CN108139820B - 具有动态协议选择来与数字化仪通信的触控笔 - Google Patents

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Abstract

公开了一种触控笔，其可检测来自数字化仪的触摸信号并动态地确定哪个数字化仪(例如，品牌/型号)生成了触摸信号。然后，触控笔可切换到多个候选协议中的一个而无需来自用户的交互，以便与数字化仪通信。数字化仪不需要明确地通知触控笔它支持什么协议。相反，触控笔分析数字化仪波形并将波形与已知签名进行比较以确定哪个数字化仪正在被使用。触控笔可然后动态地设定与该数字化仪所期望的协议相匹配的用于与该数字化仪通信的协议。

Description

具有动态协议选择来与数字化仪通信的触控笔
背景
触控笔(stylus)或触笔(stylus pen)常被用作与计算机屏幕、移动设备、图形输入板、以及其他设备相关联的数字化仪的输入设备。使用触摸屏设备，用户将触控笔置于屏幕的表面上来书写、绘图或通过使触控笔在屏幕上轻敲来作出选择。如此，触控笔被用作除鼠标、轨迹板或手指之外的指点设备。
存在各种各样的数字化仪制造商，并且每个制造商都要求不同的协议来与触控笔通信。因此，每个数字化仪都要求用户购买不同的触控笔。对于具有多个数字化仪的用户来说，对多个触控笔的维护对用户而言是效率低且成本高的。
概述
提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。
公开了一种触控笔，其可被用作与计算设备(诸如计算机、移动设备、平板等)上的计算机屏幕相关联的数字化仪的输入设备。触控笔可包括用于监视数字化仪触摸信号并确定可被用于与数字化仪通信的协议的电路系统。
触控笔包括用于读取数字化仪的触摸信号并用于分析触摸信号以确定要使用多个协议中的哪一个协议来与该数字化仪通信的电路系统。触控笔可基于所选择的协议来被配置，使得传输信号与数字化仪的通信协议同步。例如，对协议的选择可规定与触控笔传送到数字化仪的信号相关联的电压电平、操作频率、调制类型(例如，相位、频率、幅度或编码调制)、位分配等。这些特征中的每一个都应与数字化仪的特征一致。因此，利用对触摸信号的分析，触控笔可确定哪个数字化仪(例如，品牌/型号)正在生成触摸信号并然后相应地配置其自身。以此方式，触控笔可使用由数字化仪生成的信号来配置其自身，这些信号的目的独立于与触控笔的通信。附加的自配置可包括配置被数字化仪支持的触控笔组件。例如，如果蓝牙被数字化仪支持，则触控笔可配置蓝牙。否则，如果数字化仪不支持蓝牙，则可在触控笔中关闭此类功能以节省功率。
参考附图阅读以下详细描述，将更清楚前述和其它目的、特征和优点。
附图简述
图1是示出在包括数字化仪的计算设备上书写的触控笔的实施例。
图2示出了包括用于传送和接收触摸数据的多个行和列电极的数字化仪的实施例。
图3是数字化仪的另一示例，其中列和行电极都被用于接收触控笔信号。
图4是在触控笔内使用的包括用于分析由数字化仪生成的触摸信号的信号处理电路系统的电路的实施例。
图5示出了包括可被用以分析来自数字化仪的触摸信号的附加信号处理电路系统的触控笔的实施例。
图6示出了可被用于分析触摸信号的包络检测器的实施例。
图7示出了在触控笔中使用的用于基于数字化仪的类型来选择多个传送电路中的一个的电路系统的实施例。
图8是示出示例接收到的触摸信号以及可被分析的触摸信号的不同特征的实施例。
图9是示出可被用于标识数字化仪的特定制造商、型号或配置的触摸信号的不同频率特征的实施例。
图10是例示数字化仪触摸信号传输的频率测量以便标识数字化仪的制造商、型号或配置的附加图示。
图11示出了可与触摸信号相关联地测量以便确定数字化仪类型的附加参数。
图12示出了可被测量以便确定数字化仪类型的又一触摸信号特征。
图13是用于标识数字化仪和选择与所标识的数字化仪一起使用的协议的实施例的流程图。
图14是根据用于选择多个协议中的一个来与数字化仪通信的另一实施例的流程图。
图15是可以结合本文所描述的技术来使用的示例环境。
详细描述
概览
公开了一种触控笔，其可检测来自数字化仪的触摸信号并动态地确定哪个数字化仪(例如，品牌/型号)生成了该触摸信号。然后，触控笔可切换到多个候选协议中的一个而无需来自用户的交互，以便与数字化仪通信。数字化仪不需要明确地通知触控笔它支持什么协议。相反，触控笔分析数字化仪波形并将波形与已知签名(signature)进行比较以确定哪个数字化仪正在被使用。触控笔可然后动态地设定与该数字化仪所期望的协议相匹配的用于与该数字化仪通信的协议。设定协议可能会影响由触控笔生成的波形。例如，传送和接收时隙可能符合所选协议，传送调制也一样。最后，触控笔可启用被所选协议或特定数字化仪支持的各组件。例如，可建立蓝牙反向信道或可激活触控笔上的其他传感器。
图1是示出与包括数字化仪的计算设备102通信的触控笔100的图示。数字化仪将模拟信号转换为数字信号。例如，诸如在触摸屏110上的按压、滑动之类的用户界面动作被转换为数字信号以允许用户写、擦除或移动显示在触摸屏上的内容。触控笔120通常包括第一端120和第二端130，第一端120称为触控笔尖，用于书写内容，而第二端130用于执行内容的数字擦除。如以下进一步描述的，触控笔尖120和/或擦除端130向计算设备102传送信号以便作为用户输入设备来操作。虽然公开了触控笔，但本文所描述的电路系统可被插入其他输入设备类型(例如，鼠标、定标器(puck))。
