CN107491190A - 一种电磁触控笔及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁触控笔及其使用方法，尤其涉及装载在笔壳内电路板电路，该电路元件包括：电阻R1、晶振X、晶体管T、电容C4、电感线圈L2和电容C6。电感线圈L2和电容C6并联形成LC振荡回路，LC振荡回路的电压输出端接地，其电压输入端经与电容C4串联后连接至晶体管T的发射极E，导线分别从基极B和集电极C两端引出，从基极B引出的导线依次串联晶振X和电阻R1后连接至压控输入端Ui，形成压控输入端控制回路；从集电极C引出的导线连接至电源端电压输入端Vcc，形成电源控制回路。本发明采用晶振来实现输出频率稳定、精度高的振荡波，提高产品质量，易于产品生产合格率的控制，简化产品制造流程，降低生产成本。

Description

一种电磁触控笔及其使用方法
技术领域
本发明涉及电磁触控技术领域，具体涉及一种电磁触控笔及其使用方法。
背景技术
随着计算机技术的发展，手机、笔记本电脑、平板电脑等便携式电子设备日益普及，传统输入设备鼠标和键盘因其不够便捷的弊端不再能满足用户的需求。触控屏技术因其人机交互的人性化输入方式在电子输入设备领域得到广泛应用，基于触控屏技术的电磁感应式触控笔在电子输入设备市场也越来越常见。
电磁感应式触控笔又称电磁触控笔，已有涉及电磁触控笔的发明中，多从提高设备输入效果的可控性和增强用户操作的便捷性等方面考虑，现有技术中鲜有在保证产品合格率的前提下通过提高触控笔振荡波频率精度来减少额外的调节程序、简化产品制造流程从而提高产品经济性。因此，解决如何使LC振荡电路输出的振荡波稳定性好、精度高这一技术难题，对于提高电磁触控笔的产品质量、降低生产成本具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁触控笔及其使用方法，用以解决现有电磁触控笔内LC振荡电路的振荡频率稳定差、频率精度低的问题。
为实现上述目的，本发明公开了一种电磁触控笔，该电磁触控笔包括：电磁触控笔笔壳(1)以及装载在电磁触控笔笔壳(1)内的笔芯(2)、压力传感器(3)、电路板(4)和电感线圈L2。笔芯(2)与上方的压力传感器(3)相接触，压力传感器(3)通过导线连接至电路板(4)电路的压控输入端Ui，电路板(4)电路通过导线接入有电感线圈L2，电感线圈L2并位于笔壳(1)下端且缠绕在笔芯(2)周围。
所述电路板(4)上的电路元件包括：电阻R1、晶振X、晶体管T、电容C4、电感线圈L2和电容C6。电感线圈L2和电容C6并联形成LC振荡回路，LC振荡回路的电压输出端接地，其电压输入端经与电容C4串联后连接至晶体管T的发射极E，导线分别从晶体管T的基极B和集电极C两端引出，从基极B引出的导线依次串联晶振X和电阻R1后连接至压控输入端Ui，形成压控输入端控制回路；从所述晶体管T集电极C引出的导线连接至电源电压输入端Vcc，形成电源控制回路。
本发明涉及上述电磁触控笔，在晶振X和电阻R1之间的电路接入有电感线圈L1和电阻R2，电感线圈L1和电阻R2并联后串联在晶振X和电阻R1之间的电路上，所述电感线圈L1为可调电感线圈。
本发明涉及上述电磁触控笔，所述电感线圈L1为定值电感线圈，在电阻R1与电感线圈L1之间的电路接入有变容二极管D，电阻R2与电感线圈L1并联连接，变容二极管D的一端连接在电阻R1与电感线圈L1之间的电路上，变容二极管D的另一端接地，变容二极管D与电感L1配合作用，用于调整晶振X的振荡频率。
本发明涉及上述电磁触控笔，在电阻R1与变容二极管D之间的电路接入有电容C1，电容C1一端连接在电阻R1与变容二极管D之间的电路上，电容C1另一端接地，电容C1与变容二极管D并联连接。
