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1、10申请公布号CN104111741A43申请公布日20141022CN104111741A21申请号201410381605X22申请日20140805G06F3/035420130171申请人李睿地址辽宁省沈阳市大东区新东二街301号楼24172发明人李睿韩建宇马森74专利代理机构广州中浚雄杰知识产权代理有限责任公司44254代理人王新宪54发明名称主动触控笔57摘要一种主动触控笔，包括与电容屏接触出产生耦合电容，同时将耦合电容感应到的耦合电压差或耦合电流传递给放大电路的导电笔尖；将笔尖的输入变换到与耦合电压差成比例的同相电压信号并输出的放大电路，所述放大电路的增益带宽至少为10MHZ；用。
2、于连接放大电路的输出和平板电脑的外壳、大地或人体的输出部分；为放大电路供电的电源供给电路。由于输出部分接人体、大地或者平板电脑的地极，所以导电笔尖等于附加一个与所述耦合电压差反相的所述比例的电压，那么这时耦合电容将接收到更大的耦合电流；与此同时，电容屏内部的电容也能感受到这个反相的电势，如此反馈和循环以至于最后电容屏能根据耦合电流的值或者耦合电容的计算值明显判断到导电笔尖的存在。51INTCL权利要求书1页说明书6页附图2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1页说明书6页附图2页10申请公布号CN104111741ACN104111741A1/1页21一种主动触控笔，其。
3、特征在于，包括与电容屏接触出产生耦合电容，同时将耦合电容感应到的耦合电压差或耦合电流传递给放大电路的导电笔尖；将笔尖的输入变换到与耦合电压差成比例的同相电压信号并输出的放大电路，所述放大电路的增益带宽至少为10MHZ；用于连接放大电路的输出和平板电脑的外壳、大地或人体的输出部分；为放大电路供电的电源供给电路。2根据权利要求1所述的一种主动触控笔，其特征在于所述放大电路的增益带宽为4080MHZ。3根据权利要求1所述的一种主动触控笔，其特征在于所述放大电路浮地。4根据权利要求1所述的一种主动触控笔，其特征在于所述放大电路由一个同相积分器和一个同相放大电路构成，其中同相积分器的输入与所述导电笔尖连。
4、接，输出与同相放大电路的输入连接，同相放大电路将同相积分器的输出同相放大并传递到所述输出部分。5根据权利要求1所述的一种主动触控笔，其特征在于所述放大电路由两个反相运算放大器电路构成，其中第一个反相运算放大器电路的输入与所述导电笔尖连接，输出与第二个反相运算放大器电路的输入连接，第二个反相运算放大器电路将第一反相运算放大器电路的输出反相放大并传递到所述输出部分。6根据权利要求1所述的一种主动触控笔，其特征在于通过增益控制电路控制放大电路的增益比例。7根据权利要求1所述的一种主动触控笔，其特征在于所述的电源供给电路为不带充电的干电池供电电路或带充电的蓄电池供电电路或不带电池的直接由外部电源供电的。
5、电压转换电路，所述蓄电池充电电路包括有线充电电路和无线充电电路。8根据权利要求1所述的一种主动触控笔，其特征在于所述输出部分为设置在笔杆外壳上的金属套或金属部分。9根据权利要求1所述的一种主动触控笔，其特征在于所述导电笔尖部分或全部包裹有绝缘的材料。10根据权利要求1所述的一种主动触控笔，其特征在于所述输出部分和电源供给部分直接通过线缆与平板电脑的电源接口相连。权利要求书CN104111741A1/6页3主动触控笔技术领域0001本发明涉及主动触控笔，尤其是配合平板电脑电容触控屏使用的主动触控笔。背景技术0002显然，平板电脑将越来越取代书本，成为人们不可或缺的用于记录的工具，那么在平板电脑上。
