双线圈无线无源电磁笔及其控制电路和控制方法与流程

本发明属于电磁笔技术领域，尤其涉及一种双线圈无线无源电磁笔及其控制电路和控制方法。

背景技术：

目前，传统的电磁手写笔的一般是用同一个感应线圈来接收信号和发射信号，其感应线圈要在接收信号和发射信号之间不断地切换，但是发射信号和接收信号来回切换的过程中容易导致发射信号不稳定、工作效率低、信号处理难度大以及抗干扰能力差。

因此，传统的技术方案中存在发射信号不稳定、工作效率低、信号处理难度大以及抗干扰能力差的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种双线圈无线无源电磁笔及其控制电路和控制方法，旨在解决传统的技术方案中存在的发射信号不稳定、工作效率低、信号处理难度大以及抗干扰能力差的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种双线圈无线无源电磁笔控制电路，包括：第一线圈，所述第一线圈设置为接收输入信号；第二线圈，所述第二线圈设置为发射输出信号；能量提取模块，所述能量提取模块与所述第一线圈连接，所述能量提取模块设置为从所述传输信号中提取能量并转换为直流电压；供电模块，所述供电模块与所述能量提取模块连接，所述供电模块设置为将所述直流电压转为目标电压；以及输出信号产生模块，所述输出信号产生模块与所述供电模块和所述第二线圈连接，所述输出信号产生模块设置为将所述目标电压转换为所述输出信号并通过所述第二线圈对外发射所述输出信号。

在一个实施例中，所述能量提取模块包括：谐振单元，所述谐振单元与所述第一线圈连接，所谐振单元设置为提取所述输入信号的能量并输出交流电；整流单元，所述整流单元的输入端与所述谐振单元连接，所述整流单元设置为将所述交流电转换为直流电；稳压单元，所述稳压单元的输入端与所述整流单元的输出端连接，所述稳压单元设置将所述直流电输出为恒定的直流电压；以及储能单元，所述储能单元的输入端与所述稳压单元的输出端连接，所述储能单元设置为储存所述稳压单元输出的所述直流电压。

在一个实施例中，所述谐振单元包括第一并联电容阵列，所述第一并联电容阵列的第一端与所述第一线圈的第一输出端连接，所述第一并联电容阵列的第二端与所述第一线圈的第二输出端连接。

在一个实施例中，所述整流单元包括第一二极管、第二二极管、第三二极管以及第四二极管，所述第一二极管的正极和所述第二二极管的正极共接于地，所述第一二极管的负极和所述第四二极管的正极共接作为所述整流单元的第一输入端，所述第四二极管的负极和所述第三二极管的负极共接作为所述整流单元的输出端，所述第二二极管的负极和所述第三二极管的正极共接作为所述整流单元的第二输入端。

在一个实施例中，所述稳压单元包括第二并联电容阵列、第一电阻、第二电阻、第五二极管以及第一开关管，所述第二并联电容阵列的第一端、所述第一电阻的第一端与所述第一开关管的输入端共接于所述整流单元的输出端，所述第二并联电容阵列的第二端、所述第五二极管的正极以及所述第二电阻的第一端共接于地，所述第五二极管的负极和所述第一电阻的第二端接于所述第一开关管的控制端，所述第一开关管的输出端和所述第二电阻的第二端共接作为所述稳压单元的输出端。

在一个实施例中，所述储能单元包括第三并联电容阵列，所述第三并联电容阵列的第一端与所述稳压单元的输出端连接，所述第三并联电容阵列的第二端接地。

在一个实施例中，所述供电模块包括：第一电感、电压转换芯片以及第四并联电容阵列，第一电感的第一端接于所述能量提取模块的输出端连接，所述第一电感的第二端与所述电压转换芯片的电源端连接，所述电压转换芯片的使能端与所述能量提取模块的输出端连接，所述电压转换芯片的输出端和所述第四并联电容阵列共接作为所述供电模块的输出端，所述电压转换芯片的反馈端和所述第四并联电容阵列共接于地。

