專利名稱：一個穩定的數位板無線指標器的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種數位板指標器，尤其有關于一種只需用單一顆低電壓的電池便可操作，電池的壽命長，而且工作頻率不會受到電池電壓變動而影響的穩定的數位板無線指標器。
參考以往傳統的制作方式，如美國專利第5373118號、及第5218174號、通常都會在無線筆的前端上安置一個線圈，同時于筆內有一調諧線路是被調諧在一個固定頻率或多種頻率的交流訊號，透過前述的線圈，可將前述的交流訊號發射出去。
以第5218174號專利為例，其安排了一個由二組平行導線所組成的感應網格，若再配合一個掃描機制，依序去掃描那些導線，首先是X方向再來是Y方向，均從第一條導線開始，依序去將該導線及相鄰的另一條導線感應到的訊號，輸入一個差動放大線路。另外，再安排了四條導線形成同步脈沖接收導線組，來回穿插在前述的平行導線之間，也可以感應到前述的交流訊號，此組訊號經過一組鎖相回路之后，可以產生一個與指標器所發射的交流訊號同步的同步脈沖訊號。
在前述差動放大線路的輸出，接到一個同步相位偵測器的輸入，而同步相位訊號的來源即為前述的同步脈沖訊號。當前述的掃描動作依序對導線掃描至“從筆尖的一邊到筆尖的另外一邊時”則會輸出一極性及振幅均有變化的訊號輸出。將此訊號輸入“模擬/數字-轉換器”，所得到的相位及振幅的數字化的數值，再輸入一微處理單元作計算，即可得知該指標器的位置。而其指標器中又有一壓力感應電阻，在筆尖上感應使用者所施加的壓力，透過另一線路可將壓力轉換成一電壓，利用此電壓去控制一壓變電容，又此壓變電容是在前述調諧線路之中，故而改變了電容便會改變發射訊號的頻率。在掃描接收端再加上一頻率計數功能，便可得知使用者在筆尖上的施壓狀況。
在美國第5124509號專利中，則是提出另種實現使用無線筆的數位板的方式，其重點是在傳迅同步脈沖訊號的方式。在其指標器中也是有一組由電池驅動的線路，可以輸出一個固定頻率的交流訊號，并加諸于一線圈上而發射出去。在該指標器中有另一數位線路將該頻率除以2，為第二頻率，且該頻率為一方波訊號。筆尖則是使用金屬材料，并連接到前述的第二頻率。在感應網格上方，則安置一片導體平板，當使用者將筆放置于感應網格區域上時，前述導體平板便可接收到從筆尖上，透過電容性而耦合過來的第二頻率。該頻率訊號經過放大，再經過鎖相回路，可轉換成一同步相位訊號。另外在接收端的掃描網格，則利用傳統數位板掃描方式，依序去選取網格中的導線，去取得所感應到的訊號的多個訊號振幅大小，并利用前述同步相位訊號去作相位比較偵測，以得知感應訊號的相位有正負轉換的那一點，并輔以當時的訊號振幅大小，便可得出該指標器的位置。
綜觀以上多種方式，我們可以發現有幾個問題點存在1、當無線指標器內使用電池操作時，電池電壓必須足以驅動內部的IC工作所須。但一般常見的IC均須在3V或3.3V以上才能動作，因此在實現一產品設計時，一般最常見的1.5V干電池便必須串聯二至三個來取得所須電壓。但是一支實用的無線筆，設計上通常無法預留很大空間，很難放置得下，除非是使用鈕扣型電池。但鈕扣電池的電容量很少，無線筆要從線圈發射訊號勢必會消耗較多電流。很快的，電池電壓便會降至不足以驅動IC，因此并不實用。
2、在一無線筆內，均會使用一振蕩線路以產生一固定頻率交流訊號，再透過驅動線路去驅動一組調諧線路。而該調諧線路中的電感線圈便可用以發射訊號出去。但是電池電壓在實用上是會隨著使用時間而持續下降，因此振蕩線路的工作便會越來越不穩定，首先是頻率會隨著漂移而偏離被其驅動的調諧線路的既定調諧頻率。當調諧線路不在調諧頻率點工作時，將會產生相位偏移，如上述的傳統掃描動作原理，均必須取得發射交流訊號相位，才能完成指標器的位置掃描動作。因此，若調諧線路不在調諧頻率點工作，勢必會對指標器的位置尋找有很大的影響。
3、又有些實作，如上述第5218174號專利，會利用發射訊號的頻率高低來傳遞某些訊息。若因電池電壓下降而導致的振蕩頻率偏移，如此一接收端便會無法再接收到預期的頻率而產生誤動作。尤其當IC是在低電壓操作時，電源電壓變動對振蕩頻率的影響愈大。例如用兩個1.5V電池串聯得到3.0V的電源電壓，但可能電源電壓才降到2.8V時，振蕩線路所振蕩出來的頻率，使已偏離感應接收端判讀的允許誤差范圍，而導致使用者必須更換新的電池。對使用者而言，不但是不方便，而且也是浪費。