数字化仪生成被用于检测用户是否正在触摸触摸屏110的触摸信号150。触控笔100可被动地监视数字化仪触摸信号，并响应于此，确定将使用哪个协议来与计算设备102通信。一旦选择了某一协议，触控笔就可向数字化仪发送信号160以与该数字化仪通信。信号160可包括触控笔数据，诸如触控笔序列号、与正在触摸屏幕110的触控笔尖120接受到多少压力有关的触控笔压力数据、触控笔制造商标识符、触控笔按钮状态数据、触控笔电池寿命数据、触控笔IMU数据等。也可包括其他触控笔数据。如下文进一步描述的，触控笔100可通过将触摸信号特征与不同数字化仪的已知特征直接比较来确定哪个数字化仪(例如，哪个品牌/型号)正在生成触摸信号。一旦标识了数字化仪，触控笔就可使用与此数字化仪相关联的所存储的配置数据来配置其自身。触控笔可存储多个配置集合，例如针对每个数字化仪品牌/型号一个配置集合，但是单个品牌/型号可与一个以上的配置集合相关联，因为某些数字化仪被设计为改变行为。
示例数字化仪
图2示出了本领域已知的数字化仪电路200。数字化仪电路200包括包含列电极210和行电极212的多个电极。各列位于各行之上并且在其间具有间隙，以便在每列和行之间形成电容。当手指与数字化仪的表面接触时，列和行电极之间的电容改变。多个接收器电路220可被用于感测变化的电容，指示出用户的手指在数字化仪上的位置。数字化仪200进一步包括多个发射器230、每行电极212一个，用于在各电极上以扫描模式传送触摸信号。经传送的触摸信号在列接收器220上被接收，以便检测电容的任何变化。当触控笔与数字化仪表面接触时，列电极210也可接收触控笔信号。可基于哪个列电极210正在接收最强的触控笔信号来确定触控笔的位置。
图3示出了数字化仪电路200的另一已知模式，其中数字化仪被配置用于触控笔处理。此模式也使用多个列电极210和行电极212。数字化仪电路200也包括耦合到各列电极210以便测量行和列电极之间的电容变化的接收器电路220。在此模式中，行电极也包括用于接收在各行电极212上接收到的触控笔信号的接收器330。数字化仪200可在图2和3所示的两种模式之间切换。
图2和3示出了数字化仪的一般配置，尽管各制造商可使用相同的协议，但大多数(即使不是全部)数字化仪的制造商使用不同的协议来与触控笔通信。取决于所使用的协议，各种各样的信号特征可被改变。例如，选定的协议可规定电压电平、工作频率、调制类型以及位分配。如果触控笔发送与数字化仪协议不一致的信号，则无法建立触控笔与数字化仪之间的通信。
示例触控笔电路
图4示出了可被用于分析数字化仪的触摸信号并动态地修改为了与该数字化仪通信而使用的协议的触控笔电路系统的第一实施例。触控笔电路系统400包括接收器电路410，该接收器电路410被配置为从被定位在触控笔附近的数字化仪(未示出)以模拟形式接收无线触摸信号。模数转换器(ADC)420被耦合到接收器的输出，以便将模拟触摸信号转换成数字信号以供触控笔电路系统400处理。ADC的输出被耦合到包括处理器440(其可以是通用处理器、ASIC、或微控制器)和任何期望的补充信号处理电路系统450的信号处理电路系统430。处理器440被耦合到补充信号处理电路系统450，使得处理器440可接收与从数字化仪接收的触摸信号的特征有关的各种不同的数据。补充信号处理450也可直接地被耦合到接收器410，使得补充信号处理450可直接地处理经放大的信号而无需ADC。如下文进一步描述的，从ADC 420或接收器410接收到的特征可涉及触摸信号的基于时间的或基于频率的特征，包括触摸信号的上升时间、触摸信号的脉冲特征、触摸信号的频率特征等。信号处理电路系统430可被耦合到存储与多个数字化仪制造商、型号或配置相关联的触摸信号签名的存储器460(例如，RAM和ROM)。例如，基于时间的或基于频率的特征可被存储在存储器460内，以便生成被触控笔支持的每种类型的数字化仪的唯一签名。在一简单示例中，数字化仪可生成在脉冲之间具有与其他数字化仪不同特定间隔的触摸信号。此类信息可被存储在存储器460中并被用作与被处理器440接收到的触摸信号进行比较的数据。基于比较，处理器440可确定要使用哪个协议以便与数字化仪通信。
更具体而言，处理器440可使用所存储的签名来确定数字化仪的品牌和型号，并从存储器460中检索与将使用的协议相关联的多个参数。处理器440可然后使用所选择的协议经由无线发射器470与数字化仪通信。一般而言，处理器440使用该协议将数据(诸如触控笔相关数据)传送到数字化仪。例如，触控笔相关数据可包括触控笔序列号、压力数据、触控笔上任何按钮的状态、电池电量数据、以及IMU数据。因此，触控笔电路系统400被配置为动态监视数字化仪触摸信号并分析那些触摸信号以便确定数字化仪类型。此外，触控笔电路系统400被配置为修改被触控笔电路系统400用于将数据传送到数字化仪的协议，以便与数字化仪的协议相匹配。
