電路及反饋驅(qū)動電路于時序上分開，有效避免信號處理模塊形成閉環(huán)回路而產(chǎn)生自激振蕩，其不僅可以精確定位主動式電容筆導電筆尖的位置，而且更容易分辨導電物是手指或主動式電容筆，同時，本實用新型之主動式電容筆還可以根據(jù)設定傳遞不同強度的反饋驅(qū)動信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為常見的觸摸屏系統(tǒng)的結(jié)構示意圖；
[0021]圖2為本實用新型所應用之主動式電容筆的總體結(jié)構圖；
[0022]圖3為本實用新型一種主動式電容筆之第一較佳實施例的結(jié)構示意圖；
[0023]圖4為本實用新型第一較佳實施例中信號處理模塊的基本架構圖；
[0024]圖5a至圖5c為本實用新型較佳實施例中觸摸屏驅(qū)動信號與反饋驅(qū)動信號的時序圖；
[0025]圖6為本實用新型一種主動式電容筆之第二較佳實施例的內(nèi)部示意圖；
【具體實施方式】
[0026]以下通過特定的具體實例并結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其它優(yōu)點與功效。本實用新型亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應用，在不背離本實用新型的精神下進行各種修飾與變更。
[0027]在說明本實用新型之前，先簡單說明下觸摸屏的工作原理。圖1為常見的觸摸屏系統(tǒng)的結(jié)構示意圖。觸摸屏系統(tǒng)包括觸摸屏、觸摸屏控制器及主機。觸摸屏包括有多條X軸方向?qū)щ姉l和多條Y軸方向?qū)щ姉l，一般情況X軸跟Y軸是垂直的。X軸的導電條跟Y軸導電條相交的地方形成互電容(mutual capacitor)陣列。當?shù)刃Ы拥氐膶щ娢?，比如人類手指，接近或觸碰觸摸屏時，就會改變導電物附近的互電容的電容值，透過檢測這些互電容陳列每一個互電容的電容值變化，就可以通過算法計算出等效接地的導電物在觸摸屏上的位置。
[0028]本實用新型同時適用于互電容式和自電容式觸摸屏，以互電容式觸摸屏為例，互電容式觸摸屏控制器會發(fā)出觸摸屏驅(qū)動信號會逐一驅(qū)動驅(qū)動電極，驅(qū)動電極可以是X軸或Y軸導電條，觸摸屏驅(qū)動信號可以是一組脈沖(pulse train)或一組正弦波或一組三角波形，等等(圖1中只顯示一組脈沖波形)，一組脈沖包含多個脈沖。沒有被驅(qū)動的另一個軸的導電條都是檢測電極。當一條驅(qū)動電極被觸摸屏控制器驅(qū)動時，驅(qū)動信號會透過驅(qū)動電極跟檢測電極之間的互電容耦合到檢測電極。如果有導電物接觸或靠近驅(qū)動電極和檢測電極的話，就會改變驅(qū)動電極和檢測電極之間的互電容的電容值。觸摸屏控制器透過檢測互電容陳列的每一個互電容的電容值再跟沒有導電物接觸或靠近時的電容值比較，就能得出電容值變化影像。電容值變化影像可以傳給主機用算法計算出導電物的位置。
[0029]圖2為本實用新型所應用之主動式電容筆的總體結(jié)構圖，如圖2所示，本實用新型所應用之主動式電容筆包括筆尖、筆頭及筆身。圖3為本實用新型一種主動式電容筆之第一較佳實施例的結(jié)構示意圖，圖4為本實用新型第一較佳實施例中信號處理模塊的基本架構圖。如圖3及圖4所示，本實用新型一種主動式電容筆，除電源(本實用新型較佳實施例中為電池)外，至少還包括:導電筆尖10、筆身、埋藏在筆身內(nèi)的信號處理模塊30以及一電容C。
[0030]其中，導電筆尖10與筆身采用機械式接觸性連接，其作用一是作為點擊觸摸屏目的區(qū)域的工具，二是作為耦合裝置檢測觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號和發(fā)送信號處理模塊30輸出的反饋驅(qū)動信號，即，導電筆尖既作為檢測電極又作為驅(qū)動電極；信號處理模塊30用于處理導電筆尖10接收的觸摸屏驅(qū)動信號并生成同步的反饋驅(qū)動信號，于檢測階段接收觸摸屏的觸摸屏驅(qū)動信號，并于驅(qū)動階段發(fā)送經(jīng)過處理的反饋驅(qū)動信號；電容C設置于導電筆尖10與信號處理模塊30之間，于檢測時，電容C用于耦合導電筆尖10獲取的觸摸屏驅(qū)動信號到信號處理模塊30的輸入端，在反饋驅(qū)動觸摸屏時，電容C用來隔離反饋驅(qū)動信號。
[0031]信號處理模塊30包含檢測電路301、控制電路302及反饋驅(qū)動電路303。檢測電路301用于檢測觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿；控制電路302，當檢測電路301檢測到觸摸屏驅(qū)動信號上升沿或下降沿時，控制電路302控制信號處理模塊由檢測狀態(tài)進入反饋驅(qū)動狀態(tài)，根據(jù)設定調(diào)整反饋驅(qū)動信號的開始和結(jié)束時間或反饋驅(qū)動信號上升沿與下降沿的延遲或反饋驅(qū)動信號的電壓，使反饋驅(qū)動信號在下一個觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿到來之前結(jié)束，令信號處理模塊30由驅(qū)動狀態(tài)再次進入檢測狀態(tài)；反饋驅(qū)動電路303采用三態(tài)輸出，在檢測時，其輸出為高抗阻使導電筆尖10處于懸空狀態(tài)，在驅(qū)動時，在控制電路302控制下將反饋驅(qū)動信號傳送至導電筆尖10實現(xiàn)對觸摸屏的反饋驅(qū)動。
