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CN106055127A - 具有双向通信的有源笔 - Google Patents

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CN106055127A CN201610227980.8A CN201610227980A CN106055127A CN 106055127 A CN106055127 A CN 106055127A CN 201610227980 A CN201610227980 A CN 201610227980A CN 106055127 A CN106055127 A CN 106055127A
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Abstract

一种用于输入装置的处理系统，该处理系统包含：传感器模块，其耦合到传感器电路并配置成：通过向多个有源笔广播当前信标信号来发起包含多个时隙的当前信标周期；在第一时隙期间从第一有源笔收发器接收第一下游分组；以及在第二时隙期间从第二有源笔收发器接收第二下游分组；以及确定模块，其配置成至少根据第一下游分组来确定包含第一有源笔收发器的第一有源笔的属性。

Description

具有双向通信的有源笔
相关申请的交叉引用
此申请是2015年2月25日提交的美国临时专利申请No.62/120,856的非临时申请。此申请还是2015年8月19日提交的美国临时专利申请No.62/207,249的非临时申请。因而，此申请要求在35 U.S.C.§119(e)下的美国临时专利申请No.62/120,856和美国临时专利申请No.62/207,249的优先权利益。美国临时专利申请No.62/120,856和No.62/207,249由此通过引用的方式被全部结合在本文中。
技术领域
此发明一般涉及电子装置。
背景技术
包含接近传感器装置(通常也称为触摸板或触摸传感器装置)的输入装置被广泛用在各种各样的电子系统中。接近传感器装置通常包含经常由表面定界的感测区域，其中接近传感器装置确定一个或多个输入对象的存在、定位和/或移动。接近传感器装置可用于提供电子系统的接口。例如，接近传感器装置经常被用作较大计算系统的输入装置(诸如集成在或外接至笔记本或台式计算机的不透明触摸板)。接近传感器装置也经常用在较小计算系统(诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏)。接近传感器装置可用于检测触控笔或笔。
发明内容
一般而言，在一方面，本发明的实施例涉及用于输入装置的处理系统。该处理系统包括：传感器模块，其耦合到传感器电路并配置成：通过向多个有源笔广播当前信标信号来发起包括多个时隙的当前信标周期；在第一时隙期间从第一有源笔收发器接收第一下游分组；以及在第二时隙期间从第二有源笔收发器接收第二下游分组；以及确定模块，配置成：至少根据第一下游分组来确定包括第一有源笔收发器的第一有源笔的属性。
一般而言，在一方面，本发明的实施例涉及用于操作输入装置的处理系统的方法。该方法包括：通过向多个有源笔广播当前信标信号来发起包括多个时隙的当前信标周期；在第一时隙期间在第一频率上从第一有源笔收发器接收第一下游分组；在第二时隙期间在第二频率上从第二有源笔收发器接收第二下游分组；以及至少根据第一下游分组来确定包括第一有源笔收发器的第一有源笔的属性。
一般而言，在一方面，本发明涉及有源笔。有源笔包括：标识(ID)寄存器，其存储笔标识(ID)；一个或多个按钮；以及收发器，其配置成：从第一输入装置接收包括规定所述笔ID、时隙和频率的上游分组的当前信标信号，其中当前信标信号发起包括多个时隙的当前信标周期；使用在上游分组中规定的频率在上游分组中规定的时隙期间向第一输入装置发射包括按钮的状态的下游分组。
根据如下描述和所附权利要求书，本发明的其它方面将显而易见。
附图说明
图1示出了按照本发明一个或多个实施例的输入装置的框图。
图2示出了按照本发明一个或多个实施例的有源笔的框图。
图3和图4示出了按照本发明一个或多个实施例的时序图。
图5-7示出了按照本发明一个或多个实施例的流程图。
具体实施方式
如下具体实施方式实质上仅仅是示范性的，并不意图限制本发明或本发明的应用和使用。更进一步，不意图受在前面技术领域、背景技术、发明内容或如下具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论限定。
本发明的各种实施例提供了可促进改进的可用性连同各种其它益处的输入装置和方法。
现在转到附图，图1是按照本发明实施例的示范输入装置(100)的框图。输入装置(100)可配置成向电子系统(未示出)提供输入。在此文档中所使用的术语“电子系统”(或“电子装置”)广义上是指能够以电子方式处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制示例包含所有尺寸和形状的个人计算机，诸如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、有网页浏览能力的装置、电子书阅读器、智能电话和个人数字助理(PDA)。附加示例电子系统包含复合输入装置，诸如包含输入装置(100)和单独游戏杆或键开关的物理键盘。另外的示例电子系统包含外围装置，诸如数据输入装置(包含遥控器和鼠标)和数据输出装置(包含显示屏和打印机)。其它示例包含远程终端、信息亭和视频游戏机(例如视频游戏控制台、便携式游戏装置等等)。其它示例包含通信装置(包含蜂窝电话，诸如智能电话)和媒体装置(包含记录器、编辑器和播放器，诸如电视、机顶盒、音乐播放器、数字相框和数字相机)。此外，电子系统可以是输入装置的主机或从属。
