CN110727356B - 主动笔、触控输入系统及驱动方法 - Google Patents

主动笔、触控输入系统及驱动方法 Download PDF

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Abstract

一种用于触控显示屏的主动笔、触控输入系统及驱动方法。该主动笔包括：信号接收装置，与信号接收装置信号连接的处理器，以及与处理器信号连接的信号发射装置；信号接收装置被配置为接收主动笔与触控显示屏之间的第一耦合电压；处理器被配置为对第一耦合电压进行处理以获得第二耦合电压，第二耦合电压与第一耦合电压的极性相反；以及信号发射装置被配置为向触控显示屏发射第二耦合电压。该主动笔可以提高触控显示屏进行触控检测时的获得的有效信号量，从而可以提高触控检测的灵敏度。

Description

主动笔、触控输入系统及驱动方法
技术领域
本公开实施例涉及一种用于触控显示屏的主动笔、触控输入系统及驱动方法。
背景技术
随着触控技术的发展，越来越多的移动终端采用触控方式进行人机交互。触控显示屏除了可以使用手指直接接触进行操作外，还可以使用触控笔进行触控操作，例如进行图形设计等。触控笔包括被动笔和主动笔，相对于被动笔来说，主动笔的笔尖可以设计得更小，可以提高用户进行触控操作时的精度，从而可以满足用户多样化的需求。
发明内容
本公开至少一实施例提供一种用于触控显示屏的主动笔，包括：信号接收装置，与所述信号接收装置信号连接的处理器，以及与所述处理器信号连接的信号发射装置；所述信号接收装置被配置为接收所述主动笔与所述触控显示屏之间的第一耦合电压；所述处理器被配置为对所述第一耦合电压进行处理以获得第二耦合电压，所述第二耦合电压与所述第一耦合电压的极性相反；以及所述信号发射装置被配置为向所述触控显示屏发射所述第二耦合电压。
例如，本公开一实施例提供的主动笔还包括信号放大装置，所述信号放大装置被配置为对所述第二耦合电压进行放大，并将放大后的第二耦合电压提供至所述信号发射装置。
例如，本公开一实施例提供的主动笔还包括导电的笔尖，所述笔尖被配置为传导所述第一耦合电压和所述第二耦合电压。
例如，本公开一实施例提供的主动笔还包括电源以及开关装置，所述开关装置被配置为开启或关闭所述电源，以使得所述主动笔在主动模式和被动模式之间切换。
本公开至少一实施例还提供一种触控输入系统，包括触控显示屏和如本公开的实施例提供的任一主动笔，所述触控显示屏包括多个电容式触控电极，以及与所述触控电极连接的触控驱动电路；所述触控驱动电路被配置为对所述触控电极充电以及检测所述触控电极的电容；所述主动笔被配置为接收与所述触控电极之间的第一耦合电压，并输出第二耦合电压至所述触控电极，所述第二耦合电压与所述第一耦合电压的极性相反。
例如，在本公开一实施例提供的触控输入系统中，所述触控驱动电路包括第一开关电路、第二开关电路、存储电容以及运算放大电路；所述运算放大电路被配置为通过其第一输入端对所述触控电极充电以使得所述触控电极的电位与所述第一输入端的电位相同，以及将所述触控电极的电容的变化量反馈至所述运算放大电路的输出端；所述第一开关电路与所述运算放大电路的第二输入端连接，被配置为控制所述运算放大电路与所述触控电极连接或断开；所述存储电容的第一极与所述运算放大电路的第二输入端连接，所述存储电容的第二极与所述运算放大电路的输出端连接；以及所述第二开关电路与所述存储电容的第一极以及第二极连接，被配置为在闭合时释放所述存储电容中存储的电荷。
例如，在本公开一实施例提供的触控输入系统中，所述第一开关电路包括第一晶体管，所述第一晶体管的第一极和所述触控电极连接，所述第一晶体管的第二极和所述存储电容的第一极连接；所述第二开关电路包括第二晶体管，所述第二晶体管的第一极和所述存储电容的第一极连接，所述第二晶体管的第二极和所述存储电容的第二极连接；所述运算放大电路包括运算放大器，所述运算放大器的同相输入端作为所述运算放大电路的所述第一输入端，所述运算放大器的反相输入端作为所述运算放大电路的所述第二输入端且和所述第一晶体管的第二极连接，所述运算放大器的输出端作为所述运算放大电路的所述输出端且和所述存储电容的第二极连接。
