主动式电容笔及其触控检测和反馈驱动的方法
主动式电容笔及其触控检测和反馈驱动的方法
【专利摘要】本发明公开了一种主动式电容笔及其触控检测和反馈驱动的方法，所述主动式电容笔包括导电笔尖、信号处理模块及一电容，所述导电笔尖用于检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号并发射所述信号处理模块输出的反馈驱动信号；所述信号处理模块用于处理所述导电笔尖接收到的所述触摸屏驱动信号并产生同步的反馈驱动信号；所述电容设置于所述导电笔尖与所述信号处理模块之间，于检测时，所述电容用于耦合所述导电笔尖获取的所述触摸屏驱动信号到所述信号处理模块的输入端，在反馈驱动所述触摸屏时，所述电容用来隔离所述反馈驱动信号，通过本发明，实现了精确定位主动式电容笔导电笔尖位置的目的。
【专利说明】主动式电容笔及其触控检测和反馈驱动的方法
【技术领域】
[0001]本发明关于一种在触摸屏上使用的输入装置，特别是涉及一种主动式电容笔及其触控检测和反馈驱动方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展和进步，用户对手机和平板电脑的输入方式要求越来越高，已经不满足于传统的键盘输入，逐渐倾向于便捷的触控输入，目前市面上触控输入设备主要是电阻屏和电容屏。电容屏具备灵敏度高及易实现多点触控的优点，其正逐渐替代电阻屏成为主流触控输入屏，其分为表面电容式和投射电容式两种。投射式电容屏分互电容(mutualcapacitive)和自电容(self capacitive)两种，互电容式触摸屏包含两组垂直的电极阵和一触摸屏控制器，其一电极阵作为驱动电极，另一电极阵为检测电极，电极之间形成互电容，电极对地形成自电容，驱动电极在触摸屏控制器的驱动模块的驱动下发射触摸屏驱动信号，检测电极接收上述触摸屏驱动信号，当接地的导电物(手指等)靠近电容屏时，影响驱动电极和检测电极之间的互电容的值,检测电极通过检测该电容变化来实现触控定位；自电容式触摸屏所有电极同时是驱动电极也是检测电极，触摸屏控制器会驱动一条电极，跟着检测该条电极的电容值变化来判断附近有没有接地的导电物；表面电容式触摸屏电极从四角引出，其基本原理也是检测导体靠近时的电容变化来感知触控点位置信息。
[0003]触控笔按是否使用电源分无源触控笔和有源触控笔。无源触控笔是简单地用导电物(导体或导电橡胶等)模拟人类手指，在笔尖和触摸屏驱动导电条之间形成一个电容，以便影响触摸屏的检测结果，但无源触控笔缺点是笔尖比较大(往往大于2mm)。
[0004]主动式电容笔内部有信号处理模块，会主动探测触摸屏的驱动信号，其导电笔尖可以很细，就像示波器的探头一样，将信号耦合到主动式电容笔内部的信号处理模块处理后输出。有源触控笔也有两种:电感笔(EMR)和主动式电容笔。电感笔(EMR)需要在触摸屏上加一层电感感应屏幕或传感器(Sensor)，需要额外的硬件才能实现书写功能，不仅厚度增加，成本也增加，当然工业设计更难看，而且不能使用在现有市场上的只有传统触摸屏的产品上；主动式电容笔，不需要电感感应屏幕或传感器Sensor，不增加屏厚，可以直接使用在现有市场上的触摸屏。
[0005]美国专利US20120154340 “ACTIVE STYLUS FOR USE WITH TOUCH-SENSITIVEINTERFACES AND CORRESPONDING METHOD” 和 US20130002606 “STYLUS AND STYLUSCIRCUITRY FOR CAPACITIVE TOUCH SCREENS”各揭示了一种主动式电容笔，两专利均采用检测电极和驱动电极分开的设计，具有如下缺点:
[0006]缺点之一，一般人书写都会适当的倾斜笔身以符合使用者的书写习惯。美国专利US20120154340和US20130002606是用比较大的笔头或笔身发射反馈驱动信号，而且笔头或笔身跟触摸屏会有一定的距离，当使用者倾斜主动式电容笔笔身，反馈驱动信号在触摸屏上的强度分布就不会以笔尖为中心，而会偏向笔身比较靠近触摸屏的那一边。这种偏差是没有办法用后续的算法做矫正。因为触摸屏控制器或主机根本没法知道主动式电容笔笔身倾斜的幅度；
[0007]缺点之二，美国专利US20120154340和US20130002606都是采用检测电极和驱动电极分开的设计，而且检测和发射反馈驱动是同时进行的，如果没有在两极之间做很好的隔离，发射的驱动反馈信号会耦合到检测电极引起震荡。
【发明内容】
[0008]为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种主动式电容笔及其触控检测和驱动方法，其不仅可精确定位主动式电容笔导电笔尖的位置，且可容易分辨导电物是手指或主动式电容笔。
[0009]本发明之另一目的在于提供一种主动式电容笔及其触控检测和驱动方法，该主动式电容笔可以根据设定传递不同强度的反馈驱动信号。
[0010]为达上述及其它目的，在本发明之一较佳实施例中，本发明提出一种主动式电容笔，包括导电笔尖、信号处理模块及一电容，所述导电笔尖用于检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号并发射所述信号处理模块输出的反馈驱动信号；所述信号处理模块用于处理所述导电笔尖接收到的所述触摸屏驱动信号并产生同步的反馈驱动信号；所述电容设置于所述导电笔尖与所述信号处理模块之间，于检测时，所述电容用于耦合所述导电笔尖获取的所述触摸屏驱动信号到所述信号处理模块的输入端，在反馈驱动所述触摸屏时，所述电容用来隔离所述反馈驱动信号。
[0011]进一步地，该信号处理模块包括:
[0012]检测电路，用于检测所述触摸屏发射的触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿；
[0013]控制电路，当所述检测电路检测到所述触摸屏驱动信号上升沿或下降沿时，控制所述信号处理模块由检测状态进入反馈驱动状态，根据设定调整所述反馈驱动信号的开始和结束时间或反馈驱动信号上升沿与下降沿的延迟或反馈驱动信号的电压，所述反馈驱动信号在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿到来之前结束，令所述信号处理模块由驱动状态再次进入检测状态；
[0014]反馈驱动电路，该模块采用三态输出，在检测时，其输出为高抗阻使所述导电笔尖处于悬空状态，在驱动时，在所述控制模块控制下将所述反馈驱动信号传送至所述导电笔尖实现对所述触摸屏的反馈驱动。
[0015]进一步地，所述信号处理模块还包括一保护电路，所述保护电路由两个或多个反相并联的二极管组成，其一端接固定偏压，另一端接所述检测电路的输入端
[0016]进一步地，所述主动式电容笔还包括一辅助检测电极，所述辅助检测电极设置于所述信号处理模块的输入端，以增强对所述触摸屏驱动信号的检测能力。
[0017]为达到上述目的，本发明提供一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法，包括如下步骤:
[0018]步骤一，主动式电容笔于一个检测与反馈驱动周期的检测周期通过检测电极检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号；
[0019]步骤二，在检测到所述触摸屏驱动信号之后，所述主动式电容笔通过驱动电极向所述触摸屏发出反馈驱动信号进入所述检测与反馈驱动周期的反馈驱动周期，所述反馈驱动信号的强弱通过调整反馈驱动信号的开始和结束时间或反馈驱动信号上升沿和下降沿的延迟或反馈驱动信号的电压来实现，或通过同一个检测与反馈驱动周期里面上升沿和下降沿之间的延迟，或同一个检测与反馈驱动周期里面下降沿和上升沿之间的延迟来实现，所述反馈驱动周期在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿之前结束，在反馈驱动期间所述主动电容笔的检测电路的输出被忽略。
