CN110321017A - 一种主动电容笔的打码电路及打码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种主动电容笔的打码电路及打码方法，所述打码电路包括信号源输出电路、LC谐振电路、非门电路或反向器、信号弹簧，所述信号源输出电路输出正幅度U+信号给LC谐振电路，同时所述信号源输出电路通过非门电路或反向器输出负幅度U‑信号给LC谐振电路，所述LC谐振电路与主动电容笔的信号弹簧连接。采用本发明的技术方案，在提高打码幅度的情况下，还能降低主动笔的功耗，电路结构简单，实施方便，可靠性高，大大降低了书写存在断线甚至偶尔不能书写的情况；而且生产过程中产品的一致性容易控制，且成本低。
Description
技术领域
本发明属于触控技术领域，尤其涉及一种主动电容笔的打码电路及打码方法。
背景技术
随着科技的发展，目前大部分屏幕都采用电容触控屏，电容触控屏分为不支持触控电容笔和支持触控电容笔的。尤其近几年在教育、金融行业、设计类采用支持带触控笔的电容屏比较多，那主动式电容笔在电容触控屏上的书写性能和功耗就成为人们比较关心的问题。
一支主动式电容笔怎么保证在触控屏幕上书写不断线且功耗比较低就成为研发人员需要攻克的技术难题。触控屏幕从左到右或从上到下，它的阻抗是不一样的，那就需要主动式电容笔的打码输出信号要比较高，能让屏幕的不同阻抗都感应到信号。中国专利201780002200 .2公开了一种信号发生电路及打码方法，虽能起到降低一点功耗的作用，但方案实施起来非常困难，而且打码的幅度不够高。主动式电容笔的笔杆一般都是通过POGOPIN或弹簧跟主板的地进行接触的，一般都是单点进行接触，要在一个笔杆里面做4个POGOPIN进行接触，不仅成本提高，而且可靠性是无法保证的。这种做法会导致笔存在书写过程断电非常大的可能。而且整体电路输出的幅度跟电容的充放电有关，因为充放电有时在快速时间切换过程中，容易导致电容没有放完再充的情况，导致后续生产的产品一致性会比较差，从而会影响用户的体验。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种主动电容笔的打码电路及打码方法，既能在增加打码幅度的情况下，还降低功耗，实施简单，还具有成本优势。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种主动电容笔的打码电路，其包括信号源输出电路、LC谐振电路、非门电路或反向器、信号弹簧，所述信号源输出电路输出正幅度U+信号给LC谐振电路，同时所述信号源输出电路通过非门电路或反向器输出负幅度U-信号给LC谐振电路，所述LC谐振电路与主动电容笔的信号弹簧连接。
此技术方案采用简单的电路，即可实现提高输出打码信号的幅度的情况下，同时还能实现整机功耗最低。
作为本发明的进一步改进，正幅度U+信号与输出负幅度U-信号的信号幅度的绝对值相同。采用此技术方案，使得输出打码信号的幅度可以增加一倍。
作为本发明的进一步改进，所述信号弹簧的中心离PCB板边缘的距离要不小于信号弹簧半径的3倍。进一步的，所述信号弹簧的中心离PCB板边缘的距离要不小于信号弹簧半径的3倍以上。
对于主动笔而言，谐振电路的原理虽然简单，但关键就在于在主动电容笔上，如何控制好电容至关重要。经过分析，主动笔的电容有三部分组成：1.电容本身，这个只要精度越高越好，这个容易控制。2.输出信号弹簧与PCB的等效电容，信号弹簧与地距离必须大于3倍以上，输出信号弹簧同样大于三倍且信号弹簧在结构上要固定住，不要存在晃动，这样产品的一致性容易控制。3.笔信号弹簧跟笔杆的等效电容。让其他等效电容尽可能的低，使它们的影响可以忽略，那么对于主动笔本体的电容更容易控制，得到的产品一致性更好。经过实验发现，所述信号弹簧的中心离PCB板边缘的距离要不小于信号弹簧半径的3倍以上，经过仿真发现，等效电容的值大大降低，以致可以忽略，产品的一致性更好。
作为本发明的进一步改进，其包括PWM电路、电阻R1、双二极管D1、双二极管D2、电感L2、非门或反向器U3、电阻R4、电容C5和电容C7；
