CN107111388A - 与数字化仪的通用触控笔通信 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括在手持式设备中生成第一信号类型和第二信号类型以及在该手持式设备的传输周期中传送第一信号类型和第二信号类型两者。第一信号类型和第二信号类型在频率和调制中的至少一者方面是不同的，并且被定义为包括域该手持式设备相关的相同信息。

Description

与数字化仪的通用触控笔通信
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。由触控笔发射的信号可包括诸如施加在书写笔尖上的压力和触控笔标识之类的信息。该信号被数字化仪系统解码以获得信息。
数字化仪系统通常包括以行和列排列的电极结的矩阵。可通过对行和列两个方向上的输出进行采样来跟踪触控笔位置。跟踪基于检测到信号，该信号由触控笔的笔尖发射并由数字化仪传感器由于在笔尖与电极结矩阵的一部分之间建立的静电耦合而拾取。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物体提供的输入。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。互电容检测允许多个手指、手掌或导电物体被同时跟踪的多点触摸操作。
概述
在一些实施例中，本公开涉及与各自被配置成用不同的通信协议或配置来接收输入的多个数字化仪系统兼容的有源触控笔。触控笔可以与例如来自同一制造商的启用触摸的相同计算设备的不同版本兼容，并且还可以与来自不同制造商的启用触摸的计算设备兼容。可任选地，触控笔提供向后兼容性，以使得用户能使用新触控笔来操作较老的启用触摸的计算设备。触控笔和启用触摸的计算设备通常可被分开出售。触控笔往往丢失并且更容易损坏。因此，用户可在购买新的启用触摸的计算设备之前购买数个不同的触控笔。如本文所描述的触控笔可允许用户在不预先配置触控笔的情况下向不同的启用触摸的设备提供输入。在一些示例性实施例中，所提供的兼容性基于对特定计算设备或制造商的通信协议的知晓来针对这些计算设备或制造商。
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摸的计算设备的简化框图；
图2是根据本公开的一些实施例的触控笔传输的简化时间线。
图3是根据本公开一些示例性实施例的用于基于来自触控笔的传输来检测压力的示例性方法的简化流程图；以及
图4是根据本公开的一些示例性实施例的包括经由其无线地传送信息的多个电极的触控笔的示意图。
详细描述
在本公开的示例性实施例中，触控笔被配置成在多个不同的配置(或通信协议)中传送信息。通常，触控笔被配置成在多个不同的配置中传送相同的信息。可任选地，提供信息的准确度对于不同配置可以是不同的。另外，触控笔可以在一个或多个配置中传送不在另一配置中传送的附加信息。通常，每一配置基于启用触摸的计算设备的已知的检测和处理方法来定义。另外，在每一不同配置中提供的信息可基于启用触摸的设备被配置成接收的信息。在一些示例性实施例中，一个配置基于模拟编码来传送信息，而另一配置基于数字编码来传送信息。可由触控笔传送的示例性信息可包括标识、压力、倾斜度、颜色、电池水平、以及授权。向启用触摸的计算设备传送信息的其它手持式设备也可应用本文描述的方法。
在一些示例性实施例中，每一计算设备识别并锁定在其兼容配置中提供的输入。可任选地，计算设备可识别和检测在不止一个配置中提供的输入。可任选地，检测在不止一个配置中提供的输入提高检测信息的准确度和SNR。在一些示例性实施例中，启用触摸的计算设备可以向触控笔指示正在使用的所选配置。可任选地，作为响应，触控笔可中断其它配置中的传输，并且只在与该触控笔通信的启用触摸的计算设备所识别的配置中进行传送。
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摸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。或者，数字化仪传感器用不一定基于行和列导电条带来构造的电极结矩阵来形成。
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。通常，来自行和列导电条带58的输出(例如来自两个垂直轴)被采样以检测触控笔120的坐标。在一些示例性实施例中，数字化仪电路25通常包括用于与触控笔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。