6、的用于书写和画画的笔就显得需求迫切。目前90以上的平板电脑使用的是电容触控屏，这里面还有部分加装了电磁感应模块。对于平板电脑的电容触控屏除了加装电磁感应模块的，90以上的笔都是被动触控笔。被动触控笔的笔头直径至少要大于5MM，以拥有足够的和触控屏相接触的导电面积。足够的导电接触面积用来和屏形成耦合电容，能从触控屏上吸引足够的微小交流电流，从而使得触控屏获知接触的位置。笔头直径为5MM的笔显然不足以吸引人们在平板电脑上准确定位，书写和画画。通常圆珠笔的笔头直径在23MM，所以笔头直径为3MM的触控笔就显得需求迫切。如果触控笔的直径为3MM，在不改动目前触控屏的硬件和软件驱动的条件下，只能改进触控。
7、笔的电子特性才能达到，也就是增加一电路在触控笔里，即使在3MM的笔头条件下，仍能使得触控屏获知接触的位置，这样的触控笔目前称为主动触控笔。目前，已经有很多专利在讨论主动触控笔的实现方法，但基于电容触控屏的多样性，主动触控笔结构和电路方案的多样性，以及主动触控笔和电容触控屏交互方式的多样性，如何发明一个合适的主动触控笔的实施方法，就显得尤为重要。发明内容0003本发明所要解决的技术问题是提供一种主动触控笔，笔头直径可以做得更小，以方便流畅的书写。0004为解决上述技术问题，本发明的技术方案是0005一种主动触控笔，包括0006与电容屏接触出产生耦合电容，同时将耦合电容感应到的耦合电压差或耦合电流。
8、传递给放大电路的导电笔尖；0007将笔尖的输入变换到与耦合电压差成比例的同相电压信号并输出的放大电路，所述放大电路的增益带宽至少为10MHZ；0008用于连接放大电路的输出和平板电脑的外壳、大地或人体的输出部分；0009为放大电路供电的电源供给电路。0010本发明工作原理由于输出部分接人体、大地或者平板电脑的地极，所以导电笔尖等于附加一个所述比例的与所述耦合电压差反相的电压，那么这时耦合电容将接收到更大的耦合电流；与此同时，电容屏内部的电容也能感受到这个反相的电势，如此反馈和循环以至于最后电容屏能根据耦合电流的值或者耦合电容的计算值明显判断到导电笔尖的存在。所以根据本发明改进的电路结构，在不改。
9、动电容屏的前提下，可以使得导电笔尖直径做得更小，以方便书写。0011根据电容屏的原理以及模拟电路的理论，相对于其他的现已公开的专利或者申说明书CN104111741A2/6页4请，本专利申请在主动触控笔和电容屏的交互方式上有明显的特点本专利申请公开的接收屏幕信号的接收极和发送给屏幕信号的发送极共为一体，为笔尖，这样可以使得电容屏感知触控点的位置更为准确单一。本专利申请公开的放大器电路每时每刻都跟随屏幕的信号，并输出；这使得笔尖上的反相电势每时每刻都能准确地影响电容屏，使得电容屏感受到主动触控笔触控的位置。0012作为改进，所述放大电路的增益带宽为4080MHZ，能足够响应电容屏的充放电。001。
10、3作为改进，所述放大电路浮地，放大电路的地极和人体或大地在任何条件下都不相连，这样可使电路相对简单。0014作为改进，所述放大电路由一个同相积分器和一个同相运算放大器电路构成，其中同相积分器的输入与所述导电笔尖连接，输出与同相运算放大器电路的输入连接，同相运算放大器电路将同相积分器的输出同相放大并传递到所述输出部分。所述同相积分器可以是一个简单的积分电路，也可以使用运算放大器来实现；所述同相运算放大器电路包括一个以上的同相运算放大器；所述放大电路也可以使用自举电路来实现。0015作为改进，所述放大电路由两个反相运算放大器电路构成，其中第一个反相运算放大器电路的输入与所述导电笔尖连接，输出与第二。