[0032]工作時，觸摸屏控制器會逐行掃描觸摸屏的驅(qū)動電極，每掃描一行觸摸屏的驅(qū)動電極，控制器會向觸摸屏的驅(qū)動電極發(fā)出一組脈沖。主動式電容筆之導電筆尖10會與觸摸屏上的每條檢測電極之間形成耦合電容。觸摸屏的驅(qū)動電極距離導電筆尖越近，導電筆尖和觸摸屏的檢測極之間的耦合電容值就越大。當觸摸屏控制器掃描距離導電筆尖10比較近的驅(qū)動電極時，導電筆尖10就能耦合到足夠強度的觸摸屏驅(qū)動信號，該信號會經(jīng)過電容C耦合到主動式電容筆信號處理模塊30的輸入端，信號處理模塊30就會根據(jù)設定調(diào)整反饋驅(qū)動信號的強度。主動式電容筆的反饋驅(qū)動信號透過導電筆尖10跟觸摸屏上的檢測電極之間的耦合電容把反饋驅(qū)動信號耦合到觸摸屏的檢測電極。為了耦合足夠強度的信號到觸摸屏的檢測電極，反饋驅(qū)動信號有時需要高壓，比如15v，相應地電容C也需要耐壓達到15v。圖3中的電容C可以是內(nèi)置芯片里面或者外置在芯片外面。由于電容不會隔離交流信號，當導電筆尖的電壓向上升的時候，電容的另一端，即信號處理模塊30的輸入端的電壓也會跟隨上升，為了防止高壓把信號處理模塊的輸入端的電路燒毀，在本實用新型之較佳實施例中，在信號處理模塊30的輸入端增加保護電路305，該保護電路305可以由兩個或多個反相并聯(lián)的二極管組成，其一端接固定偏壓Vref，Vref 一般設置為模擬電路電源電壓的一半左右(如電源電壓為5V，則Vref大約2.5v± 1.5v)，另一端接該檢測電路301的輸入端，以使在高壓反饋驅(qū)動信號到來時，在該檢測電路301的輸入端電壓就會被限制在Vref 土Vd，Vd為二極管閥值。另外，為了加強主動式電容筆檢測觸摸屏驅(qū)動信號，可以在信號處理模塊的輸入端選擇性添加輔助檢測電極50。輔助檢測電極50可以是導電筆頭，或者是導電筆身，或者是線路板印刷線，或者是導電金屬線。
[0033]以下具體說明信號處理模塊的工作原理:當信號處理模塊30處于檢測狀態(tài)時，檢測電路301會檢測信號處理模塊30的輸入端的電壓，當檢測電路301檢測到觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿時輸出信號給控制電路302，當信號處理模塊30處于檢測狀態(tài)時，反饋驅(qū)動電路303的輸出是高抗阻，導電筆尖10處于懸空狀態(tài)，以便導電筆尖10耦合來自觸摸屏的驅(qū)動信號，主動式電容筆的控制電路302收到檢測電路301的輸出，控制電路302會控制信號處理模塊30進入反饋驅(qū)動狀態(tài)；在反饋驅(qū)動狀態(tài)時，檢測電路301的輸出會被控制電路302忽略，反饋驅(qū)動電路303會結(jié)束高抗阻輸出，控制電路302會根據(jù)設定輸出調(diào)整反饋驅(qū)動信號的強度，在本實用新型較佳實施例中，控制電路302采用以下方法調(diào)整反饋驅(qū)動信號的強度:改變驅(qū)動信號開始和結(jié)束的時間，改變反饋驅(qū)動信號的上升沿或下降沿的延遲，改變反饋驅(qū)動信號的電壓，改變上升沿和下降沿之間的延遲，或下降沿和上升沿之間的延遲，主動式電容筆反饋驅(qū)動會在下一個觸摸屏驅(qū)動信號到來之前結(jié)束，信號處理模塊30會回到開始的檢測狀態(tài)。
[0034]一個完整的主動式電容筆應該可以讓觸摸屏準確定位導電筆尖的在觸摸屏上的位置，分辨導電物是電容筆或手指。
[0035]圖5a至圖5c為本實用新型較佳實施例中觸摸屏驅(qū)動信號與主動式電容筆反饋驅(qū)動信號的時序圖。以下將配合圖5a至圖5c對主動式電容筆信號處理模塊的檢測及反饋驅(qū)動過程作一詳細說明。
[0036]如圖5a，主動式電容筆在使用時靠近或觸碰觸摸屏，觸摸屏控制器逐條掃描觸摸屏驅(qū)動電極，每驅(qū)動一條觸摸屏驅(qū)動電極，觸摸屏控制器會發(fā)出一組觸摸屏驅(qū)動信號(如圖5a，第一波形)，在本實施例中驅(qū)動信號是一組脈沖，不過，驅(qū)動信號也可以是一組三角波或一組正弦波。當觸摸屏被驅(qū)動電極距離主動式電容筆導電筆尖比較遠，導電筆尖耦合到的觸摸屏驅(qū)動信號強度比較弱，主動式電容筆檢測不到觸摸屏驅(qū)動信號。當觸摸屏控制器驅(qū)動導電筆尖附近的觸摸屏驅(qū)動電極時，導電筆尖就能耦合到相對比較強的觸摸屏驅(qū)動信號，再經(jīng)過電容C (圖3)把信號耦合到主動式電容筆信號處理模塊30的輸入端，也就是檢測電路301的輸入端，當檢測電路301檢測到觸摸屏驅(qū)動信號就會把檢測結(jié)果輸出到主動式電容筆信號處理模塊的控制電路302，控制電路302就會控制反饋驅(qū)動電路303向觸摸屏發(fā)出反饋驅(qū)動信號(如圖5a，第三、四波形)。
[0037]圖5a中的第二波形是觸摸屏一組驅(qū)動信號其中的一個觸摸屏驅(qū)動信號。這一個觸摸屏驅(qū)動信號包括一個高電平和一個低電平。當觸摸屏驅(qū)動信號在h由低電平上升到高電平時，觸摸屏驅(qū)動電極通過觸摸屏驅(qū)動電極和觸摸屏檢測電極之間的耦合電容對所有觸摸屏檢測電極做了一次正向充電，也就是觸摸屏檢測電極的電壓被拉高。當驅(qū)動信號在t3由高電平下降到低電平時，觸摸屏驅(qū)動電極對所有觸摸屏檢測電極做了一次反向充電，也就是觸摸屏檢測電極的電壓被拉低。觸摸屏檢測電極在每次正向或反向沖電之后就會開始放電。觸摸屏控制器就會檢測檢測電極的放電情況判斷驅(qū)動電極與檢測電極之間的耦合電容有沒有變化，以進一步判斷附近有沒有導電物。
[0038]圖5a的第三、四波形為第二波形的觸摸屏驅(qū)動信號對應的主動電容筆的反饋驅(qū)動信號。如第三、四波形顯示，主動式電容筆的信號處理模塊開始時是處于檢測狀態(tài)，此時，反饋驅(qū)動電路303的輸出是高抗阻，導電筆尖處于懸空狀態(tài)，方便導電筆尖感應觸摸屏控制器對觸摸屏驅(qū)動電極發(fā)出的驅(qū)動信號。當主動式電容筆的檢測電路301檢測到觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿之后Utl),檢測電路301輸出信號通知控制電路302檢測到觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿?？刂齐娐?02隨之控制主動式電容筆進入反饋驅(qū)動狀態(tài)?？刂齐娐?02根據(jù)設定，在一定延遲U1)之后結(jié)束反饋驅(qū)動電路303的高抗阻輸出，以一定的下降延遲U1到七2)向觸摸屏發(fā)出正相(如圖5a，第三波形)或反相(如圖5a，第四波形)的反饋驅(qū)動信號。反饋驅(qū)動的開始時間(圖5a，A)，結(jié)束時間(圖5a，t2)，上升沿或下降沿的延遲(圖5a，I1到t2)，和反饋驅(qū)動信號的電壓也可以根據(jù)設定調(diào)整。整個主動式電容筆對觸摸屏的反饋驅(qū)動過程會在觸摸屏驅(qū)動信號的下一個下降沿(圖5a，t3)之前結(jié)束。主動式電容筆會再次進入檢測狀態(tài)。從h到t3，主動式電容筆的信號處理模塊30完成一個檢測與反饋驅(qū)動周期。
