TW451155B - Digital digitizer coordinate input system - Google Patents

Description

451155 五、發明說明（1) 本申請案與數化器座標輸出裝置有關，包括數位板及指 標裝置（例如數位筆、數位滾、滑鼠）。更明確地說，本申 請案與座標輸入系統有關’其中數位信號在數位板與指標 裝置間來回傳送。 本申請案與共同擁有的美國專利4, 878, 553、 5,028,745 ' 5,600,1 05 ' 5,679,930 ' 5,66 1,269 ' 5,629, 500、5, 672, 582、5, 644, 108、及美國專利申請案 〇8/870, 712 、08/917,891 、08/806，160 、08/840,617 等有關，以 上所有揭示皆併入本文參考。 發明背景 數化器系統已是習知技術。例如見美國專利4, 878,553 及5, 028,745。圏1、3及5是習知技術的數化器系統，它們 與專利‘ 553及‘ 745有關》 例如在圖1的習知技術中，指標裝置内有一組在頻率f〇 諧振的諧振電路’此部分與數位板的環形線圈所產生的波 反應’以便得到指標裝置的位置。指標裝置接收數位板的 波’並產生波送回數位板，俾使數位板能偵測到指標裝置 相對於它的位置。此指標裝置的諧振電路連接一個電容器 (C開關單元），它的電容隨著筆壓改變，當筆壓改變時， 諧振頻率也在f0 土E的範圍内改變。數位板經由偵測此頻 率的改變例如相位的改變以偵測筆壓。雖然此種將指標裝 置（例如數位筆）之壓力資訊傳送給數位板的方法已令人滿 意，但它還是有某些方面可以增進。 圖3的習知技術說明傳統數化器的通訊方法。在指標裝

HUSH IHHH 88109890.ptd 第5頁

4 5115 5 五、發明說明（2) ---- 〒内：u·個小電谷的電容器’經由一個開關連接到諧振電 路，因此，藉操作此開關可以些許改變譜振料。數位板 藉偵測信號之相位偏移而價測到此開關的操#。因此，此 種傳統的通訊系統是使用指標裝置之信號的相位。 關於偵測筆在數位板上的壓力，圖5顯示習知技術偵測 筆，的傳統方法一個稱之為c_開關單元的小電容可變電 容器連接到指標裝置㈣振電路eG_開關單元的功用為筆 壓感應器’電容隨著筆的壓力而改變。在〇到5〇〇克的施力 範圍，電容能在數pF到1 〇〇pF的範圍内精確地改變，藉摘 測相位值以偵測施加於筆尖之筆壓。 從以上可以明瞭，吾人需要一種能精確偵測筆壓的改良 方法及系統。同時也需要一種能使數位板以有效率的方法 識別與其共同使用之指標裝置的系統/方法，且不會犧牲 系統的性能》 本發明的目的是要滿足以上及其它的需要。 發明概述 本發明的目的是提供一種系統’其中的數位信號在數化 器系統中的指標裝置與數位板間來回傳送。 本發明的目的是提供一種系統’其中的數位板能以有效 率的方法識別指標裝置傳送給數位板的識別信號，且不會 使性能犧牲到明顯的程度。 本發明的目的是經由從指標裝置傳送給數位板的數位信 號提供壓力偵測。 本發明的目的是提供一種指標裝置内的諧振電路。

IHrai IHII 88109890.ptd 第6頁 451 1 55 ""^"^明說明（3) ~ 本發明的目的是執行與數位板的來回傳送與接收。 本發明的目的是在數位板提供環形線圈陣列，以便在叉_ 轴方向及Y-軸方向重疊。 本發明的目的是經由掃瞄至少部分，且可能是全部的線 圈並内插接收的位準以計算座標值。 本發明的目的是首先掃瞄一或兩轴方向的所有線圈，一 旦找到指標裝置接著執行部分掃瞄（即區段掃瞄）。 本發明的目的是從侧波瓣偵測筆的傾斜。 ~8-式說明 圖1說明傳統數化器系統的概圖，包括指標裝置（包括調 譜電路）以及對應的數位板’指標裝置在數位板上移動。 囫2是說明本發明之一種具體例的數位板以及對應之指 標裝置的電路概圖/方塊圖。 圓3是說明與圈1不同特徵的傳統數化器系統概圖。 圖4是說明本發明一種不同特徵之數位式數化器系統的 具體例概圖。 圖5是說明與圖1不同特徵的傳統數化器系統概圖。 囷6是說明本發明之一種不同特徵之數位式數化器系統 的具體例概圖》 囷7是說明本發明之一種擷取時計信號之電路及技術的 具體例概圚。 圖8是說明本發明之一種用於數位筆壓之電路與技術的 具體例概圖。 圓9是本發明之一種電源擁取電路的具體例。

88109890.ptd 第7頁 451 1 55 五、發明說明（4) 圖10是本發明之一種數位指標裝置（例如數位筆或筆）的 具體例方塊圈》 圏11說明圖10之指標裝置電路所用的各種波形。 圈12說明本發明之一種從數位板到指標裝置之數位通訊 的各種波形具體例。 圏1 3說明本發明某些具體例中所使用之關於傳送持續時 間偵測技術的電路及對應的波形。 圖14疋根據本發明之一種具有11}功能之指標裝置的具體 例方塊圚。 圖15說明當傳送某特定命令時的各種波形。 圈16說明當傳送另一種特定命令時的各種波形。 圖17說明當傳送又一種特定命令時的各種波形。 圖18是說明本發明之—種供位移頻率的指標裝置電路的 具體例方塊圖。 圖19說明本發明之一種用於位移頻率的電路及其對應之 波形的具體例。 圖20說明用於本發明某些具體例的M〇SFET。 圈21是說明本發明之多模式具體例所採取之步驟的流程 圖。 圖22(a)及22(b)說明本發明某些具體例用於偵測指標裝 置旋轉的兩鄰接線圈。 圖23是說明本發明某些具體例用於偵測指標裝置旋轉的 電路方塊概圖。 圖24是本發明之圖22及23的具想例，用於偵測旋轉角度 88109890.ptd 第8頁 451 15 5 五、發明說明（5) 的電路及對應的波形。 圖25是說明傳統的傳送/接收方法以及本發明某些具體 例的傳送/接收方法》 、一、 囷26說明傳送線圈掃瞄期間所發送的波形。 圖2 7是本發明某些具鍾例之數位板的電路圖。 圖28說明圈27之電路的波形。 圖29是本發明某些具體例之時計信號擷取電路的電路 圓。 圖30說明經由圏29之電路所擷取的時計信號q 圖31說明本發明某些具體例的筆壓歸零調整電路。 圖32說明本發明某些具體例的資料返回電路。 圖33說明圖32之資料返回電路所使用的波形。 圖34說明本發明之一種以二極體開關指標裝置内之諧振 電路的具體例》 圖35說明本發明之一種側開關偵測電路的具體例。 圖36說明圖35之電路的工作波形。 圖37說明用於本發明某些具體例中的低耗電開關電路。 圖38說明本發明之-種指標裝置内具有抹除功能的電路 具體例^ 圖39說明本發明之一種命令接收電路的具體例。 圖40說明圖39之電路的波形。 圖41說明本發明之一種具體例與64_位元熔絲（fuse)R〇M 間的接線。 圖42說明本發明某些具體例接收某命令的工作波形。

4 5115 5 五、發明說明（6) 圖43說明接收另一種命令的工作波形。 圖44說明本發明某些具體例之放大頻率位移信號的電路 圈。 本發明某些具體例詳細描述 現請更詳細參閱所附各圖’在所有圖中，相同的編號表 示相同部分。 圖2的概圖說明本發明之一種數位式數化器系統的具體 例。指標裝置1除了諧振電路（線圈3及電容器5)外還包括 一個1C，如有需要，還提供有包括複數個開關7及類比感 應器9的IC2。ROM 11是其中的一部分，它儲存指標裝置獨 有的ID碼。開關7及感應器9之狀態所指示的所有資訊都被 數位板偵測。此外，數位板與指標裝置間進行雙向數位通 訊。數位板13發射4或5個位元的數位碼，指標裝置1接收 到數位碼後，將對應於該碼的資訊以數位資料回復給數位 板13。圖2所示的關係只是為了便於描述本發明的某些具 體例’並不代表實際的配置細節。 基本的數位筆技術發展於1 993年，但發展的原意是為了 不必再在數位板上偵測相位資訊並降低成本。不過，經證 實’此項技術在功能性方面比降低成本更具前途，之後’ 發展即朝向實現附加功能的方向進行。 數位通訊型之數位板所使用的筆稱為數位筆。數位筆與 傳統的筆Μ筆在與數位板做筆壓及開關資訊通訊時所使用 的方法不同。 圖4說明本發明之一種數位通訊系統具體例所使用的通

