有源指示笔同步
阅读：199发布：2020-05-11
专利汇可以提供有源指示笔同步专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种包括有源指示笔的触摸感测系统，所述有源指示笔包括探测 电极 以及相关联的感测逻辑。感测逻辑被配置成通过探测电极接收在电容性 触摸屏 的连续触摸感测 帧 之间的同步脉冲序列，使用所述同步脉冲序列将感测逻辑的本地行计数器与电容性触摸屏的远程行计数器同步，通过探测电极接收给定的触摸感测帧内的激励脉冲，并且使用激励脉冲来维持在本地行计数器和远程行计数器之间的同步。，下面是有源指示笔同步专利的具体信息内容。
1.一种触摸感测系统，包括：
包括探测电极以及相关联的感测逻辑的有源指示笔；
感测逻辑被配置为：
通过所述探测电极接收在电容性触摸屏的连续触摸感测帧之间的同步脉冲序列；
使用所述同步脉冲序列将所述感测逻辑的本地行计数器与所述电容性触摸屏的远程行计数器同步；
通过所述探测电极接收给定的触摸感测帧内的激励脉冲；以及
使用所述激励脉冲维持在所述本地行计数器和所述远程行计数器之间的同步，包括计算在所接收的最强激励脉冲和所述激励脉冲的复制体之间的相关性。
2.如权利要求1所述的触摸感测系统，其特征在于，所述感测逻辑被进一步配置为估计在所述本地行计数器和所述远程行计数器之间的定时偏差。
3.如权利要求2所述的触摸感测系统，其特征在于，所述感测逻辑被配置为应用内插算法以估计所述定时偏差。
4.如权利要求3所述的触摸感测系统，其特征在于，所述内插算法在互换与同一时期的相关性等距的先前和最近的相关性时是非对称的。
5.如权利要求3所述的触摸感测系统，其特征在于，所述内插算法对所接收的所述激励脉冲的信号强度是不敏感的。
6.如权利要求5所述的触摸感测系统，其特征在于，基于所计算的相关性的符号来估计所述定时偏差。
7.如权利要求5所述的触摸感测系统，其特征在于，所述感测逻辑包括成比例积分(PI)控制器，并且其中所估计的定时偏差被提供为到所述PI控制器的输入。
8.如权利要求1所述的触摸感测系统，其特征在于，从沿所述触摸屏的感测表面分布并被同时通电的多个行电极接收所述同步脉冲序列。
9.如权利要求1所述的触摸感测系统，其特征在于，根据行激励序列从被安置在所述触摸屏的感测表面上并被逐个通电的行电极接收所述激励脉冲。
10.如权利要求1所述的触摸感测系统，其特征在于，所述有源指示笔包括注入逻辑，所述注入逻辑与所述探测电极相关联并被配置为控制从所述探测电极到紧邻所述探测电极安置的所述触摸屏的列电极的电荷注入。
11.如权利要求1所述的触摸感测系统，其特征在于，所述感测逻辑被进一步配置为计算与所述探测电极相邻的行坐标，并且其中所述有源指示笔包括被配置为将所计算的行坐标无线地传递给所述触摸屏的通信部件。
12.如权利要求11所述的触摸感测系统，其特征在于，所述通信部件被配置成通过所述有源指示笔的注入逻辑静电地传递所计算的行坐标。
13.如权利要求11所述的触摸感测系统，其特征在于，所述通信部件 包括被配置成传送所计算的行坐标的无线电发射机，并且所述触摸屏包括被配置为接收所计算的行坐标的无线电接收机。
14.如权利要求1所述的触摸感测系统，其特征在于，所述远程行计数器被安置在所述触摸屏的行驱动逻辑中，其中所述行驱动逻辑被配置为按顺序使所述触摸屏的每个行电极通电。
15.一种触摸感测系统，包括：
包括探测电极以及相关联的感测逻辑的有源指示笔；
所述感测逻辑被配置为：
通过所述探测电极接收在电容性触摸屏的连续触摸感测帧之间的同步脉冲序列；
计算所接收的所述同步脉冲序列和所述同步脉冲序列的复制体之间的相关性；以及基于所述相关性将所述感测逻辑的本地行计数器与所述电容性触摸屏的远程行计数器同步。
16.如权利要求15所述的触摸感测系统，其特征在于，所述感测逻辑进一步被配置成定位对应于所述相关性的最大值的位置。
17.如权利要求15所述的触摸感测系统，其特征在于，所述感测逻辑进一步被配置为计算在所接收的所述同步脉冲序列和所述复制体之间的先前和最近的相关性以维持在所述本地行计数器和所述远程行计数器之间的同步。
18.一种触摸感测系统，包括：
包括探测电极以及相关联的感测逻辑的有源指示笔；
所述感测逻辑被配置为：
通过所述探测电极接收在电容性触摸屏的连续触摸感测帧之间的同步脉冲序列；
计算所接收的所述同步脉冲序列和所述同步脉冲序列的复制体之间的同步脉冲序列相关性；
基于所述同步脉冲序列相关性将所述感测逻辑的本地行计数器与所述电容性触摸屏的远程行计数器同步；
通过所述探测电极接收给定的触摸感测帧内的激励脉冲；
计算所接收的所述激励脉冲和所述激励脉冲的复制体之间的激励脉冲相关性；以及基于所述激励脉冲相关性维持在所述本地行计数器和所述远程行计数器之间的同步。