[0039]主動式電容筆的反饋驅(qū)動信號的強弱可以通過調(diào)整反饋驅(qū)動開始和結(jié)束的時間，反饋驅(qū)動信號上升沿和下降沿的延遲，反饋驅(qū)動信號的電壓來實現(xiàn)，或同一個檢測與反饋驅(qū)動周期里面上升沿和下降沿之間的延遲，或同一個檢測與反饋驅(qū)動周期里面下降沿和上升沿之間的延遲。
[0040]在圖5b中，如圖5b的第三，四波形顯示，主動式電容筆的信號處理模塊開始時是處于檢測狀態(tài)，此時，反饋驅(qū)動電路303的輸出是高抗阻，導電筆尖處于懸空狀態(tài)，方便導電筆尖感應觸摸屏控制器對觸摸屏驅(qū)動電極發(fā)出的驅(qū)動信號。當主動式電容筆的檢測電路301檢測到觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿之后(tj，檢測電路301輸出信號通知控制電路302檢測到觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿。控制電路302隨之控制主動式電容筆進入反饋驅(qū)動狀態(tài)?？刂齐娐?02根據(jù)設定，在一定延遲(D之后結(jié)束反饋驅(qū)動電路303的高抗阻輸出，以一定的上升或下降延遲向觸摸屏發(fā)出N個與檢測到的上升沿或下降沿同相的上升沿或下降沿，和N+1個與檢測到的上升沿或下降沿反相的上升沿或下降沿(如圖5b，第四波形)。反饋驅(qū)動信號的強度可以透過設定調(diào)整t2，t3和t4。整個反饋驅(qū)動的過程會在觸摸屏驅(qū)動信號的下一個下降沿(圖5b，t5)之前結(jié)束。主動式電容筆會再次進入檢測狀態(tài)。從，主動式電容筆的信號處理模塊303完成一個檢測與反饋驅(qū)動周期。
[0041]圖5c顯示另外一種觸摸屏驅(qū)動信號。圖5c第一波形顯示一組觸摸屏驅(qū)動波形，第二波形顯示的是一個觸摸屏驅(qū)動信號的波形。這一個觸摸屏驅(qū)動信號的波形也有高電平和低電平，不過觸摸屏控制器不像圖5a和圖5b那樣在一個觸摸屏驅(qū)動波形期間，高電平和低電平時，各通過耦合電容對檢測電極做一次充電，而是在一個驅(qū)動波形期間通過開關只對檢測電極做一次正向或反向充電。在使用主動式電容筆時，主動式電容筆靠近或觸碰觸摸屏，當觸摸屏控制器驅(qū)動導電筆尖附近的驅(qū)動電極時，導電筆尖就能耦合到觸摸屏驅(qū)動信號。主動式電容筆的控制電路302根據(jù)設定，在一定延遲(圖5c，之后結(jié)束反饋驅(qū)動電路303的高抗阻輸出，以一定的下降延遲(圖5c，tl到t2)向觸摸屏發(fā)出反相(如圖5c，第三波形)或以一定的上升延遲(圖5c，tl到t2)向觸摸屏發(fā)出正相(如圖5c，第四波形)的反饋驅(qū)動信號。反饋驅(qū)動的開始時間(圖5c，tl)，結(jié)束時間(圖5c，t4)，和反饋驅(qū)動信號的電壓可以根據(jù)設定調(diào)整。整個反饋驅(qū)動的過程會在觸摸屏下一個驅(qū)動信號的上升沿(圖5c，t5)到來之前結(jié)束。主動式電容筆會再次進入檢測狀態(tài)。從&到15，主動式電容筆的信號處理模塊完成一個檢測與反饋驅(qū)動周期。
[0042]圖6為本實用新型一種主動式電容筆之第二較佳實施例的內(nèi)部示意圖。如圖6所示，在本實用新型之第二較佳實施例中，本實用新型之主動式電容筆包括:檢測電極601、驅(qū)動電極602及信號處理模塊603 ;檢測電極601用于感應觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號并傳送至信號處理模塊603 ;信號處理模塊603用于處理檢測電極601接收的觸摸屏驅(qū)動信號并產(chǎn)生同步的反饋驅(qū)動信號；反饋驅(qū)動信號由驅(qū)動電極602向觸摸屏發(fā)射，在觸摸屏定位算法配合下實現(xiàn)精確定位，在本實施例中，驅(qū)動電極為導電筆尖，檢測電極601可以是導電筆頭，或?qū)щ姽P身，或電線，或線路板印刷線，由于信號處理模塊603與第一較佳實施例中的信號處理模塊結(jié)構功能相同，在此不予贅述。
[0043]綜上所述，本實用新型一種主動式電容筆通過將檢測電路及反饋驅(qū)動電路于時序上分開，有效避免信號處理模塊形成閉環(huán)回路而產(chǎn)生自激振蕩，其不僅可以精確定位主動式電容筆導電筆尖的位置，而且更容易分辨導電物是手指或主動式電容筆，同時，本實用新型之主動式電容筆還可以根據(jù)設定傳遞不同強度的反饋驅(qū)動信號。
[0044]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何本領域技術人員均可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本實用新型的權利保護范圍，應如權利要求書所列。
【權利要求】
1.一種主動式電容筆，其特征在于:所述主動式電容筆包括導電筆尖、信號處理模塊及一電容，所述導電筆尖于使用時接觸觸摸屏以檢測觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號并發(fā)射所述信號處理模塊輸出的反饋驅(qū)動信號；所述信號處理模塊獲取并處理所述導電筆尖接收到的所述觸摸屏驅(qū)動信號并產(chǎn)生同步的反饋驅(qū)動信號至所述導電筆尖；所述電容設置于所述導電筆尖與所述信號處理模塊之間。
2.如權利要求1所述的一種主動式電容筆，其特征在于，該信號處理模塊包括: 檢測電路，通過所述電容連接所述導電筆尖，以檢測所述觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿； 控制電路，接于該檢測電路的輸出端，以于所述檢測電路檢測到所述觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿時，控制所述信號處理模塊由檢測狀態(tài)進入反饋驅(qū)動狀態(tài)，并根據(jù)設定調(diào)整所述反饋驅(qū)動信號的開始和結(jié)束時間或反饋驅(qū)動信號上升沿與下降沿的延遲或反饋驅(qū)動信號的電壓， 反饋驅(qū)動電路，連接所述控制電路與所述導電筆尖，所述反饋驅(qū)動電路采用三態(tài)輸出，在檢測時，其輸出為高抗阻使所述導電筆尖處于懸空狀態(tài)，在反饋驅(qū)動時，在所述控制電路控制下將所述反饋驅(qū)動信號傳送至所述導電筆尖。