例如，在本公开一实施例提供的触控输入系统中，所述触控显示屏包括内嵌式触控显示屏。
本公开至少一实施例还提供一种用于本公开的实施例提供的任一主动笔的驱动方法，包括：接收所述主动笔与所述触控显示屏之间的第一耦合电压；对所述第一耦合电压进行处理以获得所述第二耦合电压，所述第二耦合电压与所述第一耦合电压的极性相反；以及向所述触控显示屏发射所述第二耦合电压。
例如，本公开一实施例提供的驱动方法还包括：对所述第二耦合电压进行放大。
本公开至少一实施例还提供一种用于本公开的实施例提供的任一触控输入系统的驱动方法，包括：所述触控驱动电路对所述触控电极充电；所述动笔接收与所述触控电极之间的第一耦合电压，并输出第二耦合电压至所述触控电极，所述第二耦合电压与所述第一耦合电压的极性相反；以及所述触控驱动电路检测所述触控电极的电容。
例如，本公开一实施例提供的驱动方法还包括：对所述第二耦合电压进行放大，并将放大后的第二耦合电压输出至所述触控电极。
例如，本公开一实施例提供的驱动方法还包括：在所述触控驱动电路对所述触控电极充电前，释放所述触控驱动电路中的存储电容存储的电荷。
例如，本公开一实施例提供的驱动方法还包括：开启或关闭所述主动笔的电源，以使得所述主动笔在主动模式和被动模式之间切换。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为本公开的实施例提供的一种主动笔的示意图；
图2为本公开的实施例提供的另一种主动笔的示意图；
图3为本公开的实施例提供的又一种主动笔的示意图；
图4为本公开的实施例提供的一种触控输入系统的示意图；
图5为本公开的实施例提供的一种触控输入系统中的触控驱动电路的示意图；
图6为本公开的实施例提供的一种触控输入系统的电路结构图；以及
图7为一种用于图6所示的触控输入系统的信号时序图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
用于触控显示屏的触控笔包括被动笔和主动笔。被动笔的作用相当于人的手指，当被动笔接触触控显示屏时，触控显示屏有部分电流从触控点处流入被动笔，这可以等效为触控点处触控电极的电容的变化量，触控显示屏的触控芯片通过检测触控电极电容的变化可以确定出触控点的位置。主动笔可以主动发射信号，以改变触控点处的电场，从而改变触控点处的触控电极的电容，触控显示屏的触控芯片通过检测触控电极的电容的变化可以确定出触控点的位置。
本公开至少一实施例提供一种用于触控显示屏的主动笔，该主动笔包括：信号接收装置、与信号接收装置信号连接的处理器以及与处理器信号连接的信号发射装置。信号接收装置被配置为接收主动笔与触控显示屏之间的第一耦合电压；处理器被配置为对第一耦合电压进行处理以获得第二耦合电压，第二耦合电压与第一耦合电压的极性相反；信号发射装置被配置为向触控显示屏发射第二耦合电压。
本公开至少一实施例还提供一种对应于上述主动笔的触控输入系统以及驱动方法。本公开的实施例提供的主动笔、触控输入系统以及驱动方法，可以提高触控显示屏进行触控检测时获得的有效信号量，从而可以提高触控检测的灵敏度。
下面结合附图对本公开的实施例进行详细说明。
本公开的实施例提供一种用于触控显示屏的主动笔10，如图1所示，该主动笔10包括信号接收装置110、与信号接收装置110信号连接的处理器120以及与处理器120信号连接的信号发射装置130。
例如，信号接收装置110被配置为接收主动笔10与触控显示屏之间的第一耦合电压。例如，当主动笔10在一个包括多个电容式触控电极的触控显示屏上进行触控操作时(例如接触或紧邻)，主动笔10和触控电极之间会形成一个耦合电容(记作Cpen)。需要说明的是，在本公开的实施例中，将主动笔10通过耦合电容Cpen的耦合作用接收到的、主动笔10与触控电极之间的耦合电压称为第一耦合电压，将主动笔10发射的电压称为第二耦合电压，以下各实施例与此相同，不再赘述。
例如，信号接收装置110的输出端和处理器120的输入端电连接，信号接收装置110将获得的第一耦合电压传输至处理器120，处理器120被配置为对第一耦合电压进行处理以获得第二耦合电压，且使得第二耦合电压与第一耦合电压的极性相反。