有源指示笔同步
[0001] 背景
[0002] 电容性触摸感测技术尤其适用于多触摸跟踪以及在显示器上的应用。现有技术的电容性触摸屏可靠地跟踪来自用户的一个或多个手指的触摸或来自用户的手中握着的指示笔的触摸。相对于模拟手指在触摸屏上的电容性耦合的无源指示笔而言，有源指示笔使用有源电荷感测以及电荷注入逻辑来减少触摸点跟踪的等待时间，并允许触摸点的更加精确的定位。
[0003] 概述
[0004] 在一个实施例中，本公开提供了一种包括有源指示笔的触摸感测系统，所述有源指示笔包括探测电极以及相关联的感测逻辑。感测逻辑被配置成通过探测电极接收在电容性触摸屏的连续触摸感测帧之间的同步脉冲序列，使用所述同步脉冲序列将感测逻辑的本地行计数器与电容性触摸屏的远程行计数器同步，通过探测电极接收给定的触摸感测帧内的激励脉冲，并且使用激励脉冲来维持在本地行计数器和远程行计数器之间的同步。
[0005] 提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于补救在本公开中所提及的缺点的实现。
[0007] 图1示出了示例触摸感测系统的各方面。
[0008] 图2示出了图1的触摸感测系统的示例电容性触摸屏的各方面。
[0009] 图3示出了图1的触摸感测系统的示例有源指示笔的各方面。
[0010] 图4示出了在触摸感测系统的有源指示笔和电容性触摸屏之间的示例共享定时方案。
[0011] 图5示出了基于通过电容性触摸屏所施加的在触摸感测帧之间的同步脉冲序列将有源指示笔的本地行计数器与电容性触摸屏的远程行计数器同步的示例方法。
[0012] 图6是来自电容性触摸屏的示例同步脉冲序列的自相关函数的图表。
[0013] 图7示出了基于通过电容性触摸屏所施加的在触摸感测帧之间的同步脉冲序列维持有源指示笔的本地行计数器与电容性触摸屏的远程行计数器之间的同步的示例方法。
[0014] 图8和9是示出在不同的条件下来自电容性触摸屏的同步脉冲序列对照同步脉冲序列的本地复制体的相关性的图表。
[0015] 图10示出图1的触摸感测系统的另外的各方面。
[0016] 图11示出了基于在触摸感测帧期间通过电容性触摸屏所施加的行激励脉冲的序列将有源指示笔的本地行计数器与电容性触摸屏的远程行计数器同步的示例方法。
[0017] 图12是来自电容性触摸屏的示例激励脉冲的自相关函数的图表。
[0018] 图13和14是在不同的条件下来自电容性触摸屏的激励脉冲对照激励脉冲的本地复制体的相关性的图表。
[0019] 详细描述
[0020] 现在将参考以上列出的附图来描述本公开的各方面。基本上相同的组件、过程步骤和其他元素被协调地标识并且以重复最小的方式描述。然而，将注意，同等地标识的各元素也可在一定程度上不同。将进一步注意到，附图是示意性的并且通常未按照比例绘制。当然，所示的各种绘图比例、纵横比、以及组件的数量可故意地失真，以更容易看到某些特征或关系。
[0021] 图1示出了包括电容性触摸屏12的示例触摸感测系统10的各方面。在所示的实施例中，触摸屏12被安置在液晶显示器14的顶部。在其它实施例中，触摸屏可以被安置在发光二极管(LED)显示器、有机LED(OLED)显示器、扫描束显示器或任何其它类型的显示器的顶部。在又一其它实施例中，触摸屏可以不被耦合到任何类型的显示器。其可以被配置为触摸板，用于取代例如计算机的鼠标。
[0022] 触摸屏12被配置为感测由用户实现的一个或多个触摸点16。一种示例的触摸点是在用户的指尖18和触摸屏的感测表面20之间的接触点。图2在一个示例实施例中示出触摸屏的各附加方面。被安置在感测表面20上的是一系列行电极22和一系列列电极24。在此构想的触摸屏可以包括任意数目的N个行电极22和任意数目的M个列电极。而且，虽然习惯上将行电极22水平对齐而将列电极24垂直对齐，但这个方面并非是必须的。实际上，术语“行”和“列”可以在本说明书的任何地方互换。继续，触摸屏12的行和列电极由触摸屏逻辑26来定址。触摸屏逻辑26包括行驱动逻辑28、列感测逻辑30和要在此后描述的其它部件。
[0023] 列感测逻辑30包括M个列放大器，每个被耦合到对应的列电极24。行驱动逻辑28包括N位移位寄存器形式的行计数器32，所述N位移位寄存器具有驱动N个行电极22中的每个行电极的输出。行计数器由行驱动时钟34计时。行计数器包括独立于所存储的值临时强制所有的输出值为零的消隐输入(blanking input)。可通过用一来填充要被激励的在每个输出处的行计数器并在其它地方为零，并且随后切换到具有来自调制时钟36的期望调制的消隐信号，来提供一个或许多行的激励。在所示的实施例中，输出电压可以仅采用两个值，所述两个值对应于在行计数器的每个位中保存的一或零；在其它实施例中，输出电压可以采用更大的值范围以例如减少输出波形的谐波内容或降低辐射发射。
