CN102841552B - 数字板集成芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字板集成芯片，包括系统时钟脉冲单元、时钟脉冲除频电路、微控制器、电能转换及传输单元、模拟开关单元、模拟数字转换器以及信号处理单元，该微控制器控制电能转换及传输单元、模拟开关单元及信号处理单元，使该电能转换及传输单元超距地提供电源给指标元件，该信号处理单元则可将从外部接收来的感应信号放大、滤波及调频等信号处理，用于调整频带并减少噪声，使该数字板集成芯片能处理的信号频带更广泛，再将经信号处理单元处理过后的外部信号传输至微控制器，该微控制器则将接收到的信号运算后产生精确的压力值及座标值传至外部装置。
Description
技术领域
本发明涉及数字板集成芯片，且特别涉及将微控制器(MCU)集成于内的一数字板集成芯片。
背景技术
一般现有的数字板由许多如放大电路、调频电路、滤波电路、模拟数字转换电路等特定功能集成电路芯片及微控制器(MCU)组成，其将数字板的感应回路所接收到的感应信号，通过这些特定功能集成电路芯片做处理然后再送至MCU芯片来做运算，此外，也有用于数字板的特定应用集成电路芯片(ASIC)，其并未将微控制器(MCU)集成至芯片内，而是ASIC一颗芯片，而MCU则为另一颗芯片，再搭配使用，且在如无线笔、鼠标、指示笔设备或定位盘等指标元件端又必须另开一颗芯片与数字板端的芯片做搭配来沟通，如此必然增加生产成本。
此外，一般现有的数字板所使用的集成芯片，大多限定只能在固定范围的信号频带使用，且无法对频带进行调整，如此将会对可接收进来的信号的应用范围有较大的限制。
发明内容
本发明的主要目的在于提供使用于数字板端的一种数字板集成芯片，其包括一系统时钟脉冲单元、一时钟脉冲除频电路、一微控制器(MCU)、一电能转换及传输单元、一模拟开关单元、一模拟数字转换器(ADC)以及一信号处理单元。该微控制器控制电能转换及传输单元、模拟开关单元及信号处理单元，该电能转换及传输单元用于搭配模拟开关单元将电能转换成磁场以提供指标元件进行共振耦合及储能，该信号处理单元则可对从外部接收来的感应信号做放大、滤波及调频等信号处理，用于选择干净频带以减少噪声干扰。将经信号处理单元处理过后的外部感应信号传输至微控制器，该微控制器将接收到的信号运算后产生精确的压力值及座标值传输至外部装置。
本发明的另一目的在于提供使用于数字板端的一种数字板集成芯片，其包括一系统时钟脉冲单元、一时钟脉冲除频电路、一微控制器、一电能转换及传输单元、一模拟开关单元、一模拟数字转换器、一前置放大器、一第一增益控制电路、一滤波器、一第二增益控制电路、一电压比较器、一整流器、一时钟脉冲比较器、一信号选择单元以及一积分器。该微控制器控制电能转换及传输单元、模拟开关单元、第一增益控制电路、第二增益控制电路、信号选择单元、积分器及模拟数字转换器。
该电能转换及传输单元超距地提供电源给指标元件，该前置放大器、第一增益控制电路、滤波器以及一第二增益控制电路依序对从外部接收来的感应信号做放大、进行放大倍率级距较大的初步增益控制、滤波、进行放大倍率级距较小的精细增益控制等信号处理，使该数字板集成芯片能处理的信号频带更加广泛、噪声更低。经该等信号处理后的信号通过整流器产生整流信号，以及通过电压比较器与时钟脉冲比较器产生频率差信号，再将该整流信号及频率差信号分别传输至积分器，以分别产生座标积分信号及压力积分信号，将此座标积分信号及压力积分信号经由模拟数字转换器转换成数字数值并传送至微控制器，该微控制器将接收到的座标数字数值及压力数字数值运算后产生精确的座标值及压力值传输至外部装置。
此外，该微控制器也可提供一触发信号至该时钟脉冲比较器，以触发该时钟脉冲比较器开始产生该频率差信号，用于控制从时钟脉冲比较器传输至积分器的频率差信号的积分时间。
附图说明
