專利名稱：一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)位板無線指標(biāo)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種數(shù)位板指標(biāo)器，尤其有關(guān)于一種只需用單一顆低電壓的電池便可操作，電池的壽命長，而且工作頻率不會(huì)受到電池電壓變動(dòng)而影響的穩(wěn)定的數(shù)位板無線指標(biāo)器。
參考以往傳統(tǒng)的制作方式，如美國專利第5373118號(hào)、及第5218174號(hào)、通常都會(huì)在無線筆的前端上安置一個(gè)線圈，同時(shí)于筆內(nèi)有一調(diào)諧線路是被調(diào)諧在一個(gè)固定頻率或多種頻率的交流訊號(hào)，透過前述的線圈，可將前述的交流訊號(hào)發(fā)射出去。
以第5218174號(hào)專利為例，其安排了一個(gè)由二組平行導(dǎo)線所組成的感應(yīng)網(wǎng)格，若再配合一個(gè)掃描機(jī)制，依序去掃描那些導(dǎo)線，首先是X方向再來是Y方向，均從第一條導(dǎo)線開始，依序去將該導(dǎo)線及相鄰的另一條導(dǎo)線感應(yīng)到的訊號(hào)，輸入一個(gè)差動(dòng)放大線路。另外，再安排了四條導(dǎo)線形成同步脈沖接收導(dǎo)線組，來回穿插在前述的平行導(dǎo)線之間，也可以感應(yīng)到前述的交流訊號(hào)，此組訊號(hào)經(jīng)過一組鎖相回路之后，可以產(chǎn)生一個(gè)與指標(biāo)器所發(fā)射的交流訊號(hào)同步的同步脈沖訊號(hào)。
在前述差動(dòng)放大線路的輸出，接到一個(gè)同步相位偵測(cè)器的輸入，而同步相位訊號(hào)的來源即為前述的同步脈沖訊號(hào)。當(dāng)前述的掃描動(dòng)作依序?qū)?dǎo)線掃描至“從筆尖的一邊到筆尖的另外一邊時(shí)”則會(huì)輸出一極性及振幅均有變化的訊號(hào)輸出。將此訊號(hào)輸入“模擬/數(shù)字-轉(zhuǎn)換器”，所得到的相位及振幅的數(shù)字化的數(shù)值，再輸入一微處理單元作計(jì)算，即可得知該指標(biāo)器的位置。而其指標(biāo)器中又有一壓力感應(yīng)電阻，在筆尖上感應(yīng)使用者所施加的壓力，透過另一線路可將壓力轉(zhuǎn)換成一電壓，利用此電壓去控制一壓變電容，又此壓變電容是在前述調(diào)諧線路之中，故而改變了電容便會(huì)改變發(fā)射訊號(hào)的頻率。在掃描接收端再加上一頻率計(jì)數(shù)功能，便可得知使用者在筆尖上的施壓狀況。
在美國第5124509號(hào)專利中，則是提出另種實(shí)現(xiàn)使用無線筆的數(shù)位板的方式，其重點(diǎn)是在傳迅同步脈沖訊號(hào)的方式。在其指標(biāo)器中也是有一組由電池驅(qū)動(dòng)的線路，可以輸出一個(gè)固定頻率的交流訊號(hào)，并加諸于一線圈上而發(fā)射出去。在該指標(biāo)器中有另一數(shù)位線路將該頻率除以2，為第二頻率，且該頻率為一方波訊號(hào)。筆尖則是使用金屬材料，并連接到前述的第二頻率。在感應(yīng)網(wǎng)格上方，則安置一片導(dǎo)體平板，當(dāng)使用者將筆放置于感應(yīng)網(wǎng)格區(qū)域上時(shí)，前述導(dǎo)體平板便可接收到從筆尖上，透過電容性而耦合過來的第二頻率。該頻率訊號(hào)經(jīng)過放大，再經(jīng)過鎖相回路，可轉(zhuǎn)換成一同步相位訊號(hào)。另外在接收端的掃描網(wǎng)格，則利用傳統(tǒng)數(shù)位板掃描方式，依序去選取網(wǎng)格中的導(dǎo)線，去取得所感應(yīng)到的訊號(hào)的多個(gè)訊號(hào)振幅大小，并利用前述同步相位訊號(hào)去作相位比較偵測(cè)，以得知感應(yīng)訊號(hào)的相位有正負(fù)轉(zhuǎn)換的那一點(diǎn)，并輔以當(dāng)時(shí)的訊號(hào)振幅大小，便可得出該指標(biāo)器的位置。
