CN109937397B - 触控笔悬停和定位通信协议 - Google Patents

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Abstract

触敏设备包括基于电容的触摸传感器，驱动电路系统，该驱动电路系统被配置成利用同步波形驱动触摸传感器电极以使有源触控笔变得与触敏设备时间同步，以及接收电路系统，该接收电路系统被配置为基于静电地接收到来自有源触控笔的第一波形来确定有源触控笔的位置。取决于触敏设备何时从有源触控笔接收到第一波形，该触敏设备以不同方式解释该第一波形以确定有源触控笔的位置或确定有源触控笔正在悬停。在任一情况下，都使用相同的波形将有关有源触控笔的不同信息传递到触敏设备。

Description

触控笔悬停和定位通信协议
技术领域
本发明涉及触敏设备。
背景技术
许多触敏计算设备采用有源触控笔来增强触摸交互。可经由静电通信(即在触控笔和主计算设备的触摸传感器之间)提供对触控笔的位置的确定并在此类系统中启用其他功能。主计算设备及其各种组件(显示器、电容触摸传感器等)有时在本文中会被统称为“数字转换器”。
发明内容
在一实施例中，描述了一种触敏设备，包括：基于电容的触摸传感器，该基于电容的触摸传感器包括多个电极；驱动电路系统，该驱动电路系统被配置成利用同步波形选择性地驱动该多个电极以使有源触控笔变得与该触敏设备时间同步；接收电路系统，该接收电路系统被配置成解释该多个电极中的一个或多个电极上的响应以确定该有源触控笔的位置，该响应由在该有源触控笔的触控笔电极上驱动的第一波形引起。
在另一实施例中，描述了一种用于触敏设备的触摸感测方法，该触敏设备包括基于电容的触摸传感器，该基于电容的触摸传感器包括多个电极，该方法包括：经由该多个电极中的一个或多个电极传送同步波形；在相对于该同步波形正被传送的第一时间经由该多个电极中的一个或多个电极与有源触控笔的触控笔电极的静电耦合接收到第一波形时，基于该第一波形在该第一时间被接收到来确定该有源触控笔的位置；在相对于该同步波形正被传送的第二时间经由该多个电极中的该一个或多个电极与该有源触控笔的该触控笔电极的静电耦合接收到该第一波形时，基于该第一波形在该第二时间被接收到来确定该有源触控笔正在悬停，以及在该第二时间经由该多个电极中的该一个或多个电极与该有源触控笔的该触控笔电极的静电耦合接收到一个或多个附加波形时，基于该一个或多个附加波形来确定该有源触控笔的触控笔信息。
在又一实施例中，描述了一种有源触控笔，包括：触控笔电极，该触控笔电极被配置成与触敏设备的基于电容的触摸传感器的一个或多个电极电容耦合；接收电路系统，该接收电路系统可操作地耦合到该触控笔电极，并被配置成从该触敏设备接收同步波形；以及传送电路系统，该传送电路系统可操作地耦合到该触控笔电极，并被配置成在接收到该同步波形时，根据包括第一组子帧和第二组子帧的通信帧将信息传送到该触敏设备，其中该传送电路系统被配置成：1)在该第一组的一个或多个子帧期间传送第一波形，2)如果该有源触控笔正在悬停，则在该第二组的一个或多个子帧期间传送第一波形，以及3)如果该有源触控笔并未悬停，则在该第二组的一个或多个子帧期间传送一个或多个附加波形。
附图说明
图1示出包括从用户的身体接收触摸输入的触摸传感器以及有源触控笔的示例显示设备。
图2示出了示例触敏显示设备。
图3示出了示例单元内触摸传感器矩阵。
图4示出了包括多个全部搜索子帧的示例触摸感测帧。
图5示出了包括多个全部搜索子帧和多个局部搜索子帧的另一示例触摸感测帧。
图6示出了示例触控笔通信帧。
图7示出了使有源触控笔将信息传送到触敏设备的示例方法。
图8和9示出了用于触敏设备的示例触摸感测方法。
图10示出了示例计算系统。
具体实施方式
如上文所指示的，许多触摸交互式计算设备都采用有源触控笔来增强功能。通常经由触控笔和数字转换器之间的静电通信来实现这些设备中的位置感测和其他操作。例如，触控笔可包括一个或多个尖端电极，其与结合在数字转换器内的触摸传感器的各电极(例如，行/列或独立的自电容感测点)相互作用。当触控笔和数字转换器足够接近时，在触控笔电极上施加激励波形会影响数字转换器处的电气行为(例如，一个或多个触摸传感器电极上的电荷累积、电容、电压/电流)。类似地，数字转换器电极的激励影响触控笔电极上的状况。
各设备之间的静电交互(例如，电极到电极的电容耦合)可用于各种目的。例如，电容耦合可被用于：(1)发送/接收同步信号以建立/维持触控笔和数字转换器之间的共享时间感；(2)确定触控笔相对于数字转换器的位置，其可包括使用多个电极来精细地插入位置；(3)在触控笔和数字转换器之间传递状态/现状，诸如标识符、触控笔按钮状态、电池电平等；以及(4)传送各种其他数据，诸如在触控笔尖端中确定的力、固件更新、加密密钥/信息、各种事件发生的时间等。这些仅是一些非限制性示例。最终，与触摸工具(手指和触控笔)交互的数字转换器被用于控制显示输出，并或者选择性地控制数字转换器。
在一些情况下，由触控笔传送的波形可能会干扰数字转换器的触摸感测操作。例如，触控笔可静电地将“报告”波形(例如，指示位置、现状或其他数据)传送到数字转换器，并且如果在数字转换器接收到报告波形时该数字转换器没有以适当的模式操作，则该数字转换器可能会错误地将波形解释为无源(例如，手指)触摸。此外，如果数字转换器在同一时刻但在该数字转换器的不同区域中正确地检测到真实手指触摸，则数字转换器可能会因所发生的两个手指触摸(即，真实手指触摸和错误手指触摸)距彼此较远而以冲突的方式进行操作。
在一个示例中，数字转换器包括接收电路系统，该接收电路系统被配置成在不同时间选择性地多路复用到触摸传感器的不同部分以检测触摸。数字转换器被配置成在以下两种操作状态之间切换：1)检测触控笔和手指触摸的粗略位置；以及2)检测触控笔的精确位置并从该触控笔接收其他数据，诸如触摸力。触控笔可能不知道数字转换器何时在这两种操作状态之间切换。如此，如果触控笔在数字转换器检测手指触摸时传送报告波形以指示触摸力，则数字转换器会错误地将接收到的波形解释为手指触摸，且数字转换器不接收触摸力信息。此类干扰降低了数字转换器的触摸感测精度。而且，此类干扰降低了触控笔和数字转换器之间通信的鲁棒性。
在一个示例中，可以使触控笔知道数字转换器的操作状态，以便通过使用包含用于指示数字转换器的操作状态的比特的通信协议来更好地与数字转换器同步。具体而言，在每个触摸感测帧期间由数字转换器传送该比特。然而，由于触控笔和数字转换器之间的静电通信的带宽有限，使用该比特将占用可用于其他地方的有限的通信资源。
因此，本公开涉及一种方法，其中相同的波形取决于触敏设备何时接收到该波形被用于将触控笔的位置或触控笔的悬停状态传递给触敏设备。具体而言，当基于触控笔和触敏设备之间的时间同步在第一时间接收到波形时，触敏设备基于该波形确定触控笔的位置。此外，当基于触控笔和触敏设备之间的时间同步在第二时间接收到波形时，触敏设备确定触控笔正在悬停。通过使用相同的“定位”和“悬停”波形以在不同时间传递不同类型的信息，触控笔可以按不干扰触敏设备的触摸感测操作的方式传递信息。
此外，在触敏设备在两种操作状态之间切换的实现中，通过在两种操作状态下使用相同的波形传递信息，触控笔不需要知道触敏设备的操作状态来成功地传送适当的信息。以此方式，可从触敏设备使用的触摸感测帧中省略指示触敏设备的操作状态的比特。