所述PWM电路与电阻R1的一端、非门或反向器U3的输入端连接，所述非门或反向器U3的输出端与电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与双二极管D2的公共连接端、电容C5的一端连接；所述电阻R1的另一端与双二极管D1的公共连接端、电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端与电容C5的另一端连接后与信号弹簧连接；
所述非门或反向器U3的VCC端与电容C7的一端、双二极管D2的正极连接，所述双二极管D2的负极、电容C7的另一端接地；所述双二极管D1的正极接1.8V电源端，所述双二极管D1的负极、双二极管D2的负极接地。
作为本发明的进一步改进，所述电感L2的电感值、电容C5的电容值根据公式F=1/（2π√LC）计算得到，其中F为TP（Touch panel，触控屏）的频率。
作为本发明的进一步改进，所述电感L2的电感值为5.0mH±5%。
作为本发明的进一步改进，所述电容C5的电容值为18pF±1%。
进一步的，所述双二极管D1、双二极管D2的型号为BAV99。
进一步的，所述反向器的型号为：SN74AHC1G04。
本发明还提供了一种主动电容笔，其特征在于：其包括如上任意一项所述的主动电容笔的打码电路。
本发明还公开了一种主动电容笔的打码方法，其采用如上任意一项所述的动电容笔的打码电路用于主动电容笔与终端设备之间的通信，所述信号源输出电路根据设定输出波形信号，得到的正幅度U+信号，输出的波形信号一路通过逻辑非门电路或者反向器输出负幅度U-信号，正幅度U+信号和负幅度U-信号通过进行谐振放大输出波形。
作为本发明的进一步改进，所述波形信号的频率为500KHz。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明的技术方案，在提高打码幅度的情况下，还能降低主动笔的功耗，电路结构简单，实施方便，可靠性高，大大降低了书写存在断线甚至偶尔不能书写的情况；而且生产过程中产品的一致性容易控制，且成本低。
附图说明
图1是本发明一种主动电容笔的打码电路的电路图。
图2是本发明一种主动电容笔的打码电路的电路图。
图3是本发明实施例的PWM的输出波形图。
图4是本发明实施例的通讯一帧的波形图。
图5是本发明一种主动电容笔的打码电路的仿真图。
图6是现有技术的打码电路的仿真图。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
如图1所示，一种主动电容笔的打码电路，其包括信号源输出电路、LC谐振电路、非门电路或反向器和信号弹簧，所述信号源输出电路输出正幅度U+信号与LC谐振电路连接，同时所述信号源输出电路通过非门电路或反向器输出负幅度U-信号，并与LC谐振电路连接，所述LC谐振电路与主动电容笔的信号弹簧连接。正幅度U+信号与输出负幅度U-信号的信号幅度的绝对值相同。所述信号弹簧的中心离PCB板边缘的距离要大于信号弹簧半径的3倍。
具体而言，如图2所示，所述主动电容笔的打码电路包括PWM电路、电阻R1、双二极管D1、双二极管D2、电感L2、反向器U3、电阻R4、电容C5和电容C7；所述PWM电路与电阻R1的一端、反向器U3的A端连接，所述反向器U3的Y端与电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与双二极管D2的公共连接端、电容C5的一端连接；所述电阻R1的另一端与双二极管D1的公共连接端、电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端与电容C5的另一端连接后与信号弹簧连接；所述反向器U3的VCC端与电容C7的一端、双二极管D2的正极连接，所述双二极管D2的负极、电容C7的另一端接地；所述双二极管D1的正极接1.8V电源端，所述双二极管D1的负极、双二极管D2的负极接地。进一步的，所述电感L2的电感值为5.0mH±5%。所述电容C5的电容值为18pF±1%。进一步的，所述双二极管D1、双二极管D2的型号为BAV99。所述反向器的型号为：SN74AHC1G04。
采用上述打码电路进行主动电容笔与终端设备之间的通信包括，所述信号源输出电路根据设定输出波形信号，得到的正幅度U+信号，输出的波形信号一路通过反向器输出负幅度U-信号，正幅度U+信号和负幅度U-信号通过进行谐振放大输出波形给信号弹簧。所述波形信号的频率为500KHz（频率可以针对不同要求进行修改）。
