DE112019007828T5

DE112019007828T5 - Verfahren zum einstellen der resonanzfrequenz eines schwingkreises in einem elektronischen stift, elektronischer stift und verfahren zum herstellen eines elektronischen stifts

Info

Publication number: DE112019007828T5
Application number: DE112019007828.3T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Yamashita; Toshihiko Horie; Masamitsu Ito
Original assignee: Wacom Co Ltd
Current assignee: Wacom Co Ltd
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2022-07-07
Also published as: CN114450656A; US20230376133A1; WO2021117250A1; JPWO2021117250A1; US11762487B2; JP6741901B1; US20220283650A1

Abstract

[Aufgabe] Eine Referenzresonanzfrequenz wird optimal eingestellt.[Lösung] Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Einstellen der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, welcher in einem elektronischen Stift enthalten ist, verwendet ein Einstellmittel zum Einstellen der Kapazität eines internen Kondensatorfelds und ein Messmittel zum Messen eines Wechselmagnetfelds, welches durch den Schwingkreis erzeugt wird. Das Verfahren umfasst (1) einen Schritt S2 des Änderns des Zustands eines vorbestimmten Abschnitts von mehreren kapazitiven Elementen, welche das interne Kondensatorfeld bilden, und (2) einen Schritt S6 des Änderns, gemäß Referenzresonanzfrequenzvariationen des Schwingkreises vor und nach der Zustandsänderung, des Zustands eines anderen Abschnitts oder aller von mindestens einem kapazitiven Element, welches das innere Kondensatorfeld bildet, als des vorbestimmten Abschnitts der kapazitiven Elemente.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, welcher in einem elektronischen Stift enthalten ist, einen elektronischen Stift und ein Verfahren zum Herstellen des elektronischen Stifts.
Stand der Technik
Ein elektronischer Stift zur Verwendung durch Eingabesysteme auf der Grundlage des elektromagnetischen Resonanzverfahrens (EMR-Verfahrens) umfasst einen LC-Schwingkreis, welcher eine Spule, welche durch ein Magnetfeld erregt wird, welches aus einer Sensorspule einer Positionsdetektionsvorrichtung übertragen wird, und einen Kondensator umfasst, welcher parallel mit der Spule verbunden ist (man siehe z. B. Patentschrift 1 und 2). Wenn der Schwingkreis in das Magnetfeld eintritt, erzeugt die Spule eine induzierte elektromotorische Kraft, welche dem Schwingkreis ermöglicht, elektrische Leistung zu akkumulieren. Der elektronische Stift ist eingerichtet, um unter Verwendung der akkumulierten elektrischen Leistung Stiftinformationen zu übertragen, welche Schreibdruckinformationen und Seitenschalterinformationen umfassen.
Bekannte spezifische Verfahren zum Übertragen der Stiftinformationen umfassen ein Übertragungsverfahren der Stiftinformationen als digitale Informationen durch Ein- und Ausschalten der Lieferung von Signalen an den Schwingkreis gemäß dem Inhalt der Stiftinformationen und ein Übertragungsverfahren der Stiftinformationen in Bezug auf Resonanzfrequenzvariationen durch Ändern der Resonanzfrequenz des Schwingkreises gemäß dem Inhalt der Stiftinformationen. In der nachfolgenden Beschreibung werden die Resonanzfrequenz des Schwingkreises, welche im vorstehenden Verfahren verwendet wird, und die Resonanzfrequenz, welche als eine Referenz für Resonanzfrequenzvariationen in dem vorstehenden Verfahren dient, zusammen als eine „Referenzresonanzfrequenz“ bezeichnet.
Damit die Positionsdetektionsvorrichtung die Stiftinformationen korrekt empfängt, welche aus dem elektronischen Stift übertragen werden, ist es nötig, dass die Referenzresonanzfrequenz des Schwingkreises gleich einem vorbestimmten Normwert ist. Aufgrund von Herstellungsfehlern der Induktivität der Spule oder der Kapazität des Kondensators treten dort jedoch bei einer Herstellung des Schwingkreises unvermeidlich Variationen bei der Referenzresonanzfrequenz auf. Aus diesem Grund werden bei dem Herstellungsverfahren des elektronischen Stifts mehrere Kondensatoren parallel zueinander vorangeordnet, und nach einer Herstellung des Schwingkreises wird die Referenzresonanzfrequenz gemessen und gemäß dem Ergebnis der Messung werden durch einen Laser Leitungen durchtrennt, um einige der Kondensatoren von der Schaltung zu unterbrechen, um im Nachhinein zu erreichen, dass die Referenzresonanzfrequenz mit dem Normwert übereinstimmt. Ein derartiger elektronischer Stift, welcher ausgelegt ist, die Referenzresonanzfrequenz mit dem Normwert in Übereinstimmung zu bringen, ist in Patentschrift 1 offenbart.
Stand der Technik
Patentschriften

Patentschrift 1: Japanisches Patent Nr. 6320231
Patentschrift 2: PCT-Patentveröffentlichung Nr. WO2016/056299

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Zu dem Zweck, die Referenzresonanzfrequenz mit dem Normwert in Übereinstimmung zu bringen, wird angenommen, dass jeder der mehreren Kondensatoren, welche in dem Schwingkreis angeordnet sind, den Normkapazitätswert aufweist. Dies bedeutet, dass auf der Grundlage des Normkapazitätswerts von jedem der Kondensatoren die Referenzresonanzfrequenz, welche durch Durchtrennen einiger der Leitungen erhalten werden soll, berechnet wird, um dadurch die Kondensatoren auszuwählen, welche tatsächlich getrennt werden sollen.
Die Kapazitätswerte tatsächlicher Kondensatoren weisen jedoch Herstellungsfehler auf und können gleich dem Normwert sein oder nicht. Im Ergebnis kann eine Art des Auswählens der Kondensatoren, welche getrennt werden sollen, auf der Grundlage des Normwerts, wie obenstehend beschrieben, zu Ineffizienz führen, wie beispielsweise, wenn es beim Trennen von zu vielen Kondensatoren misslingt, die Referenzresonanzfrequenz sachgerecht einzustellen, oder wenn das Verfahren zum Auswählen der Kondensatoren und Durchtrennen ihrer Leitungen wiederholt durchgeführt werden muss.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Einstellen der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, welcher in einem elektronischen Stift enthalten ist, um die Referenzresonanzfrequenz in einer gewünschten Weise einzustellen; einen elektronischen Stift; und ein Verfahren zum Herstellen des elektronischen Stifts bereitzustellen.
Technische Lösung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen einer Resonanzfrequenz eines Schwingkreises bereitgestellt, welcher in einem elektronischen Stift enthalten ist. Der elektronische Stift umfasst eine Spule, einen externen Kondensator und eine integrierte Schaltung, welche ein internes Kondensatorfeld umfasst, welches mehrere kapazitive Elemente umfasst, welche parallel verbunden sind. Die Spule, der externe Kondensator und das interne Kondensatorfeld bilden den Schwingkreis. Das Verfahren umfasst (1) einen Zustandsänderungsschritt des Änderns eines Zustands eines vorbestimmten Abschnitts der mehreren kapazitiven Elemente, welche das interne Kondensatorfeld bilden, und (2) einen Einstellschritt des Änderns, gemäß Variationen in der Referenzresonanzfrequenz des Schwingkreises, welche aus der Änderung resultieren, eines Zustands eines anderen Abschnitts oder aller von mindestens einem kapazitiven Element, welches das interne Kondensatorfeld bildet, als des vorbestimmten Abschnitts der mehreren kapazitiven Elemente. Das Verfahren führt diese Schritte durch Verwendung eines Einstellmittels zum Einstellen der Kapazität des internen Kondensatorfelds und eines Messmittels zum Messen eines Wechselmagnetfelds aus, welches durch den Schwingkreis erzeugt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektronischer Stift bereitgestellt, welcher eine Spule, einen externen Kondensator und eine integrierte Schaltung umfasst, welche ein internes Kondensatorfeld umfasst, welches mehrere kapazitive Elemente umfasst, welche parallel verbunden sind. Das interne Kondensatorfeld umfasst eine Mischung aus einem Abschnitt der kapazitiven Elemente, deren Zustand durch einen vorbestimmten Prozess geändert wurde, und den verbleibenden kapazitiven Elementen, deren Zustand unverändert bleibt. Der elektronische Stift ist eingerichtet, um ein Signal unter Verwendung eines Schwingkreises zu übertragen, welcher die Spule, den externen Kondensator und die verbleibenden kapazitiven Elemente umfasst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen des obenstehend beschriebenen elektronischen Stifts unter Verwendung des obenstehend umrissenen Verfahrens bereitgestellt.
Vorteilhafte Wirkungen
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Referenzresonanzfrequenz unter Bezug auf eine abgeschätzte Variation der Kapazität von jedem der mehreren kapazitiven Elemente eingestellt. Dies ermöglicht, die Referenzresonanzfrequenz geeignet einzustellen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, welches eine äußere Erscheinung eines elektronischen Stifts 1 als eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Draufsicht, welche eine Struktur darstellt, welche in einem Gehäuse 2 angeordnet ist, welche in 1 illustriert ist.
3 ist ein Diagramm, welches eine Schaltungskonfiguration einer integrierten Schaltung 6 und des elektronischen Stifts 1 als die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Minimalkapazitätszelle C_MIN.
5A ist ein Diagramm, welches ein spezifisches Beispiel der Struktur eines Kondensatorfelds C_1ARRAY darstellt, und 5B ist eine Tabelle, welche ein Beispiel des Normwerts, eines Maximalwerts, eines Minimalwerts und eines Herstellungsfehlers der Kapazitätsvariation angibt (= |C₁-C₀|), welche durch Anlegen eines Potenzials Vc an jeden der Kondensatoren C_aTB und C_a1 bis C_a9 resultieren, welche in 5A dargestellt sind.
6A ist eine grafische Repräsentation, welche Relationen zwischen den Normwerten der Kapazitätsvariationen, welche durch Anlegen des Potenzials Vc an jeden Kondensator C_a resultieren, auf der einen Seite und tatsächlichen Kapazitätsvariationen, welche durch Anlegen des Potenzials Vc resultieren, auf der anderen Seite angibt, und 6B ist eine vergrößerte grafische Repräsentation von Relationen zwischen den Werten nahe dem Ursprung des Schaubilds in 6A.
7 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Prozess zum Einstellen der Referenzresonanzfrequenz eines ersten Schwingkreises darstellt, wobei der Prozess von einer externen Vorrichtung 30 durchgeführt wird.
8 ist ein Ablaufdiagramm, welches Details eines Referenzresonanzfrequenz-Einstellprozesses darstellt, welcher in Schritt S6 der 7 durchgeführt wird.
9 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Minimalkapazitätszelle C_MIN als ein alternatives Beispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Diagramm, welches eine Schaltungskonfiguration einer integrierten Schaltung 6 und eines elektronischen Stifts 1 als eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist ein Diagramm, welches eine Schaltungskonfiguration einer integrierten Schaltung 6 und eines elektronischen Stifts 1 als eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

DEATILLIERTE BESCHREIBUNG
Einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 ist ein Diagramm, welches eine äußere Erscheinung eines elektronischen Stifts 1 als eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 1 dargestellt, umfasst der elektronische Stift 1 ein zylindrisches Gehäuse 2, ein Stiftspitzenelement 3, welches an einem Ende des Gehäuses 2 in einer Längsrichtung angeordnet ist, und einen Betriebsschalter 4, welcher auf der Oberfläche des Gehäuses 2 angeordnet ist. Wenn er auf der Seitenfläche des Gehäuses 2 angeordnet ist, kann der Betriebsschalter 4 als ein Seitenschalter bezeichnet werden; wenn er an dem Ende des Gehäuses 2 angeordnet ist, kann der Betriebsschalter 4 ein Endschalter genannt werden.
