CN107003755A - 具有动态传输协议的触控笔 - Google Patents

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Abstract

一种系统包括与数字化仪传感器集成的显示器、被配置成基于经定义的协议将信号传送到数字化仪传感器的手持式设备、电源和控制器。控制器被配置成对来自数字化仪传感器的输出进行采样、检测表征来自显示器和电源中的至少一者的噪声的参数、基于检测到的参数来表征数字化仪传感器上的噪声环境，并基于噪声环境来提供改变手持式设备的传输协议的指令。

Description

具有动态传输协议的触控笔
背景
与数字化仪系统一起使用的信号发射触控笔(例如，有源触控笔)在本领域中是已知的。触控笔的位置检测向与数字化仪系统相关联的计算设备提供输入，并被解释为用户命令。通常，数字化仪系统与显示屏集成在一起，例如以形成触摸屏。触控笔在屏幕上的位置与屏幕上所描绘的虚拟信息相关。
跟踪由触控笔发射的信号的数字化仪系统通常还跟踪用手指或导电对象提供的输入。互电容传感器是用于这样的数字化仪系统的一种类型的数字化仪传感器。互电容传感器通常包括由按行和列布置的平行导电材料形成的矩阵，其中各行和各列之间形成的重叠和/或结点区域的周围产生电容连接。将手指或导电对象靠近数字化仪传感器的表面改变局部静电场并减小附近的结点区域之间的互电容。通过沿矩阵的一根轴施加信号同时在另一根轴上对输出进行采样以检测经耦合的信号来确定结点处的电容变化。互电容检测允许多个手指、手掌或导电对象可被同时跟踪的多点触摸操作。可通过沿传感器的两根轴对输出进行采样来跟踪触控笔输入，以标识矩阵上提取触控笔信号的位置。
概述
在一些实施例中的公开内容涉及一种供启用触摸的计算设备动态地评估与触控笔交互相关的噪声环境，并且基于该评估来建议对触控笔的传输协议的更新的系统和方法。该系统和方法可被应用于动态地评估与将信息传送到启用的计算设备的其他手持式设备有关的噪声环境，并且基于该评估来建议对该手持式设备的传输协议的更新。计算设备在运行中在用户正在与该计算设备进行交互的同时进行测量并收集报告，并使用该信息来动态地建议用于向数字化仪传感器传送信号的经改进的传输协议。该信息包括从采样自数字化仪传感器的输出中检测到的噪声，以及与计算设备的电源和电子显示器的当前活动相关的报告。在一些示例性实施例中，对传输协议的更新是响应于检测到被跟踪的触控笔尖端位置方面的抖动被发起的。
除非以其他方式定义，否则本文中所使用的所有技术和/或科学术语具有如本领域的普通技术人员共同理解的相同含义。虽然类似于或等同于本文所描述的方法和材料可被用于本公开的各实施例的实践和测试中，但是下文描述了示例性方法和/或材料。在冲突的情况下，包括定义的专利申请将优先。此外，材料、方法和示例仅是说明性的，并不一定旨在限制。
附图的若干视图的简要描述
此处参考附图描述本公开的一些实施例，仅作为示例。现在专门详细地参考附图，强调的是，所示的细节是举例而言的并且只是出于对本公开的各实施例的说明性讨论的目的。在这一点上，参考附图的描述使得如何实践本公开的各实施例对本领域技术人员是显而易见的。
在附图中：
图1是根据本公开的一些实施例的示例性启用触控笔的计算设备的简化框图；
图2是示出根据本公开的一些实施例的影响检测与数字化仪传感器交互的触控笔的噪声源的简化图形表示；
图3是根据本公开的一些实施例的动态地评估触控笔的噪声环境并基于该评估来更新其传输协议的示例性方法的简化流程图；
图4是根据本公开的一些实施例的基于来自数字化仪传感器的经采样的输出来动态地评估噪声环境的示例性方法的简化流程图；以及
图5是根据本公开的一些实施例的响应于检测到尖端抖动来发起更新传输协议的示例性方法的简化流程图。
详细描述
