CN213934829U

CN213934829U - 主动式电容笔及电子终端

Info

Publication number: CN213934829U
Application number: CN202022525067.0U
Authority: CN
Inventors: 朱定炜
Original assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2030-11-04

Abstract

本实用新型实施例涉及电容触控技术领域，公开了一种主动式电容笔，包括：笔杆；第一电极，设置在所述笔杆的一端，且所述第一电极远离所述笔杆的末端作为主动式电容笔的笔尖；第二电极，设置在所述笔杆上、并在所述笔杆的轴向方向上与所述第一电极间隔设置；第三电极，设置在所述笔杆上、并在所述笔杆的轴向方向上位于所述第一电极和第二电极之间；切换电路，与所述第二电极以及所述第三电极相连，用于将所述第三电极电连接至所述第二电极、或断开所述第三电极与所述第二电极的电连接。本实用新型还提供一种具有该种主动式电容笔的电子终端，本实用新型提供的主动式电容笔及电子终端能够兼顾MPP和USI两种协议的触控操作。

Description

主动式电容笔及电子终端

技术领域

本实用新型实施例涉及电容触控技术领域，特别涉及一种主动式电容笔及电子终端。

背景技术

随着技术的发展，电容触控技术已经成为主流的移动设备触控技术，主动式电容笔和电容式触控屏的配套使用在平板电脑、手机、显示屏等电子产品中已经越来越常见，其大大提升了人们在日常会议、授课、讨论过程中使用选择、描点、绘画、书写等功能的效率和便捷性。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：当前主流的主动笔采用的协议主要有MPP(Microsoft Pen Protocol)协议、USI(Universal Stylus Initiative)协议以及Apple公司协议等，并且，目前只有MPP和USI两种协议能获取到共享的资源。由于各种协议有对应的编码方式、传输方式、笔尖结构以及平端设计要求，因此目前上面上的主动笔大都只支持一种协议，无法同时实现MPP和USI两种协议的触控操作。

实用新型内容

本实用新型实施方式的目的在于提供一种主动式电容笔及电子终端，其能够兼顾MPP和USI两种协议的触控操作。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种主动式电容笔，其适用于电容式触控屏，以与电容式触控屏交互通信，所述主动式电容笔包括：笔杆；第一电极，设置在所述笔杆的一端，所述第一电极用于向所述电容式触控屏发送信号，且所述第一电极远离所述笔杆的末端作为主动式电容笔的笔尖；第二电极，设置在所述笔杆上、并在所述笔杆的轴向方向上与所述第一电极间隔设置，所述第二电极用于接收来自所述电容式触控屏发射的信号以及向所述电容式触控屏发射信号；第三电极，设置在所述笔杆上、并在所述笔杆的轴向方向上位于所述第一电极和第二电极之间；切换电路，与所述第二电极以及所述第三电极相连，所述切换电路用于在第一工作状态下将所述第三电极电连接至所述第二电极、并在第二工作状态下断开所述第三电极与所述第二电极的电连接。

本实用新型的实施方式还提供了一种电子终端，包括：电容式触控屏；主动式电容笔，与所述电容式触控屏匹配使用，所述主动式电容笔为如前所述的主动式电容笔。

本实用新型实施方式在主动式电容笔同时设定三个电极，并且令第三电极在所述笔杆的轴向方向上位于所述第一电极和第二电极之间，如此以来：

a.当切换电路在第一工作状态下将所述第三电极电连接至所述第二电极时，位于笔杆前端的第一电极作为TIP电极、而第二电极和第三电极共同作为Ring电极，从而实现适配USI协议的触控笔，虽然第二电极与第一电极之间隔了一个第三电极，使得第二电极在触控笔使用状态下能够距离电容式触控屏较远，但与第二电极相连的第三电极变相降低了Ring电极的下缘高度，使得Ring电极在触控笔使用状态下的高度降低，同时也增大了Ring电极的面积，高度的降低和面积的增加可以避免Ring电极接收的上行信号量较小，解决电容笔用户大手掌而导致上行信号量不足的问题；

b.当切换电路在第二工作状态下断开所述第三电极和所述第二电极的连接时，位于笔杆前端的第一电极作为TIP电极、而第二电极单独作为Ring电极，实现适配MPP协议的触控笔，由于单独作为Ring电极的第二电极与第一电极之间隔了一个第三电极，使得第二电极在触控笔使用状态下能够距离电容式触控屏较远，避免单独作为Ring电极的第二电极的高度较低而导致角度测量准确性降低的问题；

