CN103238129A - 在电容触摸传感器中定位静电指示笔 - Google Patents

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Abstract

涉及利用精细定点的有源指示笔的电容触摸传感器的方法、系统和装置。该有源指示笔被配置成从电容触摸传感器接收用于将该指示笔的时基与该电容触摸传感器同步的信号。该有源指示笔被配置成从电容触摸传感器的矩阵接收信号以测量沿一个轴的第一位置，并且将信号从指示笔的单个电极发送到该矩阵以指示该指示笔沿着矩阵的另一轴的第二位置。指示笔可发送接收到的信号以报告该指示笔的第一位置。

Description

在电容触摸传感器中定位静电指示笔
技术领域
本公开涉及用于利用例如指示笔来定位电容触摸传感器中的静电指示笔的电容触摸传感器的技术。
背景
诸如用于便携式设备和监视器的触摸屏的触摸传感器可使用诸如指示笔等书写工具来操纵，由此使得能够输入与用户输入有关的信息。例如，可使用指示笔来触摸触摸传感器的各个区域。触摸传感器接收到的用户输入还可涉及检测指示笔的移动，诸如接收关于由指示笔在触摸传感器上的移动产生的某种形式的书写或标记的信息。
概述
本说明书涉及用于通过精细定点指示笔来使用电容触摸传感器的系统、方法和技术。
一般而言，本说明书中描述的主题的某些方面可以体现在涉及传感器和指示笔的方法中。此方面的其他实施例包括被配置成执行编码在计算机存储设备上的方法的动作的相应的系统、装置和计算机程序。
一般而言，本说明书中所描述的主题的另一方面可被体现在包括涉及电容触摸传感器和静电指示笔的动作的方法中。一些方面表征一种用于使用有源指示笔来使得能够确定该有源指示笔相对于电容触摸传感器的二维位置的方法，其中该电容触摸传感器具有二维导体矩阵，该二维导体矩阵被配置为按行排列的第一导体阵列和按列排列的第二导体阵列，并且其中该有源指示笔具有电极和有源组件。该方法包括在有源指示笔中从矩阵中的各列中的至少一列接收第一信号，测量从所述各列接收到的每一个第一信号的信号强度，使用测得的信号强度来计算有源指示笔沿着电容触摸传感器的矩阵的第一轴的第一位置，以及传送有源指示笔沿着电容触摸传感器的矩阵的第一轴的计算出的第一位置。该方法涉及将第二信号从有源指示笔的电极发送到矩阵的各行中的至少一行以指示有源指示笔沿着该矩阵的第二轴的第二位置，其中该电容触摸传感器被配置成基于接收到的第二信号来确定沿着该矩阵的第二轴的第二位置。电极位于有源指示笔内并且被配置成与电容触摸传感器静电耦合，并且有源指示笔的电极被配置成既接收又发送信号。
这些和其他实施例各自可选地包括以下特征中的一个或多个。该方法可涉及在于有源指示笔中接收到第一信号或发送第二信号之前，在有源指示笔中从电容触摸传感器接收第三信号以将有源指示笔的时基与电容触摸传感器的时基同步。用于同步的第三信号可以在有源指示笔中通过通信信道来接收。该通信信道可以是无线通信信道、超声信号或光信道。通信信道可被配置成接收或发送涉及有源指示笔或电容触摸传感器中的至少一个的信息。可以从第一列阵列中的至少一列接收该第三信号，即可以在有源指示笔中通过至少在这一列处的电极来接收该第三信号。可以从第一列阵列中的多列上同时发送的脉冲中接收第三信号。第三信号可以一个时间帧接收一次。该时间帧可包括被分配来供指示笔接收第三信号的时隙。时间帧可包括被分配来供每一列发送来自电容触摸传感器的第一信号的时隙。时间帧可包括被分配用于从有源指示笔发送计算出的第一位置的时隙。时间帧可包括被分配来供多个有源指示笔中的每一个发送相应的第一位置的时隙。从有源指示笔发送计算出的第一位置可被配置成通过通信信道来进行。该通信信道可以是无线信道、超声信号或光信道。从有源指示笔发送计算出的第一位置可被配置成通过有源指示笔的电极与矩阵的静电耦合来进行，并且至少一行可被配置成从有源指示笔的电极接收计算出的第一位置。有源指示笔的发送可被配置成与利用多个正交波形的、其他有源指示笔或列的多个发送同时进行。有源指示笔的发送可被配置成与利用同步的多个频分信号的、其他有源指示笔或列的多个发送一起进行。有源指示笔的发送可被配置成与利用同步的多个码分信号的、其他有源指示笔或列的多个发送一起进行。该方法可涉及内插以计算有源指示笔的第一和第二位置。有源指示笔可包括：与电极耦合的开关，该开关可被配置成多路复用相对较大的电压和相对较小的电流，其中该开关可被配置成在发送模式中将电压发送到电极上，以及在接收模式中从电极接收电流；针对可耦合到开关的电流的接收器电路，该接收器电路用于从电极接收通过该开关的电流的至少一部分；针对耦合到开关的电压的发送器电路，该发送器电路用于将通过该开关的电压的至少一部分发送到电极上；耦合到接收器和发送器电路的微控制器；以及为至少微控制器供电的内置电源。微控制器可被配置成计算有源指示笔相对于电容触摸传感器上的位置的坐标位置，并且报告有源指示笔的所述坐标位置中的至少一些。微控制器还可被配置成内插以计算有源指示笔的坐标位置。内置电源可包括电池或超级电容。电流可以是微安的数量级，而电压可以是一百伏的数量级。有源指示笔可具有被配置成与电容触摸传感器的矩阵交互的笔尖。指示笔的笔尖可包括用于提供对通过指示笔的力的测量的力传感器。
一般而言，本说明书中描述的主题的另一方面可体现在用于使用电容触摸传感器来使得能够确定有源指示笔相对于电容触摸传感器的二维位置的方法中，其中电容触摸传感器具有二维导体矩阵，该二维导体矩阵被配置为按行排列的第一导体矩阵和按列排列的第二导体矩阵，并且其中有源指示笔具有电极和有源组件。该方法涉及将第一信号从矩阵中的至少一列发送到有源指示笔以指示该有源指示笔沿着电容触摸传感器的矩阵的第一轴的第一位置，以及在矩阵中的一行或多行处从有源指示笔的电极接收第二信号以指示该有源指示笔沿着矩阵的第二轴的第二位置。电容触摸传感器被配置成基于接收到的第二信号来确定沿着矩阵的第二轴的第二位置，并且电容触摸传感器被配置成与位于有源指示笔中的电极静电耦合。
这些和其他实施例每个可选地包括以下特征中的一个或多个。该方法可涉及在发送第一信号或接收第二信号之前，将第三信号从电容触摸传感器发送到有源指示笔以将有源指示笔的时基与电容触摸传感器的时基同步。该第三信号可以从第一列阵列中的至少一列通过电极发送到有源指示笔。第三信号可以与从第一列阵列中的多列同时发送的脉冲一起发送。第三信号可以一个时间帧发送一次。该时间帧可包括被分配来将第三信号发送到指示笔的时隙。时间帧可包括被分配来供每一列发送来自电容触摸传感器的第一信号的时隙。时间帧可包括被分配来供多个有源指示笔中的每一个发送用于确定该指示笔沿着第二轴的位置的第二信号的时隙。该方法可包括接收有源指示笔沿着电容触摸传感器的矩阵的第一轴的计算出的第一位置，其中从有源指示笔接收计算出的第一位置被配置成通过将有源指示笔的电极静电耦合到矩阵来进行，并且至少一行被配置成从有源指示笔的电极接收计算出的第一位置。
一般而言，本说明书中描述的主题的另一方面可以体现在被配置成与电容触摸传感器一起操作的有源指示笔。有源指示笔包括电极，该电极被配置成既接收又发送信号并且被配置成与电容触摸传感器静电耦合。有源指示笔包括与电极耦合的开关，该开关被配置成多路复用相对较大的电压和相对较小的电流，其中该开关被配置成在发送模式中将电压发送到电极上，以及在接收模式中从电极接收电流。有源指示笔包括用于通过开关从电极接收电流以及用于将耦合的电压通过开关发送至电极的装置。有源指示笔包括耦合到接收器和发送器电路的微控制器，该微控制器被配置成确定有源指示笔相对于电容触摸传感器上的位置的至少一个位置。有源指示笔包括向至少微控制器供电的内置电源。