图5示出了来自图4的信号处理电路系统430的进一步细节。为清楚起见，(来自图4的)接收器410和ADC 420被重复。如之前所描述的，接收器410从数字化仪接收触摸信号。这些触摸信号被ADC 420转换成数字信号。ADC的输出可被供应给用于对触摸信号执行信号处理的多个不同的硬件和/或软件组件。例如，处理器440自身可执行被示为由其他组件执行的信号处理中的一些或全部。其他组件可被直接耦合到接收器410而无需穿过ADC。相关引擎510被耦合到ADC 420的输出。相关引擎510在检测到的触摸信号与存储在触控笔的存储器460中的签名之间对数据进行相关。相关引擎510可执行各种相关类型的函数，诸如将接收到的波形中的点与所存储的波形中的点进行比较以便检测波形之间的相似性。如果相似性超过阈值水平511，则相关引擎确定找到匹配。阈值水平511可以是基于常数的或可被用户编程。在一简单示例中，相关引擎510可执行以下函数：
Figure BDA0001614846190000051
其中X(n)是所期望的波形而Y(n)是接收到的波形。相关函数执行点对点乘法并将结果相加以生成相关输出C。相关函数的输出越高，两个函数相关的可能性越大。如果相关函数输出超过阈值水平511，则触摸信号被确定为与存储器中的签名相匹配。
除了相关引擎510之外，快速傅立叶变换(FFT)引擎512可被使用或可被用作相关引擎的替代。FFT引擎512接收来自ADC 420的触摸信号，并对触摸信号执行频率分析。具体而言，如下文进一步描述的，不同的制造商可具有与其触摸信号相关联的不同频谱。例如，一些供应商可能使用不同的频率，意味着它们各自的FFT将在不同位置具有主峰。在一些情况下，如果以相同基频操作的各数字化仪的谐波具有不同的幅度(例如，由于具有不同转换速率的驱动器)，则FFT引擎也可被用于在各数字化仪之间进行区分。FFT输出可被传递给处理器440，处理器440可将来自FFT引擎512的输出与存储在存储器460中的签名频率数据进行比较。基于该比较，可对数字化仪作出标识。
包络检测器516可被耦合到接收器410的输出，以对输入触摸信号执行包络分析。包络检测器516可跟踪输入触摸信号中的峰值，并且根据时间常数，可跟踪一系列脉冲中的各个体峰值或一系列脉冲的大致形状。包络检测器516的输出可被传递给处理器440以供分析。具体而言，处理器可将由包络检测器516确定的各种脉冲特征与存储器460内存储的脉冲特征进行比较。如果脉冲特征匹配，则处理器可使用存储器460来检索数字化仪的品牌和型号。具体而言，存储器460内的数据记录可存储数字化仪的品牌和型号以及与该数字化仪相关联的签名数据两者，使得当签名得到匹配时可检索品牌和型号。附加地，相同的数据记录可存储与和数字化仪一起使用的协议相关联的信息。该信息可以是个体参数或配置设置。
脉冲串表征器520可以与相关引擎510、快速傅立叶变换引擎512和包络检测器516并联地耦合到接收器410。脉冲串表征器520可包括用于测量脉冲宽度、脉冲串长度和脉冲串周期的计时器和比较器。构成触摸信号的脉冲或脉冲组合的这些特征可被用作签名来检测生成触摸信号的数字化仪的类型。诸如脉冲数量、脉冲幅度、以及各脉冲之间的间隙长度之类的其他与脉冲相关的特征可被使用。
信号处理电路系统可进一步包括上升时间开始比较器530、上升时间结束比较器532、和计时器534。上升时间开始比较器530和上升时间结束比较器532并联地耦合到接收器410以接收触摸信号。一旦接收到触摸信号的第一脉冲，上升时间开始比较器就诸如在该脉冲的上升沿上启动计时器534。当脉冲达到其最大幅度时，上升时间结束比较器532关闭计时器534，使得计时器准确地反映与触摸信号相关联的脉冲的上升时间。计时器输出可被耦合到处理器440，处理器440然后可将上升时间与存储器460中存储的上升时间进行比较。结果，上升时间表示触摸信号的签名，其可与存储在存储器中的已知签名进行比较以便标识数字化仪的制造商、型号或配置。
使用这些各种信号处理组件中的一个、多个或全部，处理器可标识哪个数字化仪生成了在接收器410上接收到的触摸信号。处理器然后可选择适合于与检测出的数字化仪通信的协议，并且可进一步启用触控笔上的电子组件550。电子组件可以是仅可被特定协议或制造商支持的各种不同组件和/或特征，诸如蓝牙或触控笔上的其他传感器。尽管未示出，但处理器可控制使能信号以选择性地启用补充信号处理电路中的一个或多个，包括：相关引擎510、FFT引擎512、包络检测器516、脉冲串表征器520、以及上升时间组件530、532和534。
例如，如果需要附加信息来消除不同的数字化仪签名的歧义，或如果电噪声要求确定更稳健的特征，则处理器可选择启用附加组件。例如，FFT比包络检测器要求更多的功率，但提供了不同的信息并对噪声具有更强的鲁棒性。在具有低噪声的环境中，包络检测器可被用于提供数字化仪品牌/型号的第一确定。如果测得的包络代表一个以上的数字化仪，则FFT可被用于解决歧义。替换地，在具有高噪声和干扰的环境中，系统可选择根本不使用包络检测器，而是使用诸如FFT和相关之类的对噪声具有更强鲁棒性的方法。一些信号处理电路可能不需要ADC，从而使用耦合到处理器的使能信号(未示出)，允许ADC也被关闭。
