KR20140021504A - 정전용량방식 터치 센서 내에서의 정전기식 스타일러스를 위한 시스템 - Google Patents

정전용량방식 터치 센서 내에서의 정전기식 스타일러스를 위한 시스템 Download PDF

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조나단 웨스튜스
제퍼슨 와이 한
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퍼셉티브 픽셀 인코포레이티드
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Abstract

정전용량방식 터치 센서용 능동 스타일러스에서 신호를 송신 및 수신하는 시스템이 개시되며, 이 시스템은 전극으로부터 전류를 수신하고 전압을 전극으로 송신하기 위한 적어도 하나의 회로를 구비한다. 시스템은, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들, 스위치, 및 적어도 변압기 및 변압기 결합된 다이오드를 포함하는 스위치모드 전력 공급 회로를 포함한다. 송신 모드에서, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들 중 적어도 일부를 표류 정전용량 양단에 걸쳐 형성된 전압으로부터 절연시키기 위한 수단이 제공된다. 수신 모드에서, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들의 적어도 일부가 스위치모드 전력 공급 회로의 변압기의 인덕턴스로부터 절연시키기 위한 수단이 제공된다.

Description

정전용량방식 터치 센서 내에서의 정전기식 스타일러스를 위한 시스템{SYSTEM FOR AN ELECTROSTATIC STYLUS WITHIN A CAPACITIVE TOUCH SENSOR}
본 명세서의 개시사항은 스타일러스를 이용하는 정전용량방식 터치 센서(capacitive touch sensors)에 관한 기술, 예를 들어 정전용량방식 터치 센서내에 정전식 스타일러스의 위치를 알아내기 위한 기술에 관한 것이다.
휴대용 장치 및 모니터의 터치 스크린에 사용되는 터치 센서와 같은 터치 센서는 스타일러스와 같은 기록 도구를 사용하여 조작되어, 사용자 입력에 관련된 정보의 기입이 가능해진다. 예를 들어, 터치 센서의 다양한 영역을 터치하는데 스타일러스가 사용될 수 있다. 터치 센서에 의해 수신된 사용자 입력은 또한 예를 들어 터치 센서 상에서 스타일러스가 이동함에 따른 소정 형태의 기록 또는 마킹에 관련된 정보를 수신하는 것과 같이 스타일러스의 이동을 검출하는 것을 수반할 수 있다.
본 발명은 정밀 포인팅 스타일러스(fine-pointed stylus)와 함께 정전용량방식 터치 센서를 이용하는 시스템, 방법 및 기술들에 관한 것이다.
일반적으로, 본 명세서에 서술된 발명 대상(subject matter)의 몇몇 측면은 센서 및 스타일러스를 수반하는 방법으로 실시될 수 있다. 이러한 측면의 다른 실시예는 대응하는 시스템, 장치 및 컴퓨터 프로그램(위 방법의 액션(action)들을 수행하도록 구성되어 컴퓨터 저장 디바이스 상에 인코딩됨)을 포함한다.
일반적으로, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 다른 측면은, 정전용량방식 터치 센서 및 정전식 스타일러스에 관한 액션들을 포함하는 방법으로 실시될 수 있다. 몇몇 측면은 능동 스타일러스를 사용하여 정전용량방식 터치 센서에 대한 능동 스타일러스의 2차원 위치의 판정을 가능하게 하는 방법을 특징으로 하는데, 여기서 정전용량방식 터치 센서는 행으로 정렬된 전도체들(conductors)의 제1 어레이 및 열로 정렬된 전도체들의 제2 어레이로서 구성된 전도체들의 2차원 행렬을 구비하고, 능동 스타일러스는 전극 및 능동 소자를 갖는다. 방법은 행렬의 열들 중 적어도 하나로부터 제1 신호를 능동 스타일러스에서 수신하는 단계와, 열로부터 수신된 각 제1 신호의 신호 세기를 측정하는 단계와, 측정된 신호 세기를 사용하여 정전용량방식 터치 센서의 행렬의 제1 축을 따른 능동 스타일러스의 제1 위치를 계산하는 단계와, 정전용량방식 터치 센서의 행렬의 제1 축을 따른 능동 스타일러스의 계산된 제1 위치를 전송하는 단계를 포함한다. 방법은 행렬의 제2 축을 따른 능동 스타일러스의 제2 위치를 나타내기 위한 제2 신호를 능동 스타일러스의 전극으로부터 행렬의 행들 중 적어도 하나로 전송하는 단계를 포함하는데, 정전용량방식 터치 센서는 수신된 제2 신호에 기초하여 행렬의 제2 축을 따른 제2 위치를 판정하도록 구성된다. 전극은 능동 스타일러스 내에 위치하고 정전용량방식 터치 센서와 정전식으로 결합하도록 구성되며, 능동 스타일러스의 전극은 신호의 수신 및 송신 모두를 수행하도록 구성된다.
이들 및 다른 실시예들은 각각 선택에 따라 후속하는 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 방법은 능동 스타일러스에서 제1 신호를 수신하기 전 또는 제2 신호를 전송하기 전에, 능동 스타일러스에서 능동 스타일러스의 시간축(time base)을 정전용량방식 터치 센서의 시간축과 동기화시키기 위한 제3 신호를 정전용량방식 터치 센서로부터 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 동기화를 위한 제3 신호는 능동 스타일러스에서 통신 채널을 통해 수신될 수 있다. 통신 채널은 무선 통신 채널, 초음파 채널 또는 광학 채널일 수 있다. 통신 채널은 능동 스타일러스 및 정전용량방식 터치 센서 중 적어도 하나에 관련된 정보를 수신 또는 송신하도록 구성될 수 있다. 제3 신호는 열들의 제1 어레이 내의 적어도 하나의 열로부터 수신될 수 있는데, 이 경우 제3 신호는 적어도 하나의 열에서 전극을 통해 능동 스타일러스 내에서 수신될 수 있다. 제3 신호는 열들의 제1 어레이 내의 다수의 열 상에서 동시에 전송되는 펄스로부터 수신될 수 있다. 제3 신호는 시간 프레임(time frame)마다 한번 수신될 수 있다. 시간 프레임은 스타일러스에 의해 수신되는 제3 신호에 대해 할당된 타임슬롯을 포함할 수 있다. 시간 프레임은 정전용량방식 터치 센서로부터의 제1 신호를 전송하기 위해 각 열마다 할당된 타임슬롯을 포함할 수 있다. 시간 프레임은 능동 스타일러스로부터의 계산된 제1 위치를 전송하기 위해 할당된 타임슬롯을 포함할 수 있다. 시간 프레임은 제각기의 제1 위치를 전송하기 위해 다수의 능동 스타일러스 각각에 대해 할당된 타임슬롯을 포함할 수 있다. 능동 스타일러스로부터의 계산된 제1 위치의 전송은 통신 채널을 통해 이루어지도록 구성될 수 있다. 통신 채널은 무선 채널, 초음파 채널 또는 광학 채널일 수 있다. 능동 스타일러스로부터의 계산된 제1 위치의 전송은 행렬에 대한 능동 스타일러스의 전극의 정전식 결합을 통해 이루어지도록 구성될 수 있고, 행들 중 적어도 하나는 계산된 제1 위치를 능동 스타일러스의 전극으로부터 수신하도록 구성될 수 있다. 능동 스타일러스의 전송은 다수의 직교 파형을 이용하여 다른 능동 스타일러스들 또는 열들의 다수의 전송과 동시에 이루어지도록 구성될 수 있다. 능동 스타일러스의 전송은 동시의 다수의 주파수 분할 신호를 이용하여 다른 능동 스타일러스들 또는 열들의 다수의 전송과 함께 이루어지도록 구성될 수 있다. 능동 스타일러스의 전송은 동시의 다수의 코드 분할 신호를 이용하여 다른 능동 스타일러스들 또는 열들의 다수의 전송과 함께 이루어지도록 구성될 수 있다. 방법은 능동 스타일러스의 제1 및 제2 위치를 계산하기 위해 보간하는 단계를 포함할 수 있다. 능동 스타일러스는 비교적 큰 전압 및 비교적 작은 전류를 다중화하도록 구성될 수 있는, 전극에 결합된 스위치- 이 스위치는 송신 모드에서 전압을 전극으로 전송하고, 수신 모드에서 전극으로부터 전류를 수신하도록 구성됨 -, 전극으로부터 스위치를 통해 전류의 적어도 일부를 수신하도록 스위치에 결합될 수 있는 전류용 수신기 회로, 스위치를 통해 전압의 적어도 일부를 전극 상으로 전송하도록 스위치에 결합될 수 있는 전압용 송신기 회로, 수신기 및 송신기 회로에 결합된 마이크로제어기, 및 적어도 마이크로제어기에 전력을 공급하는 내부 전원을 포함할 수 있다. 마이크로제어기는 정전용량방식 터치 센서 상의 위치에 대한 능동 스타일러스의 좌표 위치를 계산하고, 능동 스타일러스로부터의 좌표 위치들 중 적어도 일부를 보고하도록 구성될 수 있다. 마이크로제어기는 또한 능동 스타일러스의 좌표 위치를 계산하기 위해 보간하도록 구성될 수 있다. 내부 전원은 배터리 또는 수퍼캐패시터를 포함할 수 있다. 전류는 1 마이크로암페어 정도일 수 있고, 전압은 1백 볼트 정도일 수 있다. 능동 스타일러스는 정전용량방식 터치 센서의 행렬과 상호작용하도록 구성된 팁(tip)을 구비할 수 있다. 스타일러스의 팁은 스타일러스를 통한 힘의 측정치를 제공하는 힘 센서를 포함할 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 다른 측면은, 정전용량방식 터치 센서를 사용하여 정전용량방식 터치 센서에 대한 능동 스타일러스의 2차원 위치의 판정을 가능하게 하는 방법으로 실시될 수 있는데, 여기서 정전용량방식 터치 센서는 행으로 정렬된 전도체들의 제1 어레이 및 열로 정렬된 전도체들의 제2 어레이로서 구성된 전도체들의 2차원 행렬을 구비하고, 능동 스타일러스는 전극 및 능동 소자를 갖는다. 방법은 정전용량방식 터치 센서의 행렬의 제1 축을 따른 능동 스타일러스의 제1 위치를 나타내기 위한 제1 신호를 행렬의 열들 중 적어도 하나로부터 능동 스타일러스로 전송하는 단계와, 행렬의 제2 축을 따른 능동 스타일러스의 제2 위치를 나타내기 위한 제2 신호를 행렬의 행들 중 하나 이상에서 능동 스타일러스의 전극으로부터 수신하는 단계를 포함한다. 정전용량방식 터치 센서는 수신된 제2 신호에 기초하여 행렬의 제2 축을 따른 제2 위치를 판정하도록 구성되고, 정전용량방식 터치 센서는 능동 스타일러스 내에 위치한 전극과 정전식으로 결합하도록 구성된다.