图1示出了包括具有触摸传感器104的显示设备102的触摸交互式显示系统100。在一些示例中，显示设备102可以是具有大于1米的对角线尺寸D的大格式显示器，但是该显示器可采用任何合适的尺寸。显示设备102可被配置成感测一个或多个输入源，诸如经由手指106所赋予的触摸输入和/或由输入设备108(在图1中被示为触控笔)所提供的输入。触控笔108可以是无源的或有源的。有源触控笔可包括被配置成传送由触摸传感器104接收的波形以确定有源触控笔的位置的电极。手指106和输入设备108是作为非限制性示例被提供的，并且任何其他合适的输入源可结合显示设备102被使用。显示设备102可被配置成从与显示器102接触的和/或“悬停”在显示表面上的触控笔和手指接收输入。本文所用的“触摸输入”指的是手指和非手指(例如，触控笔)两种输入，以及由既与显示设备102接触，又与显示设备102间隔开但邻近显示设备102的输入设备提供的输入。在一些示例中，显示设备102可以被配置成同时从两个或更多个源接收输入，在这种情况下，显示器可以被称为多点触摸显示器。
显示设备102可以可操作地耦合到图像源110，图像源110可以是例如在显示器外部或容纳在显示器内的计算设备。图像源110可以从显示设备102接收输入，处理该输入，并且作为响应为显示器生成适当的图形输出112。以这种方式，显示设备102可提供用于与可以适当地对触摸输入进行响应的计算设备交互的自然范式。以下参照图10描述关于示例计算设备的细节。
图2示出了示例触敏显示设备200，该示例触敏显示设备200包括分别实现输出图形内容的和接收输入的显示器202和触摸传感器204。显示器202可操作以通过显示设备200在朝上方向上发射光，使得可感知的图像可形成在显示设备的顶部表面206处或其他明显的位置处。例如，显示器202可采用液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED)、或任何其他合适的显示器的形式。为了实现显示操作，图2示出了可操作地耦合到控制器208的显示器202，该控制器208可控制像素操作、刷新率、驱动电子器件、背光的操作(如果有的话)、和/或显示器的其他方面。可与控制器208集成或与控制器208分开提供的合适图像源可提供由显示器202输出的图形内容。例如，图像源可以是显示系统200外部或集成在显示设备200内的计算设备。
触摸传感器204可操作以接收输入，该输入可采用各种合适的形式。作为示例，触摸传感器204可检测：(1)由人类手指210施加的与显示设备200的顶部表面206接触的触摸输入；(2)由手指210施加到顶部表面206的力和/或压力；(3)由手指210施加的邻近顶部表面206但不与顶部表面206接触的悬停输入；(4)悬停手指210距顶部表面206的高度，使得可确定距顶部表面206的基本连续的高度范围；和/或(5)来自诸如有源触控笔212之类的非手指触摸源的输入。如下文进一步详细描述的，触摸传感器204可从触控笔212接收位置、尖端力、按钮状态、和/或其他信息，并且在一些示例中，可将信息传送到触控笔。触摸传感器204可操作以同时从多个输入源(例如，手指、触控笔、其他输入设备)接收输入，在此情况下，显示设备可被称为“多点触摸”显示设备。为了启用输入接收，触摸传感器204可被配置成检测与触摸传感器204的多个电极的电容相关联的变化，如下文进一步详细描述的。
由触摸传感器204接收到的触摸输入(和/或其他信息)可操作以影响显示器202的任何合适方面和/或影响可操作地耦合到显示设备200的计算设备，并且可包括二维或三维手指输入和/或姿势。作为示例，图2描绘了显示器202与由邻近顶部表面206的手指210和触控笔212所描绘的路径空间对应的图形内容的输出。虽然图2将控制器208示为影响显示器202和触摸传感器204两者的操作(例如，电极驱动/接收操作)，但是可提供单独的显示器和触摸传感器控制器。
显示设备200可以按各种形式被实现。例如，显示设备200可被实现为具有大约1米或更大的对角线尺寸的所谓的“大规格”显示设备，或被实现在具有英寸数量级的对角线尺寸的移动设备(例如，平板、智能电话)中。构想了其他合适的形式，包括但不限于桌面显示监视器、高清电视屏幕、平板设备、膝上型计算机等。
除了显示器202和触摸传感器204之外，显示设备200还可包括其他组件。作为示例，图2示出了包括光学透明触摸片214，其提供用于接收如上文描述的触摸输入的顶部表面206。触摸片214可由任何合适的材料构成，诸如玻璃或塑料。此外，光学透明粘合剂(OCA)216将触摸片214的底部表面粘合到显示器202的顶部表面。如本文中所使用的“光学透明粘合剂”指代透射基本上全部(例如，约99％)的入射可见光的一类粘合剂。替换地附加地，显示设备200可包括图2中未示出的任何合适的组件，包括但不限于各种光学元件(例如，透镜、漫射器、衍射光学元件、波导、滤光器、偏振器)。
图2描绘了在所谓的“单元内”触摸传感器实现中的触摸传感器204在显示器202内的集成。在此示例中，可操作显示设备200的一个或多个组件以执行显示输出和输入感测功能两者。作为特定示例，相同的物理电气结构可被用于电容感测和用于确定旋转偏振以形成显示图像的液晶材料中的场两者。然而，显示设备200的替换或附加组件可被用于显示和输入感测功能。
其他触摸传感器配置是可能的。例如，触摸传感器204可替换地被实现在所谓的“单元上”配置中，其中触摸传感器直接被设置在显示器202上。在示例单元上配置中，触摸感测电极可被布置在显示器202的滤色器基板上。然而，触摸传感器204既不被配置成单元内传感器也不被配置成单元上传感器的实现也是可能的。在此类实现中，例如，可在显示器202和触摸传感器204之间插入光学透明粘合剂(OCA)。
触摸传感器204可以按各种结构形式被配置并且用于不同的电容感测模式。在自电容模式中，触摸感测电极和接地之间的电容和/或其他电特性(例如，电压、电荷)可被测量以检测输入。换言之，电极本身的特性，而非关于电容测量系统中的另一电极的特性,被测量。下文参考图3描述了有关自电容触摸感测的附加细节，图3示出了可以按单元内或单元上方式实现的示例自电容触摸传感器。
在互电容模式中，不同电状态的电极之间的电容和/或其他电特性可被测量以检测输入。当被配置用于互电容感测时，并且类似于上述示例，触摸传感器204可包括多个垂直分离的行和列电极，当触摸传感器被驱动时，行和列电极在行/列交叉处形成电容的板状节点。各节点的电容和/或其他电特性可被测量以检测输入。
当被配置成电容传感器时，触摸传感器204可包括被选择性地驱动以接收输入的多个电极。多个电极可采用多个合适的形式，包括但不限于(1)如在行/列电极配置中的细长迹线，其中行和列以彼此基本垂直或斜角的方式布置；(2)基本上连续的焊盘，如在其中焊盘被布置在基本上共同的平面内并被划分成驱动和接收电极子集的互电容配置中，或如在单元内或单元上配置中；(3)网格；以及(4)隔离的(例如，平面和/或矩形)电极的阵列，每个电极被布置在相应的x/y位置处，如在单元内或单元上配置中。
在一些场景中，触摸传感器204可通过驱动至少一个电极子集并且分析在相同或不同电极子集处由此类驱动产生的输出来标识输入源的存在。对于互电容实现，诸如时变电压之类的驱动信号(在本文中也被称为“激励波形”)可被施加到第一电极子集(例如，“驱动”电极)，从而影响在第二电极子集(例如，“接收”电极)处的输出信号。可然后通过分析输出信号来判明输入源的存在，如下文所描述的。
对于自电容实现，可分析一个或多个电极特征以标识输入源的存在。通常，这是经由用驱动信号驱动电极并用附连到该电极的接收电路系统观察电气行为来实现的。例如，可分析由驱动信号施加产生的电极处的电荷累积来判明输入源的存在。在这些示例方法中，可标识影响电极的可测量特性的输入源类型，诸如人类手指，人类手指可通过为电磁场提供至接地的电容路径来影响电极条件。其他方法可被用于标识不同的输入源类型，诸如具有有源电子器件的那些输入源类型。