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訊方法。指標裝置具有一個諧振電路，傳統的配置包括感 應線圈3及至少一個電容器5 ’並與數位板交替進行傳送與 接收固定頻率的波《在某些具體例中，從數位板傳送與接 收的波，是由數位板中的一組線圏連續的將波傳送給筆， 並由數位板中的另一組線圈接收來自筆的波。一個電子開 關1 5連接到指標裝置的諧振電路，如圖所示。當此開關關 閉，諧振電路即可工作，且因此數位板可以偵測到來自指 標裝置（例如數位筆、數位滾、滑鼠等）的信號。不過，一： 旦開關被打開，諸振電路即不請振，因此數位板無法偵測 到信號。圖中所示以時間為基準的數位信號序列做為此開 〇 關15的控制信號。如果數位信號變化的時序與數位板傳送 與接收的時序匹配，接收的信號將隨著指標裝置的控制信 號出現或不出現於數位板上，如囷所示。在圖中， "〇〇 1 Ο Γ是加到諧振電路的控制信號，因此，藉偵測此信 號的出現/不出現，數位板偵測到的數位資訊是有關於 "00101"。在此’如果指標裝置的控制信號是"1 "，數位板 偵測不到信號’因此，如果有接收信號出現*則被判定為 ，如果接收信號沒有出現，則被判定為” Γ。此即為數 位通訊系統，在系統中數位碼被直接地連續傳送。數位通 （j 訊系統中的數位板只需偵測信號的出現/不出現，因此， ·

傳統的配置不需要為偵測相位做確認。 I 囷6說明本發明一種數位筆具體例所使用的筆壓偵測原 理。如圖所示，電子開關15連接到數位筆的諧振電路’由 連續的數位信號控制’此與圖4相同。如圖6所示，數位筆

88109890.ptd 第11頁 451 15 5 五、發明說明（8) 内有筆壓偵測電路1 7，它以數位值輸出筆壓。數位化筆壓 所使用的實際位元數量是根據筆壓所需的解析度而定。例 如，8個位元可以處理256 -階的筆壓偵測，10個位元可以 處理1024 -階的筆壓偵測。圖6顯示的情況是以8個位元的 數位值代表筆壓。所得到的8位元數位信號經過連續轉換 19並藉此控制諧振電路。在圖6中，筆壓是"〇1001010"， 數位板根據接收信號的出現/不出現偵測到此碼。此外， 雖然圈中未顯示，但提供了一個對諧振電路產生之信號整 形的獨立電路以得到電源。 嘗試實現無電池及無線配置的筆壓筆還牵涉到一些問 題。第一個問題是如何將類比量（諸如筆壓）轉換成數位型 式°傳統的A/D轉換器需消耗很多電力，以諧振電路得到 的微小電力很難供應其所需。第二個問題是如何得到連續 轉換數位化筆壓資訊所需的時計。 關於時計的擷取，以下將描述如何根據本發明的具體例 得到時計信號。現請參閲圖7，依續連接到諧振電路的有 價測電路21、比較器23、積分電路25、比較器27。"a"到 f代表圓令每一部分的波形’水平軸代表時間轴。在圖 中’以一種時序從數位板傳送來的波以„ 表示。空白部 分是接收周期’也是從筆的觀點看，波停止的周期◊亦 即’接收周期跟隨在較長的傳送之後，之後是較短的傳送 周期與接收周期等交替下去。 現仍請參閱圖7，"b"代表諧振電路（包括線圈3及電容器 5)兩端所產生的高頻信號，且所產生的信號以接地電位做

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五、發明說明（9) 為參考’在正、負兩側波動。電壓不會在數位板開始傳送 波之後立刻產生；產生的電壓信號是隨著時間逐漸上升/ 如圖所示。數位板傳送期間’經過一段時間後，諧振電路 的電壓變為飽和，之後就不會再增加。當波停止傳送，_ 號” b"漸漸消失。信號"C"是偵測電路的輸出波形，伯測^ 號"b"的正包絡（envelope)。信號"d"是比較器的輸出信 號’它是在固定的位準比較’並將其轉換成數位信號。此 信號d”是數位信號，它的上升比數位板開始波的傳送多 少有些延遲’且它的下降也比數位板停止傳送波的時間有 些許延遲’此與數位板傳送/接收的時序幾乎同步。此信 號"d"就是圖6中的時計信號。 關於围6中的數位筆電路，當對要被送回的數位資訊執 行連續轉換19後，不僅要與數位板的傳送/接收時序同 步’且當第一個信说送回時，數位板必須同意。因此，在 囷7中，還有積分電路及比較器連接到輸出信號"d，_。積分 電路的輸出號” e ”的電壓逐漸增加，因此，如果波的傳 送時間短’它不會到達連接在其後之比較器的臨限位準， 但如果傳送的時間夠長’它會在傳送周期到達臨限位準， 因此得到重置信號，，f"，如圖所示。雖然此在圈6中未顯 示’但如果用此重置信號"厂重置連續轉換電路，而且以 圓7中1 a”所示的時序執行傳送，則可以安排資料之第j個 位元隨在夠長之傳送的傳送/接收令被送回，以及後續位 元也順序送回。數位板在事先就知曉這些時序，以便能侦 測從指標裝置送回之某種位元數量的數位資訊’且不會發 麵 88109890.ptd 第13頁 451155 五、發明說明（ίο) 生錯誤* 關於數位板上的筆壓，圖8說明一種以很小的耗電量 類比量的筆壓轉換成數位型式的方法。如圖7a所示，在某 些具體例中，數位板以某種時序放射夠長的傳送周期，隨 之是接收周期以及較短的傳送周期與接收周期相互交替 電波或電磁波，夠長的傳送周期"在後文中稱之為"資料 串周期"（burst period)。筆壓偵測是在此資料串周期内 執行。此外，偵測到的筆壓資訊當成數位信號，在資料 周期之後的傳送/接收中，位元一次一個地送回。 現在將描述在資料串周期期間如何做到筆壓偵測。如圖 8所示，指標裝置内有計數器電路31，且此時計端33連接 到諧振電路。亦即，此種配置是計算諧振電路所產生之高 頻波的數量。此外，以可變電容器c開關單元35做為筆壓** 感應器。圖中所使用的重置信號，'f"是得自囷7的信號 "厂，沒有改變〃此重置信號供應給由c開關單元及電阻器 所構成的積分電路。信號"g”是積分電路輸出的信號，其 波形如圖中所示。如果施加於C開關單元的筆壓很小，積 分電路的時間常數很小，如果施加的筆壓很大，於是時間 常數很大。因此，筆壓愈大’信號"g"的波形上升'愈&緩B 慢’如圖所示。此信號"g"被輸入到AND閘電路39，·它將輸 入反相，因此得到信號"h"，它的脈衝莧度是由從重置俨1 號·' f"的上升時間一直到AND閘電路到達輸入臨限電壓之S 間點的周期所定義。此信號"h"的波形是筆廢愈大，—的 脈衝寬度愈長。此脈衝信號"h"被輸入計數器電路的^ ’ 88109890.ptd 第14頁 451 155 五、發明說明（11) 端’且計數1電路只在此脈衝周 筆壓很小，計數器電路的計數 a a ^, ^ . m , 丨双值很小’如果筆壓變大，於 疋叶數值也變大。換言之，筆廢被數位化。 圖9說明本發明之電源掘抱φ妨 , 5lfn ^原擷取電路的具體例。適合的電容 4大約0. 1到0. 4 7众F β所姐5丨丨/λ 送功率以及指標襄置電=的電源電壓視數位板所的傳 是i.5m.8伏。f可得到的電壓大約 瓶結圖6到9可得到圖10的數位式指標裝置1。圖11 顯示圖10中從"a"到” jM所代表之每—部分的波形。 如果數位板以某時序傳送的波如圖IGa所示，則在諧振 :2中可知到b戶斤表示的波形。在比較器中偵測此波形 3 f形以擷取時計信號，如"所表示。此外，數位板連 續傳送-段比正常（資料争）時間長的波，以告知該時序要 送回第一個位元。因企匕，信號"cM呆持一段對應於資料串 周期的長周期高位準。纟資料串周期期$，此種信號” c" 通過積分電路得到緩慢上升的波形，如信號，_ e ”。此比較 器中整形，結果得到信號"Γ ，它是僅在資料串周期期間 產生的脈衝。 此信號f ”是前述的重置信號。脈衝信號，，h,，的寬度係根 據此信f"進一步通過由C開關單元及電阻器構成的積分 電路所知到筆壓而改變。此脈衝信號"h被輸入計數器的 致能（EN)端’因此’在此脈衝周期期間輸入的波數被計 算’藉以將筆壓轉換成數位值。圖丨〗中所顯示的信號"土 „ 表示計數器内所計數的高頻信號。

! 4 5115 5 五'發明說明（12)