이들 및 다른 실시예는 각각 선택에 따라 이하에서 설명되는 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 방법은 제1 신호를 전송하기 전 또는 제2 신호를 수신하기 전에, 능동 스타일러스의 시간축을 정전용량방식 터치 센서의 시간축과 동기화시키기 위한 제3 신호를 정전용량방식 터치 센서로부터 능동 스타일러스로 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 제3 신호는 열들의 제1 어레이 내의 적어도 하나의 열로부터 전극을 통해 능동 스타일러스로 전송될 수 있다. 제3 신호는 열들의 제1 어레이 내의 다수의 열로부터 동시에 전송되는 펄스를 통해 송신될 수 있다. 제3 신호는 시간 프레임마다 한번 송신될 수 있다. 시간 프레임은 스타일러스로 송신되는 제3 신호에 대해 할당된 타임슬롯을 포함할 수 있다. 시간 프레임은 정전용량방식 터치 센서로부터의 제1 신호를 전송하기 위해 각 열마다 할당된 타임슬롯을 포함할 수 있다. 시간 프레임은 제2 축을 따른 스타일러스의 위치를 판정하는데 사용되는 제2 신호를 전송하기 위해 다수의 능동 스타일러스 각각에 대해 할당된 타임슬롯을 포함할 수 있다. 방법은 정전용량방식 터치 센서의 행렬의 제1 축을 따른 능동 스타일러스로부터의 계산된 제1 위치를 수신하는 단계를 포함하고, 능동 스타일러스로부터의 계산된 제1 위치의 수신은 행렬에 대한 능동 스타일러스의 전극의 정전식 결합을 통해 이루어지도록 구성될 수 있고, 행들 중 적어도 하나는 능동 스타일러스의 전극으로부터의 계산된 제1 위치를 수신하도록 구성된다.
일반적으로, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 다른 측면은 정전용량방식 터치 센서와 동작하도록 구성된 능동 스타일러스로 실시될 수 있다. 능동 스타일러스는 신호의 수신 및 송신 모두를 수행하도록 구성되고, 또한 정전용량방식 터치 센서와 정전식으로 결합하도록 구성된 전극을 포함한다. 능동 스타일러스는 비교적 큰 전압 및 비교적 작은 전류를 다중화하도록 구성된, 전극에 결합된 스위치를 포함하는데, 이 스위치는 송신 모드에서 전압을 전극으로 전송하고, 수신 모드에서 전극으로부터 전류를 수신하도록 구성된다. 능동 스타일러스는 전극으로부터 스위치를 통해 전류를 수신하고, 스위치를 통해 전극으로 결합되는 전압을 송신하는 수단을 포함한다. 능동 스타일러스는 수신기 및 송신기 회로에 결합되고, 정전용량방식 터치 센서 상의 위치에 대한 능동 스타일러스의 적어도 하나의 위치를 판정하도록 구성된 마이크로제어기를 포함한다. 능동 스타일러스는 적어도 마이크로제어기에 전력을 공급하는 내부 전원을 포함한다.
이들 및 다른 실시예는 각각 선택에 따라 이하에서 설명되는 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 마이크로제어기는 정전용량방식 터치 센서 상의 위치에 대한 능동 스타일러스의 좌표 위치를 계산하고, 능동 스타일러스로부터의 좌표 위치들 중 적어도 일부를 보고하도록 구성될 수 있다. 마이크로제어기는 능동 스타일러스의 좌표 위치를 계산할 때 보간하도록 구성될 수 있다. 능동 스타일러스는 무선 채널, 초음파 채널 또는 광학 채널인 통신 채널을 포함할 수 있고, 내부 전원은 배터리 또는 수퍼캐패시터를 포함할 수 있다. 전류는 1 마이크로암페어 정도일 수 있고, 전압은 1백 볼트 정도일 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 다른 측면은 정전용량방식 터치 센서와 동작하도록 구성된 능동 스타일러스로 실시될 수 있다. 능동 스타일러스는 신호의 수신 및 송신 모두를 수행하도록 구성되고, 또한 정전용량방식 터치 센서와 정전식으로 결합하도록 구성된 전극을 포함한다. 능동 스타일러스는 비교적 큰 전압 및 비교적 작은 전류를 다중화하도록 구성된, 전극에 결합된 스위치를 포함하는데, 이 스위치는 송신 모드에서 전압을 전극으로 전송하고, 수신 모드에서 전극으로부터 전류를 수신하도록 구성된다. 능동 스타일러스는 전극으로부터 스위치를 통해 전류를 수신하는 수신기 회로, 스위치를 통해 전극으로 결합되는 전압을 송신하는 송신기 회로, 수신기 회로 및 송신기 회로에 결합되고 정전용량방식 터치 센서 상의 위치에 대한 능동 스타일러스의 적어도 하나의 위치를 판정하도록 구성된 마이크로제어기, 및 적어도 마이크로제어기에 전력을 공급하는 내부 전원을 포함한다.
일반적으로, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 다른 측면은, 정전용량방식 터치 센서에 대한 능동 스타일러스의 2차원 위치의 판정을 가능하게 하도록 구성된 정전용량방식 터치 센서로 실시될 수 있는데, 여기서 능동 스타일러스는 전극 및 능동 소자를 갖는다. 정전용량방식 터치 센서는 전도체들의 2차원 행렬을 포함하는데, 이 2차원 행렬은 행으로 정렬된 전도체들의 제1 어레이, 열로 정렬된 전도체들의 제2 어레이, 전도체들의 제2 어레이에 결합된 송신기- 이 송신기는 정전용량방식 터치 센서의 행렬의 제1 축을 따른 능동 스타일러스의 제1 위치를 나타내기 위한 제1 신호를 행렬내의 열들 중 적어도 하나로부터 능동 스타일러스로 전송하도록 구성됨 -, 및 전도체들의 제1 어레이에 결합된 수신기- 이 수신기는 행렬의 제2 축을 따른 능동 스타일러스의 제2 위치를 나타내기 위한 제2 신호를 행렬의 행들 중 하나 이상에서 능동 스타일러스의 전극으로부터 수신하도록 구성됨 -를 포함한다. 정전용량방식 터치 센서는 수신된 제2 신호에 기초하여 행렬의 제2 축을 따른 제2 위치를 판정하도록 구성된다. 정전용량방식 터치 센서는 능동 스타일러스 내에 위치한 전극과 정전식으로 결합하도록 구성된다.
일반적으로, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 다른 측면은, 정전용량방식 터치 센서에 대한 능동 스타일러스의 2차원 위치의 판정을 가능하게 하도록 구성된 정전용량방식 터치 센서로 실시될 수 있는데, 여기서 능동 스타일러스는 전극 및 능동 소자를 갖는다. 정전용량방식 터치 센서는 전도체들의 2차원 행렬을 포함하는데, 이 2차원 행렬은 행으로 정렬된 전도체들의 제1 어레이, 열로 정렬된 전도체들의 제2 어레이, 및 정전용량방식 터치 센서의 행렬의 제1 축을 따른 능동 스타일러스의 제1 위치를 나타내기 위한 제1 신호를 행렬내의 열들 중 적어도 하나로부터 능동 스타일러스로 전송하고, 행렬의 제2 축을 따른 능동 스타일러스의 제2 위치를 나타내기 위한 제2 신호를 행렬의 행들 중 하나 이상에서 능동 스타일러스의 전극으로부터 수신하는 수단을 포함한다. 정전용량방식 터치 센서는 수신된 제2 신호에 기초하여 행렬의 제2 축을 따른 제2 위치를 판정하도록 구성된다. 정전용량방식 터치 센서는 능동 스타일러스 내에 위치한 전극과 정전식으로 결합하도록 구성된다.
일반적으로, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 다른 측면은, 정전용량방식 터치 센서용 능동 스타일러스에서 신호를 송신 및 수신하는 방법으로 실시될 수 있는데, 여기서 능동 스타일러스는 전극, 및 전극을 통해 전류를 수신하고 전극에 전압을 송신하기 위한 적어도 하나의 회로를 포함한다. 방법은, 송신 모드에서, 스위치모드 전력 공급 회로- 이 스위치모드 전력 공급 회로는 적어도 인덕터 및 다이오드를 포함하고, 다이오드는 변압기(transfomer)에 결합됨 -를 사용하여 전압을 생성하고, 다이오드가 송신 모드에서 간헐적으로 순방향 바이어싱되도록 하고, 전류가 다이오드를 통해 표류 정전용량(stray capacitance)으로 흐르도록 하며, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 회로 내의 적어도 일부 소자를 표류 정전용량 양단에 걸쳐 형성된 전압으로부터 절연시키도록 송신 모드에서의 스위치를 구성함으로써, 전극에 결합된 노드를 통해 전압을 송신하도록 회로를 구성하는 단계를 포함한다. 방법은 수신 모드에서, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 회로의 소자들내로 전류를 수신하도록 스위치를 구성하고, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 회로 내의 소자들의 적어도 일부가 스위치모드 전력 공급 회로의 변압기의 인덕턴스로부터 절연되도록 다이오드를 수신 모드에서 간헐적으로 역방향 바이어싱되도록 구성함으로써, 전극에 결합된 노드를 통해 전류를 수신하도록 회로를 구성하는 단계를 포함한다.
이들 및 다른 실시예는 각각 선택에 따라 이하에서 설명되는 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다이오드에 저항기가 결합될 수 있다. 방법은 저항기의 적어도 하나의 단자 상에서 회로의 접지 전압보다 큰 기준 전압을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 수신 모드에서, 수신된 전류의 적어도 일부를 마이크로제어기에 의해 제어되는 전류 수신기 회로에 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 스위치는 송신 모드에서, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 회로 내의 적어도 일부 소자를 전극에 결합된 노드 상의 하나 이상의 소자와 연관된 기생 정전용량(parasitic capacitance) 양단에 걸쳐 형성된 전압으로부터 절연시키도록 구성될 수 있다. 방법은 전극에 결합된 노드에서 표류 정전용량과 평행하게 제2의 의도적 정전용량을 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 1 마이크로암페어 정도의 전류를 수신하는 단계, 및 1백 볼트 정도의 전압을 송신하는 단계를 포함할 수 있다. 스위치모드 전력 공급 회로는 플라이백(flyback) 회로를 포함할 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 다른 측면은, 정전용량방식 터치 센서용 능동 스타일러스에서 신호를 송신 및 수신하는 장치로 실시될 수 있다. 이 장치는 전극으로부터 전류를 수신하고 전압을 전극으로 송신하기 위한 적어도 하나의 회로를 구비한다. 장치는 전극, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들, 스위치, 및 적어도 변압기 및 다이오드를 포함하는 스위치모드 전력 공급 회로를 포함하는데, 다이오드는 변압기에 결합된다. 송신 모드에서, 전압을 전극으로 송신하기 위한 회로는 스위치모드 전력 공급 회로를 사용하여 전압을 생성하고, 송신 모드에서 간헐적으로 순방향 바이어싱되도록 다이오드를 구성하고, 전류가 다이오드를 통해 표류 정전용량으로 흐르도록 하며, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 회로 내의 소자들 중 적어도 일부를 표류 정전용량 양단에 걸쳐 형성된 전압으로부터 절연시키도록 송신 모드에서의 스위치를 구성하도록 구성된다. 수신 모드에서, 전극으로부터 전류를 수신하기 위한 회로는 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들내로 전류를 수신하도록 스위치를 구성하고, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들의 적어도 일부가 스위치모드 전력 공급 회로의 변압기의 인덕턴스로부터 절연되도록 수신 모드에서 역방향 바이어싱되도록 다이오드를 구성하도록 구성된다.
