CN102810036B - 使用少量通道的电磁共振感测装置 - Google Patents

使用少量通道的电磁共振感测装置 Download PDF

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Abstract

提供一种内置在具有至少一个软键的触摸屏中的电磁感测装置，在该电磁感测装置中，印刷电路板(PCB)具有与所述至少一个软键对应的至少一个子区域，控制器具有至少一个输入/输出通道并且控制该电磁感测装置的电磁感测，以及回路单元从所述至少一个输入/输出通道中的一个延伸，具有排列在PCB上的至少一个子区域中的至少一个子回路，并且输出通过电磁场感应的电流。每个子回路对于该电磁场输出不同的输出值。

Description

使用少量通道的电磁共振感测装置
技术领域
本发明一般涉及内置在具有至少一个软键的触摸屏中的电磁感测装置，更具体地，涉及通过感测电磁共振(EMR)来感测来自用户的外部输入的电磁感测装置。
背景技术
最近已经对智能电话和触摸屏进行了广泛的研究。用户可以通过以用户身体的部分或EMR笔在智能电话的显示器或触摸屏上选择特定位置或图标，来向智能电话或触摸屏输入特定命令。
以前的方案可以以电容型(capacitive type)实现。通常，电容式触摸屏包括透明电极和电容器(condenser)。当用户触摸触摸屏时，可以使内置电容器的空间或区域产生机械位移。基于所导致的电容器的电容改变，可以感测到该触摸。
然而，电容型要求由用户的触摸导致的特定的压力或位移，由此导致用户的不便。在这种情况下，EMR成为最近积极研究领域。
EMR型通过使电流流过布置在印刷电路板(PCB)上的回路线圈(coil)来控制电磁波的产生，并且控制电磁波到EMR笔的吸收。EMR笔可以包括电容器和回路，并且以特定频率发射所吸收的电磁波。
从EMR笔发射的电磁波可以再次被吸收到PCB的回路线圈，从而基于所吸收的电磁波可以确定EMR笔附近的位置。
图1A、图1B和图1C示出传统的EMR方案。
图1A示出具有以传统EMR方案操作的电磁感测装置的通信设备100。参考图1A，通信设备100可以包括显示器110和软键120。
显示器110可以向用户可视地显示信息。显示器110可以以EMR方案或电容方案操作。
软键120是与显示器110分开提供的一类用户接口，其使得用户能够直观地执行基本功能，比如返回、取消、菜单显示控制等。传统上，由于排列在透明电极下面的电容式感测器和EMR感测器的容纳空间(accommodation)方面的限制，软键120仅以电容方案操作。具有内置在其中的EMR感测器的软键尚未被规定。
图1B示出排列在显示器110中的多个回路131到134。参考图1B，多个回路131到134可以相互重叠地排列。当用户将EMR笔放置到靠近特定位置时，回路131到134可以感测到来自EMR笔的电磁场。
参考图1C，回路131到134中的每一个都可以输出通过所感测的电磁场感应的电流。距EMR笔较近的回路可以感测到大幅度的电磁波，并且发射与所感测的电磁波对应的感应电流。因此，如图1C所示，可以输出具有不同幅度的感应电流。
通信设备100的微处理器可以通过对输出的感应电流的幅度进行内插(interpolating)来确定峰值，从而可以确定用户在显示器上的输入位置。
由于对软键120仅采用了电容方案，所以用户应当通过以他或她的身体部分触摸软键120来输入命令。
如果添加通道以感测软键120上的EMR，那么通道和线圈的数目将增加。结果，控制电路的大小增加，从而导致制造成本增加。
发明内容
本发明被设计以解决至少上述问题和/或缺点，并且提供至少下述优点。
相应地，本发明的一个方面在于提供一种内置在触摸屏中的电磁感测装置，其中，少量的控制电路通道被用于排列在软键区域中的线圈。
根据本发明，提供一种内置在具有至少一个软键的触摸屏中的电磁感测装置，在该电磁感测装置中，印刷电路板(PCB)具有与至少一个软键对应的至少一个子区域，控制器具有至少一个输入/输出通道，并且控制电磁感测装置的电磁感测，并且回路单元从至少一个输入/输出通道中的一个延伸，具有排列在PCB上的至少一个子区域中的至少一个子回路，并且输出通过电磁场感应的电流。每个子回路对于电磁场输出不同的输出值。
