CN212647428U - 数位式电磁笔 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种数位式电磁笔，包括单晶片单元、发射接收单元、第一整流滤波单元、第二整流滤波单元、压力与按键侦测单元和发射控制单元，所述第一整流滤波单元用于将所述发射接收单元输出的谐振信号进行整形滤波后输出给所述单晶片单元，为其提供电源；所述第二整流滤波单元用于将所述发射接收单元输出的谐振信号进行整形滤波后输出给所述单晶片单元，唤醒所述单晶片单元；所述压力与按键侦测单元用于侦测所述数位式电磁笔的笔尖压力数据和所述数位式电磁笔的按键状态；所述单晶片单元根据所述压力与按键侦测单元的检测结果控制所述发射控制单元的开启时长和关闭时长。与相关技术相比，本实用新型提供的数位式电磁笔灵活性高，电力消耗小。

Description

数位式电磁笔

技术领域

本实用新型属于电磁笔技术领域，具体涉及一种数位式电磁笔。

背景技术

手写电磁笔早为人所熟知，它的主要用途为取代人的手指在绘图板、绘图屏幕、签名板、手写平板、手写笔记本或手机上作为输入装置。现有手写电磁笔分为有源笔和无源笔，有源笔需要电池提供工作的电力来源，无源笔的电力由电磁板上感应取得，无源笔已成为主流产品。无源电磁笔又分为类比式和数位式，类比式是靠改变频率或相位来传递按键和压力信号给数位板，如美国专利US5600105，因此需要较大的频宽来涵盖变频范围，容易让非预期的频率(杂讯)影响到压力和坐标的稳定度，数位式是使用定频调幅模式传递按键和压力信号给数位板，如美国专利US5969296、US5977959，因此需要较长的给电时间及计数才能取较高的压力阶数，对电力的消耗较大。

而为了满足使用者的使用质感，设计制造厂商往往尽可能地将压力阶数往上提升，一旦压力阶数提升时就必须牺牲信号的传输速率，如美国专利US5977959，压力每增加一倍，就必须增加一个bit的发射和接收的时间(约200us)，如1023阶压力，10bit约需2000us。另中国台湾专利TW451155揭示了一种数化器坐标输入系统，数位板端所发射固定频率的电磁波通过电磁笔端的压力感测器转换成压力信号，例如使用500KHz的发射频率要获得1024阶压力，必须使用1024* 1/5 00KHz＝2048us，若要取得更高的压力阶数，如8192阶压力，则需8192*1/500KHz＝16384us。

因此，有必要提供一种新的数位式电磁笔以解决上问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种数位式电磁笔。

一种数位式电磁笔，应用于数位板，其包括：

单晶片单元；

发射接收单元，用于接收所述数位板发射的电磁信号和受所述电磁信号的激励产生谐振信号并将谐振信号发送至所述数位板；

第一整流滤波单元，其输入端与所述发射接收单元连接，输出端与所述单晶片单元连接，所述第一整流滤波单元用于将所述发射接收单元输出的谐振信号进行整形滤波后输出给所述单晶片单元，为其提供电源；

第二整流滤波单元，其输入端与所述发射接收单元连接，输出端与所述单晶片单元连接，所述第二整流滤波单元用于将所述发射接收单元输出的谐振信号进行整形滤波后输出给所述单晶片单元，以唤醒所述单晶片单元；

压力与按键侦测单元，其与所述单晶片单元连接，所述压力与按键侦测单元用于侦测所述数位式电磁笔的笔尖压力数据和所述数位式电磁笔的按键状态；及

发射控制单元，所述发射控制单元分别与所述单晶片单元和所述发射接收单元连接，所述单晶片单元根据所述压力与按键侦测单元的检测结果控制所述发射控制单元的开启时长和关闭时长。

优选的，所述发射接收单元包括并联连接的电容C1和电感L1，且电容C1和电感L1一端接地。

优选的，所述第一整流滤波单元包括电容C2、两个二极管D1、二极管D2和电容C3，电容C2一端连接于电感L1的非接地端，其中一个二极管D1正极与电容C2的另一端连接，负极与所述单晶片单元的输入端连接；另一个二极管D1负极与电容C2的另一端连接，正极与电容C1和电感L1的接地端连接；二极管D2和电容C3并联连接于电容C1和电感L1的接地端与所述单晶片单元的输入端之间，且二极管D2的正极连接电感L1的接地端，负极连接所述单晶片单元的输入端。

