TWI633475B - 指向輸入模組及可應用於指向輸入模組的控制器與感測模組 - Google Patents

指向輸入模組及可應用於指向輸入模組的控制器與感測模組 Download PDF

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Abstract

一種指向輸入模組，其包含感測裝置、級別單元、傳輸裝置及控制器。該傳輸裝置耦接該感測裝置與該級別單元，該控制器耦接該傳輸裝置，並且經由該傳輸裝置耦接該級別單元。該控制器藉由偵測該級別單元獲得級別信號，並且根據該級別信號判斷該感測裝置之級別。

Description

指向輸入模組及可應用於指向輸入模組的控制器與感測 模組
本發明係關於輸入裝置，尤指一種可偵測感測裝置之級別並據以產生感測輸出的指向輸入模組及應用於指向輸入模組的控制器與感測模組。
當施力於指向輸入模組(pointing stick module)時，指向輸入模組所包含之可變電阻可因應施力的大小而產生相應的感測信號。然而，由於製程漂移的影響，以相同力量施加於不同指向輸入模組可能會產生不同強度的感測信號，造成指向輸入模組的效能不一致。因此，需要一種創新的指向輸入模組，其可提供一致的感測效能。
有鑑於此，本發明的目的之一在於提供一種指向輸入模組及其相關的控制器，可以有助於使指向輸入模組的效能較為一致。
依據本發明之一實施例，其揭示一種指向輸入模組。該指向輸入模組包含一感測裝置、一級別單元、一傳輸裝置及一控制器。該傳輸裝置耦接該感測裝置與該級別單元。該控制器耦接該傳輸裝置，並且經由該傳輸裝置耦接 該級別單元，該控制器藉由偵測該級別單元獲得一級別信號，並且根據該級別信號判斷該感測裝置之級別。
依據本發明之一實施例，其揭示一種控制器，應用於一指向輸入模組。該控制器用以處理一感測裝置所產生之一感測信號。該控制器包含一電源電路及一處理電路。該電源電路用以提供一電信號給一級別單元。該處理電路用以耦接該級別單元以獲得一級別信號，以及根據該級別信號產生一級別值，其中該控制器根據該級別值判斷一級別，以處理該感測信號。
依據本發明之一實施例，其揭示一種感測模組，應用於一指向輸入模組。該感測模組包括一感測裝置，一傳輸裝置，與一級別單元。該傳輸裝置耦接該感測裝置。該級別單元耦接該傳輸裝置，具有對應於該感測裝置之級別的電阻值或電容值。
100、200、300、400、600‧‧‧指向輸入模組
110、210‧‧‧感測裝置
112‧‧‧第一電路板
120‧‧‧級別單元
130、230‧‧‧傳輸裝置
140‧‧‧控制裝置
142‧‧‧第二電路板
144、244、644‧‧‧控制器
2302、2304‧‧‧走線
2442‧‧‧電源電路
2444、6444‧‧‧處理電路
2445‧‧‧三態緩衝器
2446‧‧‧類比前端電路
2447‧‧‧多工器
2448‧‧‧類比數位轉換器
6446‧‧‧施密特觸發器
6447‧‧‧比較電路
6448‧‧‧計時器
R1、R2、R3、R4‧‧‧可變電阻
RT、RP‧‧‧電阻
CT‧‧‧電容
C1、C2、C3‧‧‧電容值
X、Y、Z、S0、G0、GN、RX、RY、RZ、R0、RG‧‧‧端子
Q1‧‧‧電晶體
BI‧‧‧輸入端
BO‧‧‧輸出端
SX、SY、SZ‧‧‧感測信號
S_R‧‧‧級別值
PUEN、S_C‧‧‧控制信號
S_M‧‧‧選擇信號
VR、VC‧‧‧電壓差
VCCIO‧‧‧電源電壓
TD、TL1、TL2、TL3‧‧‧時間點
S_I‧‧‧指示信號
CLK‧‧‧時脈信號
VF‧‧‧參考電壓
第1圖為本發明的功能方塊示意圖。
第2圖為本發明之一第一實施例。
第3圖為本發明之一第二實施例。
第4圖為本發明之一第三實施例。
第5圖表示在第4圖中，不同的電容經過相同充電時間的電位。
第6圖為本發明之一第四實施例。
第7圖表示在第6圖中，不同的電容充電到參考電壓所需的時間。
本發明所提供之指向輸入模組可設置一級別單元於其中，藉由該級別單元來判斷感測裝置之級別，進而選擇相對應之信號處理參數。進一步的說明如下。
