CN104049778A - 主动式电容笔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式电容笔，包括笔壳、电池、电路板及触控笔头，电池及触控笔头均与电路板连接，电路板和电池设置于笔壳内，电路板上设置有相互连接的天线接收单元和信号处理单元，天线接收单元接收周边电子设备的干扰信号并输入至信号处理单元，信号处理单元对干扰信号进行处理后生成与干扰信号对应的驱动信号，触控笔头将驱动信号耦合至电子设备的电容屏以干扰电容屏从而确定触控位置。与现有技术相比，由于本发明主动式电容笔是通过天线接收电子设备的干扰信号的，从而在人手没有直接接触电容笔(如在寒冷天气人手戴着手套使用主动式电容笔)时，仍然可以实现对电容屏的触控操作。

Description

主动式电容笔

技术领域

本发明涉及一种电容笔，更具体的涉及一种主动式电容笔。 

背景技术

电容式触摸屏CTP(Capacity Touch Panel)是利用人体的电流感应进行工作的。电容屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂一层ITO(纳米铟锡金属氧化物)，最外层是只有0.0015mm厚的矽土玻璃保护层，夹层ITO涂层用作工作面，四个角引出四个电极，内层ITO为屏层以保证工作环境。当用户触摸电容屏时，由于人体电场，用户手指和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指吸收走一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出，且理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，得出位置。此方法可以达到99％的精确度，具备小于3ms的响应速度。 

随着电容式触摸屏的普及，开始出现了电容笔，即利用导体材料模仿人体(通常是手指)完成人机对话的一种辅助装置。当前，已存在各种电容笔技术，如2012年6月Atmel公司发布的主动式电容笔方案等，主动式电容笔内部有传感器，会主动探测电容屏内信号，从而给出反应信号，其笔尖可以很细，就像示波器的探头一样，将信号耦合到电容笔内部的处理单元。然而现有的主动式电容笔需要人手直接接触笔体，在寒冷天气时，若用户佩戴手套，则不能实现对触摸屏的操作。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动式电容笔，以在人手没有直接接触笔体时仍能实现对触摸屏的操作。 

为实现上述目的，本发明提供了一种主动式电容笔，包括笔壳、电池、电路板以及触控笔头，所述电池及所述触控笔头均与所述电路板连接，所述电路板和所述电池设置于所述笔壳内，其中所述电路板上设置有相互连接的天线接收单元和信号处理单元，所述天线接收单元接收周边电子设备的干扰信号并输入至所述信号处理单元，所述信号处理单元对所述干扰信号进行处理后生成与所述干扰信号对应的驱动信号，所述触控笔头将所述驱动信号耦合至所述电子设备的电容屏以干扰所述电容屏从而确定触控位置。 

与现有技术相比，本发明主动式电容笔通过天线接收单元接收周边电子设备的干扰信号，然后信号处理单元对干扰信号进行处理后生成与干扰信号对应的驱动信号，之后触控笔头将驱动信号耦合至电子设备的电容屏来干扰电容屏从而可以确定触控位置，由于主动式电容笔是通过天线接收电子设备的干扰信号的，从而在人手没有直接接触电容笔(如在寒冷天气人手戴着手套使用主动式电容笔)时，仍然可以实现对电容屏的触控操作。 

较佳地，所述信号处理单元包括比较放大器U1、U2、电阻R1、R2以及电容C1、C2、C3、C4，所述比较放大器U1的反相输入端与所述电容C1及电容C2的一端连接，所述比较放大器U1的反相输入端和输出端之间连接有所述电容C3，所述比较放大器U1的输出端通过所述电阻R1与所述比较放大器U2的反相输入端连接，所述比较放大器U2的反相输入端和输出端之间连接有所述电阻R2，所述比较放大器U2的输出端通过所述电容C4与所述C2的另一端连接，所述比较放大器U1和所述比较放大器U2的同相输入端接地。 

较佳地，所述天线接收单元包括至少两接收天线，且所述接收天线中的至少一者与所述比较放大器U1的反相输入端连接。 

较佳地，所述天线接收单元包括开关按键Key和两接收天线ANT1、ANT2，所述接收天线ANT1和ANT2之间连接所述开关按键Key，所述接收天线ANT1与 所述电容C1的另一端连接。 