优选的，所述第二整流滤波单元包括电容C4、两个二极管D3、电容C5和电阻R1，电容C4一端与电感L1和电容C1的非接地端连接，其中一个二极管D3正极与电容C4的另一端连接，负极与所述单晶片单元的输入端连接；另一个二极管D3负极与电容C4的另一端连接，正极接地；电容C5和电阻R1并联连接于接地的二极管D3 的正极与所述单晶片单元的输入端之间。

优选的，所述第二整流滤波单元还包括电阻R2，电容C5、电阻 R1及二极管D3的负极通过电阻R2与所述单晶片单元的输入端连接。

优选的，所述压力与按键侦测单元包括串联连接于所述单晶片单元与所述发射控制单元之间的固定电容C6和压力感应电容C7、以及并联连接于所述单晶片单元与所述发射控制单元之间的第一开关S1 和第二开关S2，固定电容C6和压力感应电容C7之间的连接点通过导线与所述单晶片单元连接。

优选的，所述发射控制单元包括场效应管Q1、二极管D4和电阻R3，场效应管Q1的源极分别与所述压力与按键侦测单元的输入端、电容C1和电感L1的接地端连接，其漏极与二极管D4的负极连接，其栅极与所述单晶片单元连接并通过电阻R3与源极和所述压力与按键侦测单元的输入端连接；二极管D4的正极与电容C1和电感 L1的非接地端连接。

优选的，所述单晶片单元上集成有ADC转换器、比较器和时间计数器，所述比较器用于将所述第二整流滤波单元输出的电压与比较电压做比较产生比较输出，唤醒所述单晶片单元，同时所述时间计数器归零，所述单晶片单元根据所述压力与按键侦测单元的检测结果控制所述发射控制单元的开启时长和关闭时长。

与相关技术相比，本实用新型提供的数位式电磁笔具有以下有益效果：

一、使用单晶片灵活性高；

二、当侦测压力为零时或高位组全为零时，可以关闭比较器，只使用时间计数器，通过改变计数时间来节省电力消耗；

三、多个位元资料压缩在一个收发时间，速度更快更省电；

四、使用ADC转换器读取压力时间更快，不需要依赖数位板发射的频率，电路更省更简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型提供的数位式电磁笔的结构框图；

图2为图1所示数位式电磁笔的电路图；

图3为数位式电磁笔与数位板之间的谐振信号的能量强度示意图；

图4为图1所示数位式电磁笔与数位板之间信号传输示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，为本实用新型提供的数位式电磁笔的结构框图，本实用新型提供一种数位式电磁笔100，应用于书写输入装置，其包括单晶片单元1、发射接收单元2、第一整流滤波单元3、第二整流滤波单元4、压力与按键侦测单元5和发射控制单元6。

所述单晶片单元1上集成有ADC转换器、比较器和时间计数器，所述比较器用于将所述第二整流滤波单元4输出的电压与比较电压做比较产生比较输出，唤醒所述单晶片单元1，同时所述时间计数器归零，所述单晶片单元1根据所述压力与按键侦测单元5的检测结果控制所述发射控制单元6的开启时长和关闭时长，从而控制所述发射接收单元1的发射能量强度。所述比较器的比较电压由所述单晶片单元1内含电压决定，高低可控制。

所述发射接收单元2用于接收所述数位板发射的电磁信号和受所述电磁信号的激励产生谐振信号并将谐振信号发送至所述数位板。请结合参阅图2，所述发射接收单元2包括并联的电容C1和电感L1，且电容C1和电感L1一端接地。

所述第一整流滤波单元3的输入端与所述发射接收单元2连接，输出端与所述单晶片单元1连接，所述第一整流滤波单元3用于将所述发射接收单元2输出的谐振信号进行整形滤波后输出给所述单晶片单元1，为其提供电源。具体地，请参阅图2，所述第一整流滤波单元3包括电容C2、两个二极管D1、二极管D2和电容C3，电容 C2一端连接于电感L1的非接地端，其中一个二极管D1正极与电容 C2的另一端连接，负极与所述单晶片单元的输入端连接；另一个二极管D1负极与电容C2的另一端连接，正极与电容C1和电感L1的接地端连接；二极管D2和电容C3并联连接于电容C1和电感L1的接地端与所述单晶片单元的输入端之间，且二极管D2的正极连接电感L1的接地端，负极连接所述单晶片单元的输入端。

