CN109766018A - 主动式电容笔及其增益反馈控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主动式电容笔及其增益反馈控制方法。所述主动式电容笔包括依次电连接的信号接收单元、信号放大单元和信号耦合反馈单元、以及与所述信号放大单元电连接的用于控制其通断的信号控制单元，所述信号接收单元与所述信号耦合反馈单元相对间隔耦合设置。本发明还提供一种主动式电容笔的增益反馈控制方法。与相关技术相比，本发明提供的主动式电容笔及其增益控制方法可以有效避免信号形成闭环回路而产生自激振荡。

Description

主动式电容笔及其增益反馈控制方法

技术领域

本发明涉及一种在触摸屏上使用的输入装置，尤其涉及一种主动式电容笔及其增益反馈控制方法。

背景技术

电容触摸屏因手机和平板的大量使用已成为各类3C产品输入的主流，一般人习惯上使用手指来操作，但如果长时间使用或绘图时总是让人觉得不好使用，因此就有电容触控笔的出现，电容触控笔的主要用途为取代人的手指在触控手写板、触控电脑、平板或手机上作为输入装置，其原理为利用电容变化量让触控面板可以检测出坐标位置，根据电容量的计算公式，电容电极必须使用导电材料制成且要有一定的面积才能产生足够电容量，信号才会够强让触控面板能判断出坐标位置，一般而言，常使用的材料为导电泡棉、导电橡胶、导电硅胶、导电塑胶、导电纤维等，无论使用何种导电材料都必需要有足够大的接触面积，因此传统电容触控笔笔芯通常都要大于五毫米才能与大多数的触控装置相兼容。但是，笔芯太粗书写时会遮蔽到笔迹且摩擦力也大，所以用起来手感很差。

中国台湾专利TW I412967B、TW I541686中有提出一种解决方法可以将笔芯做到小于两毫米，但是必须搭配特定的触控面板模组才能达到书写要求。美国专利US20120154340和US20130002606各揭示了一种主动式电容笔，两专利均釆用检测电极和驱动电极分开的设计，具有如下缺点：缺点之一，一般人书写惯都会倾斜笔身以符合使用者的书写习惯，而美国专利US20120154340和US20130002606都是用较大的笔头或笔身来发射反馈驱动信号，而且笔头或笔身跟触摸屏会有一定的距离，当使用者倾斜主动式电容笔笔身，反馈驱动信号在触摸屏上的强度分布就会偏向不会以笔尖为中心，而会往强度强的那一端偏移；缺点之二，美国专利US20120154340和US20130002606都是釆用检测电极和驱动电极分开的设计，而且检测和发射反馈驱动是同时进行的，如果两极之间的隔离没有做的很好，发射的驱动信号就会反馈耦合到检测电极引起电气震荡。

因此，有必要提供一种新的主动式电容笔解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种主动式电容笔，包括依次电连接的信号接收单元、信号放大单元和信号耦合反馈单元、以及与所述信号放大单元电连接的用于控制其通断的信号控制单元，所述信号接收单元与所述信号耦合反馈单元相对间隔耦合设置。

在本发明提供的主动式电容笔一较佳实施例中，所述信号接收单元由耐磨导电材料制成。

在本发明提供的主动式电容笔一较佳实施例中，所述耐磨导电材料包括导电泡棉、导电橡胶、导电硅胶、导电塑胶或导电纤维中的任意一种或多种。

在本发明提供的主动式电容笔一较佳实施例中，述信号放大单元包括叠接放大器和反向放大器，所述叠接放大器的输入端与所述信号接收单元电连接，输出端与所述反向放大器的输入端电连接，所述反向放大器的输出端与所述信号耦合反馈单元电连接，所述信号控制单元的输入端与所述反向放大器的输出端电连接，输出端与所述叠接放大器电连接。

在本发明提供的主动式电容笔一较佳实施例中，所述叠接放大器包括第一晶体管和第二晶体管，所述第二晶体管的基极与所述信号接收单元相连，发射极与供电电压端VN相连，集电极与所述第一晶体管的发射极相连，所述第一晶体管的基极与所述信号控制单元相连，集电极与供电电压端VP相连。