本发明涉及上述电磁触控笔，晶体管T的基极B与集电极C之间的电路并联有电阻R3，电阻R3的一端接入至晶体管T的基极B与晶振X之间的电路，电阻R3的另一端接入至晶体管T的集电极C与电源电压输入端VCC之间的电路，所述电阻R3为偏置电阻，用于调节集电极偏置电流，使集电区电流处于适合的工作状态。
本发明涉及上述电磁触控笔，晶体管T的发射极E与电容C4之间的电路接入有接地电阻R4，电阻R4的一端接入至晶体管T的发射极E与电容C4之间的电路上，电阻R4的另一端接地。
本发明涉及上述电磁触控笔，晶体管T的基极B与发射极E之间的电路并联连接有电容C2，电容C2的一端接入晶体管T基极B与晶振X之间的电路，电容C2的另一端接入晶体管T的发射极E与电容C4之间的电路，电容C2和电容C4之间的电路接入有接地电容C3，电容C3一端接入电容C2和电容C4之间的电路，电容C3的另一端接地，电容C2与电容C3形成正反馈电容，用于配合晶体管T稳定放大电流及调节振荡波波形。
本发明涉及上述电磁触控笔，电源电压输入端Vcc与晶体管T的集电极C之间的电路接入有接地电容C5，电容C5一端接入电源电压输入端Vcc与晶体管T的集电极C之间的电路，电容C5另一端接地，所述电容C5为去耦电容，用于降噪。
本发明涉及上述电磁触控笔，压力传感器(3)类型有压力变送器、压力可变电容器、压力可变电阻器、压力可变电压器。
本发明涉及上述电磁触控笔，晶振X采用陶瓷振子或石英晶体振子。陶瓷振子振荡电路的温度系数约为30ppm/℃，初始频率精度为±0.5％；石英晶体振荡电路可得到±0.001％的精度(包含温度稳定性)。无论选择陶瓷振子，还是石英晶体振子，晶振振荡频率精度都远高于LC振荡电路。对于应用于一般电磁触控笔的LC振荡电路，晶振都能满足要求。
为了实现上述目的，本发明还涉及一种电磁触控笔的使用方法，采用上述的电磁触控笔，按照该电路板上电路的接法，由于电源电压输入端Vcc>>压控输入端电压Ui，则UCE＞UBE，发射结正向偏置、集电结反向偏置，因而晶体管工作处于放大状态，共发射极直流电流放大系数一般情况下，据此，晶体管T可用于放大振荡波信号。具体地，所述使用方法包括以下步骤：笔芯(2)笔尖在触控面板上接触滑动，笔芯(2)受到压力并传送至压力传感器(3)；压力传感器(3)接受笔芯(2)压力并将压力值转变为电压值，所述压控输入端输入电压Ui是与笔尖按压的压力值P(x)相关，构成关系Ui～P(x)；压力传感器(3)通过压控输入端Ui向电路板(4)电路输入电压信号；电压信号经并联连接的电容C1与变容二极管D、并联连接的电感线圈L1和电阻R2后传输至晶振X，晶振X产生振荡波并将输入电压信号转化为振荡电压信号；振荡电压信号经由基极B输入晶体管T，晶体管T为NPN型三极管，晶体管T在由电源电压输入端Vcc、偏置电阻R3和集电极C连接形成的电源控制回路作用下放大振荡电压信号；振荡电压信号放大后从发射极E输出并经串联的电容C4后输出至由电感线圈L2和电容C6并联形成的LC振荡回路；LC振荡回路的电感线圈L2感应传输来的振荡电压信号并向触控面板下的天线阵列板发射振荡波。
本发明方法具有如下优点：
为了得到频率稳定、精度高、频率值可控的振荡波，本发明涉及的电路不同于传统LC谐振振荡回路，采用晶振振荡器来产生稳定的振荡波。由于晶振具有振荡频率非常稳定、振荡频率准确、温度系数小等特性，因此，采用晶振振荡器来实现压控振荡，得到频率稳定、精度高的振荡波，易于产品生产合格率的控制，能减少额外的调节程序，从而简化产品制造流程，可在保证产品质量的前提下降低生产成本。
附图说明
图1为本发明提供的电磁触控笔的结构示意图。