包括計數器内所轉換的8-位元輸出以及SW1及SW2，總共 1 0個位元輸入到平行/串列轉換電路，以便得到串列輸出 的信號"j"。此時所使用的時計信號是信號"d",它是根據 #號” c"所產生。此外，重置信號"f"也加入平行/串列轉 換電路的重置輸入，因此，每次傳送資料串時，平行/串 列轉換電路内緩衝器的資料即被更新《這也就是說，其操 作是每次發送資料串時，設定10 -位元的資料，在後來輸 入的時計信號"d"的每一個前緣，資料串從第一個位元開 始順序輸出》Sffl及SW2對應於Wacon Tech. Corp,， Vancouver Washington出售的傳統數位筆的侧開關。 平行/串列轉換電路的輸出信號"j"連接到與諧振電路連 接的開關’根據被送回的資料打開或關閉諧振電路。亦 即’開關的開或關與傳送/接收波的時序同步，因此，當 開關被關閉時，數位板的環形線圈偵測到來自筆的波，當 開關被打開時’偵測不到波。因此，根據數位板是否接收 到信號，可以偵測到從筆傳來的1或〇的資訊。參考圖1 〇及 圖11所描述的操作，與參考圈6至圖8所描述的操作完全相 同。 *' 圖10所附加的是單穩/多諧振電路41。信號c(c，）通過單 穩/多讀振電路得到時計信號"d"，此單穂/多諧振電路相 當於74HC123或之類的產品，根據輸入信號之時序的上升 緣產生固定寬度的脈衝信號。在某些具體例中需要此電路 的理由將在下文中說明。 圖11的實施例顯示連續轉換的信號,,j"是由筆壓的 ! 4 5115 5

I 五、發明說明（13) ’_1 00 0 1 1 0 Γ、SW1的0及SW2的1所構成。如果信號|| j，，供應 的是"1 ” ’諧振電路立刻被短路停止，因此在諧振電路兩 端的信號"b，"及偵測信號__c，實際上具有圖^之底部如 ” b"及"cH所顯示的波形。亦即，因為一旦諧振電路的控制 信號"j11上升，信號"b11立刻消失，因此時計信號也立刻下 降。不過’諧振電路必須被連續短路一段時間。理由是如 果電路的控制在傳送時間結束前被切斷，在剩下的傳送時 間期間’諧振電路内會有不欲見的電壓上升到某一程度。 因此’在送回的資料是"1"的情況，如果信號C在短時間内 即下降’單穩/多諧振電路1 4可以產生保持在高位準一段 時間的信號。 由於筆愿是在筆内被轉換成數位值並以數位信號送回數 位板，因此在本發明某些具體例的數位通訊系統中，已出 現偵測指標裝置獨有之ID碼的新方向。 不過， 數位板纪 問題是將指標裝置的ID資訊加到從指標裝置送 數位板的信號内，由於ID資料較長，會使得座標偵測取樣 的速率變慢。以下是對ID長度與取樣速率間關係的說明， 首先，如果沒有執行id偵測的取樣速率是每秒2〇3個點， 如果附加8-位元的ID，取樣速率就降到每秒164個點，如 果附加10-位元的ID，取樣速率就降到每秒137個點，如果

，但不是以連續

第17頁 451155 五、發明說明（14) 的方法。取而代之的是，ID資訊的傳送是間歇性地，或只 在數位板發出請求時，或只在系統啟始時，或最初開機或 指標裝置靠近數位板被數位板中的重疊環形線圈偵測時。 筆壓資訊是即時改變’但II)資訊是指標裝置獨有的值不 會改變。因此，ID僅需被偵測一次即可，因此在數位板請 求時偵測一次足矣。吾人考慮提供筆一種命令接收功能以 實現此功能。因此，數位板經由數位型式的請求資料以波 傳送給指標裝置，數位板無論何時都可請求指標裝置的ID 資訊’指標裝置解釋該請求並致使指標裝置的電路輸出數 位式的指標裝置丨!）資訊，將其傳送回數位板。 關於執行從數位板到筆的數位通訊方法，該方法的簡單 結構是在波的傳送期間以"〇"或"丨"表示。圖丨2表示該方 法。在圏中’水平轴代表時間，如果電磁波或電波，以波 傳送時間的長度表示數位資訊"〇， 1，〇, Γ，指標裝置之 諧振電路所產生的信號如圖所示。偵測所得到的信號，其 中脈衝的寬度根據”〇"或"Γ而有所不同。因此，當數位板 希望從指標裝置請求指標裝置的ID資訊時，數位板只需簡 單地致使它的環形線圈產生既定的電磁波（見圖12，例如 持續時間的序列）傳送給指標裝置，如此，指標裝置即 收到請求ID的數位資訊。 如果指標裝置可偵測到此些脈衡寬度，即可偵測到傳送 自數位板的數位碼β 圖13說明本發明的某些具體例，偵測數位板之傳送波的 持續時間或脈衝寬度的原理。纟圖12中，根據傳送時間得

451155 五、發明說明（15) 到脈衝寬度不同之信號的方法已在囷7_描述’因此，在 此省略對這方面的描述。在圖13令，有2組時間常數不同 的積分電路43,每一個都連接一個比較器。此外，這兩個 積分電路使用共同的輪入。如圖所示’信號的脈衝寬度隨 著輸入到輸入端之傳送時間的長度而改變β亦即，藉在輸 入端順序施加三種類型的脈衝寬度，即tl、t2、t3，在脈 衝輸入期間’就可在兩個積分電路的輸出得到一個電壓逐 漸增加的信號。 當輸出的脈衝為持續時間最短的ti時，在兩個積分電路 43的輸出信號到達兩個比較器45的臨限位準前脈衝即告結 束，因此在它們的輸出側沒有信號產生。 接下來’當輸出的脈衝為持續時間&tl長的t2時，通過 時間常數較小之積分電路的信號m ’其上升的比通過時間 常數較大之積分電路的信號m快’因此只有時間常數較小 的比較器會產生輸出信號m。 接下來，當輸出的脈衝為持續時間最長的t3時，則兩個 輸出端都會產生脈衝信號m及r(或R)。 因此，經由監看兩個時間常數不同之積分電路的輸出即 (.) 可識別出三種不同類型的脈衝寬度。至於偵測時間的方 法’通常是使用計數器，使用計時器會增加電力的消耗， 且如果接收到的資料串信號是最長的波，積分電路的兩個 輸出” d"及"e”將出現信號，可以預見不使用電源的構想將 可實現。儲存在2-位元位移暫存器内的命令資料，在此信 號"e "之上升緣的時序被轉移到解碼器，並根據此資料控

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五、發明說明（16) 制圖中所示的資料切換開關。 圓1 5是每一部分的波形圖， [〇. 〇]的命令，以们㈣签麻明從數位板送出一個 到數位板的命令[〇 〇]後，圖14所&關資料的操作。接收 選擇第一_辨鐺·P她所顯不的資料切換開關47 伴弟仏號線，即，總共1〇個位元（ 位元數位值及側關關眘印所播士、+ 軍澄轉換成的8- 值汉惻開關資Λ所構成）在信號線上被順序偉 送，且此也用來打開或關閉諧振電路。在此

控制諧振電路順序一-欠僂逆一個办-& + 彳《號J ㈣諸振電路的資料是[1]，错振 電路即不工作，數位板接收不此外， 諧振電路的資料是[〇]，信號"j"即不會影㈣振電路控= 位板即可接收來自㈣m經由接收㈣的出現/ 不出現，數位板因此可以偵測筆壓及側開關 此外，雖然圖14中省略了單穩/多譜振電路的，^還是需 要供應一個信號通過單穩/多諧振電路，以將其變成如同 圖10中之寬度固定的脈衝，以做為控制諧振電路的信號。 圓16是每一部分的波形圖’用來說明數位板送出一個 [0. 1]命令以及9-位元的指標裴置id資料的操作。接收到 數位板的[0 1 ]命令之後’圖14所示的資料切換開關4 7選 擇第二條信號線，即順序傳送9-位元的信號線，且數位板 偵測筆所設定的ID開或關諧振電路。 圓17是每一部分的波形圖’用來說明數位板送出—個 [1. 0]命令以及送回擴充資料（expanded data)的操作。 接收到數位板的[1. 0]命令之後，圖14所示的資料切換開

88109890.ptd 第20頁 451 1 55 五、發明說明（17) 關47選擇第三條信號線，即順序傳送資料擴充端之資料的 信號線’並開或關譜振電路’因此，數位板可以偵測到連 接於圖14中所示之資料擴充端之記憶體或類似裝置所傳送 之某種長度的資料。使用商品化的64-位元熔絲ROM記憶趙 連接於此，並使用此資料做為第二ID，可做到實際上無限 制的ID識別。 關於命令接收功能的其它用途，以上已描述了根據數位 板使用命令所做的請求，選擇性偵測指標裝置1]}資訊及筆 塵資訊的方法。命令功能還有其它用途。可以提供指標裝 置複數個資訊偵測功能，且可以反應數位板的命令只送回 需要的資訊。此不僅用於資料的交換，它也是以下所要描 述的旋轉角偵測不可或缺的。 傳統的數位器系統使用複數個頻率實現雙裝置偵測。此 種配置是預先改變筆與游標（curs〇Γ)的頻率，並根據不同 的頻率進行識別，因此可以同時偵測^雖然在某些傳統系 統中只可以使用預設的筆與游標對的雙裝置，但能夠偵測 任何雙裝置組合的要求也已實現。 為能债測任何組合的雙裝置，且兩指標裝置間不能相互 干擾’只是簡單的頻率劃分法不管用。於是，吾人使用上 述命令接故功能的方法位移指標裝置的頻率。 圖18說明在接收到某命令後用來位移指標裝置諧振頻率 的電路結構。在進行說明前，先瞭解數位板能選擇性地輸 出兩種頻率的波’例如460. 8kHz及384. 0kHz » 圖18的電路結構是一個電容器經由一個開關附加到諧振