这些和其他实施例每个可选地包括以下特征中的一个或多个。微控制器可被配置成计算有源指示笔相对于电容触摸传感器上的位置的坐标位置，并且报告来自有源指示笔的坐标位置中的至少某一些。微控制器可被配置成在计算有源指示笔的坐标位置时进行内插。有源指示笔可包括通信信道，该通信信道是无线信道、超声信道或光信道，并且内置电源可以是电池或超级电容。电流可以是微安的数量级，而电压可以是一百伏的数量级。
一般而言，本说明书中描述的主题的另一方面可以体现在被配置成与电容触摸传感器一起操作的有源指示笔。有源指示笔包括被配置成既接收又发送信号并且被配置成与电容触摸传感器静电耦合的电极。有源指示笔包括与电极耦合的开关，该开关被配置成多路复用相对较大的电压和相对较小的电流，其中该开关被配置成在发送模式中将电压发送到电极上，以及在接收模式中从电极接收电流。有源指示笔包括用于从电极接收通过开关的电流的接收器电路、用于将通过开关耦合的电压发送到电极的发送器电路、耦合到接收器和发送器电路的微控制器，该微控制器被配置成确定有源指示笔相对于电容触摸传感器上的位置的至少一个位置、以及为至少微控制器供电的内置电源。
一般而言，本说明书所描述的主题的另一方面可以体现在电容触摸传感器中，该电容触摸传感器被配置成使得能够确定有源指示笔相对于电容触摸传感器的二维位置，其中该有源指示笔具有电极和有源组件。电容触摸传感器包括二维导体矩阵，该二维导体矩阵被配置成包括按行排列的第一导体阵列；按列排列的第二导体阵列；耦合到第二导体阵列的发送器，该发送器被配置成将第一信号从矩阵中的至少一列发送到有源指示笔以指示有源指示笔沿着电容触摸传感器的矩阵中的第一轴的第一位置；以及耦合到第一导体阵列的接收器，该接收器被配置成在矩阵中的一行或多行处从有源指示笔的电极接收指示该有源指示笔沿着矩阵的第二轴的第二位置的第二信号。电容触摸传感器被配置成基于接收到的第二信号来确定沿着矩阵的第二轴的第二位置。电容触摸传感器被配置成与位于有源指示笔内的电极静电耦合。
一般而言，本说明书所描述的主题的另一方面可以体现在电容触摸传感器中，该电容触摸传感器被配置成使得能够确定有源指示笔相对于电容触摸传感器的二维位置，其中该有源指示笔具有电极和有源组件。电容触摸传感器包括二维导体矩阵，该二维导体矩阵被配置成包括按行排列的第一导体阵列；按列排列的第二导体阵列；以及用于以下操作的装置：将第一信号从矩阵中的至少一列发送到有源指示笔以指示有源指示笔沿着电容触摸传感器的矩阵的第一轴的第一位置，以及在矩阵中的一行或多行处从有源指示笔的电极接收指示该有源指示笔沿着矩阵的第二轴的第二位置的第二信号。电容触摸传感器被配置成基于接收到的第二信号来确定沿着矩阵的第二轴的第二位置。电容触摸传感器被配置成与位于有源指示笔内的电极静电耦合。
一般而言，本说明书所描述的主题的另一方面可以体现在一种用于在有源指示笔中发送和接收用于电容触摸传感器的信号的方法，其中该有源指示笔包括电极和用于通过电极接收电流以及用于将电压发送到电极上的至少一个电路。该方法涉及在发送模式中通过以下操作来对用于发送通过耦合到电极的节点的电压的电路进行配置：使用开关模式电源电路来生成电压，其中开关模式电源电路包括至少电感器和二极管，并且其中该二极管耦合到变压器；准许二极管在发送模式中间歇性地正向偏置并且使得电流通过该二极管流到杂散电容；以及在发送模式中将开关配置成将该电路中被配置成在接收模式中接收电流的各组件中的至少某些组件与在杂散电容上形成的电压电隔离。该方法涉及在接收模式中通过以下操作来对用于接收通过耦合到电极的节点的电流的电路进行配置：将开关配置成将电流接收到该电路中被配置成在接收模式中接收电流的各组件中，以及将二极管配置成在接收模式中反向偏置以使得该电路中被配置成在接收模式中接收电流的各组件中的至少某些组件与开关模式电源电路中的变压器的电感电隔离。
这些和其他实施例每个可选地包括以下特征中的一个或多个。电阻可以耦合到二极管。该方法可包括在电阻的至少一端上提供大于电路的接地电压的参考电压。该方法可包括在接收模式中将接收到的电流的至少一部分发送到电流接收器电路中，其中电流接收器电路由微控制器控制。开关可以在发送模式中被配置成将电路中被配置用于在接收模式中接收电流至少某些组件和在与耦合到电极的节点上的一个或多个组件相关联的寄生电容上形成的电压电隔离。该方法可包括与耦合到电极的节点处的杂散电容并联地放置第二蓄意电容（deliberate capacitance）。该方法可包括接收一微安数量级的电流以及发送一百伏数量级的电压。开关模式电源电路可包括回扫电路。
一般而言，本说明书描述的主题的另一方面可以体现在用于在有源指示笔中发送和接收用于电容触摸传感器的信号的装置。该装置具有用于从电极接收电流以及用于将电压发送到电极上的至少一个电路。该装置包括电极、被配置成在接收模式中接收电流的组件、开关以及至少包括变压器和二极管的开关模式电源电路，该二极管耦合到变压器。在发送模式中，用于将电压发送到电极的电路被配置成：使用开关模式电源电路来生成电压，在发送模式中将二极管配置成间歇性地正向偏置并且使得电流通过二极管流到杂散电容中，并且在发送模式中将开关配置成将被配置成在接收模式中接收电流的至少某些组件与在杂散电容上形成的电压电隔离。在接收模式中，用于从电极接收电流的电路被配置成：将开关配置成将电流接收到被配置成在接收模式中接收电流的各组件中，以及将二极管配置成在接收模式中反向偏置以使得被配置成在接收模式中接收电流的至少某些组件与开关模式电源电路中的变压器的电感电隔离。
这些和其他实施例每个可选地包括以下特征中的一个或多个。开关模式电源电路可包括回扫电路。该装置可包括电阻，其中该电阻耦合到二极管。电路可被配置成在电阻的至少一端上提供大于电路的接地电压的参考电压。该电路可被配置成在接收模式中将接收到的电流的至少一部分发送到电流接收器电路中，其中电流接收器电路可以用微控制器来控制。杂散电容可包括与耦合到电极的节点上的一个或多个组件相关联的寄生电容。该装置可包括与耦合到电极的节点处的杂散电容并联地放置的第二蓄意电容。接收到的电流可以是一微安的数量级，而发送的电压可以是一百伏的数量级。
一般而言，本说明书所描述的主题的另一方面可以体现在一种用于在有源指示笔中发送和接收用于电容触摸传感器的信号的系统，其中该系统具有用于从电极接收电流以及用于将电压发送到电极上的至少一个电路。该系统包括电极、被配置成在接收模式中接收电流的组件、开关以及至少具有变压器和二极管的开关模式电源电路，该二极管耦合到变压器。在发送模式中，用于将电压发送到电极的电路被配置成：使用开关模式电源电路来生成电压，将二极管配置成在发送模式中间歇性地正向偏置并且使得电流通过二极管流到杂散电容中；以及用于将被配置成在接收模式中接收电流的至少某些组件与在杂散电容形成的电压电隔离的装置。在接收模式中，用于从电极接收电流的电路被配置成：将开关配置成将电流接收到被配置成在接收模式中接收电流的各组件中，以及用于将被配置成在接收模式中接收电流的各组件中的至少一些组件与开关模式电源电路中的变压器的电感电隔离的装置。
这些和其他实施例每个可选地包括以下特征中的一个或多个。开关模式电源电路可包括回扫电路。该系统可包括电阻，其中该电阻耦合到二极管。电路可包括用于在电阻的至少一端上提供大于电路的接地电压的参考电压的装置。该电路可具有用于在接收模式中将接收到的电流的至少一部分发送到电流接收器电路中的装置，其中电流接收器电路可以用微控制器来控制。杂散电容可包括与耦合到电极的节点上的一个或多个组件相关联的寄生电容。该系统可包括与耦合到电极的节点处的杂散电容并联地放置的第二蓄意电容。接收到的电流可以是一微安的数量级，而发送的电压可以是一百伏的数量级。
