JP3860848B2 - High voltage stylus for portable computers - Google Patents
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Images
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はデジタルパッドと共に使用するスタイラスに関する。この種のパッドは携帯型コンピュ−タのデジタルのディスプレイの上で透過的な上重ねの形をとる。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
図1はデジタルパッドおよびそれに関連したスタイラス6を高度に簡略した図である。スタイラス6はアクティブの時図2に示すように信号9を発生する。この信号はI1からI4の電流を誘導するが、これらの信号は電流対電圧増幅器で検出される。
【0003】
電流対電圧増幅器はそれぞれ電流の大きさを表す電圧を発生する。従来の技術で周知の処理回路は電圧信号を受け、さらにこの電圧信号に基づくスタイラス信号6の位置を計算する。
【0004】
I1からI4の電流が誘導されるのはスタイラス6がコンデンサの1つのプレ−トの様に動作するからである。(インジウムスズ酸化物のような材料である抵抗表面を生じている)デジタルパッドは他のプレ−トの様に動作する。図3に示すように、負電荷がスタイラス6の先端2に加えられると、正電荷はパッド6の表面に誘導する。I1からI4の電流によりこの正電荷が加えられる。反対に、図4に示すように、スタイラス6の先端2の正電荷はパッド上に正電荷を誘導する。I1からI4の電流により負電荷が加えられる。
【0005】
電流の相対的な大きさはスタイラスの位置による。スタイラスが図5に示す位置にあれば、電流I1は最大であり、電流I4は次に大きく、電流I2とI3はほぼ同じである。
【0006】
スタイラスが図6に示す位置にあれば、電流I4が最大であり、電流I1が次に大きい、等々である。電流の大きさの違いは図2の電流対電圧増幅器により生ずる電圧の違いである。
【0007】
雑音
電流対電圧増幅器はスタイラスにより生ずる信号の他に、他の非希望の信号を発生する。たとえば、陰極線管の近くでは、蛍光および電気モ−タはデジタルパッドの上で電荷を誘導する。さらに、“静電気”は使用者が触れた時、特に周囲の空気が乾燥している時パッドに加えられる。
【0008】
“雑音”と呼ばれる非希望信号があるので、スタイラス信号は雑音信号から取り出すようにできるだけ大きな信号を発生するスタイラスを使用することが望ましい。すなわち、信号対雑音比は最大にする必要がある。大きさと電力消費に制限がなければ、大きな信号対雑音比を得ることは問題がない。しかし、スタイラスは携帯用に設計されている。バッテリ−で動作させるため電力消費を少なくしバッテリ−寿命を長くする必要がある。
【0009】
スタイラスから大きな信号対雑音比を得ることは小さな問題でない。
【0010】
本発明の目的は、デジタルパッド用の改善されたスタイラスを提示することである。
【0011】
本発明の他の目的は、大きな位置信号を発生する携帯型デジタルパッド用の改善されたスタイラスを提示することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、デジタルパッド用の高電圧スタイラスであって、(a)一対の一次巻線を有した変圧器と、(b)位相差を有する2つの異なる正弦波信号を前記変圧器の一次巻線に供給する手段と、を備えたことを特徴とする高電圧スタイラスを提供するものである。また、本発明は、(a)正弦波信号を発生させる手段と、(b)前記正弦波信号を増幅する第1の増幅手段と、(c)前記正弦波信号を反転化させるインバータ手段と、(d)前記正弦波信号の反転化信号を増幅する第2の増幅手段と、(e)一組の一次側導線と一組の二次側導線を有し、前記一次側導線の一方に前記第1の増幅手段の出力が接続され他方に前記第2の増幅手段の出力を接続された変圧器と、(f)前記二次側導線の出力に接続された先端部と、を備えたことを特徴とする高電圧スタイラス装置を提供するものである。
【0013】
【実施例】
本発明は大きなスタイラス信号を発生するため簡単ではあるが最適でない方法を最初に図示することにより説明できる。この方法には図7に示すように電圧変圧器14を使用している。(ここで述べる電圧は若干任意であり、説明を容易にするため選ばれている。本発明に使用される実際の電圧および電流はタイトルが“一般的な考察”の章で述べる。)
正弦波12は利得がKの増幅器Aで増幅される。増幅器の出力信号は図示の通り5.0ボルトピ−ク対ピ−クを取っている。この出力信号は巻数比が2の変圧器14の一次側13に加えられている。変圧器の二次側に発生する電圧は図示の通り10ボルトピ−ク対ピ−クである。
【0014】