如此以来，通过切换电路的不同工作状态即可使得主动式电容笔能够兼顾MPP和USI两种协议下的不同结构设计需求，兼顾MPP和USI两种协议的触控操作。

另外，所述切换电路还用于在第二状态下将所述第三电极接地。如此设置，可以在不需要利用第三电极协同第二电极接收信号的时候，降低其对第二电极造成的信号接收干扰。

另外，所述第二电极为设置在所述笔杆上并绕所述轴向方向围成环形的环形电极，所述第二电极的下缘与所述第一电极的末端在所述笔杆的轴向方向上的距离不小于5.8毫米。如此设计，在触控笔使用状态下，第二电极的下缘与电容式触控屏的距离保持在5.8毫米及以上，能够在不影响电容笔小型化设计的前提条件下，确保第二电极的高度不至于过低而保证足够的角度测量准确性。

另外，所述第三电极为设置在所述笔杆上并绕所述轴向方向围成环形的环形电极，所述第三电极的下缘与所述第一电极的末端在所述笔杆的轴向方向上的距离不大于3.7毫米。如此设计，在触控笔使用状态下，与Ring电极(第二电极和第三电极共同作为Ring电极)距离电容式触控屏保持在3.7毫米及以内，能够在满足电容笔小型化设计的同时，提升Ring电极接收的上行信号量足够大。

另外，所述第一电极在笔杆轴向方向上的长度为3.5毫米～3.7毫米。如此设置，可以进一步满足电容笔小型化设计并确保电容笔(以USI协议工作的模式下)的Ring电极接收的上行信号量足够大。

另外，所述第三电极在笔杆轴向方向上的长度为2.1毫米～2.4毫米。如此设置，可以不影响电容笔小型化设计并确保电容笔(以MPP协议工作的模式下)的Ring电极保证足够的角度测量准确性。

另外，所述第二电极在笔杆轴向方向上的长度为3.0毫米～6.4毫米。如此设置，可以不影响电容笔小型化设计，并通过增加第二电极的尺寸来进一步提升(以USI协议工作的模式下)Ring电极接收的上行信号量。

另外，所述第二电极在笔杆轴向方向上的长度为3.0毫米～3.5毫米。如此设置，可以确保(以USI协议工作的模式下)Ring电极接收的上行信号量，并进一步满足电容笔的小型化设计需求。

另外，所述切换电路包括光耦开关，所述光耦开关的输出端分别与所述第二电极以及所述第三电极电连接，所述切换电路通过所述光耦开关的导通、断开而在所述第一工作状态和所述第二工作状态之间切换。采用光耦开关实现第二电极和第三电极的导通和断开，使得光耦开关的输入端和第二电极的信号电路没有直接的电气连接，起到隔离干扰的作用。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本实用新型第一实施方式的主动式电容笔结构示意图；

图2是根据本实用新型第一实施方式的主动式电容笔的切换电路结构示意图；

图3是根据本实用新型第二实施方式的主动式电容笔结构示意图；

图4是根据本实用新型第二实施方式的主动式电容笔的切换电路结构示意图；

图5是根据本实用新型第三实施方式的电子终端的结构示意图；

图6是根据本实用新型第三实施方式的另一种电子终端的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种主动式电容笔，其适用于电容式触控屏，以与电容式触控屏交互通信，所述主动式电容笔包括：笔杆；第一电极，设置在所述笔杆的一端，所述第一电极用于向所述电容式触控屏发送信号，且所述第一电极远离所述笔杆的末端作为主动式电容笔的笔尖；第二电极，设置在所述笔杆上、并在所述笔杆的轴向方向上与所述第一电极间隔设置，所述第二电极用于接收来自所述电容式触控屏发射的信号以及向所述电容式触控屏发射信号；第三电极，设置在所述笔杆上、并在所述笔杆的轴向方向上位于所述第一电极和第二电极之间；切换电路，与所述第二电极以及所述第三电极相连，所述切换电路用于在第一工作状态下将所述第三电极电连接至所述第二电极、并在第二工作状态下断开所述第三电极与所述第二电极的电连接。

本实施方式的核心在于：在作为笔尖电极的第一电极和第二电极之间额外设置一个第三电极，从而使电容笔可以在切换电路的切换下分别适配USI协议和MPP协议：

当电容笔适配USI协议时，将第二电极和第三电极电连接而共同作为信号收发电极，从而，一方面利用距离第一电极更近的第三电极降低整个信号收发电极的下缘高度，另一方面增大了信号收发电极的面积，高度的降低和面积的增加可以避免信号收发电极接收的上行信号量较小，解决电容笔用户大手掌而导致上行信号量不足的问题；

