TWI537774B - Passive stylus with constant power supply - Google Patents

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具有恆定電源的被動型觸控筆
本發明是有關於一種電磁式觸控筆，特別是指一種具有恆定電源的被動型觸控筆。
已知電磁式的觸控筆技術具有兩種，分別是主動型及被動型；其中，主動型觸控筆需安裝電池，因此筆的重量較重及體積較大，而被動型觸控筆不需安裝電池，因此比主動型觸控筆較輕巧，在使用上具有優勢。
參閱圖1，已知的一種被動型的觸控筆91是配合一具有發射/接收功能的數位板92使用，觸控筆91包括一接收電路911、一轉換電路912及一發射電路913。
接收電路911是感測數位板92發射的一交流信號並儲存感應信號，轉換電路912將感應信號半波整流及濾波轉換為一工作電壓，發射電路913再利用該工作電壓轉換為一預定頻率的振盪信號給數位板92；然後，數位板92利用本身的天線迴路921可感測觸控筆91發出的載波信號，控制器923配合多工器922依據取得的感測信號強弱轉換為對應數位板92上的座標位置。然而，接收電路911會因為觸控筆91與數位板92的距離長短而造成儲存電能強弱的差異，進而導致轉換電路912的整流濾波後的電壓不一致，甚至忽高忽低。
參閱圖1及圖2，觸控筆91於第一時間T1時與數位板92的距離較近，接收電路911的感應信號、轉換電路912 的半波整流信號及濾波信號(即工作電壓)，及發射電路913的振盪信號的振幅較大；然而，觸控筆91於第二時間T2時與數位板92的距離較遠，使得觸控筆91的感應信號降低，半波整流信號、濾波信號及振盪信號的電壓振幅也隨著變小，如此會導致數位板92接收的載波信號強度強弱不同或有抖動的現象，進而使得數位板92轉換座標位置時造成誤差。
本發明之目的，即在提供一種具有恆定電源的被動型觸控筆。
本發明的被動型觸控筆是配合一數位板使用，該數位板產生的電磁波提供一交流信號的能量，該觸控筆包含一感應該能量的第一線圈、一將該第一線圈能量儲存為電能的充電電路、一將電能轉換為一頻率不與該交流信號頻率彼此干擾的載波信號的諧振電路，及一將該載波信號發送予該數位板的第二線圈。
本發明的技術特點在於：該觸控筆還包括一整流電路、一濾波電容及一降壓穩壓電路；該整流電路將該交流信號全波整流為一倍頻信號；該濾波電容將該倍頻信號濾波為一直流信號；該降壓穩壓電路將該直流信號降壓處理為一恆定的穩壓信號，藉由供應恆定的穩壓信號予該諧振電路產生恆定的載波信號給該第二線圈，且該恆定的穩壓信號的振幅低於該直流信號的振幅，可避免因為該交流信號抖動而影響供給該數位板的載波信號的穩定性。
該降壓穩壓電路包括一電阻、一穩壓元件及一輸出電容：該電阻的一端與該濾波電容電性連接，該電阻的另一端與該穩壓元件及該諧振電路電性連接；該穩壓元件與該電阻串聯，且對供給該諧振電路的該直流信號進行限壓；該輸出電容並聯於該穩壓元件及該諧振電路之間。
該穩壓元件的型式可以是一限壓控制器、多數個彼此串聯以利用其順向偏壓進行限壓的二極體，或是一利用逆向崩潰電壓進行限壓的齊納二極體。
本發明的具有恆定電源的被動型觸控筆之功效在於：降壓穩壓電路將該直流信號降壓處理為一恆定的穩壓信號，藉由供應恆定的穩壓信號予該諧振電路產生恆定的載波信號給該第二線圈，可避免因為該交流信號抖動而影響供給該數位板的載波信號的穩定性。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖3，本發明有之較佳實施例中，一電磁式輸入系統100包括一觸控筆1及一數位板3，在此電磁式輸入系統100中，觸控筆1是配合在數位板3上書寫，數位板3可偵知及換算觸控筆1在數位板3上的座標位置並輸出供外部裝置(如：電腦主機)應用。