例如，处理器120在对第一耦合电压进行处理时，可以不改变第一耦合电压的幅值而只改变第一耦合电压的极性，使得第二耦合电压和第一耦合电压的幅值相等但极性相反。例如，第一耦合电压为2V，则经过处理器120处理后获得的第二耦合电压可以为-2V。
又例如，处理器120在对第一耦合电压进行处理时，还可以改变第一耦合电压的幅值，从而使获得的第二耦合电压的幅值和第一耦合电压的幅值不同且极性相反。例如可以使得第二耦合电压的幅值大于第一耦合电压的幅值，例如，第一耦合电压为2V，经过处理器120处理后获得的第二耦合电压可以为-3V。
例如，处理器120的输出端和信号发射装置130的输入端连接，处理器120将获得的第二耦合电压传输至信号发射装置130，信号发射装置130被配置为向触控显示屏发射第二耦合电压。例如，在主动笔10和触控显示屏中的一个触控电极接触或紧邻时，信号发射装置130可以将第二耦合电压发射至该触控电极。
需要说明的是，在本公开的实施例中，两个装置(或组件)信号连接表示这两个装置之间是可以传递信号的，也即本公开中“信号连接”指代可以传递信号的连接方式，包括但不限于传递信号的电连接方式、光连接方式、磁连接方式等方式。例如如上所述，信号接收装置110可以将接收到的第一耦合电压传输至处理器120，处理器120可以将获得的第二耦合电压传输至信号发射装置130。例如，在采用光连接方式的情况下，第一耦合电压可以先被转换一定的光信号，然后通过光发射、光接收传递给处理器120，处理器120对该光信号解码后再进行后续处理。
另外，需要说明的是，在本公开的实施例中，采用主动笔10在一个触控显示屏上进行触控操作包括主动笔10和触控显示屏直接接触，或者主动笔10紧邻该触控显示屏，以下各实施例与此相同，不再赘述。
采用本公开的实施例提供的主动笔10在一个触控显示屏上进行触控操作时，信号接收装置110接收主动笔10与触控显示屏中的触控电极之间的第一耦合电压，处理器120对第一耦合电压进行处理以获得第二耦合电压，然后信号发射装置130将第二耦合电压发射至触控电极。采用这种方式使得例如触控芯片在对触控电极进行触控检测时，相对于被动笔来说，主动笔10可以提高触控检测获得的有效信号量，从而可以提高触控检测的灵敏度。
例如，在本公开的另一个实施例提供的主动笔10中，如图2所示，主动笔10还包括信号放大装置140。
例如，信号放大装置140被配置为对第二耦合电压进行放大，并将放大后的第二耦合电压提供至信号发射装置130。例如，信号放大装置140与处理器120以及信号发射装置130电连接，处理器120在获得第二耦合电压后，可以将第二耦合电压传输至信号放大装置140进行放大，然后信号放大装置140可以将放大后的第二耦合电压提供至信号发射装置130。例如，信号放大装置140可以采用放大电路等电路结构。
在本公开的实施例提供的主动笔10中，通过设置信号放大装置140，可以对第二耦合电压进一步放大，使得第二耦合电压的幅值变大，然后信号发射装置130可以将放大后的第二耦合电压发射至触控电极。采用这种方式使得例如触控芯片在对触控电极进行触控检测时，可以进一步提高触控检测获得的有效信号量，从而可以进一步提高触控检测的灵敏度。
例如，在本公开的实施例提供的主动笔10中，如图3所示，主动笔10还包括电源150以及开关装置160。
例如，电源150和主动笔10中的信号接收装置110、处理器120、信号放大装置140以及信号发射装置130电连接，从而可以给各个部件供给电能。例如，该电源150可以包括内置电池，或者可以包括电池仓以便更换电池；该电池可以为一次电池或二次电池，二次电池可以为锂离子电池等。又例如，该电源150还可以包括太阳能电池等。
例如，开关装置160被配置为开启或关闭电源150，以使得主动笔10在主动模式和被动模式之间切换。例如，开关装置160和电源150电连接，从而可以对电源150进行控制。例如，在一个示例中，如图3所示，开关装置160可以设置在主动笔10的外壳上，并实现为圆形机械按键，从而使得用户可以方便地进行按压。需要说明的是，本公开的实施例对开关装置160的设置位置以及形状不作限定，只要用户可以方便的接触到开关装置160即可。例如，开关装置160除了包括机械按键外，还可以包括非机械按键，例如非机械按键包括光电式按键或电容式按键等。