3.如權利要求2所述的一種主動式電容筆，其特征在于:所述反饋驅(qū)動信號在下一個觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿到來之前結(jié)束，所述控制電路控制所述信號處理模塊由驅(qū)動狀態(tài)再次進入檢測狀態(tài)。
4.如權利要求3所述的一種主動式電容筆,其特征在于:所述信號處理模塊還包括一保護電路，所述保護電路由兩個或多個反相并聯(lián)的二極管組成，其一端接固定偏壓，另一端接所述檢測電路的輸入端。
5.如權利要求3所述的一種主動式電容筆，其特征在于:所述主動式電容筆還包括一輔助檢測電極，所述輔助檢測電極設置于所述信號處理模塊的輸入端。
6.一種主動式電容筆，其特征在于:所述主動式電容筆包括檢測電極、驅(qū)動電極及信號處理模塊；所述檢測電極于使用時接觸觸摸屏以感應觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號并傳送至所述信號處理模塊；所述信號處理模塊獲取并處理該檢測電極接收的觸摸屏驅(qū)動信號并產(chǎn)生同步的反饋驅(qū)動信號至所述驅(qū)動電極；所述反饋驅(qū)動信號由所述驅(qū)動電極向所述觸摸屏發(fā)射，所述驅(qū)動電極為導電筆尖，所述檢測電極利用導電筆頭或?qū)щ姽P身或金屬線或線路板印刷線制成。
【文檔編號】G06F3/044GK203673444SQ201320850816
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權日:2013年12月20日
【發(fā)明者】張劍峰, 周錫田 申請人:艾攀科技有限公司, 上海義上信息科技有限公司
【專利摘要】本實用新型公開了一種主動式電容筆，所述主動式電容筆包括導電筆尖、信號處理模塊及一電容，所述導電筆尖于使用時接觸觸摸屏以檢測觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號并發(fā)射所述信號處理模塊輸出的反饋驅(qū)動信號；所述信號處理模塊獲取并處理所述導電筆尖接收到的所述觸摸屏驅(qū)動信號并產(chǎn)生同步的反饋驅(qū)動信號至所述導電筆尖；所述電容設置于所述導電筆尖與所述信號處理模塊之間，通過本實用新型，可實現(xiàn)精確定位主動式電容筆導電筆尖位置的目的。
【專利說明】主動式電容筆
【技術領域】
[0001]本實用新型關于一種在觸摸屏上使用的輸入裝置，特別是涉及一種主動式電容筆。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發(fā)展和進步，用戶對手機和平板電腦的輸入方式要求越來越高，已經(jīng)不滿足于傳統(tǒng)的鍵盤輸入，逐漸傾向于便捷的觸控輸入，目前市面上觸控輸入設備主要是電阻屏和電容屏。電容屏具備靈敏度高及易實現(xiàn)多點觸控的優(yōu)點，其正逐漸替代電阻屏成為主流觸控輸入屏，其分為表面電容式和投射電容式兩種。投射式電容屏分互電容(mutualcapacitive)和自電容(self capacitive)兩種，互電容式觸摸屏包含兩組垂直的電極陣和一觸摸屏控制器，其一電極陣作為驅(qū)動電極，另一電極陣為檢測電極，電極之間形成互電容，電極對地形成自電容，驅(qū)動電極在觸摸屏控制器的驅(qū)動模塊的驅(qū)動下發(fā)射觸摸屏驅(qū)動信號，檢測電極接收上述觸摸屏驅(qū)動信號，當接地的導電物(手指等)靠近電容屏時，影響驅(qū)動電極和檢測電極之間的互電容的值,檢測電極通過檢測該電容變化來實現(xiàn)觸控定位；自電容式觸摸屏所有電極同時是驅(qū)動電極也是檢測電極，觸摸屏控制器會驅(qū)動一條電極，跟著檢測該條電極的電容值變化來判斷附近有沒有接地的導電物；表面電容式觸摸屏電極從四角引出，其基本原理也是檢測導體靠近時的電容變化來感知觸控點位置信息。
[0003]觸控筆按是否使用電源分無源觸控筆和有源觸控筆。無源觸控筆是簡單地用導電物(導體或?qū)щ娤鹉z等)模擬人類手指，在筆尖和觸摸屏驅(qū)動導電條之間形成一個電容，以便影響觸摸屏的檢測結(jié)果，但無源觸控筆缺點是筆尖比較大(往往大于2mm)。
[0004]主動式電容筆內(nèi)部有信號處理模塊，會主動探測觸摸屏的驅(qū)動信號，其導電筆尖可以很細，就像示波器的探頭一樣，將信號耦合到主動式電容筆內(nèi)部的信號處理模塊處理后輸出。有源觸控筆也有兩種:電感筆(EMR)和主動式電容筆。電感筆(EMR)需要在觸摸屏上加一層電感感應屏幕或傳感器(Sensor)，需要額外的硬件才能實現(xiàn)書寫功能，不僅厚度增加，成本也增加，當然工業(yè)設計更難看，而且不能使用在現(xiàn)有市場上的只有傳統(tǒng)觸摸屏的產(chǎn)品上；主動式電容筆，不需要電感感應屏幕或傳感器Sensor，不增加屏厚，可以直接使用在現(xiàn)有市場上的觸摸屏。
[0005]美國專利US20120154340 “ACTIVE STYLUS FOR USE WITH TOUCH-SENSITIVEINTERFACES AND CORRESPONDING METHOD” 和 US20130002606 “STYLUS AND STYLUSCIRCUITRY FOR CAPACITIVE TOUCH SCREENS”各揭示了一種主動式電容筆，兩專利均采用檢測電極和驅(qū)動電極分開的設計，具有如下缺點:
[0006]缺點之一，一般人書寫都會適當?shù)膬A斜筆身以符合使用者的書寫習慣。美國專利US20120154340和US20130002606是用比較大的筆頭或筆身發(fā)射反饋驅(qū)動信號，而且筆頭或筆身跟觸摸屏會有一定的距離，當使用者傾斜主動式電容筆筆身，反饋驅(qū)動信號在觸摸屏上的強度分布就不會以筆尖為中心，而會偏向筆身比較靠近觸摸屏的那一邊。這種偏差是沒有辦法用后續(xù)的算法做矯正。因為觸摸屏控制器或主機根本沒法知道主動式電容筆筆身傾斜的幅度；
