CN100470457C - 信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明能够使用具有X轴应变传感器与Y轴应变传感器的一般的压敏式指示器，进行指针的移动操作输入以及点击操作输入。压敏式指示器(11)具有应变传感器(11a、11b、11c、以及11d)。X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压、以及Z轴方向的应变电压，分别从点(11e、11f、以及11g)输出。X轴方向的应变电压与Y轴方向的应变电压，在开关(SW3)导通时通过开关(SW1与SW2)交替输入给运算放大电路(4)。Z轴方向的应变电压在开关(SW3)断开时输入给运算放大电路(3)。运算放大电路(3与4)的输出，由开关(SW4与SW5)交替输入给ADC(5)，由数字处理电路进行处理。

Description

信号处理装置
技术领域
本发明涉及一种对指示器(pointing device)所输出的信号进行处理的信号处理装置，特别是一种能够使用具有X、Y两轴的载荷传感器(loadsensor)的压敏式指示器，进行指针(pointer)的移动操作输入以及点击操作输入的信号处理装置。
背景技术
笔记本式计算机的键盘等中所设置的压敏式指示器，一旦用户用指尖向期望的方向按压设备的操作部时，内置于设备中的应变传感器(strainsensor)通过检测该方向的载荷，并对该检测信号进行处理，通过这样，显示在笔记本式计算机的显示装置中的光标等指针进行移动。此时，指针的移动方向根据加载给设备的前端的载荷的方向决定，移动速度根据载荷的大小决定。
以前，作为对压敏式指示器(以下有时也称作指示器)的输出信号进行处理的装置，有专利文献1中所记载的操作输入装置。图9为表示该装置的结构的图。
该信号处理装置121中，被输入压敏式指示器131的输出信号。压敏式指示器131具有检测出根据未图示的操作部的操作所产生的X轴的正方向(以下称作+X方向)载荷的应变传感器131a、检测出X轴的负方向(以下称作—X方向)载荷的应变传感器131b、检测出Y轴的正方向(以下称作+Y方向)载荷的应变传感器131c、以及检测出Y轴的负向(以下称作—Y方向)载荷的应变传感器131d。这里，X轴是指从用户看相对指示器131的操作部的左右或横向的轴，Y轴是指前后或纵向的轴。另外，该X轴对应设有指示器131的笔记本式计算机等的显示设备上的左右或横向，Y轴对应前后或纵向。
应变传感器131a、b、c、d通过压电电阻元件之类的应变测量仪表(gauge)构成，如果将未图示的操作部分别向+X方向、—X方向、+Y方向、—Y方向操作，便对应于该操作方向，向下方按压各个应变传感器131a、b、c、d，其载荷导致电阻值发生变化。另外，应变传感器131a与131b串联连接，应变传感器131c与131d串联连接。进而，串联电路之间并联起来，给该并联电路供给电源电位Vdd。在没有载荷的状态下，4个应变传感器的电阻值相等，但一旦将指示器的操作部向+X方向、—X方向、+Y方向、—Y方向按压，被按压方向的应变传感器131a、b、c、d的电阻值就发生变化，从应变传感器131a与131b之间的接点131e检测出电压变化作为X轴方向的应变(strain)，从应变传感器131c与131d之间的接点131f检测出电压变化作为Y轴方向的应变。此时，如果向倾斜方向按压操作部(在包括X轴以及Y轴的平面内不平行于X轴以及Y轴的方向)，便检测出对按压方向的矢量的X轴方向成分的应变与Y轴方向成分的应变。一旦解除载荷，各个应变传感器的电阻值便回到没有载荷时的状态，接点131e、131f的电位也恢复变化前的值。上述接点131e、131f分别与信号处理装置121的端子121a、121b相连接。
低通滤波器132、133，分别由电容器132a、133a以及电阻132b、133b构成，为了从后述的运算放大电路123以及124的输出信号中去除低频噪声成分，而将高域截止频率设为150Hz程度。另外，低通滤波器132的输出侧与信号处理装置121的端子121a以及121b相连接，低通滤波器133的输出侧与信号处理装置121的端子121c以及121d相连接。
信号处理装置121具有CPU122a、ROM122b以及RAM122c，具备：进行该信号处理装置121全体的控制等的数字处理电路122；反相输入侧与端子121a相连接，非反相输入侧与后述的数字—模拟变换电路(以下称作DAC)126的输出侧相连接，输出侧与端子121b相连接的运算放大电路123；反相输入侧与端子121c相连接，非反相输入侧与后述的DAC127的输出侧相连接，输出侧与端子121d相连接的运算放大电路124；连接在运算放大电路123的输出侧的模拟开关SW19；连接在运算放大电路124的输出侧的模拟开关SW20；输入侧与模拟开关SW19以及SW20的共通输出侧相连接，输出侧与数字处理电路122的输入侧相连接的模拟—数字变换电路(以下称作ADC)125；输入侧与数字处理电路122的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路123的非反相输入侧相连接的DAC126；以及输入侧与数字处理电路122的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路124的非反相输入侧相连接的DAC127。低通滤波器132、133，分别为运算放大电路123、124的反馈电路。
对具有以上结构的信号处理装置121的动作进行说明。