一般而言，本说明书描述的主题的另一方面可以体现在用于在有源指示笔中用电极来发送和接收信号的电路。该电路包括第一、第二和第三电阻、第一和第二晶体管、变压器、第一二极管、放大器和电容。第一电阻与输入端和第一晶体管耦合。第一晶体管包括耦合到电阻的第一端、耦合到接地节点的第二端、耦合到变压器的第一绕组的第三端。变压器具有耦合在电源端和第一晶体管的第三端之间的第一绕组以及耦合在接地节点和第一二极管的阳极之间的第二绕组。第一二极管具有与耦合到电极的节点耦合的阴极，该电极被配置成接收和发送用于电容触摸传感器的信号。第二电阻耦合在耦合到电极的节点和参考电压之间。第二晶体管包括与耦合到电极的节点耦合的第一端、与用于交换信号的一端耦合的第二端以及耦合到放大器的倒相输入的第三端。放大器具有耦合到参考电压的非倒相输入。第三电阻耦合在放大器的倒相输入和放大器的输出之间。电容耦合在放大器的倒相输入和放大器的输出之间。参考电压被配置成大于接地节点的电压且小于电源电压。该电路被配置成具有用于接收通过耦合到电极的节点的电流的接收模式以及用于发送通过耦合到电极的节点的电压的发送模式。在接收模式中，第一二极管被配置成反向偏置并且第二晶体管被配置成电连接第二晶体管的第一和第三端。在发送模式中，第一二极管被配置成间歇性地正向偏置并且第二晶体管被配置成形成电断开第二晶体管的第一和第三端的开路。
这些和其他实施例每个可选地包括以下特征中的一个或多个。接收到的电流可以是一微安的数量级，而发送的电压可以是一百伏的数量级。该电路可包括第二二极管，该第二二极管可以与第一晶体管的第二和第三端并联耦合。
附图和下面的描述阐述了本说明书中所描述的主题的一个或多个实施例的细节。从描述、附图和权利要求书中，本主题的其他特征和方面将变得显而易见。
附图简述
图1描绘了有源指示笔的实现的图示。
图2A描绘了示出只通过手指触摸将一帧分成各个时隙的图示。
图2B描绘了示出通过手指触摸和指示笔将一帧分成各个时隙的图示。
图3描绘了有源指示笔的框图。
图4描绘了在单个电极上发送和接收信号的电路的图示。
图5描绘了接收器放大器的电压输出相对时间的关系的示例的图示。
图6描绘了发送器的电压输出相对时间的关系的示例的图示。
各附图中的相同的附图标记和指定指示相同的元素。
详细描述
存在沿着二维传感器阵列并且根据人类手指在电场上的效应来监测人类手指的位置的方法。这些方法涉及彼此呈近似直角的导电行和列的矩阵。例如，传感器可测量从每一行到每一列的电容，从而对具有m行和n列的矩阵进行m*n测量。该测量可通过对给定列应用激励电压并且测量给定行上的所得电流（通过该电容）来进行。哪一轴被指定为行或列可以是任意的。
该测量可检测人类手指的位置，因为人类手指影响它触摸的矩阵交叉点处的电容，人类手指某种程度上是导电的并且通过某一相对较小的阻抗连接到控制器电路的地节点。根据特定的传感器设计，电容可以由于人类手指的高（且复杂，因为它是导电的并因此是有损耗的）介电常数而增加，或由于手指与地的连接而减少。
在任何这样的传感器中，m*n测量（或这些测量的某一选集）能够以例如100Hz的某一帧率来周期性地进行。该帧率能够在噪声与响应时间之间进行折衷。慢帧率可允许测量时的往往减少噪声的长整合时间，但该延迟可能引起用户反感。快帧率可提供快速响应，但测量时间太少，并且可能因此提供有噪声的测量。总帧时间可被分成各个时隙，且在每一时隙期间激励一列（或多列，例如在显示画面被一分为二或一分为四的情况下，激励两列）。例如，如果为每一行提供接收器，则可以同时测量所有行。如果为否，则可以在各行之间多路复用较少数量的接收器，且该帧被分解成更多的时隙。
在一些应用中，可能期望不跟踪人类手指，而是跟踪可以在手中持有的某种指示笔。与指示笔相比，手指可能相对较大，并且精细定点的指示笔可提供更好的定点准确性。指示笔还可以在其表面上构建有按钮或其他传感器（滚动轮等），以便向用户提供额外的输入自由度。在某些种类的触摸屏的情况下，任何对象都可被用作指示笔。（例如，电阻触摸屏可对力作出响应并且可以与任何坚硬对象一起使用。）但电容触摸屏无法对非导电指示笔的触摸作出响应，因为这一指示笔不显著地干扰电场。为了阐明，由于指示笔的可能高于空气的介电常数并由此增加测得的电容的介电常数，可以观察到某种效应，但该效应相对较小，从而导致电场的非显著干扰。
电容触摸屏可对导电指示笔的触摸作出响应，如果该指示笔被持有在接地的用户的手中的情况下。这一指示笔可被配置成具有导电笔尖（通常是易弯曲的），以及从笔尖到用户身体的导电路径。由此，指示笔可以几乎表现得像用户的手指。但因为人类手指在按压传感器时产生稍微大于～5mm的点，所以各行和各列能够以该数量级的间隔来放置。这可能是进行正确内插并且以比传感器间距更高的分辨率提供位置测量所必需的最小间隔。导电指示笔因此还可具有5mm数量级的直径的笔尖，以便（a）提供足够大的电容变化以实现可接受的信噪比，以及（b）提供跨越至少两个矩阵交叉点的信号，这是允许传感器进行内插以获得更精细的分辨率所需要的。因此，可能需要具有比～5mm更精细的笔尖的指示笔，因为精细定点的指示笔遮挡较少的显示图像，并且比不具有精细定点的笔尖的指示笔提供更高的准确性。与典型大小的人类手指或具有例如大约～5mm的相对较粗的笔尖的指示笔相比，精细定点的指示笔可允许用户更准确且精确地定点。一个人的手指或粗笔尖指示笔可能无法像相对较精细或细笔尖指示笔那样准确地定点，并且手指头或粗笔尖指示笔的笔尖可能在定点到矩阵时产生相对较显著的遮挡。
对于电容触摸屏，所提供的信号（例如，来自指示笔的边缘电场的干扰）可以与传感器的接触区域成比例。在与传感器的接近邻近度内的瘦削或细指示笔可具有较小的效应，并且该效应可能无法容易地在有噪声的情况下测得。在一些实现中，瘦削或细指示笔可能无法容易地内插，因为电容触摸屏具有例如大约5mm的间距（例如，因为一个人的手指与触摸屏的接触区域通常至少5mm）。在其他实现中，只要传感器的间距小于致动对象的接触区域，就可执行内插。例如，即使各行和各列被放置在5mm中心上，也能够通过使用内插来以比5mm更好的分辨率来报告位置。例如，手指或粗笔尖指示笔可以在行1的1/2和行2的1/2上，这可以被内插为1.5。该示例可以在接触区域足够大以跨越至少两行（或列）的情况下起作用。
为了提高相比于精细定点的无源指示笔的信噪比，构想有源指示笔。该指示笔包含有源电子元件而不是仅仅通过用户的手来接地，并且能够在其笔尖上接收或发送信号。在此意义上，指示笔可以如图1所示的那样配置。
图1示出了有源指示笔100的实现，该指示笔在矩阵160中的导电行和列的接近邻近度内，并且该指示笔具有导电体110以及形成它的笔尖的细金属线120。指示笔100具有笔尖的非导电体130，该非导电体130允许来自矩阵160的电场线140避开指示笔100。
