專利名稱：偵測頻率與頻率變化的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種偵測頻率與頻率變化的方法，特別是涉及一種電磁感應裝置中的偵測頻率與頻率變化的方法。
背景技術：
電磁感應裝置例如數(shù)字板(digitizer)或手寫板以由許多部分重疊平行排列的天線或感應線圈所組成的感應區(qū)域來感應指向裝置例如電磁筆或數(shù)字筆發(fā)出的電磁信號。 電磁筆或數(shù)字筆于感應區(qū)域內所在位置的天線或感應線圈接收感應電磁筆或數(shù)字筆發(fā)出的電磁信號，電磁感應裝置利用此電磁信號的頻率、振幅、相位角等資料計算電磁筆或數(shù)字筆位置的座標。天線或感應線圈接收感應的電磁信號為交流電壓信號，并由電磁感應裝置進行信號放大、偵測及模擬數(shù)字轉換等處理。天線或感應線圈接收的信號要用來計算電磁筆或數(shù)字筆位置的座標必須計算信號頻率。傳統(tǒng)計算信號頻率的方式之一為取樣一預定周期內的信號，以計時器(timer)計算周期并轉換成頻率。但以計時器計算周期并轉換成頻率的方式卻有以下缺點。當信號頻率高時，計時器的時脈必須非?？欤駝t不能判斷出細微的頻率變化。其次是需要計數(shù)取樣的周期要夠多才有足夠的精準度，但若使用的是無電池電磁筆或數(shù)字筆其發(fā)射的信號強度會逐漸減小，無法獲得足夠的周期供計數(shù)取樣。圖1顯示傳統(tǒng)計算頻率變化方式的示意圖。此方式計算利用二個不同數(shù)目的周期(分別為二周期及五周期)把共有的誤差減去，例如圖1中的起始區(qū)域，而相減完的時間就非常接近現(xiàn)有的頻率， 當頻率變化時，而不致于影響的頻率計算。但由于頻率變化非常的微小，如以頻率375KHZ 變化為372KHz為例，頻率375KHz的周期為2. 666微秒(μ s)而頻率372KH的周期為2. 688 微秒，其間周期變化只有0. 022微秒，必需使用高速的計時器才能計算出頻率的變化。若用非常高速的計時器來解決，所需要的成本將大幅增加。傳統(tǒng)計算信號頻率的方式之二為利用相位差比較的方式，但是信號的相位偏移會因不同硬體而異，甚至造成過大的誤差，而無法獲得真正的頻率，只能得到相對的頻率差異值，且信號強度不同時，會有不同的誤差。因此為了精確偵測頻率與頻率變化，同時避免上述傳統(tǒng)計算頻率變化方式的缺點，本發(fā)明提出新的偵測頻率與頻率變化的方法，以較短的周期就能計算轉換出真正的頻率同時避免因硬體造成頻率計算的誤差。由此可見，上述現(xiàn)有的偵測頻率的方法在方法與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發(fā)展完成，而一般方法又沒有適切的方法能夠解決上述問題，此顯然是相關業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設一種新的偵測頻率與頻率變化的方法，實屬當前重要研發(fā)課題之一，亦成為當前業(yè)界極需改進的目標。有鑒于上述現(xiàn)有的偵測頻率的方法存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設計制造多年豐富的實務經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種新的偵測頻率與頻率變化的方法，能夠改進一般現(xiàn)有的偵測頻率的方法，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設計，并經(jīng)過反復試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設出確具實用價值的本發(fā)明。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的偵測頻率的方法存在的缺陷，而提供一種新的偵測頻率與頻率變化的方法，所要解決的技術問題是使其有效的在較短周期內，計算出頻率變化的差異值，更可以進一步的得到真正的頻率值，同時避免受到不同硬體所產(chǎn)生的相位偏移的影響，并將信號大小而造成頻率的誤差值降到最低，非常適于實用。本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種偵測頻率與頻率變化的方法，其包括以下步驟提供一指向裝置于一電磁感應裝置上，該指向裝置發(fā)送一電磁信號至該電磁感應裝置，該電磁信號具有一現(xiàn)有頻率；根據(jù)具有該現(xiàn)有頻率的該電磁信號積分時間χ以產(chǎn)生一基準積分信號；根據(jù)具有該現(xiàn)有頻率的該電磁信號積分時間χ及具有一固定頻率f^的電磁信號積分時間y以產(chǎn)生一目前積分信號；及根據(jù)該目前積分信號與該基準積分信號計算該現(xiàn)有頻率f\與一目前頻率f。