图6提供了图5的包络检测器516的进一步细节。包络检测器516可包括输入二极管620。第一包络检测器部分630可具有与其相关联的第一时间常数。该时间常数由电阻器640、642和电容器644指定，其值可基于特定设计。第二包络检测器650可被定位成与第一包络检测器630并联，使得两者都接收相同的信号。第二包络检测器650可具有与第一包络检测器类似的结构，继而其包括与电阻器662和电容器664的并联组合以串联方式耦合的第一电阻器660。第二包络检测器650的时间常数比第一包络检测器的时间常数小，使得第二包络检测器可跟踪个体脉冲，而第一包络检测器跟踪脉冲群组。替换地，第二包络检测器可被设计成跟踪脉冲串而不跟踪个体脉冲，而第一包络检测器响应非常缓慢并跟踪输入信号的平均电平。时间常数的值取决于特定设计，但通过对各个体电阻器和电容器值的选择进行控制。包络检测器所得的输出提供了触摸信号的不同的基于脉冲的特征。
图7示出了可被用于标识数字化仪类型并基于该类型修改所使用的协议的触控笔内硬件的另一实施例。触控笔可包括用于检测数字化仪触摸信号的接收器电路710。接收器被耦合到ADC 720，ADC 720将来自接收器的模拟触摸信号转换为数字触摸信号。数字触摸信号然后从ADC 720被传递给处理器730以供分析。附加地，数字触摸信号可从ADC 720或接收器710被传递给具有一个或多个引擎或组件的补充信号处理732(诸如在图5中示出的)，每个引擎或组件使能信号736单独地被启用。补充信号处理732的输出被传递回处理器以供分析。如之前所描述的，处理器730执行用于分析触摸信号以提取信号的特征的软件。一些特征包括幅度、频率、调制类型、脉冲间隔、脉冲宽度等。其他特征可被使用。处理器730被耦合到存储多个数字化仪制造商、型号或配置的触摸信号签名的存储器740。例如，第一制造商可具有有脉冲串的触摸信号，脉冲串有8个连续脉冲且脉冲之间有特定间隔，而第二制造商具有有10个连续脉冲(带有一不同间隔)的脉冲串。这样的特征表示触摸信号的签名，并且多个签名可以与数字化仪的标识信息(例如，品牌和型号)相关联地存储在存储器740中。处理器730将经处理的触摸信号与存储在存储器740中的那些进行比较以确定是否存在匹配。如果找到匹配，则也可从存储器740中检索与所存储的签名相关联的数字化仪的制造商、型号或配置。基于制造商、型号或配置，处理器730可使用选择器信号752来选择多个传送电路750中的一个。每个传送电路都可与不同的数字化仪相关联，以便与数字化仪的协议相匹配。传送电路750可在包括驱动强度(电压和最大允许电容性负载)、转换速率/带宽、电压生成方法(例如，电感式升压、振荡器、推挽、线性放大器)等多个电特征方面彼此不同。处理器730还可配置由处理器执行以生成特定于所标识的协议的波形的状态机。例如，状态机可规定传送和接收时隙以及传送调制(例如，PSK、FSK、CDMA、OOK)。以此方式，处理器730可使用匹配的制造商的协议来输出数据，如756所指示的。
发射器760传送供应自所选传送电路750的数据。数据符合数字化仪使用的协议。尽管仅示出了一个发射器，但可容易地修改该电路以便包括多个发射器，每个传送电路750一个发射器。处理器730可进一步启用触控笔上的组件，诸如蓝牙组件770和/或触控笔传感器780。其他组件可被使用。因此，处理器可检测和确定数字化仪制造商、型号和/或配置，并然后动态地配置其自身以与该数字化仪兼容。
示例触摸信号及其特征分析
图8示出了在本文描述的任何实施例中由数字化仪生成并由触控笔接收的示例触摸信号。触摸信号810被示为具有频率为F的正弦波形并在多个突发(burst)中被接收。第一突发包括具有宽度W1的波。第二突发包括具有宽度W2的波。间隙820将第一突发与第二突发隔开。还示出了由可能的包络检测器产生的包络830。测量值W4指示出从第一突发的开始到第二突发的开始的长度。在大于间隙820的时延处，接收到第三突发，使得从第一突发的开始到第三突发的开始由W3来测量。测量值W1、W2、W3和W4表示波形的签名，可与存储的测量值进行比较以确定是否存在匹配。如果匹配成功，则协议被标识并且存储在触控笔上的协议可被用于与数字化仪通信。图5的信号处理组件可被用于通过使用包络检测器516和/或脉冲串表征器和/或FFT引擎来确定F、W1、W2、W3和W4。
图9示出了从多个数字化仪接收到的触摸信号的频域表示900以例示出各制造商在频率签名方面的差异。如之前所描述的，可通过使触摸信号穿过FFT来生成频域表示。在910，制造商2在频率F0处具有单个分量，意味着具有正弦激励的数字化仪。制造商1具有频谱920，该频谱具有在2F0处的基频和其奇次谐频，意味着矩形波。如在930所示，制造商3在频率4F0处具有单个分量，意味着正弦激励。这些不同的频率特征可被用于与制造商的已知签名进行比较以便确定哪个制造商生成了触摸信号。
图10示出了具有制造商4的另一频域表示1000。值得注意的是，制造商4具有在2F0处的基频和其奇次谐频。它与图9的制造商1区分在于具有与谐频相关联的不同幅度。事实上，制造商4的组件随着频率的增加而衰减得更快，意味着具有更有限带宽的系统构造(例如，由于具有有限的转换速率或更多的电阻式传感器电极的驱动器)。在加性噪声和干扰下，这些差异可能不容易被检测到。因此，可使用本文已经描述的任何其他技术来执行第二级分析以将一个制造商区别于其他制造商。
图11示出了包含方形脉冲的触摸信号波形的又一示例。值得注意的是，信号的形状也可以是可被用于确定制造商的特征。更进一步，脉冲宽度1110和脉冲周期1120可被用于标识制造商。实际上触摸信号波形的任何合适的特征都可被用于将一个制造商区分于另一制造商。