Ein Benutzer, welcher den elektronischen Stift 1 verwendet, hält das Gehäuse 2 mit einer Hand und macht durch Bewegen des elektronischen Stifts 1 auf einer Berührungsfläche der Vorrichtung eine Eingabe an eine Positionsdetektionsvorrichtung (nicht illustriert) auf eine derartige Weise, dass das Stiftspitzenelement 3 im Kontakt mit der Berührungsfläche bleibt. Zum Eingabezeitpunkt kommunizieren der elektronische Stift 1 und die Positionsdetektionsvorrichtung durch das obenstehend beschriebene EMR-Verfahren miteinander. Der elektronische Stift 1 ist eingerichtet, um durch die Kommunikation Stiftinformationen zu übertragen, welche Schreibdruckinformationen, welche für den Druck (d. h. den Schreibdruck) bezeichnend sind, welcher auf das Stiftspitzenelement 3 ausgeübt wird, und Schalterinformationen umfassen, welche für einen Ein/Aus-Zustand des Betriebsschalters 4 bezeichnend sind. Wie später ausführlich diskutiert, ist der elektronische Stift 1 eingerichtet, um die Stiftinformationen in Bezug auf Resonanzfrequenzvariationen durch Variieren der Resonanzfrequenz des Schwingkreises gemäß dem Inhalt der Stiftinformationen zu übertragen.
2 ist eine Draufsicht, welche eine Struktur darstellt, welche in dem Gehäuse 2 angeordnet ist, welche in 1 illustriert ist. 2 umfasst eine externe Vorrichtung 30, welche verwendet wird, um die Referenzresonanzfrequenz des Schwingkreises in dem elektronischen Stift 1 einzustellen. 3 ist ein Diagramm, welches eine Schaltungskonfiguration des elektronischen Stifts 1 und eine integrierte Schaltung 6 darstellt.
Wie in 2 dargestellt, ist ein Substrat 5 in dem Gehäuse 2 angeordnet. Auf der oberen Seite des Substrats 5 sind eine integrierte Schaltung 6, ein Kondensator mit variabler Kapazität VC, Kondensatoren mit fester Kapazität C_B1 und C_B2 und mehrere Kontaktflächen 7 zusätzlich zu dem Betriebsschalter 4 angeordnet, welcher auch in 1 dargestellt ist. Eine Spule L ist zwischen dem Substrat 5 und dem Stiftspitzenelement 3 interponiert. Obwohl nicht dargestellt, sind diese Komponenten typischerweise durch Leitungen elektrisch miteinander verbunden, welche auf dem Substrat 5 angeordnet sind. Der Kondensator mit variabler Kapazität VC und die Kondensatoren mit fester Kapazität C_B1 und C_B2 sind externe Kondensatoren in dem Sinn, dass sie außerhalb der integrierten Schaltung 6 bereitgestellt sind.
Wie aus 3 verständlich ist, bilden der Kondensator mit variabler Kapazität VC und die Kondensatoren mit fester Kapazität C_B1 und C_B2 zusammen mit der Spule L einen Schwingkreis (LC-Schwingkreis) des elektronischen Stifts 1. Der Grund, dass die Kondensatoren mit fester Kapazität C_B1 und C_B2 bereitgestellt sind, ist, dass die Kapazität der Kondensatorfelder C_1ARRAY und C_2ARRAY (werden später diskutiert), welche in der integrierten Schaltung 6 angeordnet sind, als die Kapazität des Schwingkreises nicht ausreichend ist. Wenn die Kapazität der Kondensatorfelder C_1ARRAY und C_2ARRAY zukünftig ausreichend groß angelegt wird, können die Kondensatoren mit fester Kapazität C_B1 und C_B2 weggelassen werden.
Die externe Vorrichtung 30 umfasst eine Messvorrichtung 31 (ein Messmittel) zum Messen eines Wechselmagnetfelds, welches an der Stiftspitze des elektronischen Stifts 1 erzeugt wird (durch den Schwingkreis in dem elektronischen Stift 1), eine Einstellvorrichtung 32 (ein Einstellmittel) zum Einstellen der Kapazität der Kondensatorfelder C_1ARRAY und C_2ARRAY und eine Sonde 33, welche über die mehreren Kontaktflächen 7 mit der integrierten Schaltung 6 verbunden ist. Die externe Vorrichtung 30 ist zum Einstellen der Kapazität der Kondensatorfelder C_1ARRAY und C_2ARRAY während eines Teils des Herstellungsprozesses des elektronischen Stifts 1 an dem elektronischen Stift 1 befestigt und wird nach der Kapazitätseinstellung von dem elektronischen Stift 1 abgetrennt.
Typischerweise ist die Messvorrichtung 31 ein Tablet-Endgerät, welches eine Zentraleinheit (CPU), einen Speicher und einen Berührungssensor und eine Sensorsteuervorrichtung zum Detektieren der Position des elektronischen Stifts 1 umfasst. Das Wechselmagnetfeld wird wie folgt durch die Messvorrichtung 31 gemessen: Zuerst bewirkt die Messvorrichtung 31, dass ein vorbestimmter Strom durch den Berührungssensor fließt, wodurch ein Magnetfeld auf der oberen Seite des Berührungssensors erzeugt wird. Beim Eintritt in das Magnetfeld erzeugt die Spule L einen induzierten Strom, welcher bewirkt, dass der Schwingkreis in dem elektronischen Stift 1 schwingt. Dies erzeugt ein Wechselmagnetfeld, welches bewirkt, dass der Berührungssensor einen Strom erzeugt, welcher die Größenordnung des Wechselmagnetfelds widergibt. Die Messvorrichtung 31 misst diesen Strom, um das Wechselmagnetfeld zu messen. Wie später ausführlich diskutiert, gibt es zwei Schwingkreise (einen ersten und einen zweiten Schwingkreis, welche später beschrieben sind) mit verschiedenen Referenzresonanzfrequenzen, welche in einer sich gegenseitig ausschließenden Weise in dem elektronischen Stift 1 bereitgestellt sind. Einer der beiden Schwingkreise wird durch Betätigung des Betriebsschalters 4 ausgewählt, aktiv zu sein. Folglich wird zum Messzeitpunkt der Referenzresonanzfrequenz vorzugsweise der Betriebsschalter 4 danach betätigt, welcher der beiden Schwingkreise auf die Messung abzielt.
Die Messvorrichtung 31 ist weiterhin eingerichtet, um verschiedene Prozesse durchführen zu können, welche zum Konfigurieren des elektronischen Stifts 1 nötig sind, wobei die CPU relevante Programme zur Ausführung aus dem Speicher ausliest. Die Prozesse, welche folglich ausgeführt werden, umfassen einen, in welchem der aktuelle Wert der Referenzresonanzfrequenz des Schwingkreises in dem elektronischen Stift 1 in Bezug auf das Ergebnis von Messungen des Wechselmagnetfelds und in Bezug auf den erfassten aktuellen Wert und den Normwert erfasst wird, die Kapazität der Kondensatorfelder C_1ARRAY und C_2ARRAY über die Einstellvorrichtung 32 und die integrierte Schaltung 6 eingestellt wird, so dass die Referenzresonanzfrequenz des Schwingkreises in dem elektronischen Stift 1 dementsprechend eingestellt wird. Dieser Prozess wird später unter Bezugnahme auf 5A bis 8 ausführlich erklärt.
Die Einstellvorrichtung 32 umfasst elektronische Komponenten, welche in einer gedruckten Schaltungsplatine (PCA-Platine) enthalten sind, und ist über die Sonde 33 mit der integrierten Schaltung 6 verbunden. Die Einstellvorrichtung 32 stellt die Kapazität der Kondensatorfelder C_1ARRAY und C_2ARRAY durch Empfangen eines Befehls von der Messvorrichtung 31, welcher spezifische Einstellungsdetails (d. h. Kapazitätseinstellbefehle) umfasst, und durch Durchführen einer Schreiboperation in einem Kondensator-Bit-Bereich (ist später diskutiert) in der integrierten Schaltung 6 gemäß dem Befehl ein.
Wieder mit Blick auf das Innere des elektronischen Stifts 1, ist der Kondensator mit variabler Kapazität VC eingerichtet, um seine Kapazität gemäß dem Schreibdruck zu variieren, welcher auf das Stiftspitzenelement 3 ausgeübt wird. Die Kondensatoren mit fester Kapazität C_B1 und C_B2 sind jeweils parallel mit dem Kondensator mit variabler Kapazität VC verbunden, wodurch sie dazu dienen, auf der Entwurfsstufe die Referenzresonanzfrequenz des Schwingkreises in dem elektronischen Stift 1 einzustellen.
Die integrierte Schaltung 6 umfasst eine Steuerungsschaltung 10, welche einen Speicher 11, einen Schalter 12, zwei Kondensatorfelder C_1ARRAY und C_2ARRAY (interne Kondensatorfelder), Anschlüsse C1P, C1M, C2P und C2M, welche mit dem Schwingkreis verbunden sind, und verschiedene Pole zum Empfangen von Eingaben aus Spannungen, Strömen, Signalen und Befehlen von der externen Vorrichtung 30 (dem externen Einstellmittel) umfasst. Die verschiedenen Pole sind einzeln mit den mehreren Kontaktflächen 7 verbunden, welche in 2 dargestellt sind. Typischerweise umfassen die Pole einen Stromversorgungsanschluss VPP, welcher mit einem Potenzial VPP aus der externen Vorrichtung 30 versorgt wird; einen Stromversorgungsanschluss VDD, welcher mit einem Potenzial VDD (<VPP) aus der externen Vorrichtung 30 versorgt wird; einen Masseanschluss GND, welcher mit einem Massepotenzial GND (<VDD) aus der externen Vorrichtung 30 versorgt wird; einen Datenanschluss SDAT, welcher mit geeigneten Daten SDAT (Strom), welche Befehle umfassen, aus der externen Vorrichtung 30 versorgt wird; einen Taktanschluss SCLK, welcher mit einem Betriebstaktsignal SCLK aus der externen Vorrichtung 30 versorgt wird; und einen Reserveanschluss PIO. Der Reserveanschluss PIO kann entweder mit der externen Vorrichtung 30 oder mit einer anderen nicht dargestellten Vorrichtung verbunden sein. Es ist bevorzugt, dass die Anschlüsse (einschließlich der Pole), welche für die integrierte Schaltung 6 bereitgestellt sind, die Norm I²C für einen seriellen Bus einhalten.
Der Anschluss C1P ist außerhalb der integrierten Schaltung 6 gemeinsam mit einem Ende des Kondensators mit variabler Kapazität VC, mit einem Ende jedes der Kondensatoren mit fester Kapazität C_B1 und C_B2 und mit einem Ende der Spule L verbunden. Der Anschluss C2P ist mit dem Anschluss C1P außerhalb der integrierten Schaltung 6 kurzgeschlossen. Der Anschluss C1M ist außerhalb der integrierten Schaltung 6 gemeinsam mit dem anderen Ende des Kondensators mit variabler Kapazität VC, mit dem anderen Ende des Kondensators mit fester Kapazität C_B1, mit dem anderen Ende der Spule L und mit einem Ende des Betriebsschalters 4 verbunden. Der Anschluss C2M ist außerhalb der integrierten Schaltung 6 gemeinsam mit dem anderen Ende des Kondensators mit fester Kapazität C_B2 und mit dem anderen Ende des Betriebsschalters 4 verbunden.
