在電容觸摸傳感器中定位靜電指示筆的制作方法

專利名稱：在電容觸摸傳感器中定位靜電指示筆的制作方法
技術領域：
本公開涉及用于利用例如指示筆來定位電容觸摸傳感器中的靜電指示筆的電容觸摸傳感器的技術。背景諸如用于便攜式設備和監視器的觸摸屏的觸摸傳感器可使用諸如指示筆等書寫工具來操縱，由此使得能夠輸入與用戶輸入有關的信息。例如，可使用指示筆來觸摸觸摸傳感器的各個區域。觸摸傳感器接收到的用戶輸入還可涉及檢測指示筆的移動，諸如接收關于由指示筆在觸摸傳感器上的移動產生的某種形式的書寫或標記的信息。概述本說明書涉及用于通過精細定點指示筆來使用電容觸摸傳感器的系統、方法和技術。

一般而言，本說明書中描述的主題的某些方面可以體現在涉及傳感器和指示筆的方法中。此方面的其他實施例包括被配置成執行編碼在計算機存儲設備上的方法的動作的相應的系統、裝置和計算機程序。一般而言，本說明書中所描述的主題的另一方面可被體現在包括涉及電容觸摸傳感器和靜電指示筆的動作的方法中。一些方面表征一種用于使用有源指示筆來使得能夠確定該有源指示筆相對于電容觸摸傳感器的二維位置的方法，其中該電容觸摸傳感器具有二維導體矩陣，該二維導體矩陣被配置為按行排列的第一導體陣列和按列排列的第二導體陣列，并且其中該有源指示筆具有電極和有源組件。該方法包括在有源指示筆中從矩陣中的各列中的至少一列接收第一信號，測量從所述各列接收到的每一個第一信號的信號強度，使用測得的信號強度來計算有源指示筆沿著電容觸摸傳感器的矩陣的第一軸的第一位置，以及傳送有源指示筆沿著電容觸摸傳感器的矩陣的第一軸的計算出的第一位置。該方法涉及將第二信號從有源指示筆的電極發送到矩陣的各行中的至少一行以指示有源指示筆沿著該矩陣的第二軸的第二位置，其中該電容觸摸傳感器被配置成基于接收到的第二信號來確定沿著該矩陣的第二軸的第二位置。電極位于有源指示筆內并且被配置成與電容觸摸傳感器靜電耦合，并且有源指示筆的電極被配置成既接收又發送信號。這些和其他實施例各自可選地包括以下特征中的一個或多個。該方法可涉及在于有源指示筆中接收到第一信號或發送第二信號之前，在有源指示筆中從電容觸摸傳感器接收第三信號以將有源指示筆的時基與電容觸摸傳感器的時基同步。用于同步的第三信號可以在有源指示筆中通過通信信道來接收。該通信信道可以是無線通信信道、超聲信號或光信道。通信信道可被配置成接收或發送涉及有源指示筆或電容觸摸傳感器中的至少一個的信息。可以從第一列陣列中的至少一列接收該第三信號，即可以在有源指示筆中通過至少在這一列處的電極來接收該第三信號。可以從第一列陣列中的多列上同時發送的脈沖中接收第三信號。第三信號可以一個時間幀接收一次。該時間幀可包括被分配來供指示筆接收第三信號的時隙。時間幀可包括被分配來供每一列發送來自電容觸摸傳感器的第一信號的時隙。時間幀可包括被分配用于從有源指示筆發送計算出的第一位置的時隙。時間幀可包括被分配來供多個有源指示筆中的每一個發送相應的第一位置的時隙。從有源指示筆發送計算出的第一位置可被配置成通過通信信道來進行。該通信信道可以是無線信道、超聲信號或光信道。從有源指示筆發送計算出的第一位置可被配置成通過有源指示筆的電極與矩陣的靜電耦合來進行，并且至少一行可被配置成從有源指示筆的電極接收計算出的第一位置。有源指示筆的發送可被配置成與利用多個正交波形的、其他有源指示筆或列的多個發送同時進行。有源指示筆的發送可被配置成與利用同步的多個頻分信號的、其他有源指示筆或列的多個發送一起進行。有源指示筆的發送可被配置成與利用同步的多個碼分信號的、其他有源指示筆或列的多個發送一起進行。該方法可涉及內插以計算有源指示筆的第一和第二位置。有源指示筆可包括:與電極耦合的開關，該開關可被配置成多路復用相對較大的電壓和相對較小的電流，其中該開關可被配置成在發送模式中將電壓發送到電極上，以及在接收模式中從電極接收電流；針對可耦合到開關的電流的接收器電路，該接收器電路用于從電極接收通過該開關的電流的至少一部分；針對耦合到開關的電壓的發送器電路，該發送器電路用于將通過該開關的電壓的至少一部分發送到電極上；耦合到接收器和發送器電路的微控制器；以及為至少微控制器供電的內置電源。微控制器可被配置成計算有源指示筆相對于電容觸摸傳感器上的位置的坐標位置，并且報告有源指示筆的所述坐標位置中的至少一些。微控制器還可被配置成內插以計算有源指示筆的坐標位置。內置電源可包括電池或超級電容。電流可以是微安的數量級，而電壓可以是一百伏的數量級。有源指示筆可具有被配 置成與電容觸摸傳感器的矩陣交互的筆尖。指示筆的筆尖可包括用于提供對通過指示筆的力的測量的力傳感器。一般而言，本說明書中描述的主題的另一方面可體現在用于使用電容觸摸傳感器來使得能夠確定有源指示筆相對于電容觸摸傳感器的二維位置的方法中，其中電容觸摸傳感器具有二維導體矩陣，該二維導體矩陣被配置為按行排列的第一導體矩陣和按列排列的第二導體矩陣，并且其中有源指示筆具有電極和有源組件。該方法涉及將第一信號從矩陣中的至少一列發送到有源指示筆以指示該有源指示筆沿著電容觸摸傳感器的矩陣的第一軸的第一位置，以及在矩陣中的一行或多行處從有源指示筆的電極接收第二信號以指示該有源指示筆沿著矩陣的第二軸的第二位置。電容觸摸傳感器被配置成基于接收到的第二信號來確定沿著矩陣的第二軸的第二位置，并且電容觸摸傳感器被配置成與位于有源指示筆中的電極靜電耦合。這些和其他實施例每個可選地包括以下特征中的一個或多個。該方法可涉及在發送第一信號或接收第二信號之前，將第三信號從電容觸摸傳感器發送到有源指示筆以將有源指示筆的時基與電容觸摸傳感器的時基同步。該第三信號可以從第一列陣列中的至少一列通過電極發送到有源指示筆。第三信號可以與從第一列陣列中的多列同時發送的脈沖一起發送。第三信號可以一個時間巾貞發送一次。該時間巾貞可包括被分配來將第三信號發送到指示筆的時隙。時間幀可包括被分配來供每一列發送來自電容觸摸傳感器的第一信號的時隙。時間幀可包括被分配來供多個有源指示筆中的每一個發送用于確定該指示筆沿著第二軸的位置的第二信號的時隙。該方法可包括接收有源指示筆沿著電容觸摸傳感器的矩陣的第一軸的計算出的第一位置，其中從有源指示筆接收計算出的第一位置被配置成通過將有源指示筆的電極靜電耦合到矩陣來進行，并且至少一行被配置成從有源指示筆的電極接收計算出的第一位置。
