CN1347524A - 带有集成天线的便携式计算机触摸盘 - Google Patents

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Abstract

用于与触摸盘模块无线通信的一种天线。可以插入便携式计算机的一个窗口中的一种触摸盘模块,它包括用来处理来自触摸传感器的信号的一个触摸传感器电路。天线被连接到触摸盘模块上的一个(输入或输出)端口。触摸盘为天线提供一个与外界连通的开放窗口,不会受到便携式计算机中的屏蔽。

Description

带有集成天线的便携式计算机触摸盘
发明背景
本发明涉及到便携式计算机，特别涉及到一个指向装置和便携式计算机之间的无线通信。
为个人计算机已经设计了各种各样的指向装置。例如，用户可以连接鼠标，跟踪球，操纵杆或是游戏键盘。也可以使用触摸盘和微型操纵杆，虽然它们往往是集成在便携式计算机的键盘中。为了避免移动指向装置连带的电缆，已经开发了无线指向装置。例如，鼠标可以采用无线发射器向一个插入计算机的RS232端口的接收器发射信号。对于台式个人计算机，用户可以根据用途来切换插入哪一种装置。然而，对于便携式计算机，用户使用的便携式计算机已经集成有适合用户需要的特殊形式的指向装置。例如可以是一个触摸盘，微型操纵杆或者是跟踪球。
除了在一个指向装置和插入个人计算机的接收器之间，在有关个人计算机的各种应用中已经采用了无线技术。例如，Intel和其他的公司已经提出了PC和许多电子设备之间的通用无线接口，命名为蓝牙。个人计算机中的无线接收器可以和蜂窝电话进行通信而实现无线e-mail等等。蓝牙模块包括电子设备和一个天线。对于便携式计算机，计算机外壳对内部的电子设备构成屏蔽，这样会使集成天线成为问题。安装在笔记本或便携式PC中的蓝牙模块应该装在显示器顶部的边沿，处在计算机外壳的屏蔽之外。
用于无线连接的另一种射频(RF)无线电技术是IrDA链路。在许多笔记本和最新式的Palm PilotTM中已经被采用。
发明概述
本发明是将一个无线通信天线集成在触摸盘模块中。可以插入便携式计算机的一个窗口中的触摸盘模块包括用来检测用户触摸的触摸传感器和用于处理来自触摸传感器的信号的触摸传感器电路。天线被连接到触摸盘模块。
使用包括一个天线的这种新式触摸盘为天线提供了一个与外部连通的敞开窗口，不受便携式计算机中使用的屏蔽的遮挡。对天线采用触摸盘窗口的优点是在便携式计算机内已经有一个不受屏蔽的尺寸比较大的开口。它还能将天线集成在计算机内，而不需要改变便携式计算机的外形。
在一个实施例中，触摸盘模块可以包含一个开关电路用来在触摸传感器的一个输入和天线之间进行切换。这样，愿意使用诸如鼠标，跟踪球等等外部指向设备的用户就能在为计算机提供输入的同时禁止触摸盘。或者是可以在同时使用两种指向设备。在一个实施例中，外部指向设备和触摸盘模块之间可以共享某些电路。
这种天线的实施可以有各种实施例。在一个实施例中，触摸盘传感器被装在一个弯曲电路上，让电子偏离到窗口旁边，为天线提供一个围绕窗口的防护环。在另一实施例中，trace触摸盘上的所有轨迹都被用于天线，而计算机外壳接地。或者是可以用传感器阵列中不同的轨迹构成天线偶极子。或者是整个阵列的轨迹都可以被用做天线。在又一个实施例中，可以用轨迹阵列下面的接地面作为天线。
本发明的天线被连接到一个接收器，还可以连接到一个发射器。这种发射器可以被用来提供强制反馈。另外还可以将多个设备无线连接到计算机上。例如，鼠标输入可以为操纵杆提供额外的特征，或者是可以起动本身或是操纵杆或是其他设备的强制反馈功能。
为了进一步理解本发明的特征和优点，可以参考以下结合着附图的说明。
图1是包括本发明的触摸盘模块的一种便携式计算机键盘的示意图。
图2是用来表示触摸盘模块的层次的一个侧视图。
图3是用于包括一个天线的触摸盘的一种电路的示意图。
图4是本发明的电子电路的一个框图。
图5是采用弯曲传感器和防护环的一个实施例的框图。
图6是使用来自作为天线偶极子的传感器阵列的多条线路的一个实施例的示意图。