在本发明提供的主动式电容笔一较佳实施例中，所述叠接放大器还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，所述第二晶体管的基极依次与所述第一电阻、第四电容和所述信号接收单元相连，发射极通过所述第二电阻与供电电压端VN相连，集电极与所述第一晶体管的发射极相连；所述第一晶体管的基极通过所述第三电阻与所述信号控制单元相连，集电极通过所述第一电容与所述反向放大器相连且通过所述第六电阻与供电电压端VP相连，所述第四电阻和所述第五电阻串接于所述第二晶体管的基极与集电极之间，所述第二电容一端连接于所述第四电阻与所述第五电阻之间，另一端接地，所述第三电容与所述第二晶体管的基极相连，另一端接地。

在本发明提供的主动式电容笔一较佳实施例中，所述反向放大器包括比较器、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第五电容、第六电容和第七电容，所述第七电阻一端与所述第一电容相连，另一端与所述比较器的反向输入端相连，所述第八电阻一端与所述比较器的非反向输入端相连，另一端接地，所述第九电阻一端与所述比较器的反向输入端相连，另一端与所述比较器的输出端相连，所述第十电阻一端连接于所述第七电阻和所述第一电容之间，另一端接地，所述比较器的输出端通过所述第五电容分别与所述信号耦合反馈单元和所述信号控制单元连接，所述第六电容一端分别与所述比较器的非反向输入端和供电电压端VP相连，另一端接地，所述第七电容一端分别与所述比较器的反向输入端和供电电压端VN相连，另一端接地。

在本发明提供的主动式电容笔一较佳实施例中，所述信号控制单元包括二极管、电容、第一分压电阻和第二分压电阻，所述二极管的正极与所述比较器的输出端相连，负极通过所述第一分压电阻与所述第一晶体管的基极相连，所述第二分压电阻一端与所述第一晶体管的基极相连，另一端接地，所述电容一端与所述二极管的负极相连，另一端接地。

本发明还提供一种主动式电容笔的增益反馈控制方法，所述主动式电容笔包括依次电连接的信号接收单元、信号放大单元和信号耦合反馈单元、以及与所述信号放大单元电连接的用于控制其通断的信号控制单元，所述信号接收单元与所述信号耦合反馈单元相对间隔耦合设置，所述方法包括：

步骤S1，所述信号接收单元接收触摸屏发射出的原始信号并传送给所述信号放大单元；

步骤S2，所述信号放大单元将所述信号接收单元传送的原始信号放大后传送给所述信号耦合反馈单元；

步骤S3，所述信号耦合反馈单元接收所述信号放大单元的放大信号并通过耦合反馈到所述信号接收单元；

步骤S4，所述信号接收单元接收所述触摸屏发射出的原始信号及所述信号耦合反馈单元耦合反馈的与该原始信号相对应的放大信号，构成一个正向反馈使所述主动式电容笔在最短时间内达到最高输出电压；

步骤S5，所述信号控制单元将最高输出电压整流后传送给所述信号放大单元，当连续方波产生时，所述信号放大单元断开，所述主动式电容笔的输出便会归零；

步骤S6，当所述主动式电容笔的输出归零后，所述信号放大单元重新导通，重复步骤S1-S5。

在本发明提供的主动式电容笔的增益反馈控制方法一较佳实施例中，所述触摸屏为投射式电容触摸屏。

与相关技术相比，本发明提供的主动式电容笔及增益反馈控制方法具有以下有益效果：

1、有效避免信号形成闭环回路而产生自激振荡；

2、可以根据所述信号耦合反馈单元耦合反馈的信号强度调整信号放大单元的通断；

3、所述触摸屏根据原始信号及与该原始信号相对应的放大信号叠加后作出输入反馈，因此所述主动式电容笔的笔尖直径可以做得很小，可以更精确定位主动式电容笔导电笔尖的位置，减少座标偏移，画线更为准确；

4、电路简单，成本更低；

5、能够提升信号放大效率，减少电源消耗，更为省电；

6、所述信号接收单元与所述信号耦合反馈单元之间不需隔离，结构更为简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明提供的主动式电容笔的结构框图；