当电容比适配MPP协议时，断开第二电极和第三电极、而第二电极单独作为一个信号发送电极，由于第二电极与第一电极之间隔了一个第三电极，使得第二电极在触控笔使用状态下能够距离电容式触控屏较远，避免第二电极的高度较低而导致角度测量准确性降低的问题。

下面对本实施方式的主动式电容笔的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

参见图1，本实用新型的第一实施方式提供的、适用于电容式触控屏(图未示)的主动式电容笔100，包括笔杆10，第一电极11、第二电极12、第三电极13以及切换电路14。

笔杆10作为主动式电容笔100的主体结构，用于承载主动式电容笔100的其他零部件。为了与其他电器元件电隔离，本实施方式中，笔杆10由绝缘材质制成，并为具有收容腔的中空结构，如此以来，该收容腔可以用来容置与第一电极11、第二电极12以及第三电极13电连接的控制器，进而控制主动式电容笔100与电容式触控屏进行信号收发，实现触控操作。当然可以理解的，在主动式电容笔100的外观设计要求不高时，该笔杆10也可以是实心结构，而在笔杆10的末端或外壁上可以额外设置控制器。

第一电极11设置在笔杆10的前端，以向电容式触控屏发送信号，第一电极11远离笔杆10的末端(下称末端)作为主动式电容笔100的笔尖(Tip)。本实施方式中，第一电极11为柱状电极，例如圆柱，如此以来，圆柱状的第一电极11的一端与笔杆10固定连接、另一端则远离笔杆10而作为主动式电容笔100的笔尖。需要说明的是，第一电极11的形状并不局限为圆柱状，在其他可实施方案中，第一电极11的形状也可以是顶点被设置为光滑曲面的椎体或锥台，如此以来，椎体或锥台状的第一电极11的底部尺寸较大而能与笔杆10牢固连接，而椎体或锥台状的第一电极11的顶部尺寸较小且圆滑，方便作为笔尖且不易刮花电容式触控屏。考虑到以上因素，第一电极11远离笔杆10的末端直径最好不小于1.72毫米，而本实施方式中，优选的，第一电极11远离笔杆10的末端直径为1.72毫米。

第二电极12设置在笔杆10上、并在笔杆10的轴向方向(笔杆10的长度方向，也即图1所述图面的竖直方向)上与第一电极11间隔设置，第二电极12用于接收来自电容式触控屏发射的信号。本实施方式中，第一电极11和第二电极12相互间隔并且远离对方，如此以来可以避免二者之间形成干扰。

第三电极13设置在笔杆10上、并在笔杆10的轴向方向上位于第一电极11和第二电极12之间。

切换电路14与第二电极12以及第三电极13相连，切换电路14在第一工作状态下将第三电极13电连接至第二电极12、并在第二工作状态下断开第三电极13与第二电极12的电连接。需要说明的是，切换电路14可以设置在中空的笔杆10之内，从而实现第二电极12与第三电极13之间的电气连接的通、断。具体的说，切换电路14可以选用连接在第二电极12和第三电极13之间的单刀开关、光耦开关等。

优选的，本实施方式中，切换电路14包括如图2所示的具有输入端、输出端、发光二极管D1、光电三极管140、MOS管141及MOS管142的光耦开关，光耦开关的输入端分别连接至发光二极管D1的正极和负极，用于控制发光二极管D1是否发光，MOS管141、142分别连接至输出端，光耦开关的输出端分别与第二电极12以及第三电极13电连接。

当发光二极管D1未被接通而不发光线时，光电三极管140截止，Vcc电源经由电阻R1直接将N沟道MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属氧化物半导体场效晶体管，下称MOS管)141、142的栅极电压拉高，此刻MOS管141、142导通，第二电极12与第三电极13相互电连接，切换电路14处于第一工作状态；当发光二极管D1被接通而发出光线时，光电三极管140导通，从而将N沟道MOS管141、142的栅极拉至低电压，此刻MOS管141、142截止，第二电极12与第三电极13之间的电连接被断开，切换电路14处于第二工作状态。如此以来，切换电路14通过光耦开关的导通、断开而在第一工作状态和第二工作状态之间切换。且光耦开关的输入端和第二电极12的信号电路没有直接的电气连接，起到隔离干扰的作用。