在互电容和自电容两种实现中，触摸传感器204可采用基于相关的方式来分析输出信号以执行输入源检测以及其他可能的任务。在此方式中，可使用合适的相关操作(例如，互相关)将给定输出信号与一个或多个参考序列相关，以获得具有足够信噪比的相关输出。相关操作可产生可以与阈值进行比较的数值，使得，如果该数值达到或超过阈值，则触摸传感器204确定输入源存在，而如果该数值低于阈值，则该触摸传感器确定输入源不存在。在一些示例中，用于驱动电极的驱动信号可被用作参考序列。此外，可设计一个或多个参考序列以减轻针对某些操作条件、噪声源、和/或波带的噪声。
图3示出了示例触摸传感器300。触摸传感器300包括诸如电极302之类的多个电极，该多个电极中的一个或多个电极被选择性地驱动以接收具有上文描述的一种或多种形式的(例如，触摸、悬停、力/压力、触控笔/有源输入设备)输入。在单元内实现的上下文中描述了图3，其中触摸传感器300被配置成与上文所描述的显示器组合的单元内传感器。如此，触摸传感器300可以是同在图2中的触敏显示设备200的触摸传感器204。然而，触摸传感器300可被实现为单元上触摸传感器，或既不被实现为单元内传感器也不被实现为单元上传感器，而是离散的并且与显示器分离。对于单元内和单元上实现，多个电极在本文中被称为多个“感测点(sensel)”。
为了启用感测点充电，各感测点可操作地耦合到驱动电路系统304。经由驱动电路系统304，用一个或多个驱动信号选择性地驱动每个感测点。为了启用对触摸输入的感测，各感测点可操作地耦合到接收电路系统306。具体而言，经由接收电路系统306监视受经由驱动电路304的此类驱动影响的各感测点的一个或多个电特征(例如，电容、电压、电荷)以执行输入感测。接收电路系统306可对从各感测点接收到的输出执行相关操作，如上文参考图2所描述的。在一个示例中，在集成时段内对感测点进行整数次迭代充电之后，来自给定感测点的输出可被用于相关操作。替换地或附加地，可在充电期间连续监视感测点。在任一情况下，测量多个感测点的自电容以用于输入感测。
由于触摸传感器300的典型实现中包括相对大量的感测点，为简单/清楚起见，图3中示出了有限数量的感测点。下面描述的各示例构想了其中触摸传感器300包括20000个感测点的特定配置——例如，当在大格式显示设备中实现时。然而，触摸传感器300可包括任何合适数量的感测点。
在一个示例中，触摸传感器300包括被布置在100行和200列中的20000个感测点。虽然可能希望通过同时测量每个感测点处的电容来最大化感测频率，但这将需要提供大量的处理和硬件资源。特别地，接收电路系统306中的20000个接收器(例如，模数转换器)将需要在每个感测点处执行全粒度、同时的自电容测量。如此，可能需要采用部分粒度、多路复用的自电容测量方式来减小接收电路系统306的体积。
图3例示了触摸传感器300中的部分粒度自电容测量的一个示例方式，其中感测点被分组为水平带308A-308D，每一个水平带各自具有25行感测点。在此方法中，经由多路复用器310在时间上多路复用自电容测量，使得为触摸感测帧中的每个带308提供相应的测量时隙。因此，接收电路系统306可包括多个接收器，其等于给定带308中感测点的数量——例如，5000个接收器。然而，可以在多路复用方案中使用任何合适数量和几何分组的感测点以减小接收电路系统的体积。此外，替代使用部分粒度接收电路系统或除了使用部分粒度接收电路系统之外，可执行类似的分组以减小驱动电路系统306的体积。
触摸传感器300可采用各种模式来影响感测点操作以执行输入感测。这些模式有时可被称为“搜索模式”。在一个示例搜索模式中，驱动所有感测点以产生可能受触摸输入影响和/或由触摸传感器300范围内的触控笔接收的波形。通过同时驱动所有感测点，可简化驱动电路系统304。当与上文描述的部分粒度测量结合时，即使在任何给定时间仅读取单个带308，也可驱动所有感测点。驱动电路系统304可在一模式期间施加单个驱动信号、在该模式期间施加不同的驱动信号、或者可采用具有不同驱动信号的多个模式。此外，驱动电路系统304可在两个或更多个模式之间切换以改变输入源检测和/或促进与诸如有源触控笔之类的有源输入设备的通信。
在一些实现中，驱动电路系统304可采用“全部搜索”模式和“局部搜索”模式。在全部搜索中，并且与部分粒度测量结合，连续搜索带308以检测手指触摸和诸如有源或无源触控笔之类的其他输入源。除了存在之外，全部搜索还可指示某些类型的检测到的输入源(例如，诸如手指之类的无源源)的具体位置(例如，采用相对于触摸传感器300的x/y坐标的形式)。然而，全部搜索所指示的诸如有源触控笔之类的有源输入设备的位置可能带有一定程度的不确定性——例如，全部搜索可被配置成仅确定输入设备的近似或粗略位置(诸如带308)，而非确定在所标识的带内的具体x/y位置。例如，速度/时序约束和/或信噪比可能限制位置确定的精度。如此，局部搜索操作可以在全部搜索之后确定具体的x/y输入设备位置。在局部搜索中，对由全部搜索(粗略地)标识的其中存在输入设备的特定带308进行更彻底地检查以确定具体的x/y输入设备位置。
参考有源触控笔312，该触控笔包括被配置成与触摸传感器300的一个或多个电极302电容耦合的电极尖端314(以及可能的附加电极)。触控笔312被配置成经由电极尖端314向触摸传感器300静电地传送信号和/或从触摸传感器300静电地接收信号。触控笔312进一步包括接收电路系统316和传送电路系统318。接收电路系统316被配置成当波形在触摸传感器300的一个或多个电极302上被驱动时解释电极尖端314上的响应。触摸传感器300可传送任何合适的波形以将不同类型的信息传递到触控笔312。例如，当触控笔312邻近触摸传感器300时，触摸传感器300可传送同步波形以使触控笔312变得与触摸传感器300同步。传送电路系统318被配置成驱动电极尖端314以将一个或多个波形传送到触摸传感器300。触控笔312可传送任何合适的波形以将不同类型的信息传递到触摸传感器300。在一些示例中，触控笔312可将波形传送到触摸传感器300，以便在全部和局部搜索期间确定触控笔的位置。在一个示例中，波形基于由驱动电路系统304施加到各感测点的驱动信号，驱动电路304在存在邻近触摸传感器300的手指的情况下引起感测点输出，该输出类似于由手指引起的输出，但极性相反。在另一示例中，由触控笔电极传送到各感测点的波形与由手指触摸产生的波形正交。这些示例可允许触摸传感器300同时检测触控笔312和手指。
通常，触控笔312和触摸传感器300之间的通信可用于(1)确定触控笔相对于触摸传感器的位置；(2)发送/接收同步信号以建立/维持触控笔和触摸传感器之间的共享时间感；(3)在触控笔和数字转换器之间传递状态/现状，诸如标识符、触控笔按钮状态、电池电平等；和/或(4)传送各种其他数据，诸如在触控笔尖端中确定的力、固件更新、加密密钥/信息、各种事件发生的时间等。虽然未在图3中示出，但是触摸传感器300和触控笔312可包括被配置成实现其间的无线电通信的组件，其可执行上文描述的功能中的一者或多者和/或其他功能。
全部和/或局部搜索的一些实例可伴有同步时段以实现触摸传感器300和触控笔312之间的时间同步。同步时段可使触控笔312能够判明何时允许向触摸传感器300进行信号传输(例如，在全部和/或局部搜索期间)，以及何时监听来自触摸传感器的信号(例如，使得能够发生同步的信号)。如此，在一些示例中，全部触摸感测帧可包括同步时段，然后是全部和局部搜索。作为示例，触摸传感器300可采用40-50Hz至120Hz及更高的帧率。同步时段在本文中也被称为“触控笔同步子帧”，并且作为同步帧的一部分被驱动的感测点在本文中被称为“同步驱动”感测点或电极。