图2是本发明提供的主动式电容笔的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请结合参阅图1，本发明提供一种主动式电容笔100，其包括依次电连接的信号接收单元1、信号放大单元2和信号耦合反馈单元3、以及与所述信号放大单元2电连接的用于控制其通断的信号控制单元4，所述信号接收单元1与所述信号耦合反馈单元3相对间隔耦合设置。

所述信号接收单元1通常为主动式电容笔100的笔芯，其由耐磨导电材料制成，其中所述耐磨导电材料包括导电泡棉、导电橡胶、导电硅胶、导电塑胶或导电纤维。所述信号接收单元1用于接收触摸屏发射出的信号并传送给所述信号放大单元2，所述信号接收单元还用于接收所述信号耦合反馈单元3耦合反馈的信号，并将触摸屏发射出的信号和所述信号耦合反馈单元3耦合反馈的信号构成一个正向反馈使所述主动式电容笔100在最短时间内达到最高输出电压。

所述信号放大单元2用于将所述信号接收单元2传送的信号放大后传送给所述信号耦合反馈单元3。所述信号放大单元2包括叠接放大器21和反向放大器22，所述叠接放大器21的输入端与所述信号接收单元1电连接，所述叠接放大器21的输出端与所述反向放大器22的输入端电连接，所述反向放大器22的输出端分别与所述信号控制单元4和所述信号耦合反馈单元3电连接。

请结合参阅图2，所述叠接放大器21包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，所述第二晶体管Q2的基极依次与所述第一电阻R1、第四电容C4和所述信号接收单元1相连，发射极通过所述第二电阻R2与供电电压端VN相连，集电极与所述第一晶体管Q1的发射极相连；所述第一晶体管Q1的基极通过所述第三电阻R3与所述信号控制单元4相连，集电极通过所述第一电容C1与所述反向放大器22相连且通过所述第六电阻R6与供电电压端VP相连，所述第四电阻R4和所述第五电阻R5串接于所述第二晶体管Q2的基极与集电极之间，所述第二电容C2一端连接于所述第四电阻R4与所述第五电阻R5之间，另一端接地，所述第三电容C3与所述第二晶体管Q2的基极相连，另一端接地。

所述反向放大器22包括比较器U1A、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、供电电压端VN和供电电压端VP，所述第七电阻R7一端与所述第一电容C1相连，另一端与所述比较器U1A的反向输入端相连，所述第八电阻R8一端与所述比较器U1A的非反向输入端相连，另一端接地，所述第九电阻R9一端与所述比较器U1A的反向输入端相连，另一端与所述比较器U1A的输出端相连，所述第十电阻R10一端连接于所述第七电阻R7和所述第一电容C1之间，另一端接地，所述比较器U1A的输出端通过所述第五电容C5分别与所述信号耦合反馈单元3和所述信号控制单元4连接，所述第六电容C6一端分别与所述比较器U1A的非反向输入端和供电电压端VP相连，另一端接地，所述第七电容C7一端分别与所述比较器U1A的反向输入端和供电电压端VN相连，另一端接地。

所述信号耦合反馈单元3用于接收所述信号放大单元2放大后的信号并通过耦合反馈到所述信号接收单元1。所述信号耦合反馈单元3与所述信号接收单元1相对耦合间隔设置，二者之间做定距不导通的空间重叠。

所述信号控制单元4用于控制所述信号放大单元2的通断，更为具体地，所述信号控制单元4用于控制所述叠接放大器21的通断。具体地，所述信号控制单元4包括二极管D1、电容C、第一分压电阻R11和第二分压电阻R12，所述二极管D1的正极与所述比较器U1A的输出端相连，负极通过所述第一分压电阻R11与所述第一晶体管Q1的基极相连，所述第二分压电阻R12一端与所述第一晶体管Q1的基极相连，另一端接地，所述电容C一端与所述二极管D1的负极相连，另一端接地。

