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1、(10)申请公布号 CN 104285198 A (43)申请公布日 2015.01.14 CN 104285198 A (21)申请号 201280072773.X (22)申请日 2012.12.05 61/639,951 2012.04.29 US 13/607,051 2012.09.07 US G06F 3/044(2006.01) (71)申请人 JCM 电子笔有限责任公司 地址 美国密歇根州 (72)发明人 J.C. 曼 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 史新宏 (54) 发明名称 用于电容式触摸屏的触笔和触笔电路 (57) 摘要 本发明涉及一种用于。
2、电容式触摸屏的有源触 笔电路， 所述电路包括反相电荷积分器电路和反 相放大器。为了减少所述有源触笔电路的电源消 耗， 触摸屏感测电路在所述电容式触摸屏处感测 驱动线路电压的增加， 并且在检测到所述增加时， 将电源连接至所述反相电荷积分器和所述反相放 大器。可实施自动增益控制电路以根据所述电容 式触摸屏的所述灵敏度调节所述有源触笔电路的 增益。 公开了一种双顶端有源/无源触笔， 其中测 量在使用期间流过所述无源顶端的电荷以设定所 述有源触笔顶端电路的增益。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.10.29 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2012/06。
3、7897 2012.12.05 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/165466 EN 2013.11.07 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 10 页 附图 19 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书10页 附图19页 (10)申请公布号 CN 104285198 A CN 104285198 A 1/3 页 2 1. 一种用于电容式触摸屏触笔的电路， 所述电路包括 ： 导电顶端， 其用于提供与电容式触摸屏的电容耦合 ； 反相电荷积分器， 其连接至所述导电顶端以提供与在所述导电顶端处感应的电荷成比 例的输出信号 。
4、； 反相放大器， 其用于生成与从所述反相电荷积分器输出的所述信号成比例的放大信 号 ； 以及 触摸屏感测电路， 其用于在所述电容式触摸屏处感测驱动线路电压的增加， 并且在检 测到所述增加时， 将电源连接至所述反相电荷积分器和所述反相放大器。 2. 根据权利要求 1 所述的电路， 其中所述触摸屏感测电路包括比较器以将所述驱动线 路电压与阈值电压进行比较。 3. 根据权利要求 2 所述的电路， 其中所述触摸屏感测电路包括单稳态多谐振荡器以响 应于从所述比较器输出的指示所述驱动线路电压超过所述阈值电压的信号来将电源连接 至所述反相电荷积分器和所述反相放大器。 4. 根据权利要求 1 所述的电路， 其。
5、中电位在所述顶端处的正转变引起电压在所述导电 触点处的正转变。 5. 根据权利要求 1 所述的电路， 其中电位在所述顶端处的负转变引起电压在所述导电 触点处的负转变。 6. 根据权利要求 1 所述的电路， 其中所述反相电荷积分器和所述反相放大器包括一个 或多个运算放大器。 7.根据权利要求1所述的电路， 其中所述导电顶端为具有小于3.5毫米的直径的球点。 8. 一种用于电容式触摸屏触笔的电路， 所述电路包括 ： 导电顶端， 其用于提供与电容式触摸屏的电容耦合 ； 反相互阻抗放大器， 其连接至所述导电顶端以生成与在所述导电顶端处感应的电流成 比例的输出信号 ； 反相积分器， 其用于提供与所述反相。
6、互阻抗放大器的积分输出信号成比例的输出电 压 ； 导电触点， 其用于在来自所述反相积分器的输出电压和所述触笔的外部部分之间提供 电耦合或电容耦合 ； 以及 触摸屏感测电路， 其用于在所述电容式触摸屏处感测驱动线路电压的增加， 并且在检 测到所述增加时， 将电源连接至所述反相电荷积分器和所述反相放大器。 9. 根据权利要求 8 所述的电路， 其中所述触摸屏感测电路包括比较器以将所述驱动线 路电压与阈值电压进行比较。 10. 根据权利要求 9 所述的电路， 其中所述触摸屏感测电路包括单稳态多谐振荡器以 响应于从所述比较器输出的指示所述驱动线路电压超过所述阈值电压的信号来将电源连 接至所述反相电荷积。