如前所述，本实用新型的第一实施方式在主动式电容笔100上同时设定三个电极，并且令第三电极13在笔杆10的轴向方向上位于第一电极11和第二电极12之间，如此以来：

a.当切换电路14在第一工作状态下将第三电极13电连接至第二电极12时，位于笔杆10前端的第一电极11作为TIP电极、而第二电极12和第三电极13共同作为信号收发电极，从而实现适配USI协议的触控笔，虽然第二电极12与第一电极11之间隔了一个第三电极13，使得第二电极12在触控笔使用状态下能够距离电容式触控屏较远，但与第二电极12相连的第三电极13变相降低了信号收发电极的下缘高度，使得信号收发电极在触控笔使用状态下的高度降低，同时也增大了信号收发电极的面积，高度的降低和面积的增加可以避免信号收发电极接收的上行信号量较小，解决电容笔用户大手掌而导致上行信号量不足的问题；

b.当切换电路14在第二工作状态下断开第三电极13和第二电极12的连接时，位于笔杆10前端的第一电极11作为发送信号的TIP电极、而第二电极12单独作为一个信号发送电极，实现适配MPP协议的触控笔，由于第二电极12与第一电极11之间隔了一个第三电极13，使得第二电极12在触控笔使用状态下能够距离电容式触控屏较远，避免第二电极12的高度较低而导致角度测量准确性降低的问题；

如此以来，通过切换电路14的不同工作状态即可使得主动式电容笔100能够兼顾MPP和USI两种协议下的不同结构设计需求，兼顾MPP和USI两种协议的触控操作。

优选的，本实施方式中，第二电极12可以为设置在笔杆10上并绕笔杆10的轴向方向围成环形的环形电极(下称Ring电极)。需要说明的是，电容笔适配MPP协议时，TIP电极和Ring电极都作为发射电极来发射信号、并利用比TIP电极的高度更高的第二电极12接收的数据来测量电容笔的倾斜角度，而第二电极12需要距离电容式触控屏较远(也即需要第二电极12的高度足够高)才能够提升倾斜角度的测量精度，因此，更进一步的，本实施方式中，第二电极12的下缘与第一电极11的末端在所述笔杆的轴向方向上的距离不小于5.8毫米。如此以来，电容笔在适配MPP协议的使用状态下，单独作为Ring电极的第二电极12的下缘与电容式触控屏的距离保持在5.8毫米及以上，能够在不影响电容笔小型化设计的前提(电容笔不至于过长)条件下，确保第二电极12的高度不至于过低，以此保证适配MPP协议时、根据第二电极12接收的数据能够获取准确度较高的角度测量数据。优选的，第二电极12在笔杆10的轴向方向上的长度L2为3.0毫米～6.4毫米，如此设置，可以不影响电容笔小型化设计，并通过增加第二电极12的尺寸来进一步提升(以USI协议工作的模式下)Ring电极接收的上行信号量。更优选的，第二电极12在笔杆10的轴向方向上的长度L2为3.0毫米～3.5毫米，如此设置，可以确保(以USI协议工作的模式下)Ring电极接收的上行信号量，并进一步满足电容笔的小型化设计需求。具体的，本实施方式中，第二电极12在笔杆10的轴向方向上的长度L2为3.0毫米。

相应的，本实施方式中，第三电极13也可以为设置在笔杆10上并绕笔杆10的轴向方向围成环形的环形电极，从而可在与环形的第二电极12相连后共同形成Ring电极。并且，考虑到电容笔在适配USI协议的使用状态下，为了保证共同作为Ring电极的第二电极12和第三电极13需要距离电容式触控屏较近而提升Ring电极接收的上行信号量，因此，优选的，第三电极13的下缘与第一电极11的末端在笔杆10的轴向方向上的距离D不大于3.7毫米。

由于第三电极13的下缘与第一电极11的末端在笔杆10的轴向方向上的距离D不大于3.7毫米，那么更进一步的，第一电极11在笔杆10轴向方向上的长度L1为3.5毫米～3.7毫米。如此设置，可以进一步满足电容笔小型化设计并确保电容笔(以USI协议工作的模式下)的Ring电极接收的上行信号量足够大。换个角度而言，当第一电极11在笔杆10轴向方向上的长度L1不足3.7毫米时，第三电极13与第一电极11在笔杆10轴向方向上是相互间隔设置的；而当第一电极11在笔杆10轴向方向上的长度L1为3.7毫米时，第三电极13与第一电极11在笔杆10轴向方向上是相邻设置的。具体的，本实施方式中，第一电极11在笔杆10的轴向方向上的长度L1为3.5毫米。

优选的，第三电极13在笔杆10的轴向方向上的长度L3为2.1毫米～2.4毫米，如此设置，可以不影响电容笔小型化设计并确保电容笔(以MPP协议工作的模式下)的Ring电极保证足够的角度测量准确性。具体的，本实施方式中，第三电极13在笔杆10的轴向方向上的长度L3为2.4毫米。