[0024] 行计数器32的上述说明不应当被解释成以任何方式构成限制，等价构想了许多替换实现。例如，行计数器可以被实现为触摸屏逻辑28的现场可编程门阵列(FPGA)的微编码状态机。在其它实施例中，行计数器可以被实现为触摸屏逻辑的微处理器内的寄存器，或作为与微处理器相关联的计算机存储器中保存的数据结构。在这些和其它实施例中，行计数器可以采用非负整数值—例如0,1,…N。
[0025] 行驱动逻辑28将激励脉冲顺序施加到每个行电极22。在感测表面20未被接触的时期期间，没有列放大器记录上述阈值的输出。然而，当用户将指尖放置在感测表面上时，指尖将与触摸点16相交的一个或多个行电极22电容性地耦合到也与所述触摸点相交的一个或多个列电极24。电容性耦合从与触摸点之下(即与触摸点相邻的)列电极相关联的列放大器中感生上述阈值信号，其提供了对触摸点的感测。列感测逻辑30将提供了最大信号的列的数值返回作为触摸点的X坐标。触摸屏逻辑还确定当接收到最大信号时哪个行正被激励，并将该行的数值返回作为触摸点的Y坐标。在一个实施例中，触摸屏逻辑26可以被实现为FPGA中的微编码的状态机。
[0026] 在一些示例中，具有相对高的介电常数的材料的尖端的无源指示笔可以被用于替代用户的指尖以电容性耦合接触点下的行和列电极。无源指示笔可以提供比指尖更好的触摸精度，并且可以防止指尖弄脏显示器。然而，如在一个示例实施例中的图3中所示，所示的触摸感测系统10包括有源指示笔，而不是无源指示笔。
[0027] 有源指示笔提供在无源指示笔的那些优点之上并超越其优点的各种优点。例如，有源指示笔的尖部40与指尖相比可以是小的。尖部的更小尺寸允许用户更加精确地在触摸屏上定位触摸点。而且，有源指示笔支持更快和更精确的触摸感测模式，如下进一步所述。
[0028] 有源指示笔38包括在尖部40的探测电极42。探测电极在操作上被耦合到相关联的感测逻辑44以及注入逻辑46。感测和注入逻辑在操作上被耦合到微处理器，并且可以部分在微处理器中实现。被配置用于数字信号处理(DSP)的微处理器48在操作上被耦合到相关联的计算机存储器50，如下进一步所述。感测逻辑44包括线性模拟部件，其被配置为以恒定电压维持探测电极42并将到探测电极42的或从探测电极42出来的任意电流转换成成比例的电流感测电压。感测逻辑44包括模数(A/D)转换器，其将电流感测电压转换成数字数据以便利于后续处理。在一个实施例中，电流感测电压可以具有大约100kHz的带宽，并且可以以每秒1百万位(Mbit/s)的采样率被A/D转换。
[0029] 有源指示笔38的感测逻辑44感测来自触摸点之下(即与触摸点相邻的)的行电极22的激励脉冲的到达，并作为响应将电荷注入也在该触摸点之下的列电极24中，而不是通过电介质电容性耦合触摸屏12的行和列电极。为此，有源指示笔38包括与探测电极42相关联的并被配置为控制从探测电极42到探测电极正下方的(即与探测电极相邻的)列电极的电荷注入的注入逻辑46。注入的电荷对于触摸屏的列感测逻辑30来说看上去等同于通过将列电极24与在接触点16处相交的通电行电极22电容性耦合所传递的静电脉冲。
[0030] 在一些实施例中，感测逻辑44和注入逻辑46在每个触摸感测帧的非重叠时间窗口期间是活动的，这样，电荷注入和电荷感测可以在同一探测电极42处被执行。在这个实施例中，触摸屏逻辑26在感测逻辑是活动的时间窗口期间激励一系列行电极22，但在有源指示笔38可以注入电荷的时间窗口期间则暂停行激励。这种策略提供的额外优点在于其允许触摸屏逻辑26将由有源指示笔38所实现的触摸点与由指尖所实现的触摸点区分开来。如果列感测逻辑30在有源指示笔38的时间窗口期间(当没有行电极22被激励时)检测到来自列电极24的电荷，那么所检测到的触摸点16肯定是有源指示笔38的触摸点16。然而，如果列感测逻辑在有源指示笔38的电荷感测窗口期间(当行电极22正被激励时)检测到电荷，那么所检测到的触摸点16可以是例如指尖、手或无源指示笔的触摸点16。
[0031] 有源感测之后是电荷注入允许非常小区域的触摸点16被精确定位，无需要求可能增加触摸感测的等待时间的长积分时间。例如，当从行电极22接收到信号时，有源指示笔38可以注入具有与所接收的信号强度成比例的幅度的电荷脉冲。这样，触摸传感器26可以接收来自有源指示笔38的静电信号并计算Y坐标，该坐标可以是提供来自有源指示笔38的最大信号的行，或在该行和相邻的各行处接收到的信号的函数。然而，该方案引入了各种挑战。主要的挑战在于所述感测逻辑44和注入逻辑46可以同时工作。这样，探测电极42可以以全双工模式工作。各种方法，例如码分或频分多址可以被应用于消除在接收方向处的来自传送方向的强干扰。触摸传感器26可以被要求同时接收两个信号(一个来自行电极22，而另一个来自指示笔探测电极42)。所述系统还可以以时分工作，但这是以可用的积分时间为代价。
