JP6174291B1 - アナログ回路、位置指示器、及びシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】低消費電力かつノイズに強い位置指示器用のアナログ回路を提供する。【解決手段】本発明によるアナログ回路９０は、静電結合により制御信号を受信する電極２１に接続されたアナログ回路９０であって、電極２１により受信された制御信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出するエッジ検出部７１と、エッジ検出部７１により検出された立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジに基づき、制御信号の波形を復元する波形復元部７２とを含む。【選択図】図６

Description

本発明はアナログ回路、位置指示器、及びシステムに関し、特に、タブレットが送信した制御信号を位置指示器において受信するためのアナログ回路、位置指示器、及びシステムに関する。
電源装置内蔵型の位置指示器であるアクティブスタイラス（以下、単に「スタイラス」という）とタブレットとにより構成される位置検出装置には、タブレットが送信する制御信号をスタイラスが受信できるように構成されたものがある。特許文献１，２及び非特許文献１には、そのような位置検出装置の例が開示されている。このうち非特許文献１には、タブレットからの制御信号を受信するためのアナログフロントエンドをスタイラスに設ける構成が開示されている。
図１０は、本願発明の背景技術によるスタイラスに設けられる制御信号受信回路の一例を示す図である。この例によるスタイラス１００は、同図に示すように、電極１０１、受信回路１０２、及びコントローラ１０３を含んで構成される。このうち受信回路１０２は、増幅回路１１０、高ビットＡＤ変換部１１１、及びマッチドフィルタ１１２を含んで構成される。これらの構成のうち、増幅回路１１０及び高ビットＡＤ変換部１１１はアナログ回路１２０であり、マッチドフィルタ１１２及びコントローラ１０３はデジタル回路１２１である。
電極１０１には、タブレットから制御信号が受信される。こうして受信される制御信号は、タブレットにおいて、スタイラスへの指示を示すコマンドを既知のスペクトラム拡散コードを用いて拡散することにより生成された信号である。電極１０１によって受信された制御信号は、増幅回路１１０によって増幅された後、外部から供給されるクロック信号ＣＬＫに同期した動作を行う高ビットＡＤ変換部１１１によって多値サンプリングされ、多値のデジタル信号としてマッチドフィルタ１１２に供給される。マッチドフィルタ１１２は、高ビットＡＤ変換部１１１から順次入力される多値のデジタル信号と、既知のスペクトラム拡散コード（タブレットが制御信号の生成に用いたもの）との相関値を算出して、算出結果をコントローラ１０３に出力する。コントローラ１０３は、こうして入力された相関値の算出結果がピークを示した場合に制御信号の１ビットが検出されたと判定し、その結果から、タブレットが送信したコマンドを得る。
特許第５９０５６４５号公報 米国特許出願公開第２０１３／０１０６７９７号明細書
ムツミ・ハマグチ(Mutsumi Hamaguchi)、ミチアキ・タケダ(Michiaki Takeda)、マサユキ・ミヤモト(Masayuki Miyamoto)共著、「直径０．５ｍｍで４１ｄＢ／３２ｄＢのＳ／Ｎ比を有するアクティブ方式又はパッシブ方式のマルチスタイラスを可能にする、報告レート２４０Ｈｚの相互容量タッチセンサ方式のアナログフロントエンド(A 240Hz-Reporting-Rate Mutual Capacitance Touch-Sensing Analog Front-End Enabling Multiple Active/Passive Styluses with 41dB/32dB SNR for 0.5mm Diameter)」、IEEE International Solid-State Circuits Conference、２０１５、ｐ．１２０−１２２
図１０に示した受信回路１０２には、低周波ノイズ、高周波ノイズ、マルチパスなど多様な種類のノイズに強いという特徴がある。これは主として、多値サンプリングを行っていることによるものである。しかし一方で、図１０に示した受信回路１０２には、特にアナログ回路１２０の消費電力が大きいという問題もある。これも主として、多値サンプリングを行っていることによるものであり、具体的には、高ビットＡＤ変換部１１１の消費電流が大きいことによるものである。スタイラスには小容量の電池で長時間動作することが求められるため、従来、電池寿命の観点からこの消費電力の大きさが問題となっていた。
仮に多値サンプリングではなく２値サンプリング（すなわち、単なる大小判定）を用いることとすると、高ビットＡＤ変換部１１１に代えて消費電力の小さいコンパレータを利用することができるので、低消費電力を実現することができる。しかし、その反面、ノイズに強いという利点が損なわれてしまう。例えば、受信信号に低周波ノイズが重畳している場合、低周波ノイズの振幅が大きいタイミングでは、制御信号の振幅によらずハイ又はローのいずれか一方が続けて受信されることになるので、制御信号の情報が失われてしまう結果となる。そこで、低消費電力であり、かつノイズにも強いスタイラス用の受信回路が求められていた。
ここで、本願の出願人が過去に出願した特許出願（特願２０１５−１３０４０９）には、周波数もしくは変調形式の異なる２種類の制御信号を用いることで、待機時におけるスタイラスの消費電力を小さくする発明が開示されている。しかしながら、この発明によっても、スタイラスとタブレットがデータの送受信を行っている間の消費電力は低減されない。
したがって、本発明の目的の一つは、低消費電力かつノイズに強い位置指示器用のアナログ回路、そのようなアナログ回路を用いてセンサコントローラが送信した制御信号を受信する位置指示器、及び、そのような位置指示器を含むシステムを提供することにある。