根据本发明，提供一种内置在具有至少一个软键的触摸屏中的电磁感测装置，在该电磁感测装置中，PCB具有与至少一个软键对应的至少一个子区域，控制器具有第一和第二输入/输出通道，并且控制电磁感测装置的电磁感测，第一回路单元从所述第一输入/输出通道延伸，具有排列在PCB上的至少一个子区域中的至少一个第一子回路，并且输出通过所感测的电磁场感应的第一电流，并且第二回路单元从所述第二输入/输出通道延伸，具有排列在PCB上的至少一个子区域中的至少一个第二子回路，并且输出通过所感测的电磁场感应的第二电流。
根据本发明，提供一种内置在具有至少一个软键的触摸屏中的电磁感测装置，在该电磁感测装置中，PCB具有与所述至少一个软键对应的至少一个子区域，控制器具有第一、第二和第三输入/输出通道，并且控制电磁感测装置的电磁感测，第一回路单元从所述第一输入/输出通道延伸，具有排列在PCB上的至少一个子区域的部分中的至少一个第一子回路，并且输出通过所感测的电磁场感应的第一电流，第二回路单元从所述第二输入/输出通道延伸，具有排列在PCB上的至少一个子区域的部分中的至少一个第二子回路，并且输出通过所感测的电磁场感应的第二电流，并且第三回路单元从所述第三输入/输出通道延伸，具有排列在PCB上的至少一个子区域的部分中的至少一个第三子回路，并且输出通过所感测的电磁场感应的第三电流。
附图说明
本发明的一定实施例的上述和其它方面、特征和优点将从下面结合附图的详细描述中变得更加清楚，其中：
图1A示出带有以传统电磁共振(EMR)方案操作的电磁感测装置的通信设备；
图1B示出排列在图1A中示出的通信设备的显示器中的多个回路；
图1C示出从图1B中示出的多个回路输出的感应电流；
图2A示出根据本发明的实施例的带有具有电磁感测装置的触摸屏的通信设备；
图2B示出图2A中示出的通信设备中包括的电磁感测装置；
图3示出根据本发明的实施例的回路单元在PCB上的布局；
图4示出根据本发明的另一个实施例的回路单元在PCB上的布局；
图5A和5B示出根据本发明的实施例的用于流动用于电磁感应的电流和用于流动感应电流的配置；
图6A描述根据本发明的实施例的用于使用两个输入/输出(I/O)通道确定用户选择的子回路的操作；
图6B描述根据本发明的另一个实施例的用于使用两个I/O通道确定用户选择的子回路的操作；
图7描述根据本发明的再一个实施例的用于使用两个I/O通道确定用户选择的子回路的操作；
图8示出根据本发明的实施例的使用三个I/O通道的电磁感测装置；以及
图9示出根据本发明的另一个实施例的使用三个I/O通道的电磁感测装置。
贯穿附图，相同的附图参考标号将被理解为指代相同的元件、特征和结构。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的实施例。在后面的描述中，相同的元件将由相同的参考标号来指定，即使它们在不同的附图中示出，也是如此。为了清楚和简明，将省略对本发明的公知功能和结构的详细描述。
图2A示出根据本发明的实施例的带有触摸屏的通信设备200，该触摸屏具有电磁感测装置。
参考图2A，根据本发明的实施例的具有电磁感测装置的通信设备200包括软键240。
软键240是与显示器分开提供的一类用户接口，其使得用户能够直观地执行基本的功能，比如返回、取消、菜单显示控制等。软键120也可以以电磁共振(EMR)方案或电容方案操作。
图2B示出2A中示出的通信设备200中包括的电磁感测装置。参考图2B，电磁感测装置可以包括印刷电路板(PCB)250，PCB 250具有第一端250A、第二端250B、以及与图2A中所示的相应的软键240对应的一个或多个子区域251到254。通信设备200包括四个软键240并且可以与相应的四个软键240相对应地定义四个子区域251到254。PCB 250还可以包括连接器255。