[0032] 一种针对该问题的解决方案要求有源指示笔38在确定触摸点坐标时承担更活跃的角色。在所示的实施例中，有源指示笔38的感测逻辑44包括本地行计数器54，其与触摸屏逻辑26的行计数器32(此后称为远程行计数器)保持同步。这个特征给予了有源指示笔38和触摸屏12共享的时间感测，无需连线在一起。在一些实施例中，本地行计数器54可以被实现为分立的硬件—例如具有如上所述的一系列互连触发器的定时寄存器。在其它实施例中，本地行计数器54可以被实现为触摸屏逻辑的微处理器48内的寄存器，或作为与微处理器48相关联的计算机存储器50中保存的数据结构。
[0033] 当探测电极42触摸触摸屏12的感测表面20时，感测逻辑44接收只要触摸被保持就一直持续的波形。所述波形要求在探测电极42正下方(即与探测电极42相邻的)行电极22已经被通电时的时刻的最大幅度。感测逻辑44被配置为采样在本地行计数器54的每次递增时的波形并确定何时感测到最大幅度。这种确定可例如每个帧作出一次。
[0034] 由于有源指示笔38和触摸屏12享有共享的(具有经同步的行计数器32)定时感测，最大感测到的幅度的本地行计数器54状态直接报告触摸点16的行坐标—即Y坐标。为了利用该信息，Y坐标必须被传递回触摸屏逻辑26。为此，有源指示笔38包括被配置为将所计算的行坐标无线地传递给触摸屏12的行感测逻辑的通信部件。本公开包括了将包括Y坐标的数据从有源指示笔38传递到触摸屏12的各种模式。所实现的具体模式在本发明的各实施例中可有所不同。
[0035] 在一个实施例中，Y坐标可以通过有源指示笔38的注入逻辑46(在一个非限制性实施例中的通信部件)使用允许在有源指示笔38和触摸屏12之间稳健地交换信息的编码和调制方案来静电地通信。例如，FEC(前向纠错)编码方案可以被施加在Y坐标位上，其中该坐标被表示为二进制固定点值。随后，经编码的Y坐标可以被用于例如利用BPSK或PPM(脉冲-位置-调制)方案来调制电荷脉冲。经调制的电荷脉冲可以由探测电极42注入到特定时间窗口内的底层列电极24中。
[0036] 在另一个实施例中，可以在无线通信链路上将Y坐标从有源指示笔38传递到触摸屏12。适用于此目的的无线通信链路包括红外和无线电链路—例如蓝牙、Wi-Fi、专用AM、FM、UHF等等。因此，图3的有源指示笔38包括作为通信部件的无线发射机56；图2的触摸屏12包括补充的无线接收机58。有源指示笔38的微处理器48被配置为以适用于通过无线发射机56传输的方式编码Y坐标。类似地，来自无线接收机58的解调信号可以在触摸屏逻辑26的有源指示笔解码器60中被处理以展示触摸点16的Y坐标。
[0037] 如上所述，结合触摸屏12的有源指示笔38的操作依赖于在有源指示笔38的本地行计数器54和触摸屏12的远程行计数器32之间的精确同步。为此，行驱动逻辑28被配置为例如在每个触摸感测帧的开始处提供在电容性触摸屏的连续触摸感测帧之间的同步脉冲序列。同步脉冲序列被施加给许多行电极22，这些行电极22沿感测表面20分布并同时被通电—每第三行、每第四行等—这样有源指示笔38可以从触摸屏12上的任意位置处检测到同步脉冲。感测逻辑44被配置为通过探测电极42接收到同步脉冲序列并使用所述同步脉冲序列以将感测逻辑44的本地行计数器54与电容性触摸屏的远程行计数器32同步。例如，识别同步脉冲序列的感测逻辑44可以重置本地行计数器54，这样本地行计数器54通过后续帧与远程行计数器32保持同步。在同步脉冲序列之后，行驱动逻辑28可以使用一种允许在有源指示笔38和触摸屏12之间交换信息的调制方案来发送一个或多个位的报头信息。随后，行驱动逻辑28开始顺序激励行电极22。
[0038] 图4在一个示例实施例中示出了触摸感测系统10的示例共享定时方案。在所示的方案中，示出在其中感测到触摸点16的一个触摸感测帧。触摸感测帧可以随时间被无穷地重复，其中专用的时间窗口将连续的触摸感测帧分隔开；这是一种在其中同步脉冲序列和报头信息在触摸屏12和有源指示笔38之间被交换的时间窗口。
[0039] 各种方法可以被用于基于被施加到沿触摸屏12分布的多个行电极22的在触摸感测帧之间的同步脉冲序列将本地行计数器54与触摸屏12的远程行计数器32同步。图5示出了提供初始同步的示例方法62。
[0040] 在方法62的64处，感测逻辑计算在与探测电极42处接收的同步脉冲序列相关联的静电信号r_s(t)和本地参考ref_s(t)之间的相关性。本地参考可以是由触摸屏12发送的同步脉冲序列的干净复制体(clean facsimile)。图6的图表示出了示例同步脉冲序列的自相关函数。在一个示例中，