输入装置(100)可实现为电子系统的物理部分，或者可与电子系统物理分开。视情况而定，输入装置(100)可使用如下所列的任一项或多项与电子系统的各部分通信：总线、网络和其它有线或无线互连。示例包含I2C、SPI、PS/2、通用串行总线(USB)、MIPI D-PHY、MIPI I3C、蓝牙、RF、电容性通信方法和IRDA。
在图1中，输入装置(100)显示为接近传感器装置(也经常被称为“触摸板”或“触摸传感器装置”)，其配置成感测由一个或多个输入对象在感测区域(120)中提供的输入。示例输入对象包含手指和触控笔(也称为笔)，如图1所示。输入对象可包含无源笔(未示出)和有源笔(例如，配对有源笔(140)、未配对有源笔(145))。有源笔(140，145)通常包含由笔中的电源驱动的发射器，与由接近传感器装置检测的在笔上没有有源发射器的无源笔形成对照。发射器可提供用于标识有源笔的位置、接收数据(例如配置数据、时隙信息、频率信息等)并发送数据(例如压力、颜色或按钮状态信息)的部件。
感测区域(120)涵盖输入装置100上面、周围、内部和/或附近的任何空间，在其中输入装置(100)能够检测到用户输入(例如，由一个或多个输入对象(140，145)提供的用户输入)。具体感测区域的尺寸、形状和定位可逐个实施例变化很大。在一些实施例中，感测区域(120)沿一个或多个方向从输入装置(100)的表面延伸到空间中，直到信噪比阻止了足够准确的对象检测。在各种实施例中，这个感测区域(120)沿具体方向延伸的距离可大约小于1毫米、几毫米、几厘米或更大，并且可随着使用的感测技术类型和期望的准确度显著变化。从而，一些实施例感测输入包括：与输入装置(100)的任何表面都没有接触、与输入装置(100)的输入表面(例如触摸表面)接触、与和某一定量的所施加的力或压力耦合的输入装置(100)的输入表面接触、和/或它们的组合。在各种实施例中，输入表面可由壳体(传感器电极驻留在其中)的表面、由施加在传感器电极上的面板或任何壳体等提供。在一些实施例中，感测区域(120)在投影到输入装置(100)的输入表面上时具有矩形形状。
输入装置(100)可利用传感器组件和传感技术的任何组合来检测感测区域(120)中的用户输入。输入装置(100)包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为几个非限制示例，输入装置(100)可使用电容性、弹性、电阻性、电感性、磁性、声学、超声和/或光学技术。
一些实现配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维度空间的图像。一些实现配置成沿具体轴或平面提供输入的投影。另外，一些实现可配置成提供一个或多个图像和一个或多个投影的组合。
在输入装置(100)的一些电阻性实现中，柔性且导电第一层通过一个或多个隔片元件与导电第二层分开。在操作期间，在这些层上创建一个或多个电压梯度。按压柔性第一层可使它足够偏斜以在层间创建电接触，导致反映层间(一个或多个)接触点的电压输出。这些电压输出可用于确定位置信息。
在输入装置(100)的一些电感性实现中，一个或多个感测元件获得由谐振线圈或线圈对感应的环流。然后可使用电流的幅度、相位和频率的某种组合确定位置信息。
在输入装置(100)的一些电容性实现中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入对象引起电场中的改变，并且在电容性耦合中产生可检测的改变，这些改变可被检测为电压、电流等的改变。
一些电容性实现利用电容性感测元件的阵列或其它规则或不规则图案以创建电场。在一些电容性实现中，单独的感测元件可欧姆地短接在一起以形成更大的传感器电极。一些电容性实现利用电阻片，其可以是电阻均匀的。
一些电容性实现利用基于传感器电极与输入对象之间电容性耦合的改变的“自电容”(或“绝对电容”)感测方法。在各种实施例中，靠近传感器电极的输入对象更改靠近传感器电极的电场，从而改变测量的电容性耦合。在一个实现中，绝对电容感测方法通过相对于参考电压(例如系统地)调制传感器电极并通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合来操作。
一些电容性实现利用基于传感器电极之间电容性耦合的改变的“互电容”(或“跨电容”)感测方法。在各种实施例中，靠近传感器电极的输入对象更改传感器电极之间的电场，从而改变测量的电容性耦合。在一个实现中，跨电容感测方法通过检测一个或多个发射器传感器电极(也称为“发射器电极”)与一个或多个接收器传感器电极(也称为“接收器电极”)之间的电容性耦合来操作。发射器传感器电极可相对于接收器传感器电极进行调制。例如，发射器传感器电极可相对于参考电压进行调制以发射发射器信号，并且接收器传感器电极可相对于参考电压保持基本恒定以便于接收结果信号。参考电压可以是基本恒定的电压或变化的电压。在各种实施例中，参考电压可以是系统地。结果信号可包括对应于一个或多个发射器信号和/或一个或多个环境干扰源(例如其它电磁信号)的(一个或多个)效应。传感器电极可以是专用发射器或接收器，或者可配置成既发射又接收。