本発明は図7と同じ巻数比を有するが、図8に示す方法の変圧器を使用している。2つの増幅器A1とA2は変圧器18の一次側巻線15の加えられている。一番目の増幅器A1は正弦波発生器21から正弦波19を直接受ける。この二番目の増幅器A2は正弦波発生器により加えられるが、インバ−タIにより反転(すなわち、等量であるが位相が180°シフト)された正弦波を受ける。
【0015】
各増幅器の出力は正弦波であり、図示のように5.0ボルトピ−ク対ピ−クである。変圧器の二次側に現われる電圧は図示のように約20ボルトピ−ク対ピ−クである。この電圧は図7のシステムにより生ずる電圧の2倍である。2倍の出力電圧を得ることは図9により説明できる。
【0016】
正弦波サイクルの半分について検討する。H1と表し図8の増幅器A1により発生するこの半サイクルは一次側の導線L1に加えられている。反転され、H2と表され、さらに図8の増幅器A2により発生する他の半サイクルは導線L2に加えられている。
【0017】
導線L1とL2に加えられる合成信号はH1とH2の間の差D1である。差の信号D1において、点線の矢印はH2から取り出され、正味の電圧に対するH2の寄与分を表している;実線の矢印はH1から取出し、正味の電圧に対するH1の寄与分を表している。
【0018】
ゼロから正のピ−クに対するD1の電圧の振れは、点P1からP2の振れで示すように5ボルトである。5ボルトのこの振れは図7の場合の点P3から点P4の振れで示される当該振れの2倍である。
【0019】
2つの加算的な半サイクルの合成電圧は図10に示しており、さらに図9の単一の半サイクルと同じ方法で正確に分析される。図10の変圧器の一次側に加えられる電圧はゼロから正の5.0ボルトに(すなわちP1からP2に)、およびゼロから負の5.0ボルトに(すなわちP5からP6に)振れる。
【0020】
反対に、図7の当該振れはゼロから正の2.5ボルト(すなわちP3からP4)と、ゼロから2.5ボルト(すなわちP7からP8)、すなわち図9の振れの半分である。
【0021】
図8の変圧器の出力は図11に示すようにスタイラスの先端2に加えられる。スタイラスの先端2は約25ピコファラッドの容量負荷を表している。しかし、この25ピコファラッドの大部分の容量はペン内の寄生容量である。先端2/パッド3の組合せにより表される実際の容量は1ピコファラッドの範囲である。
【0022】
図1に示すように、実際の変圧器18は巻数比が10である。増幅器A1とA2の正弦波出力は、ゼロから装置構成により約3.0から5.0ボルトの範囲である電源供給電圧まで振れる。電源供給電圧が3.0ボルトであるとすると、一次側に加えられるゼロ対正のピ−クの振れは3.0ボルトである(すなわち、H5とH6の半サイクルの差)。変圧器の出力はゼロ対ピ−クが30ボルト、すなわちピ−ク対ピ−クは60ボルトである。
【0023】
この高電圧(図12の場合、60ボルト)は図7の装置を使用し変圧器の巻数比を2倍にすることにより得られると考えることができる。しかし、この2倍にすることは実現不可能である。
【0024】
前述の寄生容量は実際には容量性の負荷を用いる場合変圧器に必要となる。容量性負荷があるため、巻数比を2倍にすることにより変圧器の一次側に生ずる電流は過度に高くなる;すなわち2倍の代わりに4倍になる。4倍になることが生ずるのは、容量性負荷が変圧器の一次側に生ずる等価インピ−ダンスZeqが次式に等しいからである
1/[j×2×PI×f×C×(Tの2乗)]
ここにjは虚数で、fはヘルツの周波数で、Cは寄生容量の値で、Tは巻数比である。図13はその状態を示している。
【0025】
一方が2倍の巻数比に対応し、他方が本発明の巻数比に対応する2つの例により電流が4倍であることを図示する。
【0026】
例1:巻数の多い場合
簡単な例として、パラメ−タは次の通りとする:
C=25pF;
周波数=250kHz、これによりωは2×PI×250kHz、すなわち1570000ラジアン/秒に等しい;
T=10
一次巻線に現われる容量負荷の等価インピ−ダンス(変圧器のインピ−ダンスを無視)Zeqは次の通りである。
【0027】
Zeq=1/[2×PI×250kHz×25pF×(10の2乗)]=250オ−ム
一次側に加わる電圧Vがピ−ク対ピ−クで2.5ボルトならば、生ずる電流は2.5/250、すなわち10mAである。この値は巻数比が2倍の時生ずる電流を示している。
【0028】
例2:本発明のように巻数比が小さい場合
巻数比が半分の5にされると、計算は例1と全く同じであり、“Tの項目”が10の2乗、すなわち100の代わり5の2乗、すなわち25になると期待される。すなわち、
Zeq=1/[2×PI×250kHz×25pF×(5の2乗)]=
1000オ−ム
一次側に加えられる2.5ボルトピ−ク対ピ−ク信号のVに対し、生ずる電流はV/Zeq、すなわち2.5/1000となり2.5mAである。電流は巻数比が2倍の場合1/4であるが、これは巻数を2倍にすることにより等価インピ−ダンスが下がり2倍でない場合の値の1/4になる(すなわち、1000オ−ムから250オ−ムになる)。