在本公开的实施例中，在采用主动笔10进行触控操作时，如果主动笔10中的电源150处于关闭状态，将此时主动笔10的工作模式称为被动模式。主动笔10工作在被动模式时，相当于人的手指，不会主动发射信号；如果主动笔10的电源150处于开启状态，将此时主动笔10的工作模式称为主动模式，主动笔10处于主动模式时，除了可以接收信号外，还可以发射信号，例如发射第二耦合电压至触控电极。
在本公开的实施例提供的主动笔10中，通过设置开关装置160，使得主动笔10可以在被动模式和主动模式之间切换。因此，在不使用主动笔10或者不需要使用主动模式的应用场景中，可以操作开关装置160使得电源150关闭，从而可以降低功耗。
例如，如图3所示，主动笔10还可以包括导电的笔尖170，被配置为传导第一耦合电压和第二耦合电压。例如，笔尖和信号接收装置110以及信号发射装置130电连接，从而可以传导第一耦合电压以及第二耦合电压。
例如，笔尖170的头部可以采用半球形，以避免笔尖在与触控显示屏接触时对触控显示屏造成损伤。由于在使用主动笔10时，主动笔10的笔尖170需要与触控显示屏的表面进行频繁地摩擦，所以笔尖10可以包覆耐磨性较好地PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等材料。
在其它一些实施例中，主动笔10还可以包括一个或多个附加的组件，例如压力传感器、运动/取向传感器、加速度计、触摸传感器、旋转传感器、照相机、光发射器、颜色传感器等。通过采用一个或多个附加的组件，主动笔10可以采集信息，例如采集主动笔10的笔尖170处感测到的压力、取向和旋转信息等。例如，主动笔10可以将这些信息转化为电信号，并在主动笔10进行触控操作时，可以将该电信号发射至触控显示屏，例如触控显示屏中的触控芯片可以对该电信号进行进一步的处理以获得所需要的信息，进而转换为相应的操作，例如显示线条的粗细等。
本公开的实施例还提供一种触控输入系统1，如图4所示，该触控输入系统1包括触控显示屏20和本公开的实施例提供的主动笔10。例如，触控显示屏20包括多个并列设置在预定位置的电容式触控电极210，以及与触控电极210连接的触控驱动电路220。触控驱动电路220被配置为对触控电极210充电以及检测触控电极210的电容。主动笔10被配置为接收与触控电极210之间的第一耦合电压，并输出第二耦合电压至触控电极210，第二耦合电压与第一耦合电压的极性相反。
例如，如图4所示，每一个触控电极210都可以通过触控走线211和触控驱动电路220实现电连接。例如，触控驱动电路220在对触控电极210进行驱动时，可以先对其进行充电；充电完成后，主动笔10在进行触控操作时，可以接收第一耦合电压并发射第二耦合电压至触控电极210；然后触控驱动电路220可以检测触控电极210的电容，例如可以将触控电极210的电容的变化量转化为电压变化量，进而实现触控检测的目的。关于触控输入系统1的工作原理将在下文中进行详细描述，此处不再赘述。
例如，在一个实施例中，如图5所示，触控驱动电路220包括第一开关电路201、第二开关电路202、存储电容Cf以及运算放大电路203。
例如，运算放大电路203被配置为通过其第一输入端IN1对触控电极210充电以使得触控电极210的电位与第一输入端IN1的电位相同，以及将触控电极210的电容的变化量反馈至运算放大电路203的输出端OUT，例如，运算放大电路203可以将触控电极210的电容的变化转化为运算放大电路203的输出端OUT的电位的变化，从而可以通过检测运算放大电路203的输出端OUT的电位的变化量，实现触控检测的目的。
例如，第一开关电路201与运算放大电路203的第二输入端IN2连接，被配置为控制运算放大电路203与触控电极210连接或断开。例如，在触控驱动电路220需要为触控电极210充电时，将第一开关电路201闭合，从而使得触控驱动电路220和触控电极210实现电连接。又例如，在存储电容Cf释放存储的电荷时，将第一开关电路201断开。
例如，存储电容Cf的第一极与运算放大电路203的第二输入端IN2连接，存储电容Cf的第二极与运算放大电路203的输出端OUT连接。