本発明によるアナログ回路は、静電結合により制御信号を受信する電極に接続されたアナログ回路であって、前記電極により受信された前記制御信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出するエッジ検出部と、前記エッジ検出部により検出された前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジに基づき、前記制御信号の波形を復元する波形復元部とを含むアナログ回路である。
本発明による位置指示器は、静電結合により制御信号を受信する電極と、前記電極により受信された前記制御信号を復号する受信回路とを含み、前記受信回路は、前記電極により受信された前記制御信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出するエッジ検出部と、前記エッジ検出部により検出された前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジに基づき、前記制御信号の波形を復元する波形復元部と、前記波形復元部により復元された波形に基づき、前記制御信号を復号するデコード部とを含む位置指示器である。
本発明によるシステムは、タブレット及び位置指示器を含むシステムであって、前記タブレットは、位置指示器に対する指示を示すコマンドに基づいて制御信号を生成するセンサコントローラと、前記制御信号を送信する第１の電極とを含み、前記位置指示器は、前記第１の電極との静電結合により前記制御信号を受信する第２の電極と、前記第２の電極により受信された前記制御信号を復号する受信回路とを含み、前記受信回路は、前記第２の電極により受信された前記制御信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出するエッジ検出部と、前記エッジ検出部により検出された前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジに基づき、前記制御信号の波形を復元する波形復元部と、前記波形復元部により復元された波形に基づき、前記制御信号を復号するデコード部とを含むシステムである。
本発明によれば、制御信号に低周波ノイズが重畳されていても、好適に制御信号の波形を復元することが可能になる。位置指示器において実質的に問題となるノイズは低周波ノイズのみであることから、本発明により、ノイズに強い位置指示器用のアナログ回路を得ることが可能になると言える。
また、本発明によれば、多値サンプリングを行うことなく制御信号の波形を復元することができるので、高ビットＡＤ変換部１１１を利用する図１０の例に比べ、低消費電力を実現することが可能になる。
本発明の実施の形態による位置検出システム１の構成を示す図である。 制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの具体的な例を示す図であり、（ａ）は、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄが既知のスペクトラム拡散コードを用いて拡散されてなる信号である場合、（ｂ）は、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄが位相偏移変調（ＰＳＫ）によって変調されてなる信号である場合、（ｃ）は、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄがベースバンド伝送されてなる信号である場合をそれぞれ示している。 （ａ）は、スタイラス２が図１に示した位置Ｐｏｓ＿Ｌに位置している場合における制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの受信波形の例を示し、（ｂ）は、スタイラス２が図１に示した位置Ｐｏｓ＿Ｈに位置している場合における制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの受信波形の例を示し、（ｃ）は、（ｂ）をｖ軸方向に拡大してなる拡大図である。 図１に示したタブレット３の詳細な構成図である。 図１に示したスタイラス２の内部構造を示す図である。 図５に示したスタイラス２の機能ブロックを示す略ブロック図である。 図６に示したスタイラス２のより詳細な機能ブロックを示す略ブロック図である。 （ａ）は、図７に示した正ピーク検出回路８２ａの具体的な回路構成例を示す図であり、（ｂ）は、図７に示した負ピーク検出回路８３ａの具体的な回路構成例を示す図である。 図１に示したタブレット３が送信した制御信号ＵＳ＿ｃｍｄ（タブレット送信信号）の波形と、図７に示したスタイラス２内のノードａ〜ｇにおいて観測される信号の波形とを示す図である。 本願発明の背景技術によるスタイラスに設けられる制御信号受信回路の一例を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態による位置検出システム１の構成を示す図である。同図に示すように、位置検出システム１は、スタイラス２（位置指示器）と、タブレット３（位置検出装置）とを備えて構成される。このうちタブレット３は、タッチ面を構成するセンサ３０（第１の電極）と、センサコントローラ３１と、これらを含むセンサコントローラ３１の各部を制御するホストプロセッサ３２とを有している。また、タブレット３はチャージャー３３（ＡＣアダプタ）に接続されており、このチャージャー３３を介して系統電源より供給される電力により動作可能に構成される。
図１には２本のスタイラス２を図示しているが、これらはタッチ面からの距離による違いを図示するために描いているもので、同一のスタイラス２を表している。同図に示すように、スタイラス２とセンサ３０の間には静電容量（図示した静電容量Ｃ１，Ｃ２）が生じ、スタイラス２は、この静電容量を通じて電荷をやり取りする（静電結合する）ことにより、タブレット３内のセンサコントローラ３１と通信可能に構成される。