图1为本发明数字板集成芯片的第一实施例的功能示意图。
图2为本发明数字板集成芯片的第二实施例的功能示意图。
图3为本发明数字板集成芯片的第三实施例的功能示意图。
图4为本发明数字板集成芯片的第三实施例的时钟脉冲比较器时序图。
其中，附图标记说明如下：
1、2、3：数字板集成芯片 2:数字板
4：指标元件 6:外部电源供应单元
10：系统时钟脉冲单元 20：时钟脉冲除频电路
30：微控制器 40：电能转换及传输单元
50：模拟开关单元 60：模拟数字转换器
100：信号处理单元 102：前置放大器
104：第一增益控制电路 106：滤波器
108：第二增益控制电路 120：电压比较器
122：整流器 124：时钟脉冲比较器
126：信号选择单元 128：积分器
S1：模拟座标信号 S2：模拟压力信号
S3:频率差信号 T1：第一程控时间
T2:第二程控时间 T3：第三程控时间
具体实施方式
以下配合图式及元件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，以使熟悉该技术者在研读本说明书后能据以实施。
参阅图1为本发明数字板集成芯片的第一实施例的功能示意图。本发明提供一种数字板集成芯片1，该数字板集成芯片1使用于数字板2，并由外部电源供应单元6提供电源使用。该数字板集成芯片1包括一系统时钟脉冲单元10、一时钟脉冲除频电路20、一微控制器(MCU)30、一电能转换及传输单元40、一模拟开关单元50、一模拟数字转换器(ADC)60以及一信号处理单元100。该系统时钟脉冲单元10提供系统时钟脉冲给时钟脉冲除频电路20及微控制器30，该微控制器30提供一时钟脉冲选择信号至该时钟脉冲除频电路20，该时钟脉冲除频电路20则依据该时钟脉冲选择信号对从系统时钟脉冲单元10所接收到的系统时钟脉冲进行除频，以产生所需频率的电源输出时钟脉冲信号并传送至该电能转换及传输单元40，也即该时钟脉冲除频电路20由微控制器30选择出的选择信号所控制，将系统时钟脉冲进行除频，以产生所需要频率的电源输出时钟脉冲信号。
该微控制器30提供一控制信号、一模拟开关选择信号、一第二控制信号及一第三控制信号，用于分别控制电能转换及传输单元40、模拟开关单元50、信号处理单元100及模拟数字转换器(ADC)60。该电能转换及传输单元40从微控制器30接收控制信号及从该时钟脉冲除频电路20接收电源输出时钟脉冲信号，并依据控制信号及电源输出时钟脉冲信号，将电流信号传输至模拟开关单元50。该模拟开关单元50接收该模拟开关选择信号，并根据该模拟开关选择信号来对感应回路传送该电流信号，电能转换及传输单元40用于搭配模拟开关单元50将该电流信号转换成时变磁场以提供指标元件4对该时变磁场进行共振耦合及储能，以此达到对指标元件4提供电源的目的，以及根据该模拟开关选择信号接收外部感应回路的感应信号的其中之一，并将该接收从外部的感应信号传至信号处理单元100。因此，该指标元件4不一定需要内建电池，其所需电源可由本发明的数字板集成芯片1来提供，且该指标元件4内不需另开一颗芯片与本发明的数字板集成芯片1做配合，该指标元件4仅由电容、电阻及线圈(电感)等简单的电子元件构成即可与本发明的数字板集成芯片做沟通，如此可节省许多生产成本。
该信号处理单元100从该模拟开关单元50接收从外部感应信号及从该微控制器30接收该第二控制信号，并依据该第二控制信号对该外部感应信号进行放大、滤波及调制等信号处理，转换为模拟座标信号S1及模拟压力信号S2并传送至模拟数字转换器60。该模拟数字转换器60从该信号处理单元100接收该模拟座标信号及模拟压力信号，以及从该微控制器30接收该第三控制信号，并依据该第三控制信号将该模拟座标信号S1转换为一数字座标信号及将该模拟压力信号S2转换为一数字压力信号，并传至微控制器30，该微控制器30再将数字座标信号及数字压力信号进行运算，以产生座标值与压力值，并通过一接口(图中未显示)将座标值与压力值传至外部装置(图中未显示)。