触控笔120接收到的输入可包括与触控笔120直接相关的、与触控笔120周围的环境相关的、与使用触控笔120的用户相关的、与分配给触控笔120的特权相关的、与触控笔120的能力相关的信息、或者从第三方设备接收到的信息。与触控笔相关的信息可包括被按下按钮35的指示、笔尖20上的压力水平、倾斜度、标识、制造商、版本、媒体接入控制(MAC)地址、以及诸如颜色、笔尖类型、刷子和插件等所存储的配置。
通常，触控笔120包括控制触控笔120发射的信号的生成的ASIC 40。ASIC40通常对由触控笔120在由该触控笔120传送的信号上生成、存储或感测到的信息进行编码。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。可任选地，被配置成与数字化仪传感器50交互的其它手持式设备可以按类似方式操作并通过触控笔检测引擎27跟踪。
数字化仪电路25可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，沿格栅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。
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的书写笔尖20的坐标以及由触控笔120提供的附加信息(例如，压力、倾斜度和电池水平)。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。可任选地，引擎26和27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。可任选地，数字化仪电路25、引擎26和27的功能中的一些和/或全部被集成和/或被包括在主机22中。主机22可以向应用管理器或相关应用传送该信息。可任选地，电路25和主机22可以向应用传递原始信息。原始信息可由应用按需分析或使用。触控笔120、电路25和主机22中的至少一者可以在不分析或知晓原始信息的情况下传递该信息。
根据一些示例性实施例，触控笔120另外还包括无线通信单元30，例如具有使用主机22的模块23的蓝牙通信、近场通信(NFC)、射频(RF)通信的辅助信道。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或配置其传输协议。
现在参考图2，图2示出了根据本公开的一些示例性实施例的用触控笔传送信息的示例性时间线。帧通常是其中触控笔传送信息的基本单元，并且帧通常以所定义的重复率(例如，每5-20毫秒)传送。每一帧可包括同步信号(或信标)以及定义多个参数(例如，压力、悬停或笔尖、按钮状态、标识以及错误保护方案)的一连串数据。在一些示例性实施例中，计算设备基于对同步信号的检测来与触控笔帧同步。通常，计算设备还使用同步信号来进行位置检测。
在一些示例性实施例中，触控笔使用两个不同的码(例如，码1和码2)来传送数据。通常，码1和码2使用不同的调制、频率或两者来传送相同的信息。可任选地，码1使用基于模拟的编码，而码2使用基于数字的编码。模拟编码可包括例如对不同的压力水平或对标识使用频率调制(FM)或特定频率。数字编码可包括频移键控(FSK)、相移键控(PSK)或者幅移键控(ASK)。可任选地，每一帧包括不止一个模拟码和/或不止一个数字码。通常，码1可由一个启用触摸的计算设备译解，而码2可由另一启用触摸的计算设备译解。
可任选地，由触控笔传送的数据被分成各子帧，并且每一子帧或时隙包括使用码1和码2两者的数据。例如，两个不同的同步信号可以在子帧1期间传送，两个不同的压力信号可以在子帧2期间传送，并且两个不同的触控笔ID信号可以在子帧2期间传送。该系列可以对每一帧重复。可任选地，每一子帧中包括不止两种类型的码。可任选地，每一帧中包括更多(或更少)子帧。码可被连续或同时传送。对于同时传输，不同的频率可用于载波信号。
在一些示例性实施例中，触控笔在多个帧中以零碎的方式传送信息的至少一部分。例如，触控笔身份可包括在多个帧中传送的多个码元。可任选地，可重复重要信息。在一个示例性实施例中，压力读数的最高有效位可以在多个帧中或者在信号帧的多个子帧或时隙中重复。可任选地，一些帧可以是通用的(例如，使用一个码来传送)，而其它帧可以是专用的(例如使用在不同配置中提供相同信息的多个码来传送)。
现在参考图3，图3示出了根据本发明的一些示例性实施例的用于基于来自触控笔的传输来检测压力的示例性方法的简化流程图。在一些示例性实施例中，启用触摸的计算设备或许能够译解触控笔传送的来自两个不同通信协议的数据。在一个示例性实施例中，压力测量由触控笔且使用频率调制和基于数字的调制两者来传送。在一些示例性实施例中，启用触摸的计算设备基于频率调制(框310)且还基于数字调制(框320)来检测由触控笔传送的压力数据。通常，使用频率调制来传送的压力信息具有比使用数字调制来传送的压力信息更低的分辨率。根据一些示例性实施例，压力数据的最高有效位可以从频率调制信号和数字编码信号两者中确定(框330)而其它位只基于数字调制来确定(框340)。