从指示器131的点131e所输出的X轴方向的应变电压，从端子121a供给到运算放大电路123的反相输入侧。同样，从指示器131的点131f所输出的Y轴方向的应变电压，从端子121c供给到运算放大电路124的反相输入侧。通过DAC126将数字处理电路122所输出的基准数据变换成模拟基准电压，输入给运算放大电路123的非反相输入侧。通过DAC127将数字处理电路122所输出的基准数据变换成模拟基准电压，输入给运算放大电路124的非反相输入侧。这里，如果将应变传感器131a、131b、131c、131d各自的无载荷时的电阻值设为Rs，将低通滤波器132以及133中的电阻132b、133b各自的电阻值设为Rf，运算放大电路133以及134的增益就变为—{Rf/(Rs/2)}，因此能够将所输入的X轴方向以及Y轴方向的应变电压的变化(±10mV程度)，放大到以模拟基准电压为中心的电压变化(±1V程度)。
从数字处理电路122，将如图10所示的每检测周期T1(例如10msec)电平交替变化的方波(square wave)Asw19以及Asw20，作为切换控制信号输入给模拟开关SW19以及SW20。模拟开关SW19以及SW20，分别在方波Asw19以及Asw20为高电平的期间导通(ON)，在低电平的期间断开(OFF)，因此模拟开关SW19与SW20以检测周期T1交替导通。因此，模拟开关SW19与SW20的共通输出侧，也即ADC125的输入侧中，如图10所示交替出现X轴方向的应变电压以及Y轴方向的应变电压。通过ADC125对该应变电压进行数字化，输入给数字处理电路122。
但是以前的具有压敏式指示器的计算机中，为了在指针的位置给计算机输入指示，需要按下另设的按键，因此与鼠标之类的能够进行指针的移动操作输入(坐标输入)以及点击操作输入的指示器相比，具有操作性较低这一问题。
因此，为了解决该问题，提出了除了+X方向、—X方向、+Y方向、—Y方向的应变传感器之外，还具有检测出由操作部引起的在垂直于X轴以及Y轴的方向上的载荷的应变传感器，能够进行指针的移动操作输入以及点击操作输入的压敏式指示器(专利文献2)。
专利文献1：特开平7—319617号公报；
专利文献2：特开2001—311671号公报。
发明内容
但是，上述专利文献2中所述的压敏式指示器由于具有设置了5个应变传感器的特别的结构，因此因部件数目的增加，导致成本提高。因此，本发明的目的在于，能够使用具有X轴应变传感器与Y轴应变传感器的一般的压敏式指示器，进行指针的移动操作输入以及点击操作输入。
本发明，是一种对指示器所输出的信号进行处理的信号处理装置，其特征在于，上述指示器具备：第1串联连接电路，其由按照X轴的正方向的操作所引起的载荷而使电阻值产生变化的第1电阻元件(81a)和按照与该第1电阻元件(81a)串联连接的X轴的负方向的操作所引起的载荷而使电阻值产生变化的第2电阻元件(81b)构成；以及第2串联连接电路，其由按照Y轴的正方向的操作所引起的载荷而使电阻值产生变化的第3电阻元件(81c)和其按照与该第3电阻元件(81c)串联连接的Y轴的负方向的操作所引起的载荷而使电阻值产生变化的第4电阻元件(81d)构成，上述第1串联连接电路和第2串联连接电路被并联连接，在上述第1电阻元件(81a)和第2电阻元件(81b)之间的连接点(81e)上设置有用于取出该连接点的电位的X轴方向操作信号输出端子，在上述第3电阻元件(81c)和第4电阻元件(81d)之间的连接点(81f)上设置有用于取出该连接点的电位的Y轴方向操作信号输出端子，上述信号处理装置具备：调节器兼电流检测电路(71)，其由恒压电路(71a)和电流反射镜电路(71b、71c)构成，根据电源电压(Vdd)生成基准电压(Vreg2)并生成对上述并联连接点(81g)供给的电压，并且通过上述电流反射镜电路(71b、71c)对在上述并联连接点中流动的电流进行复制并检测；电阻(85)，其将所述被复制的电流变换为电压，生成与上述第1～第4电阻元件(81a～81d)的电阻值的变化相对应的点击操作信号，上述第1～第4电阻元件的电阻值的变化按照上述指示器的Z轴方向的操作所引起的载荷而进行；第1放大电路(63)，其放大上述X轴方向操作信号；第2放大电路(64)，其放大上述Y轴方向操作信号；第3放大电路(65)，其放大上述点击操作信号；开关电路(SW14～16)，其切换上述第1～第3放大电路的输出信号并输出；调节器(70)，其根据电源电压(Vdd)生成基准电压(Vreg1)并供给到上述第1～第3放大电路(63～65)以及上述开关电路(SW14～16)；和控制单元(62)，其按照上述开关电路(SW14～16)每次按规定的周期循环地输出上述第1～第3放大电路(63～65)的输出信号的方式进行切换控制。
发明2的相关发明，是一种根据发明1的信号处理装置，其特征在于，上述检测机构，具备电阻值根据X轴及/或Y轴的正方向的操作所产生的载荷进行变化的第1电阻元件，以及与该第1电阻元件串联连接、电阻值根据X轴及/或Y轴的负方向的操作所产生的载荷进行变化的第2电阻元件，给该串联连接电路的一端供给电源，将与上述电阻元件之间的接点相连接的端子作为上述第1输出机构，将与上述串联连接电路的电源侧端相连接的端子作为第2输出机构。
发明3的相关发明，是一种根据发明1的信号处理装置，其特征在于，具备：切换并输出上述X轴方向的移动操作信号及Y轴方向的移动操作信号的第1开关电路；对从上述第1开关电路输出的上述X轴方向的移动操作信号及Y轴方向的移动操作信号进行放大的第1放大电路；对上述点击操作信号进行放大的第2放大电路；切换并输出上述第1及第2放大电路的输出信号的第2开关电路；以及控制上述第1及第2开关电路的控制电路，上述控制电路，进行切换并控制以使上述第1开关电路在每个给定周期交替地输出上述X轴方向的移动操作信号及Y轴方向的移动操作信号，并且进行切换并控制以使上述第2开关电路在上述每个给定周期交替地输出上述第1及第2放大电路的输出信号。
发明4的相关发明，是一种根据发明1的信号处理装置，其特征在于，具备：切换并输出上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号的开关电路；对从上述开关电路输出的上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号进行放大的放大电路；以及控制上述开关电路的控制电路，上述控制电路，进行切换并控制以使上述开关电路在每个给定周期循环地输出上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号。