所述第二整流滤波单元4的输入端与所述发射接收单元2连接，输出端与所述单晶片单元1连接，所述第二整流滤波单元4用于将所述发射接收单元2输出的谐振信号进行整形滤波后输出给所述单晶片单元1，唤醒所述单晶片单元1。具体地，请参阅图2，所述第二整流滤波单元4包括电容C4、两个二极管D3、电容C5、电阻R1和电阻R2，电容C4一端与电感L1和电容C1的非接地端连接，其中一个二极管D3正极与电容C4的另一端连接，负极与所述单晶片单元的输入端连接；另一个二极管D3负极与电容C4的另一端连接，正极接地；电容C5和电阻R1并联连接于接地的二极管D3的正极与所述单晶片单元之间，电容C5、电阻R1及二极管D3的负极通过电阻R2与所述单晶片单元的输入端连接。

所述压力与按键侦测单元5与所述单晶片单元1连接，所述压力与按键侦测单元5用于侦测所述数位式电磁笔100的笔尖压力数据和所述数位式电磁笔100的按键状态。具体地，请参阅图2，所述压力与按键侦测单元5包括串联连接于所述单晶片单元1与所述发射控制单元6之间的固定电容C6和压力感应电容C7、以及并联连接于所述单晶片单元1与所述发射控制单元6之间的第一开关S1和第二开关 S2，固定电容C6和压力感应电容C7之间的连接点通过导线与所述单晶片单元连接。

所述发射控制单元6分别与所述单晶片单元1和所述发射接收单元2连接，所述单晶片单元1根据所述压力与按键侦测单元5的检测结果控制所述发射控制单元6的开启时长和关闭时长，从而控制所述发射接收单元1的发射能量强度。具体地，请参阅图2，所述发射控制单元6包括场效应管Q1、二极管D4和电阻R3，场效应管Q1的源极分别与所述压力与按键侦测单元的输入端、电容C1和电感L1 的接地端连接，其漏极与二极管D4的负极连接，其栅极与所述单晶片单元连接并通过电阻R3与源极和所述压力与按键侦测单元的输入端连接；二极管D4的正极与电容C1和电感L1的非接地端连接。

请参阅图3，为数位式电磁笔与数位板之间的谐振信号的能量强度示意图，所述发射控制单元6的场效应管Q1实质上为开关装置，场效应管Q1关闭时间的长短直接影响数位板接收到的能量大小，场效应管Q1打开越早，数位板接收到的能量就越小。

当用户使用所述数位式电磁笔100进行书写时，所述发射接收单元1接收数位板发射的电磁信号，并在所述电磁信号的激励下产生谐振信号输出给所述第一整流滤波单元3和第二整流滤波单元4；所述第一整流滤波单元3将所述发射接收单元1输出的信号整形滤波后输出给所述单晶片单元1，为其提供电源，所述单晶片单元1取得电源后，做初始化后即进入深度睡眠，同时所述时间计数器开始计时；所述第二整流滤波单元4将所述发射接收单元1输出的信号整形滤波后输出给所述单晶片单元1，所述比较器将所述第二整流滤波单元4输出的电压与比较电压做比较产生比较输出，该输出的上升缘(正缘)产生一插断信号，如图4所示，所述单晶片单元1被唤醒，所述单晶片单元1被唤醒后会将所述时间计数器归零并执行相应的动作(根据所述压力与按键侦测单元5的检测结果控制所述发射控制单元6的开启时长和关闭时长)，每次上升缘产生插断信号时，则将所述时间计数器归零，数位板发射的信号(同步/信标)从上升缘产生插断后开始短时间计数(ST)，若在短时间计数内收不到插断信号，则所述时间计数器溢位产生中断，如果此时内部比较器插断是被禁能的，则所述时间计数器归零并重新致能比较器插断并回到主程式进入深度睡眠，如果内部比较器插断是被致能的，则同步信号、撷取压力信号并检查笔身按键状况准备好资料，然后回到主程式进入深度睡眠，经n个上升缘插断后，设定长时间计数(LT)并禁能上升缘插断，直到长时间计数产生中断再次致能上升缘插断并回到主程式进入深度睡眠，待产生上升缘插断后启动短时间计数(ST)，重复上述步骤，直至电磁笔离开被侦测到的范围。