[0020]为达到上述目的，本发明还提供一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法，包括如下步骤:
[0021]步骤一，主动式电容笔于一个检测与反馈驱动周期的检测周期通过检测电极检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号；
[0022]步骤二，在检测到所述触摸屏驱动信号之后，所述主动式电容笔通过驱动电极向所述触摸屏发出反馈驱动信号进入所述检测与反馈驱动周期的反馈驱动周期，所述反馈驱动信号为跟所述触摸屏驱动信号反相或同相的一个上升沿或下降沿，或N个所述触摸屏驱动信号同相加N+1个所述触摸屏驱动信号反相的上升沿或下降沿，或N个所述触摸屏驱动信号反相加N+1个所述触摸屏驱动信号同相的上升沿或下降沿，所述N是自然数，所述反馈驱动周期在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿之前结束，在反馈驱动期间所述主动电容笔的检测电路的输出被忽略。
[0023]进一步地，若在一个检测与反馈驱动周期内，所述反馈驱动信号包含超过一个上升沿或下降沿，所述反馈驱动信号的强度调整通过上升沿和下降沿之间的延迟、或下降沿和上升沿之间的延迟来实现。
[0024]在本发明之另一较佳实施例中，本发明提供一种主动式电容笔，所述主动式电容笔包括检测电极、驱动电极及信号处理模块；所述检测电极用于感应触摸屏发射的触摸屏驱动信号并传送至所述信号处理模块；所述信号处理模块用于处理该检测电极接收的触摸屏驱动信号并产生同步的反馈驱动信号；所述反馈驱动信号由所述驱动电极向所述触摸屏发射，在触摸屏定位算法配合下实现精确定位，所述驱动电极为导电笔尖，所述检测电极利用导电笔头或导电笔身或金属线或线路板印刷线制成。
[0025]与现有技术相比，本发明一种主动式电容笔及其触控检测和驱动的方法，通过将检测电路及反馈驱动电路于时序上分开，有效避免信号处理模块形成闭环回路而产生自激振荡，其不仅可以精确定位主动式电容笔导电笔尖的位置，而且更容易分辨导电物是手指或主动式电容笔，同时，本发明之主动式电容笔还可以根据设定传递不同强度的反馈驱动信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为常见的触摸屏系统的结构示意图；
[0027]图2为本发明所应用之主动式电容笔的总体结构图；
[0028]图3为本发明一种主动式电容笔之第一较佳实施例的结构不意图；
[0029]图4为本发明第一较佳实施例中信号处理模块的基本架构图；
[0030]图5a至图5c为本发明较佳实施例中触摸屏驱动信号与反馈驱动信号的时序图；
[0031]图6为本发明一种主动式电容笔之第二较佳实施例的内部示意图；
[0032]图7为本发明一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动方法的步骤流程图。【具体实施方式】
[0033]以下通过特定的具体实例并结合【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0034]在说明本发明之前，先简单说明下触摸屏的工作原理。图1为常见的触摸屏系统的结构示意图。触摸屏系统包括触摸屏、触摸屏控制器及主机。触摸屏包括有多条X轴方向导电条和多条Y轴方向导电条，一般情况X轴跟Y轴是垂直的。X轴的导电条跟Y轴导电条相交的地方形成互电容(mutual capacitor)阵列。当等效接地的导电物，比如人类手指，接近或触碰触摸屏时，就会改变导电物附近的互电容的电容值，透过检测这些互电容陈列每一个互电容的电容值变化，就可以通过算法计算出等效接地的导电物在触摸屏上的位置。
[0035]本发明同时适用于互电容式和自电容式触摸屏，以互电容式触摸屏为例，互电容式触摸屏控制器会发出触摸屏驱动信号会逐一驱动驱动电极，驱动电极可以是X轴或Y轴导电条，触摸屏驱动信号可以是一组脉冲(pulse train)或一组正弦波或一组三角波形，等等(图1中只显示一组脉冲波形)，一组脉冲包含多个脉冲。没有被驱动的另一个轴的导电条都是检测电极。当一条驱动电极被触摸屏控制器驱动时，驱动信号会透过驱动电极跟检测电极之间的互电容耦合到检测电极。如果有导电物接触或靠近驱动电极和检测电极的话，就会改变驱动电极和检测电极之间的互电容的电容值。触摸屏控制器透过检测互电容陈列的每一个互电容的电容值再跟没有导电物接触或靠近时的电容值比较，就能得出电容值变化影像。电容值变化影像可以传给主机用算法计算出导电物的位置。
[0036]图2为本发明所应用之主动式电容笔的总体结构图，如图2所示，本发明所应用之主动式电容笔包括笔尖、笔头及笔身。图3为本发明一种主动式电容笔之第一较佳实施例的结构示意图，图4为本发明第一较佳实施例中信号处理模块的基本架构图。如图3及图4所示，本发明一种主动式电容笔，除电源(本发明较佳实施例中为电池)外，至少还包括:导电笔尖10、笔身、埋藏在笔身内的信号处理模块30以及一电容C。
[0037]其中，导电笔尖10与笔身采用机械式接触性连接，其作用一是作为点击触摸屏目的区域的工具，二是作为耦合装置检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号和发送信号处理模块30输出的反馈驱动信号，即，导电笔尖既作为检测电极又作为驱动电极；信号处理模块30用于处理导电笔尖10接收的触摸屏驱动信号并生成同步的反馈驱动信号，于检测阶段接收触摸屏的触摸屏驱动信号，并于驱动阶段发送经过处理的反馈驱动信号；电容C设置于导电笔尖10与信号处理模块30之间，于检测时，电容C用于耦合导电笔尖10获取的触摸屏驱动信号到信号处理模块30的输入端，在反馈驱动触摸屏时，电容C用来隔离反馈驱动信号。
[0038]信号处理模块30包含检测电路301、控制电路302及反馈驱动电路303。检测电路301用于检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿；控制电路302，当检测电路301检测到触摸屏驱动信号上升沿或下降沿时，控制电路302控制信号处理模块由检测状态进入反馈驱动状态，根据设定调整反馈驱动信号的开始和结束时间或反馈驱动信号上升沿与下降沿的延迟或反馈驱动信号的电压，使反馈驱动信号在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿到来之前结束，令信号处理模块30由驱动状态再次进入检测状态；反馈驱动电路303采用三态输出，在检测时，其输出为高抗阻使导电笔尖10处于悬空状态，在驱动时，在控制电路302控制下将反馈驱动信号传送至导电笔尖10实现对触摸屏的反馈驱动。
[0039]工作时，触摸屏控制器会逐行扫描触摸屏的驱动电极，每扫描一行触摸屏的驱动电极，控制器会向触摸屏的驱动电极发出一组脉冲。主动式电容笔之导电笔尖10会与触摸屏上的每条检测电极之间形成耦合电容。触摸屏的驱动电极距离导电笔尖越近，导电笔尖和触摸屏的检测极之间的耦合电容值就越大。当触摸屏控制器扫描距离导电笔尖10比较近的驱动电极时，导电笔尖10就能耦合到足够强度的触摸屏驱动信号，该信号会经过电容C耦合到主动式电容笔信号处理模块30的输入端，信号处理模块30就会根据设定调整反馈驱动信号的强度。主动式电容笔的反馈驱动信号透过导电笔尖10跟触摸屏上的检测电极之间的耦合电容把反馈驱动信号耦合到触摸屏的检测电极。为了耦合足够强度的信号到触摸屏的检测电极，反馈驱动信号有时需要高压，比如15v，相应地电容C也需要耐压达到15v。图3中的电容C可以是内置芯片里面或者外置在芯片外面。由于电容不会隔离交流信号，当导电笔尖的电压向上升的时候，电容的另一端，即信号处理模块30的输入端的电压也会跟随上升，为了防止高压把信号处理模块的输入端的电路烧毁，在本发明之较佳实施例中，在信号处理模块30的输入端增加保护电路305，该保护电路305可以由两个或多个反相并联的二极管组成，其一端接固定偏压Vref，Vref—般设置为模拟电路电源电压的一半左右(如电源电压为5V，则Vref大约2.5v±l.5v)，另一端接该检测电路301的输入端，以使在高压反馈驱动信号到来时，在该检测电路301的输入端电压就会被限制在Vref 土Vd，Vd为二极管阀值。另外，为了加强主动式电容笔检测触摸屏驱动信号，可以在信号处理模块的输入端选择性添加辅助检测电极50。辅助检测电极50可以是导电笔头，或者是导电笔身，或者是线路板印刷线，或者是导电金属线。