7、分器和所述反相放大器。 11. 根据权利要求 8 所述电路， 其中电位在所述顶端处的正转变引起电压在所述导电 触点处的正转变。 12. 根据权利要求 8 所述电路， 其中电位在所述顶端处的负转变引起电压在所述导电 触点处的负转变。 权 利 要 求 书 CN 104285198 A 2 2/3 页 3 13. 根据权利要求 1 所述的电路， 其中所述反相电荷积分器和所述反相放大器包括一 个或多个运算放大器。 14. 根据权利要求 1 所述的电路， 其中所述导电顶端为具有小于 3.5 毫米的直径的球 点。 15. 一种用于电容式触摸屏触笔的电路， 所述电路包括 ： 导电顶端， 其用于提供与电容式触。
8、摸屏的电容耦合 ； 反相电荷积分器， 其连接至所述导电顶端以提供与在所述导电顶端处感应的电荷成比 例的输出信号 ； 反相放大器， 其用于生成与从所述反相电荷积分器输出的所述信号成比例的放大信 号 ； 以及 增益控制电路， 其用于自动检测所述反相放大器的振荡并基于所述振荡检测调节所述 反相放大器的增益。 16. 一种用于电容式触摸屏触笔的电路， 所述电路包括 ： 导电顶端， 其用于提供与电容式触摸屏的电容耦合 ； 反相互阻抗放大器， 其连接至所述导电顶端以生成与在所述导电顶端处感应的电流成 比例的输出信号 ； 反相积分器， 其用于提供与所述反相互阻抗放大器的积分输出信号成比例的输出电 压 ； 导。
9、电触点， 其用于在来自所述反相积分器的输出电压和所述触笔的外部部分之间提供 电耦合或电容耦合 ； 以及 增益控制电路， 其用于自动检测所述反相放大器的振荡并基于所述振荡检测调节所述 反相放大器的增益。 17. 一种电容式触摸屏触笔， 包括 ： 无源顶端和有源顶端， 所述无源顶端具有大于所述有源顶端的触摸屏触点 ； 电荷检测电路， 其用于测量传递至所述无源顶端或从所述无源顶端传递的电荷量 ； 以 及 增益设定电路， 其用于基于通过所述电荷检测电路确定的传递至所述无源顶端或从所 述无源顶端传递的电荷量来设定所述有源顶端的增益。 18. 根据权利要求 17 所述的触笔， 还包括一个或多个输入设备以及。
10、用于将在所述一个 或多个输入设备处接收的输入传递至电容式触摸屏设备的收发器。 19. 根据权利要求 18 所述的触笔， 其中所述输入设备包括按钮。 20. 根据权利要求 18 所述的触笔， 其中所述输入设备包括加速计。 21. 根据权利要求 17 所述的触笔， 还包括一个或多个输出设备和接收器， 所述接收器 用于接收来自电容式设备的信号以用于生成在所述输出设备处的输出。 22. 根据权利要求 21 所述的触笔， 其中所述输出设备包括一个或多个 LED。 23. 根据权利要求 21 所述的触笔， 其中所述输出设备包括触觉设备。 24. 根据权利要求 21 所述的触笔， 其中所述输出包括声音。 2。
11、5. 一种用于电容式触摸屏的触笔， 所述触笔包括 ： 导电触笔顶端 ； 权 利 要 求 书 CN 104285198 A 3 3/3 页 4 具有导电表面的细长触笔主体 ； 与所述触笔顶端和所述触笔主体电连通的负电容电路 ； 以及 用于将电源施加于所述负电容电路的电路。 26. 根据权利要求 25 所述的触笔， 其中所述负电容电路包括 ： 可变增益放大器 ； 以及 电路， 其用于可变地设定所述可变增益放大器的所述增益以防止所述负电容电路的振 荡。 27. 根据权利要求 25 所述的触笔， 其中所述负电容电路包括微控制器。 28. 根据权利要求 25 所述的与电容式触摸屏设备结合的触笔， 所述电。
12、容式触摸屏设备 被编程并且被配置成偏置一组检测的触笔坐标以对该组检测的触笔坐标和所述电容式触 摸屏上的所述触笔的实际坐标位置之间的误差进行校正。 权 利 要 求 书 CN 104285198 A 4 1/10 页 5 用于电容式触摸屏的触笔和触笔电路 0001 相关专利申请的交叉引用 0002 本申请要求于 2012 年 4 月 29 日提交的美国临时专利申请 No.61/639,951 和于 2012 年 9 月 7 日提交的美国非临时专利申请 No.13/607,051 的权益， 所述专利申请的公开 内容以引用方式并入。 背景技术 0003 本发明的实施例涉及触笔技术， 并且具体地讲， 涉。