要注意的是，该指标元件4包括有线压感笔、无线压感笔、有线数字板鼠标及无线数字板鼠标的至少其中之一。
要注意的是，该外部装置包括个人电脑、笔记本电脑及电脑主机的至少其中之一。
参阅第图2为本发明数字板集成芯片的第二实施例的功能示意图。本发明提供一种数字板集成芯片3，该数字板集成芯片3使用于数字板(图中未显示)，其包括一系统时钟脉冲单元10、一时钟脉冲除频电路20、一微控制器30、一电能转换及传输单元40、一模拟开关单元50、一模拟数字转换器60、一前置放大器102、一第一增益控制电路104、一滤波器106、一第二增益控制电路108、一电压比较器120、一整流器122、一时钟脉冲比较器124、一信号选择单元126以及一积分器128。
该系统时钟脉冲单元10提供系统时钟脉冲至时钟脉冲除频电路20及微控制器30，该微控制器30提供一时钟脉冲选择信号至该时钟脉冲除频电路20，该时钟脉冲除频电路20则依据该时钟脉冲选择信号对从系统时钟脉冲单元10所接收到的系统时钟脉冲进行除频，以产生所需频率的电源输出时钟脉冲信号并传送至该电能转换及传输单元40，也即该时钟脉冲除频电路20是由微控制器30选择出的选择信号所控制，将系统时钟脉冲进行除频，以产生所需要频率的电源输出时钟脉冲信号。
该微控制器30系提供一控制信号、一模拟开关选择信号、一第一增益控制信号、一第二增益控制信号、一信号选择控制信号、一积分控制信号及一模拟数字转换控制信号用于分别控制电能转换及传输单元40、模拟开关单元50、第一增益控制电路104、第二增益控制电路108、信号选择单元126、积分器128及模拟数字转换器60。该电能转换及传输单元40从微控制器30接收控制信号及从该时钟脉冲除频电路20接收电源输出时钟脉冲信号，并依据控制信号及电源输出时钟脉冲信号，将电流信号传输至模拟开关单元50。该模拟开关单元50接收该模拟开关选择信号，并根据该模拟开关选择信号来对感应回路传送该电流信号，电能转换及传输单元40用于搭配模拟开关单元50将该电流信号转换成时变磁场以提供指标元件4对该时变磁场进行共振耦合及储能，以此达到对指标元件4提供电源的目的，以及根据该模拟开关选择信号接收外部感应回路的感应信号的其中之一，并将该接收从外部的感应信号传至信号处理单元100。因此，该指标元件4不一定需要内建电池，其所需电源可由本发明的数字板集成芯片3来提供，且该指标元件4内不需另开一颗芯片与本发明的数字板集成芯片3做配合，该指标元件4仅由电容、电阻及线圈(电感)等简单的电子元件构成即可与本发明的数字板集成芯片做沟通，如此可节省许多生产成本。
该前置放大器102从模拟开关单元50接收外部感应信号，由于接收进来的外部感应信号较小，因此该前置放大器102将该外部感应信号放大为放大信号，并将放大信号传送至第一增益控制器104。
该第一增益控制电路104从该前置放大器102接收该放大信号以及从该微控制器30接收该第一增益控制信号，并依据该第一增益控制信号对该放大信号进行初步的增益控制，以产生一第一增益信号，并将该第一增益信号传送至滤波器106，其中该第一增益控制信号是指该微控制器30依据微控制器30内部所设定的一固定增益值，该第一增益控制电路104依据该固定增益值对该放大信号的放大倍率做大范围的调整。该滤波器106对从该第一增益控制电路104接收的第一增益信号做滤波，以滤波出所需频带的滤波信号，并将滤波信号传送至第二增益控制电路108。