例如，第二开关电路202与存储电容Cf的第一极以及第二极连接，被配置为在闭合时释放存储电容Cf中存储的电荷。例如，第二开关电路202闭合时，相当于存储电容Cf的第一极和第二极短接，存储电容Cf的第一极和第二极之间没有电位差，从而可以释放存储的电荷。例如，在触控驱动电路220对触控电极210充电之前，使第二开关电路202闭合，从而释放存储电容Cf的电荷。
例如，在一个实施例中，图5中所示的触控驱动电路220可以实现为图6虚线框中所示的电路结构，也可以实现为其他具有相同功能的电路结构，这里不作限定。
如图6所示，更详细地，第一开关电路201可以实现为第一晶体管T1，第一晶体管T1的第一极和触控电极连接，第一晶体管T1的第二极和存储电容Cf的第一极连接。例如，第一晶体管T1的栅极G1可以接收控制信号以使得第一晶体管T1导通或截止。
需要说明的是，在图6中未示出触控电极，但将第一晶体管T1和触控电极连接的交汇处标识为第一节点N1。另外，将触控电极与地之间形成的自电容等效为Cpnl，将触控电极与主动笔之间形成的耦合电容等效为Cpen，需要说明的是，在图6中存储电容Cf是真实存在的电容器件，而电容Cpnl和Cpen是等效电容，并不是真实存在的电容器件。
第二开关电路202可以实现为第二晶体管T2，第二晶体管T2的第一极和存储电容Cf的第一极连接，第二晶体管T2的第二极和存储电容Cf的第二极连接。例如，第二晶体管T2的栅极G2可以接收控制信号以使得第二晶体管T2导通或截止。
运算放大电路203可以实现为运算放大器OA，运算放大器OA的同相输入端作为运算放大电路203的第一输入端IN1，运算放大器OA的反相输入端作为运算放大电路203的第二输入端IN2且和第一晶体管T1的第二极连接，运算放大器OA的输出端作为运算放大电路203的输出端OUT且和存储电容Cf的第二极连接。
在本公开的实施例提供的触控输入系统1中，触控显示屏20可以采用内嵌式触控显示屏，从而主动笔10可以实现在内嵌式触控显示屏上实现触控操作。
需要说明的是，本公开的实施例中采用的晶体管均可以为薄膜晶体管或场效应晶体管或其他特性相同的开关器件。这里采用的晶体管的源极、漏极在结构上可以是对称的，所以其源极、漏极在结构上可以是没有区别的。在本公开的实施例中，为了区分晶体管除栅极之外的两极，直接描述了其中一极为第一极，另一极为第二极，所以本公开的实施例中全部或部分晶体管的第一极和第二极根据需要是可以互换的。例如，本公开的实施例中所述的晶体管的第一极可以为源极，第二极为漏极；或者，晶体管的第一极为漏极，第二极为源极。
此外，按照晶体管的特性区分可以将晶体管分为N型和P型晶体管。当晶体管为P型晶体管时，导通电压为低电平电压(例如，0V、-5V、-10V或其他合适的电压)，截止电压为高电平电压(例如，5V、10V或其他合适的电压)；当晶体管为N型晶体管时，导通电压为高电平电压(例如，5V、10V或其他合适的电压)，截止电压为低电平电压(例如，0V、-5V、-10V或其他合适的电压)。本公开的实施例中的晶体管均以N型晶体管为例进行说明。基于本公开对该实现方式的描述和教导，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下能够容易想到本公开的实施例也可以采用P型晶体管或N型和P型晶体管组合的实现方式，因此，这些实现方式也是在本公开的保护范围内的。
需要说明的是，为了描述清楚，在图6中将运算放大器OA的输出端OUT的电位标识为Va，运算放大器OA的同相输入端(IN1)的电位标识为Vb，第一节点N1(即触控电极)的电位标识为Vc，主动笔10的笔尖处(即主动笔10发射的第二耦合电压)的电位标识为Vd。
图7为图6所示的电路结构工作时的信号时序图，下面以图6所示的电路结构为例，并结合图7所示的信号时序图对本公开的实施例提供的触控输入系统1的工作过程进行描述。在下面的描述中，均是以第一晶体管T1和第二晶体管T2为N型晶体管为例进行说明。在图7中G1、G2为低电平表示对应地晶体管截止，G1、G2为高电平表示对应地晶体管导通，Rx表示主动笔10中的信号接收装置110接收到的第一耦合电压，Tx表示主动笔10中的信号发射装置130是否开启，Tx为高电平表示开启，Tx为低电平表示关闭。