的一頻率變化值Af。本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現(xiàn)。前述的偵測頻率與頻率變化的方法，其中所述的指向裝置包含一無電池電磁筆。前述的偵測頻率與頻率變化的方法，其中所述的時間y大于時間X。前述的偵測頻率與頻率變化的方法，其中所述的時間y為具有固定頻率&的電磁信號的周期的倍數(shù)，時間X為具有現(xiàn)有頻率fi的電磁信號的周期的倍數(shù)。前述的偵測頻率與頻率變化的方法，其中所述的固定頻率&高于該現(xiàn)有頻率f”本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上可知，為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種偵測頻率與頻率變化的方法，此方法包含以下步驟。首先提供一指向裝置于一電磁感應裝置上，指向裝置發(fā)送電磁信號至電磁感應裝置，電磁信號具有一現(xiàn)有頻率fi。接著根據(jù)具有現(xiàn)有頻率4的電磁信號積分時間X以產(chǎn)生基準積分信號。然后根據(jù)具有現(xiàn)有頻率fi的電磁信號積分時間χ及具有固定頻率fo的電磁信號積分時間1以產(chǎn)生目前積分信號。最后根據(jù)目前積分信號與基準積分信號計算現(xiàn)有頻率與目前頻率f。的頻率變化值Af。借由上述技術方案，本發(fā)明偵測頻率與頻率變化的方法至少具有下列優(yōu)點及有益效果本發(fā)明可以有效的在較短周期內，計算出頻率變化的差異值及真正的頻率值，同時避免受到不同硬體所產(chǎn)生的相位偏移的影響，并將信號大小而造成頻率的誤差值降到最低。綜上所述，本發(fā)明是有關于一種偵測頻率與頻率變化的方法，此方法包含以下步驟。首先提供一指向裝置于一電磁感應裝置上，指向裝置發(fā)送電磁信號至電磁感應裝置，電磁信號具有一現(xiàn)有頻率f”接著根據(jù)具有現(xiàn)有頻率fi的電磁信號積分時間X以產(chǎn)生基準積分信號。然后根據(jù)具有現(xiàn)有頻率fi的電磁信號積分時間χ及具有固定頻率fo的電磁信號積分時間y以產(chǎn)生目前積分信號。最后根據(jù)目前積分信號與基準積分信號計算現(xiàn)有頻率
與目前頻率f。的頻率變化值Δι。本發(fā)明在技術上有顯著的進步，具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖1顯示傳統(tǒng)計算頻率變化方式的示意圖。圖2顯示一電磁感應裝置的部分功能架構方塊圖。圖3顯示本發(fā)明一實施例中不同頻率信號波形、及其對應的積分控制信號與積分信號。圖4顯示本發(fā)明一實施例中以二階段方式計算頻率變化示意圖。102 控制單元104 模擬數(shù)字轉換單元106:積分電路108:信號放大電路
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的偵測頻率與頻率變化的方法其具體實施方式
、方法、步驟、特征及其功效，詳細說明如后。有關本發(fā)明的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中將可清楚的呈現(xiàn)。為了方便說明，在以下的實施例中，相同的元件以相同的編號表示。本發(fā)明的一些實施例將詳細描述如下。然而，除了如下描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其他的實施例施行，且本發(fā)明的范圍并不受實施例的限定，其以之后的專利范圍為準。 再者，為提供更清楚的描述及更易理解本發(fā)明，圖式內各部分并沒有依照其相對尺寸繪圖， 某些尺寸與其他相關尺度相比已經(jīng)被夸張；不相關的細節(jié)部分也未完全繪出，以求圖式的簡潔。圖2顯示一電磁感應裝置的部分功能架構方塊圖。電磁感應裝置包含一控制單元 102、信號偵測電路的一模擬數(shù)字轉換單元(analog to digitalconverter) 104及一積分電路(integrator) 106、一信號放大電路(signalamplifier) 108。本發(fā)明特征主要在于偵測頻率與頻率變化的方法，因此圖2顯示的電磁感應裝置省略與實施本發(fā)明主要特征較次要相關的部分。例如信號放大電路的細節(jié)以及相位偵測相關的其他電路部份。本實施例中電磁感應裝置省略的部分可應用任何相關現(xiàn)有習知技術加以實施，任何熟悉本領域技術者均能根據(jù)一般技術水準實施本發(fā)明。