在一些实现中，指示笔的笔尖和矩阵中的一行或列之间的电容可以几乎是整个边缘电容，并且与例如矩阵中的一行和一列之间的电容相比可以相对较小。例如，对于在～5mm间距的各行和各列上具有菱形导体图案的传感器以及对于指示笔中的～20mm长的细电极而言，对于直接在指示笔下的行或列，所得电容可以在100fF的数量级上。菱形导体图案在2010年7月16日提交的美国专利申请No.12/857,024中描述和示出，该文献的公开内容通过引用来结合。指示笔然后通过用户的手来接地。在金属体指示笔的情况下，从该指示笔到用户的手的耦合电容相对较大（例如，在数百pF），以使得通常较小但至少10pF的用户接地电容主导从指示笔的电路接地到传感器的控制电子元件的电路接地的阻抗。由于该电容与指示笔的笔尖到传感器的100fF电容相比较大，因此指示笔和控制器的电路接地大致处于相同的电位。因为耦合是电容性的，所以从指示笔的电路接地到控制器电路的接地的电压的DC分量是不相关的。该电压的AC分量可以作为噪声出现。由于指示笔的电路接地和控制器电路的接地之间的电容增加，因此该噪声电压的振幅对于给定噪声电流而言减小。在一实现中，该电容可以足够大以使得噪声电压保持在指示笔的适当操作的可接受的范围内。
为了测量指示笔在一个轴中的位置，指示笔可接收沿着各列发送的信号。为此，指示笔的时基首先与传感器的控制电子元件的时基进行同步。这可通过同时在矩阵中的所有列上发送有区别的同步信号（例如，以不同频率或用不同的制式来调制）来实现。这为指示笔提供了时间基准。指示笔之后可使用石英或该指示笔内的其他频率标准来维护其时间基准。该同步脉冲可以被大致一帧传送一次；但在某些情况下，可以根据系统所需的等待时间以及指示笔的频率标准的长期准确性来更频繁地或更不频繁地地传送该脉冲。指示笔可搜索该同步脉冲，并且在该指示笔接收到该同步脉冲时重置其自己的时基。之后，控制电子元件以常见方式通过以常见的电压波形按顺序激励每一列来扫描传感器。通过测量在每一行上接收到的电流，控制器测量从每一行到每一列的电容并由此以常见方式测量手指触摸。同时，指示笔在每一列的时隙期间测量接收到的信号强度。如果指示笔在给定时隙期间接收到信号，则该指示笔确定它被定位在该列附近。对于图1所示的几何形状，指示笔可以接收大约五列上的可测量信号，并且可以内插以便以较高的分辨率确定该指示笔沿着x轴的位置（任意地假设x轴与各列垂直）。
例如，指示笔最初可以在它在被任意指定为t=0的时刻接收到同步脉冲时重置其时基。之后，指示笔可以知道控制器将在时刻t=1,2,...,n激励列1到n。如果指示笔在时隙7接收到能量，则该指示笔被确定为接近列7。这可提供粗略位置（例如在大约5mm的传感器间距的数量级上）并且可使用内插来提供精细位置。
然后，为了确定指示笔在另一轴中的位置，向该帧添加附加时隙，在该附加时隙中没有一列发送信号。指示笔改为发送与用于激励一列的信号相同的信号。通过查看附连到每一行的接收器的输出，可确定指示笔在y轴中的位置。触摸屏中的一个或多个接收器可接收指示笔发送的信号；如果特定接收器接收到能量，则控制器可确定指示笔接近该特定行。该过程可以类似于用于确定x轴中的位置的过程，但发送器和接收器互换。（沿着x轴，多列在多个时隙中发送信号且指示笔接收信号。沿着y轴，指示笔在单个时隙中发送信号且多个行接收信号。）对于手指触摸的情况，各行接收到信号并且各列发送信号，但指示笔既接收又发送信号。指示笔发送信号以便在各行中定位其自身，并且接收信号以便在各列中定位其自身。通过这些定位，可使用内插来确定触摸传感器中的更确切的位置。
如果存在多个指示笔，则它们能够并行地确定它们沿着x轴的位置，但每一个指示笔都需要单独的时隙来确定其沿着y轴的位置。将总帧时间分成各时隙因此如图2A和2B中那样出现。
图2B示出了在单个帧中同时定位多个指示笔的情况，且每一指示笔都被分配了单个时隙来确定其沿着各行的位置。图2A示出了具有对应于n列的n个时隙的帧210，以用于扫描寻求只检测手指触摸的情况。对于具有手指和指示笔两者的扫描，图2B示出了帧220，其中为同步脉冲添加时隙225，保留对应于n列的n个时隙235，且为m个指示笔添加m个时隙，其中n和m是大于或等于1的整数，且m对应于指示笔的数量。
通过该过程，可以在主机（例如，具有处理能力的设备）上的控制电子元件中计算y坐标，在那里y坐标可通过与手指触摸信息相同的路径来被传递回到应用软件（例如，通过通用串行总线（USB）链接回到计算机）。换言之，可以在行接收器接收到的信号的基础上计算行位置。因此，行位置可由计算例如手指触摸的系统中的相同部分来计算。这些行位置可例如通过USB或其他链接来报告回系统。
但x坐标在指示笔中被计算，并且能够以多种方式中继回应用软件。换言之，可根据指示笔接收到的信号来计算列位置，并且列位置可被报告回系统（例如，使用从计算机到主机的无线或有线连接）。在一个示例中，如果指示笔被有线连接到系统，则可通过该连线来建立通信链接，并且该连线还可在传感器和指示笔之间提供公共接地。在另一示例中，指示笔可以无线地向系统发送信息。例如，可通过添加多个时隙并且一个时隙一个位地发送二进制编码的x坐标来经由矩阵本身静电发送该信息。这不需要额外的硬件，而改为可通过将指示笔的控制软件修改成不同地利用现有硬件来实现。具体而言，这可使用否则被用来生成用于在y轴中定位指示笔的信号的硬件来实现。例如，指示笔可通过矩阵将坐标信息从指示笔传送到主机，其中还可使用用于定位指示笔的发送器和接收器来使用被用来通过无线信道发送信息的任何无线编码方案来发送信息。因此，可以例如为坐标的每一位添加时隙，并且在该时隙期间，指示笔可以在对应位是“1”的情况下发送或者在对应位是“0”的情况下不发送。该方案对应于振幅键控（ASK），但可使用其他编码方案。通过将时隙添加到系统，可使用现有硬件来经由矩阵将信息从指示笔耦合回到主机。可使用误差检测或纠正码来提高系统针对由于噪声而导致的随机位差错的稳定性。
还可通过例如类似IEEE802.15.4链路的射频通信信道的辅助信道来发送x坐标。比特率可能相对较低，因为每一帧仅需要发送每一指示笔一个坐标发送，以使得在16位位置和每秒100帧的情况下，总比特率是1600位/秒。通过使用辅助信道，可能不需要帧中的额外时间来通过矩阵发送位置。这可允许系统节省更多的时间来进行手指触摸电容测量（以及指示笔位置测量），从而导致更好的信噪比（SNR）。如果使用辅助信道来传送x坐标，则该辅助信道还可被用来将控制电子元件的时基与指示笔的时基进行同步，以使得不需要用于同步脉冲的额外时隙。这还可增加帧内的可用时间，由此提高SNR。可使用其它类型的通信信道，包括例如其他射频（RF）链路、超声链路和光链路。
辅助信道还可将性能提高到消除对通过矩阵传送的同步脉冲的需求的程度。同步脉冲被配置成出现在所有列上（或例如在整个矩阵中均匀间隔的至少许多列），以便由指示笔接收，而不管指示笔的位置。因此，总瞬时发送能量大于激励单个列时的能量，并且更有可能导致电磁兼容性（EMC）问题。如果同步脉冲改为通过辅助信道来发送，则该影响可被避免，因为通过矩阵的同步脉冲变得不必要。
还可使用用于传递x坐标的相同路径来传递其他信息，例如开关或附连到指示笔的其他控件的状态。例如可报告指示笔的笔尖中的力传感器的值以便将指示笔触摸与指示笔悬停区分开并且提供对指示笔力的连续测量。就此，可使用指示笔中的单个力传感器，或许代替对整个矩阵中的多个力传感器的需求，或许提供对通过指示笔的力的更高质量的测量，而整个矩阵中的多个力传感器被同时用来测量手指或其他非指示笔触摸的力。
图3示出了指示笔300的某些组件的框图。指示笔300包括电流接收器340、电压发送器350以及用于使得电流接收器340和电压发送器350之间的操作有序的微控制器320。指示笔300还包括耦合到发送/接收开关360的电极370。发送/接收开关360耦合到电流接收器340和电压发送器350。为了操作这些有源电子元件，需要某种电源，例如电池电源310或超级电容。如果屏幕尺寸足够小以使这变得实际，则指示笔还可以例如通过屏幕后面或周围的线圈被电感式地供电。出于上述原因，指示笔300还可任选地包括辅助通信信道330。