如本文所使用的，“全部搜索”模式是其中触摸传感器的所有电极被“搜索”的模式。此全部搜索过程可通过在每个感测点处监听而同时发生，或者可通过随时间将接收电路系统多路复用到不同的感测点区域或带而随时间发生。在全部搜索模式中，可在指定的时段(例如，触摸感测帧)内搜索触摸传感器300的所有电极。如本文所使用的，“局部搜索”模式是在指定的持续时间(例如，触摸感测帧)期间感测点的特定区域或带被服务的模式，而特定区域或带之外的其他感测点不被服务。指定的带内的感测点可作为任何合适操作的一部分被服务。例如，指定的区域或带内的感测点可被多路复用到接收电路系统以确定有源触控笔的精确位置。
在一些实现中，触摸传感器300可被配置成以仅全部搜索模式操作，其中触摸传感器300仅执行全部搜索而不执行局部搜索。当接收电路系统306超过阈值持续时间还没有从触控笔312接收到波形时，触摸传感器300可在此模式下操作。换言之，当触控笔312(和任何其他有源触控笔)不在触摸传感器300的可检测范围内时，触摸传感器300可在此模式下操作。阈值持续时间可被设置为任何合适的持续时间。在一个示例中，阈值持续时间是三秒。
当以仅全部搜索模式操作时，触摸传感器可使用图4中所示的第一触摸感测帧400。第一触摸感测帧400由触控笔同步子帧402启动，其中触摸传感器300将同步波形传送到触控笔312。如果触控笔312在触摸传感器300的范围内，则触控笔312以足够高于阈值的强度接收同步波形。触控笔312使用同步波形来实现触控笔312和触摸传感器300之间的共享时间感。换言之，触控笔312和触摸传感器300之间的时间同步由触控笔接收同步波形而触发。这使得触控笔312能够获得将所选波形和信息传送到触摸传感器300的适当时间的知识。同步子帧402之后是多个全部搜索子帧404(例如，404A-404H)。每个全部搜索子帧404连同被搜索的感测点的带或子集被表示在图4中。例如，子帧404A被描绘为FS(BANDA)，指示虽然可在全部搜索子帧期间驱动触摸传感器300的所有感测点，但由于带308A中的各感测点被多路复用到接收电路系统306，因此输出接收和输入感测被限制到带308A。
在仅全部搜索模式中，因为没有从触控笔312接收到波形，所以无法确定精确的触控笔位置。如此，可从第一触摸感测帧400省略局部搜索子帧。通过从第一触摸感测帧400省略局部搜索子帧，可增加可被包括在第一触摸感测帧400中的全部搜索子帧的数量。在所例示的示例中，每个局部搜索子帧由第一触摸感测帧400中的全部搜索子帧替换。具体而言，带308A-308D在第一触摸感测帧400期间被扫描两次。这有效地使触摸传感器300的帧速率翻倍以便检测手指触摸和在触摸传感器300检测到触控笔312时检测触控笔312的粗略位置。如此，当触摸传感器300以仅全部搜索模式操作并使用第一触摸感测帧400时，触摸传感器300的触摸感测性能可被增加。
在一些实现中，当触控笔312超出接收来自触摸传感器300的同步波形的范围时，触控笔可在睡眠模式下操作，其中触控笔不经由电极尖端314传送波形。然而，触控笔312在睡眠模式下仍可经由电极尖端314接收波形。例如，可采用睡眠模式来节省触控笔的电池电量。当触控笔312确实从触摸传感器300接收到同步波形时，触控笔可“唤醒”并开始传送可由触摸传感器300接收的“定位”波形。
一旦触摸传感器300从触控笔312检测到定位波形，触摸传感器300就切换到在全部和局部搜索模式下进行操作。如果触摸传感器在阈值持续时间内已从触控笔312接收到定位波形，则触摸传感器300可以在全部和局部搜索模式下进行操作。在此模式下，触摸传感器300使用图5所示的第二触摸感测帧500执行全部和局部搜索。第二触摸感测帧500由触控笔同步子帧502启动，其中触摸传感器300将同步波形传送到触控笔312。触控笔同步子帧502之后是全部搜索子帧504A。在一些示例中，全部搜索子帧504A可产生(例如，由人类手指或其他无源输入源施加的)触摸输入的足够精确的位置，但是产生触控笔312的不够精确的位置。如此，局部搜索子帧506A可以跟随全部搜索子帧504A，以细化触控笔312的初始估计位置，如上文所描述的。具体而言，来自全部搜索子帧504A的结果指示触控笔312在特定带(例如，BANDN(带N))中的存在/近似位置。如此，全部搜索子帧504A之后是局部搜索子帧506A(在图5中表示为LS(BANDN)(局部搜索(带N)))，指示在全部搜索子帧504A所标识的特定带308N中的局部搜索。
图5还描绘了附加的全部搜索子帧，每个附加的全部搜索子帧之后是在该带308中的对应的局部搜索子帧：在带308B中的全部搜索子帧504B，之后是在带308N中的局部搜索子帧506B；在带308C中的全部搜索子帧504C，之后是在带308N中的局部搜索子帧506C；以及在带308D中的全部搜索子帧504D，之后是在带308N中的局部搜索子帧506D。从上文将理解，被多路复用到接收电路系统306的带308可能在全部和局部搜索子帧之间有所不同——例如，其中先前的全部搜索子帧提示局部搜索子帧的带308可能不同于在先前的全部搜索子帧执行期间被多路复用到接收电路系统的带308。
在一些实现中，局部搜索子帧可被用于细化有源触控笔的不确定位置，诸如带308。具体而言，在局部搜索子帧期间，可在经由全部搜索确定粗略位置之后，在所标识的带中执行局部搜索，以将位置解析到期望的精确度，诸如有源触控笔的特定的x/y位置。在其他实现中，全部搜索和局部搜索子帧可产生相同水平的位置精度，并且局部搜索子帧可被用于增加检测有源触控笔位置的帧速率。换言之，局部搜索子帧可被用于以与在全部搜索子帧期间确定的初始位置估计相同水平的精度来更新有源触控笔的位置。
此外，在一些实现中，可在全部搜索子帧期间确定有源触控笔的位置，且局部搜索子帧可专用于在触摸传感器300处从有源触控笔接收触控笔状态信息。例如，触控笔状态信息可包括有关电池电平、固件版本、尖端力/压力值、和/或按钮状态以及其他可能的数据的信息。全部和局部搜索触摸感测帧可包括多个局部搜索子帧，以在触摸帧内多次接收触控笔状态信息。以此方式，接收触控笔状态信息的增加的频率可降低有源触控笔操作的等待时间。此外，局部搜索子帧的其他用途也是可能的。
在上文描述的示例触摸感测帧中，触控笔同步子帧启动触摸感测帧，但是可构想同步子帧发生在触摸感测帧内的其他时间位置处的实现。还构想了在触摸感测帧内包括两个或更多个触控笔同步子帧。
触摸传感器300可能会在帧到帧的基础上改变同步时段、全部搜索、和局部搜索的包含以及它们的持续时间。例如，帧的组成可鉴于局部搜索相对于全部搜索的更长的持续时间而进行调整，这可能是在局部搜索中进行更精细或更复杂的测量和/或处理的结果。
触摸传感器300可被配置成基于超过阈值持续时间还没有从触控笔312(或任何其他有源触控笔)接收到波形而切换回在仅全部搜索模式下操作。换言之，当触控笔312已经移出静电通信范围时，触摸传感器300切换到使用第一触摸感测帧以增加无源触摸感测性能。