數位板3具有一控制單元30、一內部線圈311、一配置於內部線圈311外側的外部線圈312、一發射處理電路322 及一接收處理電路321；其元件運作原理介紹如下：控制單元30控制發射處理電路322配合外部線圈312將一交流信號的能量給觸控筆1，此外，控制單元30並控制內部線圈311配合接收處理電路321取得觸控筆1發出的電磁信號以進行座標位置的換算，由於如何計算座標並非本發明重點，在此不詳細說明。
觸控筆1包含一第一線圈101、一充電電路11、一整流電路12、一降壓穩壓電路13、一諧振電路14及一第二線圈102。其中，第一線圈101用於感應數位板3的外部線圈312發出的交流信號的電磁波能量，充電電路11將數位板3的電磁波能量儲存為電能，諧振電路14將電能轉換為一頻率不與該交流信號頻率彼此干擾的載波信號，然後，第二線圈102將第二頻率的載波信號發送予數位板3，第一頻率及第二頻率兩者可設計為差距極大(例如：第一頻率為第二頻率的10倍以上)的頻帶範圍，因此，兩者可彼此不受干擾及影響。
參閱圖4，觸控筆1還包括一並聯於整流電路12及降壓穩壓電路13之間的濾波電容C1，整流電路12是四個二極體D1、D2、D3、D4組成的橋式整流電路；降壓穩壓電路13包括一電阻R1、一穩壓元件131及一輸出電容C2，電阻R1用於分壓，輸出電容C2則是用於儲存能量。
電阻R1的一端與濾波電容C1電性連接，電阻R1的另一端與穩壓元件131及諧振電路14電性連接，穩壓元件131對供給諧振電路14的直流信號進行限壓後，輸出電容 C2再儲存能量以供應諧振電路14所需的電能。
參閱圖4的第一實施例中，穩壓元件131是一低壓差線性穩壓器(Low Dropout Regulator，LDO)。
參閱圖5的第二實施例中，降壓穩壓電路13’的穩壓元件131’是多數個彼此串聯以利用其順向偏壓進行限壓的二極體D5、D6、D7，因此可對直流信號進行限壓。
參閱圖6的第三實施例中，降壓穩壓電路13”的穩壓元件131”是一利用逆向崩潰電壓進行限壓的齊納二極體Dz，因此也可以對直流信號進行限壓。
參閱圖7，配合圖4，本發明的具有恆定電源的被動型觸控筆1的各元件的量測點的波形示意圖及工作原理介紹如下。
量測點I的交流信號VRX：第一線圈101與數位板3因互感作用而得到交流信號VRX，且其操作頻率為第一頻率。
量測點II的倍頻信號VB：整流電路12將交流信號VRX全波整流為雙倍於第一頻率的倍頻信號VB。
量測點III的直流信號Vi：濾波電容C1將倍頻信號VB濾波為一直流信號Vi，由於無法完全穩壓，隨著交流信號VRX的振幅變化，直流信號Vi的振幅也會隨之微幅波動。
量測點IV的穩壓信號Vo：降壓穩壓電路13將直流信號Vi降壓處理為一恆定的穩壓信號Vo，並供應此恆定的穩壓信號Vo予諧振電路14。
量測點V的載波信號VTX：諧振電路14依據恆定的穩壓信號Vo發送出載波信號VTX給數位板3，且其操作頻率 為第二頻率，此第二頻率不與該交流信號VRX的第一頻率彼此干擾。
藉由前述可知，觸控筆1於第一時間TA時與數位板3的距離較近，交流信號VRX、倍頻信號VB、直流信號Vi的電壓振幅較大；然而，觸控筆91於第二時間TB時與數位板92的距離較遠，使得觸控筆91的交流信號VRX、倍頻信號VB、直流信號Vi的電壓振幅也隨著變小，但是因為降壓穩壓電路13將直流信號Vi降壓處理為恆定的穩壓信號Vo，令諧振電路14依據恆定的穩壓信號Vo發送出載波信號VTX給數位板3，有效防止數位板92接收的載波信號強度強弱不同而導致轉換座標位置時造成誤差的問題。
需補充說明的是，前述穩壓等效元件的幾個實施例，只要將恆定的穩壓信號Vo設計在不受交流信號VRX抖動而影響供給數位板3的載波信號VTX的電壓振幅的穩定性即可，例如：恆定的穩壓信號Vo的振幅低於該直流信號Vi的振幅，可避免因為該交流信號VRX抖動而影響供給該數位板3的載波信號VTX的穩定性。