[0040]以下具体说明信号处理模块的工作原理:当信号处理模块30处于检测状态时，检测电路301会检测信号处理模块30的输入端的电压，当检测电路301检测到触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿时输出信号给控制电路302，当信号处理模块30处于检测状态时，反馈驱动电路303的输出是高抗阻，导电笔尖10处于悬空状态，以便导电笔尖10耦合来自触摸屏的驱动信号，主动式电容笔的控制电路302收到检测电路301的输出，控制电路302会控制信号处理模块30进入反馈驱动状态；在反馈驱动状态时，检测电路301的输出会被控制电路302忽略，反馈驱动电路303会结束高抗阻输出，控制电路302会根据设定输出调整反馈驱动信号的强度，在本发明较佳实施例中，控制电路302采用以下方法调整反馈驱动信号的强度:改变驱动信号开始和结束的时间，改变反馈驱动信号的上升沿或下降沿的延迟，改变反馈驱动信号的电压，改变上升沿和下降沿之间的延迟，或下降沿和上升沿之间的延迟，主动式电容笔反馈驱动会在下一个触摸屏驱动信号到来之前结束，信号处理模块30会回到开始的检测状态。
[0041]一个完整的主动式电容笔应该可以让触摸屏准确定位导电笔尖的在触摸屏上的位置，分辨导电物是电容笔或手指。
[0042]图5a至图5c为本发明较佳实施例中触摸屏驱动信号与主动式电容笔反馈驱动信号的时序图。以下将配合图5a至图5c对主动式电容笔信号处理模块的检测及反馈驱动过程作一详细说明。[0043]如图5a，主动式电容笔在使用时靠近或触碰触摸屏，触摸屏控制器逐条扫描触摸屏驱动电极，每驱动一条触摸屏驱动电极，触摸屏控制器会发出一组触摸屏驱动信号(如图5a，第一波形)，在本实施例中驱动信号是一组脉冲，不过，驱动信号也可以是一组三角波或一组正弦波。当触摸屏被驱动电极距离主动式电容笔导电笔尖比较远，导电笔尖耦合到的触摸屏驱动信号强度比较弱，主动式电容笔检测不到触摸屏驱动信号。当触摸屏控制器驱动导电笔尖附近的触摸屏驱动电极时，导电笔尖就能耦合到相对比较强的触摸屏驱动信号，再经过电容C (图3)把信号耦合到主动式电容笔信号处理模块30的输入端，也就是检测电路301的输入端，当检测电路301检测到触摸屏驱动信号就会把检测结果输出到主动式电容笔信号处理模块的控制电路302，控制电路302就会控制反馈驱动电路303向触摸屏发出反馈驱动信号(如图5a，第三、四波形)。
[0044]图5a中的第二波形是触摸屏一组驱动信号其中的一个触摸屏驱动信号。这一个触摸屏驱动信号包括一个高电平和一个低电平。当触摸屏驱动信号在h由低电平上升到高电平时，触摸屏驱动电极通过触摸屏驱动电极和触摸屏检测电极之间的耦合电容对所有触摸屏检测电极做了一次正向充电，也就是触摸屏检测电极的电压被拉高。当驱动信号在t3由高电平下降到低电平时，触摸屏驱动电极对所有触摸屏检测电极做了一次反向充电，也就是触摸屏检测电极的电压被拉低。触摸屏检测电极在每次正向或反向冲电之后就会开始放电。触摸屏控制器就会检测检测电极的放电情况判断驱动电极与检测电极之间的耦合电容有没有变化，以进一步判断附近有没有导电物。
[0045]图5a的第三、四波形为第二波形的触摸屏驱动信号对应的主动电容笔的反馈驱动信号。如第三、四波形显示，主动式电容笔的信号处理模块开始时是处于检测状态，此时，反馈驱动电路303的输出是高抗阻，导电笔尖处于悬空状态，方便导电笔尖感应触摸屏控制器对触摸屏驱动电极发出的驱动信号。当主动式电容笔的检测电路301检测到触摸屏驱动信号的上升沿之后Utl),检测电路301输出信号通知控制电路302检测到触摸屏驱动信号的上升沿。控制电路302随之控制主动式电容笔进入反馈驱动状态。控制电路302根据设定，在一定延迟U1)之后结束反馈驱动电路303的高抗阻输出，以一定的下降延迟U1到七2)向触摸屏发出正相(如图5a，第三波形)或反相(如图5a，第四波形)的反馈驱动信号。反馈驱动的开始时间(图5a，A)，结束时间(图5a，t2)，上升沿或下降沿的延迟(图5a，I1到t2)，和反馈驱动信号的电压也可以根据设定调整。整个主动式电容笔对触摸屏的反馈驱动过程会在触摸屏驱动信号的下一个下降沿(图5a，t3)之前结束。主动式电容笔会再次进入检测状态。从h到t3，主动式电容笔的信号处理模块30完成一个检测与反馈驱动周期。
[0046]主动式电容笔的反馈驱动信号的强弱可以通过调整反馈驱动开始和结束的时间，反馈驱动信号上升沿和下降沿的延迟，反馈驱动信号的电压来实现，或同一个检测与反馈驱动周期里面上升沿和下降沿之间的延迟，或同一个检测与反馈驱动周期里面下降沿和上升沿之间的延迟。
[0047]在图5b中，如图5b的第三，四波形显示，主动式电容笔的信号处理模块开始时是处于检测状态，此时，反馈驱动电路303的输出是高抗阻，导电笔尖处于悬空状态，方便导电笔尖感应触摸屏控制器对触摸屏驱动电极发出的驱动信号。当主动式电容笔的检测电路301检测到触摸屏驱动信号的上升沿之后(tj，检测电路301输出信号通知控制电路302检测到触摸屏驱动信号的上升沿。控制电路302随之控制主动式电容笔进入反馈驱动状态。控制电路302根据设定，在一定延迟U1)之后结束反馈驱动电路303的高抗阻输出，以一定的上升或下降延迟向触摸屏发出N个与检测到的上升沿或下降沿同相的上升沿或下降沿，和N+1个与检测到的上升沿或下降沿反相的上升沿或下降沿(如图5b，第四波形)。反馈驱动信号的强度可以透过设定调整t2，t3和t4。整个反馈驱动的过程会在触摸屏驱动信号的下一个下降沿(图5b，t5)之前结束。主动式电容笔会再次进入检测状态。从，主动式电容笔的信号处理模块303完成一个检测与反馈驱动周期。
[0048]图5c显示另外一种触摸屏驱动信号。图5c第一波形显示一组触摸屏驱动波形，第二波形显示的是一个触摸屏驱动信号的波形。这一个触摸屏驱动信号的波形也有高电平和低电平，不过触摸屏控制器不像图5a和图5b那样在一个触摸屏驱动波形期间，高电平和低电平时，各通过耦合电容对检测电极做一次充电，而是在一个驱动波形期间通过开关只对检测电极做一次正向或反向充电。在使用主动式电容笔时，主动式电容笔靠近或触碰触摸屏，当触摸屏控制器驱动导电笔尖附近的驱动电极时，导电笔尖就能耦合到触摸屏驱动信号。主动式电容笔的控制电路302根据设定，在一定延迟(图5c，h)之后结束反馈驱动电路303的高抗阻输出，以一定的下降延迟(图5c，tl到t2)向触摸屏发出反相(如图5c，第三波形)或以一定的上升延迟(图5c，tl到t2)向触摸屏发出正相(如图5c，第四波形)的反馈驱动信号。反馈驱动的开始时间(图5c，tl)，结束时间(图5c，t4)，和反馈驱动信号的电压可以根据设定调整。整个反馈驱动的过程会在触摸屏下一个驱动信号的上升沿(图5c，t5)到来之前结束。主动式电容笔会再次进入检测状态。从&到15，主动式电容笔的信号处理模块完成一个检测与反馈驱动周期。
[0049]图6为本发明一种主动式电容笔之第二较佳实施例的内部示意图。如图6所示，在本发明之第二较佳实施例中，本发明之主动式电容笔包括:检测电极601、驱动电极602及信号处理模块603 ;检测电极601用于感应触摸屏发射的触摸屏驱动信号并传送至信号处理模块603 ;信号处理模块603用于处理检测电极601接收的触摸屏驱动信号并产生同步的反馈驱动信号；反馈驱动信号由驱动电极602向触摸屏发射，在触摸屏定位算法配合下实现精确定位，在本实施例中，驱动电极为导电笔尖，检测电极601可以是导电笔头，或导电笔身，或电线，或线路板印刷线，由于信号处理模块603与第一较佳实施例中的信号处理模块结构功能相同，在此不予赘述。