在图1中，处理系统(110)被显示为输入装置(100)的一部分。处理系统(110)配置成操作输入装置(100)的硬件来检测感测区域(120)中的输入。处理系统(110)包括一个或多个集成电路(IC)和/或其它电路组件中的部分或所有。例如，互容传感器装置的处理系统可包括配置成用发射器传感器电极发射信号的发射器电路和/或配置成用接收器传感器电极接收信号的接收器电路。在一些实施例中，处理系统(110)还包括电可读指令，诸如固件代码、软件代码等等。在一些实施例中，构成处理系统(110)的组件定位在一起，诸如接近输入装置(100)的(一个或多个)感测元件。在其它实施例中，处理系统(110)的组件在物理上分开，其中一个或多个组件靠近输入装置(100)的(一个或多个)感测元件，并且一个或多个组件在别处。例如，输入装置(100)可以是耦合到计算装置的外围装置，并且处理系统(110)可包括配置成运行在计算装置的中央处理单元和与该中央处理单元分开的一个或多个IC(可能具有关联的固件)上的软件。作为另一示例，输入装置(100)可物理上集成在移动装置中，并且处理系统(110)可包括作为移动装置的主处理器一部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统(110)专用于实现输入装置(100)。在其它实施例中，处理系统(110)还执行其它功能，诸如操作显示屏、驱动触觉激励器等。
处理系统(110)可实现为处置处理系统(110)不同功能的模块集合。每个模块都可包括作为处理系统(110)一部分的电路、固件、软件或它们的组合。在各种实施例中，可使用模块的不同组合。示例模块包含用于操作硬件(诸如传感器电极和显示屏)的硬件操作模块、用于处理数据(诸如传感器信号和位置信息)的数据处理模块和用于报告信息的报告模块。另外的示例模块包含配置成操作(一个或多个)感测元件以检测输入的传感器操作模块、配置成标识手势(诸如模式改变手势)的标识模块和用于改变操作模式的模式改变模块。在一个或多个实施例中，一个或多个模块可包括在单独集成电路中。例如，第一模块可包括在第一集成电路内，并且单独模块可包括在第二集成电路内。另外，单个模块可包括在多个集成电路内。
在一些实施例中，处理系统(110)通过引起一个或多个动作而直接对感测区域(120)中的用户输入(或没有用户输入)做出响应。示例动作包含改变操作模式以及GUI动作，诸如光标移动、选择、菜单导航和其它功能。在一些实施例中，处理系统(110)向电子系统的某一部分(例如，向与处理系统(110)分开的电子系统的中央处理系统，如果此类单独中央处理系统存在的话)提供有关输入(或没有输入)的信息。在一些实施例中，电子系统的某一部分处理从处理系统(110)接收的信息，以对用户输入起作用，诸如促进全范围的动作，包含模式改变动作和GUI动作。
例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入装置100的(一个或多个)感测元件以产生指示感测区域120中输入(或没有输入)的电信号。处理系统110可在产生提供给电子系统的信息时对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可对从传感器电极获得的模拟电信号进行数字化。作为另一示例，处理系统110可执行滤波或其它信号调节。作为又一示例，处理系统110可减去或者以其他方式将基线考虑进去，使得该信息反映电信号与基线之间的差。作为又一些示例，处理系统110可确定位置信息，将输入识别为命令，识别笔迹等等。
本文所广泛使用的“位置信息”涵盖绝对位置、相对位置、速度、加速度和其它类型的空间信息。示范“零维”位置信息包含靠近/远离或接触/没有接触信息。示范“一维”位置信息包含沿轴的位置。示范“二维”位置信息包含在平面中的移动。示范“三维”位置信息包含在空间中的瞬时或平均速度。另外的示例包含空间信息的其它表示。还可确定和/或存储有关一种或多种类型的位置信息的历史数据，例如包含随时间跟踪位置、移动或瞬时速度的历史数据。
在一些实施例中，输入装置100用由处理系统110或由某一其它处理系统操作的附加输入组件实现。这些附加输入组件可提供感测区域120中的输入的冗余功能或某一其它功能。图1示出了靠近感测区域120的按钮130，其可用于便于使用输入装置100选择条目。其它类型的附加输入组件包含滑动条、球、轮、开关等等。相反，在一些实施例中，输入装置100可在没有其它输入组件的情况下实现。
在一些实施例中，输入装置100包括触摸屏界面，并且感测区域120交叠显示屏(155)的活动区的至少一部分。例如，输入装置100可包括覆盖显示屏(155)的基本上透明的传感器电极，并提供关联的电子系统的触摸屏界面。显示屏可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型动态显示器，并且可包含任何类型发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子、电致发光(EL)或其它显示技术。输入装置100和显示屏可共享物理元件。例如，一些实施例可利用相同电气组件中的一些进行显示和感测。在各种实施例中，输入装置100可包括配置用于显示更新和输入感测的一个或多个传感器电极。在一些实施例中，所描述的有源笔可与不透明表面而不是显示器一起使用。另外，有源笔在感测区域中进行交互作用的表面可以是固定表面或弯曲表面和/或柔性表面。作为另一示例，显示屏可部分或总体由处理系统110操作。在一些实施例中，电容性地感测输入对象可与显示更新或部分显示更新同步。
应该理解到，虽然本发明的许多实施例在全功能设备的上下文中描述，但本发明的机制能够以各种各样的形式分布为程序产品(例如软件)。例如，本发明的机制可被实现并分布为由电子处理器可读的信息承载介质(例如，由处理系统110可读的非暂态计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质)上的软件程序。此外，本发明的实施例同样适用，而与用于执行分布的介质的具体类型无关。非暂态电可读介质的示例包含各种盘、存储条、存储卡、存储模块等等。电可读介质可基于闪存、光学、磁性、全息或任何其它存储技术。