图12示出了可被用于标识制造商的触摸信号的进一步特征。在此情况下，脉冲串1210包括紧密间隔的8个脉冲，之后是间隙，然后是另一8脉冲突发。总周期1220可进一步被用于表征触摸信号以便标识制造商。可使用触摸信号的任何特征，包括突发中的脉冲数量和脉冲串周期。这些特征可由处理器或已描述的其他信号处理电路系统来确定。
方法的实施例
图13是用于在触控笔和数字化仪之间通信的方法的流程图。图13的方法可由触控笔执行。在过程框1310中，由数字化仪生成的触摸信号可被检测。例如，触控笔接收器电路(例如，包括电极)可被用于接收触摸信号的无线传输。在过程框1320中，触摸信号可被分析以确定触摸信号的至少一个特征。可使用任何时域或频域特征，包括上文所描述的任何特征。示例包括脉冲宽度、脉冲形状、脉冲周期、脉冲数量、以及与脉冲相关联的任何定时信息的测量值。在过程框1330中，将测得或检测到的特征与针对多个数字化仪的所存储的签名数据进行比较。因此，多个所存储的数字化仪中的每一个都可被认为是接收到的触摸信号的候选，并且候选中的一个可能与接收到的触摸信号的特征相匹配。在过程框1340中，当在接收到的触摸信号和所存储的签名之间找到匹配时，与该签名相关联的数字化仪被标识为产生了该触摸信号的那个数字化仪。例如，存储器可将所存储的签名与制造商相关联，使得标识某一签名导致对制造商的标识。在处理框1350中，与所标识的数字化仪相关联的协议可被选择并被用于配置触控笔。配置可包括启用以正确的频率、占空比等产生信号的传送电路。附加地，在触控笔硬件上执行的状态机可被配置以便根据所选协议产生信号。在过程框1360中，触控笔使用所选协议与数字化仪通信。通信可包括向数字化仪发送数据，诸如压力数据、标识数据、状态信息数据、电池电量数据、以及IMU数据。
结果，触控笔可自动地检测数字化仪正在使用哪个协议，而无需用户使用某种手段(例如，翻转开关)来将笔配置成特定协议。附加地，触控笔检测数字化仪协议，而无需数字化仪专门告诉触控笔使用哪个协议。更具体而言，与其中通过交叉通信(cross-communication)使用经商定的协议的主动通信相反，触控笔被动监视(仅接收)数字化仪触摸信号。结果，触控笔可适用于使用多个所存储的协议来与不同类型的多个数字化仪中的任一个通信，任一个协议可被选择供检测到的特定数字化仪使用。被监视的触摸信号在数字化仪中的行和列电极上生成，并被用于检测和跟踪触摸数字化仪屏幕的手指。因此，触控笔可使用由数字化仪生成的信号来配置其自身，这些信号的目的独立于与触控笔的通信。更具体而言，触控笔可使用手指触摸相关数据来配置其自身。以此方式，触控笔可被认为是通用笔。
为了测量由数字化仪产生的信号，触控笔包括接收电极和包含放大器、ADC(模数转换器)和处理电路(例如，微控制器或ASIC)的电路，以测量由数字化仪生成的信号并处理它们以产生数字化仪类型的标识(例如，品牌和型号)。此标识依赖于使用笔上的处理电路来计算特定的时域和频域特征，时域和频域特征可被用于区分触摸数字化仪的身份(例如，品牌、型号、代、固件版本)。特征的示例是傅立叶、小波或其他变换；其频谱的主频率列表和相关联的幅度；测得波形与先验定义的规定波形的相关性；RMS功率；过渡的上升时间；波形占空比、突发周期、突发长度、每秒的突发数量、每突发的脉冲数量、以及采样率。
针对单个数字化仪品牌/型号的检测器算法可包括一组以上的操作参数，因为触摸数字化仪可能会根据环境条件来改变其行为(例如，它可进行跳频、改变其采样率、改变突发特征)。然而，不同的制造商依赖于不同的原则，这些原则可能是唯一的，故而它们的特质可被用于标识。
图14是根据另一实施例的用于在触控笔和数字化仪之间通信的方法的流程图。图14的方法可由触控笔执行。在过程框1410中，由数字化仪生成的触摸信号被检测。触摸信号可由被定位在触控笔上的接收器电极来检测，诸如在图4中在410处示出的接收器电极。进一步的检测可由自动地将任何信号都转换为数字信号的ADC 420来完成。更进一步的检测层可来自耦合到ADC的处理器，处理器识别具有已被接收并转换为数字形式的触摸信号的特征的信号。在过程框1420中，触摸信号被分析以确定触摸信号的至少一个特征。触摸信号的分析可由信号处理电路系统执行，信号处理电路系统可包括图4的处理器440和/或补充信号处理电路系统，其示例在图5中示出。例如，对触摸信号进行分析可包括在检测到的触摸信号和存储在触控笔内的签名(签名与不同的数字化仪相关联)之间执行相关。替换地，对触摸信号的分析可包括对触摸信号执行频率分析并将频率分析与所存储的和不同制造商、型号或配置相关联的不同数字化仪的特征进行比较。其他形式的分析可如本文实施例中所描述地执行。在过程框1430中，多个协议中的一个可被选择。对协议的选择包括确定接收到的触摸信号的特征与所存储的特征之间的匹配，诸如具有相同的形状、幅度、频率和/或时序。如果匹配被找到，则所存储的特征也与特定制造商、型号或配置和将被使用的协议相关联。处理器可简单地使用所标识的协议来配置与该协议相关联的状态机。在过程框1440中，触控笔使用所选协议将信号传送到数字化仪。信号的传送可包括使用状态机来实现协议并选择适当的传送电路，诸如传送电路750(图7)中电气上符合数字化仪的要求的一个。可使用状态机生成波形，并且可使用传送电路将这些波形变换为适当的电特征。经变换的波形然后可经由发射器760被传送到数字化仪。
计算系统