图1表示具有许多键12的一个键盘10。在键盘的底部中心是一个按照本发明的包括一个天线的触摸盘模块14。模块14是对外开口的外壳16中的一个窗口并且不受外壳屏蔽的屏蔽。特别是便携式计算机可能包括一个金属外壳，用来为内部部件屏蔽来自外部的干扰(或是对外的干扰)，不能将天线放置在外壳内侧。设在触摸盘模块中的天线使用现有的窗口和便携式计算机现有的外形来提供无线连接。
天线可以用各种方式来实现。本文提供了许多示意性实施例，但是没有任何特定的优先次序。
图2是用来表示触摸盘模块的一个实施例的简化截面的一个侧视图。印刷电路板(PCB)20的顶面一侧有许多层22按照公知的方式构成了触摸传感器阵列。具体地说，对于电容性触摸盘，阵列中包括在X方向和Y方向上被介电层隔开并且覆盖有一个保护层的轨迹(或者是，对于电阻性触摸盘可以使用电阻层，或者是可以采用组合的电阻/电容性触摸盘)。阵列被连接到装在PCB的底部一侧24上的电路。或者是可以用电阻性触摸盘的电阻层代替一个阵列，或者是采用任何其他的触摸盘技术。
图3表示图2的PCB20的底部一侧24。PCB包括许多芯片26和28，芯片上包含用于触摸传感器阵列的电子元件以及诸如部件30，32和34等各种精密部件。本发明还增加了一个围绕PCB的周长延伸的天线36。
在一个实施例中，可以用电路板上现有的用于ESD保护的防护环构成这一天线。如果按图4所示用电路连接到一个I/O端口上，这一防护环就能执行天线的功能。天线在特定的频率上起作用。由连接到防护环的电子电路构成的一个系统能提供用于无线电接收和发送的谐振电路。或者是可以采用提供扩展频谱天线的技术。
图4表示本发明一个实施例的电子电路的框图。图中的触摸盘模块40和现有技术中一样具有一个触摸传感器电路42。还包括一个天线36和一个接收器/发射器电路44。接收器/发射器电路44和触摸传感器电路42与一个电路46相连，它可以是一个开关，用于从二者之一或是双方向一个输出端口48提供信号。或者是用电路46组合二者的信号，或者是作为一个输入端口例如是用于强制反馈信号。另外，电路46还可以包括为输出或输入信号编码的一种编码功能。
一个外部指向设备50具有其自身的天线52，可用于与触摸盘模块40的天线36进行无线通信。指示设备50可以是鼠标，操纵杆，跟踪球，转轮，键盘，或者是其他指向设备。
在一个实施例中，电路46是一个开关，它能够自动确定一个输入是来自接收器44还是触摸传感器42，并且只允许来自一个有效设备的信号通过禁止另一个设备。这样就能避免在用户想要用一个外部无线鼠标操作光标时无意中触摸到触摸盘。
在另一个实施例中可以采用一个独立的输出端口。特别是操纵杆通常都需要比触摸盘更高的数据速率带宽，因此，为触摸盘模块提供一个独立的输出端口可能是有益的。在一个实施例中，在触摸盘模块和来自输出端口48的主机之间采用USB(通用串行总线)连接。
由触摸盘和天线及其有关的电路共享的那一级电路可以根据具体的应用而改变。在一个实施例中，仅有电源是可以共享的。或者是采用图4所示的电路46和单一端口48，这样就能共享其他的电路。
天线的尺寸和形状也是可以改变的。特别是可以根据使用的频率高、低而采用或小或大的天线。
在又一个实施例中，天线和接收器可以是双向的。也就是说，触摸盘模块可以有一个通过天线向外部指向设备发送信号的发射器。这一实施例例如可以应用于强制反馈操纵杆，从计算机向操纵杆发送一个强制反馈信号。
本发明的天线和接收器可以连接到多个指向设备。可以交替或是同时接收来自指向设备的信号。在一个实施例中，可以用一个简单的操纵杆和一个鼠标模仿一个高级操纵杆。鼠标可以被用来为简单操纵杆上没有提供的操纵杆功能提供额外的输入按钮。另外，指向设备间可以有相互作用。例如，鼠标的运动可以触发操纵杆上的强制反馈。图4的电路46可以提供一些高级功能，可用于多个指向设备之间的相互作用。