在一个或多个实施例中，数据由有源笔(140，145)无线发射到处理系统(110)。这个发射的数据可规定有源笔(140，145)的一个或多个属性。例如，该数据可规定在有源笔(140，145)的笔尖处测量的压力或力。作为另一示例，该数据可规定有源笔(140，145)的每个按钮的按钮状态(例如已按下、未按下等)。作为另一示例，该数据可规定笔的倾斜度和/或笔的加速度。作为又一示例，该数据可规定有源笔(140，145)正在操作的模式(例如擦除模式)。
在一个或多个实施例中，所发射的数据可包含唯一ID(例如序列号)、供应商零件号、版本ID或可由有源笔(140，145)的制造商设置的任何值。在一个或多个实施例中，所发射的数据包含有源笔(140，145)的(一个或多个)操作条件，例如包含电池电量、低电池电量警告或其它错误消息。
在一个或多个实施例中，所发射的数据包含与通信协议关联的消息。示例消息包含指示有源笔(140，145)恰当接收到来的消息的“ACK”消息和指示有源笔(140，145)拒绝接受到来的消息的“REJECT”消息。
在一个或多个实施例中，有源笔(140，145)发射各种各样的传感器数据。例如，有源笔(140，145)可与指纹传感器(例如用于签名的用户认证)嵌入在一起，并且所发射的数据可包含与指纹传感器关联的数据。懂得此具体实施方式的益处的本领域技术人员将认识到，所发射的数据可包含传统上不按手写笔和电子笔分类的各类数据。
此数据可在一个或多个下游分组中从有源笔(140，145)发射到处理系统(110)(如下面论述的)。这些属性可在下游分组的字段内规定。处理系统(110)可基于所接收的下游分组来确定有源笔(140，145)的属性。这些确定的属性可影响处理位置信息和/或向主机报告的方式。这些确定的属性也可触发(上面论述的)各种动作发生。属性还可包含当前与有源笔(140)关联的并且当在显示屏(155)上从有源笔画出输入时应该显示的笔颜色。属性还可规定笔尖，该笔尖以与笔颜色类似的方式用于影响来自有源笔(140)的输入被如何显示在显示屏(155)上。例如，一个笔尖可能类似于荧光记号笔，并导致画出粗线，而另一笔尖可能类似于铅笔，并导致画出细线。另外，笔尖可影响有源笔在所产生的显示绘画上具有多少效果倾斜。属性数据还可包含对用户不显而易见的数据，诸如在一段时间内恒定的用户ID。可从有源笔(140)向处理系统(110)下游发射的许多属性还可从处理系统向有源笔(140)上游发射。例如，墨水颜色可经由有源笔上的按钮选择，或者经由智能电话的感测区域进行选择。将当前颜色状态传递到两个装置，而不管在哪里进行选择，可能是有益的。
在本发明的一个或多个实施例中，有源笔被归类为配对有源笔(140)或未配对有源笔(145)。每个配对有源笔(140)被指配了唯一笔标识(ID)。不是每个未配对有源笔(145)都已经被指配了笔ID，和/或每个未配对有源笔(145)被设置成默认笔ID(例如，笔ID＝0)。当前被归类为配对有源笔的有源笔在将来某一点可变成未配对有源笔。类似地，当前被归类为未配对有源笔的有源笔在将来某一点可变成配对有源笔。在本发明的一个或多个实施例中，有源笔在它能向处理系统(110)发射下游分组之前必须配对。
在本发明的一个或多个实施例中，在重复的信标周期的上下文内，数据在处理系统(110)与有源笔(140，145)之间交换。传感器模块(160)配置成通过广播信标信号(即，单个宽带通信分组)来发起信标周期。例如，信标信号可使用具有64码片扩频码和1MHz码片速率(0-500kHz带宽)的码分多址(CDMA)直接序列扩频(DSSS)格式。作为另一示例，通信可经由31码片扩频码和/或3位Barker码前导码实现。而且，每个信标信号可持续近似1.28ms，并且具有超过3V的幅度。当然，信标信号持续时间可根据选择的特定配置而改变。
在一个或多个实施例中，信标信号向所有有源笔(140，145)提供时序基准。预定数量的时隙(例如16、32、64等)在信标信号后面，并以信标信号的结尾为基准。每个时隙可具有相同持续时间(例如0.25ms、0.5ms、1ms等)。附加地或备选地，不同时隙可具有不同持续时间。就在这些时隙期间，配对有源笔(140)发射它们的下游分组。每个下游分组长度例如可以是21位(1个起始位、16位数据、4位循环冗余校验(CRC))。在一个或多个实施例中，单个下游分组在多个(例如2、4、8等)级联时隙上发射。
在一个或多个实施例中，不同有源笔在不同时隙期间发射它们的下游分组。附加地或备选地，多个有源笔在(一个或多个)相同时隙期间发射它们的下游分组，但每个有源笔使用具有不同频率的载波信号。附加地或备选地，多个有源笔在(一个或多个)相同时隙期间发射它们的下游分组，但每个有源笔使用不同正交编码序列(例如CDMA)来调制笔信号发射。在一个或多个实施例中，每个有源笔通过用下游分组的内容调制(例如使用开关键控(OOK)、二进制相移键控(BPSK)等)载波信号来发射其下游分组。在一个或多个实施例中，有源笔在发射其下游分组之前发射单个频率(例如60Hz、120Hz、180Hz等)导频音(用于定位和同步)。下游分组可由传感器模块(160)接收(例如调制)。确定模块(150)可解析这些下游分组以确定有源笔(140，145)的一个或多个属性。
图3示出了按照一个或多个实施例的时序图。确切地说，图3示出了信标周期(302)。信标周期(302)开始于信标信号(304)。多个时隙在信标信号(304)后面。就在这些时隙期间，配对有源笔(例如笔#1、笔#2、笔#3、笔#4)发射它们的下游分组(306)。如图3所示，存在多个时隙，其中笔#1和笔#4都正在发射它们的下游分组(306)。然而，笔#1正在使用具有F1频率的载波信号，而笔#4正在使用具有F2频率的载波信号。还如图3所示，笔#1和笔#2各使用具有相同频率(即F1)的载波信号。然而，笔#1和笔#2在不同时隙期间发射它们的下游分组(306)。信标周期(302)可重复多次。