发明5的相关发明，是一种根据发明1的信号处理装置，其特征在于，具备：放大上述X轴方向的移动操作信号的第1放大电路；放大上述Y轴方向的移动操作信号的第2放大电路；放大上述点击操作信号的第3放大电路；切换并输出上述第1至第3放大电路的输出信号的开关电路；以及控制上述开关电路的控制电路，上述控制电路，进行切换并控制以使上述开关电路在每个给定周期循环地输出上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号。
发明6的相关发明，是一种根据发明1的信号处理装置，其特征在于，具有复制(copy)上述点击操作信号的电流反射镜电路。
发明7的相关发明，是一种根据发明6的信号处理装置，其特征在于，具备：放大上述X轴方向的移动操作信号的第1放大电路；放大上述Y轴方向的移动操作信号的第2放大电路；将上述电流反射镜电路的输出电流变换成电压的电流—电压变换电路；放大上述电流—电压变换电路的输出信号的第3放大电路；切换并输出上述第1至第3放大电路的输出信号的开关电路；以及控制上述开关电路的控制电路，上述控制电路，进行切换并控制以使上述开关电路在每个给定周期循环地输出上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号。
发明8的相关发明，是一种根据发明6的信号处理装置，其特征在于，具备：放大上述X轴方向的移动操作信号的第1放大电路；放大上述Y轴方向的移动操作信号的第2放大电路；切换并输出上述第1及第2放大电路的输出信号的开关电路；振荡频率根据上述电流反射镜电路的输出电流进行变化的振荡电路；测定上述振荡电路的振荡频率的频率测定电路；以及控制上述开关电路的控制电路，上述控制电路，进行切换并控制以使上述开关电路在每个给定周期交替地输出上述X轴方向的移动操作信号及Y轴方向的移动操作信号。
发明效果
本发明的相关信号处理装置，能够使用具有X轴应变传感器与Y轴应变传感器的一般的压敏式指示器，进行指针的移动操作输入以及点击操作输入，因此能够实现一般的指示器的操作性的提高以及功能的扩展。此外，即使通过指示器的电阻元件的变化而调节器兼电流检测电路的负载变动，输出电压也变动，也能防止对第1～第3放大电路以及开关电路供给的电压的变动。
附图说明
图1为表示本发明的第1实施方式的相关信号处理装置的结构的图。
图2为本发明的第1实施方式的相关信号处理装置的动作时序图。
图3为表示本发明的第2实施方式的相关信号处理装置的结构的图。
图4为本发明的第2实施方式的相关信号处理装置的动作时序图。
图5为表示本发明的第3实施方式的相关信号处理装置的结构的图。
图6为本发明的第3实施方式的相关信号处理装置的动作时序图。
图7为表示本发明的第4实施方式的相关信号处理装置的结构的图。
图8为表示本发明的第5实施方式的相关信号处理装置的结构的图。
图9为表示以前的信号处理装置的结构的图。
图10为以前的信号处理装置的动作时序图。
图中：1、21、41、61、91—信号处理装置；3、4、23、43、44、45、63、64、65—运算放大电路；11、31、51、81、111—压敏式指示器；71—调节器兼电流检测电路；100—电流反射镜电路；101—CR振荡电路；SW1～SW18—开关。
具体实施方式
下面对照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[第1实施方式]
图1为表示本发明的第1实施方式的相关信号处理装置之结构的图，
图2为其动作时序图。
本实施方式的信号处理装置1由IC构成，如图1所示，被输入压敏式指示器11的输出信号。压敏式指示器11，具有检测出根据未图示的操作部的+X方向的载荷的应变传感器11a、检测出—X方向载荷的应变传感器11b、检测出+Y方向载荷的应变传感器11c、以及检测出—Y方向载荷的应变传感器11d。应变传感器11a、b、c、d通过压电电阻元件之类的应变测量仪表构成，如果将未图示的操作部分别向+X方向、—X方向、+Y方向、—Y方向操作，便对应于该操作方向向下方按压各个应变传感器11a、b、c、d，其载荷导致电阻值发生变化。进而，如果向垂直于X轴以及Y轴的方向操作操作部，应变传感器11a、b、c、d都被向下方按压，其载荷导致所有的应变传感器11a、b、c、d的电阻值发生变化。另外，应变传感器11a与11b串联连接，应变传感器11c与11d串联连接。进而，串联电路之间并联起来，从后述的调节器(regulator)8经电阻14给该并联电路供给恒定电位Vreg。电容器15用于去耦合(decoupling)。这里，电阻14的电阻值，被设为与4个应变传感器11a～11d的无载荷时的电阻值相同的值。
在没有载荷的状态下，4个应变传感器的电阻值相等，但一旦将指示器的操作部压向某个方向，被压方向的应变传感器的电阻值就发生变化，从应变传感器11a与11b的接点11e检测出电压变化作为X轴方向的应变，从应变传感器11c与11d的接点11f检测出电压变化作为Y轴方向的应变。进而，从电阻14与应变传感器11a以及11c的接点11g，检测出电压变化作为Z轴方向的应变。这里，Z轴方向是指垂直于X轴与Y轴的方向，将压敏式指示器11的操作部全体被压下(相当于鼠标的点击)的载荷所引起的接点11g的电压变化，作为Z轴方向的应变检测出来。一旦解除载荷，各个应变传感器的电阻值便回到没有载荷时的状态，接点11e、11f、11g的电位也恢复到变化前的值。从上述接点11e检测出X轴方向的应变作为电位变化，从上述接点11f检测出Y轴方向的应变作为电压变化，从上述接点11g检测出Z轴方向的应变作为电压变化。接点11e、11f、11g分别与信号处理装置1的端子1d、1e、1b相连接。