習見的數位板指標器，由上列陳述，足證至今仍存在有不完善的地方。有鑒于此，本發明的目的在于，針對上述的無線筆的實作的各項缺點，經長時間研究而提出改良對策，以期能做到用單一顆低電壓的電池便可操作的無線筆，電池的壽命可以很長。而且工作頻率不會受到電源電壓變動而影響。
本發明一個穩定的數位板無線指標器，包括一可活動指標器，內有一線路可以產生一特定或是多種頻率的交流訊號，并藉由一線圈發射出去；以及一感應裝置，其上有一平面可以感應到前述指標器所發射的交流訊號，并且可以決定出該指標器在該平面上的位置；在前述的感應裝置中，包含第一組平行排列導線，可用以感應前述可活動指標器所發射的頻率；第二組平行排列導線，而且是與上述第一組平行排列導線互相成直角而重疊安置；一個多工選擇裝置，可以從上述兩組平行導線中選擇任意一條，而取得該導線的感應訊號；以及一個處理單元，可以控制前述的多工選擇裝置，并接收前述感應訊號，加以處理以得到前述指標器的位置；在前述的可活動指標器中，尚包含了一組直流電壓提供裝置，其包含了一個或多個電力儲存裝置，以提供指標器內線路所需的電源電壓；以及一個電壓控制裝置，可以將前述的電源電壓，控制在一穩定的電壓值，以供給前述指標器內的線路工作；其中直流電壓提供單元，可包含一個電壓轉換裝置，而能將前述的直流電壓作轉換，而形成一較高的電源電壓。
為了使能更進一步了解本發明的特點及技術內容，請參閱以下有關本發明的附圖及詳細說明，然而所附圖式僅提供參考與說明用，并非用來對本發明加以限制，其中
圖1A是為一支不用電線連接的指標筆的實作方式圖1B是為圖1A的指標筆的工作情形圖2是為圖1中數位板內的組成方塊3是為無線筆內部的組成架構圖4A是為交換式DC-DC轉換器的工作情形圖4B是為交換式DC-DC轉換器結合電壓穩定線路的工作情形圖4C是為交換式DC-DC轉換器之后外加電壓穩定線路的工作情形圖5是為本發明的一實施例圖6是為使用較高電壓電池搭配電壓穩定線路的工作情形請參閱圖1，圖1A中所表現的是一支不用電線連接的指標筆10的實作方式，而圖1B是為該指標筆10的工作情形。其中，電池11連接到PCB(印刷電路板)12上，在PCB12上有一線路產生一個交流訊號，并加諸于筆尖處14的線圈13。如此當筆尖14置于數位板20的感應導線網格21上時，在導線網格21上，使查感應到一個相對的交流訊號。
在本發明中，無線筆10所搭配使用的數位板20，是采用本發明人的另一項申請中專利技術。在圖2中所表現的即是前述的數位板20內的組成方塊圖。圖中的感應網格21，是由多條的平行導線所組成。利用導線與無線筆內的線圈的互感，鄰近無線筆10的導線上會有相對強度的感應電流。透過其后的一個多工選擇器31可以從前述的導線中，選擇其中一條，針對該感應訊號加以處理。之后的訊號放大器32及濾波器33，可以將前述的感應訊號轉成一代表振幅強度的直流訊號。再將該直流訊號，輸入一個“模擬-數字轉換器”34，以將該直流強度轉成一數值。其中還有一個微處理器35，可以透過一特定的掃描方式，取得某些特定導線的感應訊號強度，在本體中是為感應強度最大的那幾條線，再加以運算，便可得到無線筆10在數位板20上的位置。
接下來請參考圖3，它描述了本發明中無線筆10內部的組成架構。我們采用了一個低電壓的電池11，例如，常見的1.5V干電池，其后經過一個DC-DC轉換器41，可以將該電池11的電壓轉換成一較高電壓，之后則采用了一組電壓穩定監測線路42，以其輸出再回授去控制前述的DC-DC轉換器41，如以便可得到一個極為穩定的直流電壓源。
之后便可用前述穩定的直流電壓源，供給一個振蕩線路43。如此該振蕩線路43便可工作在穩定的振蕩頻率，不論電池11的電壓如何漂移，工作頻率均不會有偏差的情形發生，一直到電池11的電壓降低到DC-DC轉換器41無法正常工作為止。
另外，為了更加延長電池的使用壽命，我們又加上了一個睡眼控制線路41，其包含了一個計時器441，用以計算使用者停止使用無線筆10有多久的時間。我們在無線筆內又增加了一個或多個的觸發開關15，安置于筆尖或是筆身側面，用以偵測使用者是否正在使用無線筆。若使用者有使用無線筆，便會觸發開關15而使計時器441歸零。若是使用者有一段時間沒有去觸發開關15，則計時器441數到一定時間后，便會輸出一訊號使DC-DC轉換器41不動作，并進入一個省電模式。當使用者再度拿起筆并使用時，便會觸發開關15而將計時器441再度歸零，而啟動DC-DC轉換器41。如此，電池11使用壽命將可更為延長。