スタイラス２とセンサコントローラ３１との間の通信は、双方向に行われる。図１には、このうちセンサコントローラ３１からスタイラス２に送信される制御信号ＵＳ＿ｃｍｄを図示している。制御信号ＵＳ＿ｃｍｄはスタイラス２に対する指示（コマンド）を示す信号であり、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄを受信したスタイラス２は、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄにより示される指示に従う処理を行う。指示がデータの送信である場合には、スタイラス２は、指示されたデータを取得し、センサコントローラ３１に対して送信する。こうして送信されるデータには、例えばスタイラス２の固有ＩＤ、スタイラス２のペン先にタッチ面から加えられる圧力を示す筆圧、スタイラス２に設けられるスイッチのオンオフ情報などが含まれる。
スタイラス２において受信される制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの強度（受信強度）は、スタイラス２とセンサ３０の間の距離が近いほど大きくなる。これは、スタイラス２とセンサ３０の間に生ずる静電容量が大きくなるためである。例えば、スタイラス２が相対的に低い位置Ｐｏｓ＿Ｌ（相対的にタッチ面に近い位置）にある場合にセンサ３０との間に生ずる静電容量Ｃ１は、相対的に高い位置Ｐｏｓ＿Ｌ（相対的にタッチ面から遠い位置）にある場合にセンサ３０との間に生ずる静電容量Ｃ２に比べて大きな値となる。したがって、位置Ｐｏｓ＿Ｌでの制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの受信強度は、位置Ｐｏｓ＿Ｈでの制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの受信強度に比べて大きくなる。この点については、後ほど図３を参照しながら、再度より詳しく説明する。
図２は、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの具体的な例を示す図である。図２（ａ）は、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄが既知のスペクトラム拡散コードを用いて拡散されてなる信号である場合、図２（ｂ）は、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄが位相偏移変調（ＰＳＫ）によって変調されてなる信号である場合、図２（ｃ）は、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄがベースバンド伝送されてなる信号である場合をそれぞれ示している。この図２に例示するように、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄは様々な方式で送信され得る。
具体的に説明すると、図２（ａ）の例では、スペクトラム拡散コードとして、送信データ「０」に「０ｘ１ＡＤ３（０００１１０１０１１０１００１１）」が割り当てられ、送信データ「１」に「０ｘＥ５４Ｃ（１１１００１０１０１００１１００）」が割り当てられている。したがって、この例によるセンサコントローラ３１は、「０」を送信する際にはチップ列「０ｘ１ＡＤ３」を送信し、「１」を送信する際にはチップ列「０ｘＥ５４Ｃ」を送信する。
図２（ｂ）の例では、送信データ「０」に０度の位相が割り当てられ、送信データ「１」に１８０度の位相が割り当てられている。したがって、この例によるセンサコントローラ３１は、「０」を送信する際にはキャリア信号を０度の位相で送信し、「１」を送信する際にはキャリア信号を１８０度の位相で送信する。
図２（ｃ）の例では、送信データ「０」にマイナス電圧が割り当てられ、送信データ「１」にプラス電圧が割り当てられている。したがって、この例によるセンサコントローラ３１は、送信データ「０」を送信する際にはマイナス電圧を送信し、送信データ「１」を送信する際にはプラス電圧を送信する。
図２（ａ）〜図２（ｃ）のいずれを採用する場合であっても、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄは、ローとハイの間で変化する信号となる。このような信号を受信するための方法として最も基本的なものは、上述した２値サンプリングである。すなわち、スタイラス２は、ローとハイの間の電圧値を閾値として受信された信号の振幅の大小判定を行うことにより、センサコントローラ３１が送信した制御信号ＵＳ＿ｃｍｄを復元することができる。
しかしながら、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄには、図１に示す低周波ノイズＵＮが重畳される場合が多い。この低周波ノイズＵＮは、例えば図１に示したチャージャー３３などの、センサコントローラ３１の周囲に存在する雑音源から発生するものであり、２値サンプリングによる制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの復元を困難にする。以下、この点について、実際の信号例を見ながら詳しく説明する。
図３（ａ）は、スタイラス２が図１に示した位置Ｐｏｓ＿Ｌに位置している場合における制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの受信波形の例を示す図である。同図及び後述の図３（ｂ）（ｃ）において、縦軸はスタイラス２における受信電圧ｖを表し、横軸は時間ｔを表している。また、同図に示す電圧Ｖｍａｘ，Ｖｍｉｎはそれぞれ、位置Ｐｏｓ＿Ｌにあるスタイラス２で検出される電圧の最大値及び最小値を示している。
図３（ａ）に例示する制御信号ＵＳ＿ｃｍｄには低周波ノイズＵＮが重畳されており、同図の中央付近において、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの本来の振幅値によらず受信電圧ｖがプラス（ｖ＞０）の状態が継続している。この状態では、ｖ＝０を閾値とする２値サンプリングによって制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの元の波形を復元することは不可能である。同じことを別の観点から説明すると、図示した時刻ｔ１の時点で制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの振幅Ｓ１より大きいノイズＮ１（＞Ｓ１）が重畳しているため、時刻ｔ１以降における制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの振幅は本来マイナスであるにも関わらず、受信電圧ｖはプラスとなっており、その結果、２値サンプリングではハイと判定される。つまり、２値サンプリングによる判定の結果が、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの本来の振幅値を反映しないものとなる。