低通滤波器12、13，分别由电容器12a、13a以及电阻12b、13b构成，为了从后述的运算放大电路3以及4的输出信号中去除低频噪声成分，而将高域截止频率设为150Hz程度。另外，低通滤波器12的输出侧与信号处理装置1的端子1b以及1c相连接，低通滤波器13的输出侧与信号处理装置1的端子1e以及1f相连接。该低通滤波器12、13的基本功能与以前的低通滤波器132、133相同。
信号处理装置1具有CPU2a、ROM2b以及RAM2c，具备：进行该信号处理装置1全体的控制等的数字处理电路2；输入侧与端子1d相连接，输出侧与后述的运算放大电路4的反相输入侧相连接的开关SW1；输入侧与端子1e相连接，输出侧与后述的运算放大电路4的反相输入侧相连接的开关SW2；反相输入侧与端子1b相连接，非反相输入侧与后述的DAC6的输出侧相连接，输出侧与端子1c相连接的运算放大电路3；反相输入侧与开关SW1以及SW2的共同输出侧相连接，非反相输入侧与后述的DAC7的输出侧相连接，输出侧与端子fc相连接的运算放大电路4；连接在运算放大电路3的输出侧的模拟开关SW4；连接在运算放大电路4的输出侧的模拟开关SW5；与模拟开关SW4以及SW5的共通输出侧相连接的ADC5；输入侧与数字处理电路2的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路3的非反相输入侧相连接的DAC8；输入侧与数字处理电路2的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路4的非反相输入侧相连接的DAC7；从电源电压Vdd生成恒定电位Vreg的调节器8；连接在调节器8的输出侧与运算放大电路3的反相输入侧之间的开关SW3。这里，压敏式指示器11的构造上，从接点11g所输出的Z轴方向的应变电压的振幅，比X轴方向的应变电压以及Y轴方向的应变电压的振幅小，因此运算放大电路3的增益最好比运算放大电路4的大。
调节器8的输出侧与端子1a相连接，端子1a中连接有前述的电阻14以及电容器15。另外，端子1a与1b间连接有开关SW3。低通滤波器12、13，分别为运算放大电路3、4的反馈电路。进而，单点划线所包围的区域1A内的电路被调节器8供给恒定电位Vreg。通过像这样供给稳定的电压Vreg，减小了运算放大电路3与4的偏置电压，因此运算放大电路3以及4的面积可以比以前的运算放大电路123、124的小。
对具有以上结构的信号处理装置1的动作进行说明。
从指示器11的点11e所输出的X轴方向的应变电压，从端子1d发送到模拟开关SW1的输入侧。另外，从指示器11的点11f所输出的Y轴方向的应变电压，从端子1e发送到模拟开关SW2的输入侧。进而，从指示器11的点11g所输出的Z轴方向的应变电压，从端子1b输入给运算放大电路3的反相输入侧。
从数字处理电路2，将如图2所示的每检测周期T2电平周期地变化的方波Asw1、Asw2、以及Asw3，作为切换控制信号输入给模拟开关SW1与SW2以及开关SW3。方波Asw1与Asw2，在方波Asw3为高电平的期间，交替变为高电平。模拟开关SW1、SW2以及SW3，分别在方波Asw1、Asw2以及Asw3为高电平的期间导通，在低电平的期间断开，因此开关SW3每检测周期T2交替导通，模拟开关SW1与SW2在开关SW3导通的期间交替导通。
这里，开关SW3导通的期间中，电阻14的两端被短路，因此指示器11的点11g的电位以及运算放大电路3的反相输入侧的电位被固定为调节器8的输出电位。因此，Z轴方向的应变电压不会输入到运算放大电路3的反相输入侧。在开关SW3导通，且模拟开关SW1导通的期间，从指示器11的点11e所输出的X轴方向的应变电压，输入给运算放大电路4的反相输入侧，在开关SW3导通且模拟开关SW2导通的期间，从指示器11的点11f所输出的Y轴方向的应变电压被输入给运算放大电路4的反相输入侧。也即，运算放大电路4的反相输入侧，被交替输入X轴方向的应变电压与Y轴方向的应变电压。另外，在开关SW3断开的期间，从指示器11的点11g所输出的Z轴方向的应变电压，被输入给运算放大电路13的反相输入侧。
对设置电阻14的理由进行说明。如前所述，电阻14的电阻值被设为与4个应变传感器11a～11d的无载荷时的电阻值相同的值。因此，如果设调节器8的输出电位为Vreg，则在开关SW3导通的期间的无载荷时，点11e以及11f的电位变为Vreg/2，因此X轴方向的应变电压以及Y轴方向的应变电压以Vreg/2为中心进行变化。另外，在开关SW3断开的期间的无载荷时，点11g的电位也是Vreg/2，因此Z轴方向的应变电压从Vreg/2开始变化。也即，电阻14用来统一无载荷时的X轴、Y轴以及Z轴的应变电压的中心值而设置。
通过DAC6将数字处理电路2所输出的基准数据变换成模拟基准电压，输入给运算放大电路3的非反相输入侧。通过DAC7将数字处理电路2所输出的基准数据变换成模拟基准电压，输入给运算放大电路4的非反相输入侧。X轴方向的应变电压以及Y轴方向的应变电压，分别在图2的方波Asw1、Asw2为高电平的期间被运算放大电路4交替放大，Z轴方向的应变电压在图2的方波Asw3为低电平的期间被运算放大电路3放大。
从数字处理电路2，将如图2所示的每检测周期T2电平交替变化的方波Asw4、Asw5，作为切换控制信号输入给设置在运算放大电路3以及4的输出侧的模拟开关SW4与SW5。模拟开关SW4以及SW5，分别在方波Asw4以及Asw5为高电平的期间导通，在低电平的期间断开，因此模拟开关SW4与SW5以检测周期T2交替导通。因此，模拟开关SW4与SW5的共通输出侧，也即ADC5的输入侧中，如图2所示循环出现X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压、以及Z轴方向的应变电压。通过ADC5对该应变电压进行数字化，输入给数字处理电路2。
这样，采用本实施方式，使用具有X轴应变传感器与Y轴应变传感器的现有的压敏式指示器，增加将对传感器全体的载荷判断为轻击(点击)的功能，通过这样，能够实现指示器的操作性的提高以及功能的扩展。