一般而言，本說明書中描述的主題的另一方面可以體現在被配置成與電容觸摸傳感器一起操作的有源指示筆。有源指示筆包括電極，該電極被配置成既接收又發送信號并且被配置成與電容觸摸傳感器靜電耦合。有源指示筆包括與電極耦合的開關，該開關被配置成多路復用相對較大的電壓和相對較小的電流，其中該開關被配置成在發送模式中將電壓發送到電極上，以及在接收模式中從電極接收電流。有源指示筆包括用于通過開關從電極接收電流以及用于將耦合的電壓通過開關發送至電極的裝置。有源指示筆包括耦合到接收器和發送器電路的微控制器，該微控制器被配置成確定有源指示筆相對于電容觸摸傳感器上的位置的至少一個位置。有源指示筆包括向至少微控制器供電的內置電源。這些和其他實施例每個可選地包括以下特征中的一個或多個。微控制器可被配置成計算有源指示筆相對于電容觸摸傳感器上的位置的坐標位置，并且報告來自有源指示筆的坐標位置中的至少某一些。微控制器可被配置成在計算有源指示筆的坐標位置時進行內插。有源指示筆可包括通信信道，該通信信道是無線信道、超聲信道或光信道，并且內置電源可以是電池或超級電容。電流可以是微安的數量級，而電壓可以是一百伏的數量級。一般而言，本說明書中描述的主題的另一方面可以體現在被配置成與電容觸摸傳感器一起操作的有源指示筆。有源指示筆包括被配置成既接收又發送信號并且被配置成與電容觸摸傳感器靜電耦合的電極。有源指示筆包括與電極耦合的開關，該開關被配置成多路復用相對較大的電壓和相對較小的電流，其中該開關被配置成在發送模式中將電壓發送到電極上，以及在接收模式中從電極接收電流。有源指示筆包括用于從電極接收通過開關的電流的接收器電路、用于將通過開關耦合的電壓發送到電極的發送器電路、耦合到接收器和發送器電路的微控制器，該微控制器被配置成確定有源指示筆相對于電容觸摸傳感器上的位置的至少一個位置、以及為至少微控制器供電的內置電源。一般而言，本說明書所描述的主題的另一方面可以體現在電容觸摸傳感器中，該`電容觸摸傳感器被配置成使得能夠確定有源指示筆相對于電容觸摸傳感器的二維位置，其中該有源指示筆具有電極和有源組件。電容觸摸傳感器包括二維導體矩陣，該二維導體矩陣被配置成包括按行排列的第一導體陣列；按列排列的第二導體陣列；耦合到第二導體陣列的發送器，該發送器被配置成將第一信號從矩陣中的至少一列發送到有源指示筆以指示有源指示筆沿著電容觸摸傳感器的矩陣中的第一軸的第一位置；以及耦合到第一導體陣列的接收器，該接收器被配置成在矩陣中的一行或多行處從有源指示筆的電極接收指示該有源指示筆沿著矩陣的第二軸的第二位置的第二信號。電容觸摸傳感器被配置成基于接收到的第二信號來確定沿著矩陣的第二軸的第二位置。電容觸摸傳感器被配置成與位于有源指示筆內的電極靜電耦合。一般而言，本說明書所描述的主題的另一方面可以體現在電容觸摸傳感器中，該電容觸摸傳感器被配置成使得能夠確定有源指示筆相對于電容觸摸傳感器的二維位置，其中該有源指示筆具有電極和有源組件。電容觸摸傳感器包括二維導體矩陣，該二維導體矩陣被配置成包括按行排列的第一導體陣列；按列排列的第二導體陣列；以及用于以下操作的裝置:將第一信號從矩陣中的至少一列發送到有源指示筆以指示有源指示筆沿著電容觸摸傳感器的矩陣的第一軸的第一位置，以及在矩陣中的一行或多行處從有源指示筆的電極接收指示該有源指示筆沿著矩陣的第二軸的第二位置的第二信號。電容觸摸傳感器被配置成基于接收到的第二信號來確定沿著矩陣的第二軸的第二位置。電容觸摸傳感器被配置成與位于有源指示筆內的電極靜電耦合。一般而言，本說明書所描述的主題的另一方面可以體現在一種用于在有源指示筆中發送和接收用于電容觸摸傳感器的信號的方法，其中該有源指示筆包括電極和用于通過電極接收電流以及用于將電壓發送到電極上的至少一個電路。該方法涉及在發送模式中通過以下操作來對用于發送通過耦合到電極的節點的電壓的電路進行配置:使用開關模式電源電路來生成電壓，其中開關模式電源電路包括至少電感器和二極管，并且其中該二極管耦合到變壓器；準許二極管在發送模式中間歇性地正向偏置并且使得電流通過該二極管流到雜散電容；以及在發送模式中將開關配置成將該電路中被配置成在接收模式中接收電流的各組件中的至少某些組件與在雜散電容上形成的電壓電隔離。該方法涉及在接收模式中通過以下操作來對用于接收通過耦合到電極的節點的電流的電路進行配置:將開關配置成將電流接收到該電路中被配置成在接收模式中接收電流的各組件中，以及將二極管配置成在接收模式中反向偏置以使得該電路中被配置成在接收模式中接收電流的各組件中的至少某些組件與開關模式電源電路中的變壓器的電感電隔離。這些和其他實施例每個可選地包括以下特征中的一個或多個。電阻可以耦合到二極管。該方法可包括在電阻的至少一端上提供大于電路的接地電壓的參考電壓。該方法可包括在接收模式中將接收到的電流的至少一部分發送到電流接收器電路中，其中電流接收器電路由微控制器控制。開關可以在發送模式中被配置成將電路中被配置用于在接收模式中接收電流至少某些組件和在與耦合到電極的節點上的一個或多個組件相關聯的寄生電容上形成的電壓電隔離。該方法可包括與耦合到電極的節點處的雜散電容并聯地放置第二蓄意電容(deliberate capacitance)。該方法可包括接收一微安數量級的電流以及發送一百伏數量級的電壓。開關模式電源電路可包括回掃電路。一般而言，本說明書描述的主題的另一方面可以體現在用于在有源指示筆中發送和接收用于電容觸摸傳感器的信號的裝置。該裝置具有用于從電極接收電流以及用于將電壓發送到電極上的至少一個電路。該裝置包括電極、被配置成在接收模式中接收電流的組件、開關以及至少包括變壓器和二極管的開關模式電源電路，該二極管耦合到變壓器。在發送模式中，用于將電壓發送到電極的電路被配置成:使用開關模式電源電路來生成電壓，在發送模式中將二極管配 置成間歇性地正向偏置并且使得電流通過二極管流到雜散電容中，并且在發送模式中將開關配置成將被配置成在接收模式中接收電流的至少某些組件與在雜散電容上形成的電壓電隔離。在接收模式中，用于從電極接收電流的電路被配置成:將開關配置成將電流接收到被配置成在接收模式中接收電流的各組件中，以及將二極管配置成在接收模式中反向偏置以使得被配置成在接收模式中接收電流的至少某些組件與開關模式電源電路中的變壓器的電感電隔離。這些和其他實施例每個可選地包括以下特征中的一個或多個。開關模式電源電路可包括回掃電路。該裝置可包括電阻，其中該電阻耦合到二極管。電路可被配置成在電阻的至少一端上提供大于電路的接地電壓的參考電壓。該電路可被配置成在接收模式中將接收到的電流的至少一部分發送到電流接收器電路中，其中電流接收器電路可以用微控制器來控制。雜散電容可包括與耦合到電極的節點上的一個或多個組件相關聯的寄生電容。該裝置可包括與耦合到電極的節點處的雜散電容并聯地放置的第二蓄意電容。接收到的電流可以是一微安的數量級，而發送的電壓可以是一百伏的數量級。
一般而言，本說明書所描述的主題的另一方面可以體現在一種用于在有源指示筆中發送和接收用于電容觸摸傳感器的信號的系統，其中該系統具有用于從電極接收電流以及用于將電壓發送到電極上的至少一個電路。該系統包括電極、被配置成在接收模式中接收電流的組件、開關以及至少具有變壓器和二極管的開關模式電源電路，該二極管耦合到變壓器。在發送模式中，用于將電壓發送到電極的電路被配置成:使用開關模式電源電路來生成電壓，將二極管配置成在發送模式中間歇性地正向偏置并且使得電流通過二極管流到雜散電容中；以及用于將被配置成在接收模式中接收電流的至少某些組件與在雜散電容形成的電壓電隔離的裝置。在接收模式中，用于從電極接收電流的電路被配置成:將開關配置成將電流接收到被配置成在接收模式中接收電流的各組件中，以及用于將被配置成在接收模式中接收電流的各組件中的至少一些組件與開關模式電源電路中的變壓器的電感電隔離的裝置。這些和其他實施例每個可選地包括以下特征中的一個或多個。開關模式電源電路可包括回掃電路。該系統可包括電阻，其中該電阻耦合到二極管。電路可包括用于在電阻的至少一端上提供大于電路的接地電壓的參考電壓的裝置。該電路可具有用于在接收模式中將接收到的電流的至少一部分發送到電流接收器電路中的裝置，其中電流接收器電路可以用微控制器來控制。雜散電容可包括與耦合到電極的節點上的一個或多個組件相關聯的寄生電容。該系統可包括與耦合到電極的節點處的雜散電容并聯地放置的第二蓄意電容。