このように、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄに低周波ノイズＵＮが重畳されていると、２値サンプリングでは制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの正常な受信が困難になる。本発明の目的の一つは、このような場合であっても、図１０に示した高ビットＡＤ変換部１１１のような高消費電力の回路を用いずに、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの正常な受信を可能にすることにある。
また、図３（ｂ）は、スタイラス２が図１に示した位置Ｐｏｓ＿Ｈに位置している場合における制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの受信波形の例を示す図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）をｖ軸方向に拡大してなる拡大図である。図３（ｂ）（ｃ）に示す波形は、図３（ａ）の例と同じ制御信号ＵＳ＿ｃｍｄが位置Ｐｏｓ＿Ｌでなく位置Ｐｏｓ＿Ｈで受信されたと仮定して描いたものである。
図３（ｂ）と図３（ａ）とを比較すると理解されるように、位置Ｐｏｓ＿Ｈでの受信電圧ｖは、全体として、位置Ｐｏｓ＿Ｌでの受信電圧ｖに比べて小さくなる。これは、タッチ面との距離が遠くなり、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄ及び低周波ノイズＵＮの減衰が大きくなることによるものである。図３（ｂ）に示す電圧Ｖ２，−Ｖ２はそれぞれ、位置Ｐｏｓ＿Ｈにあるスタイラス２で検出される電圧の最大値及び最小値を示しており、Ｖ２＜Ｖｍａｘかつ−Ｖ２＞Ｖｍｉｎとなっている。
また、図３（ｃ）と図３（ａ）とを比較すると理解されるように、位置Ｐｏｓ＿ＨでのＳ／Ｎ比は、全体として、位置Ｐｏｓ＿ＬでのＳ／Ｎ比に比べて小さくなる。例えば時刻ｔ１を見ると、図３（ｃ）の例でのＳ／Ｎ比＝Ｓ２／Ｎ２は、図３（ａ）の例でのＳ／Ｎ比＝Ｓ１／Ｎ１に比べて小さな値となっている。これは、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの減衰量が、低周波ノイズＵＮの減衰量よりも大きくなるためである。
このように、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄに低周波ノイズＵＮが重畳されている場合、スタイラス２がタッチ面から遠くなるほど受信信号のＳ／Ｎ比が小さくなる。本発明の目的の他の一つは、このようにＳ／Ｎ比が小さくなった場合であっても、図１０に示した高ビットＡＤ変換部１１１のような高消費電力の回路を用いずに、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの正常な受信を可能にすることにある。
図４は、タブレット３の詳細な構成図である。以下、この図４を参照しながら、タブレット３の構成及び動作について詳しく説明する。なお、以下の説明では、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの生成が図２（ａ）に示したスペクトラム拡散コードを用いて行われることを前提とする。
センサ３０は、それぞれＸ方向に延在する複数の線状電極３０Ｘと、それぞれＹ方向に延在する複数の線状電極３０Ｙとによって構成される。センサ３０は、これら線状電極３０Ｘ，３０Ｙにより、スタイラス２の電極２１（後述）と静電結合するように構成される。制御信号ＵＳ＿ｃｍｄは、この静電結合を介して送信される。
センサコントローラ３１は、図４に示すように、ＭＣＵ４０、ロジック部４１、送信部４２、受信部４３、及び選択部４４を有して構成される。
ＭＣＵ４０及びロジック部４１は、送信部４２、受信部４３、及び選択部４４を制御することにより、センサコントローラ３１の送受信動作を制御する制御部である。具体的に説明すると、ＭＣＵ４０は、内部にＲＯＭおよびＲＡＭを有し、所定のプログラムに基づき動作するマイクロプロセッサである。一方、ロジック部４１は、ＭＣＵ４０の制御に基づき、送信部４２、受信部４３、及び選択部４４の制御信号を生成するよう構成される。
ＭＣＵ４０は、スタイラス２が送信した信号を受信部４３を介して受信するとともに、スタイラス２に対して送信するコマンドｃｍｄを生成し、送信部４２に供給する機能を有する。スタイラス２が送信する信号には、無変調のキャリア信号である位置信号と、コマンドｃｍｄに応じたデータを含むデータ信号とが含まれる。ＭＣＵ４０は、スタイラス２から位置信号を受信した場合、センサ３０を構成する複数の線状電極３０Ｘ，３０Ｙのそれぞれにおける受信強度から、タッチ面上におけるスタイラス２の位置座標（ｘ、ｙ）を算出し、ホストプロセッサ３２に出力する。また、ＭＣＵ４０は、スタイラス２からデータ信号を受信した場合、その中に含まれる応答データＲｅｓ（具体的には、固有ＩＤ、筆圧、スイッチのオンオフ情報等）を取得し、ホストプロセッサ３２に出力する。
送信部４２は、ＭＣＵ４０及びロジック部４１の制御に従って制御信号ＵＳ＿ｃｍｄを生成する回路であり、図４に示すように、符号列保持部５０及び拡散処理部５１を含んで構成される。
符号列保持部５０は、ロジック部４１から供給される制御信号に基づき、１以上のスペクトラム拡散コードを生成して保持する機能を有する。こうして生成及び保持されるスペクトラム拡散コードは自己相関特性を有する所定チップ長のコードであり、例えば図２（ａ）の例では「０ｘ１ＡＤ３」及び「０ｘＥ５４Ｃ」となる。符号列保持部５０が保持している１以上のスペクトラム拡散コードは、拡散処理部５１に供給される。