图15示出了其中可实现所描述的创新的合适的计算系统1500的一般化示例。系统1500的一个或多个组件可被包括在触控笔中。计算系统1500并不旨对使用范围或功能提出任何限制，因为这些创新可以在不同的通用或专用计算系统中实现。
参考图15，计算系统1500包括一个或多个处理单元1510、1515和存储器1520、1525。在图15中，该基本配置1530被包括在虚线内。处理单元1510、1515执行计算机可执行的指令。处理单元可以是通用中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)中的处理器或任意其他类型的处理器。在多处理系统中，多个处理单元执行计算机可执行指令以提高处理能力。例如，图15示出中央处理单元1510以及图形处理单元或协处理单元1515。有形存储器1520、1525可以是可由(诸)处理单元存取的易失性存储器(例如，寄存器、高速缓存、RAM)、非易失性存储器(例如，ROM、EEPROM、闪存)或者两者的某一组合。存储器1520、1525以适合被(诸)处理单元执行的计算机可执行指令的形式来储存实现本文所描述的一个或多个创新的软件1580。
计算系统可具有附加的特征。例如，计算系统1500包括存储1540、一个或多个输入设备1550、一个或多个输出设备1560以及一个或多个通信连接1570。诸如总线、控制器或网络之类的互连机制(未示出)将计算系统1500的各组件互连。通常，操作系统软件(未示出)为在计算系统1500中执行的其他软件提供操作环境，并协调计算系统1500的各组件的活动。
有形存储1540可以是可移动的或不可移动的，并包括在大小上被调整以用于触控笔的任何类型的存储。存储1540存储用于软件1580的指令，实现本文中所描述的一个或多个创新。
(诸)输入设备1550可以是向计算系统1500提供输入的触摸输入设备。(诸)输出设备1560可以是显示器、扬声器、或提供来自计算系统1500的输出的另一设备。
(诸)通信连接1570允许在通信介质上到另一计算实体的通信。通信介质以已调制数据信号传达诸如计算机可执行指令、音频或视频输入或输出、或其他数据之类的信息。已调制数据信号是以对信号中的信息进行编码的方式设置或改变其一个或多个特征的信号。作为示例而非限制，通信介质可以使用电的、光学的、RF或其他载体。
各创新可在计算机可执行指令(诸如包括在程序模块中的那些)，在目标现实或虚拟处理器上在计算系统中执行。一般而言，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、库、对象、类、组件、数据结构等。如各实施例中描述的，这些程序模块的功能可以被组合，或者在这些程序模块之间拆分。针对各程序模块的计算机可执行指令可以在本地或分布式计算系统中执行。
术语“系统”和“设备”在本文被互换地使用。除非上下文明确指示，否则，术语并不暗示对计算系统或计算设备的类型的任何限制。一般说来，计算系统或计算设备可以是本地的，并且可以包括具有实现本文所描述的功能的软件的专用硬件和/或通用硬件的任意组合。
尽管以特定的顺序次序描述所公开方法的一些的操作以便于方便呈现，但应当理解，这一描述方式包含重排，除非以下提出的具体语言要求特定的次序。例如，顺序描述的操作可以在一些情况下并行地重排或同时执行。此外，为简洁起见，附图可能不示出所公开的方法可以结合其他方法使用的各种方式。
所公开的方法中的任何方法可被实现为被储存在一个或多个计算机可读存储介质上并在计算设备(例如任何可用计算设备，包括智能电话或其他包括计算硬件的移动设备)上执行的计算机可执行指令或计算机程序产品。计算机可读存储介质是在计算环境内可访问的任何可用的有形介质(例如，诸如DVD或CD之类的一个或多个光学介质盘、易失性存储器组件(诸如DRAM或SRAM)或非易失性存储器组件(诸如闪存或硬盘驱动器))。作为示例并参考图15，计算机可读存储介质包括存储器1520和1525以及存储1540。
为清楚起见，仅描述了基于软件的实现方式的特定所选方面。省略了本领域公知的其他细节。例如，应当理解，所公开的技术不限于任何具体的计算机语言或程序。例如，所公开的技术可以通过以C++、Java、Perl、JavaScript、Adobe Flash或者任何其他适当的编程语言编写的软件来实现。同样，所公开的技术不限于任何特定的计算机或硬件类型。适当计算机和硬件的特定细节是公知的，并且不需要在本公开中详细提出。
而且，基于软件的实施例(包括例如用于使计算机执行所公开方法的任一种的计算机可执行指令)中的任一者可以通过适当的通信手段被上载、下载或远程地访问。此类适当的通信手段包括例如互联网、万维网、内联网、软件应用、电缆(包括光纤电缆)、磁通信、电磁通信(包括RF、微波和红外通信)、电子通信或其他这样的通信手段。
替换实施例
本文所描述的各实施例的各种组合可被实现。例如在一个实施例中描述的示例组件可被包括在其它实施例中，且反之亦然。以下各段是这样的组合的非限制性示例：
A.一种用于在触控笔和数字化仪之间通信的方法，包括：
在所述触控笔中检测由所述数字化仪生成的触摸信号；
分析触摸信号以确定使用多个协议中的哪个协议与所述数字化仪通信；
基于所述分析，选择所述多个协议中的一个协议；以及
使用所选协议传送来自所述触控笔的信号。