该第二增益控制电路108从该滤波器106接收该滤波信号及从该微控制器30接收该第二增益控制信号，并依据该第二增益控制信号对该滤波信号进行一动态微调，以产生一第二增益信号，并将该第二增益信号传送至整流器122及电压比较器120，其中该动态微调系指该第二增益控制电路108依据该微控制器30内部所设定的一信号强弱范围，对该滤波信号依据该信号强弱范围作小范围的微调，当该滤波信号的强度小于该信号强弱范围的下限值时，该第二增益控制电路108会依据该第二增益控制信号对该滤波信号做适当的微调来放大该滤波信号的强度，当该滤波信号的强度超过该信号强弱范围的上限值时，该第二增益控制电路108会依据第二增益控制信号对该滤波信号做适当的微调来缩小该滤波信号的强度。
该整流器122对从第二增益控制电路108接收的第二增益信号做整流，以产生整流信号，并将该整流信号传送至信号选择单元126。该电压比较器120将从第二增益控制电路108接收的第二增益信号转换为方波信号，并将方波信号传送至时钟脉冲比较器124。该时钟脉冲比较器124从该电压比较器120接收该方波信号及从该时钟脉冲除频电路20接收该参考时钟脉冲信号，并将该方波信号的频率与该参考时钟脉冲信号的频率作比较，以计算出一频率差信号，再将该频率差信号传送至信号选择单元126。
该信号选择单元126从该微控制器30接收该信号选择控制信号，并根据该信号选择控制信号在该时钟脉冲比较器124及整流器122间做切换，当切换至该时钟脉冲比较器124时，则传输从时钟脉冲比较器124接收的频率差信号至积分器128，当切换至整流器122时，则传输从整流器122接收的信号至积分器128。该积分器128从该信号选择单元126接收该整流信号、从该信号选择单元126接收该频率差信号以及从该微控制器30接收该积分控制信号，当积分器128接收到整流信号时，依据该积分控制信号将该整流信号做积分，以产生一模拟座标信号S1，并将模拟座标信号S1传送至模拟数字转换器60。当积分器128接收到频率差信号时，依据该积分控制信号将该频率差信号做积分，以产生一模拟压力信号S2，并将模拟压力信号S2传送至模拟数字转换器60。该模拟数字转换器60从该积分器128接收该模拟座标信号及该模拟压力信号，以及从该微控制器30接收该模拟数字转换控制信号，并依据该模拟数字转换控制信号将该模拟座标信号S1转换为一数字座标信号及将该模拟压力信号S2转换为一数字压力信号，再将该数字座标信号及该数字压力信号传至该微控制器30，该微控制器30系对该数字座标信号及该数字压力信号进行运算，以产生一座标值与一压力值，并通过一接口(图中未显示)将座标值与压力值传至外部装置(图中未显示)。
要注意的是，该指标元件4包括有线压感笔、无线压感笔、有线数字板鼠标及无线数字板鼠标的至少其中之一。
要注意的是，该外部装置包括个人电脑、笔记本电脑及电脑主机的至少其中之一。
参阅图3为本发明数字板集成芯片的第三实施例的功能示意图。第三实施例中的数字板集成芯片5中的构件及操作方式均与第二实施例相同，此外，第三实施例中的微控制器30还包括一固件模块，而该固件模块提供一触发信号至该时钟脉冲比较器124，以触发该时钟脉冲比较器124开始产生该频率差信号，用于控制从时钟脉冲比较器124传输至积分器128的频率差信号的积分时间，详细说明请参阅图4。
参阅图4为本发明数字板集成芯片的第三实施例的时钟脉冲比较器124时序图。当微控制器的第一程控时间T1结束后，该时钟脉冲比较器124从微控制器接收一触发脉冲，并依据该触发脉冲开始产生频率差信号S3，在经过M-1个频率差信号S3的周期(即微控制器的第二程控时间T2)后，该积分器128开始对所接收到的频率差信号S3做积分，积分时间为一整个第M个频率差信号S3的周期(即微控制器的第三程控时间T3)。
以上所述者仅为用于解释本发明的较佳实施例，并非以此对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明所欲保护的范畴。
Claims (5)
1.一种数字板集成芯片，使用于数字板端，其特征在于，包括：
一系统时钟脉冲单元，用于提供一系统时钟脉冲；