[0007]缺點之二，美國專利US20120154340和US20130002606都是采用檢測電極和驅(qū)動電極分開的設計，而且檢測和發(fā)射反饋驅(qū)動是同時進行的，如果沒有在兩極之間做很好的隔離，發(fā)射的驅(qū)動反饋信號會耦合到檢測電極引起震蕩。
實用新型內(nèi)容
[0008]為克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，本實用新型之一目的在于提供一種主動式電容筆，其不僅可精確定位主動式電容筆導電筆尖的位置，且可容易分辨導電物是手指或主動式電容筆。
[0009]本實用新型之另一目的在于提供一種主動式電容筆，該主動式電容筆可以根據(jù)設定傳遞不同強度的反饋驅(qū)動信號。
[0010]為達上述及其它目的，在本實用新型之一較佳實施例中，本實用新型提出一種主動式電容筆，所述主動式電容筆包括導電筆尖、信號處理模塊及一電容，所述導電筆尖于使用時接觸觸摸屏以檢測觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號并發(fā)射所述信號處理模塊輸出的反饋驅(qū)動信號；所述信號處理模塊獲取并處理所述導電筆尖接收到的所述觸摸屏驅(qū)動信號并產(chǎn)生同步的反饋驅(qū)動信號至所述導電筆尖；所述電容設置于所述導電筆尖與所述信號處理模塊之間。
[0011]進一步地，該信號處理模塊包括:
[0012]檢測電路，通過所述電容連接所述導電筆尖，以檢測所述觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿；
[0013]控制電路，接于該檢測電路的輸出端，以于所述檢測電路檢測到所述觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿時，控制所述信號處理模塊由檢測狀態(tài)進入反饋驅(qū)動狀態(tài)，并根據(jù)設定調(diào)整所述反饋驅(qū)動信號的開始和結(jié)束時間或反饋驅(qū)動信號上升沿與下降沿的延遲或反饋驅(qū)動信號的電壓。
[0014]反饋驅(qū)動電路，連接所述控制電路與所述導電筆尖，所述反饋驅(qū)動電路采用三態(tài)輸出，在檢測時，其輸出為高抗阻使所述導電筆尖處于懸空狀態(tài)，在反饋驅(qū)動時，在所述控制電路控制下將所述反饋驅(qū)動信號傳送至所述導電筆尖。
[0015]進一步地，所述反饋驅(qū)動信號在下一個觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿到來之前結(jié)束，所述控制電路控制所述信號處理模塊由驅(qū)動狀態(tài)再次進入檢測狀態(tài)。
[0016]進一步地，所述信號處理模塊還包括一保護電路，所述保護電路由兩個或多個反相并聯(lián)的二極管組成，其一端接固定偏壓，另一端接所述檢測電路的輸入端。
[0017]進一步地，所述主動式電容筆還包括一輔助檢測電極，所述輔助檢測電極設置于所述信號處理模塊的輸入端。
[0018]在本實用新型之另一較佳實施例中，本實用新型提供一種主動式電容筆，所述主動式電容筆包括檢測電極、驅(qū)動電極及信號處理模塊；所述檢測電極于使用時接觸觸摸屏以感應觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號并傳送至所述信號處理模塊；所述信號處理模塊獲取并處理該檢測電極接收的觸摸屏驅(qū)動信號并產(chǎn)生同步的反饋驅(qū)動信號至所述驅(qū)動電極；所述反饋驅(qū)動信號由所述驅(qū)動電極向所述觸摸屏發(fā)射，所述驅(qū)動電極為導電筆尖，所述檢測電極利用導電筆頭或?qū)щ姽P身或金屬線或線路板印刷線制成。[0019]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型一種主動式電容筆，通過將檢測電路及反饋驅(qū)動電路于時序上分開，有效避免信號處理模塊形成閉環(huán)回路而產(chǎn)生自激振蕩，其不僅可以精確定位主動式電容筆導電筆尖的位置，而且更容易分辨導電物是手指或主動式電容筆，同時，本實用新型之主動式電容筆還可以根據(jù)設定傳遞不同強度的反饋驅(qū)動信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為常見的觸摸屏系統(tǒng)的結(jié)構示意圖；
[0021]圖2為本實用新型所應用之主動式電容筆的總體結(jié)構圖；
[0022]圖3為本實用新型一種主動式電容筆之第一較佳實施例的結(jié)構示意圖；
[0023]圖4為本實用新型第一較佳實施例中信號處理模塊的基本架構圖；
[0024]圖5a至圖5c為本實用新型較佳實施例中觸摸屏驅(qū)動信號與反饋驅(qū)動信號的時序圖；
[0025]圖6為本實用新型一種主動式電容筆之第二較佳實施例的內(nèi)部示意圖；
【具體實施方式】
[0026]以下通過特定的具體實例并結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其它優(yōu)點與功效。本實用新型亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應用，在不背離本實用新型的精神下進行各種修飾與變更。
[0027]在說明本實用新型之前，先簡單說明下觸摸屏的工作原理。圖1為常見的觸摸屏系統(tǒng)的結(jié)構示意圖。觸摸屏系統(tǒng)包括觸摸屏、觸摸屏控制器及主機。觸摸屏包括有多條X軸方向?qū)щ姉l和多條Y軸方向?qū)щ姉l，一般情況X軸跟Y軸是垂直的。X軸的導電條跟Y軸導電條相交的地方形成互電容(mutual capacitor)陣列。當?shù)刃Ы拥氐膶щ娢?，比如人類手指，接近或觸碰觸摸屏時，就會改變導電物附近的互電容的電容值，透過檢測這些互電容陳列每一個互電容的電容值變化，就可以通過算法計算出等效接地的導電物在觸摸屏上的位置。