이들 및 다른 실시예는 각각 선택에 따라 이하에서 설명되는 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 스위치모드 전력 공급 회로는 플라이백 회로를 포함할 수 있다. 장치는 다이오드에 결합된 저항기를 포함할 수 있다. 회로는 저항기의 적어도 하나의 단자 상에서 회로의 접지 전압보다 큰 기준 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 회로는 수신 모드에서, 수신된 전류의 적어도 일부를 마이크로제어기에 의해 제어되는 전류 수신기 회로에 전송하도록 구성될 수 있다. 표류 정전용량은 전극에 결합된 노드 상의 하나 이상의 소자와 연관된 기생 정전용량을 포함할 수 있다. 장치는 전극에 결합된 노드에서 표류 정전용량과 평행하게 위치한 제2의 의도적 정전용량을 포함할 수 있다. 수신된 전류는 1 마이크로암페어 정도일 수 있고, 송신된 전압은 1백 볼트 정도일 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 다른 측면은, 정전용량방식 터치 센서용 능동 스타일러스에서 신호를 송신 및 수신하는 시스템으로 실시될 수 있는데, 이 시스템은 전극으로부터 전류를 수신하고 전압을 전극으로 송신하기 위한 적어도 하나의 회로를 구비한다. 시스템은 전극, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들, 스위치, 및 적어도 변압기 및 다이오드를 포함하는 스위치모드 전력 공급 회로를 포함하는데, 다이오드는 변압기에 결합된다. 송신 모드에서, 전압을 전극으로 송신하기 위한 회로는, 스위치모드 전력 공급 회로를 사용하여 전압을 생성하고, 송신 모드에서 간헐적으로 순방향 바이어싱되도록 다이오드를 구성하고, 전류가 다이오드를 통해 표류 정전용량으로 흐르도록 하며, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들의 적어도 일부를 표류 정전용량 양단에 걸쳐 형성된 전압으로부터 절연시키기 위한 수단을 포함한다. 수신 모드에서, 전극으로부터 전류를 수신하기 위한 회로는 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들내로 전류를 수신하도록 스위치를 구성하고, 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들의 적어도 일부를 스위치모드 전력 공급 회로의 변압기의 인덕턴스로부터 절연시키기 위한 수단을 포함한다.
이들 및 다른 실시예는 각각 선택에 따라 이하에서 설명되는 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 스위치모드 전력 공급 회로는 플라이백 회로를 포함할 수 있다. 시스템은 다이오드에 결합된 저항기를 포함할 수 있다. 회로는 저항기의 적어도 하나의 단자 상에서 회로의 접지 전압보다 큰 기준 전압을 제공하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 회로는 수신 모드에서, 수신된 전류의 적어도 일부를 마이크로제어기에 의해 제어되는 전류 수신기 회로에 전송하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 표류 정전용량은 전극에 결합된 노드 상의 하나 이상의 소자와 연관된 기생 정전용량을 포함할 수 있다. 시스템은 전극에 결합된 노드에서 표류 정전용량과 평행하게 위치한 제2의 의도적 정전용량을 포함할 수 있다. 수신된 전류는 1 마이크로암페어 정도일 수 있고, 송신된 전압은 1백 볼트 정도일 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 다른 측면은, 능동 스타일러스 내의 전극을 통해 신호를 송신 및 수신하는 회로로 실시될 수 있다. 이 회로는 제1, 제2 및 제3 저항기, 제1 및 제2 트랜지스터, 변압기, 제1 다이오드, 증폭기 및 캐패시터를 포함한다. 제1 저항기는 입력 단자와 제1 트랜지스터와 결합된다. 제1 트랜지스터는 저항기에 결합된 제1 단자, 접지 노드에 결합된 제2 단자, 변압기의 제1 권선에 결합된 제3 단자를 포함한다. 변압기는 전력 공급기의 단자와 제1 트랜지스터의 제3 단자 간에 결합된 제1 권선, 및 접지 노드와 제1 다이오드의 애노드 간에 결합된 제2 권선을 구비한다. 제1 다이오드는 정전용량방식 터치 센서와 신호를 수신 및 송신하도록 구성된 전극에 결합된 노드에 결합된 캐소드를 구비한다. 제2 저항기는 전극에 결합된 노드와 기준 전압 사이에 결합된다. 제2 트랜지스터는 전극에 결합된 노드에 결합된 제1 단자, 스위칭된 신호를 위한 단자에 결합된 제2 단자, 및 증폭기의 반전 입력에 결합된 제3 단자를 포함한다. 증폭기는 기준 전압에 결합된 비반전 입력을 갖는다. 제3 저항기는 증폭기의 반전 입력과 증폭기의 출력 사이에 결합된다. 캐패시터는 증폭기의 반전 입력과 증폭기의 출력 사이에 결합된다. 기준 전압은 접지 노드의 전압보다 크고 전력 공급기 전압보다 작도록 구성될 수 있다. 회로는 전극에 결합된 노드를 통해 전류를 수신하는 수신 모드와, 전극에 결합된 노드를 통해 전압을 송신하는 송신 모드를 갖도록 구성된다. 수신 모드에서, 제1 다이오드는 역방향 바이어싱되도록 구성되고, 제2 트랜지스터는 제2 트랜지스터의 제1 단자와 제3 단자를 전기적으로 연결하도록 구성된다. 송신 모드에서, 제1 다이오드는 간헐적으로 순방향 바이어싱되도록 구성되고, 제2 트랜지스터는 제2 트랜지스터의 제1 단자와 제3 단자를 전기적으로 연결해제하도록 개방 회로를 형성하도록 구성된다.
이들 및 다른 실시예는 각각 선택에 따라 이하에서 설명되는 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 수신된 전류는 1 마이크로암페어 정도일 수 있고, 송신된 전압은 1백 볼트 정도일 수 있다. 회로는 제2 다이오드를 포함할 수 있는데, 이 제2 다이오드는 제1 트랜지스터의 제2 단자와 제3 단자와 병렬로 결합될 수 있다.
본 명세서에서 서술된 발명 대상에 대한 하나 이상의 실시예의 세부사항은 첨부한 도면 및 이하의 상세한 설명에서 기술된다. 발명 대상에 대한 그 밖의 다른 특징 및 측면은 상세한 설명, 도면 및 청구항으로부터 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 능동 스타일러스의 구현을 나타내는 도면,
도 2a는 오직 손가락 접촉에 의한 프레임의 타임슬롯들로의 분할을 나타내는 도면,
도 2b는 손가락 접촉 및 스타일러스에 의한 프레임의 타임슬롯들로의 분할을 나타내는 도면,
도 3은 능동 스타일러스의 블록도,
도 4는 단일 전극 상에서 신호를 송신 및 수신하는 회로를 나타내는 도면,
도 5는 시간에 대한 수신기 증폭기의 전압 출력의 예를 나타내는 도면,
도 6은 시간에 대한 송신기의 전압 출력의 예를 나타내는 도면.
다양한 도면에서 유사한 참조 번호 및 부호는 유사한 요소를 나타낸다.
2차원 센서 어레이 및 전기장에 대한 센서 어레이의 반응에 따라, 사람 손가락의 위치를 검출하는 방법이 개시된다. 이들 방법은 서로에 대해 거의 직각으로 있는 전도성 행들 및 열들의 행렬을 수반한다. 예를 들어, 센서는 각 행으로부터 각 열로의 정전용량을 측정하여, m개의 행 및 n개의 열을 갖는 행렬에 대한 m*n 측정을 수행할 수 있다. 이 측정은 주어진 열 상에 여기 전압을 인가하고, 주어진 행 상에서 (그 정전용량에 의한) 결과적인 전류를 측정함으로써 이루어질 수 있다. 행과 열을 나타내는 축을 지정하는 것은 임의적일 수 있다.
이 측정은 사람 손가락의 위치를 측정할 수 있는데, 그 이유는 다소 전도성이고 비교적 작은 임피던스를 가지고 제어기 회로의 접지 노드에 연결되는 사람 손가락이 접촉하는 행렬 교차로에서의 정전용량에 사람 손가락이 영향을 미치기 때문이다. 센서의 특정 설계에 따라, 정전용량은 사람 손가락의 높은(또한 손가락이 전도성이고 따라서 손실이 존재하기 때문에 복잡한) 유전 상수로 인해 증가할 수 있거나, 또는 접지에 대한 손가락의 연결로 인해 감소할 수 있다.
임의의 이러한 센서에서, m*n 측정(또는 이들 측정의 일부 선택된 부분집합)은 소정의 프레임 레이트, 예를 들어 100Hz로 주기적으로 이루어질 수 있다. 이 프레임 레이트는 응답 시간에 대한 잡음의 트레이드오프(tradeoff)일 수 있다. 느린 프레임 레이트는 측정 동안 긴 통합 시간(long integration times)을 허용할 수 있어 잡음을 감소시키는 경향이 있지만, 지연은 사용자에게 불쾌할 수 있다. 빠른 프레임 레이트는 빠른 응답을 제공할 수 있지만, 측정 시간을 적게 제공하여, 잡음있는 측정을 제공할 수 있다. 전체적인 프레임 시간은 슬롯들로 분할될 수 있는데, 각 슬롯 동안 하나의 열(또는 다수의 열, 예를 들어 디스플레이가 1/2 또는 1/4로 분할되는 경우 2개의 열)이 여기된다. 예를 들어, 각 행에 대해 수신기가 제공되는 경우, 모든 행은 동시에 측정될 수 있다. 그렇지 않은 경우, 행들 간에 보다 적은 수의 수신기가 다중화될 수 있고, 프레임은 보다 많은 타임슬롯으로 분할된다.
일부 애플리케이션에서, 사람 손가락만 아니라 손에 파지될 수 있는 소정의 스타일러스도 추적하는 것이 바람직할 수 있다. 손가락은 스타일러스에 비해 비교적 클 수 있고, 정밀 포인팅 스타일러스는 보다 나은 포인팅 정확성을 제공할 수 있다. 스타일러스에는 그 표면 상에 버튼 또는 다른 센서(스크롤 휠 등)가 내장될 수 있어 사용자에게 추가의 입력 자유를 제공할 수 있다. 소정 유형의 터치 스크린을 사용하면, 임의의 객체가 스타일러스로 사용될 수 있다. (예를 들어, 저항성 터치 스크린은 힘에 응답할 수 있고, 임의의 그리드 개체와 사용될 수 있다.) 그러나, 정전용량방식 터치 스크린은 비-전도성 스타일러스를 통한 접촉에 응답하지 않을 수 있는데, 그 이유는 이러한 스타일러스는 전기장에 크게 영향을 주지 않기 때문이다. 명확히 말해, 대기의 유전상수보다 높은 스타일러스의 유전상수로 인해 관찰되는 소정의 영향이 존재할 수 있고 따라서 측정된 정전용량을 증가시킬 수 있지만, 이러한 영향은 비교적 작아 전기장에 영향을 미치지 않는다.
