CN105718077A - 一种电容式主动笔 - Google Patents

Abstract

本发明为一种电容式主动笔。主动式电容式手写笔是在现有电容式触摸屏***的硬件基础上实现的高精度，低成本，优异用户体验的手写笔方案。本发明提供一种主动式电容笔自身相当于信号发射源，触摸屏的sensor来接收电容笔发出的信号并且测算出X,Y,Z坐标，这样可以实现类似于实际笔尖粗细的效果。另外在电容笔中加入压力传感器，可以使笔能感测用户书写力度的变化，从而可以更具书写力度的变化来改变笔迹的粗细，达到优异的用户效果体验。

Description

一种电容式主动笔

技术领域

本发明涉及电容触控技术，特别是一种电容式主动笔。

背景技术

随着智能手机和平板电脑的迅猛发展，触摸屏在日常生活中已经得到广泛的应用。但是手指的操作有其局限性，由于手指较粗所以很难在尺寸较小的屏幕上进行精确书和快速书写。于是催生了各种各样应用于触摸屏的手写笔，当前应用较广泛的首推被动式手写笔和以三星S-PEN为代表的电磁笔。但是目前市场上的主流手写笔技术均有着各种各样的缺点，具体会在下文中详细介绍。以被动笔来说，其较低的精度和无压感响应难以满足诸如绘画等高要求的手写笔应用；而电磁笔技术则以其优质的书写体验占领了高端市场，但由于其特殊的架构需求，需要增加额外的芯片及电磁板，所以增加电磁笔功能的手写设备价格要远远高于没有此功能的设备，在日趋重视LowCost的手机，平板消费电子市场想要大规模推广，价格是其最大的短板。针对以上问题，需要有一种既有价格优势，又有良好性能的手写笔技术来满足日益增长的市场需求。

发明内容

本发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种电容式主动笔，需要有一种既有价格优势，又有良好性能的手写笔技术来满足日益增长的市场需求

一种电容式主动笔，包括：电源、主控***、压力传感器、boost。电容笔基于互容式触摸屏的架构上，用电容笔发射信号来取代sensor上的Tx通道，而此时触摸屏上的Tx通道转换为Rx通道和原有的Rx通道轮流在X,Y轴向感测电容笔的发射信号。

一种电容式主动笔，其工作方式为：Tx,Rx形成纵横交错的网络，在Tx和Rx交叉点形成互电容，工作时触摸屏控制芯片在每根Tx依次发出激励信号，然后扫描每根Rx信号，测量到的电压值被ADC转换位数字信号并计算出电容值，当笔放在触摸屏上时，会从Tx吸收掉一部分激励信号，由此Rx上的信号会减弱，从而能根据电容变化量来计算出笔的位置信息。

从工作原理上看，主动式电容笔是在普通电容屏上增加的功能，所以在增加电容笔功能的同时也需要保证正常情况下手指触摸操作的各项基本性能。其特征在于：Sensor的TX和RX在电容笔操作状态下均会作为Receiver，此时芯片侦测到的电容将是主动笔笔尖和TX,RX电极之间的耦合电容。

本发明的触头部分采用纳米导电布材质，直径为1.9~1.1mm，触摸精度为-0.5~0.5mm。

所述的触头接于一个压力传感器并连接MCU，使得支持根据用力大小改变显示线条的粗细。

作为本发明的一种优选方案，单层双叉（1S2P）图案可以用于单面传感器。

作为本发明的另一种优选方案，双层双叉图案（2S2P）和双层交叉图案（2S3PIL）可以用于双面传感器。

本发明的有益效果：本发明简化了内部结构，极大地降低了成本，且可以感应压力，特供更好的触感体验，充电速度大大增加。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中标记：1-boost、2-USB接口、3-PMU、4-MCU、5-压力传感器、6-触头。

具体实施方式

一种电容式主动笔，包括：电源、主控***、压力传感器、boost。电源可使用充电锂电池；主控***使用MCU，产生电容笔激励信号，接收分析压力传感器数据，侦测功能按键状态，电源模式切换管理；压力传感器，用于检测笔尖压力，提供不同粗细书写笔迹；Boost提供高压驱动信号，触摸屏上的电极接收此信号来计算出电容笔的具***置。其特征在于：电容笔基于互容式触摸屏的架构上，用电容笔发射信号来取代sensor上的Tx通道，而此时触摸屏上的Tx通道转换为Rx通道和原有的Rx通道轮流在X,Y轴向感测电容笔的发射信号。此时mutualcapacitance实际上是电容笔笔尖与触摸屏Tx或Rx电极之间的耦合电容，但由于只有一根Tx信号（电容笔），所以无法实现整幅阵列的扫描，只能通过定位X和Y轴上的电容峰值交叉点来得到触摸笔的位置信息，而且无法同时让两根电容笔一起工作，因为X,Y轴的峰值交叉点会有4个（类似于投射式自电容扫描）。利用笔尖的压力传感器可以轻松检测1024阶的压力，实现书写力度的感应。