【0029】
それ故、容量性負荷を駆動する時、変圧器の巻数比を2倍にし高い出力電圧を得ることにより変圧器の一次側に生ずる電流は係数4で増加する。
【0030】
電流内のこの4倍の増加は好ましくない。本発明は巻数比を2倍にする必要を避けることによりこの増加を避けている。
【0031】
変圧器の巻数比を2倍にすることを避けることにはさらに次の理由がある。巻数比を2倍にすることは、(a)一次巻数を減らすこと、または(b)二次巻数を増加させることが必要である(または両方の組合せ)。
【0032】
一次巻数を減らすことは、以下の理由から実現不可能である。変圧器の一次巻線は直列抵抗のないインダクタとみなされる。出願の良好な実施例で、このインダクタの値は0.001ヘンリ−である。出願の良好な周波数である125kHzで、インダクタのインピ−ダンスはj×(インダクタンスの値)×(ラジアンの周波数)、すなわちj×(0.001)×(123E3×2×PI)であり、j785.5オ−ムに等しい。
【0033】
このインピ−ダンスの大きさは785.5オ−ムである(虚数)。
【0034】
一次巻数が半分にされると、インダクタンスは(ほぼ)係数4で割られ、
j785.5/4、すなわちj196オ−ムとなる(理由はインダクタンスがほぼ巻数の2乗に比例する)。新しい大きさは196オ−ムである(虚数)。
【0035】
この新しい大きさは古い大きさの25パ−セントである;大きさは75パ−セント減少する。
【0036】
インピ−ダンスの減少により一次巻線により生ずる電流が増加する。この電流の増加により一次巻線を駆動する増幅器が消費する電力が増加する。電流が増加しないこと、または電力消費が増加しないことが好ましい。
【0037】
二次巻線の巻数を2倍にすることは他の方法として実現可能であるが、行なわれない。二次巻線を2倍にすることは所要の線材の量が増大し、これはスタイラスの大きさを小さくする目標に反する。
【0038】
さらに、巻数を2倍にすることにより二次巻線の容量が増加するが、これは絶縁物により分離された隣接のワイヤがコンデンサのように動作するからである。この容量の増加は図13に示す容量性負荷を増加するように働く。この容量を増加させることは好ましくないが、これは増加により変圧器の一次巻線が前述の例のようにより多くの電流が生ずるからである。
【0039】
図11の点線内に含まれた装置は単一の集積回路(IC)の形を取っている。(実際のICには(a)電源供給をモニタすること、(b)ICの電力を管理すること、および(c)テレメトリによりコンピュ−タまたはデジタルパッドにスタイラスバッテリの状態およびスタイラススイッチの状態を伝えること、のような追加された機能を行なう付加回路が含まれている)。ICの重要な動作特性は次の通りである。
【0040】
1つの実施態様において、ICは各電圧が1.25ボルトで全体の電圧が3.75ボルトである商業ベ−スで入手可能なバッテリ−から電力を受けている。ICはバッテリ−から4ミリアンペア以下の約3ミリアンペアの電流を発生している(この電流は図11に示す装置、および付加回路の両方に加えられている)。このように電力消費は0.004アンペア×3.75ボルト以下、すなわち15ミリワット以下である。
【0041】
このICには増幅器A1とA2が含まれており、これらはピ−ク対ピ−クがゼロから供給電圧(この例の場合3.75ボルト)まで振れる正弦波信号を発生している。しかし、一次側に加えられる合成電圧は個々の正弦波の2倍である:2×3.75すなわち7.5ボルトである。再度述べると、一次側に加えられる電圧の振れは供給電圧の2倍である。
【0042】
周知のように、商業メ−カ−は図11に示す装置を作り記載のように動作するICを製造できる。
【0043】
図12には(a)巻数比が10である、(b)一次側電圧がピ−ク対ピ−クで12ボルトである、さらに(c)出力電圧がピ−ク対ピ−クで120ボルトであることを示している。
【0044】
他の実施態様では次の調整を組み合わせることにより、種々の出力電圧を作るようにされている:
(1)バッテリ−のタイプまたは数を変えることにより、電源供給電圧を変えること。これにより増幅器A1、A2のレ−ル対レ−ルの振れが変わり、したがって変圧器の一次側に加わるピ−ク対ピ−ク電圧を変えること、
(2)変圧器の巻数比を変えるこ、
(3)増幅器の利得を変えること、
20、30、40、50、60および70ボルトのような、またはそれ以上の変圧器の二次側での出力電圧が得られる。高い出力電圧によりシステム全体の信号対雑音特性が改善される。
【0045】
電力供給は合計が3.1ボルトから4.2ボルトの電圧を取る3つの商業的に可能なバッテリ−の形を取る。電圧のこの範囲の平均は3.6ボルトで“公称3.6ボルト”と呼ばれる。
【0046】
ここで記載した静電気ペンと共に動作するデジタルパッドは商業的に利用可能である。この種のパッドのメ−カ−はオハイオ州コロンバスのスクリプテル(Scriptel)社である。