尽管图2B中示出从外部控制设备接收PCB 250的输入值/PCB 250的输出值被发送到外部控制设备，所述外部控制设备例如通过连接器255安装在其上的带有微处理器的母板、而不是控制器被布置在PCB 250上，但是本领域技术人员将容易理解，控制器(未示出)，比如微处理器，也可以被布置在PCB上。
连接器255可以包括信号收发器，用于接收/发送多个通道的输入/输出信号。连接器255优选地采用金指(gold finger)的形式，这不应当被解释为对本发明的限制。尽管在图2B中连接器255被示出为具有八个通道，但是这仅仅是示例，本发明不限于此。
同时，一个或多个子回路可以被排列在PCB 250的第一端250A到第二端250B的子区域251到254中，以感测施加到软键240的电磁场。所述一个或多个子回路可以顺序地(serially)连接到单个子回路中，共用一个通道。这些子回路可以共同地被称为回路单元。
回路单元在PCB上的布局在图2B中未示出，而将在下面进行详细描述。
图3示出根据本发明的实施例的回路单元360在PCB 250上的布局。
参考图3，回路单元360可以包括通常以方形或矩形分别排列在PCB 250的子区域251到254中的第一子回路361到第四子回路364。回路单元360的一端可以连接到控制器300的I/O通道，并且电源电压Vout可以施加到回路单元360的这一端。因此，从控制器300施加的用于电磁感应的电流或来自子回路361到364中的至少一个的感应电流可以流过连接到I/O通道的回路单元360的这一端。
对于相同的电磁通量，子回路361到364可以感应出具有不同幅度的电流。在图3中示出的实施例中，子回路316到364的线圈缠绕(coil winding)的数目不同。更具体来说，排列在第一子区域251中的第一子回路361的线圈缠绕数目是排列在第四子区域254中的第四子回路364的线圈缠绕数目的四倍，排列在第二子区域252中的第二子回路362的线圈缠绕数目是排列在第四子区域254中的第四子回路364的线圈缠绕数目的三倍，并且排列在第三子区域253中的第三子回路363的线圈缠绕数目是排列在第四子区域254中的第四子回路364的线圈缠绕数目的二倍。子回路361到364可以占据相同的线圈缠绕面积。
对于相同的电磁通量，感应到回路中的电流的幅度可以与回路的线圈缠绕的面积和数目成比例。因此，如果其它因素被控制住，来自第一子回路361的感应电流的幅度是来自第四子回路364的感应电流的四倍，来自第二子回路362的感应电流的幅度是来自第四子回路364的感应电流的三倍，并且来自第三子回路363的感应电流的幅度是来自第四子回路364的感应电流的二倍。
如上所述，由于子回路361到364对于相同的电磁通量输出具有不同幅度的感应电流，因此控制器300可以基于感应电流的幅度来确定与用户选择的子回路对应的软键。
更具体来说，控制器300可以从存储器(未示出)读取预存储的感应电流幅度数据库，并且将来自回路单元360的感应电流的值与所读取的感应电流幅度数据库相比较，从而确定用户选择的子回路。
例如，如果假设子回路的感应电流幅度数据库按照下面的表1给出。
表1
子回路 感应电流(mA)
第一子回路 140
第二子回路 115
第三子回路 70
第四子回路 35
例如，如果通过回路单元360的这一端输出到控制器300的感应电流的幅度为118mA，则控制器300计算从回路单元360输出的感应电流的幅度与感应电流幅度数据库的值之间的差的绝对值。如果存在低于一定值的任何绝对值，则控制器300可以确定与该绝对值相对应的子回路为用户选择的子回路。例如，如果该值为10，则控制器300可以确定第二子回路362为用户选择的子回路，这是因为从回路单元360输出的感应电流的幅度与感应电流幅度数据库中的第二子回路362的值之间的差的绝对值3小于10。因此，控制器300可以确定用户选择了与第二子回路362对应的软键，并且输出相关信息，以便通信设备200可以控制与该软键对应的预设命令的执行。
图4示出根据本发明的另一个实施例的回路单元350在PCB 250上的布局。