接收到的電流可以是一微安的數量級，而發送的電壓可以是一百伏的數量級。一般而言，本說明書描述的主題的另一方面可以體現在用于在有源指示筆中用電極來發送和接收信號的電路。該電路包括第一、第二和第三電阻、第一和第二晶體管、變壓器、第一二極管、放大器和電容。第一電阻與輸入端和第一晶體管稱合。第一晶體管包括率禹合到電阻的第一端、耦合到接地節點的第二端、耦合到變壓器的第一繞組的第三端。變壓器具有耦合在電源端和第一晶體管的第三端之間的第一繞組以及耦合在接地節點和第一二極管的陽極之間的第二繞組。第一二極管具有與耦合到電極的節點耦合的陰極，該電極被配置成接收和發送用于電容觸摸傳感器的信號。第二電阻耦合在耦合到電極的節點和參考電壓之間。第二晶體管包括與耦合到電極的節點耦合的第一端、與用于交換信號的一端耦合的第二端以及耦合到放大器的倒相輸入的第三端。放大器具有耦合到參考電壓的非倒相輸入。第三電阻稱合在放大器的倒相輸入和放大器的輸出之間。電容稱合在放大器的倒相輸入和放大器的輸出之間。參考電壓被配置成大于接地節點的電壓且小于電源電壓。該電路被配置成具有用于接收通過耦合到電極的節點的電流的接收模式以及用于發送通過耦合到電極的節點的電壓的發送模式。在接收模式中，第一二極管被配置成反向偏置并且第二晶體管被配置成電連接第二晶體管的第一和第三端。在發送模式中，第一二極管被配置成間歇性地正向偏置并且第二晶體管被配置成形成電斷開第二晶體管的第一和第三端的開路。這些和其他實施例每個可選地包括以下特征中的一個或多個。接收到的電流可以是一微安的數量級，而發送的電壓可以是一百伏的數量級。該電路可包括第二二極管，該第二二極管可以與第一晶體管的第二和第三端并聯耦合。附圖和下面的描 述闡述了本說明書中所描述的主題的一個或多個實施例的細節。從描述、附圖和權利要求書中，本主題的其他特征和方面將變得顯而易見。
附圖簡述

圖1描繪了有源指示筆的實現的圖示。圖2A描繪了示出只通過手指觸摸將一幀分成各個時隙的圖示。圖2B描繪了示出通過手指觸摸和指示筆將一幀分成各個時隙的圖示。圖3描繪了有源指示筆的框圖。圖4描繪了在單個電極上發送和接收信號的電路的圖示。圖5描繪了接收器放大器的電壓輸出相對時間的關系的示例的圖示。圖6描繪了發送器的電壓輸出相對時間的關系的示例的圖示。各附圖中的相同的附圖標記和指定指示相同的元素。詳細描述存在沿著二維傳感器陣列并且根據人類手指在電場上的效應來監測人類手指的位置的方法。這些方法涉及彼此呈近似直角的導電行和列的矩陣。例如，傳感器可測量從每一行到每一列的電容，從而對具有m行和n列的矩陣進行m*n測量。該測量可通過對給定列應用激勵電壓并且測量給定行上的所得電流(通過該電容)來進行。哪一軸被指定為行或列可以是任意的。
該測量可檢測人類手指的位置，因為人類手指影響它觸摸的矩陣交叉點處的電容，人類手指某種程度上是導電的并且通過某一相對較小的阻抗連接到控制器電路的地節點。根據特定的傳感器設計，電容可以由于人類手指的高(且復雜，因為它是導電的并因此是有損耗的)介電常數而增加，或由于手指與地的連接而減少。在任何這樣的傳感器中，m*n測量(或這些測量的某一選集)能夠以例如IOOHz的某一幀率來周期性地進行。該幀率能夠在噪聲與響應時間之間進行折衷。慢幀率可允許測量時的往往減少噪聲的長整合時間，但該延遲可能引起用戶反感。快幀率可提供快速響應，但測量時間太少，并且可能因此提供有噪聲的測量。總幀時間可被分成各個時隙，且在每一時隙期間激勵一列(或多列，例如在顯示畫面被一分為二或一分為四的情況下，激勵兩列)。例如，如果為每一行提供接收器，則可以同時測量所有行。如果為否，則可以在各行之間多路復用較少數量的接收器，且該幀被分解成更多的時隙。在一些應用中，可能期望不跟蹤人類手指，而是跟蹤可以在手中持有的某種指示筆。與指示筆相比，手指可能相對較大，并且精細定點的指示筆可提供更好的定點準確性。指示筆還可以在其表面上構建有按鈕或其他傳感器(滾動輪等)，以便向用戶提供額外的輸入自由度。在某些種類的觸摸屏的情況下，任何對象都可被用作指示筆。(例如，電阻觸摸屏可對力作出響應并且可以與任何堅硬對象一起使用。)但電容觸摸屏無法對非導電指示筆的觸摸作出響應，因為這一指示筆不顯著地干擾電場。為了闡明，由于指示筆的可能高于空氣的介電常數并由此增加測得的電容的介電常數，可以觀察到某種效應，但該效應相對較小，從而導致電場的非顯著干擾。電容觸摸屏可對導電指示筆的觸摸作出響應，如果該指示筆被持有在接地的用戶的手中的情況下。這一指示筆可被配置成具有導電筆尖(通常是易彎曲的)，以及從筆尖到用戶身體的導電路徑。由此，指示筆可以幾乎表現得像用戶的手指。但因為人類手指在按壓傳感器時產生稍微大于 5_的點，所以各行和各列能夠以該數量級的間隔來放置。這可能是進行正確內插并且以比傳感器間距更高的分辨率提供位置測量所必需的最小間隔。導電指示筆因此還可具有5_數量級的直徑的筆尖，以便(a)提供足夠大的電容變化以實現可接受的信噪比，以及(b )提供跨越至少兩個矩陣交叉點的信號，這是允許傳感器進行內插以獲得更精細的分辨率所需要的。因此，可能需要具有比 5_更精細的筆尖的指示筆，因為精細定點的指示筆遮擋較少的顯示圖像，并且比不具有精細定點的筆尖的指示筆提供更高的準確性。與典型大小的人類手指或具有例如大約 5mm的相對較粗的筆尖的指示筆相比，精細定點的指示筆可允許用戶更準確且精確地定點。一個人的手指或粗筆尖指示筆可能無法像相對較精細或細筆尖指示筆那樣準確地定點，并且手指頭或粗筆尖指示筆的筆尖可能在定點到矩陣時產生相對較顯著的遮擋。對于電容觸摸屏，所提供的信號(例如，來自指示筆的邊緣電場的干擾)可以與傳感器的接觸區域成比例。在與傳感器的接近鄰近度內的瘦削或細指示筆可具有較小的效應，并且該效應可能無法容易地在有噪聲的情況下測得。在一些實現中，瘦削或細指示筆可能無法容易地內插，因為電容觸摸屏具有例如大約5mm的間距(例如，因為一個人的手指與觸摸屏的接觸區域通常至少5_)。在其他實現中，只要傳感器的間距小于致動對象的接觸區域，就可執行內插。例如，即使各行和各列被放置在5mm中心上，也能夠通過使用內插來以比5_更好的分辨率來報告位置。例如，手指或粗筆尖指示筆可以在行I的1/2和行2的1/2上，這可以被內插為1.5。該示例可以在接觸區域足夠大以跨越至少兩行(或列)的情況下起作用。為了提高相比于精細定點的無源指示筆的信噪比,構想有源指示筆。該指示筆包含有源電子元件而不是僅僅通過用戶的手來接地，并且能夠在其筆尖上接收或發送信號。在此意義上，指示筆可以如圖1所示的那樣配置。圖1示出了有源指示筆1 00的實現，該指示筆在矩陣160中的導電行和列的接近鄰近度內，并且該指示筆具有導電體110以及形成它的筆尖的細金屬線120。指示筆100具有筆尖的非導電體130，該非導電體130允許來自矩陣160的電場線140避開指示筆100。在一些實現中，指示筆的筆尖和矩陣中的一行或列之間的電容可以幾乎是整個邊緣電容，并且與例如矩陣中的一行和一列之間的電容相比可以相對較小。例如，對于在 5mm間距的各行和各列上具有菱形導體圖案的傳感器以及對于指示筆中的 20mm長的細電極而言，對于直接在指示筆下的行或列，所得電容可以在IOOfF的數量級上。菱形導體圖案在2010年7月16日提交的美國專利申請N0.12/857,024中描述和示出，該文獻的公開內容通過引用來結合。