图3的电路有一个可能的缺点是天线内侧的接地面或其他电子电路轨迹可能会衰减天线信号，即使这些元件并没有接地。在图5中表示了一种减少此类干扰的实施例。图5表示安装在一个可弯曲的聚酯薄片60上的一种触摸盘传感器。传感器62被安装在一侧，而包括一个处理器在内的部件64被安装在另外一侧。传感器62可以是用做电容性传感器的轨迹阵列，用做电阻性传感器的电阻平面，或者是任意组合或不同的触摸盘技术。阵列62处在由虚线66表示的窗口之内，而传感器64装在这一窗口的外侧。在图示的实施例中可以将防护环68用做天线。图5的弯曲传感器的优点是，因为传感器64被安装在远离传感器62的一侧，二者之间不需要隔离的接地面。这样就消除了接地面可能对天线功能造成的干扰。
图6表示另外一个实施例，在其中有许多线路65构成一个触摸传感器阵列的独立线路65A-65Z。它们通过一个开关电路68连接到一个传感器电路70。传感器电路70可以是用来多路复用并且按照扫描次序读出这些独立线路的一种电路。在同一受让人于1996年1月4日提交的申请号为08/582,769的另一件专利申请“Touch Sensing Method AndApparatus”中公开了一种用来执行这一功能的电路，可作为本文的参考资料。在1997年9月17日提交的申请号为08/932,753的未决申请“Antenna System And Apparatus ForRadio-Frequency Wireless Keyboard”和1998年9月30日提交的申请号为09/163,737的未决申请“Radio Frequency Amplifier System And Method”中公开了用来接收来自天线的信号的电路，这两件申请都可作为本文的参考资料。
参见图6，开关电路68可以将来自线路65中任何一条特定线路的信号提供给天线接收器/发射器电路72。在一个实施例中，两条相邻的线路65B和65C可以连接到天线接收器/发射器上构成一个偶极子天线的两极。一个偶极子可以接地，或者是交替地在每一条线路上施加不同的相位而实现天线功能，可以有各种各样的实施例。也可以把彼此相邻的65B和65C改成相距很远。具体用做天线的导线是可以改变的。也可以将所有导线都用做天线，或者是电路68可以按顺序改变导线，在不同的时间点使用不同的导线做天线。或者是可以用两组导线做天线。或者是可以将X方向上的一或多条导线作为一极，而Y方向上的一或多条导线可以作为另一极。
在用于触摸检测的其他线路正在被按顺序采样的同时可以实现天线功能，随着天线线路的改变，被用于触摸检测的那些线路不能同时被用作天线。或者是，为了避免可能的干扰问题，可以采用时分多路复用触摸检测和天线功能。
在一种典型的触摸传感器阵列中，实际扫描这些线路以及信号处理占用一部分时间，另有一部分时间要用于向主机发送数据。因此，在扫描功能完成之后，每个时间周期中(在向主机发送和/或处理的过程中)剩下一部分时间可用于天线功能。
使用传感器阵列中不同线路的能力可以提供一种定向功能。使用所有线路作为独立天线按顺序读出能够提供一种相控阵天线，可以确定发送信号的方向。还可以直接使用传感器阵列的一侧或另一侧粗略地确定方向，例如是使用一侧的一半导线，然后交替地使用另外一侧的一半。例如，这样就能确定用户的鼠标是放在便携式计算机的右侧还是左侧，指示出用户是用左手还是右手。这样就能使便携式计算机为左手或右手的用户自动配置鼠标按钮的设定。这样也能够在一种多用户游戏中自动确定是哪一个用户提供的输入，是左侧的选手，还是右侧的选手。按照这种方法就能从多个用户当中识别出一个用户。
在具有X和Y方向导线的一种触摸传感器阵列中，如果下层是接地的，最好是使用上层，因为它不会被其他的层屏蔽。
也可以采用其他的天线结构，只要是能提供两个独立的节点(用于信号和接地，或者是两个相位)。也就是说，可以使用任意的两条导线或者是导线与轨迹的组合。在另一种实施例中，如果计算机在使用时是接地的，传感器中的所有导线或轨迹都可以用做天线。这样接收器就能够同时检测所有导线的协同运动。因为在不同导线之间在高频段存在着寄生电容耦合，也可以将其作为运动来检测。在另一个实施例中可以将接地面用做天线。当使用机箱接地的时，如果在安装定位时将其夹在窗口中或是穿过形成连接的防护环，就能就其连接到触摸盘阵列上。或者是采用导电条带或是其他连接方法。或者是可以使用触摸盘对电源接地的连接。