参考图4，回路单元350可以包括分别排列在PCB 250的子区域251到254中的第一到第四子回路351到354。回路单元350的一端可以连接到控制器400的I/O通道，并且电源电压Vout可以施加到回路单元350的这一端。因此，从控制器400施加的用于电磁感应的电流或来自子回路351到354中的至少一个的感应电流可以流过连接到I/O通道的回路单元350的这一端。
对于相同的电磁通量，子回路351到354可以感应出具有不同幅度的电流。在图4中示出的实施例中，子回路351到354的线圈缠绕的面积不同。更具体来说，排列在第四子区域254中的第四子回路354的线圈缠绕的面积是排列在第一子区域251中的第一子回路351的线圈缠绕的面积的四倍，排列在第三子区域253中的第三子回路353的线圈缠绕的面积是排列在第一子区域251中的第一子回路351的线圈缠绕的面积的三倍，并且排列在第二子区域252中的第二子回路352的线圈缠绕的面积是排列在第一子区域251中的第一子回路351的线圈缠绕的面积的二倍。子回路351到354可以具有相同的线圈缠绕数目。
对于相同的电磁通量，感应到回路中的电流的幅度可以与回路的线圈缠绕的面积和数目成比例。因此，如果其它因素被控制住，来自第一子回路351的感应电流的幅度是来自第四子回路354的感应电流的四分之一，来自第二子回路352的感应电流的幅度是来自第四子回路354的感应电流的三分之一，并且来自第三子回路353的感应电流的幅度是来自第四子回路354的感应电流的二分之一。
如上所述，由于子回路351到354对于相同的电磁通量输出具有不同幅度的感应电流，因此控制器300可以基于感应电流的幅度来确定与用户选择的子回路对应的软键。
更具体来说，控制器300可以从存储器(未示出)读取预存储的感应电流幅度数据库，并且将来自回路单元360的感应电流的值与所读取的感应电流幅度数据库相比较，从而确定用户选择的子回路。
图5A和5B示出根据本发明的实施例的用于流动用于电磁感应的电流和用于流动感应电流的配置。多个子回路510、520、530和540可以排列在与各个软键对应的位置处。
连接到多个子回路510、520、530和540并且控制电磁感测的控制器可以通过在第一时间段内使具有幅度的电流流过多个子回路510、520、530和540的回路单元，使用多个子回路510、520、530和540作为用于流动用于电磁感应的电流的手段(means)。此外，该控制器可以通过在第二时间段内中断流过子回路510、520、530和540的电流而接收来自子回路510、520、530和540之一的感应电流，使用多个子回路510、520、530和540作为用于流动感应电流的手段。
也就是说，控制器可以以时分方式使用多个子回路510、520、530和540作为用于流动用于电磁感应的电流的手段或用于流动感应电流的手段。
图5B示出感应电流通过其流动的多个子回路511到514以及用于电磁感应的电流通过其流动的输出回路单元560。多个子回路511到514可以排列在与各个软键对应的位置处。
多个子回路511到514和输出回路单元560可以连接到控制器。控制器可以使用于电磁感应的具有幅度的电流流过输出回路单元560，并且可以从子回路511到514接收感应电流。也就是说，控制器可以以子回路511到514与输出回路单元560的空分方式，使用子回路511到514作为感应电流流动手段。
图6A描述根据本发明的实施例的用于使用两个I/O通道确定用户选择的子回路的操作。
参考图6A，连接到第一I/O通道601的第一回路单元包括占据不同的线圈缠绕面积的四个第一子回路611到614。连接到第二I/O通道602的第二回路单元包括占据不同的线圈缠绕面积的四个第二子回路621到624。
根据图6A中示出的实施例，第一子回路611到614可以以第一子回路611到614的线圈缠绕的面积在从PCB的第一端250A端到第二端250B的方向上减小的方式来排列。例如，在图6A中，邻近第一I/O通道601的第一子回路611与其余的第一子回路612、613和614相比，占据较大的线圈缠绕面积。第一子回路611右侧的第一子回路612的线圈缠绕的面积小于第一子回路611的线圈缠绕的面积，而大于第一子回路613的线圈缠绕的面积。此外，就线圈缠绕的面积而言，第一子回路613大于第一子回路614。因此，第一子回路611到614的线圈缠绕的面积从PCB的第一端250A端到第二端250B减小。
