压力检测的装置、主动笔芯片及主动笔的制作方法

1.本技术涉及触控领域，并且更具体地，涉及一种压力检测的装置、主动笔芯片及主动笔。


背景技术：

2.随着触控技术的发展，越来越多的终端采用触控方式进行人机交互，主动笔是进行人机交互时使用的常用工具。
3.主动笔在触摸屏等终端上的由于压力不同产生不同书写笔迹的功能靠主动笔中的压力传感器实现。常见的压力传感器有电容式压力传感器和电阻式压力传感器。电容式压力传感器的压力检测原理是：压力变化导致可变电容器两极板间距变化从而导致电容变化。在应用场景中，主动笔通过检测与分析电容变化，能够得到笔尖的压力信息，主动笔将笔尖的压力信息发送给移动设备即可通过对主动笔施加不同的压力实现不同粗细的笔记的书写效果或应用功能。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种压力检测的装置、主动笔芯片及主动笔，能够提升主动笔压力检测的线性度和灵敏度。
5.第一方面，提供了一种压力检测装置，其特征在于，用于主动笔，包括：
6.可变电容器，所述可变电容器包括第一极板和第二极板，所述第一极板与所述主动笔的笔尖连接并可响应于所述主动笔的笔尖接受的外部压力产生移动，以使所述可变电容器的电容值响应于所述外部压力而变化；
7.变压器，所述变压器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈与所述可变电容器连接，所述第二线圈与控制模块连接；
8.控制模块，所述控制模块用于向所述第二线圈输入激励信号，并接收所述第二线圈的输出信号以获取所述外部压力。
9.本技术实施例在电容式主动笔的压力检测装置中引入变压器，与电容式主动笔的可变电容器连接，形成谐振电路，通过检测谐振电路的输出信号获取外部压力，谐振电路具有信号放大效应，约接近谐振频率的信号越会被放大，信号被放大的程度能够反映电容变化的大小，改善了主动笔笔尖压力较小导致电容变化不明显时，无法检测外部压力的情况，提升了压力检测装置的检测灵敏度。
10.在一种可能的实现方式中，所述接收所述第二线圈的输出信号以获取所述外部压力包括：从所述输出信号中解调出与所述第一线圈和所述可变电容器组成的谐振电路的谐振频率对应的谐振信号以获取所述外部压力。本实施例中，通过检测谐振电路的谐振频率检测施加于主动笔笔尖的外部压力，避免了通过可变电容器的电容检测压力时由于电容与电压的非线性关系导致的不同压力范围内灵敏度不一致的问题。由于谐振电路的谐振频率与施加于主动笔笔尖的外部压力呈几乎线性的关系，有效提升了压力检测装置的线性度和
灵敏度，改善了用户的体验。
11.在一种可能的实现方式中，所述接收所述第二线圈的输出信号以获取所述外部压力包括：从输出信号中解调出与可变电容器对应的电容信号以获取外部压力。
12.在一种可能的实现方式中，所述激励信号包括多段不同频率的周期性信号。
13.在一种可能的实现方式中，所述控制模块与所述第二线圈通过单刀双掷开关连接以在所述单刀双掷开关不同的连接状态分别向所述第二线圈输入所述激励信号和接收所述输出信号。
14.本技术实施例通过单刀双掷开关连接控制模块与变压器的第二线圈，单刀双掷开关受控制模块控制分时与控制模块中不同的功能单元连接，在不同的连接状态下分别实现向第二线圈输入激励信号和从第二线圈接收输出信号的功能，简化了压力检测装置的电路结构，提升了压力检测装置的工作效率。
15.在一种可能的实现方式中，所述变压器包括；第一线圈、第二线圈和第三线圈；所述第二线圈和所述第三线圈与控制模块连接，所述控制模块用于向所述第二线圈输入多个频率的激励信号，并从所述第三线圈的输出信号中解调出所述谐振电路的谐振频率对应的谐振信号以获取所述外部压力。
16.在一种可能的实现方式中，所述装置还包括与所述可变电容器并联的基准电容。
17.本技术实施例中，基准电容的电容量与无外力时压力传感器电容的电容量相等，与压力传感器电容并联，能够作为无外力时电容值的参考量，通过在可变电容器上并联基准电容，能够有效避免由于可变电容器在生产过程中的公差导致的检测误差，提升压力检测装置的检测精度。
18.在一种可能的实现方式中，所述控制模块包括：信号发生器，用于产生所述激励信号；信号解调器，用于解调所述输出信号。
19.在一种可能的实现方式中，所述控制模块还包括：滤波器，所述滤波器设置于所述第二线圈与所述信号解调器之间，用于在解调所述输出信号前对所述输出信号进行滤波处理。
20.在解调谐振信号前，通过控制模块中的滤波器滤除干扰信号，如频率与输出信号相近的环境噪声、电工噪声等，能够减小环境对谐振信号的干扰，进一步提升主动笔压力检测装置的准确性。