請參閱第1圖，其為本發明的功能方塊示意圖。指向輸入模組100可包含(但不限於)一感測裝置110、一級別單元120、一傳輸裝置130及一控制裝置140。其中感測裝置110，傳輸裝置130與級別單元120的組合，可以被視為一個感測模組。於此實施例中，感測裝置110可由一指向輸入感測器(pointing stick sensor，PST sensor)來實施。感測裝置100包含一第一電路板112、一凸柱(圖中未示出)以及複數個可變電阻R1~R4。該凸柱與複數個可變電阻R1~R4係設置於第一電路板112的同一面或不同面。當外力施加於感測裝置110之該凸柱時，複數個可變電阻R1~R4之電阻值可隨之變化，進而產生複數個感測信號SX、SY與SZ。關於指向輸入感測器(PST sensor)的結構及運作係為熟習該項技術領域之人士所熟知，在此不再詳述。
級別單元120耦接傳輸裝置130。級別單元120可以是設置在傳輸裝置130或者感測裝置110。級別單元120係用來表示感測裝置110之級別，並可由任何被動元件或主動元件來實施。在一實施例中，感測裝置110分成三個級別，舉例來說，第一級別對應的範圍為3.653~4.316mV，第二級別對應的範圍是4.316~4.661mV，第三級別對應的範圍是4.661~5.034mV。在測試的過程中，以一預設力量推動感測裝置110之該凸柱獲得一感測信號，該感測信號減去一基準值獲得一變化量，例如3.8mv。該變化量(3.8mV)落在第一級別的範圍，則感測裝置110被分類為第一級別。關於感測裝置110的級別可以有許多種不同的方法 來區分，並不限於上述範例。若感測裝置110的級別被歸類第一級別，則指向輸入模組100採用具有一第一電特性(諸如第一阻抗值)之級別單元120；若感測裝置110的級別被歸類為第二級別，則指向輸入模組100採用具有一第二電特性(諸如第二阻抗值)之級別單元120，以此類推。
傳輸裝置130耦接於感測裝置110與級別單元120。傳輸裝置130可以是由一軟性電路板來實現，其中傳輸裝置130可提供多個信號傳輸路徑來傳送複數個感測信號SX、SY與SZ至控制裝置140。
控制裝置140耦接於傳輸裝置130，以接收複數個感測信號SX、SY與SZ。控制裝置140包括一第二電路板142與一控制器144，控制器144安裝於第二電路板142上。控制器144經由第二電路板142的線路耦接傳輸裝置130，並且經由傳輸裝置130耦接級別單元120。控制器144藉由偵測級別單元120獲得一級別信號，例如，控制器144可經由傳輸裝置130將一電信號提供給級別單元120，以獲得該級別信號。控制器144根據該級別信號產生一級別值，並且根據該級別值判斷該感測裝置110的級別，以處理複數個感測信號SX、SY與SZ。
在一實施例中，控制器144係藉由一信號處理程序處理複數個感測信號SX、SY與SZ以分別獲得X方向、Y方向與Z方向的輸出值，這些輸出值可以是例如用於決定一游標的移動方向與移動距離。該信號處理程序包括控制器144的韌體操作以及類比電路與數位電路的操作，其中使用到一補償參數。該補償參數可以是例如數位類比轉換器的一增益值、韌體運算的一補償值，或該信號處理程序中所使用到的其他參數。在一實施例中，該補償參數為類比數位轉換器的增益值，該增益值將影響類比數位轉換器輸出的數位信號的大小，該增益值 愈大，類比數位轉換器輸出的數位信號愈大。在另一實施例中，該補償參數為一補償值，舉例來說，該信號處理程序包括處理一感測信號(諸如複數個感測信號SX、SY與SZ)獲得一初始值，以及將該初始值與該補償值進行運算(例如相乘或相加)，以獲得該輸出值，該補償值愈大，得到的輸出值也愈大。
上述感測裝置110之級別可以被理解成代表產生感測信號的能力，因應不同級別的感測裝置110，控制器144選用不同的補償參數。舉例來說，如果一感測裝置110在一預設施力的情況下，產生的感測信號SX、SY與SZ較小，根據本發明之控制器144可以選用較大的增益值或補償參數來處理這些感測信號SX、SY與SZ。如果一感測裝置110在一預設施力的情況下，產生的感測信號SX、SY與SZ過大，根據本發明之控制器144可以選用較小的增益值或負的補償參數來處理這些感測信號SX、SY與SZ。