정전용량방식 터치 스크린은 전기적 전도성의 스타일러스가 접지된 사용자의 손에 파지되는 경우 그 스타일러스에 의한 접촉에 응답할 수 있다. 이러한 스타일러스는 전기적으로 전도성의 팁(일반적으로 호환성이 있음), 및 팁으로부터 사용자의 몸으로의 전도성 경로를 구비하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 스타일러스는 사용자의 손가락과 거의 유사하게 수행할 수 있다. 그러나, 사람의 손가락은 센서에 압력을 가할 때 ~5mm보다 다소 큰 스팟(spot)을 생성하기 때문에, 그 정도의 공간을 두고 행 및 열이 배치될 수 있다. 이 공간은 정확히 보간하고, 센서 피치보다 높은 해상도의 위치 측정을 제공하는데 필요한 최소 공간일 수 있다. 따라서, 전도성 스타일러스는, (a) 수용가능한 신호 대 잡음 비율을 달성하기에 충분히 큰 정전용량의 변화를 제공하기 위해, 또한 (b) 적어도 두 개의 행렬 교차점에 걸쳐 가로지르는 신호를 제공하여, 센서가 보다 정밀한 해상도를 위해 보간할 수 있도록 하기 위해 직경이 5mm 정도의 팁을 구비할 수 있다. 따라서, ~5mm보다 정밀한 팁을 갖는 스타일러스가 바람직할 수 있는데, 그 이유는 정밀 포인팅 스타일러스는 디스플레이되는 이미지를 보다 적게 가리고 정밀 포인팅 팁을 가지지 않는 스타일러스보다 높은 정확성을 제공하기 때문이다. 정밀 포인팅 스타일러스는 사용자가 전형적인 크기의 사람 손가락 또는 예를 들어 ~5mm 정도의 비교적 두꺼운 팁을 갖는 스타일러스보다 정확하고 정밀하게 포인팅할 수 있게 해준다. 사람의 손가락 또는 두꺼운 팁의 스타일러스는 비교적 정밀한 또는 짧은 팁의 스타일러스만큼 정확하게 포인팅할 수 없고, 손가락 또는 두꺼운 팁의 스타일러스의 팁은 행렬을 포인팅할 때 비교적 많이 가릴 수 있다.
정전용량방식 터치 스크린의 경우, (예를 들어, 스타일러스로부터의 프린징(fringing) 전기장의 방해로부터) 제공되는 신호는 센서의 접촉 면적에 비례할 수 있다. 센서에 근접한 스키니(skinny) 또는 얇은 스타일러스는 작은 영향을 가질 수 있고, 그 영향은 잡음에 비해 쉽게 측정되지 않을 수 있다. 소정의 구현에서, 스키니 또는 얇은 스타일러스는 또한 쉽게 보간될 수 없는데, 그 이유는 정전용량방식 터치 스크린은 예를 들어, 약 5mm의 피치를 가지기 때문이다(예를 들어, 그 이유는 터치 스크린에 대한 사람 손가락의 접촉 면적은 대개 적어도 5mm이기 때문이다). 다른 구현에서, 보간은 센서의 피치가 구동 객체(actuating object)의 접촉 면적보다 작다면 수행될 수 있다. 예를 들어, 행 및 열이 5mm 간격으로 배치되는 경우에도, 보간을 사용함으로써 5mm보다 나은 해상도로 위치가 보고될 수 있다. 예를 들어, 손가락 또는 두꺼운 팁의 스타일러스는 행 1의 1/2 및 행 2의 1/2 상에 위치할 수 있고, 이는 1.5로서 보간될 수 있다. 이 예는 접촉 면적이 적어도 두 개의 행(또는 열)에 걸쳐 존재하도록 충분히 큰 경우에 동작할 수 있다.
정밀 포인팅 수동 스타일러스에 비해 신호 대 잡음 비율을 개선하기 위해, 능동 스타일러스가 고려된다. 이 스타일러스는 사용자의 손을 통해 단지 접지에 접속되기 보다는 능동 전자소자를 포함하고, 그의 팁 상에서 신호를 수신 또는 송신할 수 있다. 이러한 의미에서, 이 스타일러스는 도 1에서 도시한 바와 같이 구성될 수 있다.
도 1은 행렬(160) 내의 전도성 행 및 열에 근접하여 있고 전도성 바디(110), 및 팁(120)을 형성하는 얇은 금속 와이어를 구비한 능동 스타일러스(100)의 실시예를 나타낸다. 스타일러스(100)는 전기장선(140)이 행렬(160)로부터 스타일러스(100)를 탈출할 수 있도록 해주는 팁의 비전도성 바디(130)를 구비한다.
일부 실시예에서, 스타일러스의 팁과 행렬 내의 행 또는 열 간의 정전용량은 거의 전체적으로 프린징 정전용량일 수 있고, 예를 들어 행렬 내의 행과 열 간의 정전용량에 비해 비교적 작을 수 있다. 예를 들어, ~5mm 피치의 행 및 열 상에서 다이아몬드 형상의 전도체 패턴을 갖는 센서, 및 스타일러스 내에 있는 ~20mm 길이의 얇은 전극의 경우, 결과적인 정전용량은 스타일러스 바로 아래의 행 및 열에 대해 100fF 정도일 수 있다. 다이아몬드 형상의 전도체 패턴은 2010년 7월 16일에 출원된 미국 특허 출원 번호 12/857,024호에 도시 및 개시되어 있으며, 이 특허출원은 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 이후, 스타일러스는 사용자의 손을 통해 접지된다. 금속 바디의 스타일러스를 사용하는 경우, 스타일러스로부터 사용자의 손으로의 커플링 정전용량은 비교적 커서(예를 들어, 수백 pF) 접지에 대한 사용자의 정전용량(일반적으로 보다 작지만 적어도 10pF임)은 스타일러스의 회로 접지로부터 센서의 제어 전자장치의 회로 접지로의 임피던스를 지배한다. 이러한 정전용량은 스타일러스의 팁으로부터 센서로의 100fF 정전용량에 비해 크기때문에, 스타일러스 및 제어기의 회로 접지는 대략 동일한 전위로 머무르게 된다. 커플링은 정전용량방식이기 때문에, 스타이러스의 회로 접지로부터 제어기 회로의 접지로의 전압의 DC 성분은 무의미하다. 이 전압의 AC 성분은 잡음으로서 나타날 수 있다. 스타일러스의 회로 접지와 제어기 회로의 접지 간의 정전용량이 증가함에 따라, 주어진 잡음 전류에 대해, 이 잡음 전압의 크기는 감소한다. 일 실시예에서, 그 정전용량은 스타일러스의 적절한 동작을 위해 수용가능한 범위 내에 잡음 전압을 유지하기에 충분히 클 수 있다.
하나의 축에서 스타일러스의 위치를 측정하기 위해, 스타일러스는 열을 따라 전송되는 신호를 수신할 수 있다. 이를 위해, 스타일러스의 시간축은 먼저 센서의 제어 전자장치의 시간축과 동기화된다. 이것은 행렬의 모든 열 상에 (예를 들어, 상이한 주파수로, 또는 구별되는 패턴으로 변조된) 동기화 신호를 동시에 전송함으로써 달성될 수 있다. 이것은 시간 기준을 스타일러스에 제공한다. 그후, 스타일러스는 스타일러스 내에서 크리스탈 또는 다른 주파수 표준을 사용함으로써 그의 시간 기준을 유지할 수 있다. 동기화 펄스는 일반적으로 프레임마다 한번 전송될 수 있지만, 일부 경우, 동기화 펄스는 시스템의 요구되는 대기시간(latency), 및 스타일러스의 주파수 표준의 장기간 정확성에 따라 보다 자주 또는 드물게 전송될 수 있다. 스타일러스는 이 동기화 펄스를 검색할 수 있고, 스타일러스가 동기화 펄스를 수신하는 경우, 그의 시간축을 리셋할 수 있다. 이후, 제어 전자장치는 통상의 전압 파형을 이용하여 각 열을 차례로 여기시킴으로써 센서를 통상의 방식으로 스캐닝한다. 각 행상에서 수신된 전류를 측정함으로써, 제어기는 각 행으로부터 각 열로의 정전용량을 측정하고, 따라서 손가락 접촉을 통상의 방식으로 측정한다. 동시에, 스타일러스는 각 열의 슬롯 동안 수신된 신호 세기를 측정하다. 스타일러스가 주어진 슬롯 동안 신호를 수신하는 경우, 스타일러스는 그 열에 근접하여 배치되어 있는 것으로 판정한다. 도 1에 도시되어 있는 구조의 경우, 스타일러스는 약 5개의 열 상에서 측정가능한 신호를 수신할 수 있고, x축을 따라(임의적으로, x축은 열에 대해 직교하는 것으로 가정함) 보다 높은 해상도로 그의 위치를 판정하기 위해 보간할 수 있다.
예를 들어, 스타일러스는 임의적으로 t=0로 지정된 시간에서 동기화 펄스를 수신하는 경우 초기에 그의 시간축을 리셋할 수 있다. 이후, 스타일러스는 제어기가 시간 t=1,2,...n에서 열 1 내지 n을 여기시킬 것이라는 것을 알 수 있다. 스타일러스가 슬롯(7)에서 에너지를 수신하는 경우, 스타일러스는 열(7)에 근접한 것으로 판정된다. 이것은 개략적인(예를 들어, 약 5mm의 센서 피치 정도의) 위치를 제공하고 정밀한 위치를 제공하기 위해 보간이 사용될 수 있다.
이후, 다른 축에서 스타일러스의 위치를 결정하기 위해, 어떠한 열도 전송하지 않는 추가의 타임슬롯이 프레임에 추가된다. 대신, 스타일러스는 열을 여기시키는데 사용된 것과 동일한 신호를 전송한다. 각 행에 부착된 수신기의 출력을 검사함으로써, y축에서의 스타일러스의 위치가 판정될 수 있다. 터치 스크린 내의 하나 이상의 수신기는 스타일러스에 의해 전송된 이 신호를 수신할 수 있는데, 특정 수신기에 의해 에너지가 수신되면, 제어기는 스타일러스가 그 특정 행에 근접하다는 것으로 판정할 수 있다. 이러한 프로세스는 x축에서 위치를 결정한 프로세스와 유사할 수 있지만, 송신기 및 수신기는 서로 교환된다. (x축을 따라, 다수의 열이 다수의 타임슬롯으로 전송하고, 스타일러스는 수신한다. y축을 따라, 스타일러스는 단일 타임슬롯으로 전송하고, 다수의 행이 수신한다.) 손가락 접촉의 경우, 행은 신호를 수신하고 열은 신호를 송신하지만, 스타일러스는 신호를 수신 및 송신 모두를 한다. 스타일러스는 행들 간에 자신을 위치를 알아내도록 송신하고 열들 간에 자신의 위치를 알아내도록 수신한다. 이러한 위치 판정으로부터, 터치 센서내의 보다 정확한 위치를 판정하기 위해 보간이 사용될 수 있다.
다수의 스타일러스가 존재하는 경우, 이들 스타일러스는 x축을 따른 그들의 위치를 동시에 판정할 수 있지만, 각 스타일러스는 y축을 따른 그의 위치를 판정하기 위해 별도의 타임슬롯을 요구한다. 따라서, 전체 프레임을 타임슬롯들로 분할하는 것은 도 2a 및 도 2b에서와 같이 나타난다.