21.在一种可能的实现方式中，所述控制模块用于：通过所述信号解调器确定所述输出信号中幅值最大的信号为所述谐振信号。
22.在本技术实施例中，信号解调器通过判断不同频率的输出信号的幅值来确定幅值最大的输出信号为谐振信号，从而确定谐振频率，获取主动笔笔尖接受的外部压力。
23.在一种可能的实现方式中，所述信号解调器为正交iq解调器，用于：
24.根据所述输出信号解调出所述输出信号的第一方向的信号i1与所述输出信号的第二方向的信号q1，其中，
[0025][0026]
[0027]
ω为角速度，β为相位，t为时间，acos(ωt
‑
β)为频率为f的所述输出信号，cosωt与sinωt为所述信号发生器向所述iq解调器发送的方向信号，ω＝2πf，a为所述输出信号的幅值，所述第一方向与所述第二方向正交。
[0028]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块用于：
[0029]
根据下式确定所述输出信号的幅值，
[0030][0031]
其中，n为所述输出信号的周期数，t为所述输出信号的周期时间。
[0032]
在本技术实施例中，信号解调器对输出信号进行正交iq解调，能够在输出信号带宽附近较窄的带宽范围内解调输出信号，避免了对一些干扰信号或噪声信号的不必要解调，在没有滤波器的情况下也能滤除一些不必要的信号，提升了压力检测装置的检测性能与工作效率。
[0033]
在一种可能的实现方式中，所述iq解调器的电路包括：并联的第一电路和第二电路，所述第一电路和所述第二电路均至少包括依次相互连接的乘法器、低通滤波器、积分器和模拟数字信号转换器。
[0034]
在一种可能的实现方式中，所述激励信号为周期性的正弦波或余弦波信号。
[0035]
第二方面，提供一种主动笔芯片，用于检测主动笔笔尖的外部压力，其中所述主动笔包括可变电容器和变压器；所述可变电容器包括第一极板和第二极板，所述第一极板与所述主动笔的笔尖连接并可响应于所述主动笔的笔尖接受的外部压力产生移动，以使所述可变电容器的电容值响应于所述外部压力而变化；所述变压器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈与所述可变电容器连接，所述第二线圈与控制模块连接；所述主动笔芯片包括：控制模块，用于向所述第二线圈输入激励信号，并接收所述第二线圈的输出信号以获取所述外部压力。
[0036]
在一种可能的实现方式中，所述接收所述第二线圈的输出信号以获取所述外部压力包括：从所述输出信号中解调出与所述第一线圈和所述可变电容器组成的谐振电路的谐振频率对应的谐振信号以获取所述外部压力。
[0037]
在一种可能的实现方式中，所述激励信号包括多段不同频率的周期性信号。
[0038]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块在第一时间与所述第二线圈连接，用于对所述第二线圈输入所述激励信号，所述控制模块在第二时间与所述第二线圈连接，用于接收所述第二线圈的输出信号。
[0039]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块与所述第二线圈和所述变压器的第三线圈连接，用于对所述第二线圈输入所述激励信号并接收所述第三线圈的输出信号，所述输出信号经所述第一线圈耦合至所述第三线圈。
[0040]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块用于向所述第二线圈输入激励信号，所述激励信号用于经所述第二线圈耦合至所述变压器的第一线圈以在所述第一线圈与可变电容器以及并联与所述可变电容器的基准电容组成的电路中产生输出信号。
[0041]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块包括：信号发生器，用于产生所述激励信号；信号解调器，用于解调所述输出信号。
[0042]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块还包括：
[0043]
滤波器，所述滤波器设置于所述第二线圈与所述信号解调器之间，用于在所述控制模块解调所述输出信号前对所述输出信号进行滤波处理。
[0044]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块还用于：通过所述信号解调器确定所述输出信号中幅值最大的信号为所述谐振信号。
[0045]
在一种可能的实现方式中，所述信号解调器为正交iq解调器，所述iq解调器与所述信号发生器连接，用于：
[0046]