如上文所讨论的，触控笔300可能不知道触摸传感器在哪种模式下操作。为了发送可由触摸传感器300准确解释的波形，触控笔312可使用图6中所示的通信帧600。可在接收同步波形子帧602期间在从触摸传感器300接收到同步波形时启动通信帧600。同步子帧602之后是定位子帧604A。在定位子帧604A期间，触控笔312传送可由触摸传感器300使用以定位触控笔312的第一波形(有时被称为“定位波形”)。例如，定位波形可以基于在触摸传感器300的电极302上驱动的波形，用于检测手指触摸以及来自其他无源源的触摸。在一些实现中，定位波形可与由手指触摸生成的波形正交或具有相反的极性。
此外，报告子帧606A可在定位子帧604A之后以传送有关触控笔或其他数据的状态信息。在报告子帧606A期间，例如，触控笔312可传送对数据比特进行编码的一个或多个波形。例如，数据比特可包括有关触控笔312的信息(或其他信息)。例如，此类触控笔信息可包括触摸力，诸如由触控笔312的压力传感器(未示出)测得的压力。其他信息可包括标识符、触控笔按钮状态、电池电平、固件更新、加密密钥/信息、各种事件发生的时间等。这些仅是一些非限制性示例。在报告子帧606A期间，如果触控笔312确定触摸力为零——即，触控笔正在悬停，则触控笔312将定位波形传送到触摸传感器300以指示触控笔正在悬停。如果触控笔312确定触摸力非零，则触控笔312将与定位/悬停波形不同的一个或多个附加波形传送到触摸传感器300。一个或多个附加波形对表示诸如触摸力(和/或其他数据)之类的触控笔信息的数据比特进行编码。触控笔信息可以按任何合适的方式被编码在一个或多个附加波形中。例如，可经由二元相移键控(BPSK)将触控笔信息编码到一个或多个附加波形中。图6还描绘了附加的定位子帧604B-604D，每个定位子帧604B-604D之后都有相应的报告子帧606B-606D，在此期间，不同的波形都可以与上文所描述的相同的方式被传送到触摸传感器300。
在一些示例中，本文描述的通信方案可减少触控笔—显示器静电通信中的错误的可能性。可在图4-6中所示的触摸感测和通信帧的上下文中看到针对其的一个示例说明。当触控笔312超出范围时，在典型示例中其尖端电极关闭且不进行传送(例如，以节省电力)，此时触摸传感器300可操作以在仅全部搜索模式下检测手指触摸(图4)。当触控笔向触摸传感器移动时，在某一点处它足够接近以致于可接收同步波形(子帧402)。触控笔然后获取与触摸传感器共享的时序，并且开始在其尖端电极314上按照图6所示的帧结构进行传送，即在交替的定位子帧和报告子帧中的波形。
在触控笔开始进行传送之后的某一点处，触摸传感器300首先接收传送自触控笔312的波形，其触发触摸传感器从图4的子帧结构(仅全部搜索)切换到图5的子帧结构(局部搜索子帧以及全部搜索子帧)。因此，在一段时间内，触控笔是有源的并且使用图6的协议，而触摸传感器仍在以触控笔不存在为前提的模式下操作(图4)。其中一个概念是模式失配——触控笔存在(并且可能传送干扰波形)，而触摸传感器在其所有相关时隙都被分配用于检测手指触摸的模式下操作。
在一些示例中，如别处所描述的，触控笔可能不知道触摸传感器处于哪种模式下。这可能是期望的和有意的，以避免与通信模式状态相关联的增加的复杂性和资源消耗。因此，上文所引用的模式失配具有特定的风险，即触控笔将在图4各子帧中的一个子帧期间传送导致错误触摸或其他干扰的一些东西。如前文所描述的，根据设计，定位波形不会干扰触摸检测。实际上，其可在用于手指触摸检测的各子帧期间由触控笔发送，以便产生触控笔位置的粗略估计。
本文的机制因此采用与在定位子帧期间发送的“定位波形”相同的波形，作为在报告子帧期间由触控笔发送的“悬停波形”。因此，在失配时段期间(在触摸传感器仍然使用图4的帧结构时触控笔有源地进行传送)，触控笔将不传送任何干扰波形，直到它“不悬停”。因此，直到触控笔接触显示器并施加非零的尖端压力，触控笔才会切换到干扰“报告波形”(压力或其他数据比特)。由此类波形选择产生的延迟使触摸传感器有更多时间来识别触控笔的存在并切换到准备接收以其他方式进行干扰的波形(即，可能导致错误触摸检测的那些波形)的模式。
例示此方式的益处的极端时序示例如下：假设在触摸传感器发送其同步波形(子帧402)之后，快速接近的触控笔在恰好一个时隙处首次进入信号范围内。然后，直到触摸传感器的下一帧开始它才会收到同步信号——几乎整个帧都将过去，并且触控笔在接收到信标并打开其触控笔电极时已经移动得更接近显示器。这进而意味着在触摸传感器切换到可以安全地接收诸如对力比特进行编码的那些波形的图5的模式之前，触控笔变得更接近显示器。使用共同的定位和悬停波形降低以下风险：对于与图4的全部搜索子帧匹配的图6的触控笔报告子帧，触控笔将发送干扰触摸检测的波形。
图7示出了使有源触控笔将信息传送到触敏设备的示例方法700。在一个示例中，方法700可由触控笔312执行以将信息传送到图3的触摸传感器300。通常，方法700可由任何合适的有源触控笔执行。
在702处，方法700包括经由有源触控笔的触控笔电极与触敏设备的触摸传感器的一个或多个电极之间的电容耦合来确定是否从触敏设备静电地接收到同步波形。如果接收到同步波形，则该方法移动到704。否则，方法700返回到702并检查同步波形。在704处，方法700包括在基于与触敏设备的时间同步的通信帧中各子帧的第一子集的一个或多个子帧期间将第一波形静电地传送到触敏设备。如上文所引用的，此第一波形可被称为“定位”波形。在一个示例中，各子帧的第一子集包括通信帧600的定位子帧604。触控笔在各子帧的第一子集期间传送定位波形，以指示触控笔对于触敏设备的位置。
在706处，方法700包括确定有源触控笔的触摸力。例如，触摸力可包括由有源触控笔的压力传感器测得的压力。在708处，方法700包括确定触摸力是否非零。如果触摸力不是非零，则方法700移动到710，并且在通信帧中第二子集的各子帧期间将第一波形传送到触敏设备。在一个示例中，各子帧的第二子集包括通信帧606的报告子帧604。触控笔在各子帧的第二子集期间传送第一波形以指示该触控笔正在悬停或具有对触敏设备为零的触摸力。因此，如上文所描述的，“定位波形”可以与“悬停波形”相同。
否则，方法700移动到712，并且在第二子集的各子帧期间将一个或多个附加波形传送到触敏设备。一个或多个附加波形(“(诸)报告波形”)对将被传递到触摸传感器的触控笔信息进行编码。例如，一个或多个附加波形可对有源触控笔的非零触摸力进行编码。有源触控笔在各子帧的第二子集期间传送一个或多个附加波形，以向触敏设备指示触控笔信息(例如，非零触摸力)。在各子帧的第二子集期间发送定位/悬停波形或一个或多个附加波形时，方法700返回到702以重复方法700。
图8和9示出了用于触敏设备的示例触摸感测方法800。在一个示例中，方法800可由图3的触摸传感器300执行。通常，方法800可由任何合适的触敏设备执行。
在802处，方法800包括经由触摸传感器的一个或多个电极在包括多个全部搜索子帧的仅全部搜索触摸感测帧期间传送同步波形。在804处，方法800包括确定在仅全部搜索触摸感测帧的全部搜索子帧期间是否从有源触控笔的电极尖端接收到第一波形。如上文所引用的，此第一波形可被称为“定位”波形。如果从有源触控笔接收到定位波形，则该方法移动到806。否则，方法800返回到802，并在下一个触摸感测帧期间重新传送同步波形。在806处，方法800包括基于定位波形和与接收该定位波形的全部搜索子帧相对应的触摸传感器的带或区域来标识有源触控笔的粗略位置。