Zu Erklärungszwecken wird angenommen, dass die Anschlüsse C1P und C1M geöffnet sind und dass die Anschlüsse C2P und C2M in der integrierten Schaltung 6 geöffnet sind. In einem Fall, in welchem der Betriebsschalter 4 ausgeschaltet ist, sind der Kondensator mit variabler Kapazität VC und der Kondensator mit fester Kapazität C_B1 parallel mit der Spule L verbunden. Ihre kombinierte Kapazität und die Spule L bilden einen Schwingkreis. In der nachfolgenden Beschreibung kann dieser Schwingkreis als der „erste Schwingkreis“ bezeichnet sein. Wird der Kondensator mit variabler Kapazität VC einbezogen, variiert die Resonanzfrequenz des ersten Schwingkreises mit dem Schreibdruck. Ein Verwenden des ersten Schwingkreises ermöglicht folglich, den Schreibdruck in Bezug auf Resonanzfrequenzvariationen zu übertragen.
Auf der anderen Seite sind in einem Fall, in welchem der Betriebsschalter 4 eingeschaltet ist, der Kondensator mit variabler Kapazität VC, der Kondensator mit fester Kapazität C_B1 und der Kondensator mit fester Kapazität C_B2 parallel mit der Spule L verbunden. In der nachfolgenden Beschreibung kann dieser Schwingkreis als der „zweite Schwingkreis“ bezeichnet sein. Wird der Kondensator mit variabler Kapazität VC einbezogen, variiert die Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzfrequenz mit dem Schreibdruck. Im Ergebnis ermöglicht auch ein Verwenden des zweiten Schwingkreises, den Schreibdruck in Bezug auf Resonanzfrequenzvariationen zu übertragen.
Da ferner der zweite Schwingkreis äquivalent zu dem ersten Schwingkreis ist, wobei der Kondensator mit fester Kapazität C_B2 hinzugefügt ist, ist der Bereich von Resonanzfrequenzvariationen, welche den Schreibdruck widergeben, zwischen dem ersten Schwingkreis und dem zweiten Schwingkreis verschieden. Folglich ist es möglich, eine Übertragung der Schalterinformationen in Bezug auf Resonanzfrequenzvariationen durch Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Schwingkreis in Abhängigkeit davon zu implementieren, ob der Betriebsschalter 4 ein- oder ausgeschaltet ist.
Das Kondensatorfeld C_1ARRAY umfasst mehrere kapazitive Elemente CD, welche jeweils einen Schalter S_a, einen Kondensator C_a und einen Schalter S_b umfassen, welche in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet sind, wobei die kapazitiven Elemente CD parallel zwischen den Anschlüssen C1P und C1M verbunden sind. Werden die Kondensatoren C_a parallel zwischen den Anschlüssen C1P und C1M verbunden, bildet das Kondensatorfeld C_1ARRAY einen Teil des ersten und des zweiten Schwingkreises.
Das Kondensatorfeld C_2ARRAY umfasst mehrere kapazitive Elemente CD, welche jeweils einen Schalter S_a, einen Kondensator C_a und einen Schalter S_b umfassen, welche in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet sind, wobei die kapazitiven Elemente CD parallel zwischen den Anschlüssen C2P und C2M verbunden sind. Werden die Kondensatoren C_a parallel zwischen den Anschlüssen C2P und C2M verbunden, bildet das Kondensatorfeld C_2ARRAY einen Teil des zweiten Schwingkreises.
Genauer betrachtet umfassen die Kondensatoren C_a, welche die Kondensatorfelder C_1ARRAY und C_2ARRAY bilden, jeweils einen oder mehrere von zahlreichen Kondensatoren einer vorbestimmten Kapazität (hier nachfolgend die „Minimalkapazitätszelle C_MIN“ genannt), welche parallel verbunden sind. Im Ergebnis ist der Kapazitätswert jedes Kondensators C_a ein ganzzahliges Vielfaches des Kapazitätswerts der Minimalkapazitätszelle C_MIN. Weil jede Minimalkapazitätszelle C_MIN auf dem gleichen Substrat durch den gleichen Prozess ausgebildet wird, kann vorausgesetzt werden, dass jede Minimalkapazitätszelle C_MIN die gleichen physikalischen Eigenschaften aufweist.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht der Minimalkapazitätszelle C_MIN. Wie in 4 dargestellt, ist die Minimalkapazitätszelle C_MIN mit einem Isolierfilm 21, einem Floating-Gate 22 und einer Gate-Elektrode 23 strukturiert, welche in dieser Reihenfolge auf einem Substrat 20 gestapelt sind. Diese Struktur ist ähnlich der eines Flash-Speichers mit Floating-Gates, außer dass der Source- und der Drain-Anschluss bereitgestellt sein können, jedoch nicht bereitgestellt sein müssen.
Das Substrat 20 umfasst einen n-leitenden Halbleiter, wie beispielsweise ein Silizium-Substrat, welches beispielsweise mit n-leitenden Fremdstoffen dotiert ist. Der Isolierfilm 21 ist beispielsweise unter Verwendung eines Isoliermaterials eingerichtet, wie beispielsweise Siliziumoxid oder Siliziumnitrid. Die Gate-Elektrode 23 ist beispielsweise unter Verwendung eines elektrisch leitenden Materials eingerichtet, wie beispielsweise eines leitenden Metalls.
Das Floating-Gate 22 umfasst einen n-leitenden Halbleiter, wie beispielsweise Polysilizium, welches beispielsweise mit n-leitenden Fremdstoffen dotiert ist. Es ist jedoch anzumerken, dass auf einer Stufe vor dem Einstellen der Resonanzfrequenz aufgrund von Verarmung (d. h. des Anfangszustands) noch elektrische Ladungen in das Floating-Gate 22 injiziert werden müssen. Wenn im Ergebnis Co die Kapazität der Minimalkapazitätszelle C_MIN vor dem Einstellen der Referenzresonanzfrequenz bezeichnet, dann wird Co durch die nachfolgende mathematische Gleichung (1) ausgedrückt, wobei Cox für die Kapazität des Isolierfilms 21 steht.
Gleichung 1 $C_{0} = C_{OX}$
Der Schalter S_a umfasst drei Anschlüsse: einen gemeinsamen Anschluss, welcher gemeinsam mit der Gate-Elektrode 23 von jeder von mindestens einer Minimalkapazitätszelle C_MIN verbunden ist, welche den entsprechenden Kondensator C_a bilden; einen ersten ausgewählten Anschluss, welcher mit dem Anschluss C1P oder C2P verbunden ist; und einen zweiten ausgewählten Anschluss, welcher mit dem Potenzial Vc versorgt wird. Ebenso umfasst der Schalter S_b drei Anschlüsse: einen gemeinsamen Anschluss, welcher gemeinsam mit dem Substrat 20 (d. h. was im Allgemeinen ein Back-Gate genannt wird) von mindestens einer Minimalkapazitätszelle C_MIN verbunden ist, welche den entsprechenden Kondensator C_a bilden; einen ersten ausgewählten Anschluss, welcher mit dem Anschluss C1M oder C2M verbunden ist; und einen zweiten ausgewählten Anschluss, welcher mit dem Massepotenzial GND versorgt wird. Bei dieser Ausführungsform, ist das Potenzial Vc höher als das Massepotenzial GND. Jeder der Schalter S_a und S_b weist den gemeinsamen Anschluss und den ersten ausgewählten Anschluss auf, welche im Anfangszustand miteinander verbunden sind.
Zurück zu 3 stellt die Steuerungsschaltung 10 die Kapazität der Kondensatorfelder C_1ARRAY und C_2ARRAY gemäß Befehlen von der externen Vorrichtung 30 ein. Gemäß den Befehlen von der externen Vorrichtung 30 ändert die Steuerungsschaltung 10 insbesondere den Zustand jedes der kapazitiven Elemente CD in dem Kondensatorfeld C_1ARRAY unter Verwendung eines Steuersignals BC1, um die Kapazität des Kondensatorfelds C_1ARRAY einzustellen. Dementsprechend stellt die Steuerungsschaltung 10 die Referenzresonanzfrequenzen des ersten und des zweiten Schwingkreises ein. Gemäß Befehlen von der externen Vorrichtung 30 ändert die Steuerungsschaltung 10 auch den Zustand jedes der kapazitiven Elemente CD in dem Kondensatorfeld C_2ARRAY unter Verwendung eines Steuersignals BC2, um die Kapazität des Kondensatorfelds C_2ARRAY einzustellen. Dementsprechend stellt die Steuerungsschaltung 10 die Referenzresonanzfrequenz des zweiten Schwingkreises ein. Die kapazitiven Elemente CD sind Einheiten eines Steuerungsziels, dessen Zustände durch die Steuerungsschaltung 10 variiert werden. Bei dieser Ausführungsform wird der Zustand jedes kapazitiven Elements CD durch Ändern der Kapazität von mindestens einer Minimalkapazitätszelle C_MIN variiert, welche das kapazitive Element CD von dem obenstehend beschriebenen Co (Anfangszustand) zu C₁ (dem geänderten Zustand) bilden, welcher später beschrieben ist. Der geänderte Zustand wird später ausführlich diskutiert.
In dem Speicher 11 der Steuerungsschaltung 10 ist ein Kondensator-Bit-Bereich bereitgestellt, welcher einen Wert speichert, welcher dafür bezeichnend ist, ob der Zustand jedes kapazitiven Elements CD geändert wurde oder nicht. Der Wert wird durch die externe Vorrichtung 30 unter Verwendung der obenstehend beschriebenen Daten SDAT in den Kondensator-Bit-Bereich geschrieben. Die Steuerungsschaltung 10 ist eingerichtet, um die Steuerungssignale BC1 und BC2 in Bezug auf die Werte zu erzeugen, welche in dem Kondensator-Bit-Bereich gespeichert sind, und die erzeugten Steuerungssignale BC1 und BC2 an die Kondensatorfelder C_1ARRAY und C_2ARRAY zu liefern.
Die Steuerungsschaltung 10 ist weiterhin eingerichtet, um die Funktion des Erzeugens des Potenzials Vc auf der Grundlage des Potenzials VPP oder VDD aufzuweisen, welches von der externen Vorrichtung 30 geliefert wird. Zu Beginn des Starts, die Referenzresonanzfrequenz zu verändern, beginnt die Steuerungsschaltung 10 das Potenzial Vc, welches wie obenstehend beschrieben erzeugt wird, an den zweiten ausgewählten Anschluss jedes Schalters S_a zu liefern und beginnt, das Massepotenzial GND zu liefern, welches aus der externen Vorrichtung 30 an den zweiten ausgewählten Anschluss jedes Schalters S_b gespeist wird.
Wenn die Referenzresonanzfrequenz geändert werden soll und wenn für eines der mehreren kapazitiven Elemente CD in dem Kondensatorfeld C_1ARRAY der Wert, welcher für eine Zustandsänderung bezeichnend ist, in dem Kondensator-Bit-Bereich gespeichert ist, erzeugt die Steuerungsschaltung 10 das Steuersignal BC1 zum Umschalten jedes der entsprechenden Schalter S_a und S_b auf den zweiten ausgewählten Anschluss und liefert das erzeugte Steuersignal BC1 an die entsprechenden Schalter S_a und S_b. Nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist, erzeugt die Steuerungsschaltung 10 das Steuersignal BC1 zum Umschalten jedes der entsprechenden Schalter S_a und S_b auf den ersten ausgewählten Anschluss und liefert das erzeugte Steuersignal BC1 an die entsprechenden Schalter S_a und S_b.