较佳地，所述天线接收单元还包括接收天线ANT3，所述信号处理单元还包括电容C5，所述电容C5的一端与所述比较放大器U2的反向输入端连接，所述电容C5的另一端与所述接收天线ANT3连接。 

较佳地，所述主动式电容笔还包括单键触发键，所述笔壳上设置有供所述单键触发键伸出所述笔壳的开口。 

较佳地，所述电路板上还设置有充电单元和电源及单键触发单元。 

较佳地，所述充电单元包括USB接口J1、电阻R3、R4、R5、电容C6、芯片S52A以及发光二极管LED1，所述USB接口J1的脚1与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述电容C6、所述发光二极管LED1的阳极以及所述芯片S52A的脚4连接，所述发光二极管LED1的阴极与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述芯片S52A的脚1连接，所述芯片S52A的脚6通过所述电阻R4接地，所述芯片S52A的脚3输出电源VCC，所述USB接口J1的脚4接地，所述电容C6的另一端以及所述芯片S52A的脚2接地。 

较佳地，所述电池为锂电池。 

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。 

附图说明

图1为本发明主动式电容笔一实施例的结构图。 

图2为图1中电路板的结构框图。 

图3为图2中天线接收单元和信号处理单元第一实施例的电路图。 

图4为图2中天线接收单元和信号处理单元第二实施例的电路图。 

图5为图2中天线接收单元和信号处理单元第三实施例的电路图。 

图6为图2中天线接收单元和信号处理单元第四实施例的电路图。 

图7为图2中充电单元的电路图。 

图8为图2中电源及单键触发单元的电路图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，这是本发明的较佳实施例。 

实施例1 

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。本发明中电子设备为使用电容触摸屏的设备，如手机、平板电脑、笔记本电脑等。 

请参考图1至图2，图1为本发明主动式电容笔100一实施例的结构图，图2为图1中电路板12的结构框图。由图1及图2可知，本发明主动式电容笔100包括笔壳10、电池11、电路板12以及触控笔头13。其中，电池11及触控笔头13均与电路板12连接，电路板12和电池11设置于笔壳10内，电池11用于为主动式电容笔提供工作电源，电路板12上设置有相互连接的天线接收单元121和信号处理单元123，天线接收单元121用于接收周边电子设备的干扰信号并输入至信号处理单元123，信号处理单元123对干扰信号进行处理后生成与干扰信号对应的驱动信号，触控笔头14用于将生成的驱动信号耦合至电子设备的电容屏以干扰电容屏从而确定触控位置。 

工作时，天线接收单元121接收周边电子设备及本电路自身自激振荡的干扰信号(即脉冲干扰源)，将接收到的干扰信号发送给信号处理单元123，信号处理单元123将接收到的干扰信号自激振荡生成驱动信号，然后通过触控笔头13耦合生成的驱动信号来干扰电容屏；其中，驱动信号与接收到的干扰信号的 幅度、频率和相位相关。当电容笔靠近或接触电容屏时，信号处理单元123的自激振幅降低，信号处理单元123瞬时工作在驱动状态，从而干扰电容屏上原有的信号，可以方便触控位置的确定。 

与现有技术相比，本发明主动式电容笔100通过天线接收单元121接收周边电子设备的干扰信号，然后信号处理单元123对干扰信号进行处理后生成与干扰信号对应的驱动信号，之后触控笔头14将驱动信号耦合至电子设备的电容屏来干扰电容屏从而可以确定触控位置，由于主动式电容笔100是通过天线接收电子设备的干扰信号的，从而在人手没有直接接触电容笔(如在寒冷天气人手戴着手套使用主动式电容笔100)时，仍然可以实现对电容屏的触控操作。 