【0047】
図8の正弦波21とその逆の波23は位相が180度ずれている。位相角が180度の時一次側に加えられた電圧は最大であるが、位相差が180度であることは厳密に必要でない。
【0048】
正弦波21とその逆の波23は振幅が等しい必要はない。
【0049】
【発明の効果】
本発明の重要な特徴は電源供給電圧に等しいゼロ対ピ−クの振れを有する正弦波を発生することである。すなわち、図8の増幅器A1の利得は図9の点P1からP2の正の振れが電源供給電圧に等しいように選択される。同様に、半サイクルH2により示される負の振れは、電源供給電圧に等しい(しかし、極性は反対である)。
【0050】
これら2つの半サイクルを組み合わせることにより、全体の一次電圧の振れが生じ、これはピ−ク対ピ−クを測定すると供給電圧の2倍である。
【0051】
ピ−ク対ピ−クの振れが供給電圧の110パ−セントであるような一次側に加えられた小さな電圧の振れを使用することが可能である。
【0052】
用語“振幅”はゼロ対ピ−ク電圧、すなわち図9のP1からP2を示している。ピ−ク対ピ−ク電圧は、勿論振幅に2倍である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の技術のデジタルパッドの簡単な表現である。
【図2】 従来の技術のデジタルパッドの簡単な表現である。
【図3】 静電気スタイラス6がデジタルパッド上でどのように電荷を誘導するか図示している。
【図4】 静電気スタイラス6がデジタルパッド上でどのように電荷を誘導するか図示している。
【図5】 スタイラス6の位置によりI1からI4の電流がどのように変わるか図示している。
【図6】 スタイラス6の位置によりI1からI4の電流がどのように変わるか図示している。
【図7】 高電圧信号を発生する1つの方法を図示している。
【図8】 本発明の1つの形態を図示している。
【図9】 図8の装置が変圧器の一次巻線15でどのように高電圧を発生しているかを図示している。
【図10】 図9と同様であるが、変圧器の一次に加えられた3つの半サイクルを示している。
【図11】 本発明の1つの形態の概要を図示している。
【図12】 本発明の1つの形態に対するパラメ−タの値を図示している。
【図13】 寄生容量によりどのように変圧器の一次がロ−ドされるか図示している。
【符号の説明】
12 正弦波
13 一次側
14 変圧器
15 一次巻線
18 変圧器
19 正弦波
A1 増幅器
A2 増幅器[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a stylus for use with a digital pad. This type of pad takes the form of a transparent overlay on the digital display of a portable computer.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
FIG. 1 is a highly simplified view of a digital pad and its associated
[0003]
Each current-to-voltage amplifier generates a voltage representing the magnitude of the current. A processing circuit known in the prior art receives the voltage signal and further calculates the position of the
[0004]
The currents I1 to I4 are induced because the
[0005]
The relative magnitude of the current depends on the position of the stylus. If the stylus is in the position shown in FIG. 5, the current I1 is the largest, the current I4 is the next largest, and the currents I2 and I3 are substantially the same.
[0006]
If the stylus is in the position shown in FIG. 6, the current I4 is the highest, the current I1 is the next highest, and so on. The difference in current magnitude is the difference in voltage produced by the current versus voltage amplifier of FIG.