图2为本发明提供的电磁触控笔内置电路板的电路图。
图3为本发明提供的电磁触控笔内置电路板电路上电感线圈L1取不同值时晶振X的频率变化量△f随压控输入端输入电压Ui的变化曲线图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
下面结合图1对本发明的结构做详细描述：
图1为本发明提供的电磁触控笔的结构示意图。如图1所示，该电磁触控笔包括电磁触控笔笔壳(1)以及装载在电磁触控笔笔壳(1)内的笔芯(2)、压力传感器(3)、电路板(4)和电感线圈L2，笔芯(2)与上方的压力传感器(3)相接触，压力传感器(3)通过导线连接至电路板(4)电路的压控输入端Ui，电路板(4)电路通过导线接入有电感线圈L2，电感线圈L2位于笔壳(1)下端且缠绕在笔芯(2)周围。
所述电路板(4)上的电路元件包括：电阻R1、电容C1、变容二极管D、电感L1、电阻R2、晶振X、晶体管T、电阻R3、电阻R4、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电感L2和电容C6，以及电路提供电压端包括：压控输入端输入电压Ui、电源电压输入端Vcc和接地端。
导线从压控输入端输入电压Ui引出，依次串联电阻R1、电感L1、晶振X，连接晶体管T的基极B，从晶体管T发射极E引出，串联电容C4、电感L2，最后连接地端，形成压控输入端控制回路的主路。压控输入端控制回路的支路上的电路元件包括：电容C6、电阻R2、变容二极管D、电容C1，这些支路上的电路元件接入电路的连接方式如下：电容C6与电感L2并联连接，电容C6的一端接入电容C4与电感L2之间的电路，电容C6的另一端接入电感L2与接地端之间的电路；电阻R2与电感L1并联连接，电阻R2的一端接入电阻R1与电感L1之间的电路，电容C6的另一端接入电感L1与晶振X之间的电路；变容二极管D一端接入电阻R1与所述电感线圈L1之间的电路，变容二极管D的另一端连接地端；电容C1和变容二极管D并联，电容C1一端连接在电阻R1与变容二极管D之间的电路上，电容C1另一端连接地端。
压控输入端控制回路的主路、支路元件及其连接方式共同组成了压控输入端控制回路。
导线从电源电压输入端Vcc引出，连接晶体管T的集电极C，从晶体管T发射极E引出，串联电容C4、电感L2，最后连接地端，形成电源控制回路的主路。电源控制回路的支路上的电路元件包括：电容C6、电容C5，这些支路上的电路元件接入电路的连接方式如下：电容C6与电感L2并联连接，电容C6的一端接入电容C4与电感L2之间的电路，电容C6的另一端接入电感L2与接地端之间的电路；电容C5一端接入电源电压输入端Vcc与晶体管T的集电极C之间的电路，电容C5另一端连接地端。
电源控制回路的主路、支路元件及其连接方式共同组成了电源控制回路。
电路板电路接入有优化晶体管T电路功能的电路元件包括：偏置电阻R3、接地电阻R4，反馈电容C2和反馈电容C3，这些电路元件接入电路的连接方式如下：晶体管T的基极B与集电极C之间的电路并联所述偏置电阻R3，偏置电阻R3的一端接入至晶体管T的基极B与晶振X之间的电路，偏置电阻R3的另一端接入至晶体管T的集电极C与电源电压输入端VCC之间的电路；晶体管T的发射极E与电容C4之间的电路接入有接地电阻R4，接地电阻R4的一端接入至晶体管T的发射极E与电容C4之间的电路上，接地电阻R4的另一端连接地端；晶体管T的基极B与发射极E之间的电路并联反馈电容C2，反馈电容C2的一端接入晶体管T基极B与晶振X之间的电路，反馈电容C2的另一端接入晶体管T的发射极E与电容C4之间的电路；反馈电容C2和电容C4之间的电路接入有反馈电容C3，反馈电容C3一端接入电容C2和电容C4之间的电路，反馈电容C3的另一端连接地端。