根据所述输出信号解调出所述输出信号的第一方向的信号i1与所述输出信号的第二方向的信号q1，其中，
[0047][0048][0049]
ω为角速度，β为相位，t为时间，acos(ωt
‑
β)为频率为f的所述输出信号，cosωt与sinωt为所述信号发生器向所述iq解调器发送的方向信号，ω＝2πf，a为所述输出信号的幅值，所述第一方向与所述第二方向正交。
[0050]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块用于：根据下式确定所述输出信号的幅值，
[0051][0052]
其中，n为所述输出信号的周期数，t为所述输出信号的周期时间。
[0053]
在一种可能的实现方式中，所述iq解调器的电路包括：并联的第一电路和第二电路，所述第一电路和所述第二电路包括依次相互连接的乘法器、低通滤波器、积分器和模拟数字信号转换器。
[0054]
在一种可能的实现方式中，所述激励信号为周期性的正弦波或余弦波信号。
[0055]
第三方面，提供了一种主动笔，包括：壳体，用于容纳所述主动笔中的功能部件，所述壳体顶端设置有开孔；笔尖，设置于所述壳体内部并通过所述开孔延伸至壳体外，用于模拟真实笔尖并接受的外部压力；以及第一方面中任一种可能的实现方式所述的压力检测装置。
[0056]
第四方面，提供了一种主动笔芯片，用于检测主动笔笔尖的外部压力，其中所述主动笔包括可变电容器和变压器；所述可变电容器包括第一极板和第二极板，所述第一极板与所述主动笔的笔尖连接并可响应于所述主动笔的笔尖接受的外部压力产生移动，以使所述可变电容器的电容值响应于所述外部压力而变化；所述变压器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈与所述可变电容器连接，所述第二线圈与控制模块连接；所述主动笔芯片包括：控制模块，用于向所述第二线圈输入激励信号，并接收所述第二线圈的输出信号以获取所述外部压力。
[0057]
在一种可能的实现方式中，所述接收所述第二线圈的输出信号以获取所述外部压力包括：从所述输出信号中解调出与所述第一线圈和所述可变电容器组成的谐振电路的谐
振频率对应的谐振信号以获取所述外部压力。
[0058]
在一种可能的实现方式中，所述激励信号包括多段不同频率的周期性信号。
[0059]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块在第一时间与所述第二线圈连接，用于对所述第二线圈输入所述激励信号，所述控制模块在第二时间与所述第二线圈连接，用于接收所述第二线圈的输出信号。
[0060]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块与所述第二线圈和所述变压器的第三线圈连接，以使所述控制模块对所述第二线圈输入所述激励信号并接收所述第三线圈的输出信号，所述输出信号经所述第一线圈耦合至所述第三线圈。
[0061]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块用于向所述第二线圈输入激励信号，所述激励信号用于经所述第二线圈耦合至所述变压器的第一线圈以在所述第一线圈与可变电容器以及并联与所述可变电容器的基准电容组成的电路中产生输出信号。
[0062]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块包括：信号发生器，用于产生所述激励信号；信号解调器，用于解调所述输出信号。
[0063]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块还包括：滤波器，所述滤波器设置于所述第二线圈与所述信号解调器之间，用于在所述控制模块解调所述输出信号前对所述输出信号进行滤波处理。
[0064]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块还用于：通过所述信号解调器确定所述输出信号中幅值最大的信号为所述谐振信号。
[0065]
在一种可能的实现方式中，所述信号解调器为正交iq解调器，所述iq解调器与所述信号发生器连接，用于：根据所述输出信号解调出所述输出信号的第一方向的信号i1与所述输出信号的第二方向的信号q1，其中，
[0066][0067][0068]
ω为角速度，β为相位，t为时间，acos(ωt
‑
β)为频率为f的所述输出信号，cosωt与sinωt为所述信号发生器向所述iq解调器发送的方向信号，ω＝2πf，a为所述输出信号的幅值，所述第一方向与所述第二方向正交。
[0069]
在一种可能的实现方式中，所述控制模块用于：根据下式确定所述输出信号的幅值，