[0050]图7为本发明一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法之第一较佳实施例的步骤流程图。如图7所示，本发明一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法，包括如下步骤:
[0051]步骤701，主动式电容笔于一个检测与反馈驱动周期的检测周期通过检测电极检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号；
[0052]步骤702，在检测到所述触摸屏驱动信号之后，主动式电容笔通过驱动电极向所述触摸屏发出反馈驱动信号进入该检测与反馈驱动周期的反馈驱动周期。反馈驱动信号的强弱可通过调整反馈驱动信号的开始和结束时间或反馈驱动信号上升沿和下降沿的延迟或反馈驱动信号的电压来实现，或通过同一个检测与反馈驱动周期里面上升沿和下降沿之间的延迟，或同一个检测与反馈驱动周期里面下降沿和上升沿之间的延迟来实现。反馈驱动周期在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿之前结束，在反馈驱动期间主动电容笔的检测电路的输出被忽略。[0053]上述检测与反馈驱动的过程可继续参照图5a的时序图。由于图5a的时序已在之前详细说明，在此不予赘述。
[0054]作为本发明一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法的第二较佳实施例，于步骤702中，在检测到所述触摸屏驱动信号之后，主动式电容笔通过驱动电极向所述触摸屏发出反馈驱动信号进入反馈驱动周期，该反馈驱动信号为跟触摸屏驱动信号反相或同相的一个上升沿或下降沿，或N个触摸屏驱动信号同相加N+1个触摸屏驱动信号反相的上升沿或下降沿，或N个触摸屏驱动信号反相加N+1个触摸屏驱动信号同相的上升沿或下降沿，其中，N是自然数，在反馈驱动期间该主动电容笔的检测电路的输出被忽略。具体时序如图5b所示。
[0055]在步骤702中，若在一个检测与反馈驱动周期内，反馈驱动信号包含超过一个上升沿或下降沿，反馈驱动信号的强度调整通过上升沿和下降沿之间的延迟、或下降沿和上升沿之间的延迟来实现，反馈驱动信号在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿之前结束。
[0056]综上所述，本发明一种主动式电容笔及其触控检测和驱动的方法,通过将检测电路及反馈驱动电路于时序上分开，有效避免信号处理模块形成闭环回路而产生自激振荡，其不仅可以精确定位主动式电容笔导电笔尖的位置，而且更容易分辨导电物是手指或主动式电容笔，同时，本发明之主动式电容笔还可以根据设定传递不同强度的反馈驱动信号。
[0057]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【权利要求】
1.一种主动式电容笔，其特征在于:所述主动式电容笔包括导电笔尖、信号处理模块及一电容，所述导电笔尖用于检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号并发射所述信号处理模块输出的反馈驱动信号；所述信号处理模块用于处理所述导电笔尖接收到的所述触摸屏驱动信号并产生同步的反馈驱动信号；所述电容设置于所述导电笔尖与所述信号处理模块之间，于检测时，所述电容用于耦合所述导电笔尖获取的所述触摸屏驱动信号到所述信号处理模块的输入端，在反馈驱动所述触摸屏时，所述电容用来隔离所述反馈驱动信号。
2.如权利要求1所述的一种主动式电容笔，其特征在于，该信号处理模块包括: 检测电路，用于检测所述触摸屏发射的触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿； 控制电路，当所述检测电路检测到所述触摸屏驱动信号上升沿或下降沿时，控制所述信号处理模块由检测状态进入反馈驱动状态，根据设定调整所述反馈驱动信号的开始和结束时间或反馈驱动信号上升沿与下降沿的延迟或反馈驱动信号的电压，所述反馈驱动信号在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿到来之前结束，令所述信号处理模块由驱动状态再次进入检测状态； 反馈驱动电路，该电路采用三态输出，在检测时，其输出为高抗阻使所述导电笔尖处于悬空状态，在反馈驱动时，在所述控制电路控制下将所述反馈驱动信号传送至所述导电笔尖实现对所述触摸屏的反馈驱动。
3.如权利要求2所述的一种主动式电容笔,其特征在于:所述信号处理模块还包括一保护电路，所述保护电路由两个或多个反相并联的二极管组成，其一端接固定偏压，另一端接所述检测电路的输入端。
4.如权利要求2所述的一种主动式电容笔，其特征在于:所述主动式电容笔还包括一辅助检测电极，所述辅助检测电极设置于所述信号处理模块的输入端，以增强对所述触摸屏驱动信号的检测能力。
5.一种主动式电容笔的触控检`测和反馈驱动的方法，包括如下步骤: 步骤一，主动式电容笔于一个检测与反馈驱动周期的检测周期通过检测电极检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号； 步骤二，在检测到所述触摸屏驱动信号之后，所述主动式电容笔通过驱动电极向所述触摸屏发出反馈驱动信号进入所述检测与反馈驱动周期的反馈驱动周期，所述反馈驱动信号的强弱通过调整反馈驱动信号的开始和结束时间或反馈驱动信号上升沿和下降沿的延迟或反馈驱动信号的电压来实现，或通过同一个检测与反馈驱动周期里面上升沿和下降沿之间的延迟，或同一个检测与反馈驱动周期里面下降沿和上升沿之间的延迟来实现，所述反馈驱动周期在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿之前结束，在反馈驱动期间所述主动电容笔的检测电路的输出被忽略。
6.一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法，包括如下步骤: 步骤一，主动式电容笔于一个检测与反馈驱动周期的检测周期通过检测电极检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号； 步骤二，在检测到所述触摸屏驱动信号之后，所述主动式电容笔通过驱动电极向所述触摸屏发出反馈驱动信号进入所述检测与反馈驱动周期的反馈驱动周期，所述反馈驱动信号为跟所述触摸屏驱动信号反相或同相的一个上升沿或下降沿，或N个所述触摸屏驱动信号同相加N+1个所述触摸屏驱动信号反相的上升沿或下降沿，或N个所述触摸屏驱动信号反相加N+1个所述触摸屏驱动信号同相的上升沿或下降沿，所述N是自然数，所述反馈驱动周期在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿之前结束，在反馈驱动期间所述主动电容笔的检测电路的输出被忽略。
7.如权利要求6所述的一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法，其特征在于:若在一个检测与反馈驱动周期内，所述反馈驱动信号包含超过一个上升沿或下降沿，所述反馈驱动信号的强度调整通过上升沿和下降沿之间的延迟、或下降沿和上升沿之间的延迟来实现。
8.—种主动式电容笔，其特征在于:所述主动式电容笔包括检测电极、驱动电极及信号处理模块；所述检测电极用于感应触摸屏发射的触摸屏驱动信号并传送至所述信号处理模块；所述信号处理模块用于处理该检测电极接收的触摸屏驱动信号并产生同步的反馈驱动信号；所述反馈驱动信号由所述驱动电极向所述触摸屏发射，在触摸屏定位算法配合下实现精确定位，所述驱动电极为导电笔尖，所述检测电极利用导电笔头或导电笔身或金属线或线路板印刷线制成。
【文档编号】G06F3/0354GK103729073SQ201310713635