在一个或多个实施例中，信标信号(304)包含上游分组(308)。上游分组(308)可通过规定笔ID来以其中一个有源笔为目标。在一个或多个实施例中，仅具有匹配的笔ID的有源笔利用上游分组(308)。换言之，没有匹配ID的有源笔可废弃/忽略上游分组(308)。上游分组(308)可规定一个或多个时隙和一个或多个频率。上游分组(308)还可规定下游分组尺寸、下游分组数量、下游分组速率等。在接收到上游分组(308)时，有源笔可将它自己重新配置成在(一个或多个)时隙期间并以在上游分组(308)中规定的频率/多个频率发射其下游分组。
懂得此具体实施方式的益处的本领域技术人员将认识到，处理系统(110)可使用上游分组(308)动态配置和重新配置其中一个或多个有源笔。在一个或多个实施例中，当在其中一个载波信号频率检测到噪声时，重新配置的需要出现了。可选择新载波信号频率以便减轻噪声。
如上面所论述的，信标信号(304)由所有有源笔(包含未配对有源笔)接收。未配对有源笔可用可编程开/关占空比侦听信标信号(304)。在一些实施例中，可利用开/关占空比降低有源笔的功耗。在本发明的一个或多个实施例中，未配对有源笔用确认(ACK)来响应信标信号(304)。ACK可在默认频率上在紧接在信标信号(304)后面的时隙中发射。也可使用其它时隙。在一些实施例中，ACK频率可变。它也可由上行链路信标设置。
在一个或多个实施例中，上游分组(308)用于在接收到ACK之后使未配对有源笔(例如未配对有源笔(145))配对。在此类实施例中，上游分组(308)可包含默认笔ID(即，笔ID＝0)、要指配给未配对有源笔的新笔ID以及由未配对有源笔发射其下游分组所使用的一个或多个时隙和载波信号频率。一旦未配对有源笔被指配了(非零)笔ID、时隙和载波信号频率，未配对有源笔现在就被归类为配对有源笔。这在图4中例证了(下面论述)。
图4示出了按照一个或多个实施例的时序图。如图4所示，存在信标周期(402)，其开始于初始信标信号(422)，后面是多个时隙(即，t1、t2...t14)(416)。在紧接在信标信号后面的时隙(即t1)中，处理系统(110)响应于初始信标信号(422)而从未配对有源笔接收ACK(425)。然后，在随后信标周期中，信标信号(430)包含具有指配给未配对有源笔的新笔ID、时隙和载波频率的上游分组，以供现在配对的有源笔发射其下游分组。在一些实施例中，信标还可请求笔在当前信标周期中发射。也就是，笔不需要等待到下一信标周期。
回头参考图1，在本发明的一个或多个实施例中，处理系统(110)包含安静ID列表(152)。安静ID列表(152)可用硬件、软件、固件或它们的任何组合来实现。如上面所论述的，处理系统(110)正在期待在不同时隙来自各种配对有源笔的下游分组。在本发明的一个或多个实施例中，如果确定模块(150)在配对有源笔的一个或多个信标周期上检测到一个或多个丢失的下游分组，则确定模块(150)假定配对有源笔不再在范围内。确定模块(150)然后将配对有源笔的笔ID添加到安静ID列表(152)。而且，当是时候向未配对有源笔指配新笔ID时，确定模块(150)可在安静ID列表(152)中选择最古老的笔ID用作新笔ID。尽管图1公开了一列表，但也可使用其它数据结构。
图2示出了按照本发明一个或多个实施例的有源笔(240)的框图。有源笔(240)实质上可与上面参考图1论述的有源笔(140，145)相同。如图2所示，有源笔(240)包含笔尖(229)、按钮(226)、收发器(228)、ID寄存器(230)和确定模块(222)。而且，有源笔(240)可具有附加传感器(例如，力传感器、加速计、桶握持传感器(barrel-grip sensor)、指纹传感器、电池状态传感器等)(未示出)。如上面所论述的，每个按钮(226)的状态、相对笔尖(229)测量的压力或力、有源笔(240)的加速度等全都是可编码在下游分组中并发射到处理系统(110)的潜在属性。
在一个或多个实施例中，有源笔(240)包含收发器(228)。收发器(228)配置成接收广播的信标信号。收发器(228)还配置成在指配的时隙期间并使用指配的载波信号频率发射有源笔(240)的下游分组。尽管图2仅示出了一个收发器(228)，但有源笔(240)可具有多个收发器(未示出)。多个收发器(未示出)中的每个都可发射下游分组。而且，处理系统(110)可基于来自不同收发器的多个下游分组和/或来自多个收发器的信号的相对强度来确定其中一个有源笔的属性(例如笔倾斜度等)。
在一个或多个实施例中，第二收发器(未示出)使用与第一收发器(228)使用的时隙相同或不同的时隙发射与第一收发器(228)相同或不同的导频音。在此类实施例中，两个收发器都由主机经由信标信号使用相同笔ID配置。如果处理系统在第一位置(例如x1，y1)检测到第一发射器(228)，处理系统(110)在第二位置(x2，y2)检测到第二发射器，并且第一发射器与第二发射器之间的距离已知，则处理系统(110)可确定倾斜角。
虽然图2例证了具有单个收发器的有源笔，但应该认识到，也可使用具有多个收发器/发射器的有源笔或其它输入对象。多个收发器可同时与处理系统(110)配对。这可能在各种情形下是有用的。例如，在有源笔中具有多个收发器可允许处理系统确定有源笔的倾斜度。处理系统可检测两个收发器在感测区域中的定位。根据它们在有源笔上的放置，在感测区域中观测到的水平距离之间的距离将随笔的倾斜度而变化。这将发生在一个收发器被放置在笔的笔尖处而第二收发器被另外布置在笔的笔身上的情况下。通过确定每个收发器在感测区域中的定位，处理系统能确定笔倾斜的近似角度。这使处理系统能够确定平坦表面上的X-Y位置和角度。在3D或弯曲的感测区域中，处理系统可确定位置和倾斜度。其它装置也可受益于多个收发器。例如，多个收发器可允许用户在感测区域中规定一条线，允许指示直线，类似于通常使用物理尺子画直线。