在本公开的示例性实施例中，与计算设备交互的触控笔的传输协议基于计算设备的电源的活动、计算设备的显示器的活动以及检测到的(例如从计算设备的数字化仪传感器的经采样的输出检测到的)附加噪声来被动态地更新。触控笔周围的噪声环境尤为动态。噪声的频率以及其在计算设备的刷新周期中的特定时刻的发生均基于正在被显示的图像的类型、图像内容变化的速率、电源的充电活动以及电源的接地状态而改变。定义计算设备的显示器和电源的当前活动的参数可基于由该计算设备提供的报告并基于采样自数字化仪传感器的输出来被获得。
例如，液晶显示器(LCD)通常在其垂直同步(Vsync)和其水平同步(Hsync)的谐波处对数字化仪传感器施加强脉冲噪声。噪声也会在子像素刷新时间段期间出现，并取决于正被显示的颜色。在一些示例性实施例中，来自图形处理单元(GPU)的输入被获得以确定这些出现的定时和特性。任选地，来自数字化仪传感器的输出还被用来检测来自LCD的噪声模式。
与电源相关联的许多能量通常可以在50KHz-300KHz之间，并且可取决于其当前活动在该范围内非常快地变化。在一些示例性实施例中，计算设备的计算机处理单元(CPU)在运行中提供关于影响其工作频率的电源的活动的信息。任选地，电源的重复行为基于从CPU报告的参数并基于采样自数字化仪传感器的经累积的输出来被习得。由于计算设备与用户之间的接地不匹配，来自电源的噪声通常被施加在数字化仪传感器上。用户的手在数字化仪传感器上的移动也改变了噪声幅值和频率响应。
来自数字化仪传感器的经采样的输出针对噪声被周期性地分析。在一些示例性实施例中，源自电源、电子显示器以及其他源中的每一者的噪声从经采样的输出中被标识。通常，电源噪声在来自数字化仪传感器上的包括手指或手触摸交互的区域的输出中被标识，并且归因于电子显示器的噪声可从数字化仪传感器的没有用户交互的区域中被检测到。
在本公开的示例性实施例中，数字化仪传感器控制器或者计算设备与触控笔通信以基于当前噪声环境来请求经更新的传输协议。传输协议方面的更新可包括定义用于传输的频率、传送的周期、符号大小、符号定时、符号调制、波特率和编码。任选地，更新是对标识出触控笔尖端的被跟踪的位置方面的抖动的响应。
现在参考图1，示出了根据本公开的一些实施例的示例性启用触控笔的计算设备的简化框图。根据本公开的一些实施例，计算设备100包括与数字化仪传感器50集成的显示器45。在一些示例性实施例中，数字化仪传感器50是基于格栅的电容传感器，该基于格栅的电容传感器用形成该基于格栅的传感器的格栅线的行和列导电条带58形成。通常，导电条带58相互电绝缘并且每个导电条带至少在一个端被连接到数字化仪电路25。通常，导电条带58被布置成增强行和列导电条带之间(例如，在行和列之间形成的结点59周围)的电容耦合。形成在行和列导电条带之间的电容耦合对导电和介电对象的存在敏感。
根据本公开的一些实施例，导电条带58可用于检测一个或多个指尖140或手142或其他导电对象的触摸以及通常经由触控笔的书写尖端传送电磁信号的触控笔120的输入。数字化仪电路25应用互电容检测或自电容来感测来自指尖140的触摸(或悬停)的触摸信号。通常，在互电容和自电容检测期间，数字化仪电路25发送触发信号(例如，脉冲)至数字化仪传感器50的一个或多个导电条带58并且响应于该触发和/或询问对来自导电条带58的输出进行采样。在一些实施例中，沿基于格栅的传感器的一根轴的一些或全部导电条带58同时或以连续的方式被触发，并且响应于每次触发，来自其他轴上的导电条带58的输出被采样。通常，该过程提供用于检测同时触摸(多点触摸)传感器50的多个指尖140的坐标。数字化仪电路25通常包括用于管理触发信号、用于处理触摸信号和用于跟踪一个或多个指尖140的坐标的手指检测引擎26。数字化仪电路25通常还包括用于与触控笔120同步、用于处理由触控笔120接收到的输入和/或用于跟踪触控笔120的坐标的触控笔检测引擎27。通常，来自行和列导电条带58的输出被采样以检测触控笔120的坐标。由触控笔120接收到的输入可包括诸如触控笔身份和被施加在触控笔120的尖端20上的压力之类的信息。通常，触控笔检测引擎27对从触控笔120接收到的信息进行解码。