导线从所述晶体管T发射极E引出，依次串联电容C4、连接并联的电感L2和电容C6，最后连接地端的这部分作为两个回路的公共部分。
下面结合图2对本发明的电磁触控笔的工作原理做详细描述：
电磁触控笔通常由压力转化器、信号识别处理电路、LC振荡器和信号接收的天线阵列板等部分组成。其中，电磁触控笔内装有压力转化器，可将压力值转化为电信号；信号识别处理电路可完成电信号的接收、识别与处理和输出等工作；LC振荡器，作为振荡波发射端，用于发射电磁波；天线陈列板与显示面板叠合在一起，用于接收电磁信号。电磁触控工作原理为：首先根据笔尖按压压力值调整元件电感值或电容值，以实现LC谐振波频率或者相位的改变；然后检测振荡波频率的初始值和变化值或者相位的改变值，来得到压力值变化量。
由于电磁触控笔需要根据频率的初始值和变化值来确定笔尖的压力值，即要求在生产过程中需要对每支笔单独做频率校正。若元件本身的偏差大，则此频率校正过程会降低生产效率；若全部选用偏差小、质量高的电感和电容元件、再外加补偿电容元件，又必将增加生产成本。因此，LC谐振电路的振荡频率稳定性对于电磁触控笔非常重要。可以证明，LC谐振振荡电路的振荡频率表达式为该表达式表明其振荡频率稳定性由LC本身特性决定，而电感、电容等电子元件本身特性又容易受温度影响，这增加了一般情况下LC谐振频率得到较高稳定性的难度。另外，由于电感和电容的精度(特别是电容的精度)难以控制得很高，所以LC振荡电路的初始精度误差基本在±5％以上。这都给产品制造流程增加了额外的调节程序，导致产品合格率下降，增加了生产成本。
晶振振荡器一般是指从用电损耗率低的石英或陶瓷晶体上按一定方位角经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成的薄片(简称为晶片)，简称为晶振。晶振具有压电效应的特性，据此可以把晶振等效为一个电磁振荡回路，其振荡频率与其形状、材料、切割方向等密切相关。晶体化学性能非常稳定、热膨胀系数常小，故其振荡频率非常稳定；晶振切割时，几何尺寸通过严格控制可以做到很精密，因而其谐振频率也很准确。此外，晶振的温度系数比LC谐振电路的温度系数更低，其受到温度变化所带来的影响较小。因此，采用晶振振荡器来实现压控振荡，可以使得到的振荡波频率稳定、精度高。
图2为本发明提供的电磁触控笔内置电路板的电路图，涉及上述电磁触控笔(见图1)笔壳体内电路板(4)的电路，如图2所示。采用上述的电磁触控笔内置电路板，按照该电路板上电路的接法，由于电源电压Vcc>>压控输入端电压Ui，则UCE＞UBE，发射结正向偏置、集电结反向偏置，因而晶体管工作处于放大状态，共发射极直流电流放大系数一般情况下，据此，晶体管T可用于放大振荡波信号。具体地，所述使用方法包括以下步骤：笔芯(2)笔尖在触控面板上接触滑动，笔芯(2)受到压力并传送至压力传感器(3)；压力传感器(3)接受笔芯(2)压力并将压力值转变为电压值，所述压控输入端输入电压Ui是与笔尖按压的压力值P(x)相关，构成关系Ui～P(x)；压力传感器(3)通过压控输入端Ui向电路板(4)电路输入电压信号；电压信号经并联连接的电容C1与变容二极管D、并联连接的电感线圈L1和电阻R2后传输至晶振X，晶振X产生振荡波并将输入电压信号转化为振荡电压信号；振荡电压信号经由基极B输入晶体管T，晶体管T为NPN型三极管，晶体管T在由电源电压输入端VCC、偏置电阻R3和集电极C连接形成的电源控制回路作用下放大振荡电压信号；振荡电压信号放大后从发射极E输出并经串联的电容C4后输出至由电感线圈L2和电容C6并联形成的LC振荡回路；LC振荡回路的电感线圈L2感应传输来的振荡电压信号并向触控面板下的天线阵列板发射振荡波。