指示筆然后通過用戶的手來接地。在金屬體指示筆的情況下，從該指示筆到用戶的手的耦合電容相對較大(例如，在數百PF)，以使得通常較小但至少IOpF的用戶接地電容主導從指示筆的電路接地到傳感器的控制電子元件的電路接地的阻抗。由于該電容與指示筆的筆尖到傳感器的IOOfF電容相比較大，因此指示筆和控制器的電路接地大致處于相同的電位。因為耦合是電容性的，所以從指示筆的電路接地到控制器電路的接地的電壓的DC分量是不相關的。該電壓的AC分量可以作為噪聲出現。由于指示筆的電路接地和控制器電路的接地之間的電容增加，因此該噪聲電壓的振幅對于給定噪聲電流而言減小。在一實現中，該電容可以足夠大以使得噪聲電壓保持在指示筆的適當操作的可接受的范圍內。為了測量指示筆在一個軸中的位置，指示筆可接收沿著各列發送的信號。為此，指示筆的時基首先與傳感器的控制電子元件的時基進行同步。這可通過同時在矩陣中的所有列上發送有區別的同步信號(例如，以不同頻率或用不同的制式來調制)來實現。這為指示筆提供了時間基準。指示筆之后可使用石英或該指示筆內的其他頻率標準來維護其時間基準。該同步脈沖可以被大致一幀傳送一次；但在某些情況下，可以根據系統所需的等待時間以及指示筆的頻率標準的長期準確性來更頻繁地或更不頻繁地地傳送該脈沖。指示筆可搜索該同步脈沖，并且在該指示筆接收到該同步脈沖時重置其自己的時基。之后，控制電子元件以常見方式通過以常見的電壓波形按順序激勵每一列來掃描傳感器。通過測量在每一行上接收到的電流，控制器測量從每一行到每一列的電容并由此以常見方式測量手指觸摸。同時，指示筆在每一列的時隙期間測量接收到的信號強度。如果指示筆在給定時隙期間接收到信號，則該指示筆確定它被定位在該列附近。對于圖1所示的幾何形狀，指示筆可以接收大約五列上的可測量信號，并且可以內插以便以較高的分辨率確定該指示筆沿著X軸的位置(任意地假設X軸與各列垂直)。例如，指示筆最初可以在它在被任意指定為t=0的時刻接收到同步脈沖時重置其時基。之后，指示筆可以知道控制器將在時刻〖=1，2，...，11激勵列1到11。如果指示筆在時隙7接收到能量，則該指示筆被確定為接近列7。這可提供粗略位置(例如在大約5_的傳感器間距的數量級上)并且可使用內插來提供精細位置。然后，為了確定指示筆在另一軸中的位置，向該幀添加附加時隙，在該附加時隙中沒有一列發送信號。指示筆改為發送與用于激勵一列的信號相同的信號。通過查看附連到每一行的接收器的輸出，可確定指示筆在y軸中的位置。觸摸屏中的一個或多個接收器可接收指示筆發送的信號；如果特定接收器接收到能量，則控制器可確定指示筆接近該特定行。該過程可以類似于用于確定X軸中的位置的過程，但發送器和接收器互換。(沿著X軸，多列在多個時隙中發送信號且指示筆接收信號。沿著y軸，指示筆在單個時隙中發送信號且多個行接收信號。)對于手指觸摸的情況，各行接收到信號并且各列發送信號，但指示筆既接收又發送信號。指示筆發送信號以便在各行中定位其自身，并且接收信號以便在各列中定位其自身。通過這些定位，可使用內插來確定觸摸傳感器中的更確切的位置。如果存在多個指示筆，則它們能夠并行地確定它們沿著X軸的位置，但每一個指示筆都需要單獨的時隙來確定其沿著y軸的位置。將總幀時間分成各時隙因此如圖2A和2B中那樣出現。·圖2B示出了在單個幀中同時定位多個指示筆的情況，且每一指示筆都被分配了單個時隙來確定其沿著各行的位置。圖2A示出了具有對應于n列的n個時隙的幀210，以用于掃描尋求只檢測手指觸摸的情況。對于具有手指和指示筆兩者的掃描，圖2B示出了幀220，其中為同步脈沖添加時隙225，保留對應于n列的n個時隙235，且為m個指示筆添加m個時隙，其中n和m是大于或等于I的整數，且m對應于指示筆的數量。通過該過程，可以在主機(例如，具有處理能力的設備)上的控制電子元件中計算y坐標，在那里I坐標可通過與手指觸摸信息相同的路徑來被傳遞回到應用軟件(例如，通過通用串行總線(USB)鏈接回到計算機)。換言之，可以在行接收器接收到的信號的基礎上計算行位置。因此，行位置可由計算例如手指觸摸的系統中的相同部分來計算。這些行位置可例如通過USB或其他鏈接來報告回系統。但X坐標在指示筆中被計算，并且能夠以多種方式中繼回應用軟件。換言之，可根據指示筆接收到的信號來計算列位置，并且列位置可被報告回系統(例如，使用從計算機到主機的無線或有線連接)。在一個示例中，如果指示筆被有線連接到系統，則可通過該連線來建立通信鏈接，并且該連線還可在傳感器和指示筆之間提供公共接地。在另一示例中，指示筆可以無線地向系統發送信息。例如，可通過添加多個時隙并且一個時隙一個位地發送二進制編碼的X坐標來經由矩陣本身靜電發送該信息。這不需要額外的硬件，而改為可通過將指示筆的控制軟件修改成不同地利用現有硬件來實現。具體而言，這可使用否則被用來生成用于在y軸中定位指示筆的信號的硬件來實現。例如，指示筆可通過矩陣將坐標信息從指示筆傳送到主機，其中還可使用用于定位指示筆的發送器和接收器來使用被用來通過無線信道發送信息的任何無線編碼方案來發送信息。因此，可以例如為坐標的每一位添加時隙，并且在該時隙期間，指示筆可以在對應位是“ I”的情況下發送或者在對應位是“0”的情況下不發送。該方案對應于振幅鍵控(ASK)，但可使用其他編碼方案。通過將時隙添加到系統，可使用現有硬件來經由矩陣將信息從指示筆耦合回到主機。可使用誤差檢測或糾正碼來提高系統針對由于噪聲而導致的隨機位差錯的穩定性。還可通過例如類似IEEE802.15.4鏈路的射頻通信信道的輔助信道來發送x坐標。比特率可能相對較低，因為每一幀僅需要發送每一指示筆一個坐標發送，以使得在16位位置和每秒100幀的情況下，總比特率是1600位/秒。通過使用輔助信道，可能不需要幀中的額外時間來通過矩陣發送位置。這可允許系統節省更多的時間來進行手指觸摸電容測量(以及指示筆位置測量)，從而導致更好的信噪比(SNR)。如果使用輔助信道來傳送X坐標，則該輔助信道還可被用來將控制電子元件的時基與指示筆的時基進行同步，以使得不需要用于同步脈沖的額外時隙。這還可增加幀內的可用時間，由此提高SNR。可使用其它類型的通信信道，包括例如其他射頻(RF)鏈路、超聲鏈路和光鏈路。輔助信道還可將性能提高到消除對通過矩陣傳送的同步脈沖的需求的程度。同步脈沖被配置成出現在所有列上(或例如在整個矩陣中均勻間隔的至少許多列)，以便由指示筆接收，而不管指示筆的位置。因此，總瞬時發送能量大于激勵單個列時的能量，并且更有可能導致電磁兼容性(EMC)問題。如果同步脈沖改為通過輔助信道來發送，則該影響可被避免，因為通過矩陣的同步脈沖變得不必要。還可使用用于傳遞 X坐標的相同路徑來傳遞其他信息，例如開關或附連到指示筆的其他控件的狀態。例如可報告指示筆的筆尖中的力傳感器的值以便將指示筆觸摸與指示筆懸停區分開并且提供對指示筆力的連續測量。就此，可使用指示筆中的單個力傳感器，或許代替對整個矩陣中的多個力傳感器的需求，或許提供對通過指示筆的力的更高質量的測量，而整個矩陣中的多個力傳感器被同時用來測量手指或其他非指示筆觸摸的力。圖3示出了指示筆300的某些組件的框圖。指示筆300包括電流接收器340、電壓發送器350以及用于使得電流接收器340和電壓發送器350之間的操作有序的微控制器320。指示筆300還包括耦合到發送/接收開關360的電極370。