根据示例性实施例，数字化仪电路25包括噪声检测引擎28，其动态地检测来自在传感器上采样的输出的噪声的特性。在一些示例性实施例中，噪声检测引擎28从手指检测引擎26接收输入，并且与为计算设备100供电的电源24相关联的噪声使用来自手指检测引擎26的输入(例如基于在手指输入的位置处检测到的输入)来被表征。任选地，与电子显示器相关联的噪声基于来自没有用户交互的导电条带58的输入来被表征。任选地，噪声检测引擎253周期性地将从数字化仪传感器采样的输出报告给主机22，以用于表征数字化仪传感器50上的当前噪声环境。
通常，来自数字化仪电路25的输出被报告给主机22。通常，由数字化仪电路25提供的输出可包括一个或多个指尖140的坐标、触控笔120的书写尖端20的坐标以及来自噪声检测引擎28的用于表征噪声的输出。通常，数字化仪电路25使用模拟和数字处理两者来处理用数字化仪传感器50检测到的信号。任选地，引擎26、27和28的功能中的一些和/或全部被集成到被适配成用于控制数字化仪传感器50的操作的一个或多个处理单元中。任选地，数字化仪电路25、引擎26、27和28的功能中的一些和/或全部被集成和/或被包括在主机22中。
根据一些示例性实施例，触控笔120附加地包括用于从计算设备100接收输入的无线通信单元30，例如，具有使用主机22的模块23的蓝牙通信的上行链路信道。任选地，上行链路信道经由触控笔120的尖端20，其提取经由导电条带58或者不被用于位置跟踪的专用导电条带传送的上行链路信号。在一些示例性实施例中，主机22或电路25指示触控笔120基于来自电路25和主机22的分析和报告来更新其传输协议。
现在参考图2，示出了示出根据本公开的一些实施例的影响检测与数字化仪传感器交互的触控笔的噪声源的简化图形表示。触控笔120传送由传感器50的导电条带58接收到的信号220。任选地，导电条带用电压223偏置。通常，在计算设备的操作期间，导电条带58提取信号220以及来自操作电源24、电子显示器45和周围环境66中的其他源的噪声。通常，来自不同源的噪声与触控笔信号220组合，并且由电路25中的接收机250检测到的信号225具有低的信噪比。在一些示例性实施例中，传输协议被更新以减轻噪声。噪声减轻可被实现以提高触控笔120的尖端位置的准确度并且减少由触控笔传送的信息的数据错误，例如，以减少传输帧的误比特率(BER)或误帧率(FER)。在一些示例性实施例中，可基于对当前噪声环境的运行中评估来每隔几个触控笔的传输帧或重复周期或者甚至每帧地(如果期望的话)对传输协议进行更新。
现在参考图3，示出了根据本公开的一些实施例的动态地评估触控笔的噪声环境并基于评估来更新其传输协议的示例性方法的简化流程图。在一些示例性实施例中，来自数字化仪传感器50的经周期性采样的输出被分析，以表征由数字化仪传感器50提取的噪声。在一些示例性实施例中，来自被确定为没有接收到触控笔信号的一个或多个导电条带58的输出被用来检测噪声和噪声特性。任选地，被标识成接近触控笔输入的导电条带58被用来检测噪声。触控笔输入的位置可基于输出并且还可基于触控笔的已知的先前位置来被确定或估计。与经估计的位置相关联的导电条带58可被标识，并且来自相邻导电条带58的输出可被选择以用来表示触控笔120附近的噪声。在一些示例性实施例中，来自被确定为包括手指140或手142触摸输入的导电条带58的输出被分析以检测噪声和噪声特性。表征噪声的一个或多个参数可从经采样的输出中被确定(框310)。电路25和主机22中的一者或两者可处理来自数字化仪传感器50的输出以确定表征参数。示例性参数包括噪声出现的频率和帧定时。
关于噪声的附加信息从主机22获得。任选地，定义来自电子显示器45的噪声的参数通过GPU来报告(框315)。任选地，同步定时由GPU报告，例如，在LCD中的Vsync和Hsync。另外，关于所显示的图像的内容的信息(例如，颜色)由GPU报告。显示器上的大部分为白色的图像与彩色丰富的图像会施加不同的噪声。任选地，子像素刷新速率由GPU报告，并被用来表征噪声环境。