在另一个实施例中，按照本发明的带天线的触摸盘模块可以被装到一个遥控装置上。触摸盘可以被用于输入，而天线被用来向受控制的遥控装置发送输入信号。例如，这样就能为遥控装置采用比塑料外壳更坚固的金属外壳。遥控装置上暴露的触摸盘中的天线不会受到这种金属外壳的屏蔽。
正如本领域的技术人员所知，在不脱离本发明基本特征的条件下还可以用其他具体方式来实现本发明。例如，天线不是被装在印刷电路板上，它可以是安装在用做触摸盘阵列本身的相邻各层之间的独立且可弯曲的层。另外，天线不是被装在印刷电路板的边界周围，天线也可以靠近中心，或者是穿过中心纵向延伸，或者是采用其他几何形状。例如，天线可以是直线的金属长条而不是一个环。关于本发明要求保护的范围可以参见权利要求书。

Claims (21)

1.一种触摸盘模块包括：
用于检测触摸的一个触摸传感器；
耦合到上述触摸传感器的一个触摸传感器电路，用于处理来自上述触摸传感器的信号；以及
安装在上述触摸盘模块上的一个天线。
2.按照权利要求1的模块，其特征是进一步包括：
一个弯曲电路，其第一部分上装有上述触摸传感器，而第二部分上装有上述触摸传感器电路，上述触摸传感器被配置在便携式计算机的一个窗口内部。
3.按照权利要求1的触摸盘模块，其特征是进一步包括：
上述触摸传感器中的一个导电线路的阵列；
一个天线接收机电路；以及
在配置上将至少一条上述传感器线路耦合到上述天线接收机电路的一个开关电路。
4.按照权利要求3的触摸盘模块，其特征是上述开关电路被配置成在多个上述传感器线路之间轮换。
5.按照权利要求4的触摸盘模块，其特征是进一步包括：
一个定向电路，配置成用来确定在不同的上述传感器线路上接收到的来自有关信号的一个发送信号的方向。
6.按照权利要求1的触摸盘模块，其特征是上述天线是由上述触摸盘模块的一个接地面构成的。
7.按照权利要求1的触摸盘模块，其特征是上述天线是由上述触摸传感器的轨迹阵列构成的。
8.按照权利要求7的触摸盘模块，其特征是上述天线进一步包括上述触摸盘模块的所有轨迹，用连接线连接到作为接地面的计算机外壳。
9.按照权利要求1的模块，其特征是进一步包括：
一个印刷电路板；
上述触摸传感器电路被安装在上述印刷电路板的第一侧；并且
上述天线被安装在上述印刷电路板上与上述触摸传感器电路相对的一侧。
10.按照权利要求1的模块，其特征是上述天线靠近上述模块的边界。
11.按照权利要求1的模块，其特征是进一步包括：
与上述天线耦合的一个端口。
12.按照权利要求11的模块，其特征是进一步包括：
一个电路，其输入耦合到上述触摸传感器电路和上述天线，而一个输出耦合到上述输出端口。
13.按照权利要求12的模块，其特征是上述电路是一个开关电路。
14.按照权利要求13的模块，其特征是进一步包括：
耦合在上述天线和上述开关电路之间的一个接收器电路。
15.按照权利要求1的模块，其特征是上述天线是由围绕上述模块的至少一个环构成的。
16.按照权利要求1的模块，其特征是上述模块包括许多层，其中一层包括上述天线。
17.按照权利要求1的模块，其特征是上述端口由一个I/O端口构成。
18.按照权利要求1的模块，其特征是上述触摸传感器包括一个电容性阵列。
19.按照权利要求1的模块，其特征是上述触摸传感器包括一个电阻性传感器。
20.按照权利要求1的模块，其特征是上述触摸传感器被配置在一个遥控装置上的一个窗口内，而上述天线被配置成一个发射天线。
21.一种触摸盘模块包括：
用于检测触摸的一个触摸阵列；
耦合到上述触摸阵列的一个触摸传感器电路，用于处理来自上述触摸阵列的信号；
安装在上述触摸盘模块上的一个天线；
耦合到上述天线的一个输出端口；
一个开关电路，其输入耦合到上述触摸传感器电路和上述天线，而一个输出耦合到上述输出端口；以及
耦合在上述天线和上述开关电路之间的一个接收器电路。
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