在一个实施例中，所述输出信号产生模块包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二开关管以及第五并联电容阵列，所述第五并联电容阵列的第一端、所述第五电阻的第一端以及所述第一电容的第一端共接与所述供电模块的输出端和所述第二线圈的第一输入端，所述第五并联电容阵列的第二端和所述第二开关管的输入端和所述第三电容的第一端连接，所述第一电容的第二端接地，所述第五电阻的第二端、所述第六电阻的第一端、所述第二电容的第一端以及所述第二开关管的控制端共接，所述第三电阻的一端与所述第二开关管的输出端连接，所述第二电容的第二端、所述第六电阻的第二端、所述第四电阻的第二端以及所述第四电容的第二端共接于地，所述第四电阻的第一端、所述第四电容的第一端、所述第三电容的第二端以及所述第三电阻的第二端共接。

本发明实施例的第二方面提供了一种双线圈无线无源电磁笔，包括：笔芯；磁芯，所述磁芯与所述笔芯固定连接；弹性部件，所述弹性部件与所述笔芯和所述磁芯连接，所述弹性部件用以移动所述笔芯和所述磁芯；以及如上所述的双线圈无线无源电磁笔控制电路，所述第一线圈和所述第二线圈套设于所述磁芯。

本发明实施例的第三方面提供了一种双线圈无线无源电磁笔的控制方法，所述控制方法应用于双线圈无线无源电磁笔，所述双线圈无线无源电磁笔包括第一线圈和第二线圈，所述控制方法包括以下步骤：

通过所述第一线圈接收外界的输入信号；

获取所述输入信号的能量；

将所述能量转换为稳定的直流电压并储存；

将所述直流电压转换为预设的目标电压；

将所述目标电压转换为输出信号；

通过所述第二线圈向外发射所述输出信号。

上述的双线圈无线无源电磁笔控制电路，通过加入只用于接收输入信号的第一线圈和只用于发射输出信号的第二线圈，从而保证了发射信号和接收信号可以同时且互不干扰的进行，避免了需要不断来回切换发射信号和接收信号，从而解决了传统的技术方案中存在的发射信号不稳定、工作效率低、信号处理难度大以及抗干扰能力差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的双线圈无线无源电磁笔控制电路的电路示意图；

图2为图1所示的双线圈无线无源电磁笔控制电路中能量提取模块的示例电路原理图；

图3为图2所示的能量提取模块的谐振单元的示例电路原理图；

图4为图2所示的能量提取模块的整流单元的示例电路原理图；

图5为图2所示的能量提取模块的稳压单元的示例电路原理图；

图6为图2所示的能量提取模块的储能单元的示例电路原理图；

图7为图1所示的双线圈无线无源电磁笔控制电路中供电模块的示例电路原理图；

图8为图1所示的双线圈无线无源电磁笔控制电路中输出信号产生模块的示例电路原理图；

图9为本发明一实施例提供的双线圈无线无源电磁笔的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明第一实施例提供的双线圈无线无源电磁笔控制电路的电路示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

本实施例中的双线圈无线无源电磁笔控制电路，包括第一线圈40、第二线圈50、能量提取模块100、供电模块200以及输出信号产生模块300，第一线圈40与能量提取模块100连接，能量提取模块100的输出端与供电模块200连接，供电模块200的输出端与输出信号产生模块300连接，输出信号产生模块300与第二线圈50连接，第一线圈40设置为接收输入信号，第二线圈50设置为发射输出信号，能量提取模块100设置为从传输信号中提取能量并转换为直流电压，供电模块200设置为将直流电压转为目标电压，输出信号产生模块300设置为将目标电压转换为输出信号并通过给第二线圈50对外发射输出信号。

应理解，能量提取模块100可以由具备将线圈感应产生的信号转换为直流电压的一种或者多种组合功能的器件或者电路等构成；供电模块200可以具备直流电压转换功能的器件或者芯片等构成，例如dc-dc转换芯片；输出信号产生模块300可以由具备将在不外加激励信号，自行根据输入的电压而产生输出信号的电路或者芯片等构成，例如自激振荡电路。