根據本發明之控制器144依據該級別信號選擇用於該信號處理程序的該補償參數，能夠使得相同的力道施加於不同級別的感測裝置110時，獲得的輸出值大致相同，因此根據本發明的指向輸入模組100可以具有較為一致的性能表現。由於指向輸入模組100/控制器144可採用同一套韌體來處理不同級別的感測裝置110的感測信號，因此不需要為了不同級別的感測裝置110搭配不同的控制器144，有助於減少原物料管控的複雜度。
以下說明根據本發明之指向輸入模組的複數個實施例，但並不限制本發明。在以下的實施例中，係以電阻或電容來實現級別單元120，該級別單元120具有對應於該感測裝置110之級別的電阻值或電容值。
首先，請參閱第2圖，其為根據本發明之指向輸入模組之一第一實施例。在此實施例中，級別單元包括一電阻RT耦接到地。如圖所示，指向輸入模組200可包含(但不限於)一感測裝置210、一電阻RT、一傳輸裝置230及一控制器244，其中，為了說明的方便，第2圖省略第1圖的第一電路板112。
感測裝置210可包含複數個可變電阻R1~R4以及複數個端子X、Y、Z、S0、G0與GN。複數個可變電阻R1~R4可組成一惠斯登電橋，用以產生複數個感測信號SX、SY與SZ，其中可變電阻R1耦接於端子X與端子SG之間，可變電阻R2耦接於端子Y與端子SG之間，可變電阻R3耦接於端子X與端子Z之間，以及可變電阻R4耦接於端子Y與端子Z之間。
於此實施例中，傳輸裝置230可由排線(或稱軟性電路板)來實施，用以將複數個感測信號SX、SY與SZ分別傳送至控制器244之複數個端子端子RX、RY與RZ。電阻RT可設置於傳輸裝置230。舉例來說，電阻RT連接在傳輸裝置230中的走線2302與走線2304之間，走線2302係用於提供控制器244的端子R0與電阻RT電連接，走線2304用於將感測裝置210的端子G0耦接至控制器244的端子RG。控制器244經由端子RG提供接地電位給感測裝置210的端子G0。端子G0連接端子GN。也就是說，端子RG、G0與GN都接地。
電阻RT的電阻值與感測裝置210的級別相對應。舉例來說(但本發明不限於此)，感測裝置210的級別可以被分類為第一級別、第二級別與第三級別的其中之一，如果感測裝置210為第一級別，則選用具有第一電阻值的電阻RT，如果感測裝置210為第二級別，則選用具有第二電阻值的電阻RT，如果感測裝置210為第三級別，則選用具有第三電阻值的電阻RT。第一電阻值、第二電阻值與 第三電阻值均不相同。
控制器244可包含(但不限於)一電源電路2442及一處理電路2444。電源電路2442及處理電路2444經由端子R0耦接於電阻RT，電源電路242用於提供一電信號(例如電壓或電流)給電阻RT，從端子R0獲得一級別信號，在這個實施例中，該級別信號指的是端子R0的電壓，也就是電阻RT兩端之間的電壓差VR(或電阻RT的分壓)，電壓差VR會因應電阻RT之電阻值大小而有所不同。處理電路2444依據電壓差VR產生一級別值S_R。控制器244根據級別值S_R可判斷感測裝置210的級別，以選用相應的補償參數。
電源電路2442包含(但不限於)一電晶體Q1及一電阻RP。電晶體Q1串接電阻RP，且連接在端子R0與電阻RP之間。電晶體Q1的閘極接收一控制信號PUEN。電阻RP連接在電源電壓VCCIO與電晶體Q1之間。處理電路2444包含(但不限於)一三態緩衝器2445(標註為「TB」)、一類比前端電路(標註為「AFE」)2446、一多工器2447(標註為「M」)以及一類比數位轉換器(標註為「ADC」)2448。類比前端電路2446耦接複數個端子RX、RY與RZ，用於接收及處理複數個感測信號SX、SY與SZ。多工器2447具有一輸出端連接至類比數位轉換器2448的輸入端，以及兩輸入端分接連接端子R0與類比前端電路2446。