[0007]
In addition to the signal produced by the stylus, the noise current vs. voltage amplifier generates other unwanted signals. For example, near a cathode ray tube, fluorescence and electric motors induce charge on the digital pad. Furthermore, “static electricity” is applied to the pad when touched by the user, especially when the ambient air is dry.
[0008]
Because there is an undesired signal called “noise”, it is desirable to use a stylus that generates as large a signal as possible from the noise signal. That is, the signal to noise ratio needs to be maximized. If there is no limit on size and power consumption, there is no problem in obtaining a large signal-to-noise ratio. However, the stylus is designed for portability. In order to operate with a battery, it is necessary to reduce power consumption and extend the battery life.
[0009]
Obtaining a large signal-to-noise ratio from a stylus is not a minor problem.
[0010]
An object of the present invention is to present an improved stylus for a digital pad.
[0011]
Another object of the present invention is to provide an improved stylus for a portable digital pad that generates a large position signal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides a high voltage stylus for a digital pad, comprising: (a) a transformer having a pair of primary windings; and (b) two different sine waves having a phase difference. And a means for supplying a signal to the primary winding of the transformer. The present invention also includes (a) means for generating a sine wave signal, (b) first amplification means for amplifying the sine wave signal, and (c) inverter means for inverting the sine wave signal; (D) second amplification means for amplifying the inverted signal of the sine wave signal; and (e) a set of primary conductors and a set of secondary conductors, and one of the primary conductors A transformer connected to the output of the first amplifying means and the output of the second amplifying means connected to the other; and (f) a tip connected to the output of the secondary conductor. A high voltage stylus device characterized by the above is provided.