[0041] corr_g(k):＝correlation(r_s(t+k*t_s),ref_s(t)),
[0042] 其中t_s是采样间隔。在一个实施例中，t_s的值可以是1微秒(μs)。
[0043] 在方法62的66处，相关性的合适的中心位置被定位。在一个实施例中，中心位置对应于corr_g(k)的最大值。换言之，
[0044] corr_g(m)＝＝max({corr_g(k)|for all k}),
[0045] 在另一个实施例中，感测逻辑可以被配置为标识相关性中的上述阈值位置的第一次出现。这样，定位的中心位置m可以是在阈值之上的第一位置。如果所接收的信号是增益受控的(例如具有自动增益控制(AGC))。在该示例中，
[0046] m:＝min({k|corr_g(k)>corr_threshold})。
[0047] 在方法62的68处，感测逻辑44基于所述相关性将本地行计数器54与电容性触摸屏12的远程行计数器32同步。为了稳健同步，同步脉冲序列应该具有期望的自相关性属性；就是说其自相关性的峰值旁瓣电平比(peak side-lobe level ratio,PSLR)应该是小的。在一些实现中，仅有自相关性的正(>0)部分是相关的—例如
[0048] PSLR＝20*log10(peak sidelobe/corr_g(0))＝20*log10(8/47)≈
[0049] –15.38dB。
[0050] 一旦获得初始同步，微处理器48可以通过同步脉冲序列继续跟踪在触摸屏12的行计数器32和本地行计数器54之间的偏差。在图7中示出了一种连续跟踪的示例方法。在该方法中，在70处计算在所接收的同步脉冲序列和本地参考之间的先前和最近的相关性，以便维持在本地行计数器54和远程行计数器32之间的同步。
[0051] 图8的图表示出了当实际定时延迟在[–0.5μs,0.5μs]时间间隔内的示例同步脉冲序列对照本地参考的相关性。图9的图表示出了当实际定时延迟在[-3μs,-2μs]时间间隔内的相关性。
[0052] 在72，本地行计数器54与远程行计数器32的同步被更新(参见下文)。在某些场景中，图7的方法可以单独被使用。然而，其对于在图5的方法已经初始地被执行之后的细化同步来说尤其有用。图5的方法中的相关性的扩展域使其免除了假相关性，在所述假相关性中在接收到的同步脉冲序列中的一系列峰值被锁定为本地参考的一系列偏差的峰值，这可以在例如启动时或在扩展空闲周期之后发生。另一方面，在图7的方法中的缩小域避免了不必要地重复扩展相关性，其仍然是很有价值的但可能已经移出相位达少于一个周期。
[0053] 尽管存在如上所述的基于相关性的同步的各优点，该方案在某些非理想使用场景中可能是不可靠的。图10中示出了一个这样的场景。具体而言，如果握有有用指示笔38的用户的手的一部分在同步脉冲序列期间依靠在感测表面20上，使用上述方法的同步可能失败。在触摸屏12和有源指示笔38之间的通过手的过量电容性耦合可能衰减和/或相移在由探测电极42接收时的同步脉冲序列。参考下述分析可以更好理解该问题，其中Cts是从探测电极42到由同步脉冲序列驱动的行电极22的电容量，Ctg是从探测电极42到显示器底座接地或等价物(例如列电极24或非活动行电极22)的电容量，Cbs是从用户的身体到由同步脉冲驱动的行电极22的电容量，而Cbg是从用户的身体到显示器底座接地或等价物的电容量。
[0054] 如果Cts/(Cts+Ctg)>>Cbs/(Cbs+Cbg)，那么源自同步脉冲序列的电流将流入探测电极42。如果Cts/(Cts+Ctg)≈Cbs/(Cbs+Cbg)，那么源自同步脉冲序列的大致为零的电流将流入探测电极42。如果Cts/(Cts+Ctg)<
[0055] 在上述第一条件期间，有源指示笔38如期望地工作。在第二条件期间，在有源指示笔38和触摸屏12之间的同步被丢失。在第三条件期间，有源指示笔38接收同步脉冲序列，但所述相位是错误的。因此，通过同步脉冲序列维持同步的有源指示笔38在当用户将其手掌放置在感测表面20上时可能丢失同步。
[0056] 为了解决上述问题并提供另外其它的优点，本公开提供了一种同步的补偿模式，即使当同步脉冲序列由于通过用户的手的电容性耦合而被差劲地接收该模式也是可靠的。在这种方案中，在每个触摸感测帧期间被提供给感测表面20的每个行电极22并由探测电极
42接收的顺序激励脉冲被用于维持本地行计数器54与触摸屏逻辑26的行计数器32的同步。
顺序激励脉冲较不易于衰减和相移通过用户的手的耦合，因为根据行激励顺序行电极22被逐个地通电(即一次一行)。
42接收的顺序激励脉冲被用于维持本地行计数器54与触摸屏逻辑26的行计数器32的同步。