尽管数字编码的信号通常可以在无噪声环境中提供具有更高分辨率和准确度的数据，但噪声可以在每一数据位中引入大误差。读取一个最高有效位的误差可导致压力测量中的更大误差。在另一方面，频率调制信号通常更稳健，例如更不容易遭受大检测误差。由于噪声而导致的误差通常可导致与实际压力的相对较小的偏离。通过考虑模拟和数字调制两者，可针对至少最高有效位验证数字信息的准确度。数字数据可包含所有压力位或者这些位的各部分(LSB－最低有效位)，FM和数字位可具有或不具有重叠。在一些示例性实施例中，当在基于模拟和数字的压力读数之间存在较大差异时，使用模拟读数。然而，当差异较小时，数字读数可提供更准确的压力。现在参考图4，图4示出了根据本公开的一些示例性实施例的包括经由其无线地传送信息的所配置的多个电极的触控笔的示意图。触控笔120可包括笔尖处的导电电极，并且还可包括与笔尖20保持距离的一个或多个电极25。可任选地，电极25是环形电极或者电极25的阵列形成围绕触控笔120的外壳的环。另选地或另外地，一个或多个电极25被嵌入在触控笔120的外壳中。在一些示例性实施例中，数据经由笔尖20传送并且还经由电极25传送。可任选地，笔尖20和电极25同时传送具有信息的信号。经由笔尖20和电极25同时传送的信息可使用不同的频率或调制来传送以使得信号不冲突。在一些示例性实施例中，笔尖20被配置成传送与一种类型的启用触摸的计算设备兼容的信号，且电极25中的一个或多个电极被配置成传送与另一种类型的启用触摸的计算设备兼容的信号。笔尖20和电极25中的每一者可另外传送信标信号。可任选地，相同的信标在笔尖20和电极25上传送。
根据一些示例性实施例，提供了一种方法，包括：在手持式设备中生成第一信号类型和第二信号类型，其中第一信号类型和第二信号类型在频率或调制中的至少一者方面是不同的，并且其中第一信号类型和第二信号类型被定义为包括与手持式设备相关的相同信息；以及在手持式设备的传输周期中传送第一信号类型和第二信号类型两者。
可任选地，第一信号类型被选为与第一启用触摸的计算设备的第一检测方法兼容，且第二信号类型被选为与第二启用触摸的计算设备的第二检测方法兼容。
可任选地，该信息基于频率调制被包括在第一信号类型中。
可任选地，在第一信号类型和第二信号类型中的至少一者中编码信息基于数字编码。可任选地，数字编码包括频移键控(FSK)、相移键控(PSK)和幅移键控(ASK)中的至少一者。
可任选地，该方法包括在传输周期中传送多个第一信号类型和多个第二信号类型，其中多个第一信号类型和多个第二信号类型中的每一第一信号类型和第二信号类型包括不同信息。
可任选地，该信息选自包括以下各项的组：被按下按钮的指示、笔尖上的压力水平、悬停或笔尖状态、倾斜度和标识。
可任选地，第一信号类型和第二信号类型被同时传送。
可任选地，第一信号类型包括具有比第二信号类型更低分辨率的信息。
可任选地，第二信号类型包括比第一信号类型更多的信息。
可任选地，第一信号类型和第二信号类型还包括不同信息。
可任选地，第一信号类型和第二信号类型两者经由手持式设备的笔尖来传送。
可任选地，第一信号类型经由手持式设备的第一电极传送，而第二信号类型经由手持式设备的第二电极传送。
可任选地，第一或第二电极之一是手持式设备的笔尖。
根据一些示例性实施例，提供了一种方法，包括：用启用触摸的计算设备来检测来自手持式设备的第一信号和第二信号，其中第一信号和第二信号包括与该手持式设备相关的相同信息，并且其中第一信号基于频率调制包括该信息，而第二信号基于数字编码包括该信息，并且其中与第一信号中的信息相比第二信号中的信息以更高的分辨率提供；解码第一信号和第二信号两者中的信息；基于第一信号来验证第二信号中的最高有效位；以及向启用触摸的计算设备的主机报告如所验证的信息。可任选地，该信息从嵌入在手持式设备中的传感器输出。
可任选地，该信息是施加在手持式设备的笔尖上的压力，其中笔尖被配置成通过触摸来与启用触摸的设备交互。
可任选地，第一信号和第二信号在手持式设备的同一传输周期中传送。
可任选地，第二信号在手持式设备的多个传输周期中传输。
根据一些示例性实施例，提供了一种设备，包括：电极；与该电极通信的电路，该电路包括信号发生器；其中该信号发生器被配置成生成第一信号类型和第二信号类型，其中第一信号类型和第二信号类型在频率或调制中的至少一者方面是不同的，并且其中第一信号类型和第二信号类型被定义为包括与该手持式设备相关的相同信息；并且其中该电路被配置成在该手持式设备的相同传输周期中传送第一信号类型和第二信号类型两者。
可任选地，该信息基于频率调制被包括在第一信号类型中。