如图7所示，在A阶段，由于G1为低电平、G2为高电平，所以第一晶体管T1截止、第二晶体管T2导通。在此阶段，由于第二晶体管T2导通，所以存储电容Cf释放存储的电荷。清空存储电容Cf存储的电荷是为了在以后的阶段中更好地进行充电以及完成运算放大器OA的相应地功能。
在B阶段，由于G1为高电平、G2为低电平，所以第一晶体管T1导通、第二晶体管T2截止。在此阶段，通过运算放大器OA的同相输入端对触控电极(即第一节点N1)进行充电，充电完成后第一节点N1的电位Vc从0变为Vb(即和运算放大器OA的同相输入端的电位相等)。同时，在此阶段，如果主动笔10进行触控操作，则主动笔10与触控电极之间会形成耦合电容Cpen，相当于触控电极的电容发生改变，在触控电极与地之间的电容Cpnl的基础上又叠加了一个电容Cpen。根据电荷守恒原理，并通过运算放大器OA和存储电容Cf的作用，可以将触控电极的电容的改变转化为运算放大器OA的输出端OUT的电位Va的变化量，所以通过检测运算放大器OA的输出端OUT的电位Va的变化量，即可确定是否发生触控操作。
需要说明的是，在B阶段，主动笔10可以接收到第一耦合电压，并对第一耦合电压进行处理以得到第二耦合电压，但主动笔10不发送第二耦合电压。
根据电荷守恒原理可以得到公式(1)，如下所示：
Cf*(Vb-Va)+Vc*Cpnl+(Vc-Vd)*Cpen＝0 公式(1)
在主动笔10不进行触控操作(即主动笔10不与触控电极接触或紧邻触控电极)且主动笔10不发送第二耦合电压时，主动笔10不与触控电极形成耦合电容Cpen即Cpen＝0。将此时运算放大器OA的输出端OUT的电位记作Va1，并将Cpen＝0代入到公式(1)中得到Cf*(Vb-Va1)+Vc*Cpnl＝0，通过计算得出Va1＝Vc*Cpnl/Cf+Vb。
当主动笔10进行触控操作(即主动笔10与触控电极直接接触或紧邻触控电极)且主动笔10不发送第二耦合电压时，Cpen不等于0但Vd＝0。将此时运算放大器OA的输出端OUT的电位记作Va2，并将Vd＝0代入到公式(1)中得到Cf*(Vb-Va)+Vc*Cpnl+Vc*Cpen＝0，通过计算得出Va2＝Vc*Cpnl/Cf+Vb+Vc*Cpen/Cf。
由上述可知，在发生触控操作时，如果主动笔10不发送第二耦合电压，则通过运算放大器OA的输出端OUT检测到的有效信号量如公式(2)所示：
ΔV1＝Va2-Va1＝Vc*Cpen/Cf 公式(2)
在公式(2)中，Cf和Cpen保持固定不变时，该有效信号量ΔV1与Vc的大小有关，而由上述可知，在充电完成后Vc的大小与Vb相等，所以有效信号量ΔV1的大小与Vb的大小有关。如果要提高有效信号量，则需要提高Vb的大小，但Vb的增加会提高噪声。
在C阶段，第一晶体管T1截止、第二晶体管T2导通，和A阶段相同地，在此阶段存储电容Cf释放存储的电荷。同时，在此阶段主动笔10中的信号发射装置130开启，主动笔10可以发射第二耦合电压。
在D阶段，第一晶体管T1导通、第二晶体管T2截止，和B阶段相同地，在此阶段通过运算放大器OA的同相输入端对触控电极(即第一节点N1)进行充电，充电完成后第一节点N1的电位Vc从0变为Vb(即和运算放大器OA的同相输入端的电位相等)。
当主动笔10进行触控操作(即主动笔10与触控电极直接接触或紧邻触控电极)且主动笔10发送第二耦合电压时，Cpen和Vd都不等于0。将此时运算放大器OA的输出端OUT的电位记作Va3，代入到公式(1)中得到Cf*(Vb-Va)+Vc*Cpnl+(Vc-Vd)*Cpen＝0，通过计算得出Va3＝Vc*Cpnl/Cf+Vb+(Vc-Vd)*Cpen/Cf。
由上述可知，在发生触控操作时，如果主动笔10发送第二耦合电压，则通过运算放大器OA的输出端OUT检测到的有效信号量如公式(3)所示：
ΔV2＝Va3-Va1＝(Vc-Vd)*Cpen/Cf 公式(3)
例如，在主动笔10接收到的第一耦合电压为Vc时，经过主动笔10的处理，例如只改变极性而不进行信号放大，则发射的第二耦合电压即Vd满足等式Vd＝-Vc，将Vd＝-Vc代入到公式(3)得到ΔV2＝2Vc*Cpen/Cf，和公式(2)中的有效信号量ΔV1相比，ΔV2增长一倍。在公式(3)中，由于Vd和Vc的极性相反，所以Vd的幅值越大，获得的有效信号量ΔV2越大。例如，主动笔10在对接收的第一耦合电压进行处理时，还可以对其进行信号放大，使得发射的第二耦合电压即Vd的幅值变大，从而使得触控检测时获得的有效信号量进一步变大，提高触控检测的灵敏度。