[0070][0071]
其中，n为所述输出信号的周期数，t为所述输出信号的周期时间。
[0072]
在一种可能的实现方式中，所述iq解调器的电路包括：并联的第一电路和第二电路，所述第一电路和所述第二电路包括依次相互连接的乘法器、低通滤波器、积分器和模拟数字信号转换器。
[0073]
在一种可能的实现方式中，所述激励信号为周期性的正弦波或余弦波信号。
[0074]
第五方面，提供一种压力检测的方法，其特征在于，应用于主动笔，包括：
[0075]
根据激励信号基于谐振电路产生输出信号，所述激励信号为多段不同频率的周期性波信号，所述输出信号为多段对应的周期性波信号，所述谐振电路包括可变电容器与变压器的第一线圈；
[0076]
解调所述输出信号，根据所述输出信号解调出所述谐振电路的谐振频率对应的谐振信号以获取所述主动笔的笔尖接受的外部压力。
[0077]
基于上述方案，本技术通过在主动笔中引入变压器，通过谐振电路的谐振频率检测主动笔笔尖的外部压力，由于谐振频率与压力呈几乎线性的关系，在任何压力范围内压力检测的灵敏度几乎一致，能够有效改善压力微小的情况下，电容变化过小导致的通过检测电容无法有效检测外部压力的问题，提升了电容式主动笔压力检测或感应的灵敏度，提升了主动笔的工作效率。
附图说明
[0078]
图1是本技术实施例的一种主动笔的外部结构示意图。
[0079]
图2是本技术实施例的一种主动笔应用场景示意图。
[0080]
图3是本技术实施例的一种电容与压力的归一化曲线示意图。
[0081]
图4是本技术实施例一种压力检测装置的示意图。
[0082]
图5是本技术实施例另一种压力检测装置的示意图。
[0083]
图6是本技术实施例一种正交iq解调器的示意图。
[0084]
图7是本技术实施例的一种谐振频率与压力的归一化曲线示意图。
[0085]
图8是本技术实施例的一种主动笔的示意图。
[0086]
图9是本技术实施例的一种主动笔芯片的示意图。
具体实施方式
[0087]
为了使本技术实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面将结合附图，对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0088]
图1是本技术实施例的一种主动笔的外部结构示意图。主动笔100包括笔尖101、笔杆102、笔夹103、笔帽104。其中笔杆102上分布有：笔握105、按键106、发光二极管(light emitting diode,led)指示灯107等功能部件。在如图2所示的主动笔应用场景中，所示，主动笔100能够配合具有触控屏的设备工作：主动笔的笔尖101的笔尖电极能够发送打码信号，触摸屏上一般分布有横纵交错的检测电极，检测电极在主动笔的打码信号触发下产生相应的检测信号，触摸屏中的触控芯片根据检测信号能够计算主动笔的二维位置坐标，实现书写功能。主动笔的笔尖101还连接有一压力传感器，能够检测笔尖101处的压力信息，主动笔将压力信息通过无线通信模块传输给触摸屏，因此触摸屏能够根据压力信息的不同，实现书写时笔迹效果的变化或执行不同的功能。
[0089]
应理解，本技术实施例所述的主动笔压力、主动笔产生的压力、主动笔笔尖接受的外部压力等，是用户通过主动笔输出的压力，即用户的书写压力。用户可以通过主动笔对触摸屏施加压力，根据不同的压力，触摸屏上可以显示主动笔不同的笔记或执行不同的功能，例如，主动笔的压力大小与屏幕显示的笔记粗细相关，该压力可以通过主动笔中的压力传
感器检测。应理解，主动笔的笔杆102上也可具有环电极，也能够实现上述笔尖电极的功能，本技术实施例对此不做限定。
[0090]
目前，按照使用的压力传感器的不同，主动笔可分为两类：电阻式主动笔和电容式主动笔。电阻式主动笔的笔尖一般利用特殊的压变材料，将压力大小转变为压变材料的电阻大小进行检测，控制模块根据检测到的电阻信息解析得到对应的压力信息。电容式主动笔一般利用可变电容器，利用可变电容器极板间距对应的电容表征压力大小，将压力变化转变为电容变化进行检测，控制模块根据检测到的电容信息解析得到对应的压力信息。电容式主动笔中的压力传感器直接与控制模块连接，由控制模块对压力传感器的可变电容进行检测从而获取压力信息。图3是本技术实施例一电容式主动笔中的压力传感器的可变电容与主动笔压力的归一化曲线示意图。由于电容与极板间距的非线性关系，导致电容与压力的关系也是非线性的，一方面，在压力变化量相同的情况下，电容变化量差距较大，即电容式压力传感器在不同的压力范围内灵敏度不同，在压力较小时，电容变化不灵敏，压力较大时，电容变化灵敏，使得主动笔用户必须施加较大的压力才能获得较好的书写体验；另一方面，在压力较小的范围内，由于可变电容器极板间距较大，可变电容器的电容较小，在主动笔笔尖压力微小的应用场景下，可能出现因检测不到电容值而导致主动笔无法获取压力信息的情况，很大程度上影响了主动笔的性能与用户体验。