도 2b는 단일 프레임 내에서 다수의 스타일러스가 동시에 위치식별되고, 각 스타일러스에는 행을 따른 그의 위치를 판정하기 위한 단일 타임슬롯이 할당되는 경우를 나타내는다. 도 2a는 n개의 열에 대해 n개의 타임슬롯을 갖는 프레임(210)을 나타내는데, 이 경우, 스캔은 손가락 접촉만을 검출한다. 손가락 및 스타일러스 모두에 대한 스캔에 대해, 도 2b는 동기화 펄스를 위한 타임슬롯(225)이 추가되고, n개의 열을 위한 n개의 타임슬롯(235)이 유지되고, m개의 스타일러스를 위한 m개의 타임슬롯이 추가되는 프레임(220)을 나타내는데, n 및 m은 1이상의 정수이고, m은 스타일러스의 개수에 대응한다.
이러한 프로세스를 통해, y 좌표는 호스트 상의 제어 전자장치(예를 들어, 처리 기능을 갖는 장치) 내에서 계산될 수 있는데, 이 y 좌표는 손가락 접촉 정보와 동일한 경로(예를 들어, 컴퓨터로의 범용 직렬 버스(USB) 링크)를 통해 애플리케이션 소프트웨어로 전달될 수 있다. 다시 말해, 행 위치는 행 수신기에 의해 수신된 신호에 기초하여 계산될 수 있다. 따라서, 행 위치는 예를 들어 손가락 접촉을 계산하는 시스템의 동일한 부분에 의해 계산될 수 있다. 이들 행 위치는 예를 들어 USB 또는 다른 링크를 통해 시스템으로 보고될 수 있다.
그러나, x 좌표는 스타일러스 내에서 계산되고, 여러 방식으로 애플리케이션 소프트웨어로 전달될 수 있다. 다시 말해, 열 위치는 스타일러스에 의해 수신되는 신호의 함수로서 계산될 수 있고, 열 위치는 (예를 들어, 컴퓨터로부터 호스트로의 무선 또는 유선 접속을 통해) 시스템으로 보고될 수 있다. 일 예에서, 스타일러스가 시스템에 유선으로 연결되어 있는 경우, 통신 링크는 이러한 유선을 통해 수립될 수 있고, 이 유선은 센서와 스타일러스 간에 공통 접지를 제공할 수 있다. 다른 예로서, 스타일러스는 정보를 무선으로 시스템에 전송할 수 있다. 예를 들어, 이 정보는 다수의 타임슬롯을 추가하고 타임슬롯 당 하나의 비트를 갖는 이진 코드 x 좌표를 전송함으로써 행렬 그 자체를 통해 정전기식으로 전송될 수 있다. 이것은 추가의 하드웨어를 요구하지 않지만, 대신 기존의 하드웨어를 다르게 사용하도록 스타일러스의 제어 소프트웨어를 수정함으로써 달성될 수 있다. 구체적으로, 이것은 y 축에서 스타일러스의 위치를 식별하기 위해 사용되는 신호를 생성하는데 사용된 하드웨어를 사용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 스타일러스는 행렬을 통해 좌표 정보를 스타일러스로부터 호스트로 전송할 수 있는데, 스타일러스의 위치를 식별하는데 사용되는 송신기 및 수신기는 또한 무선 채널을 통해 정보를 송신하는데 사용되는 임의의 무선 코딩 기법을 사용하여 정보를 송신하는데 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 좌표의 각 비트에 대해 타임슬롯이 추가될 수 있고, 그 타임슬롯 동안, 스타일러스는 대응하는 비트가 "1"인 경우 송신할 수 있고, 또는 대응하는 비트가 "0"인 경우 송신하지 않을 수 있다. 이 기법은 진폭 시프트 키잉(ASK)에 대응하지만, 그 밖의 다른 코딩 기법이 사용될 수 있다. 타임슬롯들을 시스템에 추가함으로써, 정보는 기존의 하드웨어를 사용하여 행렬을 통해 스타일러스로부터 호스트로 커플링될 수 있다. 잡음으로 인한 무작위 비트 에러에 대한 시스템의 견고성을 개선하기 위해 에러 검출 또는 에러 교정 코드가 사용될 수 있다.
x 좌표는 보조 채널, 예를 들어 IEEE 802.15.4 링크와 같은 무선 주파수 통신 채널을 통해 전송될 수 있다. 비트 레이트는 스타일러스에 대해 하나의 좌표만이 프레임당 전송될 필요가 있기 때문에 비교적 느리며, 따라서 예를 들어 초당 100 프레임 및 16-비트 위치인 경우, 전체 비트 레이트는 1600 비트/초이다. 보조 채널을 사용함으로써, 행렬을 통해 위치를 전송하기 위한 추가의 시간이 프레임 내에서 요구되지 않을 수 있다. 이것은 시스템이 손가락 접촉 정전용량 측정(및 스타일러스 위치 측정)을 수행하기 위한 보다 많은 시간을 비축할 수 있도록 해주며, 따라서 보다 나은 신호 대 잡음(SNR)을 달성할 수 있다. 보조 채널이 x 좌표를 송신하는데 사용되는 경우, 그 보조 채널은 또한 제어 전자장치의 시간축을 스타일러스의 시간축과 동기화하는데에도 사용되어, 동기화 펄스를 위한 추가적인 타임슬롯의 필요성을 제거할 수 있다. 이것은 프레임 내의 가용 시간을 더 증가시키며, 따라서 SNR을 개선시킬 수 있다. 다른 무선 주파수(RF) 링크, 초음파 링크 및 광학 링크 등을 비롯한 다른 유형의 통신 채널이 사용될 수 있다.
보조 채널은 행렬을 통해 전송되는 동기화 펄스의 필요성을 제거하는 정도까지 성능을 개선시킬 수 있다. 동기화 펄스는 스타일러스의 위치와는 무관하게 스타일러스에 의해 수신되도록 하기 위해 모든 열(또는 적어도 행렬에 걸쳐 균일하게 이격되어 있는 다수의 열, 예를 들어 3의 배수에 있는 열들) 상에 나타나도록 구성된다. 따라서, 전체 순간 송신 에너지는 단일 열이 여기되는 경우보다 크며, EMC(electromagnetic compatibility) 문제를 야기할 가능성이 크다. 대신 보조 채널을 통해 동기화 펄스가 전송되는 경우, 이러한 영향은 피할 수 있는데, 그 이유는 행렬을 통한 동기화 펄스는 불필요해지기 때문이다.
x 좌표를 통신하는데 사용된 동일한 경로가 예를 들어 스타일러스에 부착된 스위치 또는 다른 제어의 상태와 같은 다른 정보를 통신하는데에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 스타일러스의 팁에서 힘 센서의 값은 스타일러스 호버(hover)로부터 스타일러스 접촉을 구별하기 위해 또한 스타일러스 힘의 연속적인 측정을 제공하기 위해 보고될 수 있다. 이와 관련하여, 스타일러스 내에 단일 힘 센서가 사용되어, 행렬에 걸쳐 다수의 힘 센서에 대한 필요성을 대신하거나, 또는 손가락 접촉 또는 다른 비-스타일러스 접촉의 힘을 측정하기 위해 행렬에 걸쳐 다수의 힘 센서가 동시에 사용되는 동안 스타일러스를 통한 힘의 보다 높은 품질의 측정을 제공할 수 있을 것이다.
도 3은 스타일러스(300)의 구성요소들의 일부에 대한 블록도를 나타낸다. 스타일러스(300)는 전류 수신기(340), 전압 송신기(350), 및 전류 수신기(340)와 전압 송신기(350) 간의 동작들의 순서를 정하는 마이크로제어기(320)를 포함한다. 스타일러스(300)는 또한 송신/수신 스위치(360)에 결합된 전극(370)을 포함한다. 송신/수신 스위치(360)는 전류 수신기(340) 및 전압 송신기(350)에 결합된다. 이들 능동 전자부품을 동작시키기 위해, 소정의 전원, 예를 들어 배터리 전력 공급장치(310) 또는 수퍼캐패시터가 요구된다. 스크린 크기가 이를 구현하기 위해 충분히 작다면, 스타일러스는 예를 들어 코일 뒷편으로부터 또는 스크린 주변으로부터 유도성으로 전력을 공급받을 수 있다. 스타일러스(300)는 또한 선택에 따라 전술한 바와 같은 이유로 보조 통신 채널을 포함할 수 있다.
동작시, 마이크로제어기(320)는 프로세스를 일련화하는데, 마이크로제어기(320) 내의 소프트웨어가 적어도 시간의 의미를 유지하고, 좌표를 계산하며, 보간을 계산하고, 좌표를 행렬에 보고하는 등을 수행한다. 마이크로제어기(320)는 스타일러스 내의 소정의 내부 전원(예를 들어, 배터리 전력 공급장치(310), 수퍼캐패시터, 충전가능 배터리)을 소비한다. 마이크로제어기(320)는 (정전용량방식 손가락 접촉을 측정할 때 사용된 행 상의 수신기와 유사할 수 있는) 전류 수신기(340), 및 (정전용량방식 손가락 접촉을 측정할 때 사용된 열 상의 송신기와 유사할 수 있는) 전압 송신기(350)에 결합된다. 송신/수신 스위치(360)는 시스템이 전류 수신기(340)의 전류 및 전압 송신기(350)의 전압을 스타일러스(300) 내의 전극(370)에 다중화할 수 있도록 구성될 수 있다. 송신/수신 스위치(360)는 송신 모드에서 고전압(예를 들어, 약 100V) 출력이 전극(370)에 인가되는 것을 허용하고, 수신 모드에서 전극(370)으로부터 작은 전류 신호(예를 들어, 약 1uA)를 수신되는 것을 허용한다.
전압 송신기(350) 및 전류 수신기(340)는 행렬 내의 열 및 행에 부착된 송신기 및 수신기와 유사한 형태를 가지고 유사한 측정을 수행하도록 구성될 수 있다. 정전용량방식 센서 상의 손가락 접촉을 판정하기 위해 열 전압을 여기시키고 행 전류를 측정하는데 적합한 많은 부류의 회로가 본 발명에서도 적합할 수 있다. 본 발명에서는 비-코히어런트 검출이 사용될 수 있는데, 그 이유는 스타일러스의 시간축의 정렬이 위상-코히어런트 검출에서만큼 정확하도록 요구되지 않을 수 있기 때문이다.
전술한 설명은 (엔티티가 행렬 내의 열이던 스타일러스이던) 한번에 하나의 엔티티만이 전송하는 것으로 가정할 수 있다. 이것은 간단한 실시예의 일 예를 나타낼 수 있지만, 일부 경우, 다수의 엔티티가 직교 파형을 동시에 전송하는 것이 바람직할 수 있다. 전술한 모든 기술들은 이 경우에서 (예를 들어, CDMA 통신에서 사용되는 유형의 직교 의사-잡음 파형을 이용, 또는 다수의 직교 주파수를 이용하여) 여전히 적용된다. 이 경우, 프레임당 보다 큰 전체 에너지를 전송할 수 있어, 신호 대 잡음을 개선할 수 있다. 이러한 실시예에서, 다수의 직교 파형을 동시에 상관시키기 위해 보다 복잡한 수신기가 사용될 수 있다. 직교 파형들을 동시에 전송하는 몇몇 기술들은 본 명세서에서 참조로서 인용되는, 2010년 7월 16일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제12/838,419호에 개시되어 있다.