以下說明控制器244偵測電阻RT的操作過程。多工器2447根據選擇信號S_M將端子R0耦接至類比數位轉換器2448，而三態緩衝器2445則可依據控制信號S_C將輸出端BO與輸入端BI斷開。電晶體Q1依據控制信號PUEN導通，以提供該電信號給電阻RT。類比數位轉換器2448根據端子R0的電位，也就是電阻RT兩端的電壓差VR(或電阻RT的分壓)，進行類比數位轉換，以產生級別值 S_R，處理電路244之後端電路(未繪示)根據級別值S_R便可得知感測裝置210的級別。舉例來說，當級別值S_R位於第一數值範圍0~255時，判斷感測裝置210為第一級別，當級別值S_R位於第二數值範圍256~511時，判斷感測裝置210為第二級別，依此類推。
在得知感測裝置210的級別之後，多工器2447根據選擇信號S_M將類比前端電路2446之輸出耦接於類比數位轉換器2448，以對於該些感測信號SX、SY與SZ進行類比數位轉換。電晶體Q1依據控制信號PUEN關閉以避免耗電。
請注意，以上所述僅供說明之需，並非用來作為本發明的限制。於一設計變化中，三態緩衝器2445、類比前端電路2446及多工器2447也可以設置於控制器244的其他電路區塊中；處理電路244可以只包含類比數位轉換器2448即可將電壓差VR進行轉換以產生級別信號S_R。
請參閱第3圖，其為根據本發明之指向輸入模組之一第二實施例。第3圖所示之指向輸入模組300的架構與第2圖所示之指向輸入模組200的架構兩者之間的差別在於第3圖用來作為級別單元之電阻RT係設置於感測裝置210。電阻RT可以與複數個可變電阻R1~R4同時製作，然後根據感測裝置210的級別修整(trim)電阻RT的導電面積，以調整其電阻值。
請參閱第4圖，其為根據本發明之指向輸入模組之一第三實施例。在此實施例中，級別單元包括一電容CT耦接到地。第4圖所示之指向輸入模組400的架構與第2圖所示之指向輸入模組200的架構兩者之間主要的差別在於指向輸入模組400採用電容CT，電容CT連接在在傳輸裝置230的走線2302與走線2304之 間。電容CT的電容值與感測裝置210的級別相對應。舉例來說，如果感測裝置210為第一級別，則選用具有第一電容值的電容CT，如果感測裝置210為第二級別，則選用具有第二電容值的電容CT，如果感測裝置210為第三級別，則選用具有第三電容值的電容CT。第一電容值、第二電容值與第三電容值均不相同。電源電路2442用於提供一電信號給電容CT，從端子R0獲得一級別信號，在這個實施例中，該級別信號指的是端子R0的電壓，也就是電容CT兩端之間的電壓差VC(或電容CT的分壓)。處理電路2444依據電壓差VC產生一級別值S_R。控制器244根據級別值S_R可判斷感測裝置210的級別，以選用相應的補償參數。
以下說明控制器244偵測電容CT的操作過程。多工器2447根據選擇信號S_M將端子R0耦接至類比數位轉換器2448，三態緩衝器2445依據控制信號S_C將輸出端BO的電位拉低到接地電位，致使電容CT放電。接下來，三態緩衝器2445依據控制信號S_C將輸出端BO設為高阻態，同時電晶體Q1依據控制信號PUEN導通以提供該電信號給電容CT，開始對電容CT充電。在電晶體Q1導通後的一預設時間(如第5圖所示之時間點TD)，類比數位轉換器2448根據端子R0的電位，也就是電容CT兩端的電壓差VC，進行類比數位轉換，以產生級別值S_R(一數位信號)，處理電路244之後端電路(未繪示)根據級別值S_R便可得知感測裝置210的級別。
在經過一預定充電時間TD之後(即時間點TD)，不同電容值的電容CT產生的電壓差係如第5圖所示。在第5圖中，電容值C1<C2<C3，電壓差VC1>VC2>VC3。電容CT的電容值愈小，產生的電壓差愈大。控制器244/處理電路2444依據電容CT的電壓差即可判斷感測裝置210的級別。其他操作細節係與前述實施例相仿，在此便不再贅述。
請參閱第6圖，其為根據本發明之指向輸入模組之一第四實施例。在此實施例中，級別單元包括一電容CT耦接到地。第6圖所示之指向輸入模組600的架構與第4圖所示之指向輸入模組400的架構兩者之間主要的差別在於指向輸入模組600的控制電路644係根據電容CT兩端之電壓差VC到達一預定電壓值所需要的時間，來判斷感測裝置210的級別。