在操作中，微控制器320使以下过程有序：在该过程中，微控制器320中的软件至少负责维持对时间的感测、计算坐标、计算内插以及将坐标报告回矩阵，等等。微控制器320消耗指示笔中的某种内置电源（例如，电池电源310、超级电容、可充电电池）。微控制器320耦合到电流接收器340（该电流接收器可以类似于在测量电容手指触摸时使用的各行上的接收器）和电压发送器350（该电压发送器可类似于在测量电容手指触摸时使用的各列上的发送器）。发送/接收开关360可被配置成允许系统将电流接收器340中的电流和电压发送器350中的电压多路复用到指示笔300中的一个电极370上。发送/接收开关360可允许高电压（例如，100V左右）输出在发送模式中被施加到电极370，并在接收模式中从电极370接收较小的电流信号（例如，1uA左右）。
电压发送器350和电流接收器340可被配置成与附连到矩阵中的各列和各行的发送器和接收器具有相似的形状，并进行相似的测量。适用于激励列电压和测量行电流以确定电容传感器上的手指触摸的大多数种类的电路在此也可适用。在此可采用非相干检测，因为非相干检测可以不需要如同相位相干检测那样精确对准对指示笔的时基。
以上描述可假定一次只有一个实体进行发送（无论该实体是矩阵中的一列还是指示笔）。这可表示简单实现的示例，但在某些情况下，可能期望多个实体同时发送正交波形。上述所有技术在这种情况下仍然有效（例如，在多个正交频率的情况下或者在CDMA通信中适用的类型的正交伪噪声波形的情况下）。在这种情况下，一帧发送更大的总能量以提高性噪比是可能的。在这一实现中，可使用更复杂的接收器来同时使得多个正交波形相关。用于同时发送正交波形的一些技术在2010年7月16日提交的美国专利申请No.12/838,419中描述，该文献的公开内容通过引用来被结合。
如上所述，因为指示笔必须既发送又从单个电极接收，所以该电极能够查看大电压和小电流两者。当进行发送以在矩阵的接收器中实现可接受的信噪比时，可生成在100V左右摆动的峰-峰电压。在接收时，可解析一微安左右的信号。某种类型的发送/接收开关或电路是提供该动态范围所必需的。实现该功能的电路在图4中示出。
图4示出了有源指示笔中的用于在单个电极上发送大电压和接收小电流的电路400的实现。电路400包括耦合到输入端（“回扫”）和晶体管Q2的电阻R16。晶体管Q2具有耦合到电阻R16的第一端、耦合到接地节点的第二端以及耦合到变压器L2的第一绕组的第三端。齐纳二极管D2通过与接地节点和变压器L2的第一绕组耦合来与晶体管Q2的第二和第三端并联耦合。变压器L2的第一绕组耦合到电源（例如，～3V电池电压）和晶体管Q2的第三端。变压器L2的第二绕组耦合到接地节点和二极管D1的阳极。二极管D1的阴极耦合到连接电极的节点TP1。节点TP1耦合到晶体管Q1的第一端、下拉电阻Rpd的第一端以及任选的电容Cextra。下拉电阻Rpd具有耦合到电压基准VREF的第二端。节点TP1还包括杂散电容，这些杂散电容被建模为到图4中的接地节点的单个杂散电容Cstray。晶体管Q1具有耦合到用于RX_ENABLE的交换信号的第二端以及耦合到放大器IC1A的倒相输入2的第三端。放大器IC1A的非倒相输入3耦合到电压基准VREF。放大器IC1A的输出端1耦合到反馈电容Cf的第一端和反馈电阻Rf，并且放大器IC1A的非倒相端还耦合到反馈电容Cf的第二端和反馈电阻Rf。
在图4中，发送/接收电路使用电池电压（例如，大约3V）并生成～100V的高电压（最多传递数十微安的电流），并且接收器可被放置在同一节点上。接收器可以被断开连接，以使其在发送期间不影响所生成的高电压，并且发送器可以被断开连接，以使其在接收期间不影响接收到的信号。可使用与用于激励阴极射线管显示器或用于开关模式电源的回扫电路相似的回扫电路来生成高电压。回扫电路包括存储能量的变压器L2。能量可以流入L2的第一或主要绕组，在L2的管芯中被存储为磁场，并且然后通过L2的第二绕组流出L2的管芯。可根据变压器L2的匝数比并且根据所施加的信号的计时来变换电压。通过L2的第二绕组流出的能量可以通过D1在输出处流入杂散电容，并在该杂散电容上形成高电压。该杂散电容可被设计成如实际那样小，因为该电路耗散的真实功率（至少是0.5*Cstray*V∧2*f）可以与该电容成比例。
在发送时，用回扫变压器L2来生成高电压AC。为了产生具有频率f=1/T的激励电压，并且假定50％的开关占空比，开关Q2被关闭0.5*T的时间。在该时间期间，变压器中的电流从零开始斜变上升至初级电流Ipri=(Vdd*0.5*T)/Lpri，其中Vdd是通常为3V左右的电源电压，而Lpri是初级电感。当开关打开时，该存储的能量在回扫电路的输出处被传递至杂散电容Cstray。忽略电阻Rpd，可通过使存储在变压器电感中的能量0.5*Lpri*Ipri∧2与存储在输出杂散电容中的能量0.5*Cstray*Vpk∧2相等来计算峰值电压。该电压可以如Rpd* Cstray那样指数地衰减，其中该积应当在与激励周期相同的数量级上选择，以使得在每一周期输出大致衰减回到零。实际上，Cstray可以是例如几皮法拉的电容，而Rpd可以是数百千欧姆。变压器初级电感可以是数百微亨，并且它的匝数比可以是大约1:7。电阻Rpd可以用接地的开关（例如，FET或双极晶体管）来替换。这可产生近似方波，该方波比用电阻产生的重复指数更接近所需的理想正弦波。
当向电极施加高电压时，可以通过打开开关Q1（例如，晶体管）以在发送模式中隔离IC1 A处的接收器来保护该接收器免遭破坏。否则，接收器电路IC1 A将使高发送电压钳位，并且可能被该电压破坏。因此使用晶体管n-FET Ql来使该电路断开连接。可选择该n-FET Ql以获得高额定电压（即，大于在电极处看到的峰值电压的额定电压）以及低杂散电容（该杂散电容将增加Cstray，并因此在发送时减小可接受的Rpd并增加系统的总功耗）。该晶体管Q1是分立FET，并因此可使其体节点连接到其源节点，这产生寄生二极管；但该二极管始终是反向偏置的，因为漏极处的电压始终大于源极处的电压，这可意味着它不影响电路的操作。在发送时，Q1的栅电压被保持在0V，这在栅极处放置电压-VREF（且VREF大约是0.5*Vdd），该电压使晶体管截止。当在接收时，向Q1的栅极施加电压Vdd。这可以在栅极处放置电压（Vdd-VREF），该电压使晶体管导通。信号因此可流入接收跨倒倒数放大器IC1 A。由此，在接收器模式中，可以在Q1的栅极（例如，RX_ENABLE引脚）上放置高电压，以使得晶体管Q1导电并表现得像短路那样。然而，由于该晶体管和二极管D1无法使杂散电容断开连接。对于一阶，在IC1 A的倒相输入处接地的附加阻抗将不会影响闭环转移函数；但对于具有有限增益带宽的实际放大器而言，可能并非如此。电容Cstray不会显著地影响接收放大器的闭环转移函数。Rpd不具有显著的动态效应；它在被接地的情况下将引入显著的DC误差，但被连接到与运算放大器的非倒相输入相同的VREF来避免该问题。
变压器次级电感将引入显著误差，但在接收时，L2的阳极处的电压被变压器保持在接近地，并且阴极处的电压被保持在VREF>0。这意味着二极管是反向偏置的，这意味着该二极管将接收电路与该变压器电感隔离开。相同的二极管因此被用作回扫电路的一部分，以便只允许从变压器次级电感到输出电容中的单向电流，并且将接收器与该回扫电路隔离开，以减少部件数。