采用本实施例的技术方案，在信号发生电路上增加一个反向器，从而使输出的信号成为+U与-U，从而达到在相同的输入信号下输出电压幅度是原来2倍的效果，而且整体电路的功耗最低。与现有的主动式电容笔的功耗相比，功耗下降3倍左右。
如图3和图4所示，PWM的输出波形，按照目前GPP协议，在7.5ms内输出一定的帧，单震荡波形为500KHz。500KHz的频率输出波形经过R1电阻进行缓冲，再经过ESD二极管进行静电或浪涌保护，最后经过LC震荡电路进行谐振放大输出波形，其中C是设置的关键参数，C由三部分组成：C1本身电容、笔信号弹簧与PCB的等效电容、笔信号弹簧跟笔杆的等效电容。再经过F=1/2π√LC，计算出L、C值。L、C值的范围算出来只要满足3dB带宽范围内即可。
如图5所示，采用本实施例的打码电路，输出的波形稳定，且幅度的峰值为120V。而如图6所示的现有技术的幅度的峰值为60V，可见，采用本实施例的技术方案，信号输出增大一倍，达到降低功耗且整体成本又有优势。
本实施例采用简单的电路，即可实现提高输出打码信号的幅度的情况下，同时还能实现整机功耗最低，而且降低了整体成本。整体电路实施起来简单，不需要很复杂的结构电路，且可靠性非常好，因为主动电容笔是时时需要握在手书写的，用户体验非常重要，本实施例大大降低了书写存在断线甚至偶尔不能输出的情况。而且本实施例的技术方案很容易控制整体的电容，整体输出的信号幅度一致性会更好。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种主动电容笔的打码电路，其特征在于：其包括信号源输出电路、LC谐振电路、非门电路或反向器、信号弹簧，所述信号源输出电路输出正幅度U+信号给LC谐振电路，同时所述信号源输出电路通过非门电路或反向器输出负幅度U-信号给LC谐振电路，所述LC谐振电路与主动电容笔的信号弹簧连接。
2.根据权利要求1所述的主动电容笔的打码电路，其特征在于：正幅度U+信号与输出负幅度U-信号的信号幅度的绝对值相同。
3.根据权利要求1所述的主动电容笔的打码电路，其特征在于：所述信号弹簧的中心离PCB板边缘的距离要不小于信号弹簧半径的3倍。
4.根据权利要求3所述的主动电容笔的打码电路，其特征在于：其包括PWM电路、电阻R1、双二极管D1、双二极管D2、电感L2、非门或反向器U3、电阻R4、电容C5和电容C7；
所述PWM电路与电阻R1的一端、非门或反向器U3的输入端连接，所述非门或反向器U3的输出端与电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与双二极管D2的公共连接端、电容C5的一端连接；所述电阻R1的另一端与双二极管D1的公共连接端、电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端与电容C5的另一端连接后与信号弹簧连接；
所述非门或反向器U3的VCC端与电容C7的一端、双二极管D2的正极连接，所述双二极管D2的负极、电容C7的另一端接地；所述双二极管D1的正极接1.8V电源端，所述双二极管D1的负极、双二极管D2的负极接地。
5.根据权利要求4所述的主动电容笔的打码电路，其特征在于：所述电感L2的电感值、电容C5的电容值根据公式F=1/（2π√LC）计算得到，其中F为TP的频率。
6.根据权利要求5所述的主动电容笔的打码电路，其特征在于：所述电感L2的电感值为5.0mH±5%，所述电容C5的电容值为18pF±1%。
7.一种主动电容笔，其特征在于：其包括如权利要求1~6任意一项所述的主动电容笔的打码电路。
8.一种主动电容笔的打码方法，其特征在于：其采用如权利要求1~6任意一项所述的动电容笔的打码电路用于主动电容笔与终端设备之间的通信，所述信号源输出电路根据设定输出波形信号，得到的正幅度U+信号，输出的波形信号一路通过逻辑非门电路或者反向器输出负幅度U-信号，正幅度U+信号和负幅度U-信号通过进行谐振放大输出波形给触控屏。
9.根据权利要求8所述的主动电容笔的打码方法，其特征在于：所述波形信号的频率为500KHz。
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