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電路。如果此開關被關閉’諧振頻率是46〇. 8kHz，如果此 開關被打開，諧振頻率被調整到384. OkHz。 首先，經由頻率為460, 8kHz的傳送波偵測指標裝置出現 /不出現及指標裝置的位置。一種具有圖18所示之電路結 構的指標裝置，它的諧振頻率例如在初始狀態為 460.8kHz，因此，反應具有460.8kHz之頻率的波而偵 它的位置。 7

一旦指標裝置被偵測到，接下來，數位板傳送一個以4_ 位元表示的頻率位移命令"01 u”給指標裝置。指標裂置在 偵測到頻率位移命令後立刻打開前述開關，並將諧振 移到例如384. OkHz。 X I 一旦諧振頻率移到384.0kHz ’指標裝置就不再對 460, 8kHz的頻率有所反應，因此，之後即將頻率為 384. OkHz的波傳送給指標裝置，因此仍能保持位置及筆壓 等的偵測。 圖19是典型頻率位移電路的特例。為了在頻率位移後仍 能有效地楨測信號及確保所需的電源電壓，用來位移頻率 I 的類比開關，在開後必須保持極低的電阻。2 SK1960是低 電阻的M0SFET，當它的閘電壓在1.5伏時，它的電阻大约 0.35Ω。本發明之一種具體例的一種典型裝置就是使用這 種FET位移頻率。 M0SFET —般具有如圖20所示的寄生二極體，因此只有在 汲電極相對於源極具有正電位時才能當成開關使用β不 過，在諧振電路中正與負電壓都會產生，因此必須有兩個 451155 五、發明說明（19) MOSFET以相對的方向連接。在圖19中，電阻器RA是用來將 陷在兩個FETs間的電荷放電。同樣地，電阻器RB是用來確 保在開始狀態時FETs總是關閉。 圖21顯示數位板在多模式狀態時的操作流程圖。事實 上，任何組合的雙裝置偵測都可以GD級數完成，將參考此 圖說明。在此，在說明中以fO代表初始頻率460. 8kHz，以 fl代表位移後的頻率384. 0kHz。 首先，在開始的設定中，將放置於數位板上之指標裝置 的數量定為0，即，在N = 0(步驟1)。接下來，如果N = 0，使 用頻率f 0進行一次全掃瞄（a 11 -scan)作業，以便偵測數位 板上是否有指標裝置（步驟3) »如果在全掃瞄作業中沒有 偵測到指標裝置，流程回到步驟2並重複全掃瞄作業（步驟 3)。如果在步驟3偵測到有一個指標裝置，流程前進到下 —步的步驟5。亦即，如果在步称3偵測到指標裝置，經過 步驟4是第一個指標裝置，頻率位移命令被傳送給指標裝 置，因此，如果在數位板上還有另一個指標裝置，它不會 與初始頻率干擾（步称5、步棘6)。同時，指標裝置的n增 加1(步驟7)。在步驟6以圖19所示的時序傳送軌行頻率位 移命令的波。上述從步驟3到步驟7的作業一旦完成，流程 再回到步驟2。在步驟2，根據是否偵測到指標裝置分開處 理。如果沒有偵測到指標裝置（N=0)，則重複從步驟3到步 驟7的全掃瞄作業。此外，如果偵測到有1或2個位置指標 裝置，首先’進行區段掃瞄（sec tor-scan)作業（步驟8、 步驟9)以偵測諧振頻率已被改變到fl之指標裝置的座標。

88109890-Ptd 第 23 頁 451155 五、發明說明 在步驟6，一旦指標裝置的諧振頻率被改變到f丨後該 置只對頻率fl反應。因此，為能連續得到該指標 裝置的座標值，之後即使用頻率η的波執行區段 圖19的步驟8、步驟9)。在使用頻率fl的波進行區段 時（步驟8)，如果接收到的信號位準沒有超過某位準， 判斷該指標裝置是否已從數位板移開（步驟丨〇 )。如果數位 板上沒有其它指標裝置，Ν變為〇，因此作業又回到步驟 2 ’並執行（步驟Π)全掃瞄作業（步驟3到步驟？）。如果+ 驟9的信號位準等於或大於某位準，則在頻率f〇執行全^ 瞄作業（步驟3 )，以偵測數位板上是否又重新有或沒有（步 驟1 2 )另一個指標裝置。現在所描述的是關於在頻率f 1的 指標裝置已放置於數位板上之後，偵測是否還有另一個指 標裝置重新或沒有被放置到數位板上的全掃瞒作業。在步 驟3到步驟4的全掃瞄作業中，如果沒有偵測到指標裝置， 流程回到步驟2，重複執行關於已被設定到頻率f丨之指標 裝置的座標偵測（步驟2、步驟8、步驟9)。如果在步驟3到 步驟4偵測到一個指標裝置，則有需要以第二指標裝置的 頻率fO執行將在稱後描述的區段掃描，因此步驟6予以省 略且標裝置的編號進一步增加到Ν = 2(步驟5到步驟 7)。如前所述，已識別出兩個指標裝置，一個在頻率η工 作’另一個在頻率f〇工作。這兩個指標裝置的諧振頻率不 同’因此實際上沒有干擾的影響，且可以偵測兩個座標位 置點。亦即，如果這兩個指標裝置都放置在數位板上，數 位板經由重複執行步驟8到步驟1 6的作業，可以連續地偵

88109890.ptd 第24頁 451155 五、發明說明（21) 測這兩個指標裴置的座標位置。為頻率設定在f 1的第一指 標裝置執行步驟8到步驟9的作業，為頻率設定在f〇的第二 指標裝置執行步驟1 3到步驟1 4的作業。現在，如果在步驟 9的判斷是在頻率f丨工作的指標裝置在步驟8到步驟1 6 (交 替偵測在頻率f 1及頻率f 〇工作之兩個指標裝置的座標）的 作業期間被移走，則會傳送一個頻率位移命令被給剩下來 在頻率f 0工作的指標裝置，將它的諧振頻率從f 0改變到 f1 ’如此’如果另一個指標裝置再度被放置到數位板上 (ι步驟1 7 )’也不會發生干擾的情形。執行步驟丨7的方法與 前述步驟6相同。 本發明之數化器系統的某些具體例的另一個特徵是具有 倘測指標裝置1旋轉的能力。這也是使用前述的命令接收 功能。 板擦久以來都要求能偵測指標裝置的旋轉。首要的是電子 二。電子板擦的情況是’兩個頻率不同的諧振電路放置 ^的兩端’數位板藉偵測兩點的座標以偵測旋轉。 H 卜’還需要偵測筆軸的旋轉角度。此旋轉角度稱 ^ 聿身旋轉"β 偵測筆I热** Μ β h 的領域，希轉的要求不僅是希望輸入旋轉。在電腦繪圊 經由改變筆望畫出非對稱的點以代替有中心的圓。例如’ 示的方向。=方向可以很容易地輸入長方形或橢圓形所顯 因素考唐y· 實上，市面上有很多繪圖工具，它們都將此 根據移‘的二二，子之一是標線，具有長方形尖端，因此 、向可以畫出不同粗細的線。在電腦繪圖的領

451155 五、發明說明（22) 域非常需要此項功能。 如圖22a所示，兩個平行放置的鐵心A與B，鐵心A外纏繞 線圈L2，接著以線圈L1纏繞鐵心A與B並將兩者綁在一起》 一個開關連接到線圈L2，因此兩端可以開路或閉路。此 外，一個高頻電源連接到線圈L1 ^ 將此結構置入數位筆的尖端。首先，如果開關51如圖 22a所示關閉，則線圈L2變為開路，因此不會影響從兩個 鐵心放射出的電磁場，因此，從鐵心A及鐵心B產生無變化 的交流磁場。因此，數位板偵測介於鐵心A及鐵心B令間的 座標。 接下來’如果如圖22b所示打開開關51，線圈L2短路。 在此情況，在線圈L2内產生電動勢，其方向阻斷流經線圈 L1之交流電流所產生的交流磁通量，因此，交流磁場就不 易流過其上纏繞有線圈L2的鐵心A。於是，磁通量集中在 鐵心B ’因此數位板所偵測到的是鐵心b之位置的座標。 因此，經由找出對應於開關51之開路與閉路兩個點的座 標即可計算出筆的旋轉角度。 圖23顯示偵測旋轉角度的架構。兩個鐵心a及b配置於筆 尖’其方法與圖22所示相同，鐵心a纏線線圈L2，以及鐵 ’“A及B同時纏繞線圈L1 ^開關si連接到線圈L2 ,電容器c〇 連接到另一個線圈L1，因此構成諧振電路β電容器Cs經由 開關S2連接到此諧振電路。 命令接收電路連接到此諧振電路，以便當接收到數位板 發出之波型式的某命令時，輸出控制信號。控制信號同時