拡散処理部５１には、符号列保持部５０から供給されるスペクトラム拡散コードの他に、ＭＣＵ４０からコマンドｃｍｄが供給される。拡散処理部５１は、コマンドｃｍｄを構成する複数のビットのそれぞれについて、符号列保持部５０によって保持されるスペクトラム拡散コードのうちの一つを選択する。例えば図２（ａ）の例では、ビットの値が「０」である場合に「０ｘ１ＡＤ３」を選択し、ビットの値が「１」である場合に「０ｘＥ５４Ｃ」を選択する。そして、選択したスペクトラム拡散コードを用いて各ビットの値を拡散することにより、所定チップ長の送信チップ列を生成するよう構成される。生成された送信チップ列は、選択部４４に供給される。
受信部４３は、ロジック部４１から供給される制御信号に基づいて、スタイラス２が送信した信号を受信する回路である。具体的には、選択部４４から供給される信号を復号することによってデジタル信号を生成し、受信信号としてＭＣＵ４０に供給するよう構成される。
選択部４４は、スイッチ５２ｘ，５２ｙと、導体選択回路５３ｘ，５３ｙとを含んで構成される。
スイッチ５２ｘ，５２ｙはそれぞれ、共通端子とＴ端子及びＲ端子のいずれか一方とが接続されるように構成されたスイッチ素子である。スイッチ５２ｘの共通端子は導体選択回路５３ｘに接続され、Ｔ端子は送信部４２の出力端に接続され、Ｒ端子は受信部４３の入力端に接続される。また、スイッチ５２ｙの共通端子は導体選択回路５３ｙに接続され、Ｔ端子は送信部４２の出力端に接続され、Ｒ端子は受信部４３の入力端に接続される。
導体選択回路５３ｘは、複数の線状電極３０Ｘを選択的にスイッチ５２ｘの共通端子に接続するためのスイッチ素子である。導体選択回路５３ｘは、複数の線状電極３０Ｘの一部又は全部を同時にスイッチ５２ｘの共通端子に接続することも可能に構成される。
導体選択回路５３ｙは、複数の線状電極３０Ｙを選択的にスイッチ５２ｙの共通端子に接続するためのスイッチ素子である。導体選択回路５３ｙも、複数の線状電極３０Ｙの一部又は全部を同時にスイッチ５２ｙの共通端子に接続することも可能に構成される。
選択部４４には、ロジック部４１から４つの制御信号ｓＴＲｘ，ｓＴＲｙ，ｓｅｌＸ，ｓｅｌＹが供給される。具体的には、制御信号ｓＴＲｘはスイッチ５２ｘに、制御信号ｓＴＲｙはスイッチ５２ｙに、制御信号ｓｅｌＸは導体選択回路５３ｘに、制御信号ｓｅｌＹは導体選択回路５３ｙにそれぞれ供給される。ロジック部４１は、これら制御信号ｓＴＲｘ，ｓＴＲｙ，ｓｅｌＸ，ｓｅｌＹを用いて選択部４４を制御することにより、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの送信と、スタイラス２が送信した信号の受信とを実現する。
より具体的に説明すると、ロジック部４１は、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄを送信する場合には、複数の線状電極３０Ｙのすべて（又は複数の線状電極３０Ｘのすべて）、又は、各複数の線状電極３０Ｘ，３０Ｙのうち送信対象のスタイラス２について直前に導出された位置の近傍にある所定数本が送信部４２の出力端に接続されるよう、選択部４４を制御する。一方、位置信号を受信する場合のロジック部４１は、位置信号の送信が継続している間に各複数の線状電極３０Ｘ，３０Ｙのすべてが順に受信部４３の入力端に接続されるよう、選択部４４を制御する。こうすることで、ＭＣＵ４０は各複数の線状電極３０Ｘ，３０Ｙのそれぞれにおけるバースト信号の受信強度を取得することができるので、上述したようにスタイラス２の位置を導出することが可能になる。また、データ信号を受信する場合のロジック部４１は、各複数の線状電極３０Ｘ，３０Ｙのうち、そのデータ信号を送信するスタイラス２について直前の位置信号により導出した位置の近傍にある所定本数が受信部４３の入力端に接続されるよう、選択部４４を制御する。
以上、タブレット３の構成及び動作について説明した。次に、スタイラス２の構成及び動作について詳しく説明する。
図５は、スタイラス２の内部構造を示す図である。同図に示すように、スタイラス２は、芯２０、電極２１（第２の電極）、筆圧検出センサ２３、回路基板２４、及び電池２５を有して構成される。図示していないが、スタイラス２はその他に、ユーザによって操作可能なスイッチを、筐体の側面又は底面に有して構成される。
芯２０は棒状の部材であり、スタイラス２のペン軸方向と芯２０の長手方向とが一致するように配置される。芯２０の内部に導電物質が埋め込まれており、この導電物質により電極２１が構成される。なお、芯２０の先端部の表面に導電性材料を塗布することによって、電極２１を構成してもよい。
筆圧検出センサ２３は芯２０と物理的に接続されており、芯２０の先端に加えられる筆圧を検出可能に構成される。筆圧検出センサ２３として具体的には、筆圧に応じて容量が変化する可変容量コンデンサを用いることができる。
電極２１は回路基板２４に電気的に接続されており、タブレット３が送信する制御信号ＵＳ＿ｃｍｄを受信して回路基板２４に供給するとともに、回路基板２４から供給される信号をタブレット３に向けて送信する役割を担う。なお、ここでは電極２１が送信と受信の両方を行うとしているが、送信用の電極と受信用の電極とを別々に設けてもよい。電池２５は、回路基板２４内の各素子等に対して動作電力を供給する電源である。
図６は、スタイラス２の機能ブロックを示す略ブロック図である。同図に示す機能ブロックは、回路基板２４上に形成される電子回路によって実現される。
図６に示すように、スタイラス２は機能的に、スイッチ６０、受信回路６１、コントローラ６２、及び送信回路６３を有して構成される。
スイッチ６０は、共通端子とＴ端子及びＲ端子のいずれか一方とが接続されるように構成されたスイッチ素子である。スイッチ６０の共通端子は電極２１に接続され、Ｔ端子は送信回路６３の出力端に接続され、Ｒ端子は受信回路６１の入力端に接続される。スイッチ６０の接続状態は、コントローラ６２によって制御される。コントローラ６２は、センサコントローラ３１からの信号（制御信号ＵＳ＿ｃｍｄ）の受信を行う場合には共通端子とＲ端子とが接続されるようスイッチ６０を制御し、センサコントローラ３１に向けて信号（位置信号又はデータ信号）の送信を行う場合には共通端子とＴ端子とが接続されるようスイッチ６０を制御する。