[0091]
有鉴于此，本技术提供了一种压力检测的装置和主动笔，能够克服上述电容式压力传感器的灵敏度问题，有效提升压力检测的线性度和精度。
[0092]
如图4所示，图4是本技术实施例一种压力检测装置的示意图。
[0093]
一种用于主动笔的压力检测装置400包括：
[0094]
可变电容器401，所述可变电容器包括第一极板和第二极板，所述第一极板与所述主动笔的笔尖连接并响应于所述主动笔的笔尖接受的外部压力产生移动，以使所述可变电容器401的电容值响应于所述外部压力而变化；
[0095]
变压器402，包括第一线圈l1和第二线圈l2，所述第一线圈l1与所述可变电容器401连接，所述第二线圈l2与控制模块403连接；
[0096]
控制模块403，用于向第二线圈l2输入激励信号，接收第二线圈的输出信号以获取主动笔的笔尖接受的外部压力。
[0097]
可选地，控制模块403从输出信号中解调出与所述第一线圈和所述可变电容器组成的谐振电路的谐振频率对应的谐振信号以获取所述外部压力。
[0098]
具体地，第一线圈l1与可变电容器401连接，构成谐振电路。在谐振电路中，当外部输入的信号的频率与谐振电路的谐振频率相等时，此信号将产生谐振被放大，即是谐振信号，谐振信号的频率与谐振电路的谐振频率相等。谐振电路的谐振频率仅与组成谐振电路的元器件有关，即与变压器的第一线圈l1与可变电容401有关，由于变压器线圈的本征性质不会发生改变，当有外力作用于压力传感器时，谐振频率的变化仅与可变电容401有关，而可变电容401的电容变化与其检测到的压力有关，因此，通过解调谐振信号能够得到压力传感器检测到的压力信息。
[0099]
在装置400中，可变电容401与变压器的第一线圈l1形成谐振电路，控制模块403向变压器的第二线圈l2中输入激励信号，激励信号通过变压器的第二线圈l2耦合至第一线圈l1，在谐振电路中产生输出信号，输出信号通过变压器的第一线圈l1又耦合至第二线圈l2，
由与第二线圈相连的控制模块403从输出信号中解调出谐振信号。
[0100]
本技术实施例在电容式主动笔的压力检测装置中引入变压器，与电容式主动笔的可变电容器形成谐振电路，通过谐振电路的谐振频率来检测施加于主动笔笔尖的外部压力，避免了通过可变电容器的电容检测压力时由于电容与电压的非线性关系导致的不同压力范围内灵敏度不一致的问题。由于谐振电路的谐振频率与施加于主动笔笔尖的外部压力呈几乎线性的关系，有效提升了压力检测装置的线性度和灵敏度，改善了用户的书写体验。
[0101]
示例性地，在谐振电路中，无压力作用至可变电容器401时，可变电容器401的电容c0与变压器402的第一线圈l1的电感l0决定谐振电路的谐振频率为f0，当由多个不同频率的激励信号被耦合至谐振电路后产生谐振后，只有频率为f0的激励信号由于谐振电路的谐振效应被放大，相应地，经过l1耦合至l2的输出信号中也只有频率为f0的输出信号被放大，控制模块通过接收并解调返回的谐振信号能够确定此时谐振电路的谐振频率为f0，从而确定此时无压力作用于压力传感器；
[0102]
当有外力作用至压力传感器时，可变电容器的电容变为c1，第一线圈的电感仍是l0，此时谐振电路的谐振频率为f1，类似地，此时只有频率为f1的激励信号能够被lc电路放大，耦合至l2的输出信号中也只有频率为f1的部分被放大，控制模块接收并解调出谐振信号从而确定此时谐振电路的谐振频率为f1，相应地，能够确定作用于压力传感器的压力大小。
[0103]
可选地，控制模块403从输出信号中解调出与可变电容器电容值对应的电容信号以获取所述外部压力。
[0104]
具体地，从第一线圈l1耦合至第二线圈l2的输出信号中携带与可变电容器电容值对应的电容信号，由于谐振电路存在信号放大效应，控制模块403从被放大的输出信号中解调出电容信号可获取外部压力，能够改善压力较小时，电容变化不灵敏导致控制模块检测不到压力变化的情况。
[0105]
可选地，在一个可能的实施例中，所述激励信号包括多段不同频率的周期性信号。
[0106]
具体地，激励信号的频率范围涵盖所述谐振电路的谐振频率。控制模块403通过第二线圈l2将不同频率的激励信号耦合至谐振电路，再通过第二线圈l2接收自第一线圈l1耦合而来的输出信号，通过分析多个频率的输出信号解调出谐振信号，从而获取主动笔笔尖的压力。
[0107]