进一步地，所述主动式电容笔100还包括电池单元(图未示)，所述电池单元用于向所述主动式电容笔100中需要供电的器件进行供电。

根据所述叠接放大器21的特性，IC2＝IC1、IB2＝IB1，当所述信号控制单元4电压上升时，IB2电流会增加，IC2＝HFE*IB2，IC2会随之增加；当(供电电压端VP-IC2*R6))<(R2*IE1+Vbe+IB2*(R4+R5)+VCEsat)时，第一晶体管Q1便会进入截止区，停止放大工作。

当用户使用所述主动式电容笔100进行书写时，所述信号接收单元1与触摸屏接触时承受触摸屏的反向压力，即触摸屏向所述信号接收单元1发射出信号，所述信号接收单元1接收触摸屏发射出的信号并传送给所述信号放大单元2，所述信号放大单元2将所述信号接收单元1传送的信号放大后传送给所述信号耦合反馈单元3，所述信号耦合反馈单元3接收放大后的信号并通过耦合反馈到所述信号接收单元1，所述信号接收单元1接收触摸屏发射出的信号及所述信号耦合反馈单元3耦合反馈的信号，构成一个正向反馈使所述主动式电容笔在最短时间内达到最高输出电压，所述信号控制单元4将最高输出电压整流后传送给所述叠接放大器21，当连续方波产生时，所述叠接放大器21断开，所述主动式电容笔的输出便会归零，当所述主动式电容笔的输出便会归零后，所述叠接放大器21重新导通，而所述触摸屏是根据原始信号及与该原始信号相对应的放大信号叠加后作出输入反馈，因此，所述主动式电容笔的笔尖直径可以做得很小，所述触摸屏也能够感应到微小的电容变化量。

本发明还提供一种主动式电容笔的增益反馈控制方法，所述主动式电容笔为上文所述的主动式电容笔100，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，所述信号接收单元1接收触摸屏发射出的信号并传送给所述信号放大单元2；

在该步骤中，所述触摸屏为投射式电容触摸屏。

步骤S2，所述信号放大单元2将所述信号接收单元1传送的原始信号放大后传送给所述信号耦合反馈单元3；

步骤S3，所述信号耦合反馈单元3接收所述信号放大单元2的放大信号并通过耦合反馈到所述信号接收单元1；

步骤S4，所述信号接收单元1接收所述触摸屏发射出的原始信号及所述信号耦合反馈单元3耦合反馈的与该原始信号相对应的放大信号，构成一个正向反馈使所述主动式电容笔在最短时间内达到最高输出电压；

步骤S5，所述信号控制4将最高输出电压整流后传送给所述信号放大单元2，当连续方波产生时，所述信号放大单元2断开，所述主动式电容笔的输出便会归零；

步骤S6，当所述主动式电容笔的输出归零后，所述信号放大单元重新导通，重复步骤S1-S5。

与相关技术相比，本发明提供的主动式电容笔100及增益反馈控制方法具有以下有益效果：

1、有效避免信号形成闭环回路而产生自激振荡；

2、可以根据所述信号耦合反馈单元耦合反馈的信号强度调整信号放大单元的通断；

3、所述触摸屏根据原始信号及与该原始信号相对应的放大信号叠加后作出输入反馈，因此所述主动式电容笔的笔尖直径可以做得很小，可以更精确定位主动式电容笔导电笔尖的位置减少座标偏移，画线更为准确；

4、电路简单，成本更低；

5、能够提升信号放大效率，减少电源消耗，更为省电；

6、所述信号接收单元与所述信号耦合反馈单元之间不需隔离，结构更为简单。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种主动式电容笔，其特征在于，包括依次电连接的信号接收单元、信号放大单元和信号耦合反馈单元、以及与所述信号放大单元电连接的用于控制其通断的信号控制单元，所述信号接收单元与所述信号耦合反馈单元相对间隔耦合设置。

