原始數(shù)據(jù)跟蹤板設(shè)備和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】描述了一種輸入設(shè)備和系統(tǒng)，其采集(測量)原始跟蹤板傳感器數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，在主機中由在一個或多個主機中央處理單元上執(zhí)行的應(yīng)用來分析該數(shù)據(jù)。得到的輸入處理體系結(jié)構(gòu)提供了與現(xiàn)有技術(shù)的跟蹤板輸入設(shè)備相比制造成本更低并且更加靈活的跟蹤板輸入設(shè)備。更低的成本是通過消除現(xiàn)有技術(shù)中用于處理傳感器數(shù)據(jù)的專用跟蹤板硬件(即，處理器和相關(guān)的固件存儲器)來實現(xiàn)的。更高的靈活性可以通過利用在主機上執(zhí)行的軟件提供特征集功能來實現(xiàn)。在該體系結(jié)構(gòu)中，可以通過軟件升級過程來修改、升級和增強跟蹤板功能。
【專利說明】原始數(shù)據(jù)跟蹤板設(shè)備和系統(tǒng)
[0001] 本申請是申請?zhí)枮?00580032179. 8、申請日為2005年9月15日、發(fā)明名稱為"原 始數(shù)據(jù)跟蹤板設(shè)備和系統(tǒng)"的申請的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明總地涉及計算機輸入設(shè)備，更具體地說，涉及生成測得的（原始的）傳感器 數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送到主機系統(tǒng)的跟蹤板輸入設(shè)備。在主機系統(tǒng)上執(zhí)行的軟件分析原始傳 感器數(shù)據(jù)以確定用戶的動作。

【背景技術(shù)】
[0003] 跟蹤板是替代鼠標或跟蹤球、或者與它們一起使用的觸控式平面數(shù)字化器輸入設(shè) 備。在使用中，操作者將手指放在跟蹤板上并沿著觸控式平面移動手指。跟蹤板檢測手指 的移動，并作為響應(yīng)向計算機提供位置和/或運動信號。有兩種常見類型的跟蹤板傳感器 設(shè)備：電阻性設(shè)備和電容性設(shè)備。電阻性跟蹤板傳感器是一種機械傳感器，它使用兩層一般 用空氣隔離的材料。手指施加的壓力壓動頂層（通常是薄的透明聚酯膜），使得它接觸底層 (通常是玻璃）。測量觸點上的電壓，計算手指的位置和/或運動并發(fā)送到主機系統(tǒng)。在手 指拿開后，頂層"彈回"到它的初始形態(tài)。相反，電容性跟蹤板或接觸板傳感器是使用印刷 電路板（"PCB"）或柔性電路技術(shù)制造的固態(tài)傳感器。在頂層的導(dǎo)線柵格上或者非?？拷?該導(dǎo)線柵格的手指改變相鄰跡線之間的電容耦合度或者每根跡線的自電容。測量這種電容 改變，計算手指的位置和/或運動并將其發(fā)送到主機系統(tǒng)。
[0004] 參考圖1，現(xiàn)有技術(shù)的計算機系統(tǒng)100包括經(jīng)由通信路徑115耦合到主機模塊110 的跟蹤板設(shè)備105。跟蹤板設(shè)備105包括傳感器120、數(shù)據(jù)采集電路125、處理器130、存儲 器135和發(fā)送電路140。在電容性跟蹤板設(shè)備的情況下，當(dāng)用戶的手指在傳感器120的表面 上移動時，數(shù)據(jù)采集電路125測量相鄰傳感器元件之間的電容耦合度（或者給定的傳感器 元件的自電容）的變化。處理器130在存儲器135的協(xié)助下處理采集到的電容信號，以計 算指示用戶手指在傳感器120上的位置的信號（例如A X和A y信號）。在一些現(xiàn)有技術(shù) 的跟蹤板設(shè)備中，處理器130也可以判斷是否有多個手指在觸動傳感器120以及是否正在 進行某些預(yù)定的手指運動（通常稱為"姿勢"），例如"選擇"、"拖拉"、"文件打開"和"文件 關(guān)閉"操作。處理器130所確定的用戶手指的位置和/或運動以指定的時間間隔（例如每 秒50次）經(jīng)由通信路徑115被發(fā)送到主機模塊110。在主機模塊110處，接收電路145接 收發(fā)送而來的跟蹤板信號并將它的信息傳遞到驅(qū)動器應(yīng)用150。驅(qū)動器應(yīng)用150接著又使 計算出的傳感器信息可供其他應(yīng)用使用，例如窗口顯示子系統(tǒng)應(yīng)用155?？梢?，現(xiàn)有技術(shù)的 系統(tǒng)100利用用于測量和分析原始跟蹤板傳感器數(shù)據(jù)的專用處理器生成指示用戶動作的 信號。
[0005] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認識到處理器130可以被具體實現(xiàn)為通用處理器（例 如微處理器）、微控制器或者特殊用途或定制的處理器或狀態(tài)機（例如專用集成電路或定 制的門陣列器件）。此外，存儲器135 -般用于為驅(qū)動處理器130的指令（即，固件）提供 永久存儲，并且任選地可以包括隨機訪問存儲器和/或寄存式存儲器件。圖1的體系結(jié)構(gòu) 的優(yōu)點在于主機模塊110不必知道或理解傳感器120所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的類型。該特征的一個 必然推論就是主機模塊110不處理跟蹤板傳感器數(shù)據(jù)。