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】张剑峰, 周锡田 申请人:艾攀科技有限公司, 上海义上信息科技有限公司
【专利摘要】本发明公开了一种主动式电容笔及其触控检测和反馈驱动的方法，所述主动式电容笔包括导电笔尖、信号处理模块及一电容，所述导电笔尖用于检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号并发射所述信号处理模块输出的反馈驱动信号；所述信号处理模块用于处理所述导电笔尖接收到的所述触摸屏驱动信号并产生同步的反馈驱动信号；所述电容设置于所述导电笔尖与所述信号处理模块之间，于检测时，所述电容用于耦合所述导电笔尖获取的所述触摸屏驱动信号到所述信号处理模块的输入端，在反馈驱动所述触摸屏时，所述电容用来隔离所述反馈驱动信号，通过本发明，实现了精确定位主动式电容笔导电笔尖位置的目的。
【专利说明】主动式电容笔及其触控检测和反馈驱动的方法
【技术领域】
[0001]本发明关于一种在触摸屏上使用的输入装置，特别是涉及一种主动式电容笔及其触控检测和反馈驱动方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展和进步，用户对手机和平板电脑的输入方式要求越来越高，已经不满足于传统的键盘输入，逐渐倾向于便捷的触控输入，目前市面上触控输入设备主要是电阻屏和电容屏。电容屏具备灵敏度高及易实现多点触控的优点，其正逐渐替代电阻屏成为主流触控输入屏，其分为表面电容式和投射电容式两种。投射式电容屏分互电容(mutualcapacitive)和自电容(self capacitive)两种，互电容式触摸屏包含两组垂直的电极阵和一触摸屏控制器，其一电极阵作为驱动电极，另一电极阵为检测电极，电极之间形成互电容，电极对地形成自电容，驱动电极在触摸屏控制器的驱动模块的驱动下发射触摸屏驱动信号，检测电极接收上述触摸屏驱动信号，当接地的导电物(手指等)靠近电容屏时，影响驱动电极和检测电极之间的互电容的值,检测电极通过检测该电容变化来实现触控定位；自电容式触摸屏所有电极同时是驱动电极也是检测电极，触摸屏控制器会驱动一条电极，跟着检测该条电极的电容值变化来判断附近有没有接地的导电物；表面电容式触摸屏电极从四角引出，其基本原理也是检测导体靠近时的电容变化来感知触控点位置信息。
[0003]触控笔按是否使用电源分无源触控笔和有源触控笔。无源触控笔是简单地用导电物(导体或导电橡胶等)模拟人类手指，在笔尖和触摸屏驱动导电条之间形成一个电容，以便影响触摸屏的检测结果，但无源触控笔缺点是笔尖比较大(往往大于2mm)。
[0004]主动式电容笔内部有信号处理模块，会主动探测触摸屏的驱动信号，其导电笔尖可以很细，就像示波器的探头一样，将信号耦合到主动式电容笔内部的信号处理模块处理后输出。有源触控笔也有两种:电感笔(EMR)和主动式电容笔。电感笔(EMR)需要在触摸屏上加一层电感感应屏幕或传感器(Sensor)，需要额外的硬件才能实现书写功能，不仅厚度增加，成本也增加，当然工业设计更难看，而且不能使用在现有市场上的只有传统触摸屏的产品上；主动式电容笔，不需要电感感应屏幕或传感器Sensor，不增加屏厚，可以直接使用在现有市场上的触摸屏。
[0005]美国专利US20120154340 “ACTIVE STYLUS FOR USE WITH TOUCH-SENSITIVEINTERFACES AND CORRESPONDING METHOD” 和 US20130002606 “STYLUS AND STYLUSCIRCUITRY FOR CAPACITIVE TOUCH SCREENS”各揭示了一种主动式电容笔，两专利均采用检测电极和驱动电极分开的设计，具有如下缺点:
[0006]缺点之一，一般人书写都会适当的倾斜笔身以符合使用者的书写习惯。美国专利US20120154340和US20130002606是用比较大的笔头或笔身发射反馈驱动信号，而且笔头或笔身跟触摸屏会有一定的距离，当使用者倾斜主动式电容笔笔身，反馈驱动信号在触摸屏上的强度分布就不会以笔尖为中心，而会偏向笔身比较靠近触摸屏的那一边。这种偏差是没有办法用后续的算法做矫正。因为触摸屏控制器或主机根本没法知道主动式电容笔笔身倾斜的幅度；
[0007]缺点之二，美国专利US20120154340和US20130002606都是采用检测电极和驱动电极分开的设计，而且检测和发射反馈驱动是同时进行的，如果没有在两极之间做很好的隔离，发射的驱动反馈信号会耦合到检测电极引起震荡。
【发明内容】
[0008]为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种主动式电容笔及其触控检测和驱动方法，其不仅可精确定位主动式电容笔导电笔尖的位置，且可容易分辨导电物是手指或主动式电容笔。
[0009]本发明之另一目的在于提供一种主动式电容笔及其触控检测和驱动方法，该主动式电容笔可以根据设定传递不同强度的反馈驱动信号。
[0010]为达上述及其它目的，在本发明之一较佳实施例中，本发明提出一种主动式电容笔，包括导电笔尖、信号处理模块及一电容，所述导电笔尖用于检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号并发射所述信号处理模块输出的反馈驱动信号；所述信号处理模块用于处理所述导电笔尖接收到的所述触摸屏驱动信号并产生同步的反馈驱动信号；所述电容设置于所述导电笔尖与所述信号处理模块之间，于检测时，所述电容用于耦合所述导电笔尖获取的所述触摸屏驱动信号到所述信号处理模块的输入端，在反馈驱动所述触摸屏时，所述电容用来隔离所述反馈驱动信号。
[0011]进一步地，该信号处理模块包括:
[0012]检测电路，用于检测所述触摸屏发射的触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿；
[0013]控制电路，当所述检测电路检测到所述触摸屏驱动信号上升沿或下降沿时，控制所述信号处理模块由检测状态进入反馈驱动状态，根据设定调整所述反馈驱动信号的开始和结束时间或反馈驱动信号上升沿与下降沿的延迟或反馈驱动信号的电压，所述反馈驱动信号在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿到来之前结束，令所述信号处理模块由驱动状态再次进入检测状态；
[0014]反馈驱动电路，该模块采用三态输出，在检测时，其输出为高抗阻使所述导电笔尖处于悬空状态，在驱动时，在所述控制模块控制下将所述反馈驱动信号传送至所述导电笔尖实现对所述触摸屏的反馈驱动。
[0015]进一步地，所述信号处理模块还包括一保护电路，所述保护电路由两个或多个反相并联的二极管组成，其一端接固定偏压，另一端接所述检测电路的输入端
[0016]进一步地，所述主动式电容笔还包括一辅助检测电极，所述辅助检测电极设置于所述信号处理模块的输入端，以增强对所述触摸屏驱动信号的检测能力。
[0017]为达到上述目的，本发明提供一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法，包括如下步骤:
[0018]步骤一，主动式电容笔于一个检测与反馈驱动周期的检测周期通过检测电极检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号；
[0019]步骤二，在检测到所述触摸屏驱动信号之后，所述主动式电容笔通过驱动电极向所述触摸屏发出反馈驱动信号进入所述检测与反馈驱动周期的反馈驱动周期，所述反馈驱动信号的强弱通过调整反馈驱动信号的开始和结束时间或反馈驱动信号上升沿和下降沿的延迟或反馈驱动信号的电压来实现，或通过同一个检测与反馈驱动周期里面上升沿和下降沿之间的延迟，或同一个检测与反馈驱动周期里面下降沿和上升沿之间的延迟来实现，所述反馈驱动周期在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿之前结束，在反馈驱动期间所述主动电容笔的检测电路的输出被忽略。