在本发明的一个或多个实施例中，有源笔(240)包含ID寄存器(230)。ID寄存器(230)存储由处理系统(110)所指配的(例如由上游分组(308)所指配的)有源笔(240)的笔ID。在一个或多个实施例中，如果有源笔(240)未配对，则笔ID＝0。相比之下，如果有源笔(240)配对，则笔ID≠0。懂得此具体实施方式的益处的本领域技术人员将认识到，当有源笔(240)远离输入装置(100)移动时，越来越有可能的是，有源笔(240)将离开信标信号的范围。在一个或多个实施例中，有源笔(240)包含确定模块(222)。确定模块(222)检测到丢失的(即未接收到的)信号信标。如果检测到一个或多个丢失的信号信标，则确定模块(222)可通过将ID寄存器设置成0来使有源笔(240)未配对。
回头参考图1，尽管具体实施方式已经聚焦在有源笔(140，145)向处理系统(110)发射下游分组上，但在一个或多个实施例中，数据从处理系统(110)发射到一个或多个有源笔(140，145)。换言之，发射下游分组可暂时停止，并且有源笔(140，145)在一个或多个信标周期内进入特殊接收模式。在接收模式时，传感器模块(160)可经由上游数据分组发射新的或更新的固件数据，以便安装在有源笔(140，145)上。用这种方式，而不是发射诸如颜色的物理属性，处理系统(110)可经由一个或多个上游数据分组向有源笔发射更新的固件。在一个实施例中，有源笔可在完成固件数据的接收之后立即安装更新的固件。在其它实施例中，有源笔可延迟固件的安装，以免干扰标准操作或冒安装故障的风险。例如，有源笔可等待，直到它已经未配对一段时间了，它在电池阈限以上，和/或直到其电池连接到电源以发起安装。在安装了更新的固件之后，有源笔可重新开始标准操作，并尝试在检测到信标信号时配对。懂得此具体实施方式的益处的本领域技术人员将认识到，在有源笔(140，145)上执行的固件控制有源笔(140，145)的各种操作。
在本发明的一个或多个实施例中，多个未配对有源笔存在于处理系统(110)的范围内。换言之，多个未配对有源笔可接收由传感器模块(160)广播的信标信号。如果两个(或更多)未配对有源笔响应于信标信号而同时尝试与处理系统(110)配对(即，每一个未配对有源笔都发送ACK)，则可能存在冲突。在一个或多个实施例中，确定模块(150)配置成检测多个有源笔之间的冲突。而且，确定模块(150)可生成冲突分组，冲突分组由传感器模块(160)发送到多个未配对有源笔。在一些实施例中，冲突分组可被发送到所有笔，因为可能不知道有多少笔配对和未配对，并且是否每个笔都相信它配对了。响应于接收到收集分组，每一个未配对有源笔在重新尝试与处理系统(110)配对之前都可等待随机时间间隔(例如，随机数量的信标周期)。换言之，未配对有源笔在随机时间间隔期间可能不发送对任何接收的信标信号的任何确认。
在本发明的一个或多个实施例中，在两个或更多配对有源笔(140)之间可能存在冲突。通过注意到在相同时隙和频率但在不同定位(在X或Y或者二者)处接收响应，可检测到冲突。在此情况下，传感器模块可向这些配对有源笔广播冲突分组。作为响应，有源笔将未配对，等待随机数量的传感器信标，并试图和重新建立通信。
在本发明的一个或多个实施例中，有源笔(140，145)的每个用户都与用户ID(例如字母数字值)关联。用户ID可被硬编码到用户的有源笔中。附加地或备选地，用户可将用户ID输入到处理系统(110)中。例如，输入用户ID可以是应用登录程序的一部分。处理系统(110)可(例如在上游分组(308)中，如上面参考图3论述)将用户ID发射到由用户操作的有源笔。用户ID可由有源笔在随后与处理系统(110)或另一输入装置(未示出)的处理系统配对期间发射。类似地，用户的优选或其他关联的墨水颜色、笔尖或其它属性可由处理系统(110)确定和利用和/或发射到有源笔。此类属性还可被存储到或硬编码到有源笔中。
图5示出了按照本发明一个或多个实施例的流程图。该流程图描绘了用于操作输入装置(例如输入装置(100))的过程。确切地说，所描绘的过程可用于使未配对有源笔与输入装置配对。图5中的一个或多个步骤可由输入系统(100)的组件执行，如上面参考图1论述。在本发明的一个或多个实施例中，在图5示出的一个或多个步骤可被省略、重复和/或以与图5中示出的次序不同的次序执行。因而，本发明的范围不应该被视为局限于在图5示出的步骤的特定排列。
最初，通过向多个有源笔(AP)广播信标信号发起信标周期(步骤505)。信标信号可由处理系统的传感器模块广播。信标信号由处理系统范围内的配对AP和未配对AP接收。信标信号向所有AP提供时序基准。预定数量的时隙(例如16、32、64等)在信标信号后面，并以信标信号的结尾为基准。
在步骤510，从未配对AP接收ACK。ACK可在紧接在信标信号后面的时隙中接收。ACK可在由所有未配对AP使用的默认频率上接收。备选地，ACK可在由信标信号发送到笔的数据消息指示的频率上接收。未配对AP可具有笔ID＝0。在一些实施例中，AP可在相同信标周期期间既对ACK进行回复，又在指配的时隙期间发射。
在步骤515，在信标周期的时隙期间从配对AP接收下游分组。每个配对AP在其指配的时隙期间并以其指配的频率发射其下游分组。处理系统可基于下游分组的内容(例如字段)确定每个配对AP的一个或多个属性。
在步骤520，通过广播另一信标信号来发起随后信标周期。这个信标信号可包含以发送ACK的未配对AP为目标的上游分组。上游分组可规定未配对AP的新笔ID、一个或多个时隙以及一个或多个频率以供AP发射其下游分组。未配对AP现在是配对AP。
在步骤530，在指配的时隙期间并以指配的频率从配对AP接收下游分组，包含新配对AP。和前面类似，处理系统可基于下游分组的内容(例如字段)确定每个配对AP的一个或多个属性。