顺序激励脉冲较不易于衰减和相移通过用户的手的耦合，因为根据行激励顺序行电极22被逐个地通电(即一次一行)。
[0057] 图11示出了基于在触摸感测帧期间所施加的行激励脉冲维持有源指示笔38的本地行计数器54与触摸屏12的远程行计数器32的同步的示例方法76。一个或多个激励脉冲可被用于每个帧以维持同步。
[0058] 在方法76的78处，寻找实现来自探测电极42的最强信号的行激励。该行被标注为r_e(t)。在80，计算在r_e(t)和本地参考ref_e(t)之间的相关性。本地参考可以是由触摸屏12发送的激励脉冲的干净复制体。图12的图表示出了示例激励脉冲或本地参考的自相关函数。在一个示例中，
[0059] corr(k):＝correlation(r_e(t+k*t_s),ref_e(t))。
[0060] 一旦计算出相关性，在82处应用内插算法以估计在触摸屏逻辑26的行计数器32和有源指示笔38的本地行计数器54之间的定时偏差。在一个实现中，corr(k),k＝[-1,0,1]可以被用于估计定时偏差。同步脉冲序列的自相关性在6*t_s的时间间隔上从–27(大致线性地)行进至+47，大约为3.5*t_s的零交叉。而且，同步脉冲序列的自相关性在4*t_s的时间间隔上从-32(大致线性地)行进至+44，提供了大约2.3*t_s的零交叉。因此，基于激励脉冲的定时偏差的跟踪范围略小于基于如上所述的同步脉冲序列的跟踪范围。然而，实际上，观察到定时偏差大多数时候都停留在[–0.5*t_s,0.5*t_s]的范围内。
[0061] 在一些实施例中，内插算法被配置为具有与底层自相关函数大致相同的对称属性。例如，在互换与同一时期(k＝0)的相关性等距的先前和最近的相关性时内插算法可以被选择为非对称的。换句话说，在互换先前(corr(-1))和最近(corr(1))的相关性时，所估计的定时偏差应该被无效。因此，如果corr(–1)>corr(1)，一种示例内插算法包括互换corr(-1)和corr(1)并设置相关联的isNegated标志。当定时偏差在[–0.5*t_s,0.5*t_s]时，corr(0)>corr(–1)并且corr(0)>corr(1)。在这种情况中，线性内插可以被用于估计定时偏差。
[0062] 由[–1,corr(-1)]和[0,corr(0)]形成的线可以被写作：
[0063] y＝a*x+b_1，
[0064] 其中a是斜率而b_1是y截距。从而，
[0065] corr(–1)＝–a+b_1，并且
[0066] corr(0)＝b_1。
[0067] 因此，
[0068] a＝corr(0)–corr(–1)。
[0069] 由于自相关函数是非对称的，因此[1,corr(1)]取决于该线：
[0070] y＝–a*x+b_2，
[0071] 其中b_2是y截距，并且
[0072] corr(1)＝–a+b_2。
[0073] 这样，这两根线的交叉的x，y坐标，y＝a*x+b_1和y＝–a*x+b_2)可以被写作：
[0074] x_i＝(corr(1)–corr(0)+a)/2a，
[0075] y_i＝a*x_i+corr(0)。
[0076] 如果isNegated标志被设置，那么
[0077] x_i＝–x_i。
[0078] 所估计的定时偏差现在由e(t)＝x_i给出。
[0079] 在一些实施例中，内插算法被选择为对所接收的信号强度不敏感。因此，如果定时偏差是超过[–0.5*t_s,0.5*t_s]时间间隔，例如，corr(–1)0，由于激励脉冲的自相关性的零交叉是大约2.3*t_s，定时偏差可以被定位在[2.3*t_s,3.3*t_s]中。如果假设定时偏差在该范围内具有均匀分布，那么期望的定时偏差(e(t))可以被表示为(2.3+3.3)/2＝2.8*t_s。对于其它分布和所有其它情况类似地执行所述算法。图13的图表示出了当实际定时延迟在[–0.5μs,0.5μs]时间间隔内时的激励脉冲对照本地参考的示例相关性。图14的图表示出了当实际定时延迟在[–2μs,–1μs]时间间隔内的示例相关性。
[0080] 简要回顾图3，感测逻辑44可以包括成比例积分(PI)控制器84，该控制器可以影响有源指示笔38的各种定时参数。在所示的实施例中，感测逻辑44被配置成将所估计的定时偏差馈送到PI控制器中，在图11的86处，以供同步校准和跟踪。在一个示例实现中：
[0081] u(t)＝Kp*e(t)+I(t)，
[0082] I(t)＝I(t–t_s)+Ki*e(t)，
[0083] 其中I(t)是积分分量。成比例和积分分量的和u(t)可以以各种方式影响定时，这取决于实施例。例如，所述和可以被用于补偿在有源指示笔38中的本地时钟的频率。如果本地行计数器54落后于触摸屏12的远程行计数器32，时钟频率可以被增加以减少延迟。或者，如果本地行计数器54领先于远程行计数器32，所述频率可以被降低。在这些和其它实施例中，基于PI控制器输出的偏差可以被施加到本地行计数器54中保存的值上以同步这两个计数器。