發送/接收開關360耦合到電流接收器340和電壓發送器350。為了操作這些有源電子元件，需要某種電源，例如電池電源310或超級電容。如果屏幕尺寸足夠小以使這變得實際，則指示筆還可以例如通過屏幕后面或周圍的線圈被電感式地供電。出于上述原因，指示筆300還可任選地包括輔助通信信道330。在操作中，微控制器320使以下過程有序:在該過程中，微控制器320中的軟件至少負責維持對時間的感測、計算坐標、計算內插以及將坐標報告回矩陣，等等。微控制器320消耗指示筆中的某種內置電源(例如，電池電源310、超級電容、可充電電池)。微控制器320耦合到電流接收器340 (該電流接收器可以類似于在測量電容手指觸摸時使用的各行上的接收器)和電壓發送器350 (該電壓發送器可類似于在測量電容手指觸摸時使用的各列上的發送器)。發送/接收開關360可被配置成允許系統將電流接收器340中的電流和電壓發送器350中的電壓多路復用到指示筆300中的一個電極370上。發送/接收開關360可允許高電壓(例如，100V左右)輸出在發送模式中被施加到電極370，并在接收模式中從電極370接收較小的電流信號(例如，IuA左右)。電壓發送器350和電流接收器340可被配置成與附連到矩陣中的各列和各行的發送器和接收器具有相似的形狀，并進行相似的測量。適用于激勵列電壓和測量行電流以確定電容傳感器上的手指觸摸的大多數種類的電路在此也可適用。在此可采用非相干檢測，因為非相干檢測可以不需要如同相位相干檢測那樣精確對準對指示筆的時基。以上描述可假定一次只有一個實體進行發送(無論該實體是矩陣中的一列還是指示筆)。這可表示簡單實現的示例，但在某些情況下，可能期望多個實體同時發送正交波形。上述所有技術在這種情況下仍然有效(例如，在多個正交頻率的情況下或者在CDMA通信中適用的類型的正交偽噪聲波形的情況下)。在這種情況下，一幀發送更大的總能量以提高性噪比是可能的。在這一實現中，可使用更復雜的接收器來同時使得多個正交波形相關。用于同時發送正交波形的一些技術在2010年7月16日提交的美國專利申請N0.12/838,419中描述，該文獻的公開內容通過引用來被結合。如上所述，因為指示筆必須既發送又從單個電極接收，所以該電極能夠查看大電壓和小電流兩者。當進行發送以在矩陣的接收器中實現可接受的信噪比時，可生成在100V左右擺動的峰-峰電壓。在接收時，可解析一微安左右的信號。某種類型的發送/接收開關或電路是提供該動態范圍所必需的。實現該功能的電路在圖4中示出。圖4示出了有源指示筆中的用于在單個電極上發送大電壓和接收小電流的電路400的實現。電路400 包括耦合到輸入端(“回掃”)和晶體管Q2的電阻R16。晶體管Q2具有耦合到電阻R16的第一端、耦合到接地節點的第二端以及耦合到變壓器L2的第一繞組的第三端。齊納二極管D2通過與接地節點和變壓器L2的第一繞組耦合來與晶體管Q2的第二和第三端并聯耦合。變壓器L2的第一繞組耦合到電源(例如， 3V電池電壓)和晶體管Q2的第三端。變壓器L2的第二繞組耦合到接地節點和二極管Dl的陽極。二極管Dl的陰極耦合到連接電極的節點TP1。節點TPl耦合到晶體管Ql的第一端、下拉電阻Rpd的第一端以及任選的電容Cextra。下拉電阻Rpd具有耦合到電壓基準VREF的第二端。節點TPl還包括雜散電容，這些雜散電容被建模為到圖4中的接地節點的單個雜散電容Cstray。晶體管Ql具有耦合到用于RX_ENABLE的交換信號的第二端以及耦合到放大器IClA的倒相輸A 2的第三端。放大器IClA的非倒相輸入3耦合到電壓基準VREF。放大器IClA的輸出端I耦合到反饋電容Cf的第一端和反饋電阻Rf，并且放大器IClA的非倒相端還耦合到反饋電容Cf的第二端和反饋電阻Rf。在圖4中，發送/接收電路使用電池電壓(例如，大約3V)并生成 100V的高電壓(最多傳遞數十微安的電流)，并且接收器可被放置在同一節點上。接收器可以被斷開連接，以使其在發送期間不影響所生成的高電壓，并且發送器可以被斷開連接，以使其在接收期間不影響接收到的信號。可使用與用于激勵陰極射線管顯示器或用于開關模式電源的回掃電路相似的回掃電路來生成高電壓。回掃電路包括存儲能量的變壓器L2。能量可以流入L2的第一或主要繞組，在L2的管芯中被存儲為磁場，并且然后通過L2的第二繞組流出L2的管芯。可根據變壓器L2的匝數比并且根據所施加的信號的計時來變換電壓。通過L2的第二繞組流出的能量可以通過Dl在輸出處流入雜散電容，并在該雜散電容上形成高電壓。該雜散電容可被設計成如實際那樣小，因為該電路耗散的真實功率(至少是
0.5*Cstray*V A 2*f)可以與該電容成比例。在發送時，用回掃變壓器L2來生成高電壓AC。為了產生具有頻率f=l/T的激勵電壓，并且假定50%的開關占空比，開關Q2被關閉0.5*T的時間。在該時間期間，變壓器中的電流從零開始斜變上升至初級電流Ipri=(Vdd*0.5*T)/Lpri，其中Vdd是通常為3V左右的電源電壓，而Lpri是初級電感。當開關打開時，該存儲的能量在回掃電路的輸出處被傳遞至雜散電容Cstray。忽略電阻Rpd，可通過使存儲在變壓器電感中的能量
0.5*Lpri*Ipri A 2與存儲在輸出雜散電容中的能量0.5*Cstray*Vpk A 2相等來計算峰值電壓。該電壓可以如Rpd* Cstray那樣指數地衰減,其中該積應當在與激勵周期相同的數量級上選擇，以使得在每一周期輸出大致衰減回到零。實際上，Cstray可以是例如幾皮法拉的電容，而Rpd可以是數百千歐姆。變壓器初級電感可以是數百微亨，并且它的匝數比可以是大約1:7。電阻Rpd可以用接地的開關(例如，FET或雙極晶體管)來替換。這可產生近似方波，該方波比用電阻產生的重復指數更接近所需的理想正弦波。當向電極施加高電壓時，可以通過打開開關Ql (例如，晶體管)以在發送模式中隔離ICl A處的接收器來保護該接收器免遭破壞。否則，接收器電路ICl A將使高發送電壓鉗位，并且可能被該電壓破壞。因此使用晶體管n-FET Ql來使該電路斷開連接。可選擇該n-FET Ql以獲得高額定電壓(即，大于在電極處看到的峰值電壓的額定電壓)以及低雜散電容(該雜散電容將增加Cstray，并因此在發送時減小可接受的Rpd并增加系統的總功耗)。該晶體管Ql是分立FET，并因此可使其體節點連接到其源節點，這產生寄生二極管；但該二極管始終是反向偏置的，因為漏極處的電壓始終大于源極處的電壓，這可意味著它不影響電路的操作。在發送時，Ql的柵 電壓被保持在0V，這在柵極處放置電壓-VREF (且VREF大約是0.5*Vdd)，該電壓使晶體管截止。當在接收時，向Ql的柵極施加電壓Vdd。這可以在柵極處放置電壓(Vdd-VREF)，該電壓使晶體管導通。信號因此可流入接收跨倒倒數放大器ICl A0由此，在接收器模式中，可以在Ql的柵極(例如，RX_ENABLE引腳)上放置高電壓，以使得晶體管Ql導電并表現得像短路那樣。然而，由于該晶體管和二極管Dl無法使雜散電容斷開連接。對于一階，在ICl A的倒相輸入處接地的附加阻抗將不會影響閉環轉移函數；但對于具有有限增益帶寬的實際放大器而言，可能并非如此。電容Cstray不會顯著地影響接收放大器的閉環轉移函數。Rpd不具有顯著的動態效應；它在被接地的情況下將引入顯著的DC誤差，但被連接到與運算放大器的非倒相輸入相同的VREF來避免該問題。