受信回路６１は、電極２１及びスイッチ６０を介して受信される信号を復調することによってデジタル信号（具体的には、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄ）を取得し、コントローラ６２に出力する回路である。受信回路６１は、図６に示すように、その内部に、前段部７０、エッジ検出部７１、波形復元部７２、及びデコード部７３を有して構成される。このうち前段部７０、エッジ検出部７１、及び波形復元部７２はアナログ動作を行うアナログ回路９０を構成し、デコード部７３はデジタル動作を行うデジタル回路９１を構成する。デジタル回路９１には、コントローラ６２も含まれる。
前段部７０は、スイッチ６０から供給される信号を増幅する回路を含む。エッジ検出部７１は、前段部７０によって増幅された信号から、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出する回路である。波形復元部７２は、エッジ検出部７１により検出された立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジに基づき、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの波形を復元する機能を有する。デコード部７３は、波形復元部７２により復元された波形に基づいて制御信号ＵＳ＿ｃｍｄを復号し、コントローラ６２に出力する。これらの各部については、後ほど図７を参照しながらより詳しく説明する。
コントローラ６２は内部にメモリを有するプロセッサであり、このメモリに記憶されるプログラムに従って動作するよう構成される。コントローラ６２内のメモリには、スタイラス２の固有ＩＤも記憶される。
コントローラ６２が行う動作には、受信回路６１から供給される制御信号ＵＳ＿ｃｍｄに応じた処理が含まれる。具体的に説明すると、コントローラ６２は、受信回路６１から供給される制御信号ＵＳ＿ｃｍｄに応じて各種信号の送受信スケジュールを決定し、それに応じてスイッチ６０の接続状態を制御する処理を行う。つまり、上述したように、センサコントローラ３１からの信号（制御信号ＵＳ＿ｃｍｄ）の受信を行う場合には共通端子とＲ端子とが接続されるようスイッチ６０を制御し、センサコントローラ３１に対して信号（位置信号又はデータ信号）の送信を行う場合には共通端子とＴ端子とが接続されるようスイッチ６０を制御する。
決定した送受信スケジュールにより示される位置信号の送信タイミングでは、コントローラ６２は、送信回路６３に位置信号を送信するよう指示する処理を行う。また、受信回路６１から供給される制御信号ＵＳ＿ｃｍｄにより示されるコマンドが各種データ（固有ＩＤ、筆圧、スイッチのオンオフ情報等）の送信指示を示すものであった場合には、コントローラ６２は指示されたデータを取得し、決定した送受信スケジュールにより示されるデータ信号の送信タイミングで、送信用データとして送信回路６３に供給する処理を行う。
送信回路６３は、所定のキャリア信号の発振回路を含んでおり、コントローラ６２から位置信号の送信を指示された場合には、このキャリア信号を無変調で電極２１に供給するよう構成される。一方、コントローラ６２から送信用データが供給された場合には、供給された送信用データによってキャリア信号を変調し、電極２１に供給する。
図７は、図６に示したスタイラス２のより詳細な機能ブロックを示す略ブロック図である。また、図８（ａ）は、図７に示した正ピーク検出回路８２ａの具体的な回路構成例を示す図であり、図８（ｂ）は、図７に示した負ピーク検出回路８３ａの具体的な回路構成例を示す図である。さらに、図９は、タブレット３が送信した制御信号ＵＳ＿ｃｍｄ（タブレット送信信号）の波形（図２（ａ）に例示したスペクトラム拡散コード）と、図７に示したスタイラス２内のノードａ〜ｇにおいて観測される信号の波形とを示す図である。以下、これらの図を参照しながら、受信回路６１を構成する各部の処理について、より詳しく説明する。
前段部７０は、オペアンプによって構成される増幅回路８０を含んで構成される。増幅回路８０は、スイッチ６０から供給される信号を増幅して、エッジ検出部７１に供給する。前段部７０の出力端（ノードａ）において観測される信号は、図９に示すように、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄに低周波ノイズＵＮ（図１参照）が重畳された信号となる。
エッジ検出部７１は、微分回路８１、正方向パルス検出回路８２、及び負方向パルス検出回路８３を含んで構成される。
微分回路８１は、前段部７０から供給される信号の微分信号を生成する回路であり、キャパシタ８１ａ、抵抗素子８１ｂ、及びバッファ８１ｃを有して構成される。キャパシタ８１ａ及びバッファ８１ｃは、ノードａとエッジ検出部７１の出力端（ノードｂ）との間にこの順で直列に接続され、抵抗素子８１ｂは、キャパシタ８１ａとバッファ８１ｃの接続点と接地点との間に接続される。ノードｂにおいて観測される信号は、図９に示すように、ノードａに現れる信号の変化量に応じた振幅を有する信号となる。
正方向パルス検出回路８２は、微分回路８１の出力信号に基づいて、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの立ち上がりエッジを検出する回路であり、正ピーク検出回路８２ａ、分圧回路８２ｂ（第１の分圧回路）、及びコンパレータ８４ａ（第１のコンパレータ）を有して構成される。
正ピーク検出回路８２ａは、微分回路８１の出力信号の正ピークを検出する回路であり、具体的な例では、図８（ａ）に示すように、アノードがノードｂに接続され、カソードが正ピーク検出回路８２ａの出力端（ノードｃ）に接続されたダイオードと、それぞれノードｃと接地端との間に接続されたキャパシタ及び抵抗素子とによって構成される。ノードｃにおいて観測される信号は、図９に示すように、微分回路８１の出力信号のプラス側ピークをホールドした信号となる。ただし、その振幅は、微分回路８１の出力信号のプラス側ピークの到来に応じて急激に増加した後、徐々に低下していく。これは、図８（ａ）に示した構成から理解されるように、キャパシタ内に蓄積された電荷が抵抗素子を通じて徐々に放電されることによるものである。