11、个反相运算放大器电路的输入连接，第二个反相运算放大器电路将第一反相运算放大器电路的输出反相放大并传递到所述输出部分。所述反相运算放大器电路包括一个以上的反相运算放大器。0016作为改进，通过增益控制电路控制放大电路的增益比例，比如采用自动增益控制电路AGC电路，利用输出电流或输出的电压幅度通过数字电位器来控制第二级放大器的比例电阻。0017作为改进，所述的电源供给电路为不带充电的干电池供电电路或带充电的蓄电池供电电路或不带电池的直接由外部能源供电的转换电路，所述蓄电池充电电路包括有线充电电路和无线充电电路。0018作为改进，所述输出部分为设置在笔杆外壳上的金属套或金属部分，放大电路的输出极与笔。
12、杆融为一体，在操作主动触控笔时，人手自然与输出部分接触。0019作为改进，所述导电笔尖部分或全部包裹有绝缘的材料，用以保证输入的耦合信号最大程度上免受其他噪声的影响。0020作为改进，所述输出部分和电源供给部分直接通过线缆与平板电脑的电源接口相连。这样可以减少电源供给部分所占的体积和重量，也可以作为主动笔防丢的一个手段。0021本发明与现有技术相比所带来的有益效果是0022由于输出部分接人体、大地或者平板电脑的地极，所以导电笔尖等于附加一个所述比例的与所述耦合电压差反相的电压，那么这时耦合电容将接收到更大的耦合电流；与此同时，电容屏内部的电容也能感受到这个反相的电势，如此反馈和循环以至于最后电。
13、容屏能根据耦合电流的值或者耦合电容的计算值明显判断到导电笔尖的存在。所以根据本发明改进的电路结构，在不改动电容屏的前提下，可以使得导电笔尖直径做得更小，以方便书写。附图说明0023图1为主动触控笔的外观图。说明书CN104111741A3/6页50024图2为实施例1放大电路图。0025图3为实施例2放大电路图。0026图4为人手与电容屏的关系。0027图5为触控笔笔尖与电容屏的关系。具体实施方式0028下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。0029如图1所示，一种主动触控笔，包括导电笔尖1、放大电路、输出部分2和电源供给电路。0030所述笔尖1与电容屏接触出产生耦合电容，同时将耦合电容感应。
14、到耦合电压差或耦合电流传递给所述放大电路。所述放大电路将输入变换到与耦合电压差成比例的的同相电压信号，并传递到输出部分2；所述放大电路浮地。所述输出部分2是作为连接放大电路的输出和平板电脑的外壳、大地、人体之间的媒介，比如笔的外壳、笔的输出线连接到平板电脑的外壳或地极等。所述电源供给电路部分是指为所述放大电路供电的部分，比如干电池以及有可能附加的升压电路、接受有线或无线外接电源的电源供给的接收电路以及有可能附加的蓄电电路等。0031由于输出部分2接人体、大地或者平板电脑的地极，所以导电笔尖1等于附加一个所述比例的与所述耦合电压差反相的电压，那么这时耦合电容将接收到更大的耦合电流；与此同时，电容。
15、屏内部的电容也能感受到这个反相的电势，如此反馈和循环以至于最后电容屏能根据耦合电流的值或者耦合电容的计算值明显判断到导电笔尖1触点的存在，所以根据本发明改进的电路结构，在不改动电容屏的前提下，可以使得导电笔尖1直径做得更小，以方便书写。0032下面举例更进一步说明本发明的实施特例0033实施例10034如图1、2所示，一种主动触控笔，包括导电笔尖1、放大电路3、输出部分2和电源供给电路。0035所述笔尖1与电容屏接触出产生耦合电容，同时将耦合电容感应到耦合电压差或耦合电流传递给所述放大电路3。所述导电笔尖1部分或全部包裹有绝缘的材料，用以保证输入的耦合信号最大程度上免受其他噪声的影响。本实施例。