任选地，定义电源的当前操作的参数由主机22的CPU报告(框320)。电源单元根据当前过程改变其行为，例如，基于检测到的闲置的当前电池状态、CPU级和获得的噪声变化而发起的电池充电。计算设备还可通过将该计算设备定位在托架上或将设备插入插座来改变电源。归因于功率的噪声参数可基于电池的当前状态来被断定，并且可基于对由数字化仪系统采样的输出的监视来被习得。被检测到的噪声参数与当前通信协议的已知参数进行比较(框325)。基于比较，关于更新触控笔传输协议的讨论被达成(框330)。如果改进的协议可基于经收集和采样的输入来被建议，则对更新传输协议的建议被传送到触控笔(框335)。该建议可能需要由触控笔进行验证(框340)，并且如果被接受，则合适的更新由触控笔电路和电路25两者作出(框345)。经更新的传输协议的参数可被储存以供将来参考(框350)。
现在参考图4，示出了根据本公开的一些实施例的基于来自数字化仪传感器的经采样的输出来动态地评估噪声环境的示例性方法的简化流程图。数字化仪传感器被周期性地采样以检测交互(框410)。通常，互电容检测或自电容检测被应用以标识手指或手的输入(框420)。在一些示例性实施例中，在触摸输入信号上累积的噪声被分析以表征导致噪声的电源的活动，例如，电池充电和电源之间的切换(框425)。附加噪声可由在没有交互的线上检测到的输出来表征(框430)。噪声的另一来源是电子显示器，例如LCD。任选地，从电子显示器导出的噪声在不包括用户输入的线上被检测到(框430)。表征来自显示器的噪声的参数被确定(框435)。此外，提取触控笔信号的导电条带58被标识(框440)。在一些示例性实施例中，根据手指或手触摸输入确定的电源噪声参数以及经确定的显示参数基于从主机接收到的报告被进一步地分析(框445)。该信息被处理(框335)，并且避免噪声或增加SNR或增加接收到的数据的置信度的经更新的协议被建议(框350)。
取决于检测到的噪声环境的表征，传输协议可以以多种方式进行更新。传输频率可被更新以避免噪声频率，例如传输频率可以从100KHz变化到200KHz。重复周期可被缩短以避免LCD循环脉冲噪声，例如，重复周期可以从15毫秒减小到14.5毫秒。任选地，经传送的信息的符号大小可被调整为当前噪声环境。例如，当SNR被确定为低时，频移键控(FSK)符号长度可以被增加150微秒到300微秒，或者替代地在SNR被确定为高时，频移键控(FSK)符号长度可以被减小。任选地，BER通过从二进制FSK(BFSK)调制方案移动到多FSK(MFSK)调制方案来改进。在一些示例性实施例中，符号定时被更新以避免时间噪声，例如，符号可以在帧的开始而不是在帧的中间被传送。任选地，波特率被修改以增加用于复制或编码的数据速率，并且当SNR比率高时降低数据速率。任选地，编码被更新以对照功率和波特率改进BER。可根据需要选择诸如汉明或格雷、交织和加扰之类的编码技术来减轻当前噪声环境中的噪声。
现在参考图5，示出了根据本公开的一些实施例的响应于检测尖端抖动来发起更新传输协议的示例性方法的简化流程图。通常，触控笔的尖端坐标在用户与计算设备的交互期间被跟踪(框510)。在一些示例性实施例中，尖端位置随时间的抖动和准确度被检测(框520)。任选地，对抖动和准确度的测量通过在移动和稳定状态下根据实际位置相对被测得的位置的及时距离(任选地以0.1mm为单位)的统计计算来被确定。当尖端抖动的测量高于预定的尖端抖动阈值(框530)时，数字化仪系统或主机22通过基于关于噪声的当前信息建议替代传输协议来作响应(框540)。任选地，当数字化仪接收到触控笔输入然而响应于检测到尖端抖动仅请求协议的改变时，噪声环境被稳定地监视。替代地，改变传输协议的请求基于检测到的噪声以及基于尖端抖动来发起。任选地，尖端抖动检测提示原本没有实现的用于移除噪声的附加处理。
根据一些实施例的一个方面，提供了一种系统，包括：与数字化仪传感器集成的显示器；被配置成基于经定义的协议向数字化仪传感器传送信号的手持式设备；电源；以及控制器，该控制器被配置成：对来自数字化仪传感器的输出进行采样；检测表征来自显示器和电源中的至少一者的噪声的至少一个参数；基于检测到的至少一个参数来表征数字化仪传感器上的噪声环境；以及，基于噪声环境来提供改变手持式设备的传输协议的指令。