圖4A是一個范例說明了交換式DC-DC轉換器的工作情形。其中包含了一個振蕩線路51，以提供一固定頻率，并以此頻率去控制一個晶體管開關Q1，在電感L上產生一個間歇電流，由于電感L在切斷電流時，會將儲存的電能釋放出來，再加上基本的電壓(Vbatt)之后，對后面的輸出電容C做充電，如此在電容上C便可產生一個比(Vbatt)還高的直流電壓(VOUT)。而且，在前述振蕩線路51的輸出，其負載周期(Duty Cycle)的比率會影響輸出電容C上的輸出電壓(VOUT)的高低。同時，該頻率的高低則會對轉換效率有所影響，適當的選擇頻率，在交換式電壓轉換器也是很重要的。但是，問題是輸出電壓(VOUT)的高低，仍然是受Vbatt的變動影響很大。
圖4B說明了交換式DC-DC轉換器結合電壓穩定線路的工作情形。它是在上述交換式DC-DC轉換器的基本架構中，加上一個脈沖寬度調變線路52，以調整輸出電壓(VOUT)的高低，同時在輸出電壓(VOUT)再取樣回來，與一個固定參考電壓源(Vref)作比較，比較結果則回饋至脈沖寬度調變線路52。如此電壓的輸出值便會很穩定。而不受Vbatt的變動影響。
圖4C是在交換式DC-DC轉換器之后，外加電壓穩定線路的工作情形。它是在上述交換式DC-DC轉換器的基本架構之后，加上一個電壓穩定線路，它可以是傳統的線性穩壓線路，如本例中所使用的。如此便不需要從輸出電壓再回饋去控制交換式DC-DC轉換器51，實作線路結構較為簡單。
圖5是本發明的一實際線路，配合參看圖3的組成方塊圖，清楚說明了本發明的一個實作方法。其主要電源電壓轉換是采用上述圖4C的方式，在本例中穩壓線路的輸出是設定在3.3V，因此在其后的發射訊號產生線路可以使用一般常用的C-MOS IC即可。如此對產品的設計及生產上有很大的幫助。
另外，如若在實作時，不是設計無線筆，而是設計如鼠標器的指標裝置，也就是通稱的多鍵鼠標器，便有足夠空間可以使用較高電壓的電池，例如3.6V的鋰電池或是使用三個1.5V干電池串聯而得到一4.5V電源電壓。如此便可有足夠的電壓去驅動一般常見的IC，而不需要DC-DC轉換器做電壓轉換。但若是直接用電池去驅動則一樣會有頻率偏移的問題，電池一樣壽命不長。因而在此提出另一實作可能方式，請參考圖6說明，我們在電池61之后，加上一個電壓穩定裝置62，并控制輸出為一穩定的電壓，則電池61的電壓只要足以驅動穩壓線路，并輸出穩定電壓即可，因此電池電壓的允許變動范圍也就相對的變大了。而且省卻了DC-DC轉換器，會使整個指標器的耗電量更降低，因此電池使用壽命也就更長了。
上述的具體實施例是用來詳細說明本發明的目的、特征及功效，對于熟悉此類技藝的人士而言，根據上述說明，可能對該具體實施例作部份變更及修改，而并不脫離出本發明的精神范疇。
權利要求
1.一個穩定的數位板無線指標器，其特征在于，其包含一可活動指標器，內有一線路可以產生一特定或是多種頻率的交流訊號，并藉由一線圈發射出去；以及一感應裝置，其上有一平面可以感應到前述指標器所發射的交流訊號，并且可以決定出該指標器在該平面上的位置；在前述的感應裝置中，包含第一組平行排列導線，可用以感應前述可活動指標器所發射的頻率；第二組平行排列導線，而且是與上述第一組平行排列導線互相成直角而重疊安置；一個多工選擇裝置，可以從上述兩組平行導線中選擇任意一條，而取得該導線的感應訊號；以及一個處理單元，可以控制前述的多工選擇裝置，并接收前述感應訊號，加以處理以得到前述指標器的位置；在前述的可活動指標器中，尚包含了一組直流電壓提供裝置，其包含了一個或多個電力儲存裝置，以提供指標器內線路所需的電源電壓；以及一個電壓控制裝置，可以將前述的電源電壓，控制在一穩定的電壓值，以供給前述指標器內的線路工作。
2.按權利要求1所述的一個穩定的數位板無線指標器，其特征在于，其中直流電壓提供單元，可包含一個電壓轉換裝置，而能將前述的直流電壓作轉換，而形成一較高的電源電壓。
全文摘要
本發明是一種穩定的數位板無線指標器,其是為一個以電池驅動的無線指標裝置,而能將在一特定導線所組成的網絡中的位置轉換成一數位化的數字訊息。此無線指標裝置只需用單一顆低電壓的電池便可操作,電池的壽命長,而且工作頻率不會受到電池電壓變動而影響。
文檔編號G06K11/00GK1202671SQ97112369
公開日1998年12月23日 申請日期1997年6月16日 優先權日1997年6月16日
發明者陳建宏, 許榮智, 許哲維 申請人:億耀企業股份有限公司