因为在接收到定位波形时触敏设备正在仅全部搜索模式下操作，所以触敏设备基于接收定位波形切换到在全部和局部搜索模式下操作。在808处，方法800包括在全部和局部搜索触摸感测帧期间传送同步波形。全部和局部搜索触摸感测帧包括与多个局部搜索子帧交织的多个全部搜索子帧。在810处，方法800包括确定在全部和局部搜索触摸感测帧的(诸)全部搜索子帧期间是否接收到第一波形。如果在(诸)全部搜索子帧期间接收到定位波形，则该方法移动到812，并基于定位波形确定有源触控笔的位置。在一些实现中，此初始位置确定是粗略位置确定(例如，触摸传感器的带)。否则，方法800移动到826。
在814处，方法800包括确定在全部和局部搜索触摸感测帧的(诸)局部搜索子帧期间是否接收到定位波形。如果在(诸)局部搜索子帧期间接收到定位波形，则该方法移动到816。否则，方法800返回到820。在816处，方法800包括基于定位波形更新有源触控笔的位置。在最初确定粗略位置的一些实现中，更新有源触控笔的位置包括确定有源触控笔的更精确的位置。在其他实现中，更新有源触控笔的位置包括以相同水平的精度来更新位置。在818处，方法800包括基于定位波形确定有源触控笔正在悬停。因此，如上文所描述的，“定位波形”可以与“悬停波形”相同。在一个示例中，定位波形可对等于零的触摸力进行编码，其可由触摸传感器解释为有源触控笔正在悬停。
在820处，方法800包括确定在全部和局部搜索触摸感测帧的(诸)局部搜索子帧期间是否接收到与定位波形不同的一个或多个附加波形。如上文所引用的，这些一个或多个附加波形可被称为“报告”波形，其对触控笔信息(和/或其他信息)进行编码。如果在(诸)局部搜索子帧期间接收到一个或多个附加波形，则该方法移动到822。否则，方法800返回到810。在822处，方法800包括基于一个或多个附加波形更新有源触控笔的位置。在最初确定粗略位置的一些实现中，更新有源触控笔的位置包括确定有源触控笔的更精确的位置。在其他实现中，更新有源触控笔的位置包括以相同水平的精度来更新位置。在824处，方法800包括基于一个或多个附加波形确定有源触控笔的触控笔信息。例如，一个或多个附加波形可对有源触控笔的触摸力进行编码。
在826处，方法800可包括确定是否超过阈值持续时间还没有接收到第一波形。如果已在阈值持续时间内接收到定位波形，则方法800返回到810，并且触敏设备继续在全部和局部搜索模式下操作。否则，超过阈值持续时间还没有接收到定位波形，则方法800返回到802，并且触敏设备切换回在仅全部搜索模式下操作。
在一些实现中，本文中所描述的方法和过程可以与一个或多个计算设备的计算系统绑定。具体而言，这样的方法和过程可被实现为计算机应用程序或服务、应用编程接口(API)、库、和/或其他计算机程序产品。
图10示意性地示出可以执行上述方法和过程中的一个或多个的计算系统1000的非限制性示例。以简化形式示出了计算系统1000。计算系统1000可采取以下形式：一个或多个个人计算机、服务器计算机、平板计算机、家庭娱乐计算机、网络计算设备、游戏设备、移动计算设备、移动通信设备(例如，智能电话)、和/或其他计算设备。例如，计算系统1000可表示交互式显示系统100、触敏显示设备200、以及通常本文讨论的任何适当的触敏设备。
计算系统1000包括逻辑机1002和存储机1004。计算系统1000可任选地包括显示子系统1006、输入子系统1008、通信子系统1010和/或在图10中未示出的其他组件。
逻辑机1002包括被配置成执行指令的一个或多个物理设备。例如，逻辑机可被配置成执行作为以下各项的一部分的指令：一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、组件、数据结构、或其他逻辑构造。此类指令可被实现以执行任务、实现数据类型、变换一个或多个组件的状态、实现技术效果、或以其他方式得到期望的结果。
逻辑机1002可以包括被配置成执行软件指令的一个或多个处理器。附加地或替换地，逻辑机可包括被配置成执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机。逻辑机的处理器可以是单核或多核的，并且在其上执行的指令可被配置成用于串行、并行、和/或分布式处理。逻辑机的各个个体组件可任选地分布在两个或更多分开的设备之中，这些设备可位于远程和/或被配置成用于协同处理。逻辑机的各方面可以由用云计算配置进行配置的能远程地访问的联网计算设备来虚拟化和执行。
存储机1004包括被配置成保持能由逻辑机执行以实现本文中所描述的方法和过程的指令的一个或多个物理设备。当实现这些方法和过程时，可以变换存储机1004的状态(例如，以保持不同的数据)。
存储机1004可包括可移除和/或内置设备。存储机1004可包括光学存储器(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光盘等)、半导体存储器(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)、和/或磁存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)，等等。存储机1004可包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机存取、顺序存取、位置可寻址、文件可寻址、和/或内容可寻址设备。
应当领会，存储机1004包括一个或多个物理设备。然而，本文中所描述的指令的各方面可替换地通过不被物理设备保持达有限持续时间的通信介质(例如，电磁信号、光信号等)来传播。
逻辑机1002和存储机1004的各方面可被一起集成到一个或多个硬件逻辑组件中。这些硬件逻辑组件可包括例如现场可编程门阵列(FPGA)、程序和应用专用的集成电路(PASIC/ASIC)、程序和应用专用的标准产品(PSSP/ASSP)、片上系统(SOC)以及复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
当包括显示子系统1006时，显示子系统1006可被用来呈现由存储机1004保持的数据的视觉表示。该视觉表示可采取图形用户界面(GUI)的形式。由于本文中所描述的方法和过程改变了由存储机保持的数据，并因而变换了存储机的状态，因此同样可以变换显示子系统1006的状态以视觉地表示底层数据中的改变。显示子系统1006可包括使用实质上任何类型的技术的一个或多个显示设备。可将此类显示设备与逻辑机1002和/或存储机1004组合在共享封装中，或者此类显示设备可以是外围显示设备。
当被包括时，输入子系统1008可包括诸如键盘、鼠标、触摸屏或游戏控制器等一个或多个用户输入设备或者与这些用户输入设备对接。在一些实施例中，输入子系统可以包括或相接于所选择的自然用户输入(NUI)部件。此类部件可以是集成式的或者是外设，并且输入动作的转换和/或处理可以在板上或板下处理。示例NUI部件可包括用于语言和/或语音识别的话筒；用于机器视觉和/或姿势识别的红外、色彩、立体显示和/或深度相机；用于运动检测和/或意图识别的头部跟踪器、眼睛跟踪器、加速计和/或陀螺仪；以及用于评估脑部活动的电场感测部件。
当包括通信子系统1010时，通信子系统1010可被配置成将计算系统1000与一个或多个其他计算设备通信地耦合。通信子系统1010可包括与一个或多个不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统1010可被配置成用于经由无线电话网络或者有线或无线局域网或广域网来进行通信。在一些实现中，通信子系统1010可允许计算系统1000经由诸如因特网这样的网络将消息发送至其他设备以及/或者从其它设备接收消息。