任选地，控制器被配置成从与显示器相关联的图形处理单元(GPU)接收用于显示器的同步定时，并且其中至少一个参数包括同步定时。
任选地，控制器被配置成基于显示器的同步定时来提供改变手持式设备传输的帧大小的指令。
任选地，控制器被配置成基于显示器的同步定时来提供改变供手持式设备传送符号的定时的指令。
任选地，控制器被配置成从与显示器相关联的图形处理单元(GPU)接收显示器的当前子像素刷新速率，并且其中至少一个参数包括子像素刷新速率。
任选地，控制器被配置成标识来自不包括用户交互的数字化仪传感器的输出的一部分，并且基于输出的该部分来检测源自显示器的噪声。
任选地，控制器被配置成从GPU接收关于显示器上的图像的内容的输入，并且至少一个参数与关于内容的输入相关联。
任选地，控制器被配置成基于采样自数字化仪传感器的输出来标识脉冲噪声的谐波，并且至少一个参数包括脉冲噪声在数字化仪传感器的刷新周期中的定时。
任选地，控制器被配置成标识来自包括手指或手触摸输入的数字化仪传感器的输出的一部分，并且基于输出的该部分来表征源自电源的噪声。
任选地，控制器被配置成接收与电源的活动相关联的信息，并且基于该信息与来自包括手指或手触摸输入的数字化仪传感器的输出的相关性来习得与所述信息相关联的噪声环境。
任选地，控制器被配置成基于定义活动的报告的相关性并且基于对来自数字化仪传感器的输出的周期性采样来习得与系统的活动相关联的噪声环境。
任选地，控制器被配置成检测手持式设备的经检测的位置方面的抖动和/或准确度，并且基于检测到高于经定义的阈值的抖动来提供改变传输协议的指令。
根据一些实施例的一个方面，提供了一种方法，包括：对来自被集成在计算设备的显示器上的数字化仪传感器的输出进行采样；检测表征来自显示器和电源中的至少一者的噪声的至少一个参数；在运行中基于检测到的至少一个参数来表征数字化仪传感器上的噪声环境；以及
基于噪声环境来提供改变与数字化仪传感器交互的手持式设备的传输协议的指令。
可选地，至少一个参数是用于显示器的同步定时。
任选地，该方法包括标识来自不包括用户交互的数字化仪传感器的输出的一部分，并且基于输出的该部分来检测源自显示器的噪声。
任选地，至少一个参数基于来自GPU的关于在显示器上的图像的内容的输入来被定义。
任选地，至少一个参数是在采样自数字化仪传感器的输出上检测到的脉冲噪声的谐波的定时。
任选地，该方法包括标识来自包括手指或手触摸输入的数字化仪传感器的输出的一部分，并且基于输出的该部分来表征源自电源的噪声。
任选地，该方法包括基于将电源的经报告的活动与来自包括手指或手触摸输入的数字化仪传感器的输出相关联来习得与电源的活动相关联的噪声环境。
任选地，改变传输协议包括改变频率、帧定时、符号大小、调制、符号定时、波特率和用于传输的编码中的至少一者。
为了清楚起见在单独实施例的上下文中描述的本文中描述的示例的特定特征还可在单一实施例中组合地提供。相反，为了简洁起见在单一实施例的上下文中描述的本文中描述的示例的各个特征还可单独地或者以任何合适的子组合提供，或者适用于本公开的任何其他所描述的实施例。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的基本特征，除非该实施例在没有那些元件的情况下不起作用。

Claims (15)

1.一种系统，包括：
与数字化仪传感器集成的显示器；
被配置成基于经定义的协议向所述数字化仪传感器传送信号的手持式设备；
电源；以及
控制器，所述控制器被配置成：
对来自所述数字化仪传感器的输出进行采样；
检测表征来自所述显示器和所述电源中的至少一者的噪声的至少一个参数；
基于检测到的所述至少一个参数来表征所述数字化仪传感器上的噪声环境；以及