具体的，如图3所示，本发明信号处理单元123包括比较放大器U1、U2、电阻R1、R2以及电容C1、C2、C3、C4，比较放大器U1的反相输入端与电容C1及电容C2的一端连接，比较放大器U1的反相输入端和输出端之间连接有电容C3，比较放大器U1的输出端通过电阻R1与比较放大器U2的反相输入端连接，比较放大器U2的反相输入端和输出端之间连接有电阻R2，比较放大器U2的输出端通过电容C4与C2的另一端连接，比较放大器U1和比较放大器U2的同相输入端接地。 

具体的，天线接收单元121包括至少两接收天线，且接收天线中的至少一者与比较放大器U1的反相输入端连接。在第一实施例(如图3所示)中，天线接收单元121包括开关按键Key和两接收天线ANT1、ANT2，接收天线ANT1和ANT2之间连接开关按键Key，接收天线ANT1与电容C1的另一端连接。天线接收单元121接收到周边的无线信号干扰源(包括周边电子设备发出的干扰信号以及本电路自激振荡发生的干扰信号)后，输入至信号处理单元123的比较放大器U1，信号干扰源驱动比较放大器U1和U2，比较放大器U1和U2自激，产生与干扰信号反相的驱动信号并输出驱动信号至电容屏从而干扰电容屏以完成触控工作。 

再请参考图4，为天线接收单元121以及信号处理单元123第二实施例的 电路图。如图4所示，天线接收单元121相比图3所示实施例还包括接收天线ANT3，信号处理单元123相比图3所示实施例还包括电容C5，电容C5的一端与比较放大器U2的反向输入端连接，电容C5的另一端与接收天线ANT3连接。 

再请参考图5，为天线接收单元121以及信号处理单元123第三实施例的电路图。如图5所示，天线接收单元121包括接收天线ANT4、ANT5、ANT6，信号处理单元123包括比较放大器U1、U2、电阻R1、R2、电容C1、C2、C3、C4、C5、C11、C12。其中比较放大器U1、U2、电阻R1、R2以及电容C1、C2、C3、C4、C5的连接关系与图4所示实施例相同。接收天线ANT4与电容C1的另一端连接，接收天线ANT5与电容C5的另一端连接，接收天线ANT36与电容C11的一端连接，电容C11的另一端与电容C4、电容C12的一端连接，电容C12的另一端接地。 

再请参考图6，为天线接收单元121以及信号处理单元123第四实施例的电路图。如图6所示，天线接收单元121包括接收天线ANT7、ANT8，信号处理单元123包括比较放大器U1、U2、电阻R1、R2、电容C1、C2、C3、C4、C5。其中比较放大器U1、U2、电阻R1、R2以及电容C1、C2、C3、C4、C5的连接关系与图4所示实施例相同，区别在于，接收天线ANT7与电容C1的另一端连接，接收天线ANT8与电容C5的另一端连接。 

需要说明的是，以上天线接收单元121以及信号处理单元123的实施例中，图3所示实施例效果较佳。 

另外，本发明主动式电容笔100还包括单键触发键14，笔壳10上设置有供单键触发键14伸出笔壳10的开口，电路板12上还设置有充电单元125以及电源及单键触发单元127。电池11可为充电电池或一般电池，本实施例中电池1为锂电池。触控笔头13为超细笔头，触控笔头13处可产生极细尖端电极。单键触发单元127是专门为iphone独特算法开发的触发电路。 

具体的，如图7所示，充电单元125包括USB接口J1、电阻R3、R4、R5、电容C6、芯片S52A以及发光二极管LED1，USB接口J1的脚1与电阻R3的一 端连接，电阻R3的另一端与电容C6、发光二极管LED1的阳极以及芯片S52A的脚4连接，发光二极管LED1的阴极与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与芯片S52A的脚1连接，芯片S52A的脚6通过电阻R4接地，芯片S52A的脚3输出电源VCC，USB接口J1的脚4接地，电容C6的另一端以及芯片S52A的脚2接地。 