綜上所述，本發明的具有恆定電源的被動型觸控筆1之功效在於：由於降壓穩壓電路13將直流信號Vi降壓處理為恆定的穩壓信號Vo，如此一來，觸控筆1就不會因為交流信號VRX抖動而影響輸出載波信號VTX的穩定性，數位板3也可計算出正確的座標位置，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
〔習知〕
91‧‧‧觸控筆
911‧‧‧接收電路
912‧‧‧轉換電路
913‧‧‧發射電路
92‧‧‧數位板
921‧‧‧天線迴路
922‧‧‧多工器
923‧‧‧控制器
〔本創作〕
100‧‧‧電磁式輸入系統
1‧‧‧觸控筆
101‧‧‧第一線圈
102‧‧‧第二線圈
11‧‧‧充電電路
12‧‧‧整流電路
13、13’、13”‧‧‧降壓穩壓電路
131、131’、131”‧‧‧穩壓元件
14‧‧‧諧振電路
3‧‧‧數位板
30‧‧‧控制單元
311‧‧‧內部線圈
312‧‧‧外部線圈
321‧‧‧接收處理電路
322‧‧‧發射處理電路
C1‧‧‧濾波電容
C2‧‧‧輸出電容
D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7‧‧‧二極體
Dz‧‧‧齊納二極體
R1‧‧‧電阻
I~V‧‧‧量測點
圖1是一示意圖，說明已知的一種被動型的觸控筆及數位板；圖2是一波形圖，說明圖1的觸控筆的電路元件的動作原理；圖3是一示意圖，說明本發明的具有恆定電源的被動型觸控筆之較佳實施例中，觸控筆及數位板具有的元件；圖4是一電路圖，說明本發明的具有恆定電源的被動型觸控筆，其穩壓元件是一低壓差線性穩壓器；圖5是一電路圖，說明穩壓元件是多數個彼此串聯以利用其順向偏壓進行限壓的二極體；圖6是一電路圖，說明穩壓元件是一齊納二極體；及圖7是一波形圖，說明本發明的具有恆定電源的被動型觸控筆的各元件的量測點的波形示意圖及工作原理。
1‧‧‧觸控筆
101‧‧‧第一線圈
102‧‧‧第二線圈
11‧‧‧充電電路
12‧‧‧整流電路
13‧‧‧降壓穩壓電路
131‧‧‧穩壓元件
14‧‧‧諧振電路
3‧‧‧數位板
C1‧‧‧濾波電容
C2‧‧‧輸出電容
D1、D2、D3、D4‧‧‧二極體
R1‧‧‧電阻
I~V‧‧‧量測點

Claims (5)

  1. 一種具有恆定電源的被動型觸控筆，配合一數位板使用，該數位板產生的電磁波提供一交流信號的能量，該觸控筆包含一感應該能量的第一線圈、一將該第一線圈能量儲存為電能的充電電路、一將電能轉換為一頻率不與該交流信號頻率彼此干擾的載波信號的諧振電路，及一將該載波信號發送予該數位板的第二線圈，其特徵在於：該觸控筆還包括：一整流電路，全波整流該交流信號為一倍頻信號；一濾波電容，濾波該倍頻信號為一直流信號；及一降壓穩壓電路，降壓處理該直流信號為一恆定的穩壓信號，藉由供應恆定的穩壓信號予該諧振電路產生恆定的載波信號給該第二線圈，且該恆定的穩壓信號的振幅低於該直流信號的振幅，可避免因為該交流信號抖動而影響供給該數位板的載波信號的穩定性。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之具有恆定電源的被動型觸控筆，其中，該降壓穩壓電路包括：一電阻，一端電性連接該濾波電容；一穩壓元件，電性連接該電阻的另一端，且對供給該諧振電路的該直流信號進行限壓；及一輸出電容，並聯該穩壓元件及該諧振電路之間。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述之具有恆定電源的被動型觸控筆，其中，該穩壓元件是一低壓差線性穩壓器。
  4. 依據申請專利範圍第2項所述之具有恆定電源的被動型 觸控筆，其中，該穩壓元件是多數個彼此串聯以利用其順向偏壓進行限壓的二極體。
  5. 依據申請專利範圍第2項所述之具有恆定電源的被動型觸控筆，其中，該穩壓元件是一利用逆向崩潰電壓進行限壓的齊納二極體。
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