綜觀以上多種方式，我們可以發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)問題點(diǎn)存在1、當(dāng)無線指標(biāo)器內(nèi)使用電池操作時(shí)，電池電壓必須足以驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的IC工作所須。但一般常見的IC均須在3V或3.3V以上才能動(dòng)作，因此在實(shí)現(xiàn)一產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，一般最常見的1.5V干電池便必須串聯(lián)二至三個(gè)來取得所須電壓。但是一支實(shí)用的無線筆，設(shè)計(jì)上通常無法預(yù)留很大空間，很難放置得下，除非是使用鈕扣型電池。但鈕扣電池的電容量很少，無線筆要從線圈發(fā)射訊號(hào)勢(shì)必會(huì)消耗較多電流。很快的，電池電壓便會(huì)降至不足以驅(qū)動(dòng)IC，因此并不實(shí)用。
2、在一無線筆內(nèi)，均會(huì)使用一振蕩線路以產(chǎn)生一固定頻率交流訊號(hào)，再透過驅(qū)動(dòng)線路去驅(qū)動(dòng)一組調(diào)諧線路。而該調(diào)諧線路中的電感線圈便可用以發(fā)射訊號(hào)出去。但是電池電壓在實(shí)用上是會(huì)隨著使用時(shí)間而持續(xù)下降，因此振蕩線路的工作便會(huì)越來越不穩(wěn)定，首先是頻率會(huì)隨著漂移而偏離被其驅(qū)動(dòng)的調(diào)諧線路的既定調(diào)諧頻率。當(dāng)調(diào)諧線路不在調(diào)諧頻率點(diǎn)工作時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生相位偏移，如上述的傳統(tǒng)掃描動(dòng)作原理，均必須取得發(fā)射交流訊號(hào)相位，才能完成指標(biāo)器的位置掃描動(dòng)作。因此，若調(diào)諧線路不在調(diào)諧頻率點(diǎn)工作，勢(shì)必會(huì)對(duì)指標(biāo)器的位置尋找有很大的影響。
3、又有些實(shí)作，如上述第5218174號(hào)專利，會(huì)利用發(fā)射訊號(hào)的頻率高低來傳遞某些訊息。若因電池電壓下降而導(dǎo)致的振蕩頻率偏移，如此一接收端便會(huì)無法再接收到預(yù)期的頻率而產(chǎn)生誤動(dòng)作。尤其當(dāng)IC是在低電壓操作時(shí)，電源電壓變動(dòng)對(duì)振蕩頻率的影響愈大。例如用兩個(gè)1.5V電池串聯(lián)得到3.0V的電源電壓，但可能電源電壓才降到2.8V時(shí)，振蕩線路所振蕩出來的頻率，使已偏離感應(yīng)接收端判讀的允許誤差范圍，而導(dǎo)致使用者必須更換新的電池。對(duì)使用者而言，不但是不方便，而且也是浪費(fèi)。
習(xí)見的數(shù)位板指標(biāo)器，由上列陳述，足證至今仍存在有不完善的地方。有鑒于此，本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述的無線筆的實(shí)作的各項(xiàng)缺點(diǎn)，經(jīng)長時(shí)間研究而提出改良對(duì)策，以期能做到用單一顆低電壓的電池便可操作的無線筆，電池的壽命可以很長。而且工作頻率不會(huì)受到電源電壓變動(dòng)而影響。
本發(fā)明一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)位板無線指標(biāo)器，包括一可活動(dòng)指標(biāo)器，內(nèi)有一線路可以產(chǎn)生一特定或是多種頻率的交流訊號(hào)，并藉由一線圈發(fā)射出去；以及一感應(yīng)裝置，其上有一平面可以感應(yīng)到前述指標(biāo)器所發(fā)射的交流訊號(hào)，并且可以決定出該指標(biāo)器在該平面上的位置；在前述的感應(yīng)裝置中，包含第一組平行排列導(dǎo)線，可用以感應(yīng)前述可活動(dòng)指標(biāo)器所發(fā)射的頻率；第二組平行排列導(dǎo)線，而且是與上述第一組平行排列導(dǎo)線互相成直角而重疊安置；一個(gè)多工選擇裝置，可以從上述兩組平行導(dǎo)線中選擇任意一條，而取得該導(dǎo)線的感應(yīng)訊號(hào)；以及一個(gè)處理單元，可以控制前述的多工選擇裝置，并接收前述