13、及使触笔和电容式触摸屏 之间能够相互作用的电路。电容式触摸屏和触笔技术的一家制造商包括新思公司 (SYNAPTICS,INC.)， 其公司总部位于加利福尼亚州圣克拉拉斯科特大道 3120 号， 邮编 95054(3120 Scott Blvd.,Santa Clara,CA 95054)。 0004 标题为 “Passive stylus for capacitive sensors” ( 用于电容式传感器的无源 触笔)的美国专利No.8,125,469在其说明书摘要中公开了用于电容式传感器的无源触笔， 该无源触笔包括顶端和轴部。 顶端被配置成与电容式感测设备电耦合并且与触笔轴部物理 且电耦合。
14、。顶端包括接触表面、 支撑区域和柔性区域。接触表面被配置成接触与电容式感 测设备相关联的设备表面。柔性区域设置在接触表面和支撑区域之间。柔性区域包括硬度 梯度。支撑区域被配置成为柔性区域提供结构支撑。 0005 标题为 “Stylus input capacitive touchpad sensor” ( 触笔输入电容式触摸板 传感器)的美国专利No.5,942,733在其说明书摘要中公开了电容式触摸板， 该电容式触摸 板包括基板材料 ( 诸如印刷电路板型层合材料 )， 该基板材料具有设置在其第一面上在第 一 (X) 方向上延伸的多根第一平行导电迹线， 以及设置在其相对的第二面上在通常正交于 。
15、第一方向的第二 (Y) 方向上延伸的多根第二平行导电迹线。将压力导电材料层设置在基板 的面中的一者的上方。 将在其背部表面上具有导电涂层的保护层设置在压力导电材料的顶 部表面的上方， 以保护压力导电材料。 在另选实施例中， 电容式触摸传感器包括刚性基板材 料， 该刚性基板材料具有设置在其一个面上的导电材料。将压力导电材料层设置在基板上 的导电材料的上方。将柔性材料设置在压力导电材料层的上方， 该柔性材料具有设置在其 第一面上在第一 (X) 方向上延伸的多根第一平行导电迹线， 以及设置在其相对的第二面上 在第二 (Y) 方向上延伸的多根第二平行导电迹线。将保护层设置在压力导电材料的顶部表 面的上。
16、方， 以保护压力导电材料。 在另一个实施例中， 用气隙取代压力导电材料层并且通过 触摸板周边处的框架支撑上部层。 0006 标题为 “Paintbrush stylus for capacitive touch sensor pad” ( 用于电容式 触摸传感器板的画笔式触笔 ) 的美国专利 No.5,488,204 在其说明书摘要中公开了接近传 感器系统， 该接近传感器系统包括具有传感器矩阵阵列的触摸传感器板， 该传感器矩阵阵 列在连接至传感器板的水平导体和垂直导体上具有特征电容。 电容根据一个或多个对象与 传感器矩阵的接近度而变化。将由于对象的接近而引起的每个节点在矩阵的 X 和 Y 方向。
17、上 的电容变化转变为一组在 X 和 Y 方向上的电压。通过电路处理这些电压以形成电信号， 该 电信号代表对象的轮廓的形心， 即其在 X 和 Y 维度中的位置。采用在体系结构中固有可用 说 明 书 CN 104285198 A 5 2/10 页 6 的降噪技术和背景电平设定技术。 使用导电的画笔型触笔以在与触摸传感器板相关联的显 示器上产生漆样笔触。 0007 标题为 “Trackpad pen for use with computer touchpad” (用于与计算机触摸板 一起使用的触摸板笔 ) 的美国专利 No.7,612,767 在其说明书摘要中公开了用于与手指激 活的计算机触摸板一。
18、起使用的笔或触笔， 其使用电容耦合的电压信号来模拟手指在触摸板 上的电容效应。 此外， 该笔具有可用于将控制信号电容耦合至触摸板的按钮， 这些控制信号 通过应用软件解译为特定的用户自定义输入。该笔具有设置成与触摸板接触的导电顶端。 通过用适当定时的电压信号来偏置触摸板电极， 该笔改变触摸板中电极的充电时间。充电 时间的这种改变通过触摸板解译为由于用户手指的存在而引起的电容变化。因此， 该笔可 与被设计为仅仅检测手指运动的触摸板一起使用。 0008 标题为 “Stylus Device Adapted For Use With A Capacitive Touch Panel” (适 合与电容式。