[0020]为达到上述目的，本发明还提供一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法，包括如下步骤:
[0021]步骤一，主动式电容笔于一个检测与反馈驱动周期的检测周期通过检测电极检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号；
[0022]步骤二，在检测到所述触摸屏驱动信号之后，所述主动式电容笔通过驱动电极向所述触摸屏发出反馈驱动信号进入所述检测与反馈驱动周期的反馈驱动周期，所述反馈驱动信号为跟所述触摸屏驱动信号反相或同相的一个上升沿或下降沿，或N个所述触摸屏驱动信号同相加N+1个所述触摸屏驱动信号反相的上升沿或下降沿，或N个所述触摸屏驱动信号反相加N+1个所述触摸屏驱动信号同相的上升沿或下降沿，所述N是自然数，所述反馈驱动周期在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿之前结束，在反馈驱动期间所述主动电容笔的检测电路的输出被忽略。
[0023]进一步地，若在一个检测与反馈驱动周期内，所述反馈驱动信号包含超过一个上升沿或下降沿，所述反馈驱动信号的强度调整通过上升沿和下降沿之间的延迟、或下降沿和上升沿之间的延迟来实现。
[0024]在本发明之另一较佳实施例中，本发明提供一种主动式电容笔，所述主动式电容笔包括检测电极、驱动电极及信号处理模块；所述检测电极用于感应触摸屏发射的触摸屏驱动信号并传送至所述信号处理模块；所述信号处理模块用于处理该检测电极接收的触摸屏驱动信号并产生同步的反馈驱动信号；所述反馈驱动信号由所述驱动电极向所述触摸屏发射，在触摸屏定位算法配合下实现精确定位，所述驱动电极为导电笔尖，所述检测电极利用导电笔头或导电笔身或金属线或线路板印刷线制成。
[0025]与现有技术相比，本发明一种主动式电容笔及其触控检测和驱动的方法，通过将检测电路及反馈驱动电路于时序上分开，有效避免信号处理模块形成闭环回路而产生自激振荡，其不仅可以精确定位主动式电容笔导电笔尖的位置，而且更容易分辨导电物是手指或主动式电容笔，同时，本发明之主动式电容笔还可以根据设定传递不同强度的反馈驱动信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为常见的触摸屏系统的结构示意图；
[0027]图2为本发明所应用之主动式电容笔的总体结构图；
[0028]图3为本发明一种主动式电容笔之第一较佳实施例的结构不意图；
[0029]图4为本发明第一较佳实施例中信号处理模块的基本架构图；
[0030]图5a至图5c为本发明较佳实施例中触摸屏驱动信号与反馈驱动信号的时序图；
[0031]图6为本发明一种主动式电容笔之第二较佳实施例的内部示意图；
[0032]图7为本发明一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动方法的步骤流程图。【具体实施方式】
[0033]以下通过特定的具体实例并结合【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0034]在说明本发明之前，先简单说明下触摸屏的工作原理。图1为常见的触摸屏系统的结构示意图。触摸屏系统包括触摸屏、触摸屏控制器及主机。触摸屏包括有多条X轴方向导电条和多条Y轴方向导电条，一般情况X轴跟Y轴是垂直的。X轴的导电条跟Y轴导电条相交的地方形成互电容(mutual capacitor)阵列。当等效接地的导电物，比如人类手指，接近或触碰触摸屏时，就会改变导电物附近的互电容的电容值，透过检测这些互电容陈列每一个互电容的电容值变化，就可以通过算法计算出等效接地的导电物在触摸屏上的位置。
[0035]本发明同时适用于互电容式和自电容式触摸屏，以互电容式触摸屏为例，互电容式触摸屏控制器会发出触摸屏驱动信号会逐一驱动驱动电极，驱动电极可以是X轴或Y轴导电条，触摸屏驱动信号可以是一组脉冲(pulse train)或一组正弦波或一组三角波形，等等(图1中只显示一组脉冲波形)，一组脉冲包含多个脉冲。没有被驱动的另一个轴的导电条都是检测电极。当一条驱动电极被触摸屏控制器驱动时，驱动信号会透过驱动电极跟检测电极之间的互电容耦合到检测电极。如果有导电物接触或靠近驱动电极和检测电极的话，就会改变驱动电极和检测电极之间的互电容的电容值。触摸屏控制器透过检测互电容陈列的每一个互电容的电容值再跟没有导电物接触或靠近时的电容值比较，就能得出电容值变化影像。电容值变化影像可以传给主机用算法计算出导电物的位置。
[0036]图2为本发明所应用之主动式电容笔的总体结构图，如图2所示，本发明所应用之主动式电容笔包括笔尖、笔头及笔身。图3为本发明一种主动式电容笔之第一较佳实施例的结构示意图，图4为本发明第一较佳实施例中信号处理模块的基本架构图。如图3及图4所示，本发明一种主动式电容笔，除电源(本发明较佳实施例中为电池)外，至少还包括:导电笔尖10、笔身、埋藏在笔身内的信号处理模块30以及一电容C。
[0037]其中，导电笔尖10与笔身采用机械式接触性连接，其作用一是作为点击触摸屏目的区域的工具，二是作为耦合装置检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号和发送信号处理模块30输出的反馈驱动信号，即，导电笔尖既作为检测电极又作为驱动电极；信号处理模块30用于处理导电笔尖10接收的触摸屏驱动信号并生成同步的反馈驱动信号，于检测阶段接收触摸屏的触摸屏驱动信号，并于驱动阶段发送经过处理的反馈驱动信号；电容C设置于导电笔尖10与信号处理模块30之间，于检测时，电容C用于耦合导电笔尖10获取的触摸屏驱动信号到信号处理模块30的输入端，在反馈驱动触摸屏时，电容C用来隔离反馈驱动信号。
[0038]信号处理模块30包含检测电路301、控制电路302及反馈驱动电路303。检测电路301用于检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿；控制电路302，当检测电路301检测到触摸屏驱动信号上升沿或下降沿时，控制电路302控制信号处理模块由检测状态进入反馈驱动状态，根据设定调整反馈驱动信号的开始和结束时间或反馈驱动信号上升沿与下降沿的延迟或反馈驱动信号的电压，使反馈驱动信号在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿到来之前结束，令信号处理模块30由驱动状态再次进入检测状态；反馈驱动电路303采用三态输出，在检测时，其输出为高抗阻使导电笔尖10处于悬空状态，在驱动时，在控制电路302控制下将反馈驱动信号传送至导电笔尖10实现对触摸屏的反馈驱动。
[0039]工作时，触摸屏控制器会逐行扫描触摸屏的驱动电极，每扫描一行触摸屏的驱动电极，控制器会向触摸屏的驱动电极发出一组脉冲。主动式电容笔之导电笔尖10会与触摸屏上的每条检测电极之间形成耦合电容。触摸屏的驱动电极距离导电笔尖越近，导电笔尖和触摸屏的检测极之间的耦合电容值就越大。当触摸屏控制器扫描距离导电笔尖10比较近的驱动电极时，导电笔尖10就能耦合到足够强度的触摸屏驱动信号，该信号会经过电容C耦合到主动式电容笔信号处理模块30的输入端，信号处理模块30就会根据设定调整反馈驱动信号的强度。主动式电容笔的反馈驱动信号透过导电笔尖10跟触摸屏上的检测电极之间的耦合电容把反馈驱动信号耦合到触摸屏的检测电极。为了耦合足够强度的信号到触摸屏的检测电极，反馈驱动信号有时需要高压，比如15v，相应地电容C也需要耐压达到15v。图3中的电容C可以是内置芯片里面或者外置在芯片外面。由于电容不会隔离交流信号，当导电笔尖的电压向上升的时候，电容的另一端，即信号处理模块30的输入端的电压也会跟随上升，为了防止高压把信号处理模块的输入端的电路烧毁，在本发明之较佳实施例中，在信号处理模块30的输入端增加保护电路305，该保护电路305可以由两个或多个反相并联的二极管组成，其一端接固定偏压Vref，Vref—般设置为模拟电路电源电压的一半左右(如电源电压为5V，则Vref大约2.5v±l.5v)，另一端接该检测电路301的输入端，以使在高压反馈驱动信号到来时，在该检测电路301的输入端电压就会被限制在Vref 土Vd，Vd为二极管阀值。另外，为了加强主动式电容笔检测触摸屏驱动信号，可以在信号处理模块的输入端选择性添加辅助检测电极50。辅助检测电极50可以是导电笔头，或者是导电笔身，或者是线路板印刷线，或者是导电金属线。