可任选地，在第一信号类型和第二信号类型中的至少一者中编码信息基于数字编码。
根据一些示例性实施例，提供了一种设备，包括：该设备的笔尖处的第一电极；第二电极；包括信号发生器的电路；其中该信号发生器被配置成生成第一信号和第二信号，其中第一信号和第二信号在频率或调制中的至少一者方面是不同的；并且其中该电路被配置成经由第一电极传送第一信号并经由第二电极传送第二信号。
可任选地，该电路被配置成同时传送第一信号和第二信号。
可任选地，第一信号和第二信号包括不同信息。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)

1.一种方法，包括：
在手持式设备中生成第一信号类型和第二信号类型，其中所述第一信号类型和所述第二信号类型在频率或调制中的至少一者方面是不同的，并且其中所述第一信号类型和所述第二信号类型被定义为包括与所述手持式设备相关的相同信息；以及
在所述手持式设备的传输周期中传送所述第一信号类型和所述第二信号类型两者。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一信号类型被选为与第一启用触摸的计算设备的第一检测方法兼容，而所述第二信号类型被选为与第二启用触摸的计算设备的第二检测方法兼容。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信息基于频率调制被包括在所述第一信号类型中。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一信号类型和所述第二信号类型中的至少一者中编码所述信息基于数字编码。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，包括在所述传输周期中传送多个第一信号类型和多个第二信号类型，其中所述多个第一信号类型和所述多个第二信号类型中的每一第一信号类型和第二信号类型包括不同信息。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述信息选自包括以下各项的组：被按下按钮的指示、笔尖上的压力水平、悬停或笔尖状态、倾斜度和标识。
7.如权利要求1-6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一信号类型和所述第二信号类型被同时传送。
8.如权利要求1-7中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一信号类型包括具有比所述第二信号类型更低分辨率的信息。
9.如权利要求1-8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一信号类型和所述第二信号类型经由所述手持式设备的笔尖传送。
10.如权利要求1-9中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一信号类型经由所述手持式设备的第一电极传送，而所述第二信号类型经由所述手持式设备的第二电极传送。
11.一种方法，包括：
用启用触摸的计算设备来检测来自手持式设备的第一信号和第二信号，其中所述第一信号和所述第二信号包括与所述手持式设备相关的相同信息，并且其中所述第一信号基于频率调制包括所述信息，而所述第二信号基于数字编码包括所述信息，并且其中与所述第一信号中的信息相比所述第二信号中的信息以更高的分辨率提供；
解码所述第一信号和所述第二信号两者中的信息；
基于所述第一信号来验证所述第二信号中的最高有效位；以及
向所述启用触摸的计算设备的主机报告如所验证的信息。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述信息从嵌入在所述手持式设备中的传感器输出。
13.一种设备，包括：
电极；
与所述电极通信的电路，所述电路包括信号发生器；
其中所述信号发生器被配置成生成第一信号类型和第二信号类型，其中所述第一信号类型和所述第二信号类型在频率或调制中的至少一者方面是不同的，并且其中所述第一信号类型和所述第二信号类型被定义为包括与所述设备相关的相同信息；并且其中所述电路被配置成在所述设备的相同传输周期中传送所述第一信号类型和所述第二信号类型两者。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述信息基于频率调制被包括在所述第一信号类型中。
15.如权利要求13或权利要求14所述的设备，其特征在于，在所述第一信号类型和所述第二信号类型中的至少一者中编码所述信息基于数字编码。
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