[0028]本實用新型同時適用于互電容式和自電容式觸摸屏，以互電容式觸摸屏為例，互電容式觸摸屏控制器會發(fā)出觸摸屏驅(qū)動信號會逐一驅(qū)動驅(qū)動電極，驅(qū)動電極可以是X軸或Y軸導電條，觸摸屏驅(qū)動信號可以是一組脈沖(pulse train)或一組正弦波或一組三角波形，等等(圖1中只顯示一組脈沖波形)，一組脈沖包含多個脈沖。沒有被驅(qū)動的另一個軸的導電條都是檢測電極。當一條驅(qū)動電極被觸摸屏控制器驅(qū)動時，驅(qū)動信號會透過驅(qū)動電極跟檢測電極之間的互電容耦合到檢測電極。如果有導電物接觸或靠近驅(qū)動電極和檢測電極的話，就會改變驅(qū)動電極和檢測電極之間的互電容的電容值。觸摸屏控制器透過檢測互電容陳列的每一個互電容的電容值再跟沒有導電物接觸或靠近時的電容值比較，就能得出電容值變化影像。電容值變化影像可以傳給主機用算法計算出導電物的位置。
[0029]圖2為本實用新型所應用之主動式電容筆的總體結(jié)構圖，如圖2所示，本實用新型所應用之主動式電容筆包括筆尖、筆頭及筆身。圖3為本實用新型一種主動式電容筆之第一較佳實施例的結(jié)構示意圖，圖4為本實用新型第一較佳實施例中信號處理模塊的基本架構圖。如圖3及圖4所示，本實用新型一種主動式電容筆，除電源(本實用新型較佳實施例中為電池)外，至少還包括:導電筆尖10、筆身、埋藏在筆身內(nèi)的信號處理模塊30以及一電容C。
[0030]其中，導電筆尖10與筆身采用機械式接觸性連接，其作用一是作為點擊觸摸屏目的區(qū)域的工具，二是作為耦合裝置檢測觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號和發(fā)送信號處理模塊30輸出的反饋驅(qū)動信號，即，導電筆尖既作為檢測電極又作為驅(qū)動電極；信號處理模塊30用于處理導電筆尖10接收的觸摸屏驅(qū)動信號并生成同步的反饋驅(qū)動信號，于檢測階段接收觸摸屏的觸摸屏驅(qū)動信號，并于驅(qū)動階段發(fā)送經(jīng)過處理的反饋驅(qū)動信號；電容C設置于導電筆尖10與信號處理模塊30之間，于檢測時，電容C用于耦合導電筆尖10獲取的觸摸屏驅(qū)動信號到信號處理模塊30的輸入端，在反饋驅(qū)動觸摸屏時，電容C用來隔離反饋驅(qū)動信號。
[0031]信號處理模塊30包含檢測電路301、控制電路302及反饋驅(qū)動電路303。檢測電路301用于檢測觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿；控制電路302，當檢測電路301檢測到觸摸屏驅(qū)動信號上升沿或下降沿時，控制電路302控制信號處理模塊由檢測狀態(tài)進入反饋驅(qū)動狀態(tài)，根據(jù)設定調(diào)整反饋驅(qū)動信號的開始和結(jié)束時間或反饋驅(qū)動信號上升沿與下降沿的延遲或反饋驅(qū)動信號的電壓，使反饋驅(qū)動信號在下一個觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿到來之前結(jié)束，令信號處理模塊30由驅(qū)動狀態(tài)再次進入檢測狀態(tài)；反饋驅(qū)動電路303采用三態(tài)輸出，在檢測時，其輸出為高抗阻使導電筆尖10處于懸空狀態(tài)，在驅(qū)動時，在控制電路302控制下將反饋驅(qū)動信號傳送至導電筆尖10實現(xiàn)對觸摸屏的反饋驅(qū)動。
[0032]工作時，觸摸屏控制器會逐行掃描觸摸屏的驅(qū)動電極，每掃描一行觸摸屏的驅(qū)動電極，控制器會向觸摸屏的驅(qū)動電極發(fā)出一組脈沖。主動式電容筆之導電筆尖10會與觸摸屏上的每條檢測電極之間形成耦合電容。觸摸屏的驅(qū)動電極距離導電筆尖越近，導電筆尖和觸摸屏的檢測極之間的耦合電容值就越大。當觸摸屏控制器掃描距離導電筆尖10比較近的驅(qū)動電極時，導電筆尖10就能耦合到足夠強度的觸摸屏驅(qū)動信號，該信號會經(jīng)過電容C耦合到主動式電容筆信號處理模塊30的輸入端，信號處理模塊30就會根據(jù)設定調(diào)整反饋驅(qū)動信號的強度。主動式電容筆的反饋驅(qū)動信號透過導電筆尖10跟觸摸屏上的檢測電極之間的耦合電容把反饋驅(qū)動信號耦合到觸摸屏的檢測電極。為了耦合足夠強度的信號到觸摸屏的檢測電極，反饋驅(qū)動信號有時需要高壓，比如15v，相應地電容C也需要耐壓達到15v。圖3中的電容C可以是內(nèi)置芯片里面或者外置在芯片外面。由于電容不會隔離交流信號，當導電筆尖的電壓向上升的時候，電容的另一端，即信號處理模塊30的輸入端的電壓也會跟隨上升，為了防止高壓把信號處理模塊的輸入端的電路燒毀，在本實用新型之較佳實施例中，在信號處理模塊30的輸入端增加保護電路305，該保護電路305可以由兩個或多個反相并聯(lián)的二極管組成，其一端接固定偏壓Vref，Vref 一般設置為模擬電路電源電壓的一半左右(如電源電壓為5V，則Vref大約2.5v± 1.5v)，另一端接該檢測電路301的輸入端，以使在高壓反饋驅(qū)動信號到來時，在該檢測電路301的輸入端電壓就會被限制在Vref 土Vd，Vd為二極管閥值。另外，為了加強主動式電容筆檢測觸摸屏驅(qū)動信號，可以在信號處理模塊的輸入端選擇性添加輔助檢測電極50。輔助檢測電極50可以是導電筆頭，或者是導電筆身，或者是線路板印刷線，或者是導電金屬線。
[0033]以下具體說明信號處理模塊的工作原理:當信號處理模塊30處于檢測狀態(tài)時，檢測電路301會檢測信號處理模塊30的輸入端的電壓，當檢測電路301檢測到觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿時輸出信號給控制電路302，當信號處理模塊30處于檢測狀態(tài)時，反饋驅(qū)動電路303的輸出是高抗阻，導電筆尖10處于懸空狀態(tài)，以便導電筆尖10耦合來自觸摸屏的驅(qū)動信號，主動式電容筆的控制電路302收到檢測電路301的輸出，控制電路302會控制信號處理模塊30進入反饋驅(qū)動狀態(tài)；在反饋驅(qū)動狀態(tài)時，檢測電路301的輸出會被控制電路302忽略，反饋驅(qū)動電路303會結(jié)束高抗阻輸出，控制電路302會根據(jù)設定輸出調(diào)整反饋驅(qū)動信號的強度，在本實用新型較佳實施例中，控制電路302采用以下方法調(diào)整反饋驅(qū)動信號的強度:改變驅(qū)動信號開始和結(jié)束的時間，改變反饋驅(qū)動信號的上升沿或下降沿的延遲，改變反饋驅(qū)動信號的電壓，改變上升沿和下降沿之間的延遲，或下降沿和上升沿之間的延遲，主動式電容筆反饋驅(qū)動會在下一個觸摸屏驅(qū)動信號到來之前結(jié)束，信號處理模塊30會回到開始的檢測狀態(tài)。