在一个示例中，一种触敏设备包括：包括多个电极的基于电容的触摸传感器，驱动电路系统，该驱动电路系统被配置成利用同步波形选择性地驱动多个电极以使有源触控笔变得与触敏设备时间同步；接收电路系统，该接收电路系统被配置成解释多个电极中的一个或多个电极上的响应以确定有源触控笔的位置，该响应由在有源触控笔的触控笔电极上驱动的第一波形引起；以及其中触敏设备被配置成：1)在相对于同步波形正被传送的第一时间经由多个电极中的一个或多个电极接收到来自有源触控笔的第一波形时，基于第一波形在第一时间被接收到来确定有源触控笔的位置，2)在相对于同步波形正被传送的第二时间经由多个电极中的一个或多个电极接收到第一波形时，基于第一波形在第二时间被接收到来确定有源触控笔是否正在悬停，以及3)在第二时间经由多个电极中的一个或多个电极接收到一个或多个附加波形时，基于一个或多个附加波形在第二时间被接收到来确定有源触控笔的触控笔信息。在此示例和/或其他示例中，触敏设备可被配置成：1)当触敏设备超过阈值持续时间还没有接收到第一波形时，使用第一触摸感测帧以扫描对于基于电容的触摸传感器的输入，第一触摸感测帧包括第一组子帧，以及2)当触敏设备已在阈值持续时间内接收到第一波形时，使用包括与第一组子帧不同的第二组子帧的第二触摸感测帧以扫描对于基于电容的触摸传感器的输入。在此示例和/或其他示例中，第一组子帧可包括第一多个全部搜索子帧，每个全部搜索子帧可对应于从多个电极中选择的电极的子集，以及在每个全部搜索子帧期间，接收电路系统可被配置成经由选择性多路复用连接到相应子集的各电极，以基于经由相应子集的一个或多个电极接收到第一波形来确定有源触控笔的位置。在此示例和/或其他示例中，第二组子帧可包括第二多个全部搜索子帧和多个局部搜索子帧，在第二多个全部搜索子帧的每个全部搜索子帧期间，接收电路系统可被配置成经由选择性多路复用连接到相应子集的各电极，以基于经由对应子集的一个或多个电极接收到第一波形来确定有源触控笔的位置，以及在每个局部搜索子帧期间，接收电路系统可被配置成经由选择性多路复用连接到与有源触控笔的位置对应的所选子集的各电极，以基于经由所选子集的一个或多个电极接收到第一波形或一个或多个附加波形来更新有源触控笔的位置。在此示例和/或其他示例中，在第二触摸感测帧中多个全部搜索子帧可与多个局部搜索子帧交织。在此示例和/或其他示例中，第一触摸感测帧的全部搜索子帧的持续时间可等于第二触摸感测帧的全部搜索子帧的持续时间，并可进一步等于第二触摸感测帧的局部搜索子帧的持续时间。在此示例和/或其他示例中，触敏设备可被配置成基于在第一触摸感测帧和第二触摸感测帧的全部搜索子帧期间在基于电容的触摸传感器的多个电极的一个或多个电极上驱动的第二波形来确定无源触摸输入。在此示例和/或其他示例中，第一波形和第二波形可相对于彼此正交或具有相反的极性。在此示例和/或其他示例中，触控笔信息可包括被编码到一个或多个附加波形中的有源触控笔的非零触摸力。
在一个示例中，一种用于触敏设备的触摸感测方法，该触敏设备包括基于电容的触摸传感器，该基于电容的触摸传感器包括多个电极，该方法包括：经由多个电极中的一个或多个电极传送同步波形，在相对于同步波形正被传送的第一时间经由多个电极中的一个或多个电极与有源触控笔的触控笔电极的静电耦合接收到第一波形时，基于第一波形在第一时间被接收到来确定有源触控笔的位置，在相对于同步波形正被传送的第二时间经由多个电极中的一个或多个电极与有源触控笔的触控笔电极的静电耦合接收到第一波形时，基于第一波形在第二时间被接收到来确定有源触控笔正在悬停，以及在第二时间经由多个电极中的一个或多个电极与有源触控笔的触控笔电极的静电耦合接收到一个或多个附加波形时，基于一个或多个附加波形来确定有源触控笔的触控笔信息。在该示例和/或其他示例中，该方法可进一步包括，当超过阈值持续时间还没有接收到第一波形时，使用第一触摸感测帧以扫描对于基于电容的触摸传感器的输入，第一触摸感测帧包括第一组子帧，第一组子帧包括第一多个全部搜索子帧，每个全部搜索子帧对应于从多个电极中选择的电极的子集，基于期间接收到第一波形的第一触摸感测帧的全部搜索子帧确定有源触控笔的位置，当在阈值持续时间内接收到第一波形时，使用第二触摸感测帧以扫描对于基于电容的触摸传感器的输入，第二触摸感测帧包括第二组子帧，第二组子帧包括第二多个全部搜索子帧和多个局部搜索子帧，在第二触摸感测帧的全部搜索子帧期间接收到第一波形，基于期间接收到第一波形的第二触摸感测帧的全部搜索子帧更新有源触控笔的位置，在局部搜索子帧期间接收到第一波形时，基于第一波形确定有源触控笔正在悬停，在局部搜索子帧期间接收到一个或多个附加波形时，基于一个或多个附加波形确定有源触控笔的触控笔信息；以及基于在局部搜索子帧期间接收到第一波形或一个或多个附加波形来更新有源触控笔的位置。在此示例和/或其他示例中，在第二触摸感测帧中多个全部搜索子帧可与多个局部搜索子帧交织。在此示例和/或其他示例中，第一触摸感测帧的全部搜索子帧的持续时间可等于第二触摸感测帧的全部搜索子帧的持续时间，并可进一步等于第二触摸感测帧的局部搜索子帧。在此示例和/或其他示例中，触敏设备可被配置成基于在第一触摸感测帧和第二触摸感测帧的全部搜索子帧期间在基于电容的触摸传感器的多个电极的一个或多个电极上驱动的第二波形来确定无源触摸输入。在此示例和/或其他示例中，第一波形和第二波形可相对于彼此正交或具有相反的极性。在此示例和/或其他示例中，触控笔信息可包括被编码到一个或多个附加波形中的有源触控笔的非零触摸力。
在示例中，有源触控笔包括触控笔电极，该触控笔电极被配置成与触敏设备的基于电容的触摸传感器的一个或多个电极电容耦合，接收电路系统，该接收电路系统可操作地耦合到触控笔电极，并被配置成从触敏设备接收同步波形，以及传送电路系统，该传送电路系统可操作地耦合到触控笔电极，并被配置成在接收到同步波形时，根据包括第一组子帧和第二组子帧的通信帧将信息传送到触敏设备，其中传送电路系统被配置成：1)在第一组的一个或多个子帧期间传送第一波形，2)如果有源触控笔正在悬停，则在第二组的一个或多个子帧期间传送第一波形，以及3)如果有源触控笔并未悬停，则在第二组的一个或多个子帧期间传送一个或多个附加波形。在此示例和/或其他示例中，一个或多个附加波形可对触控笔信息进行编码。在此示例和/或其他示例中，触控笔信息可包括有源触控笔的非零触摸力。在此示例和/或其他示例中，在通信帧中第一组的各子帧可与第二组的各子帧交织。
应当理解，本文中所描述的配置和/或办法本质上是示例性的，并且这些具体实施例或示例不应被视为具有限制意义，因为许多变体是可能的。本文中所描述的具体例程或方法可表示任何数量的处理策略中的一个或多个。由此，所解说和/或所描述的各种动作可以以所解说和/或所描述的顺序执行、以其他顺序执行、并行地执行，或者被省略。同样，以上所描述的过程的次序可被改变。
本公开的主题包括各种过程、系统和配置以及此处公开的其他特征、功能、动作和/或属性、以及它们的任一和全部等价物的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

Claims (20)

1.一种触敏设备，包括：
基于电容的触摸传感器，所述基于电容的触摸传感器包括多个电极；
驱动电路系统，所述驱动电路系统被配置成利用同步波形选择性地驱动所述多个电极以使有源触控笔变得与所述触敏设备时间同步；
接收电路系统，所述接收电路系统被配置成解释所述多个电极中的一个或多个电极上的响应以确定所述有源触控笔的位置，所述响应由在所述有源触控笔的触控笔电极上驱动的第一波形引起；以及