可选地，控制模块403与第二线圈l2通过单刀双掷开关406连接以在所述单刀双掷开关不同的连接状态分别向所述第二线圈输入所述激励信号和接收所述输出信号。
[0108]
具体地，在一个可能的实施例中，控制模块向第二线圈l2输入激励信号时，如图4所示，单刀双掷开关406与端口s1连接，控制模块从第二线圈l2接收输出信号时，单刀双掷开关406与端口s2连接，单刀双掷开关的连接状态由控制模块403控制。
[0109]
本实施例通过单刀双掷开关连接控制模块与变压器的第二线圈，单刀双掷开关受控制模块控制分时与控制模块中不同的功能单元连接，在不同的连接状态下分别实现向第二线圈输入激励信号和从第二线圈接收输出信号的功能，简化了压力检测装置的电路结构，提升了压力检测装置的工作效率。图5是本技术实施例的另一压力检测装置的示意图。
[0110]
可选地，在一个可能的实施例中，如图5所示，所述压力检测装置还包括与所述可
变电容器并联的基准电容。
[0111]
压力传感器制造过程中存在公差，存在同一批压力传感器的初始电容可能不同的情况，即同一批压力传感器无压力作用时的电容值有差异。基准电容的电容量与无外力时压力传感器电容的电容量相等，与压力传感器电容并联，能够作为无外力时电容值的参考量，在谐振电路中，能够作为谐振电路的谐振频率的参考量，改善由于压力传感器的制造公差影响测量精度的问题，优化了压力检测装置的测量性能。
[0112]
本实施例通过在可变电容器401上并联基准电容407，能够有效避免由于可变电容器在生产过程中的公差导致的检测误差，提升压力检测装置的检测精度。
[0113]
可选地，如图4所示，所述控制模块403包括：信号发生器404，用于产生所述激励信号；信号解调器405，用于解调所述输出信号。
[0114]
可选地，所述控制模块403用于：根据信号解调器405确定所述输出信号中幅值最大的信号为所述谐振信号。
[0115]
具体地，在一种可能的实现方式中，控制模块通过判断不同频率的输出信号的幅值来确定幅值最大的输出信号为谐振信号，从而确定谐振频率，获取主动笔笔尖接受的外部压力，即本技术实施例中，控制模块根据信号解调器解调后的信号分析和确定谐振信号以获取压力信息。
[0116]
可选地，所述变压器包括；第一线圈、第二线圈和第三线圈；所述第二线圈和所述第三线圈与控制模块连接，所述控制模块用于向所述第二线圈输入多个频率的激励信号，并从所述第三线圈的输出信号中解调出所述谐振电路的谐振频率对应的谐振信号以获取所述外部压力。
[0117]
具体地，所述控制模块403分别于所述第二线圈和所述第三线圈连接，其中，第二线圈与信号发生器404连接，使得控制模块403能够向第二线圈输入激励信号；第三线圈与信号解调器405连接，使得控制模块403能够从第三线圈接收输出信号。
[0118]
可选地，所述激励信号为周期性的正弦波或余弦波。
[0119]
应理解，所有能够在谐振电路中产生谐振的周期性信号都能够作为激励信号，本技术实施例以正弦波和余弦波作为示例而非限定。
[0120]
可选地，所述信号解调器405为正交iq解调器，用于：
[0121]
根据所述输出信号解调出所述输出信号的第一方向的信号i1与所述输出信号的第二方向的信号q1，其中
[0122][0123][0124]
ω为角速度，β为相位，t为时间，acos(ωt
‑
β)为频率为f的所述输出信号，cosωt与sinωt为所述信号发生器向所述iq解调器发送的方向信号，ω＝2πf，a为所述输出信号的幅值，所述第一方向与所述第二方向正交。
[0125]
具体地，iq解调器与信号发生器连接，在单刀双掷开关406与端口s2连接的连接状态下，信号发生器能够向iq解调器发送方向信号。在iq解调器中进一步包括乘法器，使得输出信号与方向信号相乘，被表示成方向正交的第一方向的信号i1与第二方向的信号q1，第
一方向与第二方向相位相差90度。其中，方向信号的频率与输出信号的频率一致。
[0126]
可选地，在一种可能的实现方式中，所述控制模块403用于：
[0127]
根据下式确定所述波信号的幅值，
[0128][0129]
其中，n为所述波信号的周期数，t为所述波信号的周期时间。
[0130]
具体地，控制模块对输出信号的处理过程及原理如下：
[0131]
首先对i1与q1进行积分运算得到i2与q2：
[0132][0133][0134]
对i2与q2进行平方运算得到i3与q3：
[0135][0136][0137]
加法运算后开方得到所述波信号的幅值，即：
[0138][0139]