Wenn außerdem für eines der mehreren kapazitiven Elemente CD in dem Kondensatorfeld C_2ARRAY der Wert, welcher für eine Zustandsänderung bezeichnend ist, in dem Kondensator-Bit-Bereich gespeichert ist, erzeugt die Steuerungsschaltung 10 das Steuersignal BC2 zum Umschalten jedes der entsprechenden Schalter S_a und S_b auf den zweiten ausgewählten Anschluss und liefert das erzeugte Steuersignal BC2 an die entsprechenden Schalter S_a und S_b. Nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist, erzeugt die Steuerungsschaltung 10 das Steuersignal BC2 zum Umschalten jedes der entsprechenden Schalter S_a und S_b auf den ersten ausgewählten Anschluss und liefert das erzeugte Steuersignal BC2 an die entsprechenden Schalter S_a und S_b.
Wenn die Steuerungsschaltung 10 die Steuerungssignale BC1 und BC2 wie obenstehend beschrieben erzeugt und liefert, wird das Potenzial Vc über eine vorbestimmte Zeitspanne an die Kondensatoren C_a in dem kapazitiven Element CD angelegt, für welche der Wert, welcher für eine Zustandsänderung bezeichnend ist, in dem Kondensator-Bit-Bereich gespeichert ist.
Wieder unter Bezugnahme auf 4 werden die Elektronen in dem Substrat 20 von einem Abschnitt nahe der Grenze zu dem Isolierfilm 21 angezogen, während das Potenzial Vc angelegt ist. Einige von diesen Elektronen migrieren aufgrund des Tunneleffekts in das Floating-Gate 22. Die Elektronen, welche auf diese Weise in dem Floating-Gate 22 akkumuliert sind, verbleiben dort, auch nachdem ein Anlegen des Potenzials Vc beendet ist. Dies bedeutet, dass das Floating-Gate 22 mit den injizierten Elektronen verbleibt. Im Ergebnis wird eine Sperrschicht in dem Floating-Gate 22 ausgebildet. Wenn angenommen wird, dass C_D die Kapazität dieser Sperrschicht bezeichnet, wird die Kapazität der Minimalkapazitätszelle C_MIN nach C₁ geändert, wie durch die nachfolgende mathematische Gleichung (2) ausgedrückt. Dies ist wie die Zustandsänderung des kapazitiven Elements CD erzielt wird.
Gleichung 2 $C_{1} = \frac{C_{OX} \cdot C_{D}}{C_{OX} + C_{D}}$
Wie aus der mathematischen Gleichung (2) ersichtlich ist, entspricht der Wert C₁ einer Reihenschaltung zwischen der Kapazität Cox des Isolierfilms 21 auf der einen Seite und der Kapazität C_D der Sperrschicht auf der anderen Seite. Wohingegen die Kapazität C_D der Sperrschicht gemäß Änderungen der Breite der Sperrschicht variiert, bewirkt Injizieren von ausreichend Elektronen in das Floating-Gate 22, dass das Floating-Gate 22 vollständig verarmt wird, so dass die Kapazität C_D schließlich einen festen Wert annimmt. Es ist folglich bevorzugt, dass das Anlegen des Potenzials Vc fortgesetzt wird, bis das Floating-Gate 22 vollständig verarmt ist.
Wie obenstehend beschrieben, bildet das Kondensatorfeld C_1ARRAY einen Teil des ersten und des zweiten Schwingkreises. Folglich werden Elektronen in das Floating-Gate 22 von jeder von mindestens einer Minimalkapazitätszelle C_MIN injiziert, welche jeden Kondensator Ca in dem Kondensatorfeld C_1ARRAY ausbilden, so dass der Zustand jedes kapazitiven Elements CD einzeln aus dem obenstehend diskutierten Anfangszustand in den obenstehend beschriebenen geänderten Zustand umgeschaltet werden kann. Auf diese Weise werden die Referenzresonanzfrequenzen des ersten und des zweiten Schwingkreises geändert.
Das Kondensatorfeld C_2ARRAY bildet einen Teil des zweiten Schwingkreises, wie obenstehend diskutiert. Folglich werden Elektronen in das Floating-Gate 22 von jeder von mindestens einer Minimalkapazitätszelle C_MIN injiziert, welche jeden Kondensator Ca in dem Kondensatorfeld C_2ARRAY ausbilden, wie obenstehend beschrieben, so dass der Zustand jedes kapazitiven Elements CD einzeln aus dem obenstehend diskutierten Anfangszustand in den obenstehend beschriebenen geänderten Zustand umgeschaltet werden kann. Die Referenzresonanzfrequenz des zweiten Schwingkreises wird auch auf diese Weise geändert.
Andere Prozesse, welche durch die Steuerungsschaltung 10 durchgeführt werden, sind nachfolgend erklärt. Die Steuerungsschaltung 10 weist weiterhin die Funktion des Steuerns des Aktivierens und Deaktivierens des Betriebsschalters 4 als Reaktion auf Befehle auf, welche von der externen Vorrichtung 30 unter Verwendung der obenstehend beschriebenen Daten SDAT geliefert werden. In spezifischen Begriffen erklärt, ist der Schalter 12 zwischen dem Anschluss C1M und dem Anschluss C2M verbunden. Als Reaktion auf Empfangen eines Befehls, um den Betriebsschalter 4 zu deaktivieren, erzeugt die Steuerungsschaltung 10 ein Aktivierungssignal SSWEN, welches den Schalter 12 einschaltet und das erzeugte Signal an den Schalter 12 liefert. Dies bewirkt, dass die Anschlüsse C1M und C2M in der integrierten Schaltung 6 kurzgeschlossen werden, wodurch der Betriebsschalter 4 deaktiviert wird. Als Reaktion auf Empfangen eines Befehls, um den Betriebsschalter 4 zu aktivieren, erzeugt die Steuerungsschaltung 10 ein Aktivierungssignal SSWEN, welches den Schalter 12 ausschaltet und das erzeugte Signal an den Schalter 12 liefert. Dies bewirkt, dass die Anschlüsse C1M und C2M in der integrierten Schaltung 6 getrennt werden, wodurch der Betriebsschalter 4 aktiviert wird.
Ein freier Bereich in dem Speicher 11 ist ein Bereich, welcher Informationen speichert, welche eine Stiftkennung (ID) zum Unterscheiden des elektronischen Stifts 1 von anderen elektronischen Stiften umfassen. Die Informationen, welche in dem freien Bereich gespeichert werden sollen, werden auch durch die externe Vorrichtung 30 unter Verwendung der obenstehend beschriebenen Daten SDAT geschrieben. Der elektronische Stift 1 kann die Stift-ID, welche in dem freien Bereich in dem Speicher 11 gespeichert ist, an die Positionsdetektionsvorrichtung als einen Teil der Stiftinformationen übertragen. Dies ermöglicht, dass die Positionsdetektionsvorrichtung verschiedene Prozesse mit verschiedenen elektronischen Stiften 1 durchführt (z. B. einen Prozess zum Ändern der Zeichenfarbe für jeden elektronischen Stift 1).
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 5A bis 8 ein Prozess ausführlich erklärt, welcher durch die externe Vorrichtung 30 durchgeführt wird, um die Referenzresonanzfrequenzen des ersten und des zweiten Schwingkreises einzustellen. Was folgt ist eine Erklärung eines Falls, in welchem die Referenzresonanzfrequenz des ersten Schwingkreises durch Einstellung des Kapazitätswerts des Kondensatorfelds C_1ARRAY eingestellt wird.
5A ist ein Diagramm, welches ein spezifisches Beispiel der Struktur des Kondensatorfelds C_1ARRAY darstellt. Das in 5A dargestellte Kondensatorfeld C_1ARRAY umfasst 10 Kondensatoren C_aTB und C_a1 bis C_a9 als die Kondensatoren C_a. 5A stellt nur diesen Abschnitt des elektronischen Stifts 1 in 3 dar, welcher das Kondensatorfeld C_1ARRAY betrifft, und die tatsächliche Struktur des Felds ist, wie in 3 illustriert.
5B ist eine Tabelle, welche ein Beispiel des Normwerts, eines Maximalwerts, eines Minimalwerts und eines Herstellungsfehlers der Kapazitätsvariation angibt (= |C₁-C₀|), welche durch Anlegen des Potenzials Vc an jeden der Kondensatoren C_aTB und C_a1 bis C_a9 resultieren. In dem Beispiel der 5B ist der Normwert der Kapazitätsvariation in der obenstehend beschriebenen Minimalkapazitätszelle C_MIN auf 0,5 pF eingestellt. Es folgt, dass die Normwerte der Kapazitätsvariationen in den Kondensatoren C_aTB und C_a1 bis C_a9 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches von 0,5 pF sind. Die Kapazitätsvariationen der Kondensatoren C_aTB und C_a1 bis C_a9 sind so eingestellt, dass sie voneinander verschieden sind.
Insbesondere ist, wie in 5B gezeigt, der Normwert in der Kapazitätsvariation in dem Kondensator C_a(9-k) (k ist eine ganze Zahl von 0 bis 8) durch Multiplizieren des Normwerts von 0,5 pF der Kapazitätsvariation in der Minimalkapazitätszelle C_MIN mit ungefähr 2 hoch k eingestellt. Dies dient dazu, die Kapazität des Kondensatorfelds C_1ARRAY über den breitesten möglichen Bereich und auf die effizienteste mögliche Weise einzustellen. Auf der anderen Seite ist der Normwert der Kapazitätsvariation in dem Kondensator C_aTB auf einen Zwischenwert zwischen dem maximalen und dem minimalen Wert der Kapazitätsvariationen in den Kondensatoren C_a1 bis C_a9 (z. B. auf10 pF) eingestellt. Wie nachfolgend ausführlicher erklärt ist, wird der Kondensator C_aTB verwendet, um die Herstellungsfehler abzuschätzen, welche in den Kapazitätsvariationen in den Kondensatoren C_a1 bis C_a9 auftreten können. Einstellen des Normwerts des Kondensators C_aTB auf den obenstehenden Wert hilft, die Genauigkeit der Abschätzung zu verbessern.
6A ist eine grafische Repräsentation, welche Relationen zwischen den Normwerten der Kapazitätsvariationen, welche durch Anlegen des Potenzials Vc an jeden Kondensator C_a resultieren, auf der einen Seite und tatsächlichen Kapazitätsvariationen, welche durch Anlegen des Potenzials Vc resultieren, auf der anderen Seite angibt. 6B ist eine vergrößerte grafische Repräsentation von Relationen zwischen den Werten nahe dem Ursprung des Schaubilds in 6A. Wie obenstehend beschrieben, umfassen die Kondensatoren C_aTB und C_a1 bis C_a9 jeweils mindestens eine Minimalkapazitätszelle C_MIN, welche auf dem gleichem Substrat 20 durch den gleichen Prozess ausgebildet ist. Im Ergebnis ist der Herstellungsfehler, welcher in jedem der Kondensatoren C_aTB und C_a1 bis C_a9 auftritt, im Wesentlichen gleich. Wenn beispielsweise ein Herstellungsfehler von + 15 % in dem Kondensator C_aTB auftritt, dann wird angenommen, dass der Herstellungsfehler von + 15 % in jedem der Kondensatoren C_a1 bis C_a9 auftritt. Wenn ein Herstellungsfehler von -15 % in dem Kondensator C_aTB auftritt, wird ebenso angenommen, dass der Herstellungsfehler von -15 % in jedem der Kondensatoren C_a1 bis C_a9 auftritt. Folglich, wie in 6A und 6B angegeben, sind die Relationen zwischen den Normwerten der Kapazitätsvariationen, welche durch Anlegen des Potenzials Vc an jeden Kondensator C_a resultieren, auf der einen Seite und tatsächlichen Kapazitätsvariationen, welche durch Anlegen des Potenzials Vc resultieren, auf der anderen Seite auf einer geraden Linie mit einem Gradienten aufgetragen, welcher die Größenordnung des beteiligten Herstellungsfehlers widergibt. In der folgenden Beschreibung ist dieser Gradient der geraden Linie als der „Kapazitätsänderungsgradient“ bezeichnet.