在一些实现中，杂散电容Cstray中可能存在2:1或更多变化，这可产生所生成的峰值电压的变化。因此，电路设计可以用足够高的电压来进行，以便在最高可能电容Cstray的情况下实现所需信噪比，而不生成足够高的电压以导致晶体管击穿，即使在最低可能Cstray的情况下。在一些实现中，可以与杂散电容Cstray并联地添加蓄意电容（例如，图4中的Cextra）。如果该蓄意电容上的容限好于杂散电容上的容限，则这具有以下效应：减少峰值电压的变化，但增加总电容，并因此增加总功耗。在一些实现中，可使用另一开关模式电源拓扑结构，而不是使用回扫电路。
图5示出了接收器放大器510的电压输出相对于时间520的关系的示例的图示。输入信号是200V峰-峰的方波输入，通过100fF电容耦合到接收器。对于该示例，Rpd为100千欧，Cstray为7pF，Cf为10pF，而Rf为200千欧。输出电压波形530的峰值电压535大约为1.6V，而输出电压波形530的最低电压540大约为-1.6V。
图6示出了发送器610的电压输出相对于时间620的关系的示例的图示。输入电压为3V，Cstray为7pF，Rpd为100千欧，Lpri（变压器L2的第一绕组的电感）为200uH，Lsec（变压器L2的第二绕组的电感）为10mH，而变压器L2因此具有近似1:7的匝数比。输出电压波形630的最高值635大约为140V，而最低电压645大约为10V。
本主题的所描述的实施例中的一些和操作可在数字电子电路中实现，或在计算机软件、固件、或硬件中实现，包括在本说明书中描述的结构及其等同结构，或其中一个或多个的组合。本说明书中描述的主题的实施例可被实现为计算机程序，即，编码在计算机存储介质上以由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作的计算机程序指令的一个或多个模块。替代地或附加地，程序指令可被编码在人工生成在传播信号上，例如，机器生成的电、光或电磁信号，所述信号被生成以编码信息以发送到适当的接收器装置上以供数据处理装置执行。数据处理装置可包括传感器、可以是传感器的一部分、可以是带有传感器的系统的一部分、可以被集成在该系统和/或传感器内、可以是接收器、发送器、与传感器或接收器和/或发送器相关联的组件或逻辑的一部分、或其任何组合。计算机存储介质可以是计算机可读存储介质、计算机可读存储基底、随机或串行访问存储器阵列或设备、或其中一个或多个的组合，或可以被包括在其中。而且，尽管计算机存储介质不是传播信号，然而计算机存储介质可以是编码在人工生成的传播信号中的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质还可以是一个或多个分开的物理组件或介质（例如，多个CD、盘或其他存储设备）或可被包括在其中。
此说明书中描述的操作可以被实现为由数据处理装置对存储在一个或多个计算机可读存储设备上或从其他源接收的数据执行的操作，
用于处理数据的各装置、设备和机器可被用作“数据处理装置”，包括例如可编程处理器、计算机、片上系统、或以上中的多个或组合。该装置可包括专用逻辑电路，例如FPGA（现场可编程门阵列）或ASIC（专用集成电路）。除了硬件，该装置还可包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时环境、虚拟机、或其中一个或多个的组合的代码。该装置和执行环境可实现各种不同计算模型基础结构，诸如web服务、分布式计算和网格计算基础结构。
计算机程序（也被称为程序、软件、软件应用、脚本或代码）可以任何形式的编程语言（包括编译或解释语言、声明性或程序性语言）撰写，并能以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程、对象、或适于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以但不必对应于文件系统中的文件。程序可被存储在保持其他程序或数据的文件的一部分中（例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本）、存储在专用于所讨论的程序的单一文件中、或存储在多个协同文件中（例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件）。计算机程序可被部署以在一个站点处的一个计算机或多个计算机上执行或跨多个站点分布并通过通信网络相互连接。
本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由一个或多个可编程处理器执行，所述可编程处理器执行一个或多个计算机程序来通过对输入数据进行操作并生成输出执行动作。该过程和逻辑流程还可通过专用逻辑电路（例如，FPGA（现场可编程门阵列）或ASIC（专用集成电路））来执行，并且装置也可被实现为该专用逻辑电路。
适于执行计算机程序的处理器可包括，作为示例，通用和专用微处理器以及任何类型的数字计算机的任意一个或多个处理器。一般地，处理器接收来自只读存储器或随机存取存储器或两者的指令和数据。计算机的必要元件是用于根据指令执行动作的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。一般地，计算机还将包括或可被操作地耦合以接收来自一个或多个大容量存储设备（例如，磁性、磁光盘、或光盘）的数据或将数据发送到大容量存储设备以供存储数据或两者。然而，计算机不必具有这些设备。而且，计算机可以被嵌入在另一设备（例如，移动电话、个人数字助理（PDA）、移动音频或视频播放器、游戏控制台或便携式存储设备（例如，通用串行总线（USB）闪存驱动器），这些仅是几个示例）中。适于存储计算机程序指令和数据的设备包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，包括例如，半导体存储设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如内置硬盘或可移动盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或被合并到专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，在本说明书中描述的主题的实施例可被实现在计算机上，该计算机具有用于向用户显示信息的显示设备（例如，阴极射线管（CRT）或液晶显示器（LCD）监视器），以及用户可用来向计算机提供输入的键盘以及指点设备（例如鼠标或追踪球）。其他类型的设备也能被用以提供与用户的交互；例如，向用户提供的反馈可以是任何形式的传感反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且来自用户的输入能以任何形式接收，包括声音、语音或触觉输入。例如人类手指可以与触摸屏交互以影响屏幕可操作区域的量。此外，计算机可通过向用户所使用的设备发送文档以及从该设备接收文档来与该用户交互；例如，通过响应于从用户的客户端设备上的web浏览器接收的请求向该web浏览器发送网页。