16、的导电笔尖1直径可以做到3MM，由于笔尖1较细，其不仅不可轻易的点触电容屏发送指令，而且还可以在电容屏上流畅的书写、绘画，这样一来可以拓宽平板电脑在人们日常生活中的应用范围，如做临时笔记、临时绘画、文字的即时表达等。0036如图1、2所示，所述放大电路3将输入变换到与耦合电压差成比例的的同相电压信号，并传递到输出部分2。所述放大电路3由两个反相运算放大器电路构成，其中第一个反相运算放大器电路的输入与所述导电笔尖1连接，输出与第二个反相运算放大器电路的输入连接，第二个反相运算放大器电路将第一反相运算放大器电路的输出反相放大并传递到所述输出部分2。所述反相运算放大器电路包括一个以上的反相运算放大器。
17、，本实施例以两个反相运算放大器为例进行说明，所述放大电路浮地。所述放大电路3的增益带宽至少为10MHZ，本实施例选用增益带宽为80MHZ的放大电路3。所述放大电路3的增益比例可说明书CN104111741A4/6页6以自动调节，通过增益控制电路控制放大电路3的增益比例，比如采用自动增益控制电路AGC电路，利用输出电流或输出的电压幅度通过数字电位器来控制第二级放大器的比例电阻。0037本实施例放大电路3的工作原理0038耦合电容的简单计算公式00390040如图4、5所示，相对于大地，人手4的电势UH，电容屏5的电势US，平板电脑通常假定UH0，而后根据Q或者I和U来计算耦合电容的大小。目前大部。
18、分电容屏能识别的耦合电容的笔尖1直径至少大于5MM，如果触控笔的笔尖1直径为3MM，在不改动目前触控屏的硬件和软件驱动的条件下，只能改进触控笔，使得电容屏即使接触到3MM的主动笔笔尖1，也能感知到相当于5MM笔尖1的耦合电容。0041QCUCUSUACDUSUA0042相对于大地，主动触控笔笔尖1的电势为UA，电容屏的电势为US，当使用主动触控笔时，如果能使得UA的电压小于0，那么耦合电容之间的电压差就要比平常大，获得的电荷就多，而后，电容屏计算的耦合电容值CC就增大。00430044最开始耦合电容输出的动态电流为I，两端的电压差为V，00450046耦合电容CC假定为015PF0047相对于。
19、反相运算放大器的接地端GND1，笔尖1的电压VTIP00048第一级反相运算放大器的输出电压为VO1，第二级反相运算放大器的输出电压为VO2，均是是相对于GND1的电压。0049005000510052VTIPVO2为笔头相对于地的电压。0053然后笔头耦合电容的两端电压差就为原来的11倍，接着笔头耦合的动态电流就为上一个循环的11倍，笔头耦合电容的两端电压差和该电容的电流越来越大，这就像被动触控笔的笔头和屏幕的接触面积越来越大，直到电容屏认知到足够的耦合电流。第一级反相运算放大器采集笔头耦合电容的电流；经第一级反相运算放大器变为反相电压信号；再经第二级反相运算放大器放大成与笔头耦合电容电压差。
20、的同相电压信号；最后经手大地镜向，笔头的电压值为与笔头耦合电容电压差的一反相的电压信号，从而拉大耦合电说明书CN104111741A5/6页7容之间的耦合电压，影响电容屏。0054如图1、2所示，所述输出部分2是作为连接放大电路3的输出和平板电脑的外壳、大地、人体之间的媒介，比如笔的外壳、笔的输出线连接到平板电脑的外壳或地极等。所述输出部分2为设置在笔杆外壳上的金属套，放大电路3的输出极与笔杆融为一体，在操作主动触控笔时，人手自然与输出部分2接触。所述输出部分2和电源供给部分可以直接通过线缆与平板电脑的电源接口相连，这样可以减少电源供给部分所占的体积和重量，也可以作为主动触控笔防丢的一个手段。。