Die externe Vorrichtung 30 schätzt die Kapazitätsvariationen in den Kondensatoren C_a1 bis C_a9 mit hoher Genauigkeit ab, indem sie die obenstehend beschriebenen Eigenschaften der Kondensatoren C_aTB und C_a1 bis C_a9 verwendet. Die so abgeschätzten Kapazitätsvariationen werden als eine Referenz zum Einstellen der Referenzresonanzfrequenz des ersten Schwingkreises verwendet. Ein Prozess, welcher von der externen Vorrichtung 30 durchgeführt wird, wird nachfolgend mit spezifischen Begriffen unter Bezugnahme auf die begleitenden Prozessablaufdiagramme erklärt.
7 ist ein Ablaufdiagramm, welches den Prozess zum Einstellen der Referenzresonanzfrequenz des ersten Schwingkreises darstellt, wobei der Prozess von einer externen Vorrichtung 30 durchgeführt wird. Dieser Prozess wird als ein Teil des Prozesses zum Herstellen des elektronischen Stifts 1 ausgeführt. In der nachfolgenden Beschreibung kann das kapazitive Element CD, welches den Kondensator C_aTB umfasst, als ein „Prüf-Bit“ bezeichnet sein, und können mehrere kapazitive Elemente CD, welche jeweils die Kondensatoren C_a1 bis C_a9 umfassen, als „Einstell-Bits“ bezeichnet sein.
Wie in 7 dargestellt, misst die externe Vorrichtung 30 zuerst die Referenzresonanzfrequenz des ersten Schwingkreises (Schritt S1; ein erster Messschritt). Die externe Vorrichtung 30 schreibt dann in den obenstehend beschriebenen Kondensator-Bit-Bereich in einer Weise, welche bewirkt, dass die Steuerungsschaltung 10 einen vorbestimmten Prozess durchführt, welcher den Zustand (Schritt S2; Zustandsänderungsschritt) des Prüf-Bits ändert (welches ein vorbestimmtes kapazitives Element CD unter den kapazitiven Elementen ist). Bei dieser Ausführungsform bezieht der vorbestimmte Prozess der Steuerungsschaltung 10 ein Injizieren von Elektronen in das Floating-Gate 22 (man siehe 4) der Kondensatoren C_a, welche in dem kapazitiven Element CD enthalten sind, durch Anlegen des Potenzials Vc ein, den Kapazitätswert der Kondensatoren C_a zu ändern. Die Steuerungsschaltung 10 misst die Referenzresonanzfrequenz des ersten Schwingkreises erneut (Schritt S3; ein zweiter Messschritt). Unter Verweis auf die in Schritt S1 und S3 gemessenen Referenzresonanzfrequenzen (d. h. Referenzresonanzfrequenzen vor und nach der Prüf-Bit-Zustandsänderung) schätzt die Steuerungsschaltung 10 eine tatsächliche Kapazitätsvariation in dem Prüf-Bit ab (Schritt S4; ein erster Abschätzschritt). Insbesondere wird eine tatsächliche Kapazitätsvariation C_aTBr in dem Prüf-Bit unter Verwendung der nachfolgenden mathematischen Gleichung (3) berechnet. In der Gleichung (3) steht L für die Induktivität der in 3 dargestellten Spule L; bezeichnet f₁ die in Schritt S1 gemessene Referenzresonanzfrequenz und repräsentiert f₂ die in Schritt S3 gemessene Referenzresonanzfrequenz.
Gleichung 3 $C_{aTBr} = \frac{1}{4 π^{2} L} (\frac{1}{f_{1}^{2}} - \frac{1}{f_{2}^{2}})$
Unter Verweis auf die geschätzte Kapazitätsvariation in dem Prüf-Bit und den Normwert der Kapazitätsvariation in dem Prüf-Bit, berechnet die externe Vorrichtung 30 dann den Kapazitätsänderungsgradienten, welcher obenstehend unter Bezugnahme auf 6A und 6B erklärt ist (d. h. den Herstellungsfehler, welcher dem Prüf-Bit und den mehreren Einstell-Bits gemeinsam ist). Wenn beispielsweise die geschätzte Kapazitätsvariation in dem Prüf-Bit 15 % größer als der Normwert der Kapazitätsvariation in dem Prüf-Bit ist, wird der Kapazitätsänderungsgradient von 1,15 berechnet. Unter Verweis auf den so berechneten Kapazitätsänderungsgradienten, schätzt die externe Vorrichtung 30 eine tatsächliche Kapazitätsvariation in jedem Einstell-Bit ab (Schritt S5; zweiter Abschätzschritt). Wenn beispielsweise der berechnete Kapazitätsänderungsgradient 1,15 ist, dann wird die tatsächliche Kapazitätsvariation in dem kapazitiven Element (man siehe 5B), welches den Kondensator C_a3 umfasst, dessen Normwert der Kapazitätsvariation 30 pF ist, von 30 × 1,15 = 34,5 pF berechnet. Unter Verweis auf die tatsächliche Kapazitätsvariation in jedem Einstell-Bit, welche in Schritt S6 abgeschätzt wurde, führt die externe Vorrichtung 30 danach einen Referenzresonanzfrequenz-Einstellprozess zum Einstellen der Referenzresonanzfrequenz des ersten Schwingkreises durch (Schritt S6; Einstellschritt).
8 ist ein Ablaufdiagramm, welches Details des Referenzresonanzfrequenz-Einstellprozesses darstellt, welcher in Schritt S6 der 7 durchgeführt wird. In diesem Prozess wählt in einem Fall, in welchem die Differenz zwischen den Referenzresonanzfrequenzen vor und nach der Prüf-Bit-Zustandsänderung relativ groß ist, die externe Vorrichtung 30 mindestens ein kapazitives Element CD, dessen Zustand geändert werden soll, auf eine derartige Weise aus, dass die Summe der Normwerte der Kapazitätsvariationen in derartigen kapazitiven Elementen CD, deren Zustand geändert werden soll, kleiner ist als in dem Fall, in welchem die Differenz relativ klein ist, und ändert den Zustand des ausgewählten mindestens einen kapazitiven Elements CD (ein Teil oder alle der Einstell-Bits). Wie in 8 in spezifischen Begriffen erklärt angegeben, bestimmt die externe Vorrichtung 30 zuerst, ob die ganz zuletzt gemessene Referenzresonanzfrequenz in einen Einstellzielbereich fällt oder nicht (Schritt S10). Der Einstellzielbereich ist ein Bereich von Referenzresonanzfrequenzwerten, welche zur normalen Kommunikation mit der Positionsdetektionsvorrichtung nötig sind, wobei der Bereich durch Normen für elektronische Stifte definiert ist. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S10 positiv ist, sendet die externe Vorrichtung 30 ein Einstellung-OK zurück und terminiert den Prozess.
Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S10 negativ ist, bestimmt die externe Vorrichtung 30, ob die Referenzresonanzfrequenz innerhalb des Einstellzielbereichs anpassbar ist oder nicht (Schritt S11). Unter Verwendung der Kapazitätsvariationen in den Einstell-Bits, welche in Schritt S6 abgeschätzt wurden, schätzt die externe Vorrichtung 30 insbesondere die Referenzresonanzfrequenz ab, welche durch Anlegen des Potenzials Vc an alle Einstell-Bits erhalten werden soll. Wenn ein Teil des Einstellzielbereichs zwischen die Referenzresonanzfrequenz, welche in Schritt S3 gemessen wurde, und die geschätzte Referenzresonanzfrequenz fällt, wird die Referenzresonanzfrequenz als anpassbar bestimmt. Wenn nicht, wird die Referenzresonanzfrequenz als nicht anpassbar bestimmt. Wenn das Ergebnis der Bestimmung ist, dass die Referenzresonanzfrequenz nicht anpassbar ist, sendet die externe Vorrichtung 30 ein Einstellung-NG zurück und terminiert den Prozess. In diesem Fall wird der bearbeitete elektronische Stift 1 als ein fehlerhaftes Produkt angesehen und muss verworfen werden.
Bei Bestimmen in Schritt S11, dass die Referenzresonanzfrequenz anpassbar ist, wählt die externe Vorrichtung 30 die Einstell-Bits, deren Zustand für eine grobe Einstellung geändert werden soll, unter Verweis auf die Kapazitätsvariation in jedem Einstell-Bit (die in Schritt S6 abgeschätzten Werte) und auf die Differenz zwischen der ganz zuletzt gemessenen Referenzresonanzfrequenz auf der einen Seite und dem Einstellziel (z. B. dem nächsten Wert an der zuletzt gemessenen Referenzresonanzfrequenz unter den Werten innerhalb des Einstellzielbereichs) auf der anderen Seite aus (Schritt S12). Wenn beispielsweise die auszuwählenden Einstell-Bits nur solche sind, in welchen die kapazitive Variation relativ groß ist (z. B. vier kapazitive Elemente CD, welche jeweils die Kondensatoren C_a1 bis C_a4 umfassen), werden die Einstell-Bits auf eine derartige Weise ausgewählt, dass die Referenzresonanzfrequenz so nah wie möglich an das Einstellziel kommt, ohne höher als diese zu werden.
Die externe Vorrichtung 30 bestimmt dann, ob mindestens ein Einstell-Bit, dessen Zustand geändert werden soll, in Schritt S12 ausgewählt wurde oder nicht (Schritt S13). Wenn bestimmt wird, dass mindestens ein Einstell-Bit ausgewählt wurde, bewirkt die externe Vorrichtung 30, dass die Steuerungsschaltung 10 den obenstehend beschriebenen vorbestimmten Prozess durch Durchführen einer Schreiboperation an den obenstehend diskutierten Kondensator-Bit-Bereich durchführt, wodurch der Zustand der ausgewählten Einstell-Bits geändert wird (Schritt S14). Die externe Vorrichtung 30 fährt fort, um die Referenzresonanzfrequenz des ersten Schwingkreises erneut zu messen (Schritt S15).
Am Ende von Schritt S15 oder bei Bestimmung in Schritt S13, dass kein Einstell-Bit ausgewählt wurde, wählt die externe Vorrichtung 30 die Einstell-Bits, deren Zustand für eine feine Einstellung geändert werden soll, unter Verweis auf die Kapazitätsvariation in jedem Einstell-Bit (den in Schritt S6 gemessen Wert) und auf die Differenz zwischen der ganz zuletzt gemessenen Referenzresonanzfrequenz und dem Einstellziel aus (Schritt S16). Wenn beispielsweise die auszuwählenden Einstell-Bits nur solche sind, deren kapazitive Variation relativ klein ist (z. B. fünf kapazitive Elemente CD, welche jeweils die Kondensatoren C_a5 bis C_a9 umfassen), werden die Einstell-Bits auf eine derartige Weise ausgewählt, dass die Referenzresonanzfrequenz so nah wie möglich an das Einstellziel kommt. Der Grund, warum die grobe Einstellung der Schritte S12 bis S14 und die feine Einstellung der Schritte S16 bis S18 getrennt voneinander durchgeführt werden, ist, dass es schwierig ist, die Referenzresonanzfrequenz, welche im Ergebnis einer Änderung des Zustands eines kapazitiven Elements erhalten wird, genau vorherzusagen, bevor die Änderung tatsächlich implementiert wird.
Die externe Vorrichtung 30 bestimmt dann, ob mindestens ein Einstell-Bit, dessen Zustand geändert werden soll, in Schritt S16 ausgewählt wurde oder nicht (Schritt S17). Bei Bestimmung, dass mindestens ein Einstell-Bit ausgewählt wurde, bewirkt die externe Vorrichtung 30, dass die Steuerungsschaltung 10 den obenstehend beschriebenen vorbestimmten Prozess durch Durchführen einer Schreiboperation an den obenstehend diskutierten Kondensator-Bit-Bereich durchführt, wodurch der Zustand der ausgewählten Einstell-Bits geändert wird (Schritt S18). Die externe Vorrichtung 30 fährt fort, um die Referenzresonanzfrequenz des ersten Schwingkreises erneut zu messen (Schritt S19).