感應(yīng)訊號(hào)，加以處理以得到前述指標(biāo)器的位置；在前述的可活動(dòng)指標(biāo)器中，尚包含了一組直流電壓提供裝置，其包含了一個(gè)或多個(gè)電力儲(chǔ)存裝置，以提供指標(biāo)器內(nèi)線路所需的電源電壓；以及一個(gè)電壓控制裝置，可以將前述的電源電壓，控制在一穩(wěn)定的電壓值，以供給前述指標(biāo)器內(nèi)的線路工作；其中直流電壓提供單元，可包含一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換裝置，而能將前述的直流電壓作轉(zhuǎn)換，而形成一較高的電源電壓。
為了使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特點(diǎn)及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的附圖及詳細(xì)說明，然而所附圖式僅提供參考與說明用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制，其中


圖1A是為一支不用電線連接的指標(biāo)筆的實(shí)作方式圖1B是為圖1A的指標(biāo)筆的工作情形圖2是為圖1中數(shù)位板內(nèi)的組成方塊3是為無線筆內(nèi)部的組成架構(gòu)圖4A是為交換式DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作情形圖4B是為交換式DC-DC轉(zhuǎn)換器結(jié)合電壓穩(wěn)定線路的工作情形圖4C是為交換式DC-DC轉(zhuǎn)換器之后外加電壓穩(wěn)定線路的工作情形圖5是為本發(fā)明的一實(shí)施例圖6是為使用較高電壓電池搭配電壓穩(wěn)定線路的工作情形請(qǐng)參閱圖1，圖1A中所表現(xiàn)的是一支不用電線連接的指標(biāo)筆10的實(shí)作方式，而圖1B是為該指標(biāo)筆10的工作情形。其中，電池11連接到PCB(印刷電路板)12上，在PCB12上有一線路產(chǎn)生一個(gè)交流訊號(hào)，并加諸于筆尖處14的線圈13。如此當(dāng)筆尖14置于數(shù)位板20的感應(yīng)導(dǎo)線網(wǎng)格21上時(shí)，在導(dǎo)線網(wǎng)格21上，使查感應(yīng)到一個(gè)相對(duì)的交流訊號(hào)。
在本發(fā)明中，無線筆10所搭配使用的數(shù)位板20，是采用本發(fā)明人的另一項(xiàng)申請(qǐng)中專利技術(shù)。在圖2中所表現(xiàn)的即是前述的數(shù)位板20內(nèi)的組成方塊圖。圖中的感應(yīng)網(wǎng)格21，是由多條的平行導(dǎo)線所組成。利用導(dǎo)線與無線筆內(nèi)的線圈的互感，鄰近無線筆10的導(dǎo)線上會(huì)有相對(duì)強(qiáng)度的感應(yīng)電流。透過其后的一個(gè)多工選擇器31可以從前述的導(dǎo)線中，選擇其中一條，針對(duì)該感應(yīng)訊號(hào)加以處理。之后的訊號(hào)放大器32及濾波器33，可以將前述的感應(yīng)訊號(hào)轉(zhuǎn)成一代表振幅強(qiáng)度的直流訊號(hào)。再將該直流訊號(hào)，輸入一個(gè)“模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器”34，以將該直流強(qiáng)度轉(zhuǎn)成一數(shù)值。其中還有一個(gè)微處理器35，可以透過一特定的掃描方式，取得某些特定導(dǎo)線的感應(yīng)訊號(hào)強(qiáng)度，在本體中是為感應(yīng)強(qiáng)度最大的那幾條線，再加以運(yùn)算，便可得到無線筆10在數(shù)位板20上的位置。
接下來請(qǐng)參考圖3，它描述了本發(fā)明中無線筆10內(nèi)部的組成架構(gòu)。我們采用了一個(gè)低電壓的電池11，例如，常見的1.5V干電池，其后經(jīng)過一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器41，可以將該電池11的電壓轉(zhuǎn)換成一較高電壓，之后則采用了一組電壓穩(wěn)定監(jiān)測(cè)線路42，以其輸出再回授去控制前述的DC-DC轉(zhuǎn)換器41，如以便可得到一個(gè)極為穩(wěn)定的直流電壓源。