適用本發(fā)明的電磁感應裝置不限于圖2所示者，凡其他未脫離本發(fā)明所揭示精神的各種等效改變或修飾都涵蓋在本發(fā)明所揭露的范圍內。控制單元102掃描控制針對具有復數(shù)沿X與Y軸方向排列彼此平行部分重疊天線(antenna)或感應線圈(sensor coil)的電磁天線回路基板。每一天線或感應線圈分別連接至開關，控制單元102控制開關以切換天線或感應線圈進行電磁信號的發(fā)送或接收。本發(fā)明實施例的電磁感應裝置包含使用無電池指向裝置或電磁筆與有電池指向裝置或電磁筆的電磁感應裝置。 若為有電池指向裝置或電磁筆的電磁感應裝置，電磁天線回路基板除天線或感應線圈之外，更包含發(fā)送控制信號的回路線圈(loop coil)，此回路線圈可位于電磁天線回路基板上環(huán)繞天線或感應線圈四周的位置，但不限于位于電磁天線回路基板上環(huán)繞天線或感應線圈四周的回路線圈?；芈肪€圈發(fā)送控制信號至指向裝置，指向裝置則發(fā)送電磁信號至天線或感應線圈。若為無電池指向裝置或電磁筆的電磁感應裝置，微控制器102以頻率產(chǎn)生電路與選擇電路并切換開關以選擇電磁天線回路的天線或感應線圈發(fā)出電磁信號。電磁天線回路的天線或感應線圈發(fā)出的電磁信號則引起一電磁筆內的共振電路(resonancecircuit) 的共振。而當天線或感應線圈發(fā)出的電磁信號暫時中斷時，電磁筆內的共振電路則發(fā)出一回應電磁信號，并由電磁天線回路的天線或感應線圈接收。電磁天線回路接收的電磁信號經(jīng)信號偵測電路的信號放大電路108處理后傳送至積分電路106。電磁信號經(jīng)積分電路106 輸出至模擬數(shù)字轉換單元104，而模擬數(shù)字轉換單元104連接至控制單元102。控制單元 102 包含一微控制器(Micro-controller Unit，MCU)。圖2中關于掃描控制的部份，如前述若為使用無電池指向裝置的電磁感應裝置， 控制單元102以頻率產(chǎn)生電路與選擇電路切換開關以選擇天線或感應線圈發(fā)出或接收電磁信號。若為使用有電池指向裝置的電磁感應裝置，則以回路線圈發(fā)送控制信號至有電池指向裝置，使有電池指向裝置發(fā)出電磁信號至電磁感應裝置的天線或感應線圈。控制單元 102以頻率產(chǎn)生電路與選擇電路切換開關以選擇天線或感應線圈對電磁天線回路進行全區(qū)掃描，以大致確定指向裝置或電磁筆的位置。接著控制單元102根據(jù)出現(xiàn)最大值的電磁信號的天線或感應線圈位置，控制控制頻率產(chǎn)生電路與選擇電路并針對出現(xiàn)最大值的電磁信號的天線或感應線圈位置附近的區(qū)域依序切換開關以對該區(qū)域附近的天線或感應線圈進行區(qū)域掃描。區(qū)域掃描僅針對出現(xiàn)最大值的電磁信號的天線或感應線圈位置鄰近的天線或感應線圈進行對應的開關切換以執(zhí)行電磁信號的傳送或接收。若再次接受到信號強度達最大值的電磁信號，則確認指向裝置或電磁筆的位置，并進行后續(xù)的信號處理以計算指向裝置或電磁筆的精確位置。如圖2所示，當電磁信號由電磁天線回路的天線或感應線圈接收，電磁感應裝置內的信號偵測電路偵測并獲得電磁信號頻率的振幅及相位。信號偵測電路的信號放大電路 108將電磁信號進行信號放大，接著并由信號偵測電路中的積分電路106進行信號積分轉換。信號偵測電路中的模擬數(shù)字轉換單元104將信號轉換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號傳送至控制單元102?？刂茊卧?02根據(jù)信號的振幅、頻率、相位角等資料以決定發(fā)送電磁信號的天線或感應線圈并計算指向裝置的座標位置?？刂茊卧?02同時發(fā)出積分控制信號至積分電路106以控制調整信號積分轉換。圖3顯示本發(fā)明一實施例中不同頻率信號波形、及其對應的積分控制信號與積分信號。圖3中以頻率分別為375KHz與372KHz的信號為例，不同信號頻率375KHz及372KHz 經(jīng)由積分電路或是其它充放電電路處理產(chǎn)生不同的積分信號。分別對應頻率為375KHz與 372KHz的信號方波為頻率375KHz與372KHz的信號的基本波形，以作為頻率變化計算的基礎信號。圖3中以固定二個周期或是動態(tài)調整的方式，積分信號由AD 375KHZ變化至AD 372KHz,由此可以獲得信號變化值。但直接使用此方式得到的頻率變化值可能會因為不同硬體的誤差而造成積分信號的不一致。