[0006] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也會認識到圖1的體系結(jié)構(gòu)的一個缺點是跟蹤板設(shè)備105 所提供的特征集（即，可檢測什么運動）基本上被它的專用硬件--處理器130和相關(guān)固 件（存儲器135)固定了。圖1的體系結(jié)構(gòu)的另一個缺點是每個制造出的設(shè)備105包括處 理器130和相關(guān)的固件存儲器135的成本?？梢?，提供一種克服這些固有缺點的跟蹤板設(shè) 備將是有益的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在一種實施方式中，本發(fā)明提供一種跟蹤板輸入設(shè)備，它包括：跟蹤板傳感器元 件，它生成代表跟蹤板傳感器特性（即，電容或電阻）的輸出信號；數(shù)據(jù)采集電路，它測量編 碼跟蹤板傳感器的特性的（數(shù)字）值；和通信電路，它發(fā)送測得的跟蹤板傳感器值到通用處 理器進行分析，所述通用處理器還負責(zé)執(zhí)行用戶和其他系統(tǒng)級任務(wù)或應(yīng)用。在一個具體實 施方式中，跟蹤板傳感器是電容性跟蹤板傳感器，以使測得值包括原始跟蹤板傳感器值，并 且通用處理器對應(yīng)于主機系統(tǒng)的中央處理單元。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1以框圖的形式示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的跟蹤板-計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。
[0009] 圖2以框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的跟蹤板-計算機系統(tǒng)體系結(jié) 構(gòu)。
[0010] 圖3以框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的跟蹤板設(shè)備和主機系統(tǒng)。
[0011] 圖4以框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的跟蹤板傳感器數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)。
[0012] 圖5以流程圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的數(shù)據(jù)采集方法。

【具體實施方式】
[0013] 首先參考圖2,圖示了根據(jù)本發(fā)明的包含跟蹤板設(shè)備的系統(tǒng)的一般體系結(jié)構(gòu)。如圖 所示，系統(tǒng)200包括通過通信路徑215耦合到主機模塊210的跟蹤板設(shè)備205。跟蹤板設(shè)備 205包括：基于用戶操作生成信號的跟蹤板傳感器220、用于捕獲或測量傳感器的數(shù)據(jù)值的 數(shù)據(jù)采集電路225以及用于收集測得的傳感器數(shù)據(jù)值并將這些數(shù)據(jù)值經(jīng)由通信路徑215周 期性地發(fā)送到主機模塊210的發(fā)送電路230。在主機模塊210,接收電路235接收測得的傳 感器數(shù)據(jù)并將它們傳給驅(qū)動器應(yīng)用240。驅(qū)動器應(yīng)用240接著處理或分析測得的數(shù)據(jù)，以確 定用戶的行為（例如"單擊"、"雙擊"、"滾屏"或"拖拉"操作），將計算出的位置和/或移動 信息傳給其他應(yīng)用，例如窗口顯示子系統(tǒng)應(yīng)用245。根據(jù)本發(fā)明，驅(qū)動器應(yīng)用240由主機處 理器250執(zhí)行，該主機處理器250如圖所示還負責(zé)（至少部分）執(zhí)行一個或多個用戶應(yīng)用或 進程255。應(yīng)當(dāng)注意，跟蹤板設(shè)備205沒有處理或分析從傳感器220采集的數(shù)據(jù)信號（值） 的能力。根據(jù)本發(fā)明，傳感器數(shù)據(jù)是由主機系統(tǒng)的通用處理器或中央處理單元（"CPU"）分 析的。
[0014] 圖2的體系結(jié)構(gòu)認識到并且采用包含在主機系統(tǒng)（例如筆記本計算機或其他個人 計算機、工作站和服務(wù)器）中的現(xiàn)代CPU的處理能力上的獨特優(yōu)點。這種認識以及圖2的 體系結(jié)構(gòu)使得計算機系統(tǒng)200與現(xiàn)有技術(shù)所提供的系統(tǒng)相比制造成本更低并且更加靈活。 較低的成本是通過消除現(xiàn)有技術(shù)中用于處理跟蹤板傳感器數(shù)據(jù)的專用硬件（即，處理器和 相關(guān)的固件存儲器--參見圖1的組件130和135)來實現(xiàn)的。更高的靈活性可以通過利 用在主機的CPU上執(zhí)行--即在主機的一個或多個CPU上處理/分析測得的跟蹤板傳感器 數(shù)據(jù)的軟件提供特征集功能來實現(xiàn)。在該體系結(jié)構(gòu)中，可以通過常見的軟件升級過程來修 改、升級和增強跟蹤板功能。