参见图3，本实用新型的第二实施方式提供了另一种主动式电容笔200，本实用新型的第二实施方式提供的主动式电容笔200与第一实施方式提供的主动式电容笔100的结构大体相同，主动式电容笔200同样包括笔杆10，第一电极11、第二电极12以及第三电极13切换电路14。与第一实施方式提供的主动式电容笔100不同的是，第二实施方式提供的主动式电容笔200的切换电路24在第二状态下断开第三电极13与第二电极12的电连接的同时，还将第三电极13接地。

具体的，本实施方式中，切换电路24包括如图4所示的光耦开关，光耦开关的输入端分别连接至发光二极管D1的正极和负极，用于控制发光二极管D1是否发光，光耦开关的输出端141、142分别与第二电极12以及第三电极13电连接，并且，MOS管142的漏极在连接第三电极13的同时、经由电阻R2接地。

当发光二极管D1未被接通而不发光线时，光电三极管140截止，Vcc电源经由电阻R1直接将MOS管141、142的栅极电压拉高，此刻MOS管141、142导通，第二电极12与第三电极13相互电连接，切换电路14处于第一工作状态；当发光二极管D1被接通而发出光线时，光电三极管140导通，从而将N沟道MOS管141、142的栅极拉至低电压，此刻MOS管141、142截止，第二电极12与第三电极13之间的电连接被断开，切换电路14处于第二工作状态，并且第三电极13经由电阻R2接地。如此以来，可以在不需要利用第三电极13协同第二电极12作为信号收发电极接收/发送信号的时候，降低第三电极13对第二电极12造成的信号接收干扰。

此外，参见图5及图6，本实用新型的第三实施方式还提供一种电子终端，电子终端包括电容式触控屏300以及如前所述的主动式电容笔100(图5所示)，或，电子终端包括电容式触控屏以及如前所述的主动式电容笔200(图6所示)，主动式电容笔100或200与所述电容式触控屏匹配300使用，通过切换电路14或24的不同工作状态即可使得主动式电容笔100或200能够兼顾MPP和USI两种协议下的不同结构设计需求，兼顾MPP和USI两种协议的触控操作。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围，这些改变都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种主动式电容笔，其特征在于，其适用于电容式触控屏，以与电容式触控屏交互通信，所述主动式电容笔包括：

笔杆；

第一电极，设置在所述笔杆的一端，所述第一电极用于向所述电容式触控屏发送信号，且所述第一电极远离所述笔杆的末端作为主动式电容笔的笔尖；

第二电极，设置在所述笔杆上、并在所述笔杆的轴向方向上与所述第一电极间隔设置，所述第二电极用于接收来自所述电容式触控屏发射的信号以及向所述电容式触控屏发射信号；

第三电极，设置在所述笔杆上、并在所述笔杆的轴向方向上位于所述第一电极和第二电极之间；

切换电路，与所述第二电极以及所述第三电极相连，所述切换电路用于在第一工作状态下将所述第三电极电连接至所述第二电极、并在第二工作状态下断开所述第三电极与所述第二电极的电连接。

2.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，所述切换电路还用于在第二状态下将所述第三电极接地。

3.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，所述第二电极为设置在所述笔杆上并绕所述轴向方向围成环形的环形电极，所述第二电极的下缘与所述第一电极的末端在所述笔杆的轴向方向上的距离不小于5.8毫米。

4.如权利要求3所述的主动式电容笔，其特征在于，所述第三电极为设置在所述笔杆上并绕所述轴向方向围成环形的环形电极，所述第三电极的下缘与所述第一电极的末端在所述笔杆的轴向方向上的距离不大于3.7毫米。

5.如权利要求4所述的主动式电容笔，其特征在于，所述第一电极在笔杆轴向方向上的长度为3.5毫米～3.7毫米。

6.如权利要求5所述的主动式电容笔，其特征在于，所述第三电极在笔杆轴向方向上的长度为2.1毫米～2.4毫米。

7.如权利要求3所述的主动式电容笔，其特征在于，所述第二电极在笔杆轴向方向上的长度为3.0毫米～6.4毫米。

8.如权利要求7所述的主动式电容笔，其特征在于，所述第二电极在笔杆轴向方向上的长度为3.0毫米～3.5毫米。

9.如权利要求1所述的主动式电容笔，其特征在于，所述切换电路包括光耦开关，所述光耦开关的输出端分别与所述第二电极以及所述第三电极电连接，所述切换电路通过所述光耦开关的导通、断开而在所述第一工作状态和所述第二工作状态之间切换。

10.一种电子终端，其特征在于，包括：

电容式触控屏；

主动式电容笔，与所述电容式触控屏匹配使用，所述主动式电容笔为如权利要求1～9中任意一项所述的主动式电容笔。