19、触摸面板一起使用的触笔设备)的美国专利申请公布No.2010/0225614在其说 明书摘要中公开了适合与电容式触摸面板一起使用的触笔设备， 其包括具有柄部部分的主 体以及连接至柄部部分的透明触摸部分， 该透明触摸部分适合放置在电容式触摸面板上并 且具有平坦的触摸表面。透明导电膜在触摸部分和柄部部分上形成， 并且覆盖触摸部分的 触摸表面使得当用户手持主体的柄部部分时透明导电膜与用户的手电连接。 0009 本发明的实施例为已知的用于电容式触摸屏界面的触笔技术提供了另选形式。 发明内容 0010 本发明的实施例包括用于电容式触摸屏的触笔和触笔电路。根据一个实施例， 触 笔包括导电顶端以用于提供与电。
20、容式触摸屏的电容耦合。 反相电荷积分器连接至导电顶端 以用于提供与在导电顶端处感应的电荷成比例的输出信号。 反相放大器生成与从反相电荷 积分器输出的信号成比例的放大信号。 导电触点在放大信号和触笔外部之间提供电耦合或 电容耦合。电源电路为反相电荷积分器和反相放大器供电。 0011 根据另一个实施例， 反相互阻抗放大器连接至导电顶端以用于生成与在导电顶端 处感应的电流成比例的输出信号。 反相积分器提供与反相互阻抗放大器的积分输出信号成 比例的输出电压。 0012 另一个实施例包括用于电容式触摸屏的触笔。 触笔包括用于封装触笔电路的细长 筒。 触笔电路包括连接至触笔的导电顶端的积分器电路以用于生成。
21、与在导电顶端处感应的 电荷成比例的输出信号， 以及放大器电路以用于提供与来自积分器电路的输出信号成比例 的输出电压。 触笔还包括导电触点以用于在来自放大器电路的输出电压和触笔表面之间提 供电耦合或电容耦合。在另选配置中， 积分器电路连接至触笔的导电顶端以用于生成与在 导电顶端处感应的电荷成比例的输出信号。 放大器电路提供与来自积分器电路的输出信号 成比例的输出电压， 该输出电压然后与触笔表面耦合。 0013 另一个实施例包括用于电容式触摸屏的触笔， 其包括用于通过电容式触摸屏中的 正向或负向驱动线路转变来确定在触笔顶端处感应的电荷量的电路。 触笔还包括用于将正 向或负向电压变化输出至触笔外部的。
22、电路， 所述电压变化与所确定的电荷量成比例。在这 种配置中， 正向驱动线路转变引起正向输出电压变化， 并且负向驱动线路转变引起负向输 出电压变化。 说 明 书 CN 104285198 A 6 3/10 页 7 0014 另一个实施例包括用于为电容式触摸屏的触笔顶端充电的方法。该方法包括通 过电容式触摸屏中的正向或负向驱动线路转变来确定在触笔顶端处感应的电荷量， 以及将 正向或负向电压变化输出至触笔外部， 所述电压变化与所确定的电荷量成比例。根据该方 法， 正向驱动线路转变引起正向输出电压变化， 并且负向驱动线路转变引起负向输出电压 变化。 0015 反相电荷积分器和 / 或反相放大器可包括一。
23、个或多个运算放大器。这些组件和 / 或它们的功能也可集成。可提供屏蔽以隔离电路的组件， 诸如顶端和反相电荷积分器之间 的连接件。可将屏蔽连接至触笔电路的接地。屏蔽可采用具有环形横截面并且沿触笔的至 少一部分的轴线延伸的导电封装件的形式， 采用围绕触笔电路的至少一部分的导电缠绕件 的形式， 采用用于触笔电路的电路板的基本上连续的导电层的形式， 和 / 或采用位于触笔 电路的平面之上和 / 或之下的一个或多个导电平面的形式。 0016 电路可包括具有一个或多个电池的电源。电池可以是可再充电的。电源可包括直 流 - 直流转换器以用于增加提供给电路的电压。直流 - 直流转换器的输入接地和输出接地 可共。
24、用。在其他实施例中， 直流 - 直流转换器可包括使用反馈的调节器电路以用于调节输 出电压。光学隔离器可用于将输出电压的电平传递至输入至转换器的反馈。 0017 触笔的顶端可采用多种形式， 诸如球接触点或其他细接触点。顶端可包括金属和 / 或导电聚合物。顶端可具有投射到触摸屏上的小于 3.5 毫米的横截面。 0018 本发明的这些和其他实施例， 如权利要求中所述， 在下文中有所描述。 附图说明 0019 图 1 为根据本发明的一个实施例的用于电容式触摸屏的触笔总成的示例性横截 面。 0020 图 2-4 示出了示例性的另选触笔电路原理图， 该电路可包括在图 1 中示出的电路 模块内。 0021 。