變壓器次級電感將引入顯著誤差，但在接收時，L2的陽極處的電壓被變壓器保持在接近地，并且陰極處的電壓被保持在VREF>0。這意味著二極管是反向偏置的，這意味著該二極管將接收電路與該變壓器電感隔離開。相同的二極管因此被用作回掃電路的一部分，以便只允許從變壓器次級電感到輸出電容中的單向電流，并且將接收器與該回掃電路隔離開，以減少部件數。在一些實現中，雜散電容Cstray中可能存在2:1或更多變化，這可產生所生成的峰值電壓的變化。因此，電路設計可以用足夠高的電壓來進行，以便在最高可能電容Cstray的情況下實現所需信噪比，而不生成足夠高的電壓以導致晶體管擊穿，即使在最低可能Cstray的情況下。在一些實現中，可以與雜散電容Cstray并聯地添加蓄意電容(例如，圖4中的Cextra)。如果該蓄意電容上的容限好于雜散電容上的容限，則這具有以下效應:減少峰值電壓的變化，但增加總電容，并因此增加總功耗。在一些實現中，可使用另一開關模式電源拓撲結構，而不是使用回掃電路。圖5不出了接收器放大器510的電壓輸出相對于時間520的關系的不例的圖不。輸入信號是200V峰-峰的方波輸入，通過IOOfF電容耦合到接收器。對于該示例，Rpd為100千歐，Cstray為7pF，Cf為10pF，而Rf為200千歐。輸出電壓波形530的峰值電壓535大約為1.6V，而輸出電壓波形530的最低電壓540大約為-1.6V。圖6不出了發送器610的電壓輸出相對于時間620的關系的不例的圖不。輸入電壓為3V，Cstray為7pF，Rpd為100千歐，Lpri (變壓器L2的第一繞組的電感)為200uH，Lsec (變壓器L2的第二繞組的電感)為10mH，而變壓器L2因此具有近似1:7的匝數比。輸出電壓波形630的最高值635大約為140V，而最低電壓645大約為10V。本主題的所描述的實施例中的一些和操作可在數字電子電路中實現，或在計算機軟件、固件、或硬件中實現，包括在本說明書中描述的結構及其等同結構，或其中一個或多個的組合。本說明書中描述的主題的實施例可被實現為計算機程序，即，編碼在計算機存儲介質上以由數據處理裝置執行或控制數據處理裝置的操作的計算機程序指令的一個或多個模塊。替代地或附加地，程序指令可被編碼在人工生成在傳播信號上，例如，機器生成的電、光或電磁信號，所述信號被生成以編碼信息以發送到適當的接收器裝置上以供數據處理裝置執行。數據處理裝置可包括傳感器、可以是傳感器的一部分、可以是帶有傳感器的系統的一部分、可以被集成在該系統和/或傳感器內、可以是接收器、發送器、與傳感器或接收器和/或發送器相關聯的組件或邏輯的一部分、或其任何組合。計算機存儲介質可以是計算機可讀存儲介 質、計算機可讀存儲基底、隨機或串行訪問存儲器陣列或設備、或其中一個或多個的組合，或可以被包括在其中。而且，盡管計算機存儲介質不是傳播信號，然而計算機存儲介質可以是編碼在人工生成的傳播信號中的計算機程序指令的源或目的地。計算機存儲介質還可以是一個或多個分開的物理組件或介質(例如，多個CD、盤或其他存儲設備)或可被包括在其中。此說明書中描述的操作可以被實現為由數據處理裝置對存儲在一個或多個計算機可讀存儲設備上或從其他源接收的數據執行的操作，用于處理數據的各裝置、設備和機器可被用作“數據處理裝置”，包括例如可編程處理器、計算機、片上系統、或以上中的多個或組合。該裝置可包括專用邏輯電路，例如FPGA(現場可編程門陣列)或ASIC (專用集成電路)。除了硬件，該裝置還可包括為所討論的計算機程序創建執行環境的代碼，例如，構成處理器固件、協議棧、數據庫管理系統、操作系統、跨平臺運行時環境、虛擬機、或其中一個或多個的組合的代碼。該裝置和執行環境可實現各種不同計算模型基礎結構，諸如web服務、分布式計算和網格計算基礎結構。計算機程序(也被稱為程序、軟件、軟件應用、腳本或代碼)可以任何形式的編程語言(包括編譯或解釋語言、聲明性或程序性語言)撰寫，并能以任何形式部署，包括作為獨立程序或作為模塊、組件、子例程、對象、或適于在計算環境中使用的其他單元。計算機程序可以但不必對應于文件系統中的文件。程序可被存儲在保持其他程序或數據的文件的一部分中(例如，存儲在標記語言文檔中的一個或多個腳本)、存儲在專用于所討論的程序的單一文件中、或存儲在多個協同文件中(例如，存儲一個或多個模塊、子程序或代碼部分的文件)。計算機程序可被部署以在一個站點處的一個計算機或多個計算機上執行或跨多個站點分布并通過通信網絡相互連接。本說明書中描述的過程和邏輯流程可以由一個或多個可編程處理器執行，所述可編程處理器執行一個或多個計算機程序來通過對輸入數據進行操作并生成輸出執行動作。該過程和邏輯流程還可通過專用邏輯電路(例如，FPGA (現場可編程門陣列)或ASIC (專用集成電路))來執行，并且裝置也可被實現為該專用邏輯電路。適于執行計算機程序的處理器可包括，作為示例，通用和專用微處理器以及任何類型的數字計算機的任意一個或多個處理器。一般地，處理器接收來自只讀存儲器或隨機存取存儲器或兩者的指令和數據。計算機的必要元件是用于根據指令執行動作的處理器和用于存儲指令和數據的一個或多個存儲器設備。一般地，計算機還將包括或可被操作地耦合以接收來自一個或多個大容量存儲設備(例如，磁性、磁光盤、或光盤)的數據或將數據發送到大容量存儲設備以供存儲數據或兩者。然而，計算機不必具有這些設備。而且，計算機可以被嵌入在另一設備(例如，移動電話、個人數字助理(PDA)、移動音頻或視頻播放器、游戲控制臺或便攜式存儲設備(例如，通用串行總線(USB)閃存驅動器)，這些僅是幾個示例)中。適于存儲計算機程序指令和數據的設備包括所有形式的非易失性存儲器、介質和存儲器設備，包括例如，半導體存儲設備，例如EPROM、EEPROM和閃存設備；磁盤，例如內置硬盤或可移動盤；磁光盤；以及⑶-ROM和DVD-ROM盤。處理器和存儲器可由專用邏輯電路補充或被合并到專用邏輯電路 中。為了提供與用戶的交互，在本說明書中描述的主題的實施例可被實現在計算機上，該計算機具有用于向用戶顯示信息的顯示設備(例如，陰極射線管(CRT)或液晶顯示器(IXD)監視器)，以及用戶可用來向計算機提供輸入的鍵盤以及指點設備(例如鼠標或追蹤球)。其他類型的設備也能被用以提供與用戶的交互；例如，向用戶提供的反饋可以是任何形式的傳感反饋，例如視覺反饋、聽覺反饋或觸覺反饋；并且來自用戶的輸入能以任何形式接收，包括聲音、語音或觸覺輸入。例如人類手指可以與觸摸屏交互以影響屏幕可操作區域的量。此外，計算機可通過向用戶所使用的設備發送文檔以及從該設備接收文檔來與該用戶交互；例如，通過響應于從用戶的客戶端設備上的web瀏覽器接收的請求向該web瀏覽器發送網頁。盡管此說明書包含許多具體實現細節，然而，這些細節不應當被解釋為對任何發明或所要求保護的范圍的限制，而是作為對專用于特定發明的特定實施例的特征的描述。本說明書中在分開的實施例的上下文中描述的某些特征也可以在單一實施例中組合地實現。反過來，在單一實施例的上下文中描述的各個特征也可以在多個實施例中分開地實現或以任何適當子組合實現。而且，盡管特征可能在上面被描述為以特定組合動作并且甚至一開始要求如此保護，然而來自所要求保護的組合的一個或多個特征在某些情況下可以從該組合中剝離，而所要求保護的組合可以針對子組合或子組合的變型。類似地，盡管在附圖中以特定次序描繪了操作，然而這不應當被理解為要求這些操作以所示的特定次序或以順序次序執行，或者所示的所有操作均被執行來實現期望的結果。在某些情況下，多任務和并行處理可能是有利的。而且，上面描述的實施例中的各系統組件的分離不應當被理解為在所有實施例中均要求這種分離，而且應當理解，所描述的程序組件和系統一般可被一起集成在單一軟件產品中或打包到多個軟件產品中。從而，描述了本主題的特定實施例。其他實施例在以下權利要求書的范圍內。在某些情況下，權利要求書中所記載的動作可以按不同次序執行并仍舊能夠實現期望的結果。此外，在附圖中描繪的過程不一定需要所示的特定次序或順序次序來實現期望的結果。在某些實現中，多任 務和并行處理可能是有用的。