Am Ende von Schritt S19 oder bei Bestimmung in Schritt S17, dass kein Einstell-Bit ausgewählt wurde, bringt die externe Vorrichtung 30 die Steuerung zu Schritt S10 zurück. Dies bewirkt, dass die nachfolgenden Schritte wiederholt werden. Schließlich, entweder mit dem Einstellung-OK oder mit dem Einstellung-NG als zurückgegebenem Ergebnis, wird der Prozess terminiert.
Bis jetzt wurde der Fall erklärt, in welchem die Referenzresonanzfrequenz des ersten Schwingkreises durch Einstellen des Kapazitätswerts des Kondensatorfelds C_1ARRAY eingestellt wird. Eine ähnliche Erklärung gilt in dem Fall, in welchem, nachdem eine Einstellung der Referenzresonanzfrequenz des ersten Schwingkreises abgeschlossen ist, die Referenzresonanzfrequenz des zweiten Schwingkreises durch Einstellung des Kapazitätswerts des Kondensatorfelds C_2ARRAY eingestellt wird. In diesem Fall gibt es jedoch keine Notwendigkeit, die Schritte S1 bis S5 in 7 zu wiederholen, weil die mehreren Minimalkapazitätszellen C_MIN, welche das Kondensatorfeld C_2ARRAY bilden, und jene, welche das Kondensatorfeld C_1ARRAY bilden, auf dem gleichen Substrat durch den gleichen Prozess ausgebildet wurden. Der in 8 dargestellte Referenzresonanzfrequenz-Einstellprozess muss nur an jedem kapazitiven Element CD in dem Kondensatorfeld C_2ARRAY ausgeführt werden, indem der Kapazitätsänderungsgradient verwendet wird, welcher in Schritt S5 der 7 zum Zeitpunkt des Einstellens der Referenzresonanzfrequenz des ersten Schwingkreises berechnet wurde. Es gibt auch keine Notwendigkeit, das Prüf-Bit in dem Kondensatorfeld C_2ARRAY bereitzustellen. Natürlich können abgesehen von einer Einstellung der Referenzresonanzfrequenz des ersten Schwingkreises die Schritte S1 bis S5 in 7 zum Einstellen der Referenzresonanzfrequenz des zweiten Schwingkreises mit dem Prüf-Bit ausgeführt werden, welches in dem Kondensatorfeld C_2ARRAY bereitgestellt ist.
Wie gemäß dem Verfahren zum Herstellen des elektronischen Stifts 1 dieser Ausführungsform obenstehend beschrieben, wenn jedes kapazitive Element CD unter Verwendung der Kondensatoren C_a mit den Floating-Gates eingerichtet werden soll, kann die Referenzresonanzfrequenz eingestellt werden, nachdem die Kapazitätsvariation in jedem der mehreren Einstell-Bits unter Verwendung des Prüf-Bits abgeschätzt wurde. Dies ermöglicht, die Referenzresonanzfrequenzen des ersten und des zweiten Schwingkreises geeignet einzustellen.
Außerdem umfassen gemäß der integrierten Schaltung 6 dieser Ausführungsform die mehreren kapazitiven Elemente CD, welche die Kondensatorfelder C_1ARRAY und C_2ARRAY bilden, ein kapazitives Element CD für Prüfzwecke, welches auf der Herstellungsstufe notwendigerweise in den geänderten Zustand umgeschaltet wird. Dies ermöglicht, die Kapazitätsvariation in jedem der mehreren Einstell-Bits abzuschätzen.
Für diese Ausführungsform wird ein Beispiel erklärt, in welchem das Floating-Gate 22 einen n-leitenden Halbleiter umfasst. Ersatzweise kann das Floating-Gate 22 unter Verwendung eines p-leitenden Halbleiters eingerichtet sein, wie beispielsweise Polysilizium dotiert mit p-leitenden Fremdstoffen. Dieser alternative Fall ist nachfolgend unter Bezugnahme auf 9 erklärt.
9 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Minimalkapazitätszelle C_MIN als ein alternatives Beispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Beispiel in 9 ist von dem Beispiel in 4 dadurch verschieden, dass das Substrat 20 ein Silizium-Substrat (einen p-leitenden Halbleiter) dotiert mit p-leitenden Fremdstoffen umfasst, dass das Floating-Gate 22 Polysilizium (einen p-leitenden Halbleiter) dotiert mit p-leitenden Fremdstoffen umfasst, und dass das Potenzial Vc niedriger ist als das Massepotenzial GND
In einem Fall, in welchem das Potenzial Vc über eine vorbestimmte Zeitspanne an die Minimalkapazitätszelle C_MIN in dem Beispiel der 9 in der obenstehend diskutierten Weise angelegt wird, werden Löcher (positive Löcher) in dem Substrat 20 von einem Abschnitt nahe der Grenze zu dem Isolierfilm 21 angezogen. Einige von den Löchern migrieren aufgrund des Tunneleffekts in das Floating-Gate 22. Die Löcher, welche in dem Floating-Gate 22 akkumuliert sind, verbleiben dort, auch nachdem ein Anlegen des Potenzials Vc beendet ist. Dies bedeutet, dass das Floating-Gate 22 verarmt ist. Dies ermöglicht, dass die Steuerungsschaltung 10 die Kapazität der Minimalkapazitätszelle C_MIN wie in dem Fall der Minimalkapazitätszelle C_MIN in dem Beispiel der 4 ändert. Auch in diesem Fall bezieht der obenstehend beschriebene vorbestimmte Prozess Injizieren von Elektronen in das Floating-Gate 22 der Kondensatoren C_a, welche in dem kapazitiven Element CD enthalten sind, durch Anlegen des Potenzials Vc ein, um den Kapazitätswert der Kondensatoren C_a zu ändern. In dem Beispiel der 9 ist es auch bevorzugt, dass das Potenzial Vc kontinuierlich angelegt ist, bis das Floating-Gate 22 vollständig verarmt ist, um die Kapazität der Sperrschicht zu stabilisieren.
Es ist auch möglich, die Minimalkapazitätszelle C_MIN nicht unter Verwendung des Flash-Speichers mit Floating-Gates, sondern unter Verwendung einer Struktur ähnlich des Flash-Speichers mit Ladungseinfang einzurichten. In diesem Fall würde der obenstehend beschriebene vorbestimmte Prozess Injizieren von Elektronen in einen Ladungseinfangisolierfilm der Kondensatoren, welche in dem kapazitiven Element CD enthalten sind, durch Anlegen eines vorbestimmten Potenzials einbeziehen, um die Kapazitätswerte der Kondensatoren zu ändern.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. Die zweite Ausführungsform weicht von der ersten Ausführungsform dadurch ab, dass jedes kapazitive Element CD Sicherungselemente H an Stelle der Schalter S_a und S_b umfasst. Die anderen Gesichtspunkte der zweiten Ausführungsform sind denjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich, so dass gleiche Komponenten bei der zweiten Ausführungsform durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. In der folgenden Beschreibung liegt die Betonung auf dem, was die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform unterscheidet.
10 ist ein Diagramm, welches eine Schaltungskonfiguration einer integrierten Schaltung 6 und eines elektronischen Stifts 1 als die zweite Ausführungsform darstellt. Wie in 10 dargestellt, umfasst das kapazitive Element CD bei dieser Ausführungsform einen Kondensator C_b und ein Sicherungselement H, welche in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet sind. Die Kondensatoren C_b sind nicht auf einen spezifischen Kondensatortyp beschränkt. Verschiedene Kondensatoren, wie beispielsweise Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren (MIM-Kondensatoren) oder Metall-Oxid-Metall-Kondensatoren (MOM-Kondensatoren), welche in dem Halbleiterherstellungsprozess hergestellt werden, können als die Kondensatoren C_b verwendet werden.
Bei der zweiten Ausführungsform wird der Zustand eines kapazitiven Elements CD durch Anlegen einer vorbestimmten Spannung an das Sicherungselement H geändert, welches in diesem kapazitiven Element CD enthalten ist, um das Sicherungselement H von einem Zustand, in welchem das Sicherungselement H nicht durchtrennt ist, (d. h. einem Anfangszustand) in einen Zustand, in welchem das Sicherungselement H durchtrennt ist, (geänderten Zustand) zu ändern. Dies bedeutet, dass der obenstehend beschriebene vorbestimmte Prozess mit dieser Ausführungsform ein Durchtrennen des Sicherungselements H einbezieht, welches in dem kapazitiven Element CD enthalten ist, welches bearbeitet werden soll.
In spezifischen Begriffen erklärt steuert die externe Vorrichtung 30 beim Ändern des Zustands eines bestimmten kapazitiven Elements CD in Schritt S2 der 7 oder in Schritt S14 oder S18 der 8 die Steuerungsschaltung 10, um das Steuersignal BC1 zu liefern, um das Sicherungselement H in diesem kapazitiven Element CD durchzutrennen. Das Signal bewirkt, dass das Sicherungselement H durchgetrennt wird, wobei der entsprechende Kondensator C_b von der Schaltung getrennt wird. Im Ergebnis wird der Zustand des entsprechenden kapazitiven Elements CD geändert. Die Kapazitätsvariation in dem kapazitivem Element CD nach dem Durchtrennen des Sicherungselements H ist gleich der Kapazität des Kondensators C_b.
Auch bei der zweiten Ausführungsform wird mindestens ein kapazitives Element CD in den Kondensatorfeldern C_1ARRAY und C_2ARRAY als das Prüf-Bit verwendet. Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des elektronischen Stifts 1 der zweiten Ausführungsform kann folglich in einem Fall, in welchem jedes kapazitive Element CD mit dem Sicherungselement H in Reihenschaltung mit dem Kondensator C_b eingerichtet ist, die Referenzresonanzfrequenz durch Abschätzen der Kapazitätsvariation in jedem von mehreren Einstell-Bits unter Verwendung des Prüf-Bits eingestellt werden. Dies ermöglicht, die Referenzresonanzfrequenzen des ersten und des zweiten Schwingkreises passend einzustellen.
In der integrierten Schaltung 6 der zweiten Ausführungsform ist unter den mehreren kapazitiven Elementen CD, welche die Kondensatorfelder C_1ARRAY und C_2ARRAY bilden, das kapazitive Element CD für Prüfzwecke auf der Herstellungsstufe notwendigerweise in den geänderten Zustand umgeschaltet. Dies ermöglicht, die Kapazitätsvariation in jedem der mehreren Einstell-Bits abzuschätzen.
Für die zweite Ausführungsform wurde ein Beispiel erklärt, in dem das Sicherungselement H mit jedem Kondensator C_b in Reihe geschaltet ist. Ersatzweise können andere Arten von Elementen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Antisicherungselement mit jedem Kondensator C_b in Reihe geschaltet sein. Als eine andere Alternative kann ein mikro-elektromechanischer Systemschalter (MEMS-Schalter) eingesetzt werden, wie beispielsweise ein MEMS-Ausleger.
Im Gegensatz zu dem Sicherungselement H leitet das Antisicherungselement in seinem Anfangszustand nicht. Wenn eine Spannung von mindestens einem vorbestimmten Pegel angelegt wird, tritt das Antisicherungselement in einen leitenden Zustand (geänderten Zustand) ein. Folglich kann die Steuerungsschaltung 10 den Zustand jedes kapazitiven Elements CD ändern, indem sie bewirkt, dass das Antisicherungselement in dem kapazitivem Element CD leitet. In diesem Fall bezieht der obenstehend beschriebene vorbestimmte Prozess ein Bewirken von Leitung des Antisicherungselements ein, welches in dem kapazitiven Element CD enthalten ist, welches bearbeitet werden soll.