25、图 5 为流程图， 其描述了图 4 中公开的电路的示例性操作。 0022 图 6 示出了在电容式触摸屏、 触笔总成和保持触笔总成的人的身体之间形成的示 例性电容电路。 0023 图 7 为流程图， 其示出了在图 6 示出的电容电路内的图 1 触笔总成中实施的图 2 触笔电路的示例性操作。 0024 图 8-10 示出用于触笔电路的另选电源配置。 0025 图 11a-11c 示出了用于触笔电路的另选屏蔽配置。 0026 图 12 示出了示例性省电电路。 0027 图 13a-c 示出了在三个不同的时间标度处的对电容式触摸屏驱动线路电压的示 波器捕获。 0028 图 14 示出了具有自动增益控制。
26、的双顶端触笔。 0029 图 15 示出了用于自动设定触笔放大电路的增益的示例性电路。 具体实施方式 0030 本文公开了本发明的详细实施例。 然而， 应当理解， 所公开的实施例仅仅是本发明 说 明 书 CN 104285198 A 7 4/10 页 8 的示例， 本发明可以各种和另选形式实施。 附图未必按比例绘制 ； 可以使一些特征放大或最 小化以显示特定组件的细节。 因此， 本文所公开的特定结构和功能细节不是限制性的， 仅作 为教导本领域的技术人员多方面地采用本发明的代表性基础。 0031 本发明的一个示例性实施例包括双端触笔。一个端子包括触笔顶端， 另一个端子 包括触笔主体。被视作双端设。
27、备的触笔的电子特性可被描述为负电容器。触笔对其结合到 的电路表现出负电容阻抗。 0032 例如， 普通无源电容器的阻抗为 ： 0033 0034 而负电容器的阻抗为 ： 0035 0036 其中 角频率，以及 C 0. 0037 双端触笔可在宽的频率范围内表现出负电容阻抗， 包括在电容式触摸屏的操作中 所涉及的频率。 0038 图 1 为根据本发明的一个实施例的用于电容式触摸屏的触笔总成 10 的示例性横 截面。触笔总成 10 包括筒 12。筒 12 可由导电材料制成， 所述导电材料诸如金属、 导电聚合 物或能够将连接器 20( 或其他合适的连接件 ) 处的电压变化与保持触笔总成 10 的人的。
28、身 体电容耦合的其他材料。 0039 电池 16 可包括任何电池形式和任何数目的电池， 这取决于所需的触笔形状和所 需的电压电平。在该例子中， 使用了 AAA 碱性笔形电筒电池。电池 16 可以是可再充电的。 电池充电电路和充电状态 LED( 未示出 ) 可包括在总成 10 中。如下文所详述， 电池 16 为电 路模块 14 提供电源以操作触笔总成。 0040 开关 18 可被实施用于完成或中断从电池 16 至电路模块 14 的电源供应。开关 18 可采用任何形式， 这取决于触笔的特定配置和所需的设计。开关 18 可为如图 1 所示的传统 的笔形电筒按钮开关。 0041 触点 22 在电池 1。
29、6 的正极和电路模块 14 之间提供电连接。弹簧触点 28 在电池 16 的负极和开关 18 之间提供电连接， 所述电连接然后通过触笔的导电外壳连接至电路模块 14 的电源接地和触笔电路输出 ( 未示出 )。当然， 可以实施其他电池连接件和开关配置， 这 取决于触笔的具体几何配置。 0042 触笔总成 10 包括顶端 26， 其具有与触笔电路 14 的电连接性 24。顶端 26 可包括 多种配置， 包括但不限于球点、 细顶端或其他低接触面积几何形状。顶端 26 可包括金属、 导 电聚合物或两者的组合。顶端 26 可涂覆有特氟隆或其他合适的材料以防止刮擦触摸屏的 表面。具有低至 0.4mm 的曲。
30、率半径的顶端已被确认与本文所描述的本发明的实施例一起使 用。还可以实施具有更小曲率半径的顶端。 0043 图 2-4 示出了示例性的另选触笔电路原理图， 该电路可包括在图 1 中示出的电路 模块 14 内。如在权利要求中所述， 可在本发明的范围之内实施其他电路配置。电路可遵循 以下传递函数 ： 说 明 书 CN 104285198 A 8 5/10 页 9 0044 Vout A I(in)dr 0045 其中 Vout为连接至触笔总成 12 的导电主体的电路的电压输出， A 为具有法拉倒数 的维度的电路的放大器增益， 并且 I(in) 为顶端 26 处的输入电流， 该输入电流感应自驱动 线路。
31、转变期间顶端 26 与电容式触摸屏的电容耦合。 0046 图 2 中示出的示例性原理图 40 包括连接至反相电荷积分器的顶端输入 42， 该反 相电荷积分器包括运算放大器 44 和电容器 46。运算放大器 44 可为例如麦瑞半导体公司 (MICREL) 的部件号 MIC921。在该例子中， 电容器 46 可在 2-10pF 的范围内。将反相电荷积 分器的输出输入至包括运算放大器50、 电阻器52和电阻器48的反相放大器。 在该例子中， 电阻器 52 为大约 5-20k， 并且电阻器 48 在 1-5k 的范围内。电阻器 52 与电阻器 48 的 比率定义反相放大器的增益。可调节该比率以生成合适。