一微控制器，从该系统时钟脉冲单元接收该系统时钟脉冲，并提供一时钟脉冲选择信号、一控制信号、一第一增益控制信号、一第二增益控制信号、一信号选择控制信号、一积分控制信号、一模拟数字转换控制信号及一模拟开关选择信号，该微控制器还包括一固件模块，该固件模块提供一触发信号至该时钟脉冲比较器，以触发该时钟脉冲比较器开始产生该频率差信号；
一时钟脉冲除频电路，接收该时钟脉冲选择信号及该系统时钟脉冲以及提供一参考时钟脉冲信号，并依据该时钟脉冲选择信号对该系统时钟脉冲进行除频，以产生所需频率的电源输出时钟脉冲信号；
一电能转换及传输单元，接收该控制信号及该电源输出时钟脉冲信号，并依据该控制信号及该电源输出时钟脉冲信号，来产生电流信号；
一模拟开关单元，接收该模拟开关选择信号，并根据该模拟开关选择信号来接收该电流信号及一指标元件所提供的外部信号的其中之一，再将所接收的电流信号传输至该指标元件及根据所接收的外部信号产生一外部切换信号；
一前置放大器，接收该外部信号，并将该外部信号放大为一放大信号；
一第一增益控制电路，接收该放大信号以及该第一增益控制信号，并依据该第一增益控制信号对该放大信号的频带做初始调制，以产生一第一增益信号；
一滤波器，接收该第一增益信号，并对该第一增益信号做滤波，以产生所需频带的滤波信号；
一第二增益控制电路，接收该滤波信号及该第二增益控制信号，并依据该第二增益控制信号对该滤波信号进行一动态微调，以产生一第二增益信号；
一整流器，对从该第二增益控制电路接收的第二增益信号做整流，以产生一整流信号；
一电压比较器，将从该第二增益控制电路接收的第二增益信号转换为一方波信号；
一时钟脉冲比较器，从该电压比较器接收该方波信号及从该时钟脉冲除频电路接收该参考时钟脉冲信号，并将该方波信号的频率与该参考时钟脉冲信号的频率作比较，以计算出一频率差信号；
一信号选择单元，从该微控制器接收该信号选择控制信号，并根据该信号选择控制信号在该时钟脉冲比较器及整流器间做切换，用于接收该整流信号及该频率差信号的其中之一；
一积分器，从该信号选择单元接收该整流信号、从该信号选择单元接收该频率差信号以及从该微控制器接收该积分控制信号，并依据该积分控制信号将该整流信号做积分，以产生一模拟座标信号，以及依据该积分控制信号将该频率差信号做积分，以产生一模拟压力信号；以及
一模拟数字转换器，从该积分器接收该模拟座标信号及该模拟压力信号，以及从该微控制器接收该模拟数字转换控制信号，并依据该模拟数字转换控制信号将该模拟座标信号转换为一数字座标信号及将该模拟压力信号转换为一数字压力信号，再将该数字座标信号及该数字压力信号传至该微控制器，该微控制器对该数字座标信号及该数字压力信号进行运算，以产生一座标值与一压力值，并将该座标值与该压力值传送至一外部装置。
2.根据权利要求1所述的数字板集成芯片，其特征在于，该第一增益控制信号是指该微控制器所设定的一固定增益值，该第一增益控制电路依据该固定增益值对该放大信号的频带做初始调制。
3.根据权利要求1所述的数字板集成芯片，其特征在于，该动态微调指该第二增益控制电路依据该微控制器所设定的一信号范围，对该滤波信号作微调，当该滤波信号的强度小于该信号范围时，该第二增益控制电路会依据该第二增益控制信号对该滤波信号做适当的微调来放大该滤波信号的强度，当该滤波信号的强度超过该信号范围时，该第二增益控制电路会依据第二增益控制信号对该滤波信号做适当的微调来缩小该滤波信号的强度。
4.根据权利要求1所述的数字板集成芯片，其特征在于，该指标元件包括有线压感笔、无线压感笔、有线数字板鼠标及无线数字板鼠标的至少其中之一。
5.根据权利要求1所述的数字板集成芯片，其特征在于，该外部装置包括一个人电脑、笔记本电脑及电脑主机的至少其中之一。
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