之后便可用前述穩(wěn)定的直流電壓源，供給一個(gè)振蕩線路43。如此該振蕩線路43便可工作在穩(wěn)定的振蕩頻率，不論電池11的電壓如何漂移，工作頻率均不會(huì)有偏差的情形發(fā)生，一直到電池11的電壓降低到DC-DC轉(zhuǎn)換器41無法正常工作為止。
另外，為了更加延長電池的使用壽命，我們又加上了一個(gè)睡眼控制線路41，其包含了一個(gè)計(jì)時(shí)器441，用以計(jì)算使用者停止使用無線筆10有多久的時(shí)間。我們?cè)跓o線筆內(nèi)又增加了一個(gè)或多個(gè)的觸發(fā)開關(guān)15，安置于筆尖或是筆身側(cè)面，用以偵測(cè)使用者是否正在使用無線筆。若使用者有使用無線筆，便會(huì)觸發(fā)開關(guān)15而使計(jì)時(shí)器441歸零。若是使用者有一段時(shí)間沒有去觸發(fā)開關(guān)15，則計(jì)時(shí)器441數(shù)到一定時(shí)間后，便會(huì)輸出一訊號(hào)使DC-DC轉(zhuǎn)換器41不動(dòng)作，并進(jìn)入一個(gè)省電模式。當(dāng)使用者再度拿起筆并使用時(shí)，便會(huì)觸發(fā)開關(guān)15而將計(jì)時(shí)器441再度歸零，而啟動(dòng)DC-DC轉(zhuǎn)換器41。如此，電池11使用壽命將可更為延長。
圖4A是一個(gè)范例說明了交換式DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作情形。其中包含了一個(gè)振蕩線路51，以提供一固定頻率，并以此頻率去控制一個(gè)晶體管開關(guān)Q1，在電感L上產(chǎn)生一個(gè)間歇電流，由于電感L在切斷電流時(shí)，會(huì)將儲(chǔ)存的電能釋放出來，再加上基本的電壓(Vbatt)之后，對(duì)后面的輸出電容C做充電，如此在電容上C便可產(chǎn)生一個(gè)比(Vbatt)還高的直流電壓(VOUT)。而且，在前述振蕩線路51的輸出，其負(fù)載周期(Duty Cycle)的比率會(huì)影響輸出電容C上的輸出電壓(VOUT)的高低。同時(shí)，該頻率的高低則會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)換效率有所影響，適當(dāng)?shù)倪x擇頻率，在交換式電壓轉(zhuǎn)換器也是很重要的。但是，問題是輸出電壓(VOUT)的高低，仍然是受Vbatt的變動(dòng)影響很大。
圖4B說明了交換式DC-DC轉(zhuǎn)換器結(jié)合電壓穩(wěn)定線路的工作情形。它是在上述交換式DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本架構(gòu)中，加上一個(gè)脈沖寬度調(diào)變線路52，以調(diào)整輸出電壓(VOUT)的高低，同時(shí)在輸出電壓(VOUT)再取樣回來，與一個(gè)固定參考電壓源(Vref)作比較，比較結(jié)果則回饋至脈沖寬度調(diào)變線路52。如此電壓的輸出值便會(huì)很穩(wěn)定。而不受Vbatt的變動(dòng)影響。
圖4C是在交換式DC-DC轉(zhuǎn)換器之后，外加電壓穩(wěn)定線路的工作情形。它是在上述交換式DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本架構(gòu)之后，加上一個(gè)電壓穩(wěn)定線路，它可以是傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓線路，如本例中所使用的。如此便不需要從輸出電壓再回饋去控制交換式DC-DC轉(zhuǎn)換器51，實(shí)作線路結(jié)構(gòu)較為簡單。
圖5是本發(fā)明的一實(shí)際線路，配合參看圖3的組成方塊圖，清楚說明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)作方法。其主要電源電壓轉(zhuǎn)換是采用上述圖4C的方式，在本例中穩(wěn)壓線路的輸出是設(shè)定在3.3V，因此在其后的發(fā)射訊號(hào)產(chǎn)生線路可以使用一般常用的C-MOS IC即可。如此對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)上有很大的幫助。