權利要求
1.一種用于使用有源指示筆來使得能夠確定所述有源指示筆相對于電容觸摸傳感器的二維位置的方法，所述電容觸摸傳感器具有二維導體矩陣，所述二維導體矩陣被配置為按行排列的第一導體陣列和按列排列的第二導體陣列，并且所述有源指示筆具有電極和有源組件，所述方法包括 在所述有源指示筆中從所述矩陣中的至少一列接收第一信號； 測量從所述列接收到的每一個第一信號的信號強度； 使用測得的信號強度來計算所述有源指示筆沿著所述電容觸摸傳感器的矩陣的第一軸的第一位置； 發送所述有源指示筆沿著所述電容觸摸傳感器的矩陣的第一軸的計算出的第一位置； 將第二信號從所述有源指示筆的電極的發送到所述矩陣的至少一行以指示所述有源指示筆沿著所述矩陣的第二軸的第二位置，所述電容觸摸傳感器被配置成基于接收到的第二信號來確定沿著所述矩陣的第二軸的第二位置， 其中所述電極位于所述有源指示筆內并且被配置成與所述電容觸摸傳感器靜電耦合，并且 其中所述有源指示筆的電極被配置成既接收又發送信號。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，還包括在所述有源指示筆中接收到所述第一信號或發送所述第二信號之前，在所述有源指示筆中從所述電容觸摸傳感器接收第三信號以將所述有源指示筆的時基與所述電容觸摸傳感器的時基同步。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，用于同步的所述第三信號是通過通信信道在所述有源指示筆中接收到的。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述通信信道包括無線通信信道、超聲信道或光信道。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述通信信道被配置成接收或發送涉及所述有源指示筆或電容觸摸傳感器中的至少一個的信息。
6.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第三信號從第一列陣列中的至少一列被接收，所述第三信號在所述有源指示筆中通過至少在這一列處的電極來接收。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述第三信號從所述第一列陣列中的多列上同時發送的脈沖被接收。
8.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述第三信號一時間幀被接收一次。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述時間幀包括被分配來供所述指示筆接收第三信號的時隙。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述時間幀包括被分配來供每一列發送來自所述電容觸摸傳感器的第一信號的時隙。
11.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述時間幀包括被分配來發送來自所述有源指示筆的計算出的第一位置的時隙。
12.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述時間幀包括被分配來供多個有源指示筆中的每一個發送相應的第一位置的時隙。
13.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述計算出的第一位置從所述有源指示筆的發送被配置成通過通信信道來進行。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述通信信道包括無線信道、超聲信道或光信道。
15.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述計算出的第一位置從所述有源指示筆的發送被配置成通過將所述有源指示筆的電極與所述矩陣靜電耦合來進行，并且至少一行被配置成從所述有源指示筆的電極接收所述計算出的第一位置。
16.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述有源指示筆的發送被配置成與利用多個正交波形的、其他有源指示筆或列的多個發送同時進行。
17.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述有源指示筆的發送被配置成與利用同步的多個頻分信號的、其他有源指示筆或列的多個發送一起進行。
18.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述有源指示筆的發送被配置成與利用同步的多個碼分信號的、其他有源指示筆或列的多個發送一起進行。
19.如權利要求I所述的方法，其特征在于，還包括內插以計算所述有源指示筆的第一和第二位置。
20.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述有源指示筆包括 與所述電極耦合的開關，所述開關被配置成多路復用相對較大的電壓和相對較小的電流，其中所述開關被配置成在發送模式中將電壓發送到所述電極上，以及在接收模式中從所述電極接收電流； 針對耦合到所述開關的電流的接收器電路，所述接收器電路用于從所述電極接收通過所述開關的電流的至少一部分； 針對耦合到所述開關的電壓的發送器電路，所述發送器電路用于將通過所述開關的電壓的至少一部分發送到所述電極上； 耦合到所述接收器和所述發送器電路的微控制器；以及 至少向所述微控制器供電的內置電源。
21.如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述微控制器被配置成 計算所述有源指示筆相對于所述電容觸摸傳感器上的位置的坐標位置；以及 報告所述有源指示筆的所述坐標位置中的至少一些。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述微控制器還被配置成內插以計算所述有源指示筆的所述坐標位置。
23.如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述有源指示筆還包括通信信道，所述通信信道包括無線信道、超聲信道或光信道。
24.如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述內置電源包括電池或超級電容。