전술한 바와 같이, 스타일러스는 단일 전극으로부터 신호를 송신 및 수신 모두를 해야하기 때문에, 그 전극은 큰 전압 및 작은 전류 모두를 감지할 수 있다. 송신하는 경우, 행렬의 수신기에서 수용가능 신호 대 잡음을 달성하기 위해, 약 100V를 스윙(swing)하는 피크-투-피크 전압이 생성될 수 있다. 수신하는 경우, 마이크로증폭기 주변의 신호는 분해(resolve)될 수 있다. 이러한 동적 범위를 제공하기 위해 소정 유형의 송신/수신 스위치 또는 회로가 필요하다. 이를 구현하는 회가 도 4에 도시되어 있다.
도 4는 단일 전극 상에서 큰 전류를 송신하고 작은 전류를 수신하는 능동 스타일러스의 회로(400)의 실시예를 나타낸다. 회로(400)는 입력 단자("플라이백") 및 트랜지스터(Q2)에 결합된 저항기(R16)를 포함한다. 트랜지스터(Q2)는 저항기(R16)에 결합된 제1 단자, 접지 노드에 결합된 제2 단자, 및 변압기(L2)의 제1 권선에 결합된 제3 단자를 구비한다. 제너 다이오드(D2)가 변압기(L2)의 제1 권선 및 접지 노드에 결합됨으로써 트랜지스터(Q2)의 제2 및 제3 단자와 병렬로 결합된다. 변압기(L2)의 제1 권선은 전력 공급부(예를 들어, ~3V 배터리 전압) 및 트랜지스터(Q2)의 제3 단자에 결합된다. 변압기(L2)의 제2 권선은 다이오드(D1)의 애노드 및 접지 노드에 결합된다. 다이오드(D1)의 캐소드는 전극이 접속되는 노드(TP1)에 결합된다. 노드(TP1)는 트랜지스터(Q1)의 제1 단자, 풀 다운 저항기(Rpd)의 제1 단자, 및 선택에 따라 캐패시터(Cestra)에 결합된다. 풀 다운 저항기(Rpd)는 전압 기준(VREF)에 결합된 제2 단자를 갖는다. 노드(TP1)는 도 4에서 접지 노드에 대한 단일 표류 캐패시터(Cstray)로서 모델링되는 표류 정전용량을 포함한다. 트랜지스터(Q1)는 RX_ENABLE을 위한 스위칭된 신호에 결합된 제2 단자, 및 증폭기(IC1A)의 반전 입력(2)에 결합된 제3 단자를 가진다. 증폭기(IC1A)의 비반전 입력(3)은 전압 기준(VREF)에 결합된다. 증폭기(IC1A)의 출력 단자(1)는 피드백 캐패시터(Cf) 및 피드백 저항기(Rf)의 제1 단자에 결합되고, 증폭기(IC1A)의 비반전 단자는 또한 피드백 캐패시터(Cf) 및 피드백 저항기(Rf)의 제2 단자에 결합된다.
도 4에서, 송신/수신 회로는 배터리 전압(예를 들어, 약 3V)을 사용하고 ~100V(최대 전압에서 수십 마이크로암페어의 전류를 전달함)의 고전압을 생성하고, 수신기는 동일한 노드 상에 배치될 수 있다. 수신기는 연결해제될 수 있어, 송신 동안 생성된 고전압에 영향을 주지않고, 송신기는 연결해제될 수 있어, 수신 동안 수신된 신호에 영향을 미치지 않는다. 고전압은 음극선관 디스플레이를 여기시키는데 사용된, 또는 스위치모드 전력공급장치에서 사용된 플라이백 회로와 유사한 플라이백 회로를 사용하여 생성될 수 있다. 플라이백 회로는 에너지를 저장하는 변압기(L2)를 포함한다. 에너지는 L2의 코어 내에서 L2의 제1 또는 1차 권선으로 흘러 자기장으로서 저장될 수 있으며, L2의 코어 밖으로 흘러 L2의 2차 권선으로 지난다. 전압은 변압기(L2)의 권선비, 및 인가된 신호의 타이밍에 따라 변압될 수 있다. L2의 2차 권선을 통해 흘러나가는 에너지는 D1을 지나 출력측의 표류 정전용량으로 흐를 수 있고, 그 표류 정전용량 양단에 걸쳐 고전압을 생성할 수 있다. 그 표류 정전용량은 가능한 작게 설계될 수 있는데, 그 이유는 이 회로에 의해 소멸되는 실제 전력, 즉 적어도 0.5*Cstray*V^2*f가 그 정전용량에 비례할 수 있기 때문이다.
전송하는 경우, 고전압 AC가 플라이백 변압기(L2)를 사용하여 생성된다. 주파수(f=1/T)를 갖는 여기 전압을 생성하기 위해, 또한 스위치 듀티 싸이클이 50%인 것으로 가정하면, 스위치(Q2)는 0.5*T 동안 폐쇄된다. 이 시간 동안, 변압기의 전류는 0으로부터 시작하여 Ipri=(Vdd*0.5T)/Lpri의 1차 전류까지 상승하는데, Vdd는 전형적으로 약 3V인 공급 전압이고, Lpri는 1차 인덕턴스이다. 스위치가 개방되는 경우, 이 저장된 에너지는 플라이백 회로의 출력측의 표류 정전용량(Cstray)으로 전달된다. 저항기(Rpd)를 무시하면, 피크 전압은 변압기 인덕턴스에 저장된 에너지, 0.5*Lpri*Ipri^2를 출력 표류 정전용량에 저장된 에너지, 0.5*Cstray*Vpk^2와 평균냄으로써 계산될 수 있다. 전압은 Rpd*Cstray(이 곱은 여기 주기와 동일한 순서로 선택되어야 함)에 따라 지수적으로 감소하여, 출력은 매 싸이클마다 거의 0까지 감소한다. 실제로, Cstray는 예를 들어 피코패러드 단위의 정전용량일 수 있고, Rpd는 수백 킬로옴일 수 있다. 변압기의 1차 인덕턴스는 수백 마이크로헨리일 수 있고, 그의 권선비는 1:7일 수 있다. 저항기(Rpd)는 접지로의 스위치(예를 들어, FET 또는 바이폴라 트랜지스터)로 대체될 수 있다. 이것은 저항기에 의해 생성되는 반복되는 지수보다 원하는 이상적인 정현파에 더 근접한 적절한 구형파를 생성할 수 있다.
전극에 고전압이 인가되는 경우, IC1A에서의 수신기는 송신 모드에서 수신기를 격리시키기 위해 스위치(Q1)(예를 들어, 트랜지스터)를 개방함으로써 파괴로부터 보호될 수 있다. 그렇지 않으면, 수신기 회로(IC1A)는 높은 송신 전압을 클램핑(clamp)할 수 있고, 그에 의해 파괴될 수 있다. 따라서, 그 회로는 트랜지스터(n-FET Q1)를 사용하여 연결해제된다. 이 n-FET는 높은 전압 정격(즉, 전극에서 관측되는 피크 전압보다 큰 전압 정격)을 위해, 또한 낮은 표류 정전용량을 위해 선택될 수 있다(이는 Cstray를 증가시킬 수 있고, 따라서 송신시 수용가능한 Rpd를 감소시키고 시스템의 전체 전력 소비를 증가시킬 수 있다). 이 트랜지스터(Q1)는 이산 FET이고, 따라서 그의 바디 노드는 그의 소스 노드에 연결될 수 있어, 기생 다이오드를 생성하지만, 이 다이오드는 항상 역 바이어싱되는데, 그 이유는 드레인에서의 전압은 항상 소스에서의 전압보다 크기 때문인데, 이는 회로의 동작에 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다. 송신시, Q1의 게이트 전압은 0V로 유지되고, 이에 의해 전압(VREF)(약 0.5*Vdd의 VREF를 가짐)이 게이트 상에 놓이게 되며, 이로 인해 트랜지스터는 오프된다. 수신시, 전압(Vdd)이 Q1의 게이트에 인가된다. 이에 의해 전압(Vdd-VREF)이 게이트 상에 놓이게 되고, 이로 인해 트랜지스터는 온된다. 따라서, 수신 트랜스임피던스 증폭기(IC1A)로 신호가 흐를 수 있다. 이와 같이, 수신 모드에서, 트랜지스터(Q1)가 도통되고 단락 회로처럼 동작하도록 고전압이 Q1의 게이트(예를 들어, RX_ENABLE 핀)에 놓일 수 있다. 그러나, 표류 정전용량은 그 트랜지스터 및 다이오드(D1)로 인해 연결해제될 수 있다. 첫번째 순서로, IC1A의 반전 입력에서의 접지로의 추가의 임피던스는 폐쇄 루프 전달 함수에 영향을 미치지 않지만, 유한 이득 대역폭을 갖는 실제 증폭기의 경우, 이것은 그 경우가 아닐 수 있다. 정전용량(Cstray)은 수신 증폭기의 폐쇄 루프 전달 함수에 크게 영향을 미치지 않는다. Rpd는 큰 동적 효과를 가지지 않으며, 그것은 접지에 연결되는 경우 큰 DC 에러를 야기할 수 있지만, 이러한 문제를 회피하기 위해 연산증폭기의 비반전 입력과 동일한 VREF에 연결된다.
변압기의 2차 인덕턴스는 심각한 에러를 야기할 수 있지만, 수신시, L2의 애노드에서의 전압은 변압기에 의해 접지에 근접하게 유지되고, 캐소드에서의 전압은 VREF>0으로 유지된다. 이것은 다이오드가 역 바이어싱됨을 의미하며, 이러한 역 바이어싱은 변압기 인덕턴스로부터 수신 회로를 격리함을 의미한다. 따라서, 플라이백 회로의 부품과 동일한 다이오드가 사용되어, 변압기 2차로부터 출력 정전용량으로 단방향 전류만이 흐르도록 하며, 수신기를 그 플라이백 회로로부터 격리시켜 부품 개수를 감소시킨다.
소정의 실시예에서, 2:1 또는 그 이상의 표류 정전용량(Cstray)의 변동이 있을 수 있으며, 이는 피크 생성 전압의 변동을 야기할 수 있다. 따라서, 회로 설계는 트랜지스터가 정지되도록(break down) 충분히 높은 전압을 생성하는 일 없이, 가장 높은 가능 정전용량(Cstray)을 이용, 심지어 가장 낮은 가능 Cstray을 이용하여 원하는 신호 대 잡음 비를 달성하기에 충분한 고전압으로 이루어진다. 소정의 실시예에서, 의도적 정전용량(예들 들어, 도 4의 Cextra)이 표류 정전용량과 병렬로 추가된다. 이 의도적 정전용량에 대한 허용오차가 표류 정전용량의 허용오차보다 나은 경우, 이것은 피크 전압의 변동을 감소시키지만, 전체 정전용량을 증가시켜 전체 전력 소비를 증가시키는 효과를 갖는다. 소정의 실시예에서, 플라이백 회로를 사용하는 대신, 다른 스위치모드 전력 공급 토폴로지가 사용될 수 있다.