图6示出了按照本发明一个或多个实施例的流程图。该流程图描绘了用于操作输入装置(例如输入装置(100))的过程。确切地说，所描绘的过程可用于管理笔ID。图6中的一个或多个步骤可由如上面参考图1论述的输入装置(100)的组件执行。在本发明的一个或多个实施例中，在图6示出的一个或多个步骤可被省略、重复和/或以与图6中示出的次序不同的次序执行。因而，本发明的范围不应该被视为局限于在图6示出的步骤的特定排列。另外，在图6中描绘的过程可在图5中描绘的过程之前、期间或之后执行。
最初，检测到来自配对AP的一个或多个丢失的下游分组(步骤605)。如上面所论述的，每个配对AP被指配了时隙和频率以便发射其下游分组。因而，如果分组在一个或多个预期时隙期间未从配对AP到达，则有可能配对AP已经被重新定位在输入装置的发射范围以外。
在步骤610，配对AP的笔ID被添加到安静ID列表。安静ID列表记录之前配对AP，下游分组不再从之前配对AP中接收。笔ID被再循环以便将来配对。
在步骤615，选择安静ID列表中的最古老的笔ID。确切地说，输入装置响应于未配对AP尝试与输入装置配对而选择最古老的笔ID。例如，未配对AP可响应于由输入装置广播的信标信号而发送ACK。备选地，选择不是最古老的笔ID的笔ID。在一个或多个实施例中，选择的笔ID足够老，使得存在之前指配了选择的笔ID的有源笔已经离开系统(例如不再在处理系统(110)的范围内)的某一置信度。
在步骤620，生成上游分组。上游分组包含选择的笔ID。上游分组以尝试配对的未配对AP为目标，并给未配对AP指配选择的笔ID。在随后信号信标中发射上游分组。在接收到上游分组时，未配对AP有效地变成配对AP，并且可在其指配的时隙期间并以其指配的频率发射其下游分组。
图7示出了按照本发明一个或多个实施例的流程图。该流程图描绘了用于操作有源笔(例如有源笔(240))的过程。图7中的一个或多个步骤可由如上面参考图2论述的有源笔(240)的组件执行。在本发明的一个或多个实施例中，在图7示出的一个或多个步骤可被省略、重复和/或以与图7中示出的次序不同的次序执行。因而，本发明的范围不应该被视为局限于在图7示出的步骤的特定排列。另外，在图7中描绘的过程可在图5和图6中描绘的过程之前、期间或之后执行。
最初，有源笔接收上游分组(步骤705)。在输入装置广播的信标信号期间接收上游分组。上游分组可指配/规定笔ID(例如笔ID＝5)、一个或多个时隙以及发射下游分组的一个或多个频率。有源笔现在已配对。
在步骤710，有源笔在其指配的时隙期间并以其指配的频率向输入装置发射其下游分组。下游分组可由有源笔中的一个或多个收发器发射。下游分组可包含有源笔的一个或多个属性。
在步骤715，在随后信标信号期间，有源笔接收另一上游分组。这个新上游分组目标是有源笔，因为上游分组规定与指配给有源笔的笔ID相同的笔ID(即，笔ID＝5)。上游分组还规定了新时隙和/或新频率。换言之，输入装置正在尝试重新配置有源笔。重新配置可对检测的噪声和减轻噪声的尝试进行响应。
在步骤720，重新配置的有源笔现在在新指配的时隙期间和/或以新指配的载波信号频率发射其下游分组。
在步骤725，有源笔不再接收信标信号。换言之，有源笔检测到一个或多个丢失的信标信号。例如，有源笔可被重新定位在输入装置的范围以外。
在步骤730，在检测到一个或多个丢失的信标信号之后，有源笔可通过将其笔ID设置成0来使它自己未配对。在一个或多个实施例中，有源笔可仅在丢失阈限数量/计数(例如5、7、12等)的信标信号之后，使它自己未配对。
从而，呈现了本文阐述的实施例和示例，以便最佳地说明本发明及其具体应用，并由此使本领域技术人员能够制作和使用本发明。然而，本领域技术人员将认识到，已经仅为了例证和示例的目的呈现了前述描述和示例。所阐述的描述并不打算是穷尽的，或将本发明限制于所公开的精确形式。
虽然已经相对于有限数量的实施例描述了本发明，但懂得此公开的益处的本领域技术人员将认识到，可想出不脱离本文所公开的发明范围的其它实施例。因而，本发明的范围应该仅由所附权利要求书限制。

Claims (26)

1.一种用于输入装置的处理系统，所述处理系统包括：
传感器模块，其耦合到传感器电路并配置成：
通过向多个有源笔广播当前信标信号来发起包括多个时隙的当前信标周期；
在第一时隙期间从第一有源笔收发器接收第一下游分组；以及
在第二时隙期间从第二有源笔收发器接收第二下游分组；以及确定模块，其配置成：
至少根据所述第一下游分组来确定包括所述第一有源笔收发器的第一有源笔的属性。
2.如权利要求1所述的处理系统，其中所述第一有源笔进一步包括所述第二有源笔收发器，并且其中根据所述第二下游分组进一步确定所述第一有源笔的属性。
3.如权利要求1所述的处理系统，其中所述属性是从由笔倾斜度、颜色和擦除模式组成的组中选择的至少一项。
4.如权利要求1所述的处理系统，其中所述确定模块进一步配置成：
根据所述第二下游分组来确定包括所述第二有源笔收发器的第二有源笔的属性。
5.如权利要求1所述的处理系统，其中所述第一有源笔的属性是从由在所述第一有源笔的笔尖处的力测量和在所述第一有源笔上的按钮的按钮状态组成的组中选择的至少一项。
6.如权利要求1所述的处理系统，其中所述确定模块进一步配置成：
生成包括所述第一有源笔的笔标识(ID)的所述第一有源笔的上游分组，
其中所述当前信标信号包括所述第一有源笔的所述上游分组，并且
其中所述第一有源笔响应于包括所述第一有源笔的所述笔ID的所述上游分组而解码所述上游分组。
7.如权利要求6所述的处理系统，其中所述确定模块进一步配置成：
响应于用户登录到应用而获得所述第一有源笔的所述用户的用户ID，
其中所述上游分组包括所述用户ID；并且
其中所述第一有源笔在随后配对中发射所述用户ID。
8.如权利要求1所述的处理系统，其中使用第一频率发射所述第一下游分组，并使用第二频率发射所述第二下游分组。
9.如权利要求8所述的处理系统，其中：