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命令接收電路與圖14 利用兩種積分電路偵 的數位碼，且只有在 下才輸出控制信號。 時序，與頻率位移 圏L1及電容器C0於事 產生谐振，在初始狀 ，因此數位板所偵測 置的座標，如前所 控制開關S1及開關S2。在此所使用的 所顯示的命令接收電路相同。亦即， 測數位板所傳送之以持續時間所表示 接收到偵測旋轉角度之既定碼的情況 輸出控制信號的時序是資料串結束的 (見圖1 9 )的情況相同。 此電路的操作描述於下。首先，線 先調整到能與來自數位板之波的頻率 態不產生控制信號，因此線圈L2關閉 到的座標是介於鐵心A及鐵心b中央位 述。 接下來’數位板傳送出要傾測旋轉角度的某命令。指標 裝置的命令接收電路一旦接收到此命令，即產生控制信 號’將開關S1及開關S2打開。當開_打開時，磁通量集 中到鐵心B，因此數位板所偵測到的是鐵之位置的座 標。在開關S2上增加電容器Cs的理由是為補充由於線圈L2 短路導致線圈L1所下降的阻抗，以使諧振頻率保持不變。 圓24是偵測旋轉之控制電路的特例（即偵測指標裝置[例 如數位筆]的旋轉角度位置）。關於使線圈L2開路及閉路的（ 類比開關，需要”開"的電阻值低，與頻率位移一樣，因此-在此可以使用2SK1 960。另一方面，加了 Cs的類比開關的"： 開”電阻值不需要如此低，由於有很小的浮動電容且可以 用低電壓來控制，因此在此使用2SK21 58。它的汲端點會 產生些許負電壓，但比寄生二極體的順向電壓（大約〇, 7

451155 五、發明說明（24) 伏）小，因此使用一個FET就足以控制。 以下將描述關於傳送線圈的固定掃瞄。圖25說明傳統掃 瞄方法與本發明某些具體例之固定傳送線圈掃瞄法的差 異。執行傳統掃瞄（即圖25的上半部）的方法是順序切換線 圈以執行傳送與接收，但被選擇的同一個線圏同時供傳送 與接收°它的優點是在座標解析度方面，因為線圈與指標 裝置間的距離差使工作加倍。另一方面，傳送線圈固定掃 瞒’乃是最靠近指標裝置的線圈一直在傳送，且僅只有接 ： 收線圈被掃瞄。 現在’將描述數位式通訊系統為何使用圖25下半部的傳 C) 送線圈固定掃瞄法。在數位式通訊系統中的指標裝置整流 譜振電路内的高頻信號得到電力。連接有電源電路的諧振 電路中所產生的部分信號分量被電源電路吸收。姑且說傳 統的_央掃瞄操作是從數位板到這種指標裝置所構成。圖 26顯示該時兩邊諧振電路上的信號電壓。當從最近的線圈 傳送時’感應電壓最大，當線圈遠離指標裝置時電壓下 降。不過，感應電壓愈大，電源電路就能吸收到愈多電 力’因此’諧振電路中所產生的信號在某個位準被截止， 大約是3個線圈，如圖所示。於是，這將造成無法精確計 算座標的問題’因為數位板中計算座標所需之線圈接收的 ； 信號位準沒有固定的分布。 於是，為解決數位通訊系統的這個問題，當執行區段掃 瞄時*固定傳送線圈已使用一種配置，以利於諧振電路產 生固定位準的電壓。接收線圈掃瞄，因此數位板偵測到對

451155 五、發明說明（25) 應於指標裝置之距離的信號位準’藉以計算座標。 f此情況，只有在接收時，線圈與指標裝置間的差異 ，作，因此可以說，每一個線圈的位準差異都比傳統方： 小，因此這種方法的缺點是關於座標的解析度。不過， 使用10-位元的A/D轉換器可做到所需的〇 〇lmffl座標解 度。 另一種能用於數位通訊系統的是可以做到複數個傳送/ 接收時序的組合，以下將對其進行描述。數位通訊系統使 用來自數位板的波做為指標裝置的時序信號。於是，需要 執行稱之為資料串（burst)的連續傳送，與傳統的掃瞎時 序分開。 此外’到達指標裝置的命令是以傳送的持續時間表示， 因此必須至少設定3種傳送時間。於是，本發明的某些具 體例結合了可以經由韌體自由設定傳送/接收時序的設 計0 以上已經描述了兩種GD數位板不可或缺的項目，以下將 描述圖25中所顯示的其它項目。 關於線圈的圈數，傳統的兩圈對於從數位板供應足夠的 電力給指標裝置多少有些不夠。因此吾人大幅增加線圈的 圏數，使用8-圈的感應線圈，從4到20圈較佳，從6到1〇圈 最佳《 UD系列所使用的線圈節距是6. 4mm，對8圈而言太 窄，因此使用1 0. 4mm的線圈節距。10.4mm這個數字是根據 此節距所包括的側波瓣恰好可以掃猫7個線圈的事實》 考慮低階機器有限的功能及能力，其頻率選擇

451155 五、發明說明（26) 460.8kHz，它是分除RS232C之波特率時計3 686MHz所得 的頻率，它很接近已證實運作良好的⑹叶心。 另一個頻率則選擇在384. 0kHz，它是460. 8kHz的5/6 , 這是為了避免在頻率位移時信號位準下降太多，也是由於 工作時所產生的干擾很小。 、 圖27是根據本發明具體例之數位板的一般架構。圖28 它各種信號的工作時序圖。 將對囷27所示的架構概略說明。它是由16_位元微_電腦 (例如日立300H)、CMOS間陣列（例如W4〇23F)53、類比多工 器（74HC4051 )、及類比電路所構成。 首先說明X I*與Y-轴之傳送/接收電路各自獨立的理 由。系統使用的筆壓解析度為1〇24階（1〇”位元）^如何做 到在數位化筆壓的同時至少計算512個；皮將在稍後描 ί t 5積:t電路的延遲時間，資料串周期至少需要2毫 .^ ^ ^ ^筆壓的10_位疋加上侧開關的2-位元） P hi時間為15G微秒Xl2，需要1,8毫秒。總共 柏Π的&进：t壓需要3. 8毫秒，因&，為獲得與UD系統 = 座㈣測必須在剩下的u毫秒完成°

^ v ^ ^ . 吟谓測χ-袖與Y—轴的原因。可以執行X 與γ同時偵測的原因是闵汰柚〜 犮因為執灯了固疋傳送線圈掃瞄。 & Ψ ,二 陣列的TX*端點經過多工器直接供應時 =微;二it適的電阻器以使通過多工器的電流保 類比電路執行如前所述的同步偵測，且每個轴使用一個

88109890.ptd 第30頁 451 1 55 發明說明（27) W60 0 5S。供應給W6005S的偵測時計RCK1及RCK2是由閘陣列 W40 2 3F所產生的方波《這些RCK1及RCK2是由韌體安排，因 此它們的相位偏移90。。這就是將同步偵測電路分成兩個 相位分量偵測的理由’為的是經由〇。分量及9 〇。分量的 均方值增進座標解析度。 在圖28中’信號I NT是從閘陣列到微-電腦的中斷信號， 表示一個傳送/接收周期。只要此中斷信號一進入，微電 腦立刻開始4個通道的A/D轉換，並將下一個周期（傳送/接 ： 收）的情況設定到閘陣列。 在圖28中’T/R是表示傳送周期的信號，在此周期期 間，460.8kHz(或384.0kHz)的傳送信號從τχ(ι，2)輸出。 另一個周期（接收周期）具有高阻抗，但它是低位準的周 期，大約2 · 2微秒’為得是要抑制交換雜訊。此外，有關 接收周期’與傳送信號頻率相同的偵測時計從及RCK2 輸出。此時計可由1¾/體設定在45。的間隔，且實際上， RCK1及RCK2可以使用偏離90 °的設定。 MUTE在接收周期期間是高阻抗，且不影響傳送/接收電 路’但它在傳送周期期間是低位準，藉以吸收濾波進入接 收放大器的信號。 （ 現仍請參聞圓28，DC是保持在積分電路内致使放電的直 流信號’它是接收系統的最後一步，傳送完成後跟著放電 ： 4.4微秒’以允許在後續周期中的信號偵測是從零開始累 積0 在數位板中使用數位技術與指標裝置通訊，時計信號十

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分重要。在前文中已參考圖7描述了擷取時計信號的技 術*>圖29是電路的特例。電路的卫作波形如圖3()所示。