[0034]一個完整的主動式電容筆應該可以讓觸摸屏準確定位導電筆尖的在觸摸屏上的位置，分辨導電物是電容筆或手指。
[0035]圖5a至圖5c為本實用新型較佳實施例中觸摸屏驅(qū)動信號與主動式電容筆反饋驅(qū)動信號的時序圖。以下將配合圖5a至圖5c對主動式電容筆信號處理模塊的檢測及反饋驅(qū)動過程作一詳細說明。
[0036]如圖5a，主動式電容筆在使用時靠近或觸碰觸摸屏，觸摸屏控制器逐條掃描觸摸屏驅(qū)動電極，每驅(qū)動一條觸摸屏驅(qū)動電極，觸摸屏控制器會發(fā)出一組觸摸屏驅(qū)動信號(如圖5a，第一波形)，在本實施例中驅(qū)動信號是一組脈沖，不過，驅(qū)動信號也可以是一組三角波或一組正弦波。當觸摸屏被驅(qū)動電極距離主動式電容筆導電筆尖比較遠，導電筆尖耦合到的觸摸屏驅(qū)動信號強度比較弱，主動式電容筆檢測不到觸摸屏驅(qū)動信號。當觸摸屏控制器驅(qū)動導電筆尖附近的觸摸屏驅(qū)動電極時，導電筆尖就能耦合到相對比較強的觸摸屏驅(qū)動信號，再經(jīng)過電容C (圖3)把信號耦合到主動式電容筆信號處理模塊30的輸入端，也就是檢測電路301的輸入端，當檢測電路301檢測到觸摸屏驅(qū)動信號就會把檢測結(jié)果輸出到主動式電容筆信號處理模塊的控制電路302，控制電路302就會控制反饋驅(qū)動電路303向觸摸屏發(fā)出反饋驅(qū)動信號(如圖5a，第三、四波形)。
[0037]圖5a中的第二波形是觸摸屏一組驅(qū)動信號其中的一個觸摸屏驅(qū)動信號。這一個觸摸屏驅(qū)動信號包括一個高電平和一個低電平。當觸摸屏驅(qū)動信號在h由低電平上升到高電平時，觸摸屏驅(qū)動電極通過觸摸屏驅(qū)動電極和觸摸屏檢測電極之間的耦合電容對所有觸摸屏檢測電極做了一次正向充電，也就是觸摸屏檢測電極的電壓被拉高。當驅(qū)動信號在t3由高電平下降到低電平時，觸摸屏驅(qū)動電極對所有觸摸屏檢測電極做了一次反向充電，也就是觸摸屏檢測電極的電壓被拉低。觸摸屏檢測電極在每次正向或反向沖電之后就會開始放電。觸摸屏控制器就會檢測檢測電極的放電情況判斷驅(qū)動電極與檢測電極之間的耦合電容有沒有變化，以進一步判斷附近有沒有導電物。
[0038]圖5a的第三、四波形為第二波形的觸摸屏驅(qū)動信號對應的主動電容筆的反饋驅(qū)動信號。如第三、四波形顯示，主動式電容筆的信號處理模塊開始時是處于檢測狀態(tài)，此時，反饋驅(qū)動電路303的輸出是高抗阻，導電筆尖處于懸空狀態(tài)，方便導電筆尖感應觸摸屏控制器對觸摸屏驅(qū)動電極發(fā)出的驅(qū)動信號。當主動式電容筆的檢測電路301檢測到觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿之后Utl),檢測電路301輸出信號通知控制電路302檢測到觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿?？刂齐娐?02隨之控制主動式電容筆進入反饋驅(qū)動狀態(tài)?？刂齐娐?02根據(jù)設定，在一定延遲U1)之后結(jié)束反饋驅(qū)動電路303的高抗阻輸出，以一定的下降延遲U1到七2)向觸摸屏發(fā)出正相(如圖5a，第三波形)或反相(如圖5a，第四波形)的反饋驅(qū)動信號。反饋驅(qū)動的開始時間(圖5a，A)，結(jié)束時間(圖5a，t2)，上升沿或下降沿的延遲(圖5a，I1到t2)，和反饋驅(qū)動信號的電壓也可以根據(jù)設定調(diào)整。整個主動式電容筆對觸摸屏的反饋驅(qū)動過程會在觸摸屏驅(qū)動信號的下一個下降沿(圖5a，t3)之前結(jié)束。主動式電容筆會再次進入檢測狀態(tài)。從h到t3，主動式電容筆的信號處理模塊30完成一個檢測與反饋驅(qū)動周期。
[0039]主動式電容筆的反饋驅(qū)動信號的強弱可以通過調(diào)整反饋驅(qū)動開始和結(jié)束的時間，反饋驅(qū)動信號上升沿和下降沿的延遲，反饋驅(qū)動信號的電壓來實現(xiàn)，或同一個檢測與反饋驅(qū)動周期里面上升沿和下降沿之間的延遲，或同一個檢測與反饋驅(qū)動周期里面下降沿和上升沿之間的延遲。
[0040]在圖5b中，如圖5b的第三，四波形顯示，主動式電容筆的信號處理模塊開始時是處于檢測狀態(tài)，此時，反饋驅(qū)動電路303的輸出是高抗阻，導電筆尖處于懸空狀態(tài)，方便導電筆尖感應觸摸屏控制器對觸摸屏驅(qū)動電極發(fā)出的驅(qū)動信號。當主動式電容筆的檢測電路301檢測到觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿之后(tj，檢測電路301輸出信號通知控制電路302檢測到觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿。控制電路302隨之控制主動式電容筆進入反饋驅(qū)動狀態(tài)?？刂齐娐?02根據(jù)設定，在一定延遲(D之后結(jié)束反饋驅(qū)動電路303的高抗阻輸出，以一定的上升或下降延遲向觸摸屏發(fā)出N個與檢測到的上升沿或下降沿同相的上升沿或下降沿，和N+1個與檢測到的上升沿或下降沿反相的上升沿或下降沿(如圖5b，第四波形)。反饋驅(qū)動信號的強度可以透過設定調(diào)整t2，t3和t4。整個反饋驅(qū)動的過程會在觸摸屏驅(qū)動信號的下一個下降沿(圖5b，t5)之前結(jié)束。主動式電容筆會再次進入檢測狀態(tài)。從，主動式電容筆的信號處理模塊303完成一個檢測與反饋驅(qū)動周期。