[0040]以下具体说明信号处理模块的工作原理:当信号处理模块30处于检测状态时，检测电路301会检测信号处理模块30的输入端的电压，当检测电路301检测到触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿时输出信号给控制电路302，当信号处理模块30处于检测状态时，反馈驱动电路303的输出是高抗阻，导电笔尖10处于悬空状态，以便导电笔尖10耦合来自触摸屏的驱动信号，主动式电容笔的控制电路302收到检测电路301的输出，控制电路302会控制信号处理模块30进入反馈驱动状态；在反馈驱动状态时，检测电路301的输出会被控制电路302忽略，反馈驱动电路303会结束高抗阻输出，控制电路302会根据设定输出调整反馈驱动信号的强度，在本发明较佳实施例中，控制电路302采用以下方法调整反馈驱动信号的强度:改变驱动信号开始和结束的时间，改变反馈驱动信号的上升沿或下降沿的延迟，改变反馈驱动信号的电压，改变上升沿和下降沿之间的延迟，或下降沿和上升沿之间的延迟，主动式电容笔反馈驱动会在下一个触摸屏驱动信号到来之前结束，信号处理模块30会回到开始的检测状态。
[0041]一个完整的主动式电容笔应该可以让触摸屏准确定位导电笔尖的在触摸屏上的位置，分辨导电物是电容笔或手指。
[0042]图5a至图5c为本发明较佳实施例中触摸屏驱动信号与主动式电容笔反馈驱动信号的时序图。以下将配合图5a至图5c对主动式电容笔信号处理模块的检测及反馈驱动过程作一详细说明。[0043]如图5a，主动式电容笔在使用时靠近或触碰触摸屏，触摸屏控制器逐条扫描触摸屏驱动电极，每驱动一条触摸屏驱动电极，触摸屏控制器会发出一组触摸屏驱动信号(如图5a，第一波形)，在本实施例中驱动信号是一组脉冲，不过，驱动信号也可以是一组三角波或一组正弦波。当触摸屏被驱动电极距离主动式电容笔导电笔尖比较远，导电笔尖耦合到的触摸屏驱动信号强度比较弱，主动式电容笔检测不到触摸屏驱动信号。当触摸屏控制器驱动导电笔尖附近的触摸屏驱动电极时，导电笔尖就能耦合到相对比较强的触摸屏驱动信号，再经过电容C (图3)把信号耦合到主动式电容笔信号处理模块30的输入端，也就是检测电路301的输入端，当检测电路301检测到触摸屏驱动信号就会把检测结果输出到主动式电容笔信号处理模块的控制电路302，控制电路302就会控制反馈驱动电路303向触摸屏发出反馈驱动信号(如图5a，第三、四波形)。
[0044]图5a中的第二波形是触摸屏一组驱动信号其中的一个触摸屏驱动信号。这一个触摸屏驱动信号包括一个高电平和一个低电平。当触摸屏驱动信号在h由低电平上升到高电平时，触摸屏驱动电极通过触摸屏驱动电极和触摸屏检测电极之间的耦合电容对所有触摸屏检测电极做了一次正向充电，也就是触摸屏检测电极的电压被拉高。当驱动信号在t3由高电平下降到低电平时，触摸屏驱动电极对所有触摸屏检测电极做了一次反向充电，也就是触摸屏检测电极的电压被拉低。触摸屏检测电极在每次正向或反向冲电之后就会开始放电。触摸屏控制器就会检测检测电极的放电情况判断驱动电极与检测电极之间的耦合电容有没有变化，以进一步判断附近有没有导电物。
[0045]图5a的第三、四波形为第二波形的触摸屏驱动信号对应的主动电容笔的反馈驱动信号。如第三、四波形显示，主动式电容笔的信号处理模块开始时是处于检测状态，此时，反馈驱动电路303的输出是高抗阻，导电笔尖处于悬空状态，方便导电笔尖感应触摸屏控制器对触摸屏驱动电极发出的驱动信号。当主动式电容笔的检测电路301检测到触摸屏驱动信号的上升沿之后Utl),检测电路301输出信号通知控制电路302检测到触摸屏驱动信号的上升沿。控制电路302随之控制主动式电容笔进入反馈驱动状态。控制电路302根据设定，在一定延迟U1)之后结束反馈驱动电路303的高抗阻输出，以一定的下降延迟U1到七2)向触摸屏发出正相(如图5a，第三波形)或反相(如图5a，第四波形)的反馈驱动信号。反馈驱动的开始时间(图5a，A)，结束时间(图5a，t2)，上升沿或下降沿的延迟(图5a，I1到t2)，和反馈驱动信号的电压也可以根据设定调整。整个主动式电容笔对触摸屏的反馈驱动过程会在触摸屏驱动信号的下一个下降沿(图5a，t3)之前结束。主动式电容笔会再次进入检测状态。从h到t3，主动式电容笔的信号处理模块30完成一个检测与反馈驱动周期。
[0046]主动式电容笔的反馈驱动信号的强弱可以通过调整反馈驱动开始和结束的时间，反馈驱动信号上升沿和下降沿的延迟，反馈驱动信号的电压来实现，或同一个检测与反馈驱动周期里面上升沿和下降沿之间的延迟，或同一个检测与反馈驱动周期里面下降沿和上升沿之间的延迟。
[0047]在图5b中，如图5b的第三，四波形显示，主动式电容笔的信号处理模块开始时是处于检测状态，此时，反馈驱动电路303的输出是高抗阻，导电笔尖处于悬空状态，方便导电笔尖感应触摸屏控制器对触摸屏驱动电极发出的驱动信号。当主动式电容笔的检测电路301检测到触摸屏驱动信号的上升沿之后(tj，检测电路301输出信号通知控制电路302检测到触摸屏驱动信号的上升沿。控制电路302随之控制主动式电容笔进入反馈驱动状态。控制电路302根据设定，在一定延迟U1)之后结束反馈驱动电路303的高抗阻输出，以一定的上升或下降延迟向触摸屏发出N个与检测到的上升沿或下降沿同相的上升沿或下降沿，和N+1个与检测到的上升沿或下降沿反相的上升沿或下降沿(如图5b，第四波形)。反馈驱动信号的强度可以透过设定调整t2，t3和t4。整个反馈驱动的过程会在触摸屏驱动信号的下一个下降沿(图5b，t5)之前结束。主动式电容笔会再次进入检测状态。从，主动式电容笔的信号处理模块303完成一个检测与反馈驱动周期。
[0048]图5c显示另外一种触摸屏驱动信号。图5c第一波形显示一组触摸屏驱动波形，第二波形显示的是一个触摸屏驱动信号的波形。这一个触摸屏驱动信号的波形也有高电平和低电平，不过触摸屏控制器不像图5a和图5b那样在一个触摸屏驱动波形期间，高电平和低电平时，各通过耦合电容对检测电极做一次充电，而是在一个驱动波形期间通过开关只对检测电极做一次正向或反向充电。在使用主动式电容笔时，主动式电容笔靠近或触碰触摸屏，当触摸屏控制器驱动导电笔尖附近的驱动电极时，导电笔尖就能耦合到触摸屏驱动信号。主动式电容笔的控制电路302根据设定，在一定延迟(图5c，h)之后结束反馈驱动电路303的高抗阻输出，以一定的下降延迟(图5c，tl到t2)向触摸屏发出反相(如图5c，第三波形)或以一定的上升延迟(图5c，tl到t2)向触摸屏发出正相(如图5c，第四波形)的反馈驱动信号。反馈驱动的开始时间(图5c，tl)，结束时间(图5c，t4)，和反馈驱动信号的电压可以根据设定调整。整个反馈驱动的过程会在触摸屏下一个驱动信号的上升沿(图5c，t5)到来之前结束。主动式电容笔会再次进入检测状态。从&到15，主动式电容笔的信号处理模块完成一个检测与反馈驱动周期。
[0049]图6为本发明一种主动式电容笔之第二较佳实施例的内部示意图。如图6所示，在本发明之第二较佳实施例中，本发明之主动式电容笔包括:检测电极601、驱动电极602及信号处理模块603 ;检测电极601用于感应触摸屏发射的触摸屏驱动信号并传送至信号处理模块603 ;信号处理模块603用于处理检测电极601接收的触摸屏驱动信号并产生同步的反馈驱动信号；反馈驱动信号由驱动电极602向触摸屏发射，在触摸屏定位算法配合下实现精确定位，在本实施例中，驱动电极为导电笔尖，检测电极601可以是导电笔头，或导电笔身，或电线，或线路板印刷线，由于信号处理模块603与第一较佳实施例中的信号处理模块结构功能相同，在此不予赘述。