尽管此说明书包含许多具体实现细节，然而，这些细节不应当被解释为对任何发明或所要求保护的范围的限制，而是作为对专用于特定发明的特定实施例的特征的描述。本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单一实施例中组合地实现。反过来，在单一实施例的上下文中描述的各个特征也可以在多个实施例中分开地实现或以任何适当子组合实现。而且，尽管特征可能在上面被描述为以特定组合动作并且甚至一开始要求如此保护，然而来自所要求保护的组合的一个或多个特征在某些情况下可以从该组合中剥离，而所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。
类似地，尽管在附图中以特定次序描绘了操作，然而这不应当被理解为要求这些操作以所示的特定次序或以顺序次序执行，或者所示的所有操作均被执行来实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。而且，上面描述的实施例中的各系统组件的分离不应当被理解为在所有实施例中均要求这种分离，而且应当理解，所描述的程序组件和系统一般可被一起集成在单一软件产品中或打包到多个软件产品中。
从而，描述了本主题的特定实施例。其他实施例在以下权利要求书的范围内。在某些情况下，权利要求书中所记载的动作可以按不同次序执行并仍旧能够实现期望的结果。此外，在附图中描绘的过程不一定需要所示的特定次序或顺序次序来实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有用的。

Claims (44)

1.一种用于使用有源指示笔来使得能够确定所述有源指示笔相对于电容触摸传感器的二维位置的方法，所述电容触摸传感器具有二维导体矩阵，所述二维导体矩阵被配置为按行排列的第一导体阵列和按列排列的第二导体阵列，并且所述有源指示笔具有电极和有源组件，所述方法包括：
在所述有源指示笔中从所述矩阵中的至少一列接收第一信号；
测量从所述列接收到的每一个第一信号的信号强度；
使用测得的信号强度来计算所述有源指示笔沿着所述电容触摸传感器的矩阵的第一轴的第一位置；
发送所述有源指示笔沿着所述电容触摸传感器的矩阵的第一轴的计算出的第一位置；
将第二信号从所述有源指示笔的电极的发送到所述矩阵的至少一行以指示所述有源指示笔沿着所述矩阵的第二轴的第二位置，所述电容触摸传感器被配置成基于接收到的第二信号来确定沿着所述矩阵的第二轴的第二位置，
其中所述电极位于所述有源指示笔内并且被配置成与所述电容触摸传感器静电耦合，并且
其中所述有源指示笔的电极被配置成既接收又发送信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述有源指示笔中接收到所述第一信号或发送所述第二信号之前，在所述有源指示笔中从所述电容触摸传感器接收第三信号以将所述有源指示笔的时基与所述电容触摸传感器的时基同步。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，用于同步的所述第三信号是通过通信信道在所述有源指示笔中接收到的。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通信信道包括无线通信信道、超声信道或光信道。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通信信道被配置成接收或发送涉及所述有源指示笔或电容触摸传感器中的至少一个的信息。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第三信号从第一列阵列中的至少一列被接收，所述第三信号在所述有源指示笔中通过至少在这一列处的电极来接收。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第三信号从所述第一列阵列中的多列上同时发送的脉冲被接收。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第三信号一时间帧被接收一次。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述时间帧包括被分配来供所述指示笔接收第三信号的时隙。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述时间帧包括被分配来供每一列发送来自所述电容触摸传感器的第一信号的时隙。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述时间帧包括被分配来发送来自所述有源指示笔的计算出的第一位置的时隙。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述时间帧包括被分配来供多个有源指示笔中的每一个发送相应的第一位置的时隙。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算出的第一位置从所述有源指示笔的发送被配置成通过通信信道来进行。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述通信信道包括无线信道、超声信道或光信道。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算出的第一位置从所述有源指示笔的发送被配置成通过将所述有源指示笔的电极与所述矩阵静电耦合来进行，并且至少一行被配置成从所述有源指示笔的电极接收所述计算出的第一位置。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有源指示笔的发送被配置成与利用多个正交波形的、其他有源指示笔或列的多个发送同时进行。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有源指示笔的发送被配置成与利用同步的多个频分信号的、其他有源指示笔或列的多个发送一起进行。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有源指示笔的发送被配置成与利用同步的多个码分信号的、其他有源指示笔或列的多个发送一起进行。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括内插以计算所述有源指示笔的第一和第二位置。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有源指示笔包括：
与所述电极耦合的开关，所述开关被配置成多路复用相对较大的电压和相对较小的电流，其中所述开关被配置成在发送模式中将电压发送到所述电极上，以及在接收模式中从所述电极接收电流；
针对耦合到所述开关的电流的接收器电路，所述接收器电路用于从所述电极接收通过所述开关的电流的至少一部分；
针对耦合到所述开关的电压的发送器电路，所述发送器电路用于将通过所述开关的电压的至少一部分发送到所述电极上；
耦合到所述接收器和所述发送器电路的微控制器；以及
至少向所述微控制器供电的内置电源。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述微控制器被配置成：
计算所述有源指示笔相对于所述电容触摸传感器上的位置的坐标位置；以及