如图7所示，在E阶段，由于G1和G2都为低电平，所以第一晶体管T1和第二晶体管T2均截止。在此阶段，Vc无变化，主动笔10接收不到第一耦合电压，虽然Tx为高电平，但主动笔10不发射第二耦合电压。在后续的阶段中，主动笔10停止工作，触控扫描结束。
在本公开的实施例提供的触控输入系统1中，通过采用本公开的实施例提供的主动笔10，在主动笔10进行触控操作时，可以主动发射信号(例如第二耦合电压)至触控电极，使得触控检测时获得的有效信号量变大，从而可以提高触控检测的灵敏度。
本公开的实施例还提供一种驱动方法，可以用于本公开的实施例提供的任一主动笔10。例如，该驱动方法包括如下操作。
步骤S10：接收主动笔与触控显示屏之间的第一耦合电压；
步骤S20：对第一耦合电压进行处理以获得第二耦合电压，第二耦合电压与第一耦合电压的极性相反；以及
步骤S30：向触控显示屏发射第二耦合电压。
例如，在一些实施例中，上述驱动方法还包括如下操作。
步骤S40：对第二耦合电压进行放大。
例如，可以在执行步骤S30前执行步骤S40，使得第二耦合电压的幅值变大。
需要说明的是，关于该驱动方法的详细描述以及技术效果可以参考本公开的实施例中关于主动笔10的描述，这里不再赘述。
本公开的实施例还提供一种驱动方法，可以用于本公开的实施例提供的任一触控输入系统1。例如，该驱动方法包括如下操作。
步骤S100：触控驱动电路220对触控电极210充电；
步骤S200：主动笔10接收与触控电极210之间的第一耦合电压，并输出第二耦合电压至触控电极210，第二耦合电压与第一耦合电压的极性相反；以及
步骤S300：触控驱动电路220检测触控电极210的电容。
例如，触控驱动电路220可以将检测到的触控电极210的电容的变化量转化为运算放大电路203的输出端OUT的电位的变化量，从而可以通过检测运算放大电路203的输出端OUT的电位的变化量，实现触控检测的目的。同时，由于主动笔10可以主动发射信号(例如第二耦合电压)至触控电极，可以提高触控检测时的有效信号量，从而可以提高触控检测的灵敏度。
例如，上述驱动方法还包括如下操作。
步骤S400：对第二耦合电压进行放大，并将放大后的第二耦合电压输出至触控电极210。
例如，可以在执行步骤S300前执行步骤S400。通过对第二耦合电压进行放大，可以进一步提高触控检测时的有效信号量，从而可以进一步提高触控检测时的灵敏度。
例如，上述驱动方法还可以包括如下操作。
步骤S500：在触控驱动电路220对触控电极210充电前，释放触控驱动电路220中的存储电容Cf存储的电荷。
例如，可以在执行步骤S100前执行步骤S500。通过清空存储电容Cf中存储的电荷，可以在以后的阶段中更好地进行充电以及完成运算放大器OA的相应地功能。
例如，在一些实施例中，上述驱动方法还可以包括如下操作。
步骤S600：开启或关闭主动笔10的电源150，以使得主动笔10在主动模式和被动模式之间切换。
在需要切换主动笔10的工作模式时，例如需要从被动模式切换到主动模式，可以开启主动笔10的电源150；又例如需要从主动模式切换到被动模式时，可以关闭主动笔10的电源150。
需要说明的是，关于该驱动方法的详细描述以及技术效果可以参考本公开的实施例中关于触控输入系统1的描述，这里不再赘述。
在本公开的各实施例中，处理器120可以由通用集成电路芯片或专用集成电路芯片实现，例如该集成电路芯片可以设置在一个主板上，例如在该主板上还可以设置有存储器以及电源电路等；此外，处理器120也可以由电路或者采用软件、硬件(电路)、固件或其任意组合方式实现。在本公开的实施例中，处理器120可以包括各种计算结构，例如复杂指令集计算机(CISC)结构、精简指令集计算机(RISC)结构或者一种实行多种指令集组合的结构。在一些实施例中，处理器120也可以是中央处理器、微处理器，例如X86处理器、ARM处理器，或者可以是数字处理器(DSP)等。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种用于触控显示屏的主动笔，包括：