32、的输出电压， 以用于操作具有多个 不同电容式触摸屏配置的触笔。还可调节该增益以减少或消除振荡。运算放大器 50 可为 例如凌力尔特公司(LINEAR TECHNOLOGIES)的部件号LT 1354， 其具有在+/-10伏特范围内 的输出。提供给运算放大器 44 和 50 的电源未示出。 0047 反相运算放大器 50 的输出可通过图 1 中示出的连接器 20 连接至触笔筒 12 的主 体或外表面。可在触笔电路输出和触笔筒外部 12 之间实施其他连接件。例如， 可在电路模 块外部 ( 电路输出可连接至该电路模块外部 ) 和筒 12 外部之间建立直接接触。或者， 连接 至电路输出的电路模块 14。
33、 的一部分可为螺纹的， 以物理和电附接至触笔外壳。可实施其他 触点配置。 0048 波形 56 示出了由于触摸屏 ( 未示出 ) 处的驱动线路电压的正转变而在顶端 42 处 产生的电流尖峰。反相电荷积分器 44 输出下降的电压转变 58， 其与在顶端 42 处感应的电 荷成比例。反相放大器 50 将放大的正电压转变 60 输出至筒 12 的导电外表面， 所述正电压 转变与输入电压降 58 成比例。 0049 电路 40 可能需要屏蔽， 以防止由在运算放大器 44 的反相输入处检测通过图 1 中 示出的触点 20 输出至触笔主体 12 的电压而引起的振荡。下面描述了用于屏蔽电路 40 的 示例性。
34、另选形式。 0050 图 3 示出了用于图 1 中示出的电路模块 14 的另选原理图 70。示例性原理图 70 包 括连接至反相互阻抗放大器 74 的输入的顶端输入 72。将互阻抗放大器 74 的输出连接至 由电阻器 86、 运算放大器 76 和电容器 71 构成的反相积分器 70。通过图 1 中示出的连接器 20 将反相积分器运算放大器 76 的输出连接至触笔筒 12 的主体或外表面。 0051 波形 80 示出了由于触摸屏 ( 未示出 ) 处的驱动线路电压的正转变而在顶端 72 处 产生的电流尖峰。反相互阻抗放大器 74 输出与在顶端 42 处感应的电流成比例的负电压尖 峰 82。反相积分。
35、器 76 将放大的正电压转变 84 输出至筒 12 的导电外表面， 所述正电压转变 与负电压尖峰 82 成比例。 0052 电路 70 可能需要屏蔽， 以防止由在运算放大器 74 的反相输入处检测通过图 1 中 示出的触点 20 输出至触笔主体 12 的电压而引起的振荡。下面描述了用于屏蔽电路 70 的 示例性另选形式。 0053 图 4 示出了用于图 1 中示出的电路模块 14 的另选原理图 90。电路 90 类似于图 2 中示出的电路 40， 但添加了采样 / 保持元件 98 和 102、 边缘检测器 108 和定时 / 顺序电路 HO。采样 / 保持元件 98 和 102 的引入可减少或。
36、消除由在运算放大器 74 的反相输入处检测 说 明 书 CN 104285198 A 9 6/10 页 10 输出至触笔主体 12 的电压而导致的振荡， 从而减少或消除对电路 90 的屏蔽的需要。 0054 图 5 为描述电路 90 的示例性操作 120 的流程图。电路 90 的操作并不限于图 5 中 示出的特定过程。可以对电路 90 和过程 120 进行修改， 以最佳适合特定的实施。在初始步 骤 122 处， 开关 A、 B 和 C 是断开的， 以等待在触摸屏处通过驱动线路转变的边缘检测器 108 进行的检测。在步骤 124 处， 在边缘检测器 108 处检测到驱动线路转变时， 定时 / 顺。
37、序电路 110 在步骤 126 处闭合开关 B， 从而将电压提供给采样 / 保持元件 98。然后定时 / 顺序电路 在步骤 128 处断开开关 B， 以便将采样 / 保持元件 98 与反相电荷积分器 94 间隔离。定时 / 顺序电路 110 在步骤 130 处闭合开关 A。然后定时 / 顺序电路在步骤 132 和 134 处闭合和 断开开关 C。然后定时 / 顺序电路 110 在步骤 136 处断开开关 A， 并将过程返回至步骤 124， 以检测另一个驱动线路转变。 0055 图 6 示出了在电容式触摸屏 150、 触笔总成 152 和保持触笔总成 152 的人的身体 154 之间形成的示例性。