此時計操取電路使用一個使用障蔽二極體之倍 壓技術的檢波器電路。此檢波器電路的時間常數是由所使 用的電容器及電阻器的值決定。所選擇的時間常數要能在 檢波器的輸出中得到諧振電路内感應信號的包絡（參閱圖 30) ^選擇傳送/接收的時序使傳送周期=5〇微秒，以及接 收周期= 100微秒。決定上述傳送周期的值，是考慮在傳送 的操作中’諧振信號至少要經過50微秒才能到達飽和的事 實’到達餘和所需的時間視諧振電路的Q而定^接收周期 決定為100微秒的原因是在傳送結束後，諧振電路内所感 應的彳§號大約需要100微秒才能衰減到夠低的位準。 偵測h號（圖3 0中的CLK2 A)的波形經過數位積艘電路整 形（波形的整形是將信號限制在接近電源供應器之電磨 的位準處）。 整形後的信號CKL20UT不能直接當成時計信號使用，因 為在信號CKL20UT的前後出現尖波，如圖3〇所示。要移除 尖波，信號CKL20UT要通過由1ΜΩ電阻器及7pp電容器所構 成的積分電路，並接著施加到輸入端為施密特電路的緩衝 器電路β因此’最後’在緩衝器電路的輸出端得到可供使 用的時計信號。 得到圖7中重置信號的方法是時計信號通過由〗電阻 器及470pF電容器所構成的積分電路。從數位板傳送出的 資料串信號周期被此重置信號偵測到。亦即，重置信號指

451155 五、發明說明（29) 示從指標裝置傳送數位資料的開始時序。重置信號也用於 將諸如筆壓的類比量轉換成數位信號的操作。此外，當從 數位板傳送出一個命令，重置信號也指示該命令的結束 (圖 15-17、19、24)。 在數位筆的技術中’表示筆壓的類比信號在指標裝置中 被轉換成數位信號’且所得到的數位信號被傳送給數位 板。如前所述，該項轉換是將筆壓轉換成脈衝寬度，並接 著使用擷取自數位板之環形線圈所產生之無線電波的時計 信號計數脈衝的寬度（請參閱圖8) »

! 在圖8所示的電路中’將一個正脈衝（重置信號）施加到 積分電路以偵測筆壓。不過，在實際的裝置中是使用反向 脈衝（GATE) ’理由描述如下。在〇1)裝置中，使用一個64_ 位元的溶絲r〇M(2100R)儲存Π)資料。此型rom需要負邏輯 型態的重置信號。為符合上述要求，在資料串周期期間要 產生負脈衝。為減少積體電路接腳的數量，偵測筆壓的工 作也要使用這些脈衝。基於上述理由，所使用之信號 的極性舆圖15-17中所示的信號（e)相反β i 關於零點調整’偵測筆壓是偵測電路之時間常數所產生

| 的時間延遲’它的電容分量是由C開關單元所賦予。不 i 過’C開關單元具有它的初始電容，即使當筆壓為零時它 也存在》此表示，當筆壓為零時，電路會產生某種不等於 零的輪出值。為補償此非零的值，使用圖31所示的歸零調 整電路。此歸零調整電路的作用是使計數器在以以信號變 為低位準時稍做延遲再開始它的計數作業。

451155 五、發明說明（30) ~' 在囷31的電路中，如果GATE與ZERO間的時間常數被設κ 成實質上等於GATE與Ml間的時間常數，則筆壓—輸出^二 就會從零值開始上升。 % 圊32說明將偵測最小有效位元之電路所得到的筆壓資 送回（傳送）的電路。囷33說明圖32所示之電路中各點信髀 該電路係根據先前參閱圖6、1〇、及11所描述的原理操 | 作。在圖32中，從CLK2INP端點上的信號中擷取時計信號 的部分與圖29所示的電路相同。被擷取的時計信號經由單 穩多諧振盪器施加到平行_到_串列轉換器，如圖32所示，疒 理由已於先前參閲圖10及11說明。本文中所使用的平行_ 到-串列轉換器與74HC166相當。單穩多諧振盪器則是使用 D-正反器（諸如74HC74)。 一個CR電路連接到單穩多諧振盪器，從其輸出脈衝之下 降緣的角度來看，此CR電路的時間常數要能滿足以下的 I件。 ①下降緣應發生在傳送結束之後。 | ②下降緣應發生在隨後的傳送開始之前^

討論過參閱圖10及11所做的描述後，即可明白上述要 的理由。 L 圈32中的諧振電路是使用連接到〇ϋΤ端的二極體切換⑽及 ： 〇ff_( —極體的作用如同圖6中的開關）。反應控制信號 執行on及of f的切換.圖34說明切換諧振電路之〇n及〇ff的 操作。如圏34所示，施加到二極體的控制信號是開關信號

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(要被傳送者）的反向信號。 當OUT端的信號在高位準時（且因 或11 0")，二極體上是逆向偏壓。沣2送的信號在低位準 諸振電路有任何影響。因此諧振電路信號不會對 接收到來自筆的信號。 舶工作’且數位板能 另一方面，當OUT端的信號在低位準 號在高位準或””，譜振電路内感應的信號 剩J的後半個周期中，由於揩振電路非常 而的Q使k號速迅衰減’數位板接收不到信號。 J筆具：良好的性能，筆必需要有兩個：開關。圖託顯 不在電路中提供兩個開關的例子。此電路除了平行—到串 列轉換器輸入端的數量從〗〇增加到丨2個，其它與圏32的電 路相同。亦即，增加的2—位元信號與側開關有關，它是跟 在10-位元的筆壓資料後被傳送。圖36說明此電路的工作 波形。 圊37顯示偵測側開關狀態的電路。此技術被廣泛地使 用，偵測開關狀態的電路是在CMOS電路的輸入連接一個開 關及一個拉升電阻器，俾使CMOS電路的輸入經由拉升電阻 器被拉升到電源供應電壓。不過，使用此技術的電路需要 消耗大量電流。為避免此問題，電路被改裝成從端點GATE 流出的電流只有負周期的脈衝，如圖所示°負脈衝是由偵 測資料串周期所產生，且是用於筆壓偵測及的重置信 號。 只需要在GATE周期期間偵測開關信號的理由描述於下。

451 155 五、發明說明（32) 如前所描述’筆壓資料是在資料串的尾端，且是跟著資料 送回周期期間逐位元傳送。如果在保持筆壓的同時也保持 開關的狀態，圖3 9所示的開關電路就足以達成目的。 使用圖38中所示的技術即可實現指標裝置的抹除能力。 具有抹除能力的裝置’需要使用兩個譜振電路。摘測筆壓 的計數器以及信號端點GATE為兩組電路所共用。由於兩個 譜振電路不可能同時產生_種信號’因此兩個時計信號 CLK1及CLK2只需簡單地通過〇R閣《時計信號的切換視那一 個諧振電路感應出信號而定’俾能從正確的C開關偵測到 筆壓。 命令的接收作業已於先前參閱圓12-17說明。圖39說明 命令接收電路的特例。圖40說明此命令接收電路中各點信 號的波形’情況是從數位板傳送一個"〇 〇丨〇"的命令。 從數位板傳送出的命令’是由〇3與丨5所構成的數位型式 表示，其中Os與1 s間的區別是它們傳送周期長短的差異。 數位信號是由兩個位置的積分電路偵測，如前所述。在圓 39中，一個積分電路是配置於之間，一個配 置於RES0UT與RESI之間。 如圖39所示，命令接收電路包括單穩多諧振盪器，它與 圖32中使用的相同。在此電路中，and操作是在單穩多諧 振盪器的反向輸出及時計信號間執行，俾能擴大具有較長 周期之"Γ的傳送周期與"〇"的比，藉以確保兩個積分電路 能有夠大邊界以區別3種不同的脈衝寬度。所得到的信號 通過兩個積分電路，並根據各積分電路的輸出信號偵

451155 五、發明說明（33) 測出命令。 整形CLK2INP信號的波形所得到的時計信號施加到4_位 暫存器的時計端。儲存在位移暫存器中的資料在此 计、號的下降緣被位移。施加到資料端D的值被保持在 存器的最小有效位元°當4-位元位移暫存器開始時 所保持的4-位元資料是"〇〇〇〇"，如果命令"〇〇1 如圖4〇所 =的逐位元進入，且如果資料串信號跟著命令傳送，則發 生以下的作業。 吁疋幻贫 clkH接命令中的第一個位元"〇" ’位移暫存器在 一 下降緣獲取信號c的值，並將它放到最小有效位 。此時，信號C是低位準，因此保持在[位元位移暫 如果接收到第二個位元"0"，位移暫存器再度在CLK2[NP 2降緣獲取信號c的值，並將它放到最小有效位元Q0 β ^時，栺號C也是低位準，因此保持在4_位元位移暫存器 中的資料還是” 0000"沒有改變。