도 5는 시간(520)에 대한 수신기 증폭기(510)의 전압 출력의 예를 나타낸다. 입력 신호는 200V 피크 투 피크의 구형파 입력이고, 이 입력은 100fF 정전용량을 거쳐 수신기에 결합된다. 이 예에서, Rpd는 100 킬로옴이고, Cstray는 7pF이며, Cf는 10pF이고 Rf는 200킬로옴이다. 출력 전압 파형(530)에 대한 피크 전압(535)은 약 1.6V이고, 출력 전압 파형(530)에 대한 가장 낮은 전압(540)은 약 -1.6V이다.
도 6은 시간(620)에 대한 송신기(610)의 전압 출력의 예를 나타낸다. 입력 전압은 3V이고, Cstray는 7pF이며, Rpd은s 100킬로옴이고, Lpri(변압기(L2)의 1차 권선의 인덕턴스)는 200uH이고, Lsec(변압기(L2)의 2차 권선의 인덕턴스)는 10mH이고, 따라서 변압기(L2)는 약 1:7의 권선비를 갖는다. 출력 전압의 최대 값(635)은 약 140V이고, 최저 전압(645)은 약 10V이다.
발명 대상의 서술된 실시예들 중 일부 및 그 동작들은 본 명세서에서 개시된 구조 및 그 구조적 등가물을 포함하여 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로 또는 디지털 전자 회로로 구현될 수 있고, 또는 그들 중 하나 이상의 조합에 의해 구현될 수 있다. 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 실시예들은 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위해 또는 데이터 처리 장치의 동작을 제어하기 위해 컴퓨터 저장 매체 상에 인코딩된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 즉 컴퓨터 프로그램 명령어의 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 프로그램 명령어는, 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위해 적절한 수신기 장치로 전송되기 위한 정보를 인코딩하도록 생성되는, 예컨대 기계-생성된(machine-generated) 전기적, 광학적 내지 전자기적 신호와 같은, 인위적으로 생성된(artificially-generated) 전파되는 신호 상에 인코딩될 수 있다. 그러한 데이터 처리 장치는 센서를 포함할 수 있고, 센서를 구비한 시스템의 일부일 수 있고, 시스템 및/또는 센서 내에 통합될 수 있고, 수신기들, 송신기들, 그러한 수신기들 및/또는 송신기들 내지 센서와 연관된 컴포넌트 및/또는 로직, 또는 그들의 임의의 조합의 일부일 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 저장 디바이스, 컴퓨터 판독가능 저장 기판(substrate), 랜덤 또는 직렬 액세스 메모리(random or serial access memory) 어레이 내지 디바이스, 또는 그들의 하나 이상의 조합이거나 그 안에 포함될 수 있다. 더욱이, 컴퓨터 저장 매체는 전파되는 신호는 아니나, 컴퓨터 저장 매체는 인공적으로 생성된 전파되는 신호 내에 인코딩되는 컴퓨터 프로그램 명령어의 소스 또는 목적지(destination)일 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 또한 하나 이상의 개별 물리적 컴포넌트 또는 매체(예컨대, 다수의 CD, 디스크 내지 다른 저장 디바이스)이거나 그 안에 포함될 수 있다.
본 명세서에서 서술된 동작들은 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 저장 디바이스 상에 저장된 또는 다른 소스로부터 수신된 데이터에 대해 데이터 처리 장치에 의해 수행되는 동작으로서 구현될 수 있다.
예로서 전술한 내용의 프로그램가능한 프로세서(programmable processor), 컴퓨터, 시스템 온 칩(system on a chip) 각각 하나 내지 다수 또는 조합을 포함하여, 데이터를 처리하기 위한 다양한 장치, 디바이스 및 기계가 "데이터 처리 장치"로 사용될 수 있다. 그러한 장치는 특수한 목적의 로직 회로, 예컨대 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA) 또는 애플리케이션-특정형 집적 회로(application-specific integrated circuit: ASIC)를 포함할 수 있다. 그 장치는 또한, 하드웨어에 부가하여, 당해 컴퓨터 프로그램에 대한 실행 환경을 생성하는 코드, 예컨대 프로세서 펌웨어(processor firmware), 프로토콜 스택(protocol stack), 데이터베이스 관리 시스템(database management system), 운영 시스템(operating system), 크로스-플랫폼 런타임 환경(cross-platform runtime environment), 가상 머신(virtual machine), 또는 그들 중 하나 이상의 조합을 구성하는 코드를 포함할 수 있다. 그러한 장치 및 실행 환경은, 예컨대 웹 서비스, 분산 컴퓨팅 및 그리드 컴퓨팅 인프라스트럭처와 같은 다양한 다른 컴퓨팅 모델 인프라스트럭처(infrastructure)들을 구현할 수 있다.
(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 스크립트 또는 코드라고도 알려진) 컴퓨터 프로그램은 컴파일형(compiled) 내지 해석형(interpreted) 언어, 선언형(declarative) 내지 절차형(procedural) 언어를 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있으며, 그것은 독립형(stand-alone) 프로그램으로서의 형태 또는 모듈, 컴포넌트, 서브루틴(subroutine), 오브젝트(object) 내지 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적절한 다른 유닛(unit)으로서의 형태를 포함하는 임의의 형태로 배치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은, 반드시 그럴 필요는 없으나, 파일 시스템 내의 파일에 대응할 수 있다. 프로그램은, 다른 프로그램 또는 데이터를 유지하는 파일의 일부분(예컨대, 마크업 언어 문서 내에 저장된 하나 이상의 스크립트)에, 당해 프로그램 전용인 하나의 파일 내에, 또는 다수의 코디네이트된(coordinated) 파일(예컨대, 코드로 된 하나 이상의 부분, 서브-프로그램, 또는 모듈을 저장하는 파일) 내에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 상에서 또는 하나의 사이트에 위치하거나 다수의 사이트들에 걸쳐 분산되고 통신 네트워크에 의해 상호연결된 다수의 컴퓨터 상에서 실행되도록 배치될 수 있다.
본 명세서에서 서술된 프로세스들 및 로직 흐름들은 입력 데이터에 대해 동작하는 것 및 출력을 생성하는 것에 의해 액션을 수행하기 위한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그램가능 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 그러한 프로세스들 및 로직 흐름들은 또한 특수한 목적의 로직 회로, 예컨대 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA) 또는 애플리케이션-특정형 집적 회로(application-specific integrated circuit: ASIC)에 의해 수행될 수 있고, 장치 또한 특수한 목적의 로직 회로, 예컨대 FPGA 또는 ASIC으로서 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는 예로서 범용 목적의 마이크로프로세서 및 특수한 목적의 마이크로프로세서 모두 및 임의의 종류의 디지탈 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리(read-only memory) 또는 랜덤 액세스 메모리(random access memory) 또는 그 모두로부터 명령어 및 데이터를 수신할 수 있다. 컴퓨터의 필수적인 요소는 명령어에 따라 액션을 수행하기 위한 프로세서 및 명령어와 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 디바이스이다. 일반적으로, 컴퓨터는 또한 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 저장 디바이스, 예컨대 자기, 광자기(magneto-optical) 디스크 또는 광학 디스크를 포함하거나, 거기로부터 데이터를 수신하거나 거기로 데이터를 전송하거나 이를 모두 하도록 동작가능하게 커플링될 것이다. 그러나, 컴퓨터는 그러한 디바이스들을 구비하지 않아도 된다. 더욱이, 컴퓨터는 다른 디바이스 내에, 몇 가지 예를 들면 예컨대 이동 전화(mobile telephone), 개인용 디지털 보조장치(personal digital assistant: PDA), 이동식 오디오 내지 비디오 플레이어(mobile audio or video player), 게임 콘솔(game console), 또는 휴대형 저장 디바이스(예를 들어, 범용 직렬 버스(universal serial bus: USB) 플래쉬 드라이브) 내에, 임베딩될(embedded) 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어 및 데이터를 저장하는 데 적합한 디바이스는 모든 형태의 비휘발성(non-volatile) 메모리, 매체 및 메모리 디바이스를 포함하는데, 예를 들면 반도체 메모리 디바이스(예컨대, EPROM, EEPROM 및 플래쉬 메모리 디바이스), 자기 디스크(예컨대, 내부의 하드 디스크 내지 착탈가능(removable) 디스크), 광자기 디스크, 그리고 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크를 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수한 목적의 로직 회로에 의해 보완되거나 또는 특수한 목적의 로직 회로 내에 포함될 수 있다.
사용자와의 상호작용을 제공하기 위해, 본 명세서에서 서술된 발명 대상의 실시예들은 사용자에게 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이 디바이스, 예컨대 음극선관(cathode ray tube: CRT) 또는 액정 디스플레이(liquid crystal display) 모니터, 그리고 사용자가 컴퓨터에 입력을 제공하는 포인팅 디바이스(예컨대, 마우스 또는 트랙볼) 및 키보드를 구비한 컴퓨터 상에 구현될 수 있다. 다른 종류의 디바이스들 역시 사용자와의 상호작용을 제공하는 데 사용될 수 있는데, 예를 들어 사용자에게 제공되는 피드백은 임의의 형태의 감각의 피드백(sensory feedback), 예컨대 시각적 피드백, 청각적 피드백 또는 촉각적 피드백일 수 있고, 사용자로부터의 입력은 음향(acoustic), 언어(speech), 또는 촉각의 입력을 포함하는 임의의 형태로 수신될 수 있다. 부가적으로, 컴퓨터는 사용자에 의해 사용되는 장치로 문서를 보내는 것 및 그 장치로부터 문서를 수신하는 것에 의해, 예컨대 사용자의 클라이언트 디바이스 상의 웹 브라우저로부터 수신된 요청에 응답하여 웹 페이지를 그 웹 브라우저에 보내는 것에 의해 사용자와 상호작용할 수 있다.
본 명세서는 구현예의 특정 세부사항을 여럿 포함하나, 이들은 임의의 발명 내지 청구될 수 있는 것의 범위에 대한 제한이 아니라, 특정한 발명의 특정한 실시예에 특유한 특징의 서술로서 해석되어야 한다. 본 명세서에서 별개의 실시예들에 관한 맥락(context)에서 서술된 소정의 특징들은 또한 하나의 실시예 내에서의 조합으로 구현될 수 있다. 역으로, 하나의 실시예에 관한 맥락에서 서술된 다양한 특징은 또한 다수의 실시예에서 별개로 또는 임의의 적절한 서브조합(subcombination)으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징들이 소정의 조합에서 작용하는 것으로 전술되고 그에 따라 처음에 청구까지 되었더라도, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징이 몇몇 경우에서 그 조합으로부터 삭제될 수 있고, 청구된 조합은 서브조합 내지 서브조합의 변형(variation)을 지향할 수 있다.