为了便于理解，简述本实施例的双线圈无线无源电磁笔控制电路的工作原理如下：

步骤一：第一线圈40接收外界的输入信号，输入信号可以为高频功率信号；

步骤二：能量提取模块100通过与第一线圈40谐振等方式来获取能量，将能量通过整流、滤波等转换为稳定的直流电压并储存；

步骤三：供电模块200将能量提取模块100提供的直流电压转换为预设的目标电压并输出；

步骤四：输出信号产生模块300将所述目标电压转换为输出信号并通过第二线圈50向外发射输出信号，输出信号可以是一个不间断的、幅值稳定的、频率随压力变化的正弦波信号。

上述步骤中的外界可以为与电磁笔相互匹配的天线板，天线板发射出来的功率信号给到第一线圈40，天线板在接收到了双线圈无线无源电磁笔控制电路发出的输出信号后，天线板通过对信号进行放大积分等处理，并通过不同线圈接收到的不同信号强度计算电磁笔在天线板上的实际物理坐标，通过计算电磁笔发射的输出信号的频率计算电磁笔的真实压感，最后，天线板的上位机根据电磁笔在天线板上的实际物理坐标以及电磁笔的真实压感数据还原真实的笔迹，其中，电磁笔为包括有本实施例中的双线圈无线无源电磁笔控制电路的手写笔。

本实施例中的双线圈无线无源电磁笔控制电路，通过加入只用于接收输入信号的第一线圈40和只用于发射输出信号的第二线圈50，从而保证了发射信号和接收信号可以同时且互不干扰的进行，避免了需要不断来回切换发射信号和接收信号的过程，从而解决了传统的技术方案中存在的发射信号不稳定、工作效率低、信号处理难度大以及抗干扰能力差的问题。

请参阅图2，在一个实施例中，能量提取模块100包括：谐振单元110、整流单元120、稳压单元130以及储能单元140，谐振单元110与第一线圈40连接，整流单元120的输入端与谐振单元110连接，稳压单元130的输入端与整流单元120的输出端连接，储能单元140的输入端与稳压单元130的输出端连接，所谐振单元110设置为提取输入信号的能量并输出交流电，整流单元120设置为将交流电转换为直流电，稳压单元130设置将直流电输出为恒定的直流电压，储能单元140设置为储存稳压单元130输出的直流电压。

应理解，本实施例中的谐振单元110可以由电阻、电感以及电容之间的一种或者多种器件构成，例如串联谐振、并联谐振、lc谐振或者rlc谐振等；整流单元120可以为全桥整流或者半桥整流；稳压单元130可以采用具有稳压功能的元器件或者芯片等构成；储能单元140包括一个或者多个储能电容。

请参阅图3，在一个实施例中，谐振单元110包括第一并联电容阵列111，第一并联电容阵列111的第一端与第一线圈40的第一输出端连接，第一并联电容阵列111的第二端与第一线圈40的第二输出端连接。

应理解，第一并联电容阵列111包括至少一个电容，当第一并联电容阵列111包括两个以及两个以上的电容时，各个电容为并联模式；在图3中，本实施例中的第一并联电容阵列111主要包括了第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6以及第七电容c7，第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6以及第七电容c7可以为无极性电容，例如聚酯电容或者金属化聚丙烯电容；本实施例中的第一并联电容阵列111还包括了与第五电容c5串联的第一开关s1、与第六电容c6串联的第二开关s2以及与第七电容c7串联的第三开关s3，其中，各个开关可以根据不同电磁笔或者对应不同天线的同一电磁笔的实际谐振需求来选通。

请参阅图4，在一个实施例中，整流单元120包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3以及第四二极管d4，第一二极管d1的正极和第二二极管d2的正极共接于地，第一二极管d1的负极和第四二极管d4的正极共接作为整流单元120的第一输入端，第四二极管d4的负极和第三二极管d3的负极共接作为整流单元120的输出端，第二二极管d2的负极和第三二极管d3的正极共接作为整流单元120的第二输入端。