[0013]
【Example】
The present invention can be explained by first illustrating a simple but not optimal method for generating large stylus signals. This method uses a
The
[0014]
The present invention has the same turns ratio as in FIG. 7, but uses a transformer of the method shown in FIG. Two amplifiers A1 and A2 are added to the
[0015]
The output of each amplifier is a sine wave and is 5.0 volt peak to peak as shown. The voltage appearing on the secondary side of the transformer is about 20 volts peak-to-peak as shown. This voltage is twice that produced by the system of FIG. Obtaining twice the output voltage can be explained with reference to FIG.
[0016]
Consider half the sinusoidal cycle. This half cycle, represented by H1 and generated by the amplifier A1 in FIG. 8, is applied to the primary conductor L1. Inverted, represented as H2, and another half cycle generated by amplifier A2 of FIG. 8 is applied to lead L2.
[0017]
The combined signal applied to the leads L1 and L2 is the difference D1 between H1 and H2. In the difference signal D1, the dotted arrow is taken from H2 and represents the contribution of H2 to the net voltage; the solid arrow is taken from H1 and represents the contribution of H1 to the net voltage.
[0018]
The voltage swing of D1 from zero to positive peak is 5 volts as shown by the swing from point P1 to P2. This runout of 5 volts is twice the runout indicated by the runout from point P3 to point P4 in the case of FIG.
[0019]
The combined voltage of the two additive half cycles is shown in FIG. 10 and is further accurately analyzed in the same manner as the single half cycle of FIG. The voltage applied to the primary side of the transformer of FIG. 10 swings from zero to positive 5.0 volts (ie, from P1 to P2) and from zero to negative 5.0 volts (ie, from P5 to P6).
[0020]
Conversely, the runout in FIG. 7 is zero to positive 2.5 volts (ie, P3 to P4) and zero to 2.5 volts (ie, P7 to P8), that is, half of the runout of FIG.
[0021]
The output of the transformer of FIG. 8 is applied to the
[0022]
As shown in FIG. 1, the
[0023]
This high voltage (60 volts in the case of FIG. 12) can be considered to be obtained by using the apparatus of FIG. 7 and doubling the transformer turns ratio. However, it is not feasible to double this.
[0024]
The aforementioned parasitic capacitance is actually required for the transformer when a capacitive load is used. Due to the capacitive load, doubling the turns ratio causes the current generated on the primary side of the transformer to be too high; ie, quadrupled instead of double. The fourfold increase occurs because the equivalent impedance Zeq that the capacitive load occurs on the primary side of the transformer is equal to 1 / [j × 2 × PI × f × C × (T Squared)]]
Here, j is an imaginary number, f is a hertz frequency, C is a parasitic capacitance value, and T is a turns ratio. FIG. 13 shows this state.
[0025]
It is illustrated that the current is quadruple by two examples, one corresponding to twice the turns ratio and the other corresponding to the turns ratio of the present invention.
[0026]
Example 1: A large number of turns As a simple example, the parameters are as follows:
C = 25 pF;
Frequency = 250 kHz, so that ω is equal to 2 × PI × 250 kHz, ie 1570000 radians / second;
T = 10
The equivalent impedance of the capacitive load appearing in the primary winding (ignoring the impedance of the transformer) Zeq is as follows.
[0027]
Zeq = 1 / [2 * PI * 250 kHz * 25 pF * (10 squared)] = 250 ohm If the voltage V applied to the primary side is 2.5 volts at peak to peak, the resulting current is 2.5 / 250, i.e. 10 mA. This value indicates the current generated when the turns ratio is double.
[0028]
Example 2: When the turn ratio is small as in the present invention, when the turn ratio is reduced to 5, the calculation is exactly the same as in Example 1, and “T item” is 10 squared, ie, 5 instead of 100 Is expected to be squared, or 25. That is,
Zeq = 1 / [2 × PI × 250 kHz × 25 pF × (square of 5)] =
For a V of 2.5 volt peak-to-peak signal applied to the 1000 ohm primary, the resulting current is V / Zeq, or 2.5 / 1000, which is 2.5 mA. The current is ¼ when the turns ratio is twice, but this becomes ¼ of the value when the equivalent impedance is reduced by doubling the turns (ie, 1000 Ω). From 250 to 250 ohms).