21、0055所述电源供给电路部分是指为所述放大电路3供电的部分。所述的电源供给电路为不带充电的干电池供电电路或带充电的蓄电池供电电路或不带电池的直接由外部能源供电的转换电路，所述蓄电池充电电路包括有线充电电路和无线充电电路。0056由于输出部分2接人体、大地或者平板电脑的地极，所以导电笔尖1等于附加一个增益的与所述耦合电压差反相的电压，那么这时耦合电容将接收到更大的耦合电流；与此同时，电容屏内部的电容也能感受到这个反相的电势，如此反馈和循环以至于最后电容屏能根据耦合电流的值或者耦合电容的计算值明显判断到导电笔尖1触点的存在，所以根据本发明改进的电路结构，在改动电容屏的前提下，可以使得导电笔尖1直径。
22、做得更小，以方便书写。0057实施例20058如图1、3所示，一种主动触控笔，包括导电笔尖1、放大电路3、输出部分2和电源供给电路。0059如图1、3所示，所述笔尖1与电容屏接触出产生耦合电容，同时将耦合电容感应到耦合电压差或耦合电流传递给所述放大电路3。所述导电笔尖1部分或全部包裹有绝缘的材料，用以保证输入的耦合信号最大程度上免受其他噪声的影响。本实施例的导电笔尖1直径可以做到3MM，由于笔尖1较细，其不仅不可轻易的点触电容屏发送指令，而且还可以在电容屏上流畅的书写、绘画，这样一来可以拓宽平板电脑在人们日常生活中的应用范围，如做临时笔记、临时绘画、文字的即时表达等。0060如图1、3所示，所。
23、述放大电路3将输入变换到与耦合电压差成比例的同相电压信号，并传递到输出部分2。所述放大电路3由一个同相积分器和一个同相运算放大器电路构成，其中积分器的输入与所述导电笔尖1连接，输出与同相运算放大器电路的输入连接，同相运算放大器电路将积分器的输出同相放大并传递到所述输出部分2。所述积分器可以是一个简单的积分电路，也可以使用运算放大器来实现；所述同相运算放大器电路包括一个以上的同相运算放大器，所述放大电路浮地；所述放大电路3也可以使用自举电路来实现；本实施例以两个同相运算放大器为例进行说明。所述放大电路3的增益带宽至少为10MHZ，本实施例选用增益带宽为60MHZ的放大电路3。所述放大电路3的增益。
24、比例可以自动调节，通过增益控制电路控制放大电路3的增益比例，比如采用自动增益控制电路AGC电路，利用输出电流或输出的电压幅度通过数字电位器来控制第二级放大器的比例电阻。0061所述输出部分2是作为连接放大电路3的输出和平板电脑的外壳、大地、人体之间的媒介，比如笔的外壳、笔的输出线连接到平板电脑的外壳或地极等。所述输出部分2为设置在笔杆外壳上的金属套，放大电路3的输出极与笔杆融为一体，在操作主动触控笔时，人手自然与输出部分2接触。所述输出部分2和电源供给部分直接通过线缆与平板电脑的电说明书CN104111741A6/6页8源接口相连，这样可以减少电源供给部分所占的体积和重量，也可以作为主动笔防丢。
25、的一个手段。0062所述电源供给电路部分是指为所述放大电路3供电的部分。所述的电源供给电路为不带充电的干电池供电电路或带充电的蓄电池供电电路，所述蓄电池充电电路包括有线充电电路和无线充电电路或不带电池的直接由外部能源供电的转换电路。由于输出部分2接人体、大地或者平板电脑的地极，所以导电笔尖1等于附加一个增益的与所述耦合电压差反相的电压，那么这时耦合电容将接收到更大的耦合电流；与此同时，电容屏内部的电容也能感受到这个反相的电势，如此反馈和循环以至于最后电容屏能根据耦合电流的值或者耦合电容的计算值明显判断到导电笔尖1触点的存在，所以根据本发明改进的电路结构，在不改动电容屏的前提下，可以使得导电笔尖1直径做得更小，以方便书写。说明书CN104111741A1/2页9图1说明书附图CN104111741A2/2页10图2图3图4图5说明书附图CN104111741A10。