[0084] 尽管前述说明已经强调了有源指示笔38本地的行计数器54与触摸屏12的远程行计数器32的同步，但上述的同步方案可以具有实施在有源指示笔38和触摸屏之间共享的定时方案(例如图4所示的共享定时方案)的更普遍的效果。换句话说，行计数器同步可以是包括各种时间窗口(例如用于手指和有源指示笔触摸的列感测窗口、报头窗口以及用于发送和接收同步脉冲序列的窗口)的同步的更普遍的同步方案的一个方面。
[0085] 应该更加注意的是尽管图5、7和11的方法每个包括所接收的信号对照该信号的复制体的数学相关性，但这个方面在一些实施例中可以是不同的。代替方法76中的相关性，例如，模拟边缘检测和分析可以被用于相对于从触摸屏12接收到的激励脉冲量化有源指示笔38内部的时钟参考的延迟量。具体而言，本公开包括了在其中在给定触摸感测帧内接收的激励脉冲被用于维持本地行计数器54和远程行计数器32之间的同步的任何方案。
[0086] 从前述描述中显而易见，本文所描述的方法和过程可被绑定到一个或多个计算机器的计算系统—例如触摸屏12和有源指示笔38的逻辑构造。这样的方法和过程可被实现为硬件驱动程序或服务、应用编程接口(API)、库和/或其它计算机程序产品。每个计算机器包括逻辑机、相关联的计算机存储机以及通信机器。这些机器可以被实现为图3的有源指示笔中的微处理器48、计算机存储器50和发射机56。模拟、补偿机器在图2的触摸屏逻辑26中被实现。
[0087] 每个逻辑机包括被配置成执行指令的一个或多个物理逻辑设备。逻辑机可被配置成执行作为以下各项的一部分的指令：一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、组件、数据结构、或其它逻辑构造。这种指令可被实现以执行任务、实现数据类型、转换一个或多个组件的状态、实现技术效果、或以其他方式得到期望结果。
[0088] 逻辑机可包括被配置成执行软件指令的一个或多个处理器。作为补充或替换，逻辑机可包括被配置成执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机。逻辑机的处理器可以是单核或多核，且在其上执行的指令可被配置用于串行、并行和/或分布式处理。逻辑机的各个组件可任选地分布在两个或更多单独设备上，这些设备可以位于远程和/或被配置用于进行协同处理。逻辑机的各方面可由以云计算配置进行配置的可远程访问的联网计算设备来虚拟化和执行。
[0089] 每个计算机存储机包括被配置成保持可由相关联的逻辑机执行以实现此处描述的方法和过程的指令的一个或多个物理计算机存储器设备。在实现这些方法和过程时，可以变换计算机存储机的状态—例如以保存不同的数据。计算机存储机可包括可移动的和/或内置设备；它可包括光学存储器(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光碟等)、半导体存储器(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)、和/或磁性存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)、以及其他。计算机存储机可以包括易失性的、非易失性的、动态的、静态的、读/写的、只读的、随机存取的、顺序存取的、位置可定址的、文件可定址的、和/或内容可定址的设备。
[0090] 可以理解，计算机存储机包括一个或多个物理设备。然而，本文所述的指令的各方面替代地可由通信介质(如电磁信号、光学信号等)来传播，而不是经由存储介质进行存储。
[0091] 逻辑机和相关联的计算机存储机的各方面可被一起集成到一个或多个硬件逻辑组件中。这些硬件逻辑组件可包括例如现场可编程门阵列(FPGA)、程序和应用专用的集成电路(PASIC/ASIC)、程序和应用专用的标准产品(PSSP/ASSP)、片上系统(SOC)以及复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
[0092] 术语“模块”、“程序”和“引擎”可用于描述被实现为执行一特定功能的计算机系统的一方面。在某些情况下，可经由执行由计算机存储机所保持的指令的逻辑机来实例化模块、程序或引擎。将理解，可以从同一应用、服务、代码块、对象、库、例程、API、函数等实例化不同的模块、程序和引擎。同样，可以由不同的应用程序、服务、代码块、对象、例程、API、函数等来实例化同一模块、程序和引擎。模块、程序或引擎可涵盖单个或成组的可执行文件、数据文件、库、驱动程序、脚本、数据库记录等。