具体地，主动笔工作时，控制模块403中的信号发生器404发出不同频率的周期性正弦波或余弦波作为激励信号，激励信号被变压器402的第二线圈l2耦合至第一线圈l1并经过谐振电路产生相应的不同频率的周期性正弦波或余弦波作为输出信号，输出信号再通过变压器402的线圈之间的电感耦合作用，返回至控制模块403中的信号解调器405。
[0140]
在iq解调器中，还进一步包括逻辑电路和加法器等电路元件，对被表示成i1与q1的输出信号进行积分运算。
[0141]
图6是本技术实施例一种iq解调器的示意图。
[0142]
可选地，在一种可能的实现方式中，所述iq解调器的电路至少包括：并联的第一电路和第二电路，所述第一电路和所述第二电路均包括依次相互连接的乘法器、低通滤波器、积分器和模拟数字信号转换器。
[0143]
具体地，如图6所示，iq解调器600至少包括：
[0144]
并联的第一电路和第二电路，其中，第一电路和第二电路均包括：乘法器601、低通滤波器602、积分器603，模拟数字信号转换器604，下述连接以第一电路作为示例，
[0145]
乘法器601与单刀双掷开关的s2端口相连以接收从变压器402耦合回第二线圈l2的输出信号，乘法器601还与信号发生器404连接以获取方向信号；
[0146]
低通滤波器602具体包括：第一电阻器、第二电阻器、第一放大器以及第一电容器，第一放大器具有第一输入端、第二输入端以及输出端，第一电阻器与乘法器连接并与第一
放大器的第一输入端串联，第二电阻器和第一电容器均与第一放大器的第一输入端以及输出端并联，第一放大器的第二输入端接地。
[0147]
积分器603具体包括：第三电阻器、第二放大器、第二电容器以及开关，第二放大器具有第一输入端、第二输入端以及输出端，第三电阻器的一端与第一放大器输出端相连，另一端与第二放大器的第一输入端相连接，第三电阻器和第二电容器均与第二放大器的第一输入端以及输出端并联，第一放大器的第二输入端接地。
[0148]
模拟数字信号转换器604，与第二放大器的输出端相连以对输出信号进一步处理。
[0149]
在乘法器中601中，输出信号与来自信号发生器的方向信号相乘，示例性地，在第一电路中，输出信号与方向信号sinωt相乘得到第一方向的信号i1，i1经过低通滤波器602滤除一些来自环境的干扰信号后，在积分器603中，输出信号的第一方向的信号i1被积分得到i2，信号i2在模拟数字信号转换器604中被转化成数字信号。类似地，在第二电路中，输出信号与方向信号cosωt经过同样的过程转变为q2的数字信号。
[0150]
相互正交的两路数字信号经控制模块403中的乘法器(图中未示出)转化成i3与q3，最终i3与q3被控制模块合并运算成输出信号对应的幅值a。
[0151]
在本实施例中，通过iq解调器对输出信号进行正交解调，在激励信号为周期性的正弦波或余弦波的情况下，能够快速分析与计算输出信号的幅值判断出谐振信号，进而利用谐振频率检测主动笔笔尖的外部压力。
[0152]
进一步地，由于iq解调器能够在输出信号的带宽附近较窄的带宽范围内解调输出信号，避免了对一些干扰信号或噪声信号的不必要解调，在没有滤波器的情况下也能滤除一些不必要的信号，提升了压力检测装置的检测性能与工作效率。
[0153]
可选地，在一种可能的实现方式中，控制模块还包括：滤波器，所述滤波器设置于所述第二线圈与所述信号解调器之间，用于在解调所述输出信号前对所述输出信号进行滤波处理。
[0154]
在解调谐振信号前，通过控制模块中的滤波器滤除谐振信号频率范围附近的噪声，例如，电工噪声、环境噪声等，能够减小环境噪声对谐振信号的干扰，进一步提升压力检测的准确性。
[0155]
图7为电容式主动笔中的压力传感器的谐振频率与主动笔压力的归一化曲线示意图。图7展示了参数固化后的谐振频率与主动笔压力的关系，由图可知，谐振频率与主动笔压力呈几乎线性的关系，本技术实施例有效改善了主动笔在压力较小时电容式主动笔灵敏度较低或检测不到压力的情况，提升了压力检测装置的检测性能与检测精度。
[0156]
本技术实施例还提供一种主动笔，如图8所示，包括本技术实施例所述的压力检测装置。
[0157]
示例性地，主动笔800包括：
[0158]
壳体801，用于容纳主动笔中的功能部件，所述壳体顶端设置有开孔；
[0159]
笔尖802，设置于壳体中并通过开孔延伸至壳体外，用于模拟真实笔尖并传递压力；
[0160]
可变电容器803，包括第一极板和第二极板，第一极板与笔尖802连接，用于响应于主动笔的笔尖接受的外部压力产生移动以使可变电容器的电容值响应于外部压力而变化；
[0161]
变压器805，包括第一线圈与第二线圈，第一线圈与可变电容器连接，第二线圈与
控制模块连接；
[0162]
控制模块806，用于向第二线圈输入激励信号，并接收第二线圈的输出信号以获取所述外部压力。
[0163]