25.如權利要求20所述的方法，其特征在于，所述電流在一微安的數量級上，而所述電壓在一百伏的數量級上。
26.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述有源指示筆包括被配置成與所述電容觸摸傳感器的矩陣交互的筆尖，所述指示筆的筆尖包括用于提供對通過所述指示筆的力的測量的力傳感器。
27.一種用于使用電容觸摸傳感器來使得能夠確定有源指示筆相對于所述電容觸摸傳感器的二維位置的方法，所述電容觸摸傳感器具有二維導體矩陣，所述二維導體矩陣被配置為按行排列的第一導體陣列和按列排列的第二導體陣列，并且所述有源指示筆具有電極和有源組件，所述方法包括 將第一信號從所述矩陣中的至少一列發送到所述有源指示筆以指示所述有源指示筆沿著所述電容觸摸傳感器的矩陣的第一軸的第一位置； 在所述矩陣中的一行或多行處從所述有源指示筆的電極接收第二信號以指示所述有源指示筆沿著所述矩陣的第二軸的第二位置，所述電容觸摸傳感器被配置成基于接收到的第二信號來確定沿著所述矩陣的第二軸的第二位置，并且 所述電容觸摸傳感器被配置成與位于所述有源指示筆內的電極靜電耦合。
28.如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括在發送所述第一信號或接收所述第二信號之前，將第三信號從所述電容觸摸傳感器發送到所述有源指示筆以將所述有源指示筆的時基與所述電容觸摸傳感器的時基同步。
29.如權利要求28所述的方法，其特征在于，將所述第三信號從第一列陣列中的至少一列通過所述電極發送到所述有源指示筆。
30.如權利要求28所述的方法，其特征在于，將所述第三信號與從所述第一列陣列中的多列同時發送的脈沖一起發送。
31.如權利要求30所述的方法,其特征在于,所述第三信號一時間巾貞被發送一次。
32.如權利要求31所述的方法，其特征在于，所述時間幀包括被分配來將第三信號發送到所述指示筆的時隙。
33.如權利要求31所述的方法，其特征在于，所述時間幀包括被分配來供每一列發送來自所述電容觸摸傳感器的第一信號的時隙。
34.如權利要求31所述的方法，其特征在于，所述時間幀包括被分配來供多個有源指示筆中的每一個發送用于確定所述指示筆沿著所述第二軸的位置的第二信號的時隙。
35.如權利要求27所述的方法，其特征在于，還包括接收所述有源指示筆沿著所述電容觸摸傳感器的矩陣的第一軸的計算出的第一位置，其中從所述有源指示筆接收計算出的第一位置被配置成通過將所述有源指示筆的電極與所述矩陣靜電耦合來進行，并且至少一行被配置成從所述有源指示筆的電極接收所述計算出的第一位置。
36.一種被配置成與電容觸摸傳感器一起操作的有源指示筆，所述有源指示筆包括 被配置成既接收又發送信號并且被配置成與所述電容觸摸傳感器靜電耦合的電極； 與所述電極耦合的開關，所述開關被配置成多路復用相對較大的電壓和相對較小的電流，其中所述開關被配置成在發送模式中將電壓發送到所述電極，以及在接收模式中從所述電極接收電流。
用于從所述電極接收通過所述開關的電流以及用于將通過所述開關耦合的電壓發送至所述電極的裝置； 耦合到所述接收器和所述發送器電路的微控制器，所述微控制器被配置成確定所述有源指示筆相對于所述電容觸摸傳感器上的位置的至少一個位置；以及 至少向所述微控制器供電的內置電源。
37.如權利要求36所述的有源指示筆，其特征在于，所述微控制器被配置成計算所述有源指示筆相對于所述電容觸摸傳感器上的位置的坐標位置；以及 報告所述有源指示筆的所述坐標位置中的至少一些。
38.如權利要求36所述的有源指示筆，其特征在于，所述微控制器還被配置成在計算所述有源指示筆的所述坐標位置時進行內插。
39.如權利要求20所述的有源指示筆，其特征在于，所述有源指示筆還包括通信信道，所述通信信道包括無線信道、超聲信道或光信道。
40.如權利要求36所述的有源指示筆，其特征在于，所述內置電源包括電池或超級電容。
41.如權利要求36所述的有源指示筆，其特征在于，所述電流在一微安的數量級上，而所述電壓在一百伏的數量級上。
42.一種被配置成與電容觸摸傳感器一起操作的有源指示筆，所述有源指示筆包括 被配置成既接收又發送信號并且被配置成與所述電容觸摸傳感器靜電耦合的電極； 與所述電極耦合的開關，所述開關被配置成多路復用相對較大的電壓和相對較小的電流，其中所述開關被配置成在發送模式中將電壓發送到所述電極，以及在接收模式中從所述電極接收電流。
用于從所述電極接收通過所述開關的電流的接收器電路； 用于將通過所述開關耦合的電壓發送至所述電極的發送器電路； 耦合到所述接收器和所述發送器電路的微控制器，所述微控制器被配置成確定所述有源指示筆相對于所述電容觸摸傳感器上的位置的至少一個位置；以及至少向所述微控制器供電的內置電源。
43.一種電容觸摸傳感器，所述電容觸摸傳感器被配置成使得能夠確定有源指示筆相對于所述電容觸摸傳感器的二維位置，其中所述有源指示筆具有電極和有源組件，所述電容觸摸傳感器包括 二維導體矩陣，所述二維導體矩陣被配置成包括 按行排列的第一導體陣列； 按列排列的第二導體陣列； 耦合到所述第二導體陣列的發送器，所述發送器被配置成將第一信號從所述矩陣中的至少一列發送到所述有源指示筆，以指示所述有源指示筆沿著所述電容觸摸傳感器的矩陣的第一軸的第一位置；以及 耦合到所述第一導體陣列的接收器，所述接收器被配置成在所述矩陣中的一行或多行處從所述有源指示筆的電極接收第二信號，以指示所述有源指示筆沿著所述矩陣的第二軸的第二位置， 其中 所述電容觸摸傳感器被配置成基于接收到的第二信號來確定沿著所述矩陣的第二軸的第二位置，并且 所述電容觸摸傳感器被配置成與位于有源指示筆內的電極靜電耦合。
44.一種電容觸摸傳感器，所述電容觸摸傳感器被配置成使得能夠確定有源指示筆相對于所述電容觸摸傳感器的二維位置，其中所述有源指示筆具有電極和有源組件，所述電容觸摸傳感器包括 二維導體矩陣，所述二維導體矩陣被配置成包括 按行排列的第一導體陣列；按列排列的第二導體陣列；以及 用于以下操作的裝置將第一信號從所述矩陣中的至少一列的第一信號發送到所述有源指示筆以指示所述有源指示筆沿著所述電容觸摸傳感器的所述矩陣的第一軸的第一位置，以及在所述矩陣中的一行或多行處從所述有源指示筆的電極接收第二信號以指示所述有源指示筆沿著所述矩陣的第二軸的第二位置， 其中 所述電容觸摸傳感器被配置成基于接收到的第二信號來確定沿著所述矩陣的第二軸的第二位置，并且 所述電容觸摸傳感器被配置成與位于所述有源指示筆內的電極靜電耦合。
全文摘要
涉及利用精細定點的有源指示筆的電容觸摸傳感器的方法、系統和裝置。該有源指示筆被配置成從電容觸摸傳感器接收用于將該指示筆的時基與該電容觸摸傳感器同步的信號。該有源指示筆被配置成從電容觸摸傳感器的矩陣接收信號以測量沿一個軸的第一位置，并且將信號從指示筆的單個電極發送到該矩陣以指示該指示筆沿著矩陣的另一軸的第二位置。指示筆可發送接收到的信號以報告該指示筆的第一位置。
文檔編號G06F3/044GK103238129SQ201180041616
公開日2013年8月7日 申請日期2011年8月29日 優先權日2010年8月30日
發明者J·韋斯特許斯, J·Y·韓 申請人:感知像素股份有限公司