所述电路板电路的各电路元件的作用如下：
电阻R1为限流电阻，用于保护晶振X元件；
变容二极管D与所述电感L1配合作用，用于改变晶振X振荡频率；
电容C1，用于配合变容二极管D改变晶振X频率的调节范围；
电阻R2为阻尼电阻，用于使电路稳定振荡工作；
晶振X，用于产生电磁波；
晶体管T为NPN型三极管，用于放大振荡波信号；
电阻R3为偏置电阻，用于调节集电极偏置电流，使集电区电流处于适合的工作状态；
电阻R4为负载电阻，用于调节输出负载；
电容C2与电容C3为正反馈电容，用于调节波形；
电源Vcc配有开关，用于控制供电和断电；
电容C5为去耦电容，用于降噪；
电容C4为串联电容，用于隔直、调节输出阻抗；
并联连接的电感L2和电容C6组成LC振荡回路，用于发射振荡波。
采用上述技术方案，电磁磁控笔随着笔尖按压的压力值变化，可以得到频率稳定、精度高的振荡波，以实现电路的压控振荡。
下面结合图3对本发明电磁触控笔内置电路板电路上的LC振荡器发射的振荡波振荡频率稳定效果做进一步详细描述：
图3中示出了本发明提供的电磁触控笔内置电路板上的电路电感线圈L1取不同值(A1＝470uH、A2＝330uH)时晶振X的频率变化量△f随输入电压Ui的变化曲线。
当频率变化量△f一定值时，又f0为初始定值，由△f＝fx-f0可知，晶振X发射电磁波的频率fx为一定值，以图3中△f＝10k为例，相应的压控输入端输入电压分别为Ui-A1＝v1、Ui-A2＝v2，且v1＜v2，即表明输出频率fx一定值时，电感值越大(A1＝470uH、A2＝330uH，电感值LA1＞LA2)，则输入电压Ui越小。
当输入电压Ui＝v1或Ui＝v2时，由图3可知，△fA1＞△fA2，即表明当压控输入端输入电压Ui一定时，电感线圈L1越大，晶振X发射振荡波的频率fx越大。
据此不难得出以下结论：
a、压控输入端输入电压Ui为一定值，电感线圈L1的大小可以改变晶振X振荡频率，从而控制电感线圈L2振荡频率的变化。
b、为了使电感线圈L2振荡频率恒定值，即要求晶振X的振荡频率也应为相应固定值，除了改变输入电压值Ui，还可以调整电感线圈L1的大小。
该结论亦表明，本发明涉及的电路板电路采用晶振来实现压控振荡，可控制振荡波频率稳定，外加电容(C1、C2、C3、C5)、电阻(R2、R3、R4)等元件优化电路后，可提高输出频率精度，易于产品生产合格率的控制，能减少额外的调节程序从而简化产品制造流程，可在保证产品质量的前提下降低生产成本。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种电磁触控笔，其特征在于，所述电磁触控笔包括：电磁触控笔笔壳(1)以及装载在电磁触控笔笔壳(1)内的笔芯(2)、压力传感器(3)、电路板(4)和电感线圈L2，笔芯(2)与上方的压力传感器(3)相接触，压力传感器(3)通过导线连接至电路板(4)电路的压控输入端Ui，电路板(4)电路通过导线接入有电感线圈L2，电感线圈L2位于笔壳(1)下端且缠绕在笔芯(2)周围，所述电路板(4)上的电路元件包括：电阻R1、晶振X、晶体管T、电容C4、电感线圈L2和电容C6，所述电感线圈L2和所述电容C6并联形成LC振荡回路，所述LC振荡回路的电压输出端接地，所述LC振荡回路的电压输入端经与电容C4串联后连接至所述晶体管T的发射极E，导线分别从所述晶体管T的基极B和集电极C两端引出，从所述晶体管T基极B引出的导线依次串联所述晶振X和所述电阻R1后连接至压控输入端Ui形成压控输入端控制回路；从所述晶体管T集电极C引出的导线连接至电源电压输入端Vcc形成电源控制回路。