基于所述噪声环境来提供改变所述手持式设备的传输协议的指令。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成从与所述显示器相关联的图形处理单元(GPU)接收用于所述显示器的同步定时，并且其中所述至少一个参数包括所述同步定时。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成基于所述显示器的同步定时来提供改变所述手持式设备传输的帧大小以及用于手持式设备的定时中的至少一者的指令。
4.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成从与所述显示器相关联的图形处理单元(GPU)接收所述显示器的当前子像素刷新速率，并且其中所述至少一个参数包括所述子像素刷新速率。
5.如权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成标识来自不包括用户交互的所述数字化仪传感器的所述输出的一部分，并且基于所述输出的所述部分来检测源自所述显示器的噪声。
6.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成从所述GPU接收关于所述显示器上的图像的内容的输入，并且所述至少一个参数与关于所述内容的所述输入相关联。
7.如权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成基于采样自所述数字化仪传感器的所述输出来标识脉冲噪声的谐波，并且所述至少一个参数包括所述脉冲噪声在所述数字化仪传感器的刷新周期中的定时。
8.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成标识来自包括手指或手触摸输入的所述数字化仪传感器的所述输出的一部分，并且基于所述输出的所述部分来表征源自所述电源的噪声。
9.如权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成接收与电源的活动相关联的信息，并且基于所述信息与来自包括手指或手触摸输入的所述数字化仪传感器的所述输出的相关性来习得与所述信息相关联的所述噪声环境。
10.如权利要求1至9中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置成检测所述手持式设备的经检测的位置方面的抖动和/或准确度，并且基于检测到高于经定义的阈值的抖动来提供改变所述传输协议的所述指令。
11.一种方法，包括：
对来自被集成在计算设备的显示器上的数字化仪传感器的输出进行采样；
检测表征来自所述显示器和所述电源中的至少一者的噪声的至少一个参数；
基于检测到的所述至少一个参数来表征所述数字化仪传感器上的噪声环境；以及
基于所述噪声环境来提供改变与所述数字化仪传感器交互的手持式设备的传输协议的指令。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个参数是用于所述显示器的同步定时或者在采样自所述数字化仪传感器的输出上检测到的脉冲噪声的谐波的定时。
13.如权利要求11或权利要求12所述的方法，其特征在于，包括标识来自包括手指或手触摸输入的所述数字化仪传感器的所述输出的一部分，并且基于所述输出的所述部分来表征源自所述电源的噪声。
14.如权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，包括基于将所述电源的经报告的活动与来自包括手指或手触摸输入的所述数字化仪传感器的所述输出相关联来习得与所述电源的活动相关联的所述噪声环境。
15.如权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，改变所述传输协议包括改变频率、帧定时、符号大小、调制、符号定时、波特率和用于传输的编码中的至少一者。
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