信号接收装置，
与所述信号接收装置信号连接的处理器，以及
与所述处理器信号连接的信号发射装置；
其中，所述信号接收装置被配置为接收所述主动笔与所述触控显示屏之间的第一耦合电压；
所述处理器为集成电路芯片，且所述处理器被配置为对所述第一耦合电压进行处理以获得第二耦合电压，所述第二耦合电压与所述第一耦合电压的极性相反；以及
所述信号发射装置被配置为向所述触控显示屏发射所述第二耦合电压。
2.根据权利要求1所述的主动笔，还包括信号放大装置，其中，
所述信号放大装置被配置为对所述第二耦合电压进行放大，并将放大后的第二耦合电压提供至所述信号发射装置。
3.根据权利要求1或2所述的主动笔，还包括导电的笔尖，其中，
所述笔尖被配置为传导所述第一耦合电压和所述第二耦合电压。
4.根据权利要求1或2所述的主动笔，还包括电源以及开关装置，其中，
所述开关装置被配置为开启或关闭所述电源，以使得所述主动笔在主动模式和被动模式之间切换。
5.一种触控输入系统，包括触控显示屏和如权利要求1-4任一所述的主动笔，其中，
所述触控显示屏包括多个电容式触控电极，以及与所述触控电极连接的触控驱动电路；
所述触控驱动电路被配置为对所述触控电极充电以及检测所述触控电极的电容；
所述主动笔被配置为接收与所述触控电极之间的第一耦合电压，并输出第二耦合电压至所述触控电极，所述第二耦合电压与所述第一耦合电压的极性相反。
6.根据权利要求5所述的触控输入系统，其中，所述触控驱动电路包括第一开关电路、第二开关电路、存储电容以及运算放大电路；
其中，所述运算放大电路被配置为通过其第一输入端对所述触控电极充电以使得所述触控电极的电位与所述第一输入端的电位相同，以及将所述触控电极的电容的变化量反馈至所述运算放大电路的输出端；
所述第一开关电路与所述运算放大电路的第二输入端连接，被配置为控制所述运算放大电路与所述触控电极连接或断开；
所述存储电容的第一极与所述运算放大电路的第二输入端连接，所述存储电容的第二极与所述运算放大电路的输出端连接；以及
所述第二开关电路与所述存储电容的第一极以及第二极连接，被配置为在闭合时释放所述存储电容中存储的电荷。
7.根据权利要求6所述的触控输入系统，其中，
所述第一开关电路包括第一晶体管，所述第一晶体管的第一极和所述触控电极连接，所述第一晶体管的第二极和所述存储电容的第一极连接；
所述第二开关电路包括第二晶体管，所述第二晶体管的第一极和所述存储电容的第一极连接，所述第二晶体管的第二极和所述存储电容的第二极连接；
所述运算放大电路包括运算放大器，所述运算放大器的同相输入端作为所述运算放大电路的所述第一输入端，所述运算放大器的反相输入端作为所述运算放大电路的所述第二输入端且和所述第一晶体管的第二极连接，所述运算放大器的输出端作为所述运算放大电路的所述输出端且和所述存储电容的第二极连接。
8.根据权利要求5-7任一所述的触控输入系统，其中，所述触控显示屏包括内嵌式触控显示屏。
9.一种如权利要求1-4任一所述的主动笔的驱动方法，包括：
接收所述主动笔与所述触控显示屏之间的第一耦合电压；
对所述第一耦合电压进行处理以获得所述第二耦合电压，所述第二耦合电压与所述第一耦合电压的极性相反；以及
向所述触控显示屏发射所述第二耦合电压。
10.根据权利要求9所述的驱动方法，还包括对所述第二耦合电压进行放大。
11.一种如权利要求5-8任一所述的触控输入系统的驱动方法，包括：
所述触控驱动电路对所述触控电极充电；
所述主动笔接收与所述触控电极之间的第一耦合电压，并输出第二耦合电压至所述触控电极，所述第二耦合电压与所述第一耦合电压的极性相反；以及
所述触控驱动电路检测所述触控电极的电容。
12.根据权利要求11所述的驱动方法，还包括：对所述第二耦合电压进行放大，并将放大后的第二耦合电压输出至所述触控电极。
13.根据权利要求11或12所述的驱动方法，还包括：在所述触控驱动电路对所述触控电极充电前，释放所述触控驱动电路中的存储电容存储的电荷。
14.根据权利要求11或12所述的驱动方法，还包括：开启或关闭所述主动笔的电源，以使得所述主动笔在主动模式和被动模式之间切换。
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