38、电容电路。触摸屏 150 可包括主体和接地平面 156、 驱动和感测电极 平面 158 以及顶部玻璃 160。触笔顶端 26 与触摸屏电极 158 之间存在相对较小的电容 ( 例 如约0.6pF)， 相比之下， 人体154与触摸屏接地平面156之间存在相对较大的电容(例如约 100pF)。因此， 人体 154 与接地平面之间的连接可被看作是图 6 中示出的电容电路的交流 短路。因此， 人体 154 可与接地平面 156 处于相同的电位。 0056 图 7 为流程图， 其示出了在图 6 示出的电容电路内的图 1 触笔总成中实施的图 2 触笔电路的示例性操作 170。在步骤 172 处， 一个或多。
39、个触摸板驱动线路从低 ( 例如 0 伏 特 ) 向高 ( 例如 3.7 伏特 ) 转变。在步骤 174 处， 在触笔总成的顶端 26 处感应电荷。在步 骤 176 处， 电荷积分器输出与在顶端 26 处感应的电荷成比例的负电压。在步骤 178 处， 放 大器输出与在顶端 26 处感应的电荷成比例的放大的正电压。在步骤 180 处， 放大的电压通 过与用户手持的触笔外部 12 电连通的触点 20 为人体 154 充电。因为人体 154 与接地平面 156 处于相同的电位， 所以在步骤 182 处通过触笔电路从人体向触笔顶端 26 提供负电荷。 在步骤 184 处， 从人体 154 向顶端提供的负。
40、电荷通过触摸屏感测线路中的一者或多者来检 测。 0057 在上文所示原理图的另选配置中， 可在没有单独的反相放大器的情况下使用电荷 积分器， 以生成正确极性的适当输出电压。触笔电路的另选电路配置还可包括连接至触笔 顶端的电流积分放大器， 该电流积分放大器的输出可输入至压控振荡器， 该压控振荡器生 成与电流积分放大器输出的电压成比例的脉冲。压控振荡器的输出为脉冲串， 该脉冲串具 有与压控振荡器的输入电压成比例的频率。将压控振荡器的输出输入至 RC 低通滤波器， 该 RC 低通滤波器具有连接至触笔筒外部的输出。 0058 具有分立组件的其他模拟实施通常符合上文所述的传递功能和 / 或功能性。其他 。
41、另选配置可以包括用于执行上述功能中的一者或多者， 并且具有分别用于处理器输入和输 出的模数和数模转换器的数字处理器。 数字实施可以包括用于电源并且与触笔顶端和筒相 连接的合适的分立电路组件。 0059 图 8 示出了用于图 2-4 中描述的触笔电路的示例性隔离电源电路 200。可以实施 其他电源电路。 在该例子中， 一个或多个电池202将直流电压(例如1.2-3.7伏特)提供给 DC/DC 切换器 IC 204。DC/DC 切换器 IC 可以是例如凌力尔特公司 (LINEAR TECHNOLOGIES) 的部件号LT1615。 将DC/DC切换器IC 204的Vcc和SW输出连接至变压器206。
42、， 以生成交流 说 明 书 CN 104285198 A 10 7/10 页 11 电流， 在该例子中为+/-12伏特。 变压器206可以是例如库柏巴士曼公司(COOPER BUSSMAN) 的部件号 SDQ12-100-R。将变压器 206 的交流输出输入至整流器 208， 整流器 208 继而输出 +/-12V 直流电。包括整流器 208 的二极管可以是例如达尔公司 (DIODES,INC.) 的部件号 ZHCS400。 0060 可将反馈提供给DC/DC切换器204， 以确保整流器208输出处的恒定直流电压。 在 该实施例中， 实施光隔离器 210， 以在由整流器 208 输出的电源与电。
43、池电源 202 之间提供电 隔离。光隔离器 201 可以是例如艾赛斯公司 (IXYS CORP) 的部件号 CPC1001N。因为图 2-4 和 6-7 中公开的触笔电路的输出连接至触笔主体， 所以图 8 中示出的隔离配置将电池电位 与触笔输出电隔离。 0061 图 9 示出了另选电源配置， 其中至 DC/DC 切换器 222 的负输入 224 电连接至触笔 电路 228 的电路接地 226。该配置将触笔电路 ( 连接至触笔主体 ) 的输出 230 与电池单元 232 产生的电位电隔离。 0062 图 10 示出了另选电源配置， 其中不需要组件来增加电池单元的直流电压。在该 配置中， 一个或多。