[第2实施方式]
图3为表示本发明的第2实施方式的相关信号处理装置的图，图4为其动作时序图。
如图3所示，本实施方式的信号处理装置21，被输入压敏式指示器31的输出信号。压敏式指示器31，具有检测出未图示的操作部的+X方向载荷的应变传感器31a、检测出—X方向载荷的应变传感器31b、检测出+Y方向载荷的应变传感器31c、以及检测出—Y方向载荷的应变传感器31d。应变传感器31a与31b串联连接，应变传感器31c与31d串联连接。进而，串联连接电路之间并联起来，从后述的调节器26经电阻34给该并联电路供给恒定电位Vreg。电容器35用于去耦合(decoupling)。这里，电阻34的电阻值被设为与4个应变传感器31a～31d的无载荷时的电阻值相同的值。压敏式指示器31的应变检测时的动作，与第1实施方式中的压敏式指示器11相同，因此省略说明。
低通滤波器32，由电容器32a与电阻32b构成，为了从后述的运算放大电路23的输出信号中去除低频噪声成分，而将高域截止频率设为150Hz程度。另外，低通滤波器32的输出侧与信号处理装置21的端子21e以及21f相连接。该低通滤波器32的基本功能与第1实施方式的低通滤波器12相同。
信号处理装置21具有CPU22a、ROM22b以及RAM22c，具备：进行该信号处理装置21全体的控制等的数字处理电路22；输入侧分别与端子21c、21d以及21b相连接，输出侧与后述的运算放大电路23的反相输入侧共通连接的模拟开关SW6、SW7以及SW8；反相输入侧与模拟开关SW6、SW7以及SW8的输出侧相连接，非反相输入侧与后述的DAC25的输出侧相连接，输出侧与端子21f相连接的运算放大电路23；连接在运算放大电路23的输出侧的ADC24；输入侧与数字处理电路22的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路23的非反相输入侧相连接的DAC25；从电源电压Vdd生成恒定电位Vreg的调节器26；以及连接在调节器26的输出侧与运算放大电路23的反相输入侧之间的开关SW9。
调节器26的输出侧与端子21a相连接，端子21a中连接有前述的电阻34以及电容器15。另外，端子21a与21b间连接有开关SW9。低通滤波器32为运算放大电路23的反馈电路。进而，单点划线所包围的区域21A内的电路被调节器28供给恒定电位Vreg。
对具有以上结构的信号处理装置21的动作进行说明。
从指示器31的点31e所输出的X轴方向的应变电压，从端子21c供给模拟开关SW6的输入侧。另外，从指示器31的点31f所输出的Y轴方向的应变电压，从端子21d供给到模拟开关SW7的输入侧。进而，从指示器31的点31g所输出的Z轴方向的应变电压，从端子21b供给到模拟开关SW8的输入侧。
从数字处理电路22，将如图4所示的每检测周期T2电平周期性变化的方波Asw6、Asw7、Asw8以及Asw9，作为切换控制信号输入给模拟开关SW6、SW7、SW8以及开关SW9。方波Asw6与Asw7，在方波Asw9为高电平的期间，交替变为高电平，方波Asw8在方波Asw9为低电平的期间变为高电平。模拟开关SW6、SW7、SW8以及SW9，分别在方波Asw6、Asw7、Asw8以及Asw9为高电平的期间导通，在低电平的期间断开，因此开关SW9以每检测周期T2交替导通，模拟开关SW6与SW7在开关SW9导通的期间交替导通，模拟开关SW8在开关SW9断开的期间导通。
这里，开关SW9导通的期间中，电阻34的两端被短路，因此指示器31的点31g的电位被固定为调节器26的输出电位。在开关SW9导通，且模拟开关SW6导通的期间，从指示器31的点31e所输出的X轴方向的应变电压，输入给运算放大电路23的反相输入侧，在开关SW9导通，且模拟开关SW7导通的期间，从指示器31的点31f所输出的Y轴方向的应变电压，输入给运算放大电路23的反相输入侧。另外，在开关SW9断开且模拟开关SW8导通的期间，从指示器31的点31g所输出的Z轴方向的应变电压，输入给运算放大电路23的反相输入侧。也即，运算放大电路23的反相输入侧，被循环输入X轴方向的应变电压与Y轴方向的应变电压以及Z轴方向的应变电压。
通过DAC25将数字处理电路22所输出的基准数据变换成模拟基准电压，输入给运算放大电路23的非反相输入侧。X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压以及Z轴方向的应变电压，分别在图4的方波Asw6、Asw7、Asw8为高电平的期间被运算放大电路23循环放大，通过ADC24对该应变电压进行数字化，输入给数字处理电路22。
这样，根据本实施方式，通过1个运算放大电路23进行3轴的应变电压的放大，因此能够降低输入信息检测电路21的电路规模。
[第3实施方式]
图5为表示本发明的第3实施方式的相关信号处理装置的图，图6为其动作时序图。
如图5所示，本实施方式的信号处理装置41，被输入压敏式指示器51的输出信号。压敏式指示器51，具有检测出未图示的操作部的+X方向载荷的应变传感器51a、检测出—X方向载荷的应变传感器51b、检测出+Y方向载荷的应变传感器51c、以及检测出—Y方向载荷的应变传感器51d。应变传感器51a与51b串联连接，应变传感器51c与51d串联连接。进而，串联电路之间并联起来，从后述的调节器50经电阻55给该并联电路供给恒定电位Vreg。电容器56用于去耦合。这里，电阻55的电阻值，被设为与4个应变传感器51a～51d的无载荷时的电阻值相同的值。压敏式指示器51的变形检测时的动作，与第1实施方式中的压敏式指示器11相同，因此省略说明。
低通滤波器52、53、54，分别由电容器52a、53a、54a与电阻52b、53b、54b构成，为了从后述的运算放大电路43、44、45的输出信号中去除低频噪声成分，而将高域截止频率设为150Hz程度。另外，低通滤波器52的输出侧与信号处理装置41的端子41d以及41e相连接，低通滤波器53的输出侧与端子41f以及41g相连接，低通滤波器54的输出侧与端子41b以及41c相连接。该低通滤波器的基本功能与第1实施方式的低通滤波器12、13相同。