请参阅图5，在一个实施例中，稳压单元130包括第二并联电容阵列131、第一电阻r1、第二电阻r2、第五二极管d5以及第一开关管q1，第二并联电容阵列131的第一端、第一电阻r1的第一端与第一开关管q1的输入端共接于整流单元120的输出端，第二并联电容阵列131的第二端、第五二极管d5的正极以及第二电阻r2的第一端共接于地，第五二极管d5的负极和第一电阻r1的第二端接于第一开关管q1的控制端，第一开关管q1的输出端和第二电阻r2的第二端共接作为稳压单元130的输出端，应理解稳压单元130的输出端也为能量提取模块100的输出端。

本实施例中的第五二极管d5为稳压二极管，本实施例中的第一开关管q1为三极管，其中，第一开关管q1的输入端为三极管的集电极，第一开关管q1的控制端为三极管的基极，第一开关管q1的输出端为三极管的发射极；应理解，在其他实施例中，第一开关管q1可以为mos管或者igbt晶闸管等。

应理解，第二并联电容阵列131包括至少一个电容，当第二并联电容阵列131包括两个以及两个以上的电容时，各个电容为并联模式；在图5中，本实施例中的第二并联电容阵列131主要包括了第八电容c8、第九电容c9、第十电容c10以及第十一电容c11，第八电容c8、第九电容c9、第十电容c10以及第十一电容c11可以为滤波电容；本实施例中的第二并联电容阵列131还包括了与第九电容c9串联的第四开关s4、与第十电容c10串联的第五开关s5以及与第十一电容c11串联的第六开关s6，其中，各个开关可以根据整流单元120输出的直流电的滤波需求选通。

请参阅图6，在一个实施例中，储能单元140包括第三并联电容阵列141，第三并联电容阵列141的第一端与稳压单元130的输出端连接，第三并联电容阵列141的第二端接地，应理解，第三并联电容阵列141包括至少一个电容，当第三并联电容阵列141包括两个以及两个以上的电容时，各个电容为并联模式；在图6中，本实施例中的第三并联电容阵列141主要包括了第十二电容c12、第十三电容c13、第十四电容c14以及第十五电容c15，第十二电容c12、第十三电容c13、第十四电容c14以及第十五电容c15可以为储能电容；本实施例中的第三并联电容阵列141还包括了与第十三电容c13串联的第七开关s7、与第十四电容c14串联的第八开关s8以及与第十五电容c15串联的第九开关s9。

请参阅图7，在一个实施例中，供电模块200包括：第一电感l1、电压转换芯片u1以及第四并联电容阵列210，第一电感l1的第一端接于能量提取模块100的输出端连接，第一电感l1的第二端与电压转换芯片u1的电源端sw连接，电压转换芯片u1的使能端en与能量提取模块100的输出端连接，电压转换芯片u1的输出端out和第四并联电容阵列210共接作为供电模块200的输出端，电压转换芯片u1的反馈端fb和第四并联电容阵列210共接于地。

应理解，第四并联电容阵列210包括至少一个电容，当第四并联电容阵列210包括两个以及两个以上的电容时，各个电容为并联模式；在图7中，本实施例中的第四并联电容阵列210主要包括了第十六电容c16、第十七电容c17、第十八电容c18以及第十九电容c19，第十六电容c16、第十七电容c17、第十八电容c18以及第十九电容c19用以稳压、储能等；本实施例中的第四并联电容阵列210还包括了与第十七电容c17串联的第十开关、与第十八电容c18串联的第十一开关以及与第十九电容c19串联的第十二开关。

请参阅图8，在一个实施例中，输出信号产生模块300包括第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第二开关管q2以及第五并联电容阵列310，第五并联电容阵列310的第一端、第五电阻r5的第一端以及第一电容c1的第一端共接与供电模块200的输出端和第二线圈50的第一输入端，第五并联电容阵列310的第二端和第二开关管q2的输入端和第三电容c3的第一端连接，第一电容c1的第二端接地，第五电阻r5的第二端、第六电阻r6的第一端、第二电容c2的第一端以及第二开关管q2的控制端共接，第三电阻r3的一端与第二开关管q2的输出端连接，第二电容c2的第二端、第六电阻r6的第二端、第四电阻r4的第二端以及第四电容c4的第二端共接于地，第四电阻r4的第一端、第四电容c4的第一端、第三电容c3的第二端以及第三电阻r3的第二端共接。