具体地，可变电容器可通过引线与第一线圈并联或串联形成谐振电路；激励信号可以是多段不同频率的周期性信号。
[0164]
可选地，主动笔800还包括基准电容804，所述基准电容与所述可变电容通过引线并联；
[0165]
可选地，所述控制模块806包括：设置于控制模块中的信号发生器和信号解调器，分别用于产生所述激励信号和解调所述输出信号。
[0166]
可选地，所述控制模块806还包括：滤波器，设置于所述第二线圈与所述信号解调器之间用于在解调所述输出信号前对所述输出信号进行滤波处理。
[0167]
可选地，所述信号解调器为iq解调器，所述iq解调器至少包括：
[0168]
并联的第一电路和第二电路，其中，第一电路和第二电路均包括：乘法器、低通滤波器、积分器，模拟数字信号转换器。
[0169]
具体地，以第一电路作为示例，乘法器与单刀双掷开关连接以接收从变压器耦合回第二线圈的输出信号，乘法器还与信号发生器连接以获取方向信号；
[0170]
低通滤波器具体包括：第一电阻器、第二电阻器、第一放大器以及第一电容器，第一放大器具有第一输入端、第二输入端以及输出端，第一电阻器与乘法器连接并与第一放大器的第一输入端串联，第二电阻器和第一电容器均与第一放大器的第一输入端以及输出端并联，第一放大器的第二输入端接地。
[0171]
积分器具体包括：第三电阻器、第二放大器、第二电容器以及开关，第二放大器具有第一输入端、第二输入端以及输出端，第三电阻器的一端与第一放大器输出端相连，另一端与第二放大器的第一输入端相连接，第三电阻器和第二电容器均与第二放大器的第一输入端以及输出端并联，第一放大器的第二输入端接地。
[0172]
模拟数字信号转换器，与第二放大器的输出端相连以对输出信号进一步处理得到第一方向的信号i1。
[0173]
本技术还提供一种主动笔芯片，图9为本技术实施例的一种主动笔芯片的示意图。
[0174]
主动笔芯片900用于检测主动笔笔尖的外部压力，其中主动笔包括可变电容器和变压器；可变电容器第一极板和第二极板，第一极板与主动笔的笔尖连接并可响应于主动笔的笔尖接受的外部压力产生移动，以使可变电容器的电容值响应于外部压力而变化；变压器包括第一线圈和第二线圈，第一线圈与可变电容器连接，所述第二线圈与主动笔芯片的控制模块连接。
[0175]
主动笔芯片900包括：
[0176]
控制模块901，用于向所述第二线圈输入激励信号，并接收所述第二线圈的输出信号以获取所述外部压力。
[0177]
可选地，控制模块901可以从输出信号中解调出与第一线圈和可变电容器组成的谐振电路的谐振频率对应的谐振信号以获取外部压力。
[0178]
本技术实施例通过检测谐振电路的谐振频率检测施加于主动笔笔尖的外部压力，避免了通过可变电容器的电容检测压力时由于电容与电压的非线性关系导致的不同压力
范围内灵敏度不一致的问题。由于谐振电路的谐振频率与施加于主动笔笔尖的外部压力呈几乎线性的关系，有效提升了压力检测装置的线性度和灵敏度，改善了用户的体验。
[0179]
该主动笔芯片能够实现本技术实施例任一种可能的实现方式中的压力检测装置中的控制模块所具有的功能，在此不再赘述。
[0180]
本技术实施例还提供一种压力检测的方法，其特征在于，应用于主动笔，包括：
[0181]
根据激励信号基于谐振电路产生输出信号，所述激励信号为多段不同频率的周期性波信号，所述输出信号为多段对应的周期性波信号，所述谐振电路包括可变电容器与变压器的第一线圈；
[0182]
解调所述输出信号，根据所述输出信号解调出所述谐振电路的谐振频率对应的谐振信号以获取所述主动笔的笔尖接受的外部压力。
[0183]
本技术实施例通过在主动笔中引入变压器，通过谐振电路的谐振频率检测主动笔笔尖的外部压力，由于谐振频率与压力呈几乎线性的关系，在任何压力范围内压力检测的灵敏度几乎一致，能够有效改善压力微小的情况下，电容变化过小导致的通过检测电容无法有效检测外部压力的问题，提升了电容式主动笔压力检测或感应的灵敏度，提升了主动笔的工作效率。
[0184]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“厚度”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0185]
在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员丽言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0186]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。