在第6圖中，控制器644可包含(但不限於)第2圖所示之電源電路2442以及一處理電路6444。電源電路2442及處理電路6444經由端子R0耦接於電容CT，電源電路2442用於提供一電信號給電容CT，以對電容CT充電。處理電路6444依據電容CT兩端之間的一電壓差VC達到一參考電壓VF的一充電時間，產生一級別值S_R。
處理電路6444包含(但不限於)一施密特觸發器(Schmitt trigger)6446、一比較電路6447、一計時器6448以及第2圖所示之三態緩衝器2445，其中施密特觸發器6446連接在比較電路6447與端子R0之間，用於偵測端子R0之電壓準位，並使其產生遲滯效果以避免雜訊干擾。比較電路6447的輸出端連接計時器6448。比較電路6447具有一同相輸入端接收施密特觸發器6446的輸出，以及一反相輸入連接參考電壓VF。比較電路6447用於比較端子R0的電壓(即電容CT的電壓差VC)與參考電壓VF，並且在電容CT的電壓差VC大於參考電壓VF時產生一指示信號S_I。計時器6448接收時脈信號CLK，並且在電晶體Q1導通時開始計時，並且在收到指示信S_I號時停止計時，例如比較電路6447的輸出由低態(low)轉為高態(high)時，觸發計時器6448停止計時。計時器6448輸出的級別值S_R代表其計數的時間長度，供控制器644判斷感測裝置210的級別。
以下說明控制器644偵測電容CT的操作過程。三態緩衝器2445依據控制信號S_C將輸出端BO的電位拉低到接地電位，以致使電容CT放電。接下來，三態緩衝器2445依據控制信號S_C將輸出端BO設為高阻態，同時電晶體Q1依據控制信號PUEN導通，以提供該電信號給電容CT，開始對電容CT充電，並且計時器6448開始計時(例如，根據時脈信號CLK開始計數)。
在電容CT兩端的電壓差VC大於參考電壓VF時，比較電路6447的輸出由低態轉為高態，使得計時器6448停止計時，計時器6448輸出的級別值S_R代表電容CT兩端的電壓差VC達到參考電壓VF的一充電時間。控制器644/處理電路6444根據該充電時間便可判斷出感測裝置210的級別。舉例來說，若該充電時間在第一時段內，判斷感測裝置210為第一級別.若該充電時間在第二時段內，判斷該感測裝置210為第二級別，依此類推。
電容CT的電容值愈大，充電到參考電壓VF所需要的時間愈久。第7圖表示在第6圖中，不同電容值的電容CT充電到參考電壓VF所需的時間。於第7圖所示之實施例中，電容值C1<C2<C3，充電時間TL1<TL2<TL3。電容CT的電容值愈大，充電到參考電壓VF所需要的時間愈久。控制器644/處理電路6444依據計時器6448獲得的充電時間即可判斷感測裝置210的級別。其他細節與前述實施例相仿，在此便不再贅述。
於一設計變化中，處理電路6444可以只包含比較電路6447與計時器6448以計算電容CT的電壓差VC達到參考電壓VF所需的充電時間。省略三態緩衝器245及/或施密特觸發器646是可行的。
上述的電阻RT，可以是單一個電阻器，或者是多個電阻器的組合。上述的電容CT，可以是單一個電容器，或者是由多個電容器的組合。
雖然上述實施例是以具有由複數個可變電阻所組成之惠斯登電橋的感測裝置來說明之，然而，本發明並不以此為限。本發明所提供之控制器可應用於任何需要判斷感測裝置之級別的輸入裝置中。
從以上實施例可以發現，根據本發明的控制器可以只利用一個接腳(端子R0)即可偵測級別單元，不僅節省生產成本，並且使積體電路封裝之接腳可更有效地利用。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (17)