所述传感器模块进一步配置成：
通过广播先前信标来发起先前信标周期；以及
响应于所述先前信标而在所述先前信标周期的时隙期间从所述第一有源笔接收确认，
其中在部分所述先前信标周期期间所述第一有源笔未配对；以及
所述确定模块进一步配置成：
生成规定所述第一有源笔的笔标识(ID)、所述第一时隙和所述第一频率的上游分组，
其中所述当前信标包括所述第一有源笔的所述上游分组。
10.如权利要求4所述的处理系统，其中所述确定模块进一步配置成：
在随后信标周期期间从所述第二有源笔检测丢失的下游分组；以及
在检测到所述丢失的下游分组之后将所述第二笔的笔ID添加到安静ID数据结构。
11.如权利要求4所述的处理系统，其中所述确定模块进一步配置成：
检测所述第一有源笔与所述第二有源笔之间的冲突；以及
生成所述第一有源笔和所述第二有源笔的冲突分组，
其中所述传感器模块进一步配置成发送所述冲突分组，并且
其中所述第一有源笔和所述第二有源笔中的每个都在响应于所述冲突分组而重新尝试配对之前等待随机时间间隔。
12.如权利要求1所述的处理系统，其中所述传感器模块进一步配置成：
在随后信标周期期间在多个时隙上向所述第一有源笔发射固件数据，所述第一有源笔配置成基于所述固件数据更新笔固件。
13.一种用于操作输入装置的处理系统的方法，包括：
通过向多个有源笔广播当前信标信号来发起包括多个时隙的当前信标周期；
在第一时隙期间在第一频率上从第一有源笔收发器接收第一下游分组；
在第二时隙期间在第二频率上从第二有源笔收发器接收第二下游分组；以及
至少根据所述第一下游分组来确定包括所述第一有源笔收发器的第一有源笔的属性。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一有源笔进一步包括所述第二有源笔收发器，并且其中根据所述第二下游分组进一步确定所述第一有源笔的属性。
15.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
根据所述第二下游分组来确定包括所述第二有源笔收发器的第二有源笔的属性。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述第一有源笔的属性是从由在所述第一有源笔的笔尖处的力测量和在所述第一有源笔上的按钮的按钮状态组成的组中选择的至少一项。
17.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
生成包括所述第一有源笔的笔标识(ID)的所述第一有源笔的上游分组，
其中所述当前信标信号包括所述第一有源笔的所述上游分组，并且
其中所述第一有源笔响应于包括所述第一有源笔的所述笔ID的所述上游分组而解码所述上游分组。
18.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
响应于用户登录到应用而获得所述第一有源笔的所述用户的用户ID，
其中所述上游分组包括所述用户ID；并且
其中所述第一有源笔在随后配对中发射所述用户ID。
19.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
在发起所述当前信标周期之前，通过广播先前信标信号发起先前信标周期；
响应于所述先前信标而在所述先前信标周期的时隙期间从所述第一有源笔接收确认，
其中在至少部分所述先前信标周期期间所述第一有源笔未配对；以及
响应于所述确认而生成规定所述第一有源笔的笔ID、所述第一时隙和所述第一频率的上游分组，
其中所述当前信标信号包括所述第一有源笔的所述上游分组。
20.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
在随后信标周期期间从所述第二有源笔检测丢失的下游分组；以及
在检测到所述丢失的下游分组之后将所述第二笔的笔ID添加到安静ID数据结构。
21.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
检测所述第一有源笔与所述第二有源笔之间的冲突；以及
发送所述第一有源笔和所述第二有源笔的冲突分组，
其中所述第一有源笔和所述第二有源笔中的每个都在响应于所述冲突分组而重新尝试配对之前等待随机时间间隔。
22.一种有源笔，包括：
标识(ID)寄存器，其存储笔标识(ID)；
按钮；以及
收发器，其配置成：
从第一输入装置接收包括规定所述笔ID、时隙和频率的上游分组的当前信标信号，
其中所述当前信标信号发起包括多个时隙的当前信标周期；以及
使用在所述上游分组中规定的所述频率在所述上游分组中规定的所述时隙期间向所述第一输入装置发射包括所述按钮的状态的下游分组。
23.如权利要求22所述的有源笔，其中所述收发器进一步配置成：
在接收所述当前信标信号之前从所述第一输入装置接收先前信标，
其中所述先前信标信号发起先前信标周期，并且
其中在至少部分所述先前信标周期内所述有源笔未配对；以及
响应于所述先前信标而发送确认以触发与所述第一输入装置配对。
24.如权利要求23所述的有源笔，其中所述收发器进一步配置成：
从所述第一输入装置接收冲突分组；
响应于所述冲突分组而等待随机时间间隔；以及
在所述随机时间间隔之后重新尝试与所述第一输入装置配对。
25.如权利要求22所述的有源笔，其中所述收发器进一步配置成：
从所述第一输入装置接收用户的用户ID；
在第二输入装置配对期间向所述第二输入装置发送所述用户ID。
26.如权利要求23所述的有源笔，进一步包括：
确定模块，其配置成：
从所述第一输入装置检测到丢失的信标；以及
响应于所述丢失的信标而将所述ID寄存器设置成0以使所述有源笔未配对。
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