[0041]圖5c顯示另外一種觸摸屏驅(qū)動信號。圖5c第一波形顯示一組觸摸屏驅(qū)動波形，第二波形顯示的是一個觸摸屏驅(qū)動信號的波形。這一個觸摸屏驅(qū)動信號的波形也有高電平和低電平，不過觸摸屏控制器不像圖5a和圖5b那樣在一個觸摸屏驅(qū)動波形期間，高電平和低電平時，各通過耦合電容對檢測電極做一次充電，而是在一個驅(qū)動波形期間通過開關只對檢測電極做一次正向或反向充電。在使用主動式電容筆時，主動式電容筆靠近或觸碰觸摸屏，當觸摸屏控制器驅(qū)動導電筆尖附近的驅(qū)動電極時，導電筆尖就能耦合到觸摸屏驅(qū)動信號。主動式電容筆的控制電路302根據(jù)設定，在一定延遲(圖5c，之后結(jié)束反饋驅(qū)動電路303的高抗阻輸出，以一定的下降延遲(圖5c，tl到t2)向觸摸屏發(fā)出反相(如圖5c，第三波形)或以一定的上升延遲(圖5c，tl到t2)向觸摸屏發(fā)出正相(如圖5c，第四波形)的反饋驅(qū)動信號。反饋驅(qū)動的開始時間(圖5c，tl)，結(jié)束時間(圖5c，t4)，和反饋驅(qū)動信號的電壓可以根據(jù)設定調(diào)整。整個反饋驅(qū)動的過程會在觸摸屏下一個驅(qū)動信號的上升沿(圖5c，t5)到來之前結(jié)束。主動式電容筆會再次進入檢測狀態(tài)。從&到15，主動式電容筆的信號處理模塊完成一個檢測與反饋驅(qū)動周期。
[0042]圖6為本實用新型一種主動式電容筆之第二較佳實施例的內(nèi)部示意圖。如圖6所示，在本實用新型之第二較佳實施例中，本實用新型之主動式電容筆包括:檢測電極601、驅(qū)動電極602及信號處理模塊603 ;檢測電極601用于感應觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號并傳送至信號處理模塊603 ;信號處理模塊603用于處理檢測電極601接收的觸摸屏驅(qū)動信號并產(chǎn)生同步的反饋驅(qū)動信號；反饋驅(qū)動信號由驅(qū)動電極602向觸摸屏發(fā)射，在觸摸屏定位算法配合下實現(xiàn)精確定位，在本實施例中，驅(qū)動電極為導電筆尖，檢測電極601可以是導電筆頭，或?qū)щ姽P身，或電線，或線路板印刷線，由于信號處理模塊603與第一較佳實施例中的信號處理模塊結(jié)構功能相同，在此不予贅述。
[0043]綜上所述，本實用新型一種主動式電容筆通過將檢測電路及反饋驅(qū)動電路于時序上分開，有效避免信號處理模塊形成閉環(huán)回路而產(chǎn)生自激振蕩，其不僅可以精確定位主動式電容筆導電筆尖的位置，而且更容易分辨導電物是手指或主動式電容筆，同時，本實用新型之主動式電容筆還可以根據(jù)設定傳遞不同強度的反饋驅(qū)動信號。
[0044]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何本領域技術人員均可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本實用新型的權利保護范圍，應如權利要求書所列。
【權利要求】
1.一種主動式電容筆，其特征在于:所述主動式電容筆包括導電筆尖、信號處理模塊及一電容，所述導電筆尖于使用時接觸觸摸屏以檢測觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號并發(fā)射所述信號處理模塊輸出的反饋驅(qū)動信號；所述信號處理模塊獲取并處理所述導電筆尖接收到的所述觸摸屏驅(qū)動信號并產(chǎn)生同步的反饋驅(qū)動信號至所述導電筆尖；所述電容設置于所述導電筆尖與所述信號處理模塊之間。
2.如權利要求1所述的一種主動式電容筆，其特征在于，該信號處理模塊包括: 檢測電路，通過所述電容連接所述導電筆尖，以檢測所述觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿； 控制電路，接于該檢測電路的輸出端，以于所述檢測電路檢測到所述觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿時，控制所述信號處理模塊由檢測狀態(tài)進入反饋驅(qū)動狀態(tài)，并根據(jù)設定調(diào)整所述反饋驅(qū)動信號的開始和結(jié)束時間或反饋驅(qū)動信號上升沿與下降沿的延遲或反饋驅(qū)動信號的電壓， 反饋驅(qū)動電路，連接所述控制電路與所述導電筆尖，所述反饋驅(qū)動電路采用三態(tài)輸出，在檢測時，其輸出為高抗阻使所述導電筆尖處于懸空狀態(tài)，在反饋驅(qū)動時，在所述控制電路控制下將所述反饋驅(qū)動信號傳送至所述導電筆尖。
3.如權利要求2所述的一種主動式電容筆，其特征在于:所述反饋驅(qū)動信號在下一個觸摸屏驅(qū)動信號的上升沿或下降沿到來之前結(jié)束，所述控制電路控制所述信號處理模塊由驅(qū)動狀態(tài)再次進入檢測狀態(tài)。
4.如權利要求3所述的一種主動式電容筆,其特征在于:所述信號處理模塊還包括一保護電路，所述保護電路由兩個或多個反相并聯(lián)的二極管組成，其一端接固定偏壓，另一端接所述檢測電路的輸入端。
5.如權利要求3所述的一種主動式電容筆，其特征在于:所述主動式電容筆還包括一輔助檢測電極，所述輔助檢測電極設置于所述信號處理模塊的輸入端。
6.一種主動式電容筆，其特征在于:所述主動式電容筆包括檢測電極、驅(qū)動電極及信號處理模塊；所述檢測電極于使用時接觸觸摸屏以感應觸摸屏發(fā)射的觸摸屏驅(qū)動信號并傳送至所述信號處理模塊；所述信號處理模塊獲取并處理該檢測電極接收的觸摸屏驅(qū)動信號并產(chǎn)生同步的反饋驅(qū)動信號至所述驅(qū)動電極；所述反饋驅(qū)動信號由所述驅(qū)動電極向所述觸摸屏發(fā)射，所述驅(qū)動電極為導電筆尖，所述檢測電極利用導電筆頭或?qū)щ姽P身或金屬線或線路板印刷線制成。
【文檔編號】G06F3/044GK203673444SQ201320850816
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權日:2013年12月20日
【發(fā)明者】張劍峰, 周錫田 申請人:艾攀科技有限公司, 上海義上信息科技有限公司
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