Der MEMS-Schalter ist ein Element, welches durch Anlegen einer Spannung ein- und ausgeschaltet wird. Entweder der eingeschaltete Zustand oder der ausgeschaltete Zustand kann als der Anfangszustand des MEMS-Schalters verwendet werden. Die Steuerungsschaltung 10 kann den Zustand jedes kapazitiven Elements CD durch Umschalten des Ein/Aus-Zustands des MEMS-Schalters in dem kapazitivem Element CD ändern. In diesem Fall bezieht der obenstehend beschriebene vorbestimmte Prozess ein Umschalten des Ein/Aus-Zustands des MEMS-Schalters ein, welcher in dem kapazitiven Element CD enthalten ist, welches bearbeitet werden soll.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. Die dritte Ausführungsform weicht von der ersten Ausführungsform dadurch ab, dass die Stiftinformationen in Bezug auf die Differenz zwischen den Resonanzfrequenzen der Schwingkreise in dem elektronischen Stift 1 nicht in Bezug auf die Resonanzfrequenzen selbst übertragen werden, und dadurch, dass die Kapazität des Kondensators mit variabler Kapazität variiert werden kann. Die anderen Gesichtspunkte der dritten Ausführungsform sind ähnlich denjenigen der ersten Ausführungsform, einschließlich der Tatsache, dass mindestens ein Prüf-Bit in den Kapazitätsfeldern C_1ARRAY und C_2ARRAY enthalten ist. In der nachfolgenden Beschreibung sind deshalb gleiche Komponenten bei der dritten Ausführungsform durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, wobei die Betonung auf dem liegt, was die dritte Ausführungsform von der ersten Ausführungsform unterscheidet.
11 ist ein Diagramm, welches eine Schaltungskonfiguration einer integrierten Schaltung 6 und eines elektronischen Stifts 1 als die dritte Ausführungsform darstellt. Wie in 11 dargestellt, ist der elektronische Stift 1 der dritten Ausführungsform eingerichtet, um zusätzlich einen Kondensator mit variabler Kapazität VC_DPH aufzuweisen. Wie bei dem Kondensator mit variabler Kapazität VC ist der Kondensator mit variabler Kapazität VC_DPH eingerichtet, dass er seine Kapazität gemäß dem Schreibdruck variiert, welcher auf dem Stiftspitzenelement 3 ausgeübt wird (man siehe 1). Die integrierte Schaltung 6 ist eingerichtet, um zusätzlich Schalter 13 und 14, einen Kondensator mit fester Kapazität C_MD und Anschlüsse DPHC und DPHI aufzuweisen, welche mit dem Schwingkreis verbunden sind.
Mit Blick zuerst auf das Äußere der integrierten Schaltung 6 ist das andere Ende des Kondensators mit variabler Kapazität VC bei der dritten Ausführungsform nicht mit dem Anschluss C1M aber mit dem Anschluss DPHC verbunden. Der Kondensator mit variabler Kapazität VC_DPH ist zwischen den Anschlüssen DPHC und DPHI verbunden.
Dann mit Blick auf das Innere der integrierten Schaltung 6 ist der Schalter 13 zwischen dem Anschluss C1M und einem gemeinsamen Anschluss des Schalters 14 interponiert. Der Schalter 14 umfasst einen gemeinsamen Anschluss, welcher mit einem Ende des Schalters 13, einem ersten ausgewählten Anschluss, welcher mit dem Anschluss DPHC verbunden ist, und einem zweiten ausgewählten Anschluss verbunden ist, welcher über den Kondensator mit fester Kapazität C_MD mit dem Anschluss DPHI verbunden ist.
Die Steuerungsschaltung 10 ist eingerichtet, um die Funktion des Steuerns des Ein/Aus-Zustands des Schalters 13 unter Verwendung eines Steuersignals DPHEN1 gemäß Befehlen von der Positionsdetektionsvorrichtung und die Funktion des Steuerns des ausgewählten Zustands des Schalters 14 unter Verwendung eines Steuersignals DPHEN2 gemäß Befehlen von der Positionsdetektionsvorrichtung bereitzustellen.
Die Positionsdetektionsvorrichtung, welche dem elektronischen Stift 1 der dritten Ausführungsform entspricht, ist eingerichtet, um die Stiftinformationen, welche von dem elektronischen Stift 1 übertragen werden, in Bezug auf die Differenz zwischen der Resonanzfrequenz (hier nachfolgend als die „erste Resonanzfrequenz“ bezeichnet) des Schwingkreises, welcher den Kondensator mit variabler Kapazität VC umfasst, (obenstehend beschrieben der erste und der zweite Schwingkreis) auf der einen Seite und die Resonanzfrequenz (hier nachfolgend als die „zweite Resonanzfrequenz“ bezeichnet) des Schwingkreises ohne den Kondensator mit variabler Kapazität VC (der erste und der zweite Schwingkreis minus dem Kondensator mit variabler Kapazität VC) auf der anderen Seite zu empfangen.
In spezifischen Begriffen erklärt gibt die Positionsdetektionsvorrichtung dem elektronischen Stift 1 zuerst einen Befehl, um den Schalter 13 einzuschalten und den Schalter 14 mit dem ersten ausgewählten Anschluss zu verbinden. Dieser Befehl kann durch Ändern der Übertragungsfortdauer eines elektrischen Felds von einer nicht illustrierten Sensorspule gegeben werden (man siehe Patentschrift 2 für weitere Details). In einem Fall, in welchem der elektronische Stift 1 und die Positionsdetektionsvorrichtung irgendein anderes Kommunikationsmittel unterstützen (z. B. Nahbereich-Drahtloskommunikation, wie beispielsweise Bluetooth®), kann ein derartiges Kommunikationsmittel verwendet werden. Dies betrifft auch die anderen Befehle, welche nachfolgend beschrieben sind. Die Resonanzfrequenz, welche durch die Positionsdetektionsvorrichtung detektiert wird, nachdem sie den Befehl gegeben hat, ist die erste Resonanzfrequenz, welche den Schreibdruck und den Zustand des Betriebsschalters 4 widergibt.
Die Positionsdetektionsvorrichtung gibt dann dem elektronischen Stift 1 einen Befehl, um den Schalter 13 auszuschalten. Die Resonanzfrequenz, welche durch die Positionsdetektionsvorrichtung detektiert wird, nachdem sie diesen Befehl gegeben hat, ist die zweite Resonanzfrequenz, welche nicht den Schreibdruck widergibt.
Die Positionsdetektionsvorrichtung erfasst die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Resonanzfrequenz, welche auf die obenstehend beschriebene Weise detektiert werden, und erhält unter Bezug auf die erfasste Differenz die Stiftinformationen. Die so ausgeführte Erfassung der Stiftinformationen ermöglicht der Positionsdetektionsvorrichtung, die Stiftinformationen sogar in Fällen genau zu detektieren, in welchen die Referenzresonanzfrequenzen des ersten und des zweiten Schwingkreises, welche anfänglich gleich ihren Normwerten bei der Lieferung sind, variiert wurden, beispielsweise wegen räumlicher Nähe zu Metall, Temperaturschwankungen oder Alterung, da die Variationen durch die erfasste Differenz aufgehoben werden.
Die Positionsdetektionsvorrichtung, welche dem elektronischen Stift 1 der dritten Ausführungsform entspricht, ist eingerichtet, um Schreibdruckkurven (d. h. Kurven, welche für Relationen zwischen dem Schreibdruck, welcher auf das Stiftspitzenelement 3 ausgeübt wird, auf der einen Seite und den Variationen der Resonanzfrequenz auf der anderen Seite bezeichnend sind) unter Bezug auf die Operationen eines Benutzers zu ändern.
In spezifischen Begriffen erklärt, unterstützt der elektronische Stift 1 der dritten Ausführungsform zwei Schreibdruckkurven: eine erste Schreibdruckkurve, welche einem Zustand entspricht, in welchem der Kondensator mit variabler Kapazität VC_DPH und der Kondensator mit fester Kapazität C_MD von dem ersten und dem zweiten Schwingkreis getrennt sind; und eine zweite Schreibdruckkurve, welche einem Zustand entspricht, in welchem der Kondensator mit variabler Kapazität VC_DPH und der Kondensator mit fester Kapazität C_MD mit dem Kondensator mit variabler Kapazität VC in Reihe geschaltet sind. Die Positionsdetektionsvorrichtung wählt entweder die erste oder die zweite Schreibdruckkurve gemäß den Operationen des Benutzers aus. In einem Fall, in welchem die erste Schreibdruckkurve ausgewählt wird, gibt die Positionsdetektionsvorrichtung dem elektronischen Stift 1 den Befehl, um den Schalter 13 einzuschalten und den Schalter 14 mit dem ersten ausgewählten Anschluss zu verbinden. In einem Fall, in welchem der zweite Schreibdruck ausgewählt wird, gibt die Positionsdetektionsvorrichtung dem elektronischen Stift 1 den Befehl, um den Schalter 13 einzuschalten und den Schalter 14 mit dem zweiten ausgewählten Anschluss zu verbinden. Als Reaktion auf die Befehle steuert der elektronische Stift 1 die Zustände der Schalter 13 und 14 dementsprechend. Dies ermöglicht, die Schreibdruckkurven des elektronischen Stifts 1 gemäß der Eingabe des Benutzers zu ändern und folglich das Schreibgefühl des elektronischen Stifts 1, welches der Benutzer erfährt, auf zwei Wegen zu variieren (d. h. auf zwei Wegen, wie es sich anfühlt, unter Verwendung des elektronischen Stifts 1 zu zeichnen).
Wie obenstehend erklärt, weisen die integrierte Schaltung 6 und der elektronische Stift 1 der dritten Ausführungsform die vorteilhaften Wirkungen ähnlich derjenigen der ersten und der zweiten Ausführungsform auf und weisen zusätzlich eine vorteilhafte Wirkung des Ermöglichens auf, dass die Positionsdetektionsvorrichtung die Stiftinformationen ungeachtet der Referenzresonanzfrequenzvariationen, beispielsweise wegen räumlicher Nähe zu Metall, Temperaturschwankungen oder Alterung nach der Einstellung der Referenzresonanzfrequenz, genau detektiert. Mit der resultierenden Verbesserung der Genauigkeit bei einer Schreibdruckdetektion kann die Positionsdetektionsvorrichtung eine niedrigere Stufe eines Schreibdruckschwellenwerts (EIN Belastung) zum Bestimmen einstellen, ob der elektronische Stift 1 mit der Berührungsfläche in Kontakt ist oder nicht.
Gemäß der integrierten Schaltung 6 und dem elektronischen Stift 1 der dritten Ausführungsform ist es auch möglich, das Schreibgefühl (wie sich das Zeichnen anfühlt) des elektronischen Stifts 1, welches ein Benutzer erfährt, auf zwei Wegen gemäß der Eingabe des Benutzers zu variieren.
Während die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung obenstehend beschrieben sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und kann mit diversen Variationen implementiert werden, soweit sie innerhalb des technischen Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Beispielsweise sind die obenstehend beschriebenen Ausführungsformen in Verbindung mit dem Fall beschrieben, in dem die Stiftinformationen in Bezug auf Resonanzfrequenzvariationen übertragen werden. Ersatzweise kann die vorliegende Erfindung in einem Fall angewendet werden, in welchem die Stiftinformationen als digitale Informationen übertragen werden, welche durch Ein- und Ausschalten der Lieferung von Signalen an den Schwingkreis in einer Weise bereitgestellt werden, welche den Inhalt der Stiftinformationen widergibt. Dies bedeutet, dass auch in diesem Fall die integrierte Schaltung eingerichtet sein kann, um mehrere kapazitive Elemente aufzuweisen, welche parallel mit den Kondensatoren verbunden sind, welche den Schwingkreis bilden. Die Referenzresonanzfrequenz des Schwingkreises kann dann durch individuelles Ändern des Zustands jedes der eingerichteten kapazitiven Elemente variiert werden.