  1. 一種指向輸入模組，包含： 一感測裝置； 一級別單元； 一傳輸裝置，耦接於該感測裝置與該級別單元；以及 一控制器，耦接該傳輸裝置，並且經由該傳輸裝置耦接該級別單元，該控制器藉由偵測該級別單元獲得一級別信號，並且根據該級別信號判斷該感測裝置的級別。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之指向輸入模組，其中該級別單元係設置於該感測裝置或該傳輸裝置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之指向輸入模組，其中該級別單元包括一電阻，該級別信號係為該電阻的分壓，該控制器包含： 一電源電路，用以提供一電信號給該電阻；以及 一處理電路，包括一類比數位轉換器，用以將該電阻的分壓進行類比數位轉換。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之指向輸入模組，其中該級別單元包括一電容，該級別信號係為該電容的電壓，該控制器包含： 一電源電路，用以對該電容充電；以及 一處理電路，包括一類比數位轉換器，在該電源電路開始對該電容充電後的一預設時間，該處理電路將該電容的電壓進行類比數位轉換。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之指向輸入模組，其中該級別單元包括一電容耦接到地，該級別信號係為該電容的電壓，該控制器包含： 一電源電路，用以對該電容充電；以及 一處理電路，計數該電容的電壓達到一參考電壓的一充電時間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之指向輸入模組，其中該處理電路包含： 一比較電路，用以比較該電容的電壓與該參考電壓，其中該比較電路在該電容的電壓大於該參考電壓時產生一指示信號；以及 一計時器，耦接於該比較電路，其中該計時器在該電源電路開始對該電容充電時開始計時，並且在收到該指示信號時停止計時，以獲得該充電時間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之指向輸入模組，其中該控制器藉由一信號處理程序處理該感測裝置輸出的複數個感測信號以獲得複數個輸出值，以及該控制器係依據該級別選擇用於該信號處理程序的一補償參數。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之指向輸入模組，其中該補償參數為一增益值或一補償值。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之指向輸入模組，其中該感測裝置包括複數個可變電阻，該複數個可變電阻組成一惠斯登電橋。
  10. 一種控制器，用以處理一感測裝置所產生之一感測信號，該控制器包含： 一電源電路，用以提供一電信號給一級別單元；以及 一處理電路，用以耦接該級別單元以獲得一級別信號，以及根據該級別信號產生一級別值； 其中該控制器根據該級別值判斷該感測裝置的級別。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之控制器，其中該處理電路包括一類比數位轉換器，用以將該級別信號進行類比數位轉換，以產生該級別值。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之控制器，其中該處理電路包括一計時器，用以計算該級別信號達到一預設電壓的時間。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之控制器，其中該控制器係藉由一信號處理程序處理該感測信號以獲得一輸出值，該控制器依據該級別值選擇用於該信號處理程序的一補償參數。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之控制器，其中該補償參數為一增益值或一補償值。
  15. 一種感測模組，包含： 一感測裝置； 一傳輸裝置，耦接於該感測裝置；以及 一級別單元，耦接該傳輸裝置，具有對應於該感測裝置之級別的電阻值或電容值。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之感測模組，其中該級別單元係設置於該感測裝置或該傳輸裝置。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之感測模組，其中該級別單元包括一電阻或者一電容。
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