主动式电容笔是基于互容式触摸屏上设计的电容笔，所以在了解电容笔原理之前有必要先了解互容式触摸屏的工作原理。投射式电容触摸屏是在玻璃表面用一层或多层ITO（IndiumTinOxides，透明导电薄膜，纳米铟锡金属氧化物，具有良好的导电性和透明性）制作X轴和Y轴电极矩阵，X轴和Y轴电极矩阵之间互相耦合形成互电容，当手指触摸时，手指和ITO表面形成一个耦合电容，引起电流的微弱变动，等效为互电容改变，互电容检测一般是在后端（sense端）。可以检测电压或者电荷。Mutualcapacitance即为互电容，是Tx电极和Rx电极耦合形成的电容，手指接触后等效为互电容减小，此时读出电荷减小。通过扫描X轴和Y轴电极矩阵，检测触摸点电容量的变化，计算出手指所在位置，工作时，互容感测类似于键盘扫描工作方式，单一Tx发出激励信号，所有Rx检测信号，以此类推，直到第N根Tx信号发射信号完毕。根据扫描得到的信号阵列，可以构建出一帧完整的信号图像一种电容式主动笔，其工作方式为：Tx,Rx形成纵横交错的网络，在Tx和Rx交叉点形成互电容，工作时触摸屏控制芯片在每根Tx依次发出激励信号，然后扫描每根Rx信号，测量到的电压值被ADC转换位数字信号并计算出电容值，当笔放在触摸屏上时，会从Tx吸收掉一部分激励信号，由此Rx上的信号会减弱，从而能根据电容变化量来计算出笔的位置信息。

从主动式电容笔工作原理分析sensorpattern，主动式电容笔是在普通电容屏上增加的功能，所以在增加电容笔功能的同时也需要保证正常情况下手指触摸操作的各项基本性能。和普通的电容屏有所不同的是，增加了主动式电容笔功能后，Sensor的TX和RX在电容笔操作状态下均会作为Receiver，此时芯片侦测到的电容将是主动笔笔尖和TX,RX电极之间的耦合电容。电容笔的笔尖将远远小于正常的手指尺寸，因此耦合的电容值也会相对较小（以电容笔笔尖1mm来考虑，耦合的电容大小约为15~150fF从笔尖到TX,RX电极。像素响应曲线也会相对更尖更窄。

触头部分采用纳米导电布材质，直径为1.9~1.1mm，触摸精度为-0.5~0.5mm，这种材料相对市面上的硅胶材料，使用起来手感更好，更易滑动，且使用寿命长，不易老化。

所述的触头接于一个压力传感器并连接MCU，使得支持根据用力大小改变显示线条的粗细。

Claims (7)

1.一种电容式主动笔，包括：触头（6）、USB接口（1）、电源、MCU（4）、压力传感器（5）、boost（1），其特征在于：电容笔基于互容式触摸屏的架构上，用电容笔发射信号来取代sensor上的Tx通道，而此时触摸屏上的Tx通道转换为Rx通道和原有的Rx通道轮流在X,Y轴向感测电容笔的发射信号。

2.根据权利要求1所述的一种电容式主动笔，其特征在于：Tx,Rx形成纵横交错的网络，在Tx和Rx交叉点形成互电容，触摸屏控制芯片在每根Tx依次发出激励信号，然后扫描每根Rx信号，测量到的电压值被ADC转换位数字信号并计算出电容值，从Tx吸收掉一部分激励信号，Rx上的信号会减弱。

3.根据权利要求2所述的一种电容式主动笔，其特征在于：Sensor的TX和RX在电容笔操作状态下均会作为Receiver，此时芯片侦测到的电容将是w为触头（6）和TX,RX电极之间的耦合电容。

4.根据权利要求1或3所述的一种电容式主动笔，其特征在于：触头（6）部分采用纳米导电布材质，直径为1.9~1.1mm，触摸精度为-0.5~0.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种电容式主动笔，其特征在于，触头（6）接于一个压力传感器（4）并连接MCU，使得支持根据用力大小改变显示线条的粗细。

6.根据权利要求1所述的一种电容式主动笔，其特征在于：单层双叉图案用于单面传感器。

7.根据权利要求1所述的一种电容式主动笔，其特征在于：双层双叉图案和双层交叉图案用于双面传感器。