유사하게, 동작들이 도면에서 특정한 순서로 도시되었으나, 이는 원하는 결과를 얻기 위해서는 그러한 동작들이 도시된 특정 순서로 또는 순차적 순서로 수행될 것 또는 도시된 동작 모두가 수행될 것을 요구하는 것으로서 이해되어서는 안 된다. 소정의 상황에서, 멀티태스킹(multitasking) 및 병렬 처리(parallel processing)가 유리할 수 있다. 더욱이, 전술한 실시예에서 다양한 시스템 컴포넌트의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하는 것으로서 이해되어서는 안 되며, 서술된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들이 일반적으로 하나의 소프트웨어 제품에 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
이와 같이, 발명 대상의 특정 실시예들이 서술되었다. 이하의 청구항의 범위 내에 다른 실시예들이 있다. 몇몇 경우에서, 청구항에 기재된 액션들은 상이한 순서로 수행될 수 있고 여전히 원하는 결과를 달성할 수 있다. 부가적으로, 첨부된 도면에서 도시된 프로세스들은 원하는 결과를 달성하기 위해 반드시 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서를 요구하는 것은 아니다. 소정의 구현예들에서, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유용할 수 있다.

Claims (24)

  1. 정전용량방식 터치 센서용 능동 스타일러스(active stylus)에서 신호를 송신 및 수신하는 방법으로서,
    상기 능동 스타일러스는 전극, 및 상기 전극을 통해 전류를 수신하고 상기 전극에 전압을 송신하기 위한 적어도 하나의 회로를 포함하고,
    상기 방법은,
    송신 모드에서,
    스위치모드 전력 공급 회로- 이 스위치모드 전력 공급 회로는 적어도 인덕터 및 다이오드를 포함하고, 상기 다이오드는 변압기(transfomer)에 결합됨 -를 사용하여 전압을 생성하고,
    상기 다이오드가 상기 송신 모드에서 간헐적으로 순방향 바이어싱되도록 하고, 전류가 상기 다이오드를 통해 표류 정전용량(stray capacitance)으로 흐르도록 하며,
    수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 상기 회로 내의 적어도 일부 소자를 상기 표류 정전용량 양단에 걸쳐 형성된 전압으로부터 절연시키도록 상기 송신 모드에서의 스위치를 구성함으로써,
    상기 전극에 결합된 노드를 통해 전압을 송신하도록 상기 회로를 구성하는 단계; 및
    상기 수신 모드에서,
    상기 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 상기 회로의 소자들내로 전류를 수신하도록 상기 스위치를 구성하고,
    상기 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 상기 회로 내의 소자들의 적어도 일부가 상기 스위치모드 전력 공급 회로의 변압기의 인덕턴스로부터 절연되도록 상기 다이오드를 상기 수신 모드에서 간헐적으로 역방향 바이어싱되도록 구성함으로써,
    상기 전극에 결합된 노드를 통해 전류를 수신하도록 상기 회로를 구성하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    저항기가 상기 다이오드에 결합되고, 상기 방법은 상기 저항기의 적어도 하나의 단자 상에서 상기 회로의 접지 전압보다 큰 기준 전압을 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수신 모드에서, 상기 수신된 전류의 적어도 일부를 마이크로제어기에 의해 제어되는 전류 수신기 회로에 전송하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 상기 회로 내의 적어도 일부 소자를, 상기 전극에 결합된 노드 상의 하나 이상의 소자와 연관된 기생 정전용량(parasitic capacitance) 양단에 걸쳐 형성된 전압으로부터 절연시키도록 상기 송신 모드에서의 상기 스위치를 구성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전극에 결합된 노드에서 상기 표류 정전용량과 평행하게 제2의 의도적(deliberate) 정전용량을 배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    1 마이크로암페어 정도의 전류를 수신하는 단계, 및 1백 볼트 정도의 전압을 송신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스위치모드 전력 공급 회로는 플라이백(flyback) 회로를 포함하는, 방법.
  8. 정전용량방식 터치 센서용 능동 스타일러스에서 신호를 송신 및 수신하는 장치로서,
    상기 장치는 전극으로부터 전류를 수신하고 전압을 상기 전극으로 송신하기 위한 적어도 하나의 회로를 구비하고,
    상기 장치는,
    상기 전극;
    수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들;
    적어도 변압기 및 다이오드를 포함하는 스위치모드 전력 공급 회로- 상기 다이오드는 상기 변압기에 결합됨 -; 및
    스위치를 포함하고,
    송신 모드에서,
    상기 전압을 전극으로 송신하기 위한 상기 회로는,
    상기 스위치모드 전력 공급 회로를 사용하여 전압을 생성하고,
    상기 다이오드를 상기 송신 모드에서 간헐적으로 순방향 바이어싱되도록 구성하고, 전류가 상기 다이오드를 통해 표류 정전용량으로 흐르도록 하며,
    수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 적어도 일부 소자를 표류 정전용량양단에 걸쳐 형성된 전압으로부터 절연시키도록 상기 송신 모드에서의 스위치를 구성하도록 구성되고,
    수신 모드에서,
    상기 전극으로부터 전류를 수신하기 위한 상기 회로는,
    상기 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들내로 전류를 수신하도록 상기 스위치를 구성하고,
    상기 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들의 적어도 일부가 상기 스위치모드 전력 공급 회로의 변압기의 인덕턴스로부터 절연되도록 상기 다이오드를 상기 수신 모드에서 역방향 바이어싱되도록 구성하도록 구성된,
    장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위치모드 전력 공급 회로는 플라이백 회로를 포함하는, 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 다이오드에 결합된 저항기를 더 포함하되, 상기 회로는 상기 저항기의 적어도 하나의 단자 상에서 상기 회로의 접지 전압보다 큰 기준 전압을 제공하도록 구성된, 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 회로는 상기 수신 모드에서, 상기 수신된 전류의 적어도 일부를 마이크로제어기에 의해 제어되는 전류 수신기 회로에 전송하도록 구성된, 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 표류 정전용량은 상기 전극에 결합된 노드 상의 하나 이상의 소자와 연관된 기생 정전용량을 포함하는, 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 전극에 결합된 노드에서 상기 표류 정전용량과 평행하게 위치한 제2의 의도적 정전용량을 더 포함하는, 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 수신된 전류는 1 마이크로암페어 정도이고, 상기 송신된 전압은 1백 볼트 정도인, 장치.
  15. 정전용량방식 터치 센서용 능동 스타일러스에서 신호를 송신 및 수신하는 시스템으로서,
    상기 시스템은 전극으로부터 전류를 수신하고 전압을 상기 전극으로 송신하기 위한 적어도 하나의 회로를 구비하고,
    상기 시스템은,
    상기 전극;
    수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들;
    적어도 변압기 및 다이오드를 포함하는 스위치모드 전력 공급 회로- 상기 다이오드는 상기 변압기에 결합됨 -; 및
    스위치를 포함하고,
    송신 모드에서,
    상기 전압을 전극으로 송신하기 위한 상기 회로는,
    상기 스위치모드 전력 공급 회로를 사용하여 전압을 생성하고,
    상기 다이오드를 상기 송신 모드에서 간헐적으로 순방향 바이어싱되도록 구성하고, 전류가 상기 다이오드를 통해 표류 정전용량으로 흐르도록 하며,
    수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 상기 소자들 중 적어도 일부를 표류 정전용량 양단에 걸쳐 형성된 전압으로부터 절연시키기 위한 수단을 포함하고,
    수신 모드에서,
    상기 전극으로부터 전류를 수신하기 위한 상기 회로는,
    상기 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들내로 전류를 수신하도록 상기 스위치를 구성하고,
    상기 수신 모드에서 전류를 수신하도록 구성된 소자들의 적어도 일부를 상기 스위치모드 전력 공급 회로의 변압기의 인덕턴스로부터 절연시키기 위한 수단을 포함하는,
    시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 스위치모드 전력 공급 회로는 플라이백 회로를 포함하는, 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 다이오드에 결합된 저항기를 더 포함하되, 상기 회로는 상기 저항기의 적어도 하나의 단자 상에서 상기 회로의 접지 전압보다 큰 기준 전압을 제공하기 위한 수단을 포함하는, 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 회로는 상기 수신 모드에서, 수신된 전류의 적어도 일부를 마이크로제어기에 의해 제어되는 전류 수신기 회로에 전송하기 위한 수단을 포함하는, 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 표류 정전용량은 상기 전극에 결합된 노드 상의 하나 이상의 소자와 연관된 기생 정전용량을 포함하는, 시스템.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 전극에 결합된 노드에서 상기 표류 정전용량과 평행하게 위치한 제2의 의도적 정전용량을 포함하는, 시스템.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 수신된 전류는 1 마이크로암페어 정도이고, 상기 송신된 전압은 1백 볼트 정도인, 시스템.
  22. 능동 스타일러스에서 전극을 통해 신호를 송신 및 수신하는 회로로서,
    제1, 제2 및 제3 저항기;
    제1 및 제2 트랜지스터;
    변압기;
    제1 다이오드;
    증폭기; 및
    캐패시터를 포함하되,
    상기 제1 저항기는 입력 단자 및 상기 제1 트랜지스터와 결합되고,
    상기 제1 트랜지스터는 상기 저항기에 결합된 제1 단자, 접지 노드에 결합된 제2 단자, 상기 변압기의 제1 권선에 결합된 제3 단자를 포함하고,
    상기 변압기는 전력 공급기의 단자와 상기 제1 트랜지스터의 제3 단자 간에 결합된 제1 권선, 및 상기 접지 노드와 상기 제1 다이오드의 애노드 간에 결합된 제2 권선을 구비하고,
    상기 제1 다이오드는 상기 정전용량방식 터치 센서와 신호를 수신 및 송신하도록 구성된 전극에 결합된 노드에 결합된 캐소드를 구비하고,
    상기 제2 저항기는 상기 전극에 결합된 노드와 기준 전압 사이에 결합되고,
    상기 제2 트랜지스터는 상기 전극에 결합된 노드에 결합된 제1 단자, 스위칭된 신호를 위한 단자에 결합된 제2 단자, 및 상기 증폭기의 반전 입력에 결합된 제3 단자를 포함하고,
    상기 증폭기는 상기 기준 전압에 결합된 비반전 입력을 가지며,
    상기 제3 저항기는 상기 증폭기의 반전 입력과 상기 증폭기의 출력 사이에 결합되고,
    상기 캐패시터는 상기 증폭기의 반전 입력과 상기 증폭기의 출력 사이에 결합되고,
    상기 기준 전압은 상기 접지 노드의 전압보다 크고 전력 공급기 전압보다 작도록 구성되고,
    상기 회로는 상기 전극에 결합된 노드를 통해 전류를 수신하는 수신 모드와, 상기 전극에 결합된 노드를 통해 전압을 송신하는 송신 모드를 갖도록 구성되고,
    수신 모드에서, 상기 제1 다이오드는 역방향 바이어싱되도록 구성되고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터의 제1 단자와 제3 단자를 전기적으로 연결하도록 구성되고,
    송신 모드에서, 상기 제1 다이오드는 간헐적으로 순방향 바이어싱되도록 구성되고, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터의 제1 단자와 제3 단자를 전기적으로 연결해제하도록 개방 회로를 형성하도록 구성되는, 회로.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 수신된 전류는 1 마이크로암페어 정도이고, 상기 송신된 전압은 1백 볼트 정도인, 회로.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 회로는 제2 다이오드를 더 포함하되, 상기 제2 다이오드는 상기 제1 트랜지스터의 제2 단자 및 제3 단자와 병렬로 결합되는, 회로.
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