[0029]
Therefore, when driving a capacitive load, the current generated on the primary side of the transformer increases by a factor of 4 by doubling the transformer turns ratio and obtaining a high output voltage.
[0030]
This 4-fold increase in current is undesirable. The present invention avoids this increase by avoiding the need to double the turns ratio.
[0031]
There are further reasons to avoid doubling the transformer turns ratio. To double the turns ratio requires (a) reducing the primary turns or (b) increasing the secondary turns (or a combination of both).
[0032]
Reducing the primary volume is not feasible for the following reasons. The primary winding of the transformer is considered an inductor without series resistance. In the preferred embodiment of the application, the value of this inductor is 0.001 Henry. At a good frequency of 125 kHz for the application, the impedance of the inductor is j × (inductance value) × (radian frequency), ie j × (0.001) × (123E3 × 2 × PI), j785 Equal to 5 ohms.
[0033]
The magnitude of this impedance is 785.5 ohms (imaginary number).
[0034]
When the primary turns are halved, the inductance is (almost) divided by a factor of 4,
j785.5 / 4, i.e., j196 ohms (the reason is that the inductance is approximately proportional to the square of the number of turns). The new size is 196 ohms (imaginary number).
[0035]
This new size is 25 percent of the old size; the size is reduced by 75 percent.
[0036]
The decrease in impedance increases the current generated by the primary winding. This increase in current increases the power consumed by the amplifier driving the primary winding. Preferably, the current does not increase or the power consumption does not increase.
[0037]
Although it is feasible as another method to double the number of turns of the secondary winding, it is not performed. Doubling the secondary winding increases the amount of wire required, which is against the goal of reducing the stylus size.
[0038]
In addition, doubling the number of turns increases the secondary winding capacity because adjacent wires separated by an insulator act like a capacitor. This increase in capacity works to increase the capacitive load shown in FIG. Increasing this capacity is not preferred, because the increase causes the transformer primary winding to produce more current as in the previous example.
[0039]
The device contained within the dotted line in FIG. 11 is in the form of a single integrated circuit (IC). (In an actual IC, (a) monitoring the power supply, (b) managing the power of the IC, and (c) controlling the stylus battery status and stylus switch status on the computer or digital pad by telemetry. It includes additional circuitry that performs additional functions such as communicating). The important operating characteristics of the IC are as follows.
[0040]
In one embodiment, the IC is powered from a commercially available battery with each voltage at 1.25 volts and an overall voltage of 3.75 volts. The IC generates approximately 3 milliamperes of current below 4 milliamperes from the battery (this current is applied to both the device shown in FIG. 11 and the additional circuitry). Thus, power consumption is 0.004 amps x 3.75 volts or less, ie 15 milliwatts or less.
[0041]
The IC includes amplifiers A1 and A2, which generate a sine wave signal whose peak-to-peak swings from zero to the supply voltage (3.75 volts in this example). However, the combined voltage applied to the primary side is twice that of the individual sine wave: 2 × 3.75 or 7.5 volts. Again, the voltage swing applied to the primary side is twice the supply voltage.
[0042]
As is well known, commercial manufacturers can make the device shown in FIG. 11 and produce ICs that operate as described.
[0043]
FIG. 12 shows (a) the turn ratio is 10, (b) the primary side voltage is 12 volts at peak-to-peak, and (c) the output voltage is 120 at peak-to-peak. Indicates that it is a bolt.
[0044]
In other embodiments, various output voltages are created by combining the following adjustments:
(1) Changing the power supply voltage by changing the type or number of batteries. This changes the rail-to-rail swing of the amplifiers A1, A2, and thus changes the peak-to-peak voltage applied to the primary side of the transformer.
(2) Changing the turns ratio of the transformer,
(3) changing the gain of the amplifier;
Output voltages on the secondary side of the transformer are obtained, such as 20, 30, 40, 50, 60 and 70 volts or more. High output voltage improves the overall signal-to-noise characteristics of the system.