[0050]图7为本发明一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法之第一较佳实施例的步骤流程图。如图7所示，本发明一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法，包括如下步骤:
[0051]步骤701，主动式电容笔于一个检测与反馈驱动周期的检测周期通过检测电极检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号；
[0052]步骤702，在检测到所述触摸屏驱动信号之后，主动式电容笔通过驱动电极向所述触摸屏发出反馈驱动信号进入该检测与反馈驱动周期的反馈驱动周期。反馈驱动信号的强弱可通过调整反馈驱动信号的开始和结束时间或反馈驱动信号上升沿和下降沿的延迟或反馈驱动信号的电压来实现，或通过同一个检测与反馈驱动周期里面上升沿和下降沿之间的延迟，或同一个检测与反馈驱动周期里面下降沿和上升沿之间的延迟来实现。反馈驱动周期在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿之前结束，在反馈驱动期间主动电容笔的检测电路的输出被忽略。[0053]上述检测与反馈驱动的过程可继续参照图5a的时序图。由于图5a的时序已在之前详细说明，在此不予赘述。
[0054]作为本发明一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法的第二较佳实施例，于步骤702中，在检测到所述触摸屏驱动信号之后，主动式电容笔通过驱动电极向所述触摸屏发出反馈驱动信号进入反馈驱动周期，该反馈驱动信号为跟触摸屏驱动信号反相或同相的一个上升沿或下降沿，或N个触摸屏驱动信号同相加N+1个触摸屏驱动信号反相的上升沿或下降沿，或N个触摸屏驱动信号反相加N+1个触摸屏驱动信号同相的上升沿或下降沿，其中，N是自然数，在反馈驱动期间该主动电容笔的检测电路的输出被忽略。具体时序如图5b所示。
[0055]在步骤702中，若在一个检测与反馈驱动周期内，反馈驱动信号包含超过一个上升沿或下降沿，反馈驱动信号的强度调整通过上升沿和下降沿之间的延迟、或下降沿和上升沿之间的延迟来实现，反馈驱动信号在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿之前结束。
[0056]综上所述，本发明一种主动式电容笔及其触控检测和驱动的方法,通过将检测电路及反馈驱动电路于时序上分开，有效避免信号处理模块形成闭环回路而产生自激振荡，其不仅可以精确定位主动式电容笔导电笔尖的位置，而且更容易分辨导电物是手指或主动式电容笔，同时，本发明之主动式电容笔还可以根据设定传递不同强度的反馈驱动信号。
[0057]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【权利要求】
1.一种主动式电容笔，其特征在于:所述主动式电容笔包括导电笔尖、信号处理模块及一电容，所述导电笔尖用于检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号并发射所述信号处理模块输出的反馈驱动信号；所述信号处理模块用于处理所述导电笔尖接收到的所述触摸屏驱动信号并产生同步的反馈驱动信号；所述电容设置于所述导电笔尖与所述信号处理模块之间，于检测时，所述电容用于耦合所述导电笔尖获取的所述触摸屏驱动信号到所述信号处理模块的输入端，在反馈驱动所述触摸屏时，所述电容用来隔离所述反馈驱动信号。
2.如权利要求1所述的一种主动式电容笔，其特征在于，该信号处理模块包括: 检测电路，用于检测所述触摸屏发射的触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿； 控制电路，当所述检测电路检测到所述触摸屏驱动信号上升沿或下降沿时，控制所述信号处理模块由检测状态进入反馈驱动状态，根据设定调整所述反馈驱动信号的开始和结束时间或反馈驱动信号上升沿与下降沿的延迟或反馈驱动信号的电压，所述反馈驱动信号在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿到来之前结束，令所述信号处理模块由驱动状态再次进入检测状态； 反馈驱动电路，该电路采用三态输出，在检测时，其输出为高抗阻使所述导电笔尖处于悬空状态，在反馈驱动时，在所述控制电路控制下将所述反馈驱动信号传送至所述导电笔尖实现对所述触摸屏的反馈驱动。
3.如权利要求2所述的一种主动式电容笔,其特征在于:所述信号处理模块还包括一保护电路，所述保护电路由两个或多个反相并联的二极管组成，其一端接固定偏压，另一端接所述检测电路的输入端。
4.如权利要求2所述的一种主动式电容笔，其特征在于:所述主动式电容笔还包括一辅助检测电极，所述辅助检测电极设置于所述信号处理模块的输入端，以增强对所述触摸屏驱动信号的检测能力。
5.一种主动式电容笔的触控检`测和反馈驱动的方法，包括如下步骤: 步骤一，主动式电容笔于一个检测与反馈驱动周期的检测周期通过检测电极检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号； 步骤二，在检测到所述触摸屏驱动信号之后，所述主动式电容笔通过驱动电极向所述触摸屏发出反馈驱动信号进入所述检测与反馈驱动周期的反馈驱动周期，所述反馈驱动信号的强弱通过调整反馈驱动信号的开始和结束时间或反馈驱动信号上升沿和下降沿的延迟或反馈驱动信号的电压来实现，或通过同一个检测与反馈驱动周期里面上升沿和下降沿之间的延迟，或同一个检测与反馈驱动周期里面下降沿和上升沿之间的延迟来实现，所述反馈驱动周期在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿之前结束，在反馈驱动期间所述主动电容笔的检测电路的输出被忽略。
6.一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法，包括如下步骤: 步骤一，主动式电容笔于一个检测与反馈驱动周期的检测周期通过检测电极检测触摸屏发射的触摸屏驱动信号； 步骤二，在检测到所述触摸屏驱动信号之后，所述主动式电容笔通过驱动电极向所述触摸屏发出反馈驱动信号进入所述检测与反馈驱动周期的反馈驱动周期，所述反馈驱动信号为跟所述触摸屏驱动信号反相或同相的一个上升沿或下降沿，或N个所述触摸屏驱动信号同相加N+1个所述触摸屏驱动信号反相的上升沿或下降沿，或N个所述触摸屏驱动信号反相加N+1个所述触摸屏驱动信号同相的上升沿或下降沿，所述N是自然数，所述反馈驱动周期在下一个触摸屏驱动信号的上升沿或下降沿之前结束，在反馈驱动期间所述主动电容笔的检测电路的输出被忽略。
7.如权利要求6所述的一种主动式电容笔的触控检测和反馈驱动的方法，其特征在于:若在一个检测与反馈驱动周期内，所述反馈驱动信号包含超过一个上升沿或下降沿，所述反馈驱动信号的强度调整通过上升沿和下降沿之间的延迟、或下降沿和上升沿之间的延迟来实现。
8.—种主动式电容笔，其特征在于:所述主动式电容笔包括检测电极、驱动电极及信号处理模块；所述检测电极用于感应触摸屏发射的触摸屏驱动信号并传送至所述信号处理模块；所述信号处理模块用于处理该检测电极接收的触摸屏驱动信号并产生同步的反馈驱动信号；所述反馈驱动信号由所述驱动电极向所述触摸屏发射，在触摸屏定位算法配合下实现精确定位，所述驱动电极为导电笔尖，所述检测电极利用导电笔头或导电笔身或金属线或线路板印刷线制成。
【文档编号】G06F3/0354GK103729073SQ201310713635
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】张剑峰, 周锡田 申请人:艾攀科技有限公司, 上海义上信息科技有限公司
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