2.如权利要求1所述的电磁触控笔，其特征在于，在所述晶振X和所述电阻R1之间的电路接入有电感线圈L1和电阻R2，所述电感线圈L1和所述电阻R2并联后串联在所述晶振X和所述电阻R1之间的电路上，所述电感线圈L1为可调电感线圈。
3.如权利要求2所述的电磁触控笔，其特征在于，所述电感线圈L1为定值电感线圈，在所述电阻R1与所述电感线圈L1之间的电路接入有变容二极管D，所述电阻R2与所述电感线圈L1并联连接，所述变容二极管D的一端接入于所述电阻R1与所述电感线圈L1之间的电路，所述变容二极管D的另一端接地，所述变容二极管D与所述电感L1配合作用，用于调整晶振X的振荡频率。
4.如权利要求3所述的电磁触控笔，其特征在于，在所述电阻R1与所述变容二极管D之间的电路接入有电容C1，所述电容C1一端接入于所述电阻R1与所述变容二极管D之间的电路，所述电容C1另一端接地，所述电容C1与所述变容二极管D并联连接。
5.如权利要求1所述的电磁触控笔，其特征在于，在述晶体管T的基极B与集电极C之间的电路并联有偏置电阻R3，所述偏置电阻R3的一端接入至所述晶体管T的基极B与所述晶振X之间的电路，所述偏置电阻R3的另一端接入至所述晶体管T的集电极C与所述电源电压输入端Vcc之间的电路，所述偏置电阻R3用于调节集电极偏置电流，使集电区电流处于适合的工作状态。
6.如权利要求1所述的电磁触控笔，其特征在于，在所述晶体管T的发射极E与所述电容C4之间的电路接入有接地电阻R4，所述电阻R4的一端接入至所述晶体管T的发射极E与所述电容C4之间的电路，所述电阻R4的另一端接地。
7.如权利要求1所述的电磁触控笔，其特征在于，在所述晶体管T的基极B和发射极C之间的电路并联连接有电容C2，所述电容C2的一端接入所述晶体管T的基极B与所述晶振X之间的电路，所述电容C2的另一端接入所述晶体管T的发射极E与所述电容C4之间的电路，所述电容C2和所述电容C4之间的电路接入有接地电容C3，所述电容C3一端接入所述电容C2和所述电容C4之间的电路，所述电容C3的另一端接地，所述电容C2与所述电容C3形成正反馈电容并用于配合晶体管T稳定放大电流及调节振荡波波形。
8.如权利要求1所述的电磁触控笔，其特征在于，所述电源电压输入端Vcc与所述晶体管T的集电极C之间的电路接入有接地电容C5，所述电容C5一端接入所述电源电压输入端Vcc与所述晶体管T的集电极C之间的电路，所述电容C5另一端接地，所述电容C5为用于降噪的去耦电容。
9.如权利要求1所述的电磁触控笔，其特征在于，所述晶振X采用陶瓷振子或石英晶体振子。
10.一种电磁触控笔的使用方法，采用如权利要求1至9任一所述的电磁触控笔，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：
笔芯(2)笔尖在触控面板上接触滑动，笔芯(2)受到压力并传送至压力传感器(3)；
压力传感器(3)接受笔芯(2)压力并将压力值转变为电压值；
压力传感器(3)通过压控输入端Ui向电路板(4)电路输入电压信号；
电压信号经并联连接的电容C1与变容二极管D、并联连接的电感线圈L1和电阻R2后传输至晶振X，晶振X产生振荡波并将输入电压信号转化为振荡电压信号；
振荡电压信号经由基极B输入晶体管T，晶体管T为NPN型三极管，晶体管T在由电源电压输入端Vcc、偏置电阻R3和集电极C连接形成的电源控制回路作用下放大振荡电压信号；
振荡电压信号放大后从发射极E输出并经串联的电容C4后输出至由电感线圈L2和电容C6并联形成的LC振荡回路；
LC振荡回路的电感线圈L2感应传输来的振荡电压信号并向触控面板下的天线阵列板发射振荡波。
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