[0045]
The power supply takes the form of three commercially available batteries that total voltages from 3.1 volts to 4.2 volts. The average of this range of voltages is 3.6 volts and is referred to as “nominal 3.6 volts”.
[0046]
Digital pads that work with the electrostatic pens described herein are commercially available. A manufacturer of this type of pad is the Scriptel company of Columbus, Ohio.
[0047]
The sine wave 21 in FIG. 8 and the opposite wave 23 are 180 degrees out of phase. When the phase angle is 180 degrees, the voltage applied to the primary side is maximum, but it is not strictly necessary that the phase difference is 180 degrees.
[0048]
The sine wave 21 and the opposite wave 23 do not have to have the same amplitude.
[0049]
【The invention's effect】
An important feature of the present invention is to generate a sine wave with zero-to-peak swing equal to the power supply voltage. That is, the gain of the amplifier A1 in FIG. 8 is selected so that the positive fluctuation from the points P1 to P2 in FIG. 9 is equal to the power supply voltage. Similarly, the negative swing shown by half cycle H2 is equal to the power supply voltage (but the polarity is opposite).
[0050]
Combining these two half cycles results in a total primary voltage swing, which is twice the supply voltage when measuring peak-to-peak.
[0051]
It is possible to use a small voltage swing applied to the primary side such that the peak-to-peak swing is 110 percent of the supply voltage.
[0052]
The term “amplitude” indicates zero-to-peak voltage, ie, P1 to P2 in FIG. The peak-to-peak voltage is of course twice the amplitude.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a simple representation of a prior art digital pad.
FIG. 2 is a simple representation of a prior art digital pad.
FIG. 3 illustrates how an
FIG. 4 illustrates how an
FIG. 5 shows how the currents I1 to I4 change depending on the position of the
FIG. 6 shows how the currents I1 to I4 change depending on the position of the
FIG. 7 illustrates one method for generating a high voltage signal.
FIG. 8 illustrates one form of the invention.
9 illustrates how the device of FIG. 8 generates a high voltage at the primary winding 15 of the transformer.
FIG. 10 is similar to FIG. 9, but shows three half cycles applied to the primary of the transformer.
FIG. 11 illustrates an overview of one form of the present invention.
FIG. 12 illustrates parameter values for one form of the invention.
FIG. 13 illustrates how the primary of the transformer is loaded by the parasitic capacitance.
[Explanation of symbols]
12
Claims (7)
(a)一対の一次巻線を有した変圧器と、(A) a transformer having a pair of primary windings;
(b)位相差を有する2つの異なる正弦波信号を前記変圧器の一次巻線に供給する手段と、(B) means for supplying two different sinusoidal signals having a phase difference to the primary winding of the transformer;
を備えたことを特徴とする高電圧スタイラス。A high-voltage stylus characterized by comprising
(a)正弦波信号を発生させる手段と、(A) means for generating a sine wave signal;
(b)前記正弦波信号を増幅する第1の増幅手段と、(B) first amplification means for amplifying the sine wave signal;
(c)前記正弦波信号を反転化させるインバータ手段と、(C) inverter means for inverting the sine wave signal;
(d)前記正弦波信号の反転化信号を増幅する第2の増幅手段と、(D) second amplification means for amplifying an inverted signal of the sine wave signal;
(e)一組の一次側導線と一組の二次側導線を有し、前記一次側導線の一方に前記第1の増幅手段の出力が接続され他方に前記第2の増幅手段の出力を接続された変圧器と、(E) having a set of primary side conductors and a set of secondary side conductors, one of the primary side conductors being connected to the output of the first amplification means and the other being the output of the second amplification means. Connected transformer,
(f)前記二次側導線の出力に接続された先端部と、(F) a tip connected to the output of the secondary conductor;
を備えたことを特徴とする高電圧スタイラス装置。A high-voltage stylus device comprising:
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