如果接收到第三個位元，位移暫存器再度在CLK2INP ’下降=獲取信號C的值，並將它放到最小有效位元Q〇。 此時H也是在高位準’因此保持在4位元位移暫存 器中的資料變成κ 0001 "。 如果接收到第四個位元"0",位移暫存器再度在CLK2INP 的下降緣獲取信號C的值，並將它放到最小有效位元Q〇。 此時，由於信號c是在低位準，因此保持在4_位元位移暫 存器中的資料變成"0〇 1 〇"。 88109890.ptd 第37頁 451155 五、發明說明（34) 4-位元的信號輸出到4-位元解碼器。此4-位元解碼器在 它的輸入端具有一個鎖存，藉以使來自位移暫存器的資料 只有在信號d的上升緣才被接受及保持。 如果資料串信號跟在4_位元資料被接收，在既定的延遲 後，信號d上升《在此信號d的上升緣，保持在4_位元位移 暫存器中的資料"0010_，被轉移到4_位元解碼器。按此方 法’從數位板來的命令完全被接收。 跟在資料串周期之後，有一個資料返回周期，根據所接 收的命令’資料在此周期中返回或執行被要求的操作，諸 如旋轉控制或頻率位移β 為專用而發展的積分電路，具有直接連接64_位元熔絲 ROM(S-2100R)的端點。特定的連接如囷41所示。為供應時 6十指號給此溶絲ROM，如圖42所示，產生EXCLK信號。根據 此型ROM的規格，反應時計信號的下降緣開始位移資料， 在隨後的時計信號上升緣開始前完成位移作業^此表示， 當EXCLK在低位準的周期期間，DATA端的輸出不確定。為 避免此，不確定，在積分電路内，輸出信號（Εχτ)與前述 單穩多諧振盪器的輸出進行AND運算，所得到的信號（實際 上是此信號的反相）從OUT端輸出。 一般來說，指標裝置的ID並不一定需要64_位元。由以 上所述，前12-位元指定給裝置11}(指示指標裝置的型 式且電路可以設計成只能偵測這1 2-位元。 圖42說明從數位板傳送出讀取R〇M内所有資料之"木木 命令的操作。64-位元的資料寫在R〇M S-2100R内，最後一

451 1 55 五、發明說明（35) 個位元應该為"〇 ” ，因此在完成為偵測I d資料的傳送/接收 周期後’它需要進一步執行偵測座標的傳送/接收作業。 在偵測座標的周期期間，指標裝置内仍產生時計信號。不 過’ S-210OR的設計是當64或更多的時計被輸入時，用來 連續輸出最後的資料。此規格限制實際上可以使用的位元 數量為63個。 围43說明數位板傳送出僅偵測丨2 -位元之裝置ID的 命令的操作。如前所述，S—2100R反應每一個時計 位移資料並將其輸出《因此’積體電路包括一個計數器電 路’它允許僅前12個位元經由EXT端輸出，並防止隨後的 資料輸出》 在多模式中位移頻率技術的原理已在前文中參閱圖丨9及 20加以描述。在此的重點是做為類比開關之FET 2SK1 960 的控制電廢。2SK1960可以由1_5伏的控制電壓控制，且具 有低的on-電阻。以下討論指標裝置所需的電源供應電 壓。為指標裝置發展的閘陣列是根據Sharp公司提供的 LZ96系列低電壓處理技術。在此技術中，可以保證能在低 至0.9伏的電壓下工作。當閘陣列的工作頻率為5〇〇kHz 時’最小的保證電壓是1.0伏《另一方面，在資料讀取周 期，ROM S-210 0R至少需要1. 1伏的電壓。至於能產生頻率 位移的2SK1960，按其規格，在1.5伏的控制電壓下，保證 的on-電阻為〇_ 8 Ω。為能有效率地執行頻率位移，feT之 on-電阻的經驗值需要小於2 〇 ^雖然可以選擇在丨1伏控 制電壓下之on-電阻小於2 Ω的良質元件，但絕大多數的元

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第39頁 451 155 五、發明說明（36) 件都無法達到標準。如果將電源供應電壓增加到1 · 5伏以 避免此問題，傳送功率也要增加到相當高的位準。 由於以上所述’唯有增加施加於FET上的控制信號電 壓。圖44顯示的電路包括僅用來增加控制信號電壓的附加 部分。對每一個傳送/接收周期期間擷取的時計信號 (CLK2 OUT)進行倍壓整流以產生第二電源供應電壓。在圖 44_ ’使用電晶艘2SC2712改變從積艘電路供應之控制信 號（SIFT)的位準。即使當電源供應電壓低至1. 〇伏，此電 路仍可以產生大約1.8伏的控制電壓。 W4021S可以用於本發明的某些具體例。 (1 )概述 W4021S是為指標裝置發展的閘陣列積體電路，具有數位 通訊能力。 製造商：Sharp公司 產品名稱：LZ96650 (650個閘） 封裝：28-接腳TS0P 特性： ① 高解析度的筆壓偵測可到達1 024位元。 ② 可以偵測3種不同的類比資料以及8-位元的交換資 料。 ③ 具有寫入6 3 -位元ID資料能力的外部R〇M (S-210 0S)可 以直接連接到W4021S。 ④ 提供偵測旋轉用的旋轉偵測控制信號輸出端點。 ⑤ 可以連接兩個諧振電路以便具有抹除能力。

88109890.ptd 第40頁 451155 五、發明說明（37) 一 ⑥ 提供有供多模式使用的頻率位移控制端點。 ⑦ 除了筆壓外，它還可以偵測側滑桿（side sl ider)(刻 度盤（dial))的狀態。 ⑧ 使用28-接腳TSOP封裝，俾使積體電路能安裝於筆 内。 ⑨ 可以偵測中點返回撥桿（mid_p〇int return lever)(滑桿）的狀態’且解析度高達土 i〇24階。 (2)功能概述 ff 40 21S包括一個命令接收電路，藉數位通訊的方法，接 收數位板所傳送的4 -位元數位資料，一個資料傳送電路， 視所接收的命令傳送數位資料，以及一個藉由電容或電阻 之改變以偵測類比量（如筆壓）的電路。有了這些單元，經 由雙向數位通訊，數位板與數位筆可以相互通訊。 W40 21S視從數位板接收的命令執行預先定義的動作。 各命令定義了各種動作’包括所有模式共用的傳送11}資 料（*011)、頻率位移（*111)、以及傳送63_位元D資料 (**〇1)。 它也可經由W4021 S的EXT端送回無限的串列資料輸入（命 令：**01)。當使用64-位元的熔絲r〇m(S-2100R)時，最後 一個位元必須為"0"，如前所述。結果，當接收到"**0丨"的 命令’ 63-位元的ID資料返回。在此情況，反應命令 "Μ0Γ ’用來描述裝置ID的前個12-位元被送回。 ① 3-D 棋式（D0 = 1 ’Dl = l) 為適應中點返回撥桿，它有兩個類比輸入端β相互比較

88109890.ptd 第 41 頁 451155 五、發明說明（38) 這兩個端點之信號的延遲時間，具有較大延遲時間的信號 被轉換成1 0 -位元數位資料。額外的1 _位元資料指示那一 個輸入端被選擇與10 —位元資料結合，以及所得到的11-位 元資料被送回（命令：**〇〇)。 由5個輸入端定義的5 —位元開關資料可被（命令· 送回。 3-D模式的應用 •具有5個按鈕以及中點返回撥桿的3__d輸入裝置。 •指標筆。 •具有32階開關的指標筆。 ②抹除模式（D0 = 1，Dl=〇) 在抹除模式中，有3個類比輸入端可以用來執行除了筆 廢以外的抹除及側滑桿（刻度盤）的偵測。 在筆侧及抹除側可以分別安裝2個諧振電路β當一個信 號（CLK2A)從筆側的諧振電路輸入時，由兩個側開關資料 以及偵測通過AN 1端之信號所得到的丨〇 _位元資料的所構成 的12 -位π資料被送回。另一方面，如果一個信號 從抹除側的諧振電路輸入時，由兩個側開關以及偵測通過 號^之1〇_位元資料所構成的12—位元資料被 送回（命令：**〇〇)。 當接收到的命令，摘測自通過AN2端之信號，與側滑 柃有關的10 -位元資料被送回（命令：n 1〇)。 、 抹除模式的應用例 •具有2SSW及一個抹除擦的筆。

451 1 55 五、發明說明（39) •具有2SSW、一個抹除擦、及一個側滑桿的筆（喷槍）^ ③筆身模式（D0 = 0，Dl = l) 在此模式中，可以執行旋轉、筆壓（AN 1端）及側滑桿、 筆側-刻度盤（AN2端）的偵測。此模式也可應用於中點回返 型的侧撥桿，其中AN1端與與ERR端相互比較，其中具有較 長延遲的信號被以1 0-位元的數位資料傳送。 當接收到0010的命令時，由AN1及EPR端中具有較長延遲 之信號所轉換得到的10 -位元資料、指示何種信號被選擇 的卜位元資料、以及經由3個輸入端所定義的3-位元開關 資料等三者構成14-位元資料（命令：〇〇1〇)。 當接收到1 01 0的命令時’由通過AN2端之信號（側滑桿） 轉換所得到的10-位元數位資料被傳送（命令：1〇1〇)。 當接收到*110命令，barrel端變為高位準。如果諧振電 路的磁通量分布反應此信號之低到高的傳送而被改變，則 數位板可以得到第二座標值，該值可被用來偵測旋轉角 度。在接收到此命令後，沒有資料被傳送（命令：Μ 10)。 要重置由命令* 11 〇所設定的旋轉偵測狀態，它需要從數 位板傳送一個**〇〇命令。在接收到此命令後，BARREL端 的信號被改變到低位準。不過，沒有資料被傳送（命令： *110)。 筆身模式的應用 •喷搶的旋轉偵測。 •具有3 -位元開關之筆的旋轉偵測。 •具有3按鈕、旋轉偵測能力、及中點返回撥桿的3 —ρ滑 451 155