[0093] 通信机器可被配置为将计算系统通信地耦合到一个或多个其它机器，包括服务器计算机系统。通信机器可以包括与一个或多个不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信机器可被配置成用于经由无线电话网络或者有线或无线局域网或广域网来进行通信。在一些示例中，通信机器可允许计算机器经由诸如因特网这样的网络将消息发送至其他设备以及/或者从其它设备接收消息。
[0094] 将会理解，此处描述的配置和/或方法本质是示例性的，这些具体实现或示例不应被视为限制性的，因为许多变体是可能的。本文描述的具体例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个。如此，所示和/或所述的各种动作可以以所示和/或所述顺序、以其他顺序、并行地执行，或者被省略。同样，上述过程的次序可以改变。
[0095] 本公开的一个方面旨在一种包括有源指示笔的触摸感测系统，所述有源指示笔包括探测电极以及相关联的感测逻辑。感测逻辑被配置成通过探测电极接收在电容性触摸屏的连续触摸感测帧之间的同步脉冲序列；使用所述同步脉冲序列将感测逻辑的本地行计数器与电容性触摸屏的远程行计数器同步；通过探测电极接收给定的触摸感测帧内的激励脉冲；并且使用激励脉冲来维持在本地行计数器和远程行计数器之间的同步。
[0096] 在一些实现中，使用激励脉冲序列的动作包括计算在所接收的最强激励脉冲和激励脉冲的复制体之间的相关性。感测逻辑可以被进一步配置为估计在本地行计数器和远程行计数器之间的定时偏差。在这些和其它实现中，感测逻辑可以被配置为应用内插算法以估计定时偏差。该内插算法可以在互换与同一时期的相关性等距的先前和最近的相关性时是非对称的，和/或对所接收的激励脉冲的信号强度是不敏感的。而且，可以基于所计算的相关性的符号来估计定时偏差。在一些实现中，感测逻辑包括成比例积分(PI)控制器，并且所估计的定时偏差被提供为到PI控制器的输入。在这些和其它实现中，从沿触摸屏的感测表面分布并被同时通电的多个行电极接收同步脉冲序列。作为对比，根据行激励序列从被安置在触摸屏的感测表面上并被逐个通电的行电极接收激励脉冲。在一些实现中，有源指示笔包括与探测电极相关联的并被配置为控制从探测电极到紧邻探测电极安置的触摸屏的列电极的电荷注入的注入逻辑。在这些和其它实现中，感测逻辑可以被进一步配置为计算与探测电极相邻的行坐标。为此，有源指示笔可包括被配置为将所计算的行坐标无线地传递给触摸屏的通信部件。在一些实现中，通信部件可以被配置成通过有源指示笔的注入逻辑静电地传递所计算的行坐标。在其它实现中，通信组件可以包括被配置成发送所计算的行坐标的无线电发射机；触摸屏可以包括被配置为接收所计算的行坐标的无线电接收机。在一些实现中，远程行计数器被安置在触摸屏的行驱动逻辑中，而行驱动逻辑被配置为按顺序使触摸屏的每个行电极通电。
[0097] 本公开的另一个方面旨在一种包括有源指示笔的触摸感测系统，所述有源指示笔包括探测电极以及相关联的感测逻辑。所述感测逻辑被配置成通过探测电极接收在电容性触摸屏的连续触摸感测帧之间的同步脉冲序列；使计算所接收的同步脉冲序列和同步脉冲序列的复制体之间的相关性；以及基于所述相关性将感测逻辑的本地行计数器与电容性触摸屏的远程行计数器同步。
[0098] 在一些实现中，感测逻辑进一步被配置成定位对应于相关性的最大值的位置。在其它实现中，感测逻辑被进一步配置为标识在相关性中的上述阈值位置的第一次出现。在这些和其它实现中，感测逻辑可以进一步被配置为计算在所接收的同步脉冲序列和复制体之间的先前和最近的相关性以维持在本地行计数器和远程行计数器之间的同步。
[0099] 本公开的另一个方面旨在一种包括有源指示笔的触摸感测系统，所述有源指示笔包括探测电极以及相关联的感测逻辑。感测逻辑被配置成通过探测电极接收在电容性触摸屏的连续触摸感测帧之间的同步脉冲序列；计算所接收的同步脉冲序列和同步脉冲序列的复制体之间的同步脉冲序列相关性；基于所述同步脉冲序列相关性将感测逻辑的本地行计数器与电容性触摸屏的远程行计数器同步；通过探测电极接收给定的触摸感测帧内的激励脉冲；计算所接收的激励脉冲和激励脉冲的复制体之间的相关性；以及基于激励脉冲的相关性来维持在本地行计数器和远程行计数器之间的同步。
[0100] 本公开的主题包括各种过程、系统和配置以及此处公开的其他特征、功能、动作和/或属性、以及它们的任一和全部等价物的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
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