B.如段落A所述的方法，其中对触摸信号的分析包括在检测到的触摸信号和存储在所述触控笔内的签名之间执行相关，所述签名与至少两个或更多个不同数字化仪相关联。
C.如段落A或段落B所述的方法，其中对触摸信号的分析包括对触摸信号执行频率分析，并将所述频率分析与所存储的不同数字化仪型号的特征进行比较以确定哪个型号与触摸信号相关联。
D.如段落A至C所述的方法，其中传送来自所述触控笔的信号包括传送指示出与所述触控笔和所述数字化仪的屏幕的接触相关联的压力测量值的压力数据。
E.如段落A至D所述的方法，其中传送来自所述触控笔的信号包括选择位于所述触控笔上的多个传输电路中的一个传输电路，并使用所述所选协议通过所选传输电路传送来自所述触控笔的数据。
F.如段落A至E所述的方法，其中对信号的传送进一步包括配置与所述所选协议相关联的状态机。
G.如段落A至F所述的方法，进一步包括使用所述状态机生成与所述所选协议相关联的波形。
H.如段落A至G所述的方法，进一步包括基于所述分析标识所述数字化仪，以及基于所述数字化仪的型号启用所述触控笔上的被所述数字化仪支持的电子组件。
替换实施例可由以下段落描述：
A.一种设备，包括：
触控笔中的接收器，所述接收器适于接收来自数字化仪的触摸信号；
耦合到所述接收器的处理器，所述处理器被配置为分析触摸信号以确定多个数字化仪中的哪个数字化仪生成了接收到的触摸信号；
耦合到所述处理器的存储器，所述存储器用于存储所述多个数字化仪的签名；以及
耦合到所述处理器的多个传送电路，基于所述多个数字化仪中的哪个数字化仪生成了所述接收到的触摸信号，所述传送电路可由所述处理器单独地选择。
B.如段落A所述的设备，进一步包括耦合到所述处理器的相关引擎和存储器，所述存储器被配置为将从所述数字化仪接收到的触摸信号与所述存储器中存储的签名进行相关。
C.如段落A或B所述的设备，进一步包括被耦合以从所述接收器接收触摸信号并被耦合到计时器电路的第一和第二比较器，第一比较器用于在触摸信号中的一个触摸信号的上升沿之际启动所述计时器电路，第二比较器用于在所述上升沿顶部停止所述计时器电路，所述处理器被耦合到所述计时器电路并被配置成从所述计时器电路接收上升时间并将所述上升时间与存储在所述存储器中的签名上升时间进行比较。
D.如段落A至C所述的设备，进一步包括快速傅里叶变换引擎，所述快速傅里叶变换引擎被耦合以接收触摸信号并对触摸信号执行频率分析。
E.如段落A至D所述的设备，其中所述处理器被配置成基于所述处理器对所述多个数字化仪中的哪个数字化仪与触摸信号相关联的确定来启用与该数字化仪兼容的触控笔传感器。
F.如段落A至E所述的设备，进一步包括耦合到所述接收器和所述处理器的脉冲串表征器，所述脉冲串表征器被配置为测量以下各项中的一者或多者：各脉冲之间的脉冲周期、脉冲宽度、脉冲串持续时间、或脉冲串中的脉冲数量。
又一些实施例可由以下段落描述：
A.一种触控笔，包括：
接收器，所述接收器被配置成接收来自数字化仪的数字化仪触摸信号；以及
信号处理电路系统，所述信号处理电路系统被配置为分析触摸信号并确定多个数字化仪中的哪个数字化仪传送了触摸信号；
其中，所述触控笔被配置为基于所述信号处理电路系统关于所述多个数字化仪中的哪个数字化仪传送了触摸信号的确定，从多个候选传输协议中选择传输协议以与所述数字化仪通信。
B.如段落A所述的触控笔，其中所述信号处理电路系统包括处理器，并进一步包括触控笔内的存储器，所述存储器被配置为存储针对所述多个数字化仪中的每个数字化仪的签名数据。
C.如段落A或B所述的触控笔，其中所述信号处理电路系统包括处理器，并进一步包括耦合到所述处理器的多个传送电路，所述处理器被配置为启用所述多个传送电路中与所述数字化仪相关联的一个传送电路。
D.如段落A至C所述的触控笔，进一步包括耦合到所述信号处理电路系统用于存储与来自所述多个数字化仪的触摸信号相关联的多个签名的存储器。
E.如段落A至D所述的触控笔，进一步包括耦合到所述信号处理电路系统的相关引擎，所述相关引擎用于将触摸信号与所述存储器中的所述多个签名中的一个签名相匹配。
F.如段落A至E所述的触控笔，其中所选传输协议由状态机控制。
所公开的方法、装备和系统不应以任何方式被限制。相反，本公开针对各种公开的实施例(单独和彼此的各种组合和子组合)的所有新颖和非显而易见的特征和方面。所公开的方法、装备和系统不限于任何具体方面或特征或它们的组合，所公开的实施例也不要求存在任一个或多个具体优点或者解决问题。
来自任何示例的技术可以与在任何一个或多个其他示例中所描述的技术相组合。鉴于可应用所公开的本技术的原理的许多可能的实施例，应当认识到，所示实施例仅是所公开的技术的示例，并且不应被用作是对所公开的技术的范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于在触控笔和数字化仪之间通信的方法，包括：
在所述触控笔中检测由所述数字化仪生成的触摸信号；
分析触摸信号以确定使用多个协议中的哪个协议与所述数字化仪通信，其中对所述触摸信号的分析包括在检测到的触摸信号和存储在所述触控笔内的签名之间执行相关，所述签名与多个不同类型的数字化仪相关联；
基于所述分析，从所述多个协议中选择协议，所述多个协议中的每个协议与不同类型的数字化仪相关联；
基于所选择的协议从所述触控笔的多个传送电路中选择传送电路，所述多个传送电路中的每个传送电路与不同类型的数字化仪相关联，并且被配置成生成具有与与所述不同类型的数字化仪相关联的协议相匹配的不同电特征的信号；