信号处理装置41具有CPU42a、ROM42b以及RAM42c，具备：进行该信号处理装置41全体的控制等的数字处理电路42；反相输入侧与端子41d相连接，非反相输入侧与后述的DAC47的输出侧相连接，输出侧与端子41e相连接的运算放大电路43；反相输入侧与端子41f相连接，非反相输入侧与后述的DAC48的输出侧相连接，输出侧与端子41g相连接的运算放大电路44；反相输入侧与端子41b相连接，非反相输入侧与后述的DAC49的输出侧相连接，输出侧与端子41c相连接的运算放大电路45；连接在运算放大电路43的输出侧的模拟开关SW10；连接在运算放大电路44的输出侧的模拟开关SW11；连接在运算放大电路45的输出侧的模拟开关SW12；连接在模拟开关SW10至12的共通输出侧的ADC46；输入侧与数字处理电路42的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路43的非反相输入侧相连接的DAC47；输入侧与数字处理电路42的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路44的非反相输入侧相连接的DAC48；输入侧与数字处理电路42的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路45的非反相输入侧相连接的DAC49；从电源电压Vdd生成恒定电位Vreg的调节器50；以及连接在调节器50的输出侧与运算放大电路45的反相输入侧之间的开关SW13。
调节器50的输出侧与端子41a相连接，端子41a中连接有前述的电阻55以及电容器56。另外，端子41a与41b间连接有开关SW13。低通滤波器52、53、54分别为运算放大电路43、44、45的反馈电路。进而，单点划线所包围的区域41A内的电路被调节器50供给恒定电位Vreg。
对具有以上结构的信号处理装置41的动作进行说明。
从指示器51的点51e所输出的X轴方向的应变电压、从点51f所输出的Y轴方向的应变电压、从点51g所输出的Z轴方向的应变电压，分别从端子41d、41f以及41b输入到运算放大电路43、44、45的反相输入侧。
从数字处理电路42，将如图6所示的每检测周期T2电平周期性变化的方波Asw10、Asw11、Asw12以及Asw13，作为切换控制信号输入给模拟开关SW10至12以及开关SW13。方波Asw10与Asw11，在方波Asw13为高电平的期间交替变为高电平，方波Asw12在方波Asw13为低电平的期间变为高电平。模拟开关SW10至12以及开关SW13分别在方波Asw10、Asw11、Asw12以及Asw13为高电平的期间导通，在低电平的期间断开，因此开关SW13每检测周期T2交替导通，模拟开关SW10至12每检测周期T2循环导通。
这里，开关SW13导通的期间中，电阻55的两端被短路，因此指示器51的点51g的电位以及运算放大电路45的反相输入侧的电位被固定为调节器50的输出电位。因此，X轴方向的应变电压以及Y轴方向的应变电压，分别输入给运算放大电路43以及44的反相输入侧，但Z轴方向的应变电压不会输入到运算放大电路45的反相输入侧。另外，在开关SW13断开的期间，从指示器51的点51g所输出的Z轴方向的应变电压，输入给运算放大电路45的反相输入侧。通过DAC47、48、49将数字处理电路42所输出的基准数据变换成模拟基准电压，输入到运算放大电路43、44、45的非反相输入侧。
运算放大电路43、44、45放大后的X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压、以及Z轴方向的应变电压，分别在图6的方波Asw10、Asw11、Asw12为高电平的期间从开关SW10至12循环输出。因此，模拟开关SW10至12的共通输出侧，也即ADC46的输入侧中，如图6所示循环出现X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压、以及Z轴方向的应变电压。通过ADC46对该应变电压进行数字化，输入给数字处理电路42。
这样，采用本实施方式，3轴的应变电压的放大分别由专用的运算放大电路进行，因此不需要运算放大电路的输入侧的开关电路。
[第4实施方式]
图7为表示本发明的第4实施方式相关的信号处理装置的结构的图。
如图7所示，本实施方式的信号处理装置61，被输入压敏式指示器81的输出信号。压敏式指示器81，具有检测出未图示的操作部的+X方向载荷的应变传感器81a、检测出—X方向载荷的应变传感器81b、检测出+Y方向载荷的应变传感器81c、以及检测出—Y方向载荷的应变传感器81d。应变传感器81a与81b串联连接，应变传感器81c与81d串联连接。进而，串联连接电路之间并联起来，如后所述，从信号处理装置61的端子61a给该并联电路供给第2恒定电位Vreg2。压敏式指示器81的应变检测时的动作，与第1实施方式中的压敏式指示器11相同，因此省略说明。
低通滤波器82、83、84，分别由电容器82a、83a、84a与电阻82b、83b、84b构成，为了从后述的运算放大电路63、64、65的输出信号中去除低频噪声成分，而将高域截止频率设定为150Hz程度。另外，低通滤波器82的输出侧与信号处理装置41的端子61d以及61e相连接，低通滤波器83的输出侧与端子61f以及61g相连接，低通滤波器84的输出侧与端子61b以及61c相连接。该低通滤波器的基本功能与第3实施方式的低通滤波器52、53、54相同。但本实施方式中，低通滤波器84并联有电压检测用电阻85。