分圧回路８２ｂは、正ピーク検出回路８２ａの出力電圧の絶対値を下げる役割を果たす回路であり、具体的には、図７に示すように抵抗分割回路によって構成される。
コンパレータ８４ａは、分圧回路８２ｂの出力信号が供給される反転入力端子と、ノードｂに接続される非反転入力端子と、後述するＳＲラッチ回路８６のＳ入力（ノードｅ）に接続される出力端子とを有し、反転入力端子の入力電圧（分圧回路８２ｂの出力信号）と、非反転入力端子の入力電圧（微分回路８１の出力信号）との差分に基づく信号を出力するよう構成される。ノードｅにおいて観測される信号（コンパレータ８４ａの出力信号）は、図９に示すように、微分回路８１の出力信号のプラス側ピークのタイミングにピークを有するパルス信号となる。
負方向パルス検出回路８３は、微分回路８１の出力信号に基づいて、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの立ち下がりエッジを検出する回路であり、負ピーク検出回路８３ａ、分圧回路８３ｂ（第２の分圧回路）、及びコンパレータ８４ｂ（第２のコンパレータ）を有して構成される。
負ピーク検出回路８３ａは、微分回路８１の出力信号の負ピークを検出する回路であり、具体的な例では、図８（ｂ）に示すように、カソードがノードｂに接続され、アノードが負ピーク検出回路８３ａの出力端（ノードｄ）に接続されたダイオードと、それぞれノードｄと接地端との間に接続されたキャパシタ及び抵抗素子とによって構成される。ノードｄにおいて観測される信号は、図９に示すように、微分回路８１の出力信号のマイナス側ピークをホールドした信号となる。ただし、その振幅は、微分回路８１の出力信号のマイナス側ピークの到来に応じて急激に低下した後、徐々に上昇していく。その理由は、正ピーク検出回路８２ａと同様、図８（ｂ）に示したキャパシタ内の電荷が抵抗素子を通じて徐々に放電されることによるものである。
分圧回路８３ｂは、負ピーク検出回路８３ａの出力電圧の絶対値を下げる役割を果たす回路であり、具体的には、分圧回路８２ｂと同様の抵抗分割回路によって構成される。
コンパレータ８４ｂは、分圧回路８３ｂの出力信号が供給される非反転入力端子と、ノードｂに接続される反転入力端子と、後述するＳＲラッチ回路８６のＲ入力（ノードｆ）に接続される出力端子とを有し、非反転入力端子の入力電圧（分圧回路８３ｂの出力信号）と、反転入力端子の入力電圧（微分回路８１の出力信号）との差分に基づく信号を出力するよう構成される。ノードｆにおいて観測される信号（コンパレータ８４ｂの出力信号）は、図９に示すように、微分回路８１の出力信号のマイナス側ピークのタイミングにピークを有するパルス信号となる。
波形復元部７２は、ＳＲラッチ回路８６を含んで構成される。ＳＲラッチ回路８６は、コンパレータ８４ａの出力信号が供給されるＳ入力と、コンパレータ８４ｂの出力信号が供給されるＲ入力と、デコード部７３の入力端（ノードｇ）に接続される出力端子とを有するラッチ回路である。ＳＲラッチ回路８６は、Ｓ入力の立ち上がりに応じてセットされ（すなわち、出力をハイレベルとし）、Ｒ入力の立ち上がりに応じてリセットされる（すなわち、出力をローレベルとする）よう動作する。その結果、ノードｇにおいて観測される信号（ＳＲラッチ回路８６の出力信号）は、図９に示すように、タブレット３が送信した制御信号ＵＳ＿ｃｍｄと同様の波形を有するデジタル信号となる。つまり、ＳＲラッチ回路８６から出力される信号は、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄを復元した信号となっている。
このように、本実施の形態による受信回路６１内のアナログ回路９０（図６参照）によれば、多値サンプリングを行っていないにも関わらず、低周波ノイズＵＮが重畳された制御信号ＵＳ＿ｃｍｄを正しく復元することが可能となっている。
デコード部７３は、波形復元部７２により復元された波形に基づき、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄを復号する機能を有する。より具体的に言えば、波形復元部７２から順次供給されるチップをシフトレジスタ（図示せず）に順次蓄積し、その都度、上述した２種類のスペクトラム拡散コード「０ｘ１ＡＤ３」又は「０ｘＥ５４Ｃ」のそれぞれとの相関値を算出する。そして、相関値がピークを示した場合に、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄを構成するビットを検出し、検出したビットをコントローラ６２に出力するよう構成される。コントローラ６２は、こうして供給されるビット列から、センサコントローラ３１が送信したコマンドを取得する。
以上説明したように、本実施の形態によるスタイラス２によれば、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄに低周波ノイズＵＮが重畳されていても、好適に制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの波形を復元することが可能になる。スタイラス２において実質的に問題となるノイズは低周波ノイズＵＮのみであることから、本発明により、ノイズに強いスタイラス用のアナログ回路９０を得ることが可能になったと言える。
また、本実施の形態によるスタイラス２によれば、多値サンプリングを行うことなく制御信号ＵＳ＿ｃｍｄの波形を復元することができるので、高ビットＡＤ変換部１１１を利用する図１０の例に比べ、低消費電力を実現することが可能になる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
例えば、上記実施の形態では、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄが既知のスペクトラム拡散コードを用いて拡散されてなる信号である場合（図２（ａ）参照）を取り上げて本発明を説明したが、本発明は、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄが位相偏移変調（ＰＳＫ）によって変調されてなる信号である場合（図２（ｂ）参照）や、制御信号ＵＳ＿ｃｍｄがベースバンド伝送されてなる信号である場合（図２（ｃ）参照）についても、同様に好適に適用することができる。