[0015] 以下描述是為了使本發(fā)明的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和使用所要求保護的發(fā)明，并且被 提供在以下討論的具體例子的上下文中，這些例子的變體對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是容易預(yù) 見的。因此，這里所附的權(quán)利要求不想被公開的實施方式限制，而是希望使它們的最寬范圍 與這里公開的原理和特征一致。
[0016] 參考圖3,根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的跟蹤板設(shè)備300包括m行n列的容性傳感器 陣列305、數(shù)據(jù)采集電路310 (本身包括多路復(fù)用器（"MUX"）電路315、存儲電容器320和 掃描電路325)和通用串行總線（"USB"）發(fā)送電路330。在操作期間，MUX電路315負責(zé)以 可控/順序的方式耦合并激勵連續(xù)的傳感器陣列元件（例如，行、列、或者個體像素--即， 位于行列交叉點上的元件）到存儲電容器320,并向掃描電路325指示測量周期已開始。當(dāng) 存儲電容器320上的電荷達到指定的值或閾值時，掃描電路325記錄將存儲電容器320充 電到指定閾值所需的時間。由此，掃描電路325提供一個數(shù)字值，該數(shù)字值直接指示了所選 擇的傳感器陣列元件的電容。USB發(fā)送電路330負責(zé)將測得的電容值聚集成包，并根據(jù)USB 協(xié)議將這些包經(jīng)由USB總線340發(fā)送到主機模塊335。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會理解，根 據(jù)所使用的USB的版本以及總線340的帶寬不同，USB發(fā)送電路330可以以一包或多于一 包將每幀數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C模塊335。當(dāng)主機模塊的USB接收電路345經(jīng)由USB總線340從 跟蹤板設(shè)備300接收到測得的傳感器數(shù)據(jù)時，它拆包測得的電容數(shù)據(jù)并將它們傳給驅(qū)動器 應(yīng)用350。驅(qū)動器應(yīng)用350接著接受并處理原始（測得的）電容數(shù)據(jù)，為操作系統(tǒng)應(yīng)用355 提供有意義的光標移動輸入。（本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認識到：掃描電路325以預(yù)定的 順序或次序測量傳感器陣列305的電容值，該次序必須是驅(qū)動器應(yīng)用350預(yù)先知道的或者 與測得的傳感器數(shù)據(jù)一同傳給驅(qū)動器應(yīng)用350的。）在一種實施方式中，驅(qū)動器應(yīng)用350實 施傳統(tǒng)上由專用跟蹤板處理器，例如圖1的處理器130和固件存儲器135提供的跟蹤板算 法。
[0017] 參考圖4,圖示了可以為可行列尋址的容性傳感器陣列實施的MUX電路315的更詳 細圖。如圖所示，傳感器陣列400中的每一行通過MUX-1410被電耦合到電壓源Vcc 405,并 通過MUX-2420被電耦合到存儲電容器415。（雖然沒有詳細示出，但是傳感器陣列400的 每一列通過其他MUX電路--模塊425被類似地耦合到Vcc 405和存儲電容器415。）
[0018] 現(xiàn)在參考圖5,在操作中，MUX-1410在指定的時間段內(nèi)將第一傳感器陣列行耦合 到Vcc 405 (方框500)，然后將該行從Vcc 405隔離或斷開（方框505)。接著，MUX-2420將 同一行耦合到存儲電容器415持續(xù)指定的時間段或者直到存儲電容器415上的電壓達到指 定的閾值（方框510)。如果在MUX-2420將選定的傳感器行耦合到存儲電容器415的時間 內(nèi)，存儲電容器的電壓達到指定的閾值（方框515的"是"分支），則掃描電路325記錄與將 存儲電容器415充電到該閾值所花費的時間相對應(yīng)的數(shù)字值（方框520)。如果在MUX-2420 將選定的傳感器行耦合到存儲電容器415的時間內(nèi)，存儲電容器的電壓沒有達到指定的閾 值（方框515的"否"分支），則重復(fù)方框500-510的動作。一旦獲得了與選定行的電容相 對應(yīng)的數(shù)字值，則檢查在傳感器陣列400中是否還有其他行需要采樣。如果傳感器陣列400 中的所有行都已根據(jù)方框500-520被采樣（方框525的"是"分支），同一過程被用于采集 傳感器陣列400中的每一列傳感器兀件的電容值（方框535)。一旦根據(jù)方框500-535所 有行和所有列都已被處理，則重復(fù)整個過程（方框540)。另一方面，如果在傳感器陣列400 中還有行未根據(jù)方框500-520來米樣（方框525的"否"分支），則選擇下一行（方框530) 并執(zhí)行方框500-525的動作。