五、發明說明（40) 滾。 ④游標模式（D0 = 1，Dl = l) 在游標模式（cursor mode)中，從筆返回由8個輪入端所 定義的8-位元開關資訊（命令：***〇)。 游標模式的應用 •多按紐游標。 (3) 操作條件 電源供應電壓：1,〇 - 3.0伏 最大時計頻率：500kHz

(4) 端點 • CLK2A :偵測信號的輸入端，源自諧振電路中所發展 的信號。 • CLK2B :偵測信號的輸入端，源自抹除侧之错振電路 中所感應的信號。在抹除模式以外的模式中，此端點做為 開關輸入端（SW3)。 •CKL20UT :經由0^2人或〇^23輸入的信號在經過波形 整形後從CKL20UT輸出。

• CKL2 INP :時計信號在通過時間常數报小的積分電路 後，經由此CKL2 INP端點輸入。此時計信號被用來消除出 現於通過CKL20UT端點之輸入信號上升緣之前及下降緣之 後的尖波。此CLK2INP輸入端點具有施密特觸發器電路β 從此端點輸入的時計信號與從數位板來的無線電波傳送時 序同步。 • WIDTH、WIDHT0UT : —個經過適當選擇時間常數的電

88109890.ptd 第44頁 45彳彳55 五、發明說明（4i) 路連接於此兩端點之間。當輸入通過CLK2INP端點的信號 上升時產生一個脈衝’此脈衝的寬度由連接於{及 WIDHTOUT端點間之電路的時間常數決定。當要被送回的資 料是” 1”時’在與上述脈衝之宽度相等的周期期間，在〇ϋτ 端點上的信號位準變為低位準，且在此周期期間错振電路 停止工作。 •RESOUT · CLK2INP端點之輸入信號在高位準時的周期 減去連接於WIDTH及1HDHT0UT端點間之電路的時間常數所 決定的脈衝寬度的周期期間’從此端點輸出一個高位準信 號。從RESOUT端點輸出的信號用來偵測諧振電路中所感^ 之信號的持續時間，藉以偵測數位板所傳送之命令的時 序’以及資料串信號的時序。 • DATA : —個具有適當時間常數的電路連接於此端點與 RESOUT端點之間。根據此時間常數，它決定數位板傳送的 無線電波的持續時間是否超過1 0 0微秒，藉以決定從數位 板傳送的命令是"〇 "或"1 " β •RES : —個具有適當時間常數的電路連接於此端點與 RESOUT端點之間。根據此時間常數，它決定數位板傳送的 無線電波的持續時間是否超過7〇〇微秒，藉以決定數位板 傳送的命令是否是資料串信號。如果在此端點的電壓變得 高於臨限電壓，則經由此DATA端點偵測到的數位信號被視 為命令並被保持。如果從數位板傳送的無線電波停止後 RES端點的電壓變成低位準，則在RES端點上的電壓

451155 五、發明說明（42) OUT端點傳送到數位板。在RES端點的信號為高位準時，經 由端點AN1、AN2、或EPR輸入之脈衝的寬度是由從CLK1A或 CLK1 B端點輸入之時計脈衝的數量而定，藉以將例如以類 比資訊表示的筆壓轉換成數位值。 • GATE :經由此GATE端點輸出的脈衝信號偵測時間常數 的改變藉以偵測類比量，諸如筆壓。 • ZERO : —個具有適當時間常數的電路連接到此ZER〇端 點’俾能正確設定從諸如筆壓之類比量轉換成數位後的零 位置。在游標模式中，此端點作為Sff8的輸入端。 • AN1 : —個具有適當時間常數的電路連接到此AN1端 點°在3-0及筆身模式中’評估與此電路之時間常數以及 與速接到EPR端點之電路之時間常數有關之信號的延遲， 具有較長延遲時間的信號被選擇，並被轉換成數位信號。 與被選擇之信號有關的資訊被送回。在游標模式令，此端 點作為SW7的輸入端β • EPR : —個具有適當時間常數的電路連接到此端點。在 3-D及筆身模式中’評估與此電路之時間常數以及與連接 到AN1端點之電路之時間常數有關之信號的延遲，具有較 長延遲時間的信號被選擇’並被轉換成數位信號^與被選 擇之信號有關的資訊被送回。在游標模式中，此端點作為 SW6的輸入端。 • AN2 : —個具有時間常數的電路連接到此AN2端點，用 來在筆身及抹除模式中偵測與侧滑桿有關的類比量。在游 標及3-D模式中，此端點作為SW4的輸入端。

88109890.ptd 第46頁 451155 五、發明說明（43) • CLKU :諧振電路中所感應的信號被施加到此端點（該 信號用來偵測筆壓）。 • CLK1B :抹除側之諧振電路中所感應的信號被施加到此 端點（該信號用來偵測筆壓）。 • BARREL :在筆身模式中，旋轉偵測的控制信號由此端 點輸出。在游標及3-D模式中，此端點作為SW5的輸入端。 在抹除模式中’此端點作為製造商的測試端，它一般是連 接到GND。 •Sffl ·· SW1的輸入端。 • SW2 .SW2的輸入端。 •DO :模式設定輸出端。 • D1 .模式設定輸出端。 •SIFT :多模式中使用的頻率位移控制信號輸出端。 •OUT :諸振電路控制信號輸出端，數位資料經由此回到 數位板。 • £10^:當使用外部64-位元叨|1(^_21〇〇1〇時所使用的 時計信號輸出端。 • EXT :擴充資料的輸入端β • PND :當電源打開時，經由此端sPM施加一個信號， 俾使信號具有些許延遲，藉以確保SIFT及BARREL端點的初 始狀態是在低位準。

9. W4022F (1)概述 W4022F是為指標裝置發展的閘陣列積體電路，具有數位

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第47頁 451155 五、發明說明（44) 通訊能力。 W4022F的接腳數比W4021S多，且具有附加功能可供使 用。W4022F與W4021S向上相容，因此W4022F可以取代 W4021S 〇 製造商：Sharp公司 產品名稱：LZ96650 ( 650個閘）

封裝：48-接腳QFP ① 可以積測4個不同的1 〇 -位元類比資訊。 ② 可以輸入的數位式資訊達17-位元。 (2)功能概述 W4022F包括可以經由數位傳送接收數位板所傳送之4 -位 元數位資料的命令接收電路，視所接收之命令傳送數位資 料的資料傳送電路，以及偵測電容或電阻改變所代表之類 比量（諸如筆壓）的偵測電路。有了這些單元，數位板與數 位筆間可藉由雙向數位通訊相互通訊。 W40 22F根據從數位板所接收的4-位元資料執行預先定義 的操作》如同W4021S ’經由端點di及D2可以設定4種不同 的操作模式。 資料傳送（*〇11)、頻率位移puu、以及傳送63-位元 ID資料是所有模式通用之預先定義的操作命令。 一旦有了以上的揭示，熟悉此方面技術的人士即可明瞭 各種其它的修改、特徵或改良。因此，這類其它的特徵、 修改或改良也考慮是本發明的一部分，其範圍由以下的申 請專利範圍決定。

88109890.ptd 第48頁 4S11 55

五、發明說明（45) 元件 編號之說明 1 指標裝置 2 1C 3 感應線圈 5 電容器 7 開關 9 類比感應器 11 ROM 13 數位板 15 電子開關 17 筆壓偵測電路 19 連續轉換 21 偵測電路 23 比較器 25 積分電路 27 比較器 31 計數器電路 33 時計端 35 C開關單元 39 AND閘電路 41 單穩/多諧振電路 43 積分電路 45 比較器 47 資料切換開關 88109890.ptd 第49頁 451155

88109890.ptd 第50頁

Claims (1)

1. 451155

   451 155 六、申請專利範圍 數位資訊，此數位資訊定義ID請求。 申請專利範圍扪項的輸入系 波解釋Is，且其中指ί裝；續時間或脈衝寬度的 序列所表示的裝置解釋預先定義之〇S及/或15的 括2 Π專利範圍第1項的輸入系統1中指標裝置包 路輿二妨典：同的第一及第二積分電路，*一個該積分電 器連絡，該積分電路處理接收自數位板的信號以 決疋波的持續時間或脈衝寬度。 9. 如申請專利範圍第8項的輸入系統，進一步包括供決 定的裝置，每一個該積分電路的輸出信號到達對應之比較 器的臨限制位準前脈衝結束，藉以決定接收某種持續時間 的波。 10. 如申請專利範圍第9項的輪入系統，包括將至少3種 類型的脈衝寬度順序施加到積分電路之輪入的裝置，以使 信號電壓的增加是積分電路之輸出脈衝寬度的函數。 88109890,ptd 第52頁