具体的，如图8所示，电源及单键触发单元127包括开关S1、芯片U3、芯片CJ01、接口P1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C7、C8、C9、C10、CS1、CS2、CS3、电感L1、发光二极管LED2和芯片D1。具体的，接口P1的脚1接地，接口P1的脚2与电源VCC及开关S1的一端连接，开关S1的另一端与电阻R6、电容CS1以及芯片U3的脚1连接，芯片U3的脚2、脚3与电容CS2的一端连接，电容CS2的另一端接地，芯片U3的脚4接地，芯片U3的脚6、7、8与电源VCC连接，芯片U3的脚5与电容CS3、电阻R8的一端以及芯片CJ01的脚3连接，电容CS3和电阻R8的另一端接地，芯片CJ01的脚1与电感L1、电容C8的一端连接，电容C8的另一端与芯片D1的脚3连接，芯片D1的脚1与电源-VS及电容C10的一端连接，电容C10的另一端接地，芯片D1的脚2以及芯片CJ01的脚2接地，电感L1的另一端与芯片CJ01的脚6、电容C3的一端以及电源VCC连接，电容C3的另一端接地，芯片CJ01的脚5与电阻R8、电容C9、电阻R10以及电源+VS连接，芯片CJ01的脚4与电阻R8的另一端以及电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端、电容C9的另一端接地，电阻R10的另一端与发光二极管LED2的阳极连接，发光二极管LED2的阴极接地，开关S1即为上述单键触发键14。 

上述芯片U3为74xxx2G74系列，芯片D1为BAS40-04。 

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。 

Claims (9)

1.一种主动式电容笔，包括笔壳、电池、电路板以及触控笔头，所述电池及所述触控笔头均与所述电路板连接，所述电路板和所述电池设置于所述笔壳内，其特征在于，所述电路板上设置有相互连接的天线接收单元和信号处理单元，所述天线接收单元接收周边电子设备的干扰信号并输入至所述信号处理单元，所述信号处理单元对所述干扰信号进行处理后生成与所述干扰信号对应的驱动信号，所述触控笔头将所述驱动信号耦合至所述电子设备的电容屏以干扰所述电容屏从而确定触控位置。

2.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，所述信号处理单元包括比较放大器U1、U2、电阻R1、R2以及电容C1、C2、C3、C4，所述比较放大器U1的反相输入端与所述电容C1及电容C2的一端连接，所述比较放大器U1的反相输入端和输出端之间连接有所述电容C3，所述比较放大器U1的输出端通过所述电阻R1与所述比较放大器U2的反相输入端连接，所述比较放大器U2的反相输入端和输出端之间连接有所述电阻R2，所述比较放大器U2的输出端通过所述电容C4与所述C2的另一端连接，所述比较放大器U1和所述比较放大器U2的同相输入端接地。

3.如权利要求2所述的主动式电容笔，其特征在于，所述天线接收单元包括至少两接收天线，且所述接收天线中的至少一者与所述比较放大器U1的反相输入端连接。

4.如权利要求3所述的主动式电容笔，其特征在于，所述天线接收单元包括开关按键Key和两接收天线ANT1、ANT2，所述接收天线ANT1和ANT2之间连接所述开关按键Key，所述接收天线ANT1与所述电容C1的另一端连接。

5.如权利要求4所述的主动式电容笔，其特征在于，所述天线接收单元还包括接收天线ANT3，所述信号处理单元还包括电容C5，所述电容C5的一端与所述比较放大器U2的反向输入端连接，所述电容C5的另一端与所述接收天线ANT3连接。

6.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，所述主动式电容笔还包括单键触发键，所述笔壳上设置有供所述单键触发键伸出所述笔壳的开口。

7.如权利要求6所述的主动式电容笔，其特征在于，所述电路板上还设置有充电单元和电源及单键触发单元。

8.如权利要求7所述的主动式电容笔，其特征在于，所述充电单元包括USB接口J1、电阻R3、R4、R5、电容C6、芯片S52A以及发光二极管LED1，所述USB接口J1的脚1与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述电容C6、所述发光二极管LED1的阳极以及所述芯片S52A的脚4连接，所述发光二极管LED1的阴极与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述芯片S52A的脚1连接，所述芯片S52A的脚6通过所述电阻R4接地，所述芯片S52A的脚3输出电源VCC，所述USB接口J1的脚4接地，所述电容C6的另一端以及所述芯片S52A的脚2接地。

9.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，所述电池为锂电池。