信号处理装置61具有CPU62a、ROM62b以及RAM62c，具备：进行该信号处理装置61全体的控制等的数字处理电路62；反相输入侧与端子61d相连接，非反相输入侧与后述的DAC67的输出侧相连接，输出侧与端子61e相连接的运算放大电路63；反相输入侧与端子61f相连接，非反相输入侧与后述的DAC68的输出侧相连接，输出侧与端子61g相连接的运算放大电路64；反相输入侧与端子61b相连接，非反相输入侧与后述的DAC49的输出侧相连接，输出侧与端子61c相连接的运算放大电路65；分别连接在运算放大电路63、64、65的输出侧的模拟开关SW14、SW15、SW16；连接在模拟开关SW14至16的共通输出侧的ADC66；输入侧与数字处理电路62的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路63的非反相输入侧相连接的DAC67；输入侧与数字处理电路62的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路64的非反相输入侧相连接的DAC68；输入侧与数字处理电路62的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路65的非反相输入侧相连接的DAC69；从电源电压Vdd生成第1基准电位Vreg1的调节器70；以及从电源电压Vdd生成第2基准电位Vreg2，同时检测出压敏式指示器81中流通的电流的调节器兼电流检测电路71。
调节器70通过恒压电路(constant voltage circuit)70a对电源电压Vdd进行稳定化，供给到运算放大电路70b的反相输入侧，从连接在运算放大电路70b的输出侧的pMOS晶体管70c取得第1基准电位Vreg1，供给到单点划线所包围的区域61A内的电路。另外，调节器兼电流检测电路71，将恒压电路70a的输出电压供给到运算放大电路71a的反相输入侧，从连接在运算放大电路71a的输出侧的pMOS晶体管71c取得第2基准电位Vreg2，从端子61a供给到压敏式指示器81的点81g，同时，通过电流反射镜(current mirror)动作，将从pMOS晶体管71c通过压敏式指示器81的点81g流入到地的电流，复制(copy)到pMOS晶体管71b中。复制到pMOS晶体管71b中的电流，通过端子61b流入到电阻85中，因此电阻85的两端出现对应压敏式指示器81中流通的电流的电压。该电压对应点81g的电压，作为Z轴方向的应变电压输入到运算放大电路65的反相输入侧。另外，从pMOS晶体管71c向pMOS晶体管71b复制电流时的电流值不需要为1：1，最好加大电阻85的电阻值，将电流值减小到例如1/100程度。
也即，本实施方式中，代替第3实施方式的开关SW13以及电阻55，设有电流反射镜电路71b、71c以及电阻85。另外，给单点划线所包围的区域61A内的电路供电的调节器70与给压敏式指示器81供电的调节器兼电流检测电路71之所以分别设置，是为了即使在通过压敏式指示器81的传感器电阻的变化导致调节器兼电流检测电路71的负荷变化，输出电压发生变动的情况下，供给区域61A内的电路的电压也不会变动。
对具有以上结构的信号处理装置61的动作进行说明。
从指示器81的点81e所输出的X轴方向的应变电压以及从点81f所输出的Y轴方向的应变电压，分别从端子61d以及61f供给到运算放大电路63与64的反相输入侧。另外，指示器81中流通的电流由pMOS晶体管71b与71c所构成的电流反射镜检测出来，由电阻85检测出与该电流成正比的电压，输入给运算放大电路65的反相输入侧。通过DAC67、68、69将数字处理电路62所输出的基准数据变换成模拟基准电压，输入给运算放大电路63、64、65的非反相输入侧。运算放大电路63至65所放大的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的应变电压，分别供给模拟开关SW14、SW15以及SW16的输入侧。
从数字处理电路62，将与如图6所示的方波Asw10、Asw11、Asw12相同波形的信号，作为切换控制信号输入给模拟开关SW14至16。模拟开关SW14至16，分别在与方波Asw10、Asw11、Asw12相同波形的信号为高电平的期间导通，在低电平的期间断开，因此模拟开关SW14至16每检测周期T2循环导通。因此，模拟开关SW14至16的共通输出侧，也即ADC66的输入侧中，与第3实施方式相同，循环出现X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压、以及Z轴方向的应变电压。通过ADC66对该应变电压进行数字化，输入给数字处理电路62。通过本实施方式，不需要用于Z轴方向的应变电压检测的开关电路。
[第5实施方式]
图8为表示本发明的第5实施方式的相关信号处理装置的图。
如图8所示，本实施方式的信号处理装置91，被输入压敏式指示器111的输出信号。压敏式指示器111，具有检测出未图示的操作部的+X方向载荷的应变传感器111a、检测出—X方向载荷的应变传感器111b、检测出+Y方向载荷的应变传感器111c、以及检测出—Y方向载荷的应变传感器111d。应变传感器111a与111b串联连接，应变传感器111c与111d串联连接。另外，串联连接电路之间并联起来，如后所述，从信号处理装置91的端子91a给该并联电路供给恒定电位Vreg。压敏式指示器111的应变检测时的动作，与第1实施方式中的压敏式指示器11相同，因此省略说明。
低通滤波器112与113，分别由电容器112a、113a与电阻112b、113b构成，为了从后述的运算放大电路93、94的输出信号中去除低频噪声成分，而将高域截止频率设为150Hz程度。另外，低通滤波器112的输出侧与信号处理装置91的端子91c以及91d相连接，低通滤波器113的输出侧与端子91e以及91f相连接。该低通滤波器的基本功能与第4实施方式的低通滤波器82、83相同。与端子91b相连接的电容器114以及与供给电源电压Vdd的端子相连接的电容器115用于去耦合。