Die obenstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden im Zusammenhang mit Beispielen beschrieben, bei welchen ein Tablet-Endgerät als die Messvorrichtung 31 verwendet wird. Ersatzweise kann mindestens eine andere Vorrichtung, wie beispielsweise ein Oszilloskop oder ein Impedanzanalysator und ein Personalcomputer, verwendet werden, um die Messvorrichtung 31 zu bilden.
Die obenstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden in Verbindung mit Beispielen beschrieben, bei welchen die vorliegende Erfindung auf den elektronischen Stift zur Verwendung in dem EMR-Eingabesystem angewendet wird. Ersatzweise kann die vorliegende Erfindung auf eine Nahfeldkommunikationskarte (NFC-Karte) oder auf einen EM-Stift angewendet werden, welche eingerichtet sind, um Schwingkreise unter Verwendung ihrer eigenen Stromversorgung, ohne Aufnahme externer Leistung, zu betreiben. In dem Fall, in welchem die vorliegende Erfindung auf den EM-Stift angewendet wird, ist es möglich, eine Messvorrichtung 31 ohne die Funktion zum Erzeugen von Magnetfeldern zu verwenden.
Bezugszeichenliste

1: Elektronischer Stift
2: Gehäuse
3: Stiftspitzenelement
4: Betriebsschalter
5, 20: Substrat
6: Integrierte Schaltung
7: Kontaktfläche
10: Steuerungsschaltung
11: Speicher
12, 13, 14: Schalter
21: Isolierfilm
22:: Floating-Gate
23: Gate-Elektrode
30: Externe Vorrichtung
31: Messvorrichtung
32: Einstellvorrichtung
33: Sonde
BC1, BC2: Steuersignal
C1ARRAY, C2ARRAY: Kondensatorfeld
C1P, C1M, C2P, C2M: Anschluss
Ca, CaTB, Ca1~Ca9, Cb: Kondensator
CaTBr: Kapazitätsvariation
CB1, CB2, CMD: Kondensator mit fester Kapazität
CD: Kapazitives Element
CMIN: Minimalkapazitätszelle
DPHC, DPHI: Anschluss
DPHEN1, DPHEN2: Steuersignal
GND: Masseanschluss, Massepotenzial
H: Sicherungselement
L: Spule, Induktivität
PIO: Reserveanschluss
Sa, Sb: Schalter
SCLK: Taktanschluss, Betriebstaktsignal
SDAT: Datenanschluss, Daten
SSWEN: Aktivierungssignal
VC, VCDPH: Kondensator mit variabler Kapazität
Vc: Potenzial
VDD: Stromversorgungsanschluss, Potenzial
VPP: Stromversorgungsanschluss, Potenzial

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 6320231 [0004]
WO 2016/056299 [0004]

Claims

Verfahren zum Einstellen einer Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, welcher in einem elektronischen Stift enthalten ist, wobeu der elektronische Stift Folgendes umfasst: eine Spule, einen externen Kondensator und eine integrierte Schaltung, welche ein internes Kondensatorfeld umfasst, welches mehrere kapazitive Elemente umfasst, welche parallel verbunden sind, wobei die Spule, der externe Kondensator und das interne Kondensatorfeld den Schwingkreis bilden, wobei das Verfahren auf der Grundlage einer Verwendung eines Einstellmittels zum Einstellen einer Kapazität des internen Kondensatorfelds und eines Messmittels zum Messen eines Wechselmagnetfelds, welches durch den Schwingkreis erzeugt wird, Folgendes umfasst: (1) einen Zustandsänderungsschritt des Änderns eines Zustands eines vorbestimmten Abschnitts der mehreren kapazitiven Elemente, welche das interne Kondensatorfeld bilden; und (2) einen Einstellschritt des Änderns, gemäß Variationen in einer Referenzresonanzfrequenz des Schwingkreises, bevor und nachdem der Zustand des Schwingkreises geändert wird, eines Zustands eines anderen Abschnitts oder aller von mindestens einem kapazitiven Element, welche das innere Kondensatorfeld bilden, als dem vorbestimmten Abschnitt der mehreren kapazitiven Elemente.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem Fall, in welchem eine Differenz zwischen den Referenzresonanzfrequenzen vor und nach der Zustandsänderung relativ groß ist, der Einstellschritt das mindestens eine kapazitive Element, welches die Zustandsänderung erfährt, derartig auswählt, dass eine Summe von Normwerten der Kapazitätsvariationen in dem mindestens einen kapazitiven Element, welches die Zustandsänderung erfährt, kleiner ist als in einem Fall, in welchem die Differenz relativ klein ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einstellschritt einen Herstellungsfehler, welcher den mehreren kapazitiven Elementen gemeinsam ist, gemäß den Referenzresonanzfrequenzen vor und nach der Zustandsänderung berechnet und unter Bezug auf den berechneten Herstellungsfehler den Zustand des Abschnitts oder aller des mindestens einen kapazitiven Elements ändert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellmittel in der integrierten Schaltung angeordnet ist und das Messmittel ein Befestigungsteil aufweist, welches den elektronischen Stift in einer vorbestimmten Position sichert und von dem elektronischen Stift getrennt bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kondensator, welcher in jedem der mehreren kapazitiven Elemente enthalten ist, ein Floating-Gate umfasst, welches auf einem Substrat ausgebildet, und der Zustandsänderungsschritt den Zustand des vorbestimmten Abschnitts der kapazitiven Elemente durch Injizieren von elektrischen Ladungen in die Floating-Gates der Kondensatoren ändert, welche in dem vorbestimmten Abschnitt der kapazitiven Elemente enthalten sind, um Kapazitätswerte der Kondensatoren zu ändern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kondensator, welcher in jedem der mehreren kapazitiven Elemente enthalten ist, einen Ladungseinfangisolierfilm umfasst, welcher auf einem Substrat ausgebildet ist, und der Zustandsänderungsschritt den Zustand des vorbestimmten Abschnitts der kapazitiven Elemente durch Injizieren von elektrischen Ladungen in den Ladungseinfangisolierfilm der Kondensatoren ändert, welche in dem vorbestimmten Abschnitt der kapazitiven Elemente enthalten sind, um Kapazitätswerte der Kondensatoren zu ändern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedes der mehreren kapazitiven Elemente ein Sicherungselement umfasst, welches mit dem entsprechenden Kondensator in Reihe geschaltet ist, und der Zustandsänderungsschritt den Zustand des vorbestimmten Abschnitts der kapazitiven Elemente durch Durchtrennen der Sicherungselemente ändert, welche in dem vorbestimmten Abschnitt der kapazitiven Elemente enthalten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedes der mehreren kapazitiven Elemente ein Antisicherungselement umfasst, welches mit dem entsprechenden Kondensator in Reihe geschaltet ist, und der Zustandsänderungsschritt den Zustand des vorbestimmten Abschnitts der kapazitiven Elemente durch Bewirken von Leitung der Antisicherungselemente ändert, welche in dem vorbestimmten Abschnitt der kapazitiven Elemente enthalten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedes der mehreren kapazitiven Elemente einen mikro-elektromechanischen Systemschalter umfasst, welcher mit dem entsprechenden Kondensator in Reihe geschaltet ist, und der Zustandsänderungsschritt den Zustand des vorbestimmten Abschnitts der kapazitiven Elemente durch Umschalten eines Ein/Aus-Zustands der mikro-elektromechanischen Systemschalter ändert, welche in dem vorbestimmten Abschnitt der kapazitiven Elemente enthalten sind.
Elektronischer Stift, der Folgendes umfasst: eine Spule; einen externen Kondensator; und eine integrierte Schaltung, welche ein internes Kondensatorfeld umfasst, welches mehrere kapazitive Elemente umfasst, welche parallel verbunden sind, wobei das interne Kondensatorfeld eine Mischung aus einem Abschnitt der kapazitiven Elemente, von welchen ein Zustand durch einen vorbestimmten Prozess geändert wurde, und den verbleibenden kapazitiven Elementen umfasst, von welchen der Zustand unverändert bleibt, und der elektronische Stift eingerichtet ist, um ein Signal unter Verwendung eines Schwingkreises zu übertragen, welcher die Spule, den externen Kondensator und die verbleibenden kapazitiven Elemente umfasst.
Elektronischer Stift nach Anspruch 10, wobei die integrierte Schaltung einen Pol zum Aufnehmen einer Eingabe einer Spannung, eines Stroms, eines Signals und eines Befehls aus einem externen Einstellmittel zum Einstellen einer Kapazität des internen Kondensatorfelds aufweist.
Elektronischer Stift nach Anspruch 10, wobei jedes der mehreren kapazitiven Elemente eine andere kapazitive Variation aufweist, welche aus dem vorbestimmten Prozess resultiert, und jedes der mehreren kapazitiven Elemente eine Einheit ist, gemäß welcher die Zustandsänderung, welche durch den vorbestimmten Prozess durchgeführt wird, gesteuert wird.
Elektronischer Stift nach Anspruch 12, wobei der Abschnitt der mehreren der kapazitiven Elemente ein kapazitives Element umfasst, in welchem eine Kapazitätsvariation, welche aus dem vorbestimmten Prozess resultiert, nicht minimal ist.
Elektronischer Stift nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei jedes der mehreren kapazitiven Elemente einen Kondensator mit einem Floating-Gate umfasst, welches auf einem Substrat ausgebildet ist, und der vorbestimmte Prozess einen Kapazitätswert des Kondensators durch Injizieren von elektrischen Ladungen in das Floating-Gate des Kondensators ändert, welcher in dem kapazitiven Element enthalten ist, welches behandelt werden soll.
Elektronischer Stift nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei jedes der mehreren kapazitiven Elemente einen Kondensator mit einem Ladungseinfangisolierfilm umfasst, welcher auf einem Substrat ausgebildet ist, und der vorbestimmte Prozess einen Kapazitätswert des Kondensators durch Injizieren von elektrischen Ladungen in den Ladungseinfangisolierfilm des Kondensators ändert, welcher in dem kapazitiven Element enthalten ist, welches behandelt werden soll.
Elektronischer Stift nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei jedes der mehreren kapazitiven Elemente einen Kondensator und ein Sicherungselement umfasst, welche in Reihe geschaltet sind, und der vorbestimmte Prozess das Sicherungselement durchtrennt, welches in dem kapazitiven Element enthalten ist, welches behandelt werden soll.
Elektronischer Stift nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei jedes der mehreren kapazitiven Elemente einen Kondensator und ein Antisicherungselement umfasst, welche in Reihe geschaltet sind, und der vorbestimmte Prozess eine Leitung des Antisicherungselements bewirkt, welches in dem kapazitiven Element enthalten ist, welches behandelt werden soll.
Elektronischer Stift nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei jedes der mehreren kapazitiven Elemente einen Kondensator und einen mikro-elektromechanischen Systemschalter umfasst, welche in Reihe geschaltet sind, und der vorbestimmte Prozess einen Ein/Aus-Zustand des mikro-elektromechanischen Systemschalters umschaltet, welcher in dem kapazitiven Element enthalten ist, welches behandelt werden soll.
Verfahren zum Herstellen des elektronischen Stifts nach einem der Ansprüche 10 bis 18 durch Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.