44、个电池 252 和 254 被布置用于提供足以操作触笔电路 256 的电位， 例如 +/-12V 直流电。 0063 可以多种不同的技术方法来实现本文所述的电路功能性。 模拟方法可使用具有中 等 ( 例如最高至 40MHz) 增益带宽积和中等 ( 例如最高至 400V/ 微秒 ) 输出转换率的运算 放大器。为了降低制造成本和减少电源消耗， 可实施定制模拟专用集成电路 (ASIC)。可在 结合了一打或两打相对较低 ft( 例如约 500MHz) 的晶体管和集成无源装置的简单 ASIC 中 实施触笔的功能性。或者， 可以实施可配置的模拟阵列或现场可编程的模拟阵列。结合了 模拟和数字元件的触笔设计也。
45、可以在单个 ASIC 或组合功能性 ( 模拟 + 数字 ) 现场可编程 组件中实施。 0064 也可以使用动力机械或微机械系统或动力气动或液压系统， 利用这些系统类型之 间的已知的数学对应关系来获得负电容阻抗。机械系统的输入和输出级可以是弹簧和 / 或 平行柔性导电板， 所述弹簧和/或平行柔性导电板以机械(金属弹簧也是感应器， 两个平行 柔性导电板也形成电容器 ) 和电双重模式发挥作用。 0065 图 11a 至 11c 为触笔总成 10 的端视横截面， 其示出了用于将图 2 和 3 中所述的触 笔电路的输入与电路的输出屏蔽以防止振荡的各种配置 ( 图 4 中公开的采样 / 保持配置可 能不需。
46、要屏蔽 )。在图 11a 中， 连接至触笔电路接地的管状屏蔽 400 同心地位于触笔筒 402 内并将电路板 405 与触笔筒 402 间隔开。在图 11b 中， 触笔电路板 406 的一个或多个 PCB 接地层或电源层 404 用于屏蔽触笔电路并防止振荡。在图 11c 中， 在触笔电路 407 上方和 / 或下方间隔开的平行平面 408 和 / 或 410 中提供屏蔽。可以实施其他用于将输入电路与 电路输出屏蔽以防止振荡的屏蔽配置。 0066 一些电容式触摸屏设备可以不一直监控触摸屏表面上的所有点。相反， 设备可以 光栅扫描方式扫描用于一个或多个手指的表面。因此， 设备可仅监控给定的矩形贴片。
47、。例 如， 设备可在短时间内监控在特定位置处增加或减少两个或三个驱动线路， 然后在其他时 间处监控触摸屏的其他部分。 在这种触摸屏配置下， 当触摸屏正在看着其他地方时， 可以将 触笔断电。触笔可以包括检测光栅扫描何时接近其位置的装置。 0067 根据一个示例性实施例， 触笔可以包括微功率模拟比较器， 以感测顶端区域中的 说 明 书 CN 104285198 A 11 8/10 页 12 驱动线路转变。 当检测到第一转变时， 模拟比较器可以激活单稳态多谐振荡器， 该单稳态多 谐振荡器允许向上文所述的触笔电路供电一时间段， 在该时间段内正在监控接近该位置的 触摸屏的感测焊盘。 0068 图12示出。
48、了用于执行先前所述的省电功能的示例性电路原理图500。 模拟比较器 508 接收阈值电压输入 ( 输入 A) 和顶端输入 502( 输入 B)。当顶端输入 B 匹配或超过阈值 输入 A 时， 比较器 508 驱动 OR 门极 510 的输入 509。OR 门极 510 还接收来自手指仿真电路 516 的输出的输入 506。OR 门极 510 的输出驱动可重触发单稳态多谐振荡器 512 的触发器。 可重触发单稳态多谐振荡器的输出驱动开关 504 和 520 闭合。开关 504 将顶端输入 502 电 连接至手指仿真电路516， 其实施例在本文中有所描述。 开关520为手指仿真电路516提供 电源。
49、 514。将手指仿真电路 516 的输出传递至触笔主体的一部分， 如上文所述。 0069 图 13a 示出了在 iPad3 触摸屏上的给定位置处感测到的驱动线路电压， 所述驱动 线路电压大约每 17 毫秒出现一次。图 13b 示出了在触摸屏上的给定位置处的驱动线路电 压具有大约 2 毫秒的持续时间。图 13c 示出了图 13b 中示出的驱动线路电压增加的前 25 微秒。 0070 在一个实施例中， 比较器 508 将可能具有阈值输入， 该阈值输入被配置成在感测 到的驱动线路电压如图13c所示首先增大时触发单稳态多谐振荡器510并为手指仿真电路 506供电。 在该例子中， 触笔电路506的平均电源消耗将为在一直为电路供电时的将可能存 在的电源消耗的大约 2 毫秒 /17 毫秒 12。其他触摸板的触摸屏扫描定时可以不同， 但 执行光栅扫描的配置可以使用这种省电方法。 0071 应当认识到， 不同的电容式触摸屏可以具有不同的灵敏度。 根据一个实施例， 触笔 电路的放大可根据触笔预期用于。