信号处理装置91具有CPU92a、ROM92b以及RAM92c，具备：进行该信号处理装置91全体的控制等的数字处理电路92；反相输入侧与端子91c相连接，非反相输入侧与后述的DAC96的输出侧相连接，输出侧与端子91d相连接的运算放大电路93；反相输入侧与端子91e相连接，非反相输入侧与后述的DAC97的输出侧相连接，输出侧与端子91f相连接的运算放大电路94；连接在运算放大电路93的输出侧的模拟开关SW17；连接在运算放大电路94的输出侧的模拟开关SW18、连接在模拟开关SW17与18的共通输出侧的ADC95；输入侧与数字处理电路92的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路93的非反相输入侧相连接的DAC96；输入侧与数字处理电路92的输出侧相连接，输出侧与运算放大电路94的非反相输入侧相连接的DAC97；从电源电压Vdd生成基准电位Vreg的调节器98；反相输入侧与调节器98的输出侧相连接，非反相输入侧经端子91a与压敏式指示器111的点111g相连接，输出侧与后述的电流反射镜电路相连接的运算放大电路99；pMOS晶体管100a与100b所构成的电流反射镜电路100；被供给电流反射镜电路100的输出电流的CR振荡电路101；对CR振荡电路101的输出信号进行计数的计数器(counter)102；以及锁存计数器102的输出值，在给定的时刻转发给数字处理电路92的锁存电路103。这里，从调节器98给单点划线所包围的区域91A内的电路供给恒定电位Vreg。
电流反射镜电路100的pMOS晶体管100a的源极与供给电源电压Vdd的端子相连接，漏极与运算放大电路99的非反相输入侧相连接，栅极与运算放大电路99的输出侧相连接。另外，pMOS晶体管100b的源极与供给电源电压Vdd的端子相连接，漏极与CR振荡电路101的输入侧相连接，栅极与运算放大电路99的输出侧相连接。从数字处理电路92供给用来开始以及停止计数器102的计数动作的信号，以及决定将锁存电路中所锁存的数据转发给数字处理电路92的时刻的信号。
对具有以上结构的信号处理装置91的动作进行说明。
从指示器111的点111e所输出的X轴方向的应变电压以及从点111f所输出的Y轴方向的应变电压，分别从端子91c以及91e输入给运算放大电路93与94的反相输入侧。之后，被运算放大电路93与94放大，分别输入给模拟开关SW17与18。从数字处理电路92，将与如图6所示的方波Asw10、Asw11相同波形的信号，作为切换控制信号输入给模拟开关SW17与18。模拟开关SW17与18，分别在与方波Asw10、Asw12相同波形的信号为高电平的期间导通，在低电平的期间断开，因此模拟开关SW17与18每检测周期T2交替导通。因此，模拟开关SW17与18的共通输出侧，也即ADC95的输入侧中，交替出现X轴方向的应变电压与Y轴方向的应变电压。通过ADC95对该应变电压进行数字化，输入给数字处理电路92。
接下来，对Z轴方向的应变电压进行说明。指示器111中流通的电流，等于构成电流反射镜电路100的pMOS晶体管100a的源极—漏极间流通的电流。因此，该电流复制到构成电流反射镜电路100的pMOS晶体管100b中。并且，对应于pMOS晶体管100b的电流控制CR振荡电路101的振荡频率，如果通过计数器102对该振荡频率进行计数，该计数值就变为与指示器111中流通的电流，从而指示器111的点111g的电压，也即Z轴方向的应变电压对应的值。因此，将计数器102的计数值存储到锁存电路102中，在任意的时刻，例如图6的方波Asw12为高电平的期间中，转发给数字处理电路92。通过这样，数字处理电路92能够循环取得X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压以及Z轴方向的应变电压。
根据本实施方式，不需要用于Z轴检测的开关电路。另外，由于采用频率计数方式，因此具有根据其积分效果的噪声降低作用。所以不需要用来去除Z轴方向的应变电压的低频噪声成分的低通滤波器。

Claims (1)

1.一种信号处理装置，对指示器所输出的信号进行处理，其特征在于，
上述指示器具备：
第1串联连接电路，其由按照X轴的正方向的操作所引起的载荷而使电阻值产生变化的第1电阻元件和按照与该第1电阻元件串联连接的X轴的负方向的操作所引起的载荷而使电阻值产生变化的第2电阻元件构成；以及
第2串联连接电路，其由按照Y轴的正方向的操作所引起的载荷而使电阻值产生变化的第3电阻元件和按照与该第3电阻元件串联连接的Y轴的负方向的操作所引起的载荷而使电阻值产生变化的第4电阻元件构成，
上述第1串联连接电路和第2串联连接电路被并联连接，
在上述第1电阻元件和第2电阻元件之间的连接点上设置有用于取出该连接点的电位的X轴方向操作信号输出端子，在上述第3电阻元件和第4电阻元件之间的连接点上设置有用于取出该连接点的电位的Y轴方向操作信号输出端子，
上述信号处理装置具备：
调节器兼电流检测电路，其由恒压电路和电流反射镜电路构成，根据电源电压生成基准电压并生成对上述并联连接点供给的电压，并且通过上述电流反射镜电路对在上述并联连接点中流动的电流进行复制并检测；
电阻，其将所述被复制的电流变换为电压，生成与上述第1～第4电阻元件的电阻值的变化相对应的点击操作信号，上述第1～第4电阻元件的电阻值的变化按照上述指示器的Z轴方向的操作所引起的载荷而进行；
第1放大电路，其放大上述X轴方向操作信号；
第2放大电路，其放大上述Y轴方向操作信号；
第3放大电路，其放大上述点击操作信号；
开关电路，其切换上述第1～第3放大电路的输出信号并输出；
调节器，其根据电源电压生成基准电压并供给到上述第1～第3放大电路以及上述开关电路；和
控制单元，其按照上述开关电路每次按规定的周期循环地输出上述第1～第3放大电路的输出信号的方式进行切换控制。
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