１ 位置検出システム
２ スタイラス
３ タブレット
２０ 芯
２１ 電極
２３ 筆圧検出センサ
２４ 回路基板
２５ 電池
３０ センサ
３０Ｘ，３０Ｙ 線状電極
３１ センサコントローラ
３２ ホストプロセッサ
３３ チャージャー
４０ ＭＣＵ
４１ ロジック部
４２ 送信部
４３ 受信部
４４ 選択部
５０ 符号列保持部
５１ 拡散処理部
５２ｘ，５２ｙ，６０ スイッチ
５３ｘ，５３ｙ 導体選択回路
６１ 受信回路
６２ コントローラ
６３ 送信回路
７０ 前段部
７１ エッジ検出部
７２ 波形復元部
７３ デコード部
８０ 増幅回路
８１ 微分回路
８１ａ キャパシタ
８１ｂ 抵抗素子
８１ｃ バッファ
８２ 正方向パルス検出回路
８２ａ 正ピーク検出回路
８２ｂ 分圧回路
８３ 負方向パルス検出回路
８３ａ 負ピーク検出回路
８３ｂ 分圧回路
８４ａ，８４ｂ コンパレータ
８６ ＳＲラッチ回路
９０ アナログ回路
９１ デジタル回路

Claims (10)

  1. 静電結合により制御信号を受信する電極に接続されたアナログ回路であって、
    前記電極により受信された前記制御信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出するエッジ検出部と、
    前記エッジ検出部により検出された前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジに基づき、前記制御信号の波形を復元する波形復元部と
    を含むアナログ回路。
  2. 前記エッジ検出部は、
    前記電極により受信された前記制御信号を入力とする微分回路を含み、
    該微分回路の出力信号に基づき、前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジを検出するよう構成される
    請求項１に記載のアナログ回路。
  3. 前記エッジ検出部は、
    前記微分回路の出力信号に基づいて前記立ち上がりエッジを検出する正方向パルス検出回路と、
    前記微分回路の出力信号に基づいて前記立ち下がりエッジを検出する負方向パルス検出回路とをさらに含む
    請求項２に記載のアナログ回路。
  4. 前記正方向パルス検出回路は、
    前記微分回路の出力信号の正ピークを検出する正ピーク検出回路と、
    前記正ピーク検出回路の出力電圧の絶対値を下げる第１の分圧回路と、
    前記第１の分圧回路の出力電圧と前記微分回路の出力信号との差分に基づく信号を出力する第１のコンパレータとを含み、
    前記負方向パルス検出回路は、
    前記微分回路の出力信号の負ピークを検出する負ピーク検出回路と、
    前記負ピーク検出回路の出力電圧の絶対値を下げる第２の分圧回路と、
    前記第２の分圧回路の出力電圧と前記微分回路の出力信号との差分に基づく信号を出力する第２のコンパレータとを含み、
    前記波形復元部は、前記第１及び第２のコンパレータそれぞれの出力信号に基づき、前記制御信号の波形を復元するよう構成される
    請求項３に記載のアナログ回路。
  5. 前記波形復元部は、前記第１のコンパレータの出力信号の立ち上がりに応じて出力をハイレベルとし、前記第２のコンパレータの出力信号の立ち上がりに応じて出力をローレベルとするラッチ回路を含む
    請求項４に記載のアナログ回路。
  6. 前記制御信号は、既知のスペクトラム拡散コードを用いて拡散されてなる信号である
    請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアナログ回路。
  7. 前記制御信号は、位相偏移変調により変調されてなる信号である
    請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアナログ回路。
  8. 前記制御信号は、ベースバンド伝送されてなる信号である
    請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアナログ回路。
  9. 静電結合により制御信号を受信する電極と、
    前記電極により受信された前記制御信号を復号する受信回路とを含み、
    前記受信回路は、
    前記電極により受信された前記制御信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出するエッジ検出部と、
    前記エッジ検出部により検出された前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジに基づき、前記制御信号の波形を復元する波形復元部と、
    前記波形復元部により復元された波形に基づき、前記制御信号を復号するデコード部とを含む
    位置指示器。
  10. タブレット及び位置指示器を含むシステムであって、
    前記タブレットは、
    位置指示器に対する指示を示すコマンドに基づいて制御信号を生成するセンサコントローラと、
    前記制御信号を送信する第１の電極とを含み、
    前記位置指示器は、
    前記第１の電極との静電結合により前記制御信号を受信する第２の電極と、
    前記第２の電極により受信された前記制御信号を復号する受信回路とを含み、
    前記受信回路は、
    前記第２の電極により受信された前記制御信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジを検出するエッジ検出部と、
    前記エッジ検出部により検出された前記立ち上がりエッジ及び前記立ち下がりエッジに基づき、前記制御信号の波形を復元する波形復元部と、
    前記波形復元部により復元された波形に基づき、前記制御信号を復号するデコード部とを含む
    システム。
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