另外，如若在實(shí)作時(shí)，不是設(shè)計(jì)無線筆，而是設(shè)計(jì)如鼠標(biāo)器的指標(biāo)裝置，也就是通稱的多鍵鼠標(biāo)器，便有足夠空間可以使用較高電壓的電池，例如3.6V的鋰電池或是使用三個(gè)1.5V干電池串聯(lián)而得到一4.5V電源電壓。如此便可有足夠的電壓去驅(qū)動(dòng)一般常見的IC，而不需要DC-DC轉(zhuǎn)換器做電壓轉(zhuǎn)換。但若是直接用電池去驅(qū)動(dòng)則一樣會(huì)有頻率偏移的問題，電池一樣壽命不長。因而在此提出另一實(shí)作可能方式，請(qǐng)參考圖6說明，我們?cè)陔姵?1之后，加上一個(gè)電壓穩(wěn)定裝置62，并控制輸出為一穩(wěn)定的電壓，則電池61的電壓只要足以驅(qū)動(dòng)穩(wěn)壓線路，并輸出穩(wěn)定電壓即可，因此電池電壓的允許變動(dòng)范圍也就相對(duì)的變大了。而且省卻了DC-DC轉(zhuǎn)換器，會(huì)使整個(gè)指標(biāo)器的耗電量更降低，因此電池使用壽命也就更長了。
上述的具體實(shí)施例是用來詳細(xì)說明本發(fā)明的目的、特征及功效，對(duì)于熟悉此類技藝的人士而言，根據(jù)上述說明，可能對(duì)該具體實(shí)施例作部份變更及修改，而并不脫離出本發(fā)明的精神范疇。
權(quán)利要求
1.一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)位板無線指標(biāo)器，其特征在于，其包含一可活動(dòng)指標(biāo)器，內(nèi)有一線路可以產(chǎn)生一特定或是多種頻率的交流訊號(hào)，并藉由一線圈發(fā)射出去；以及一感應(yīng)裝置，其上有一平面可以感應(yīng)到前述指標(biāo)器所發(fā)射的交流訊號(hào)，并且可以決定出該指標(biāo)器在該平面上的位置；在前述的感應(yīng)裝置中，包含第一組平行排列導(dǎo)線，可用以感應(yīng)前述可活動(dòng)指標(biāo)器所發(fā)射的頻率；第二組平行排列導(dǎo)線，而且是與上述第一組平行排列導(dǎo)線互相成直角而重疊安置；一個(gè)多工選擇裝置，可以從上述兩組平行導(dǎo)線中選擇任意一條，而取得該導(dǎo)線的感應(yīng)訊號(hào)；以及一個(gè)處理單元，可以控制前述的多工選擇裝置，并接收前述感應(yīng)訊號(hào)，加以處理以得到前述指標(biāo)器的位置；在前述的可活動(dòng)指標(biāo)器中，尚包含了一組直流電壓提供裝置，其包含了一個(gè)或多個(gè)電力儲(chǔ)存裝置，以提供指標(biāo)器內(nèi)線路所需的電源電壓；以及一個(gè)電壓控制裝置，可以將前述的電源電壓，控制在一穩(wěn)定的電壓值，以供給前述指標(biāo)器內(nèi)的線路工作。
2.按權(quán)利要求1所述的一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)位板無線指標(biāo)器，其特征在于，其中直流電壓提供單元，可包含一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換裝置，而能將前述的直流電壓作轉(zhuǎn)換，而形成一較高的電源電壓。
全文摘要
本發(fā)明是一種穩(wěn)定的數(shù)位板無線指標(biāo)器,其是為一個(gè)以電池驅(qū)動(dòng)的無線指標(biāo)裝置,而能將在一特定導(dǎo)線所組成的網(wǎng)絡(luò)中的位置轉(zhuǎn)換成一數(shù)位化的數(shù)字訊息。此無線指標(biāo)裝置只需用單一顆低電壓的電池便可操作,電池的壽命長,而且工作頻率不會(huì)受到電池電壓變動(dòng)而影響。
文檔編號(hào)G06K11/00GK1202671SQ97112369
公開日1998年12月23日 申請(qǐng)日期1997年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月16日
發(fā)明者陳建宏, 許榮智, 許哲維 申請(qǐng)人:億耀企業(yè)股份有限公司