然而，第二子回路621到624以它们的线圈缠绕的面积在从PCB的第一端250A端到第二端250B的方向上增加的方式来布置。例如，在图6A中，邻近第二I/O通道602的第二子回路624与其余的第二子回路621、622和623相比，占据较大的线圈缠绕面积。第二子回路624左侧的第二子回路623的线圈缠绕的面积小于第二子回路624的线圈缠绕的面积，而大于第一子回路622的线圈缠绕的面积。此外，就线圈缠绕的面积而言，第二子回路622大于第二子回路621。因此，第二子回路621到624的线圈面积从PCB的第一端250A端到第二端250B增加。
如上所述，来自子回路的感应电流的幅度与子回路的线圈缠绕的面积成比例。控制器可以基于来自连接到第一I/O通道601的第一回路单元的第一感应电流的幅度和来自连接到第二I/O通道602的第二回路单元的第二感应电流的幅度之间的比率来确定用户选择的子回路。例如，控制器可以根据通过公式(1)计算的判决值来确定用户选择的子回路，等式（1）如下所示：
其中I1和I2分别表示第一和第二感应电流的幅度。
当用户选择最左侧的软键时，第一子回路611感应出具有大幅度的电流，而第二子回路621感应出具有小幅度的电流。因此，根据等式（1），判决值可以是正号的，并且其绝对值可以很大。在该情况中，控制器可以确定最左侧的软键已经被选择。
下面的表2示出根据本发明的实施例的决策值和用户选择的软键之间的关系。
表2
决策值 软键
正号的大绝对值 第一软键
正号的小绝对值 第二软键
负号的小绝对值 第三软键
负号的大绝对值 第四软键
控制器可以读取预存储在存储器中的如同表2的查找表，并且基于所确定的判决值确定用户选择的软键。在表2中，第一到第四软键是从左侧开始顺序编号的。
图6B描述根据本发明的另一个实施例的用于使用两个I/O通道确定用户选择的子回路的操作。
图6B中示出的电磁感测装置基于与图6A中示出的电磁感测装置的原理基本相同的原理操作。它们之间的区别在于：在图6B中第一子回路631到634具有不同的线圈缠绕数目。由于如上所述来自子回路的感应电流的幅度与子回路的线圈缠绕的数目和面积成比例，因此如果如图6B中所示子回路占据相同的线圈缠绕面积但具有不同的线圈缠绕数目，则可以基于与图6A中的原理相同的原理来确定用户选择的软键。因此，这里将不提供对图6B的电磁感测装置确定用户选择的软键的方式的描述。
图7描述根据本发明的再一个实施例的用于使用两个I/O通道确定用户选择的子回路的操作。
参考图7，电磁感测装置可以包括连接到第一I/O通道701的第一回路单元710和连接到第二I/O通道702的第二回路单元720。
第一回路单元710可以被布置成三角形，使得第一回路单元710的线圈缠绕的面积从PCB的一端到另一端逐渐减小。相比之下，第二回路单元720可以被布置成三角形，使得第二回路单元720的线圈缠绕的面积从PCB的第一端250A到第二端250B逐渐增加。
如前面所述，感应电流的幅度与线圈缠绕的面积成比例。因此，当第一I/O通道701附近存在电磁场时，来自第一回路单元710的感应电流的幅度可以大于来自第二回路单元720的感应电流的幅度。
当第二I/O通道702附近存在电磁通量时，来自第一回路单元710的感应电流的幅度可以小于来自第二回路单元720的感应电流的幅度。
相应地，图7的电磁感测装置中的控制器可以以图6A的控制器的方式，根据等式(1)来计算判决值。此外，控制器可以读取如同表1的查找表，并且基于所确定的判决值来确定用户选择的软键。
已经描述了基于判决值确定用户选择的软键的机制，因此这里将不提供对其的描述。
图8示出根据本发明的实施例的使用三个I/O通道的电磁感测装置。
参考图8，电磁感测装置可以包括连接到第一I/O通道801的第一回路单元810、连接到第二I/O通道802的第二回路单元820、以及连接到第三I/O通道803的第三回路单元830。