报告所述有源指示笔的所述坐标位置中的至少一些。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述微控制器还被配置成内插以计算所述有源指示笔的所述坐标位置。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述有源指示笔还包括通信信道，所述通信信道包括无线信道、超声信道或光信道。
24.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述内置电源包括电池或超级电容。
25.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述电流在一微安的数量级上，而所述电压在一百伏的数量级上。
26.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有源指示笔包括被配置成与所述电容触摸传感器的矩阵交互的笔尖，所述指示笔的笔尖包括用于提供对通过所述指示笔的力的测量的力传感器。
27.一种用于使用电容触摸传感器来使得能够确定有源指示笔相对于所述电容触摸传感器的二维位置的方法，所述电容触摸传感器具有二维导体矩阵，所述二维导体矩阵被配置为按行排列的第一导体阵列和按列排列的第二导体阵列，并且所述有源指示笔具有电极和有源组件，所述方法包括：
将第一信号从所述矩阵中的至少一列发送到所述有源指示笔以指示所述有源指示笔沿着所述电容触摸传感器的矩阵的第一轴的第一位置；
在所述矩阵中的一行或多行处从所述有源指示笔的电极接收第二信号以指示所述有源指示笔沿着所述矩阵的第二轴的第二位置，所述电容触摸传感器被配置成基于接收到的第二信号来确定沿着所述矩阵的第二轴的第二位置，并且
所述电容触摸传感器被配置成与位于所述有源指示笔内的电极静电耦合。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，还包括在发送所述第一信号或接收所述第二信号之前，将第三信号从所述电容触摸传感器发送到所述有源指示笔以将所述有源指示笔的时基与所述电容触摸传感器的时基同步。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，将所述第三信号从第一列阵列中的至少一列通过所述电极发送到所述有源指示笔。
30.如权利要求28所述的方法，其特征在于，将所述第三信号与从所述第一列阵列中的多列同时发送的脉冲一起发送。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述第三信号一时间帧被发送一次。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述时间帧包括被分配来将第三信号发送到所述指示笔的时隙。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述时间帧包括被分配来供每一列发送来自所述电容触摸传感器的第一信号的时隙。
34.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述时间帧包括被分配来供多个有源指示笔中的每一个发送用于确定所述指示笔沿着所述第二轴的位置的第二信号的时隙。
35.如权利要求27所述的方法，其特征在于，还包括接收所述有源指示笔沿着所述电容触摸传感器的矩阵的第一轴的计算出的第一位置，其中从所述有源指示笔接收计算出的第一位置被配置成通过将所述有源指示笔的电极与所述矩阵静电耦合来进行，并且至少一行被配置成从所述有源指示笔的电极接收所述计算出的第一位置。
36.一种被配置成与电容触摸传感器一起操作的有源指示笔，所述有源指示笔包括：
被配置成既接收又发送信号并且被配置成与所述电容触摸传感器静电耦合的电极；
与所述电极耦合的开关，所述开关被配置成多路复用相对较大的电压和相对较小的电流，其中所述开关被配置成在发送模式中将电压发送到所述电极，以及在接收模式中从所述电极接收电流。
用于从所述电极接收通过所述开关的电流以及用于将通过所述开关耦合的电压发送至所述电极的装置；
耦合到所述接收器和所述发送器电路的微控制器，所述微控制器被配置成确定所述有源指示笔相对于所述电容触摸传感器上的位置的至少一个位置；以及
至少向所述微控制器供电的内置电源。
37.如权利要求36所述的有源指示笔，其特征在于，所述微控制器被配置成：计算所述有源指示笔相对于所述电容触摸传感器上的位置的坐标位置；以及
报告所述有源指示笔的所述坐标位置中的至少一些。
38.如权利要求36所述的有源指示笔，其特征在于，所述微控制器还被配置成在计算所述有源指示笔的所述坐标位置时进行内插。
39.如权利要求20所述的有源指示笔，其特征在于，所述有源指示笔还包括通信信道，所述通信信道包括无线信道、超声信道或光信道。
40.如权利要求36所述的有源指示笔，其特征在于，所述内置电源包括电池或超级电容。
41.如权利要求36所述的有源指示笔，其特征在于，所述电流在一微安的数量级上，而所述电压在一百伏的数量级上。
42.一种被配置成与电容触摸传感器一起操作的有源指示笔，所述有源指示笔包括：
被配置成既接收又发送信号并且被配置成与所述电容触摸传感器静电耦合的电极；
与所述电极耦合的开关，所述开关被配置成多路复用相对较大的电压和相对较小的电流，其中所述开关被配置成在发送模式中将电压发送到所述电极，以及在接收模式中从所述电极接收电流。
用于从所述电极接收通过所述开关的电流的接收器电路；
用于将通过所述开关耦合的电压发送至所述电极的发送器电路；
耦合到所述接收器和所述发送器电路的微控制器，所述微控制器被配置成确定所述有源指示笔相对于所述电容触摸传感器上的位置的至少一个位置；以及
至少向所述微控制器供电的内置电源。
43.一种电容触摸传感器，所述电容触摸传感器被配置成使得能够确定有源指示笔相对于所述电容触摸传感器的二维位置，其中所述有源指示笔具有电极和有源组件，所述电容触摸传感器包括：
二维导体矩阵，所述二维导体矩阵被配置成包括：
按行排列的第一导体阵列；
按列排列的第二导体阵列；
耦合到所述第二导体阵列的发送器，所述发送器被配置成将第一信号从所述矩阵中的至少一列发送到所述有源指示笔，以指示所述有源指示笔沿着所述电容触摸传感器的矩阵的第一轴的第一位置；以及
耦合到所述第一导体阵列的接收器，所述接收器被配置成在所述矩阵中的一行或多行处从所述有源指示笔的电极接收第二信号，以指示所述有源指示笔沿着所述矩阵的第二轴的第二位置，
其中：
所述电容触摸传感器被配置成基于接收到的第二信号来确定沿着所述矩阵的第二轴的第二位置，并且
所述电容触摸传感器被配置成与位于有源指示笔内的电极静电耦合。
44.一种电容触摸传感器，所述电容触摸传感器被配置成使得能够确定有源指示笔相对于所述电容触摸传感器的二维位置，其中所述有源指示笔具有电极和有源组件，所述电容触摸传感器包括：
二维导体矩阵，所述二维导体矩阵被配置成包括：
按行排列的第一导体阵列；
按列排列的第二导体阵列；以及
用于以下操作的装置：将第一信号从所述矩阵中的至少一列的第一信号发送到所述有源指示笔以指示所述有源指示笔沿着所述电容触摸传感器的所述矩阵的第一轴的第一位置，以及在所述矩阵中的一行或多行处从所述有源指示笔的电极接收第二信号以指示所述有源指示笔沿着所述矩阵的第二轴的第二位置，
其中：
所述电容触摸传感器被配置成基于接收到的第二信号来确定沿着所述矩阵的第二轴的第二位置，并且
所述电容触摸传感器被配置成与位于所述有源指示笔内的电极静电耦合。
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