2.根据权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，所述信号接收单元由耐磨导电材料制成。

3.根据权利要求2所述的主动式电容笔，其特征在于，所述耐磨导电材料包括导电泡棉、导电橡胶、导电硅胶、导电塑胶或导电纤维中的任意一种或多种。

4.根据权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，所述信号放大单元包括叠接放大器和反向放大器，所述叠接放大器的输入端与所述信号接收单元电连接，输出端与所述反向放大器的输入端电连接，所述反向放大器的输出端与所述信号耦合反馈单元电连接，所述信号控制单元的输入端与所述反向放大器的输出端电连接，输出端与所述叠接放大器电连接。

5.根据权利要求4所述的主动式电容笔，其特征在于，所述叠接放大器包括第一晶体管和第二晶体管，所述第二晶体管的基极与所述信号接收单元相连，发射极与供电电压端VN相连，集电极与所述第一晶体管的发射极相连，所述第一晶体管的基极与所述信号控制单元相连，集电极与供电电压端VP相连。

6.根据权利要求5所述的主动式电容笔，其特征在于，所述叠接放大器还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，所述第二晶体管的基极依次与所述第一电阻、第四电容和所述信号接收单元相连，发射极通过所述第二电阻与供电电压端VN相连，集电极与所述第一晶体管的发射极相连；所述第一晶体管的基极通过所述第三电阻与所述信号控制单元相连，集电极通过所述第一电容与所述反向放大器相连且通过所述第六电阻与供电电压端VP相连，所述第四电阻和所述第五电阻串接于所述第二晶体管的基极与集电极之间，所述第二电容一端连接于所述第四电阻与所述第五电阻之间，另一端接地，所述第三电容与所述第二晶体管的基极相连，另一端接地。

7.根据权利要求6所述的主动式电容笔，其特征在于，所述反向放大器包括比较器、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第五电容、第六电容和第七电容，所述第七电阻一端与所述第一电容相连，另一端与所述比较器的反向输入端相连，所述第八电阻一端与所述比较器的非反向输入端相连，另一端接地，所述第九电阻一端与所述比较器的反向输入端相连，另一端与所述比较器的输出端相连，所述第十电阻一端连接于所述第七电阻和所述第一电容之间，另一端接地，所述比较器的输出端通过所述第五电容分别与所述信号耦合反馈单元和所述信号控制单元连接，所述第六电容一端分别与所述比较器的非反向输入端和供电电压端VP相连，另一端接地，所述第七电容一端分别与所述比较器的反向输入端和供电电压端VN相连，另一端接地。

8.根据权利要求7所述的主动式电容笔，其特征在于，所述信号控制单元包括二极管、电容、第一分压电阻和第二分压电阻，所述二极管的正极与所述比较器的输出端相连，负极通过所述第一分压电阻与所述第一晶体管的基极相连，所述第二分压电阻一端与所述第一晶体管的基极相连，另一端接地，所述电容一端与所述二极管的负极相连，另一端接地。

9.一种主动式电容笔的增益反馈控制方法，其特征在于，所述主动式电容笔包括依次电连接的信号接收单元、信号放大单元和信号耦合反馈单元、以及与所述信号放大单元电连接的用于控制其通断的信号控制单元，所述信号接收单元与所述信号耦合反馈单元相对间隔耦合设置，所述方法包括：

步骤S1，所述信号接收单元接收触摸屏发射出的原始信号并传送给所述信号放大单元；

步骤S2，所述信号放大单元将所述信号接收单元传送的原始信号放大后传送给所述信号耦合反馈单元；

步骤S3，所述信号耦合反馈单元接收所述信号放大单元的放大信号并通过耦合反馈到所述信号接收单元；

步骤S4，所述信号接收单元接收所述触摸屏发射出的原始信号及所述信号耦合反馈单元耦合反馈的与该原始信号相对应的放大信号，构成一个正向反馈使所述主动式电容笔在最短时间内达到最高输出电压；

步骤S5，所述信号控制单元将最高输出电压整流后传送给所述信号放大单元，当连续方波产生时，所述信号放大单元断开，所述主动式电容笔的输出便会归零；

步骤S6，当所述主动式电容笔的输出归零后，所述信号放大单元重新导通，重复步骤S1-S5。

10.根据权利要求9所述的主动式电容笔的增益反馈控制方法，其特征在于，所述触摸屏为投射式电容触摸屏。