经由所选择的传送电路根据所选择的协议来生成信号；以及
向所述数字化仪传送来自所述触控笔的所述信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，传送来自所述触控笔的信号包括传送指示出与所述触控笔和所述数字化仪的屏幕的接触相关联的压力测量值的压力数据。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对信号的传送进一步包括配置与所述所选协议相关联的状态机。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括使用所述状态机生成与所述所选协议相关联的波形。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述分析标识所述数字化仪，以及基于所述数字化仪的类型启用所述触控笔上的被所述类型的数字化仪支持的电子组件。
6.一种与数字化仪通信的设备，包括：
触控笔中的接收器，所述接收器适于接收来自数字化仪的触摸信号；
耦合到所述接收器的处理器，所述处理器被配置为分析触摸信号以确定所述数字化仪的签名；
耦合到所述处理器的存储器，所述存储器存储多个签名，每个签名对应于不同类型的数字化仪，其中所述处理器被配置成将所确定的签名与存储在所述存储器中的所述多个签名进行比较以确定哪种类型的数字化仪与所述触摸信号相关联；
耦合到所述处理器和所述存储器的相关引擎，所述相关引擎被配置成将从所述数字化仪接收到的触摸信号与所述存储器中存储的签名进行相关，其中所述数字化仪的签名基于由所述相关引擎输出的相关数据；以及
耦合到所述处理器的多个传送电路，所述多个传送电路中的每个传送电路与不同类型的数字化仪相关联，并且被配置成生成具有与与所述不同类型的数字化仪相关联的协议相匹配的不同电特征的信号，并且每个传送电路由所述处理器基于所确定类型的数字化仪单独地选择以根据与所确定类型的数字化仪相关联的协议生成信号，从而允许所述设备与所述数字化仪进行通信。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，进一步包括被耦合以从所述接收器接收触摸信号并被耦合到计时器电路的第一和第二比较器，第一比较器用于在触摸信号中的一个触摸信号的上升沿之际启动所述计时器电路，第二比较器用于在所述上升沿顶部停止所述计时器电路，所述处理器被耦合到所述计时器电路并被配置成从所述计时器电路接收上升时间并将所述上升时间与存储在所述存储器中的签名上升时间进行比较。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，进一步包括快速傅里叶变换引擎，所述快速傅里叶变换引擎被耦合以接收触摸信号并对触摸信号执行频率分析。
9.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述处理器被配置成基于所述处理器对所述多个不同类型的数字化仪中的哪个数字化仪与触摸信号相关联的确定来启用与该数字化仪兼容的触控笔传感器。
10.如权利要求6所述的设备，其特征在于，进一步包括耦合到所述接收器和所述处理器的脉冲串表征器，所述脉冲串表征器被配置为测量以下各项中的一者或多者：各脉冲之间的脉冲周期、脉冲宽度、脉冲串持续时间、或脉冲串中的脉冲数量。
11.一种触控笔，包括：
接收器，所述接收器被配置成接收来自数字化仪的数字化仪触摸信号；以及
信号处理电路系统，所述信号处理电路系统被配置为分析触摸信号并确定多个不同类型的数字化仪中的哪个数字化仪传送了触摸信号，其中所述信号处理电路系统包括处理器，并进一步包括所述触控笔内的存储器，所述存储器被配置成存储针对所述多个数字化仪中的每个数字化仪的签名数据；
其中，所述触控笔被配置为基于所述信号处理电路系统关于所述多个不同类型的数字化仪中的哪个数字化仪传送了触摸信号的确定，从多个候选传输协议中选择传输协议以与所述数字化仪通信，以及其中对所述传输协议的选择包括对多个传送电路中的传送电路的选择，每个传送电路与不同类型的数字化仪相关联，并且被配置成生成具有与与所述不同类型的数字化仪相关联的传输协议相匹配的不同电特征的信号，并且其中所选择的传送电路被配置成根据与所确定类型的数字化仪相关联的所选择的传输协议生成信号，从而允许所述触控笔与所述数字化仪进行通信。
12.如权利要求11所述的触控笔，其特征在于，所述信号处理电路系统包括处理器，并进一步包括耦合到所述处理器的多个传送电路，所述处理器被配置成使所选择的传送电路能够根据与所确定类型的数字化仪相关联的所选择的传输协议生成信号。
13.如权利要求11所述的触控笔，其特征在于，进一步包括耦合到所述信号处理电路系统用于存储与来自所述多个数字化仪的触摸信号相关联的多个签名的存储器。
14.如权利要求13所述的触控笔，其特征在于，进一步包括耦合到所述信号处理电路系统的相关引擎，所述相关引擎用于将触摸信号与所述存储器中的所述多个签名中的一个签名相匹配。
15.如权利要求11所述的触控笔，其特征在于，所选传输协议由状态机控制。
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