与相关技术相比，本实用新型提供的数位式电磁笔具有以下有益效果：

一、使用单晶片灵活性高；

二、当侦测压力为零时或高位组全为零时，可以关闭比较器，只使用时间计数器，通过改变计数时间来节省电力消耗；

三、多个位元资料压缩在一个收发时间，速度更快更省电；

四、使用ADC转换器读取压力时间更快，不需要依赖数位板发射的频率，电路更省更简单。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种数位式电磁笔，应用于数位板，其特征在于，包括：

单晶片单元；

发射接收单元，用于接收所述数位板发射的电磁信号和受所述电磁信号的激励产生谐振信号并将谐振信号发送至所述数位板；

第一整流滤波单元，其输入端与所述发射接收单元连接，输出端与所述单晶片单元连接，所述第一整流滤波单元用于将所述发射接收单元输出的谐振信号进行整形滤波后输出给所述单晶片单元，为其提供电源；

第二整流滤波单元，其输入端与所述发射接收单元连接，输出端与所述单晶片单元连接，所述第二整流滤波单元用于将所述发射接收单元输出的谐振信号进行整形滤波后输出给所述单晶片单元，以唤醒所述单晶片单元；

压力与按键侦测单元，其与所述单晶片单元连接，所述压力与按键侦测单元用于侦测所述数位式电磁笔的笔尖压力数据和所述数位式电磁笔的按键状态；及

发射控制单元，所述发射控制单元分别与所述单晶片单元和所述发射接收单元连接，所述单晶片单元根据所述压力与按键侦测单元的检测结果控制所述发射控制单元的开启时长和关闭时长。

2.根据权利要求1所述的数位式电磁笔，其特征在于，所述发射接收单元包括并联连接的电容C1和电感L1，且电容C1和电感L1一端接地。

3.根据权利要求2所述的数位式电磁笔，其特征在于，所述第一整流滤波单元包括电容C2、两个二极管D1、二极管D2和电容C3，电容C2一端连接于电感L1的非接地端，其中一个二极管D1正极与电容C2的另一端连接，负极与所述单晶片单元的输入端连接；另一个二极管D1负极与电容C2的另一端连接，正极与电容C1和电感L1的接地端连接；二极管D2和电容C3并联连接于电容C1和电感L1的接地端与所述单晶片单元的输入端之间，且二极管D2的正极连接电感电感L1的接地端，负极连接所述单晶片单元的输入端。

4.根据权利要求3所述的数位式电磁笔，其特征在于，所述第二整流滤波单元包括电容C4、两个二极管D3、电容C5和电阻R1，电容C4一端与电感L1和电容C1的非接地端连接，其中一个二极管D3正极与电容C4的另一端连接，负极与所述单晶片单元的输入端连接；另一个二极管D3负极与电容C4的另一端连接，正极接地；电容C5和电阻R1并联连接于接地的二极管D3的正极与所述单晶片单元的输入端之间。

5.根据权利要求4所述的数位式电磁笔，其特征在于，所述第二整流滤波单元还包括电阻R2，电容C5、电阻R1及二极管D3的负极通过电阻R2与所述单晶片单元的输入端连接。

6.根据权利要求4所述的数位式电磁笔，其特征在于，所述压力与按键侦测单元包括串联连接于所述单晶片单元与所述发射控制单元之间的固定电容C6和压力感应电容C7、以及并联连接于所述单晶片单元与所述发射控制单元之间的第一开关S1和第二开关S2，固定电容C6和压力感应电容C7之间的连接点通过导线与所述单晶片单元连接。

7.根据权利要求6所述的数位式电磁笔，其特征在于，所述发射控制单元包括场效应管Q1、二极管D4和电阻R3，场效应管Q1的源极分别与所述压力与按键侦测单元的输入端、电容C1和电感L1的接地端连接，其漏极与二极管D4的负极连接，其栅极与所述单晶片单元连接并通过电阻R3与源极和所述压力与按键侦测单元的输入端连接；二极管D4的正极与电容C1和电感L1的非接地端连接。

8.根据权利要求1所述的数位式电磁笔，其特征在于，所述单晶片单元上集成有ADC转换器、比较器和时间计数器，所述比较器用于将所述第二整流滤波单元输出的电压与比较电压做比较产生比较输出，唤醒所述单晶片单元，同时所述时间计数器归零，所述单晶片单元根据所述压力与按键侦测单元的检测结果控制所述发射控制单元的开启时长和关闭时长。

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