当用户选择第二软键(即，与第二回路单元820对应的软键)时，来自第二回路单元820的感应电流的幅度可以最大。因此，控制器800可以确定用户选择了第二软键。以相同的方式，当用户选择与第三回路单元830对应的第三软键时，来自第三回路单元830的感应电流的幅度可以最大，因此控制器800可以确定用户选择了第三软键。
当用户选择第一或第四软键时，来自第一回路单元810的感应电流的幅度可以最大。然而，控制器800可能不能确定第一回路单元810的输出是来自与第一软键对应的子回路、还是来自与第四软键对应的子回路。在这种情况中，控制器800可以基于来自第二回路单元820或第三回路单元830的感应电流的幅度来确定用户选择的软键。
例如，当用户选择第一软键时，第二回路单元820输出的感应电流的幅度比第三回路单元830输出的感应电流的幅度大，这是因为第一软键距第二回路单元820比距第三回路单元830近。因此，如果来自第一回路单元810的感应电流的幅度最大，则控制器800可以基于来自第二回路单元820和第三回路单元830的感应电流的幅度来确定选择了第一软键还是第四软键。
图9示出根据本发明的另一个实施例的使用三个I/O通道的电磁感测装置。
参考图9，电磁感测装置可以包括连接到第一I/O通道901的第一回路单元910、连接到第二I/O通道902的第二回路单元920、以及连接到第三I/O通道903的第三回路单元930。
如图9中所示，第一回路单元910、第二回路单元920和第三回路单元930可以相互重叠布置。
在图9的实施例中，当用户选择第一或第四软键时，第一回路单元910或第三回路单元930可以输出具有最大幅度的感应电流，因此控制器900可以相应地确定用户选择的软键。
如果用户选择第二或第三软键，从第二回路单元920输出的感应电流的幅度可以最大。在这种情况下，如果第一回路单元910输出的感应电流的幅度大于从第三回路单元930输出的感应电流的幅度，则控制器900可以确定选择了第二软键。如果第一回路单元910输出的感应电流的幅度小于从第三回路单元930输出的感应电流的幅度，则控制器900可以确定选择了第三软键。
如从上述的本发明的实施例显而易见的，可以提供一种电磁感测装置，其中对于排列在软键区域中的线圈使用小数目的控制电路通道。所导致的控制电路所需的通道数目的缩减减小了控制电路的大小和线圈的数目。
尽管已经参考本发明的特定实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将会理解，可以在其中进行各种形式和细节上的改变，而不偏离所附权利要求所定义的本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种内置在具有至少一个软键的触摸屏中的电磁感测装置，该电磁感测装置包括：
印刷电路板(PCB)，其具有与所述至少一个软键对应的至少一个子区域；
控制器，其具有至少一个输入/输出通道，用于控制该电磁感测装置的电磁感测；以及
回路单元，其从所述至少一个输入/输出通道中的一个延伸，并且具有排列在PCB上的至少一个子区域中的至少一个子回路，并且输出通过电磁场感应的电流，
其中，每个子回路对于该电磁场输出不同的输出值，并且所述至少一个输入/输出通道的数目小于所述至少一个软键的数目。
2.如权利要求1所述的电磁感测装置，其中，所述控制器根据感应电流的幅度来确定用户选择的软键。
3.如权利要求2所述的电磁感测装置，还包括存储器，用于预存储感应电流幅度数据库，
其中，所述控制器基于从存储器中读取的感应电流幅度数据库来确定用户选择的软键。
4.如权利要求1所述的电磁感测装置，其中，每个子回路具有不同的线圈缠绕数目。
5.如权利要求1所述的电磁感测装置，其中，每个子回路占据不同的线圈缠绕面积。
6.如权利要求1所述的电磁感测装置，其中，所述控制器在第一时段通过回路单元施加具有幅度的电流，并且在第二时段中断电流流动而从回路单元接收感应电流。
7.如权利要求1所述的电磁感测装置，还包括排列在PCB上的输出回路单元，用于流动具有幅度的电流，
其中，所述控制器使所述具有幅度的电流不流过所述回路单元。
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