[0019] 在一種圖示的實施方式中，傳感器陣列400包括16X32的電容性網(wǎng)格，提供48個 輸出通道；Vcc為3. 3伏特；存儲電容器415大約為10, 000皮法，平均行電容值大約是12 皮法；平均列電容值大約是9皮法；行或列電極的電容因用戶的手指接觸傳感器陣列400 造成的平均變化大約為〇. 2皮法；以之獲得數(shù)字電容值的閾值是1. 6伏特；并且MUX電路 410、420和425的切換速率是6兆赫茲。對于這些值，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將存儲電容器415充電到閾 值電壓大約要花費580-600個采樣周期。在一種實施方式中，數(shù)字電容值實際上是將存儲 電容器415充電到閾值所需的采樣周期的數(shù)量計數(shù)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認識到該 值與傳感器兀件的（例如行或列）電容值直接相關(guān)。在該實施方式中，掃描電路325 (連同 MUX電路410、420和425和存儲電容器415)每秒125次測量48個傳感器陣列輸出的每一 個，每個測量結(jié)果包括10比特值（無符號整數(shù)）。參考在125個作為幀的時期的每一個中 由掃描電路325從傳感器陣列400采集的48個測量結(jié)果，圖示的跟蹤板傳感器設(shè)備產(chǎn)生：
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種跟蹤板輸入設(shè)備，包括： 具有多個傳感元件的容性跟蹤板傳感器，每個傳感元件都與所述容性跟蹤板傳感器的 一個區(qū)域相關(guān)； 電耦合到所述容性跟蹤板傳感器的數(shù)據(jù)采集電路，該電路對于所述多個傳感元件中的 每一個選擇性地編碼數(shù)字電容值；和 通信電路，用于將所述數(shù)字電容值發(fā)送到主機處理器進行處理，其中所述主機處理器 還至少部分負責(zé)執(zhí)行用戶級任務(wù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的跟蹤板輸入設(shè)備，其中，所述通信電路包括用于根據(jù)通用串行 總線協(xié)議發(fā)送數(shù)字電容值的電路。
3. 如權(quán)利要求1所述的跟蹤板輸入設(shè)備，其中，所述數(shù)據(jù)采集電路被調(diào)配為：對于所述 多個傳感元件中的每一個重復(fù)地編碼數(shù)字電容值。
4. 如權(quán)利要求1所述的跟蹤板輸入設(shè)備，其中，所述跟蹤板輸入設(shè)備不包括用于分析 編碼后的數(shù)字電容值的裝置。
5. -種跟蹤板輸入方法，包括： 使用單個手指激勵跟蹤板傳感器中的多個傳感器元件； 測量每個被激勵的傳感器元件的特性，用數(shù)字值來編碼每個測量結(jié)果； 發(fā)送測量的數(shù)字值到主機處理器，其中所述主機處理器至少部分負責(zé)執(zhí)行用戶級任 務(wù)； 利用所述主機處理器分析測量的數(shù)字值；以及 基于測量的數(shù)字值生成代表單個手指姿勢的信號。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述生成代表單個手指姿勢的信號的動作包括生 成代表單擊動作的信號。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述生成代表單個手指姿勢的信號的動作包括生 成代表拖拉操作的信號。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述生成代表單個手指姿勢的信號的動作包括生 成代表選擇操作的信號。
9. 一種跟蹤板輸入方法，包括： 同時使用多個手指激勵跟蹤板傳感器中的多個傳感器元件； 測量每個被激勵的傳感器元件的特性，用數(shù)字值來編碼每個測量結(jié)果； 發(fā)送測量的數(shù)字值到主機處理器，其中所述主機處理器至少部分負責(zé)執(zhí)行用戶級任 務(wù)； 利用所述主機處理器分析測量的數(shù)字值；以及 基于測量的數(shù)字值生成代表多個手指姿勢的信號。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述生成代表多個手指姿勢的信號的動作包括生 成代表雙擊操作的信號。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述生成代表多個手指姿勢的信號的動作包括生 成代表視覺縮放操作的信號。
【文檔編號】G06F3/0488GK104407796SQ201410535872
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2004年9月24日
【發(fā)明者】本杰明·萊昂, 斯蒂芬尼·辛爾斯基, 查德·布朗斯丁, 史蒂文·P·霍特林 申請人:蘋果公司