本实施例中的第二开关管q2为三极管，其中，第二开关管q2的输入端为三极管的集电极，第二开关管q2的控制端为三极管的基极，第二开关管q2的输出端为三极管的发射极；应理解，在其他实施例中，第一开关管q1可以为其他具有放大功能的开关管。

应理解，第五并联电容阵列310包括至少一个电容，当第五并联电容阵列310包括两个以及两个以上的电容时，各个电容为并联模式；在图8中，本实施例中的第五并联电容阵列310主要包括了第二十电容c20、第二十一电容c21、第二十二电容c22以及第二十三电容c23；本实施例中的第五并联电容阵列310还包括了与第二十一电容c21串联的第十三开关s13、与第二十二电容c22串联的第十四开关s14以及与第二十三电容c23串联的第十五开关s15。

本实施中的输出信号产生模块300通过加入与第二线圈50并联的第五并联电容阵列310、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6以及第二开关管q2来组成一个具备振荡、放大、滤波以及反馈功能的电路，从而输出一个幅值跟频率比较稳定的输出信号。应理解，输出信号产生模块300的输出信号的频率与第二线圈50的等效电感的变化成比例变化。

请参阅图9，本发明实施例的第二方面提供了一种双线圈无线无源电磁笔，包括笔芯10、磁芯20、弹性部件30以及双线圈无线无源电磁笔控制电路；其中，双线圈无线无源电磁笔控制电路包括有第一线圈40、第二线圈50、能量提取模块100、供电模块200以及输出信号产生模块300，磁芯20与笔芯10固定连接，弹性部件30与笔芯10和磁芯20连接，第一线圈40和第二线圈50套设于磁芯20，弹性部件30用以移动笔芯10和磁芯20，弹性部件30可以为压力弹簧，能量提取模块100、供电模块200以及输出信号产生模块300可设于图9所述的控制板60上，能量提取模块100、供电模块200以及输出信号产生模块300的组成和功能如本发明实施例的第一方面，在此不做赘述。

在本实施例中，弹性部件30的伸缩会改变磁芯20与第二线圈50的相对位置，从而改变第二线圈50的等效电感，其中随着等效电感的变化与弹性部件30的压力变化成比例关系，同时输出信号产生模块300产生的输出信号的频率会随等效电感的变化率成比例变化，即第二线圈50对外发射的输出信号的频率与弹性部件30成比例关系，外界用以接收第二线圈50对外发射的输出信号的设备可以通过换算输出信号的频率来实时获知在使用双线圈无线无源电磁笔时的真实压感。

本发明实施例的第三方面提供了一种双线圈无线无源电磁笔的控制方法，该控制方法应用于双线圈无线无源电磁笔，所述双线圈无线无源电磁笔包括第一线圈和第二线圈，应理解，双线圈无线无源电磁笔可以包括本发明实施例的第一方面提供的双线圈无线无源电磁笔控制电路或者为本发明实施例的第二方面提供的双线圈无线无源电磁笔，该控制方法包括以下步骤：

步骤一：通过第一线圈接收外界的输入信号；

应理解，输入信号可以为功率信号，第一线圈可以为上述的第一线圈40。

步骤二：获取输入信号的能量；

应理解，可以通过谐振等方式来获取输入信号的能量，例如通过图3中的谐振单元110来获取输入信号的能量。

步骤三：将能量转换为稳定的直流电压并储存；

应理解，可以通过整流、滤波等方式将能量转换为稳定的直流电压，例如通过整流单元120、稳压单元130将能量转换为稳定的直流电压，可以通过储能电容、储能电池等对直流电压进行储存。

步骤四：将直流电压转换为预设的目标电压；

应理解，可以通过dc-dc转换芯片或者电压转换芯片等将直流电压转换为预设的目标电压，例如可以通过供电模块200来完成。

步骤五：将目标电压转换为输出信号；

应理解，可以通过振荡等方式将目标电压转换为输出信号，输出信号可以是一个不间断的、幅值稳定的、频率随压力变化的正弦波信号。

步骤六：通过第二线圈向外发射输出信号。

应理解，第二线圈可以为上述的第二线圈50。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。