其中所述触敏设备被配置成：1)在与所述同步波形相关联的第一时间经由所述多个电极中的一个或多个电极接收到来自所述有源触控笔的所述第一波形时，基于所述第一波形在所述第一时间被接收到来确定所述有源触控笔的位置，2)在与所述同步波形相关联的第二时间经由所述多个电极中的一个或多个电极接收到所述第一波形时，基于所述第一波形来确定所述有源触控笔正在悬停，以及3)在所述第二时间经由所述多个电极中的一个或多个电极接收到一个或多个附加波形时，基于所述一个或多个附加波形来确定所述有源触控笔的触控笔信息。
2.如权利要求1所述的触敏设备，其特征在于，所述接收电路系统被配置成基于操作条件在所述第二时间期间以不同方式进行操作。
3.如权利要求1所述的触敏设备，其特征在于，以不同方式进行操作包括在所述第二时间期间使用不同的触摸感测帧配置。
4.如权利要求1所述的触敏设备，其特征在于，所述触敏设备被配置成：1)当所述触敏设备超过阈值持续时间还没有接收到所述第一波形时，使用第一触摸感测帧以扫描对于所述基于电容的触摸传感器的输入，所述第一触摸感测帧包括第一组子帧，以及2)当所述触敏设备已在所述阈值持续时间内接收到所述第一波形时，使用第二触摸感测帧以扫描对于所述基于电容的触摸传感器的输入，所述第二触摸感测帧包括与所述第一组子帧不同的第二组子帧。
5.如权利要求4所述的触敏设备，其特征在于，所述第一组子帧包括第一多个全部搜索子帧，每个全部搜索子帧对应于从所述多个电极中选择的电极的子集，以及
其中在每个全部搜索子帧期间，所述接收电路系统被配置成经由选择性多路复用连接到相应子集的各电极，以基于经由所述相应子集的一个或多个电极接收到所述第一波形来确定所述有源触控笔的位置。
6.如权利要求5所述的触敏设备，其特征在于，
其中所述第二组子帧包括第二多个全部搜索子帧和多个局部搜索子帧，
其中在所述第二多个全部搜索子帧的每个全部搜索子帧期间，所述接收电路系统被配置成经由选择性多路复用连接到相应子集的各电极，以基于经由所述相应子集的一个或多个电极接收到所述第一波形来确定所述有源触控笔的所述位置，以及
其中在每个局部搜索子帧期间，所述接收电路系统被配置成经由选择性多路复用连接到与所述有源触控笔的所述位置对应的所选子集的各电极，以基于经由所选子集的一个或多个电极接收到所述第一波形或所述一个或多个附加波形来更新所述有源触控笔的所述位置。
7.如权利要求6所述的触敏设备，其特征在于，在所述第二触摸感测帧中所述多个全部搜索子帧与所述多个局部搜索子帧交织。
8.如权利要求6所述的触敏设备，其特征在于，所述第一触摸感测帧的全部搜索子帧的持续时间等于所述第二触摸感测帧的全部搜索子帧的持续时间，并进一步等于所述第二触摸感测帧的局部搜索子帧的持续时间。
9.如权利要求6所述的触敏设备，其特征在于，所述触敏设备被配置成基于在所述第一触摸感测帧和第二触摸感测帧的所述全部搜索子帧期间在所述基于电容的触摸传感器的所述多个电极的一个或多个电极上驱动的第二波形来确定无源触摸输入。
10.如权利要求9所述的触敏设备，其特征在于，所述第一波形和所述第二波形相对于彼此正交或具有相反的极性。
11.如权利要求1所述的触敏设备，其特征在于，所述触控笔信息包括被编码到所述一个或多个附加波形中的所述有源触控笔的非零触摸力。
12.一种用于触敏设备的触摸感测方法，所述触敏设备包括基于电容的触摸传感器，所述基于电容的触摸传感器包括多个电极，所述方法包括：
经由所述多个电极中的一个或多个电极传送同步波形；
在相对于所述同步波形正被传送的第一时间经由所述多个电极中的一个或多个电极与有源触控笔的触控笔电极的静电耦合接收到第一波形时，基于所述第一波形在所述第一时间被接收到来确定所述有源触控笔的位置；
在相对于所述同步波形正被传送的第二时间经由所述多个电极中的所述一个或多个电极与所述有源触控笔的所述触控笔电极的静电耦合接收到所述第一波形时，基于所述第一波形在所述第二时间被接收到来确定所述有源触控笔正在悬停，以及
在所述第二时间经由所述多个电极中的所述一个或多个电极与所述有源触控笔的所述触控笔电极的静电耦合接收到一个或多个附加波形时，基于所述一个或多个附加波形来确定所述有源触控笔的触控笔信息。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括：
当超过阈值持续时间还没有接收到所述第一波形时，使用第一触摸感测帧以扫描对于所述基于电容的触摸传感器的输入，所述第一触摸感测帧包括第一组子帧，所述第一组子帧包括第一多个全部搜索子帧，每个全部搜索子帧对应于从所述多个电极中选择的电极的子集；
基于期间接收到所述第一波形的所述第一触摸感测帧的所述全部搜索子帧来确定所述有源触控笔的位置；
当在所述阈值持续时间内接收到所述第一波形时，使用第二触摸感测帧以扫描对于所述基于电容的触摸传感器的输入，所述第二触摸感测帧包括第二组子帧，所述第二组子帧包括第二多个全部搜索子帧和多个局部搜索子帧；
在所述第二触摸感测帧的全部搜索子帧期间接收到所述第一波形；
基于期间接收到所述第一波形的所述第二触摸感测帧的所述全部搜索子帧来更新所述有源触控笔的所述位置；
在局部搜索子帧期间接收到所述第一波形时，基于所述第一波形来确定所述有源触控笔正在悬停；
在局部搜索子帧期间接收到所述一个或多个附加波形时，基于所述一个或多个附加波形来确定所述有源触控笔的触控笔信息；以及
基于在局部搜索子帧期间接收到所述第一波形或所述一个或多个附加波形来更新所述有源触控笔的所述位置。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述第二触摸感测帧中所述多个全部搜索子帧与所述多个局部搜索子帧交织，并且其中所述第一触摸感测帧的全部搜索子帧的持续时间等于所述第二触摸感测帧的全部搜索子帧的持续时间，并进一步等于所述第二触摸感测帧的局部搜索子帧。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述触敏设备被配置成基于在所述第一触摸感测帧和第二触摸感测帧的所述全部搜索子帧期间在所述基于电容的触摸传感器的所述多个电极的一个或多个电极上驱动的第二波形来确定无源触摸输入。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一波形和所述第二波形相对于彼此正交或具有相反的极性。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述触控笔信息包括被编码到所述一个或多个附加波形中的所述有源触控笔的非零触摸力。
18.一种有源触控笔，包括：
触控笔电极，所述触控笔电极被配置成与触敏设备的基于电容的触摸传感器的一个或多个电极电容耦合；
接收电路系统，所述接收电路系统可操作地耦合到所述触控笔电极，并被配置成从所述触敏设备接收同步波形；以及
传送电路系统，所述传送电路系统可操作地耦合到所述触控笔电极，并被配置成在接收到所述同步波形时，根据包括第一组子帧和第二组子帧的通信帧将信息传送到所述触敏设备，其中所述传送电路系统被配置成：1)在所述第一组的一个或多个子帧期间传送第一波形，2)如果所述有源触控笔正在悬停，则在所述第二组的一个或多个子帧期间传送第一波形，以及3)如果所述有源触控笔并未悬停，则在所述第二组的一个或多个子帧期间传送一个或多个附加波形。
19.如权利要求18所述的有源触控笔，其特征在于，所述一个或多个附加波形对触控笔信息进行编码，所述触控笔信息包括所述有源触控笔的非零触摸力。
20.如权利要求18所述的有源触控笔，其特征在于，在所述通信帧中所述第一组的各子帧与所述第二组的各子帧交织。
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