為了避免不同硬體的誤差而造成積分信號的不一致，可利用二階段方式計算頻率變化。圖4顯示本發(fā)明一實施例中以二階段方式計算頻率變化示意圖。頻率變化計算分為二個階段，第一階段為取得基準積分信號ADBase，第二個階段為取得目前積分信號AD Current.,圖4顯示為了計算頻率的變化，一共取六個周期的信號，但其中二周期為具有現(xiàn)有頻率的信號加上另外四周期為具有固定頻率fo的信號，現(xiàn)有頻率信號積分時間為X， 固定頻率信號積分時間為y。上述現(xiàn)有頻率信號與固定頻率信號所取的周期數(shù)目僅為范例并非限制，任何熟悉本領域技術者均能根據(jù)一般技術水準應用各種等效改變或修飾實施本發(fā)明，而未脫離本發(fā)明所揭示精神的等效改變或修飾都涵蓋在本發(fā)明所揭露的范圍內。由于時間y是以固定頻率fQ375KHz產(chǎn)生的固定時間，故當現(xiàn)有的頻率為375KHz時，亦即時間χ為2/375000秒，而時間y為4/375000秒，基準積分信號AD Base會與目前積分信號 AD Current相同。但若現(xiàn)有頻率為372KHz，由于第二階段多取四個固定頻率為375KHz 的周期，所以積分時間會因頻率變化(頻率減少或周期增加)增加，因此目前積分信號AD Current會比基準積分信號AD Base大，因而可得到頻率的變化值Af0若欲計算目前的頻率值f。，須先得到目前積分電路或充放電電路的參數(shù)，可由目前積分信號AD Current和基準積分信號AD Base的差值得到一積分時間差值，再加上固定頻率375KHz的周期，就可得知目前頻率的周期，進而換算成頻率f。。本發(fā)明利用二階段方式計算頻率變化，第一階段為取得基準積分信號，第二階段為取得目前積分信號?；鶞史e分信號是取自現(xiàn)有頻率的信號，目前積分信號是取自現(xiàn)有頻率與固定頻率的信號。計算頻率變化是取較多固定頻率的信號周期加上較少現(xiàn)有頻率的信號周期而得到目前積分信號，當現(xiàn)有頻率低于固定頻率時，目前積分信號的積分時間較基準積分信號的積分時間長，因此目前積分信號值大于基準積分信號值，故可獲得頻率變化值。由上述目前積分信號與基準積分信號的積分時間差值加上固定頻率的周期可計算目前頻率的周期，并可換算成目前頻率。因此本發(fā)明可以有效的在較短周期內，計算出頻率變化的差異值及真正的頻率值，同時避免受到不同硬體所產(chǎn)生的相位偏移的影響，并將信號大小而造成頻率的誤差值降到最低。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種偵測頻率與頻率變化的方法，其特征在于其包括以下步驟提供一指向裝置于一電磁感應裝置上，該指向裝置發(fā)送一電磁信號至該電磁感應裝置，該電磁信號具有一現(xiàn)有頻率fi ；根據(jù)具有該現(xiàn)有頻率fi的該電磁信號積分時間X以產(chǎn)生一基準積分信號；根據(jù)具有該現(xiàn)有頻率fi的該電磁信號積分時間χ及具有一固定頻率fo的電磁信號積分時間y以產(chǎn)生一目前積分信號；及根據(jù)該目前積分信號與該基準積分信號計算該現(xiàn)有頻率與一目前頻率fc的一頻率變化值Af。
2.根據(jù)權利要求1所述的偵測頻率與頻率變化的方法，其特征在于其中所述的指向裝置包含一無電池電磁筆。
3.根據(jù)權利要求1所述的偵測頻率與頻率變化的方法，其特征在于其中所述的時間y 大于時間χ。
4.根據(jù)權利要求1所述的偵測頻率與頻率變化的方法，其特征在于其中所述的時間y 為具有固定頻率&的電磁信號的周期的倍數(shù)，時間χ為具有現(xiàn)有頻率的電磁信號的周期的倍數(shù)。
5.根據(jù)權利要求1所述的偵測頻率與頻率變化的方法，其特征在于其中所述的固定頻率fo高于該現(xiàn)有頻率fi。
全文摘要
本發(fā)明是有關于一種偵測頻率與頻率變化的方法，此方法包含以下步驟。首先提供一指向裝置于一電磁感應裝置上，指向裝置發(fā)送電磁信號至電磁感應裝置，電磁信號具有一現(xiàn)有頻率f1。接著根據(jù)具有現(xiàn)有頻率f1的電磁信號積分時間x以產(chǎn)生基準積分信號。然后根據(jù)具有現(xiàn)有頻率f1的電磁信號積分時間x及具有固定頻率f0的電磁信號積分時間y以產(chǎn)生目前積分信號。最后根據(jù)目前積分信號與基準積分信號計算現(xiàn)有頻率f1與目前頻率fc的頻率變化值Δf。本發(fā)明可以有效的在較短周期內，計算出頻率變化的差異值及真正的頻率值，同時避免受到不同硬體所產(chǎn)生的相位偏移的影響，并將信號大小而造成頻率的誤差值降到最低。
文檔編號G01R23/02GK102375645SQ20101025360
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權日2010年8月12日
發(fā)明者葉云翔, 陳昌賢 申請人:太瀚科技股份有限公司