独立式双线圈无线无源电磁天线板布线系统的制作方法

1.本实用新型属于电子信息输入设备技术领域，具体涉及一种独立式双线圈无线无源电磁天线板布线系统。


背景技术：

2.目前，传统电磁感应天线板布线架构为发射线圈和接收线圈为同一组线圈，主要是透过复数个天线回路做并列，相互交叠数组在同一层面上，既当作接收回路也作为发送回路。传统的电磁天线板单一采用共用线圈的布线方式，会导致电磁天线板发射和接收之间的切换效率低，发射功率不足和接收信号不稳定，使其适配的电磁式手写笔无法得到持续供电和接收信号不稳定，从而无法快速的获取所需的能量信号和对应频率。因此，传统的技术方案中存在发射功率不足，接收信号不稳定，从而造成数据计算偏差大，抗干扰性差和有尺寸有限制等问题。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种独立式双线圈无线无源电磁天线板布线系统，将发射线圈阵列、接收线圈阵列有序排列在天线板的两面，各自独立分开布列，以避免发射和接收复用同一组线圈的情况，可以实现独立式多组控制电路线圈阵列，提供了充足的无线发射信号和稳定的接收信号。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种独立式双线圈无线无源电磁天线板布线系统，包括：电磁天线板模块和控制电路模块，以及连接二者的传输线圈阵列；其中所述电磁天线板模块包括：天线板和有序排列在天线板两面的发射线圈阵列、接收线圈阵列；所述发射线圈阵列设置为对电磁笔发射无线充电信号，以对电磁笔提供电能；所述接收线圈阵列设置为接收电磁笔发出的频率信号；所述控制电路模块设置为通过传输线圈阵列接收所述频率信号和/ 或调节所述无线充电信号。
5.进一步，所述发射线圈阵列包括至少1个发射线圈；当发射线圈为4个时， g1线圈和g2线圈均为方框状且内外排列呈套圈，g3线圈和g4线圈均为l框状且在所述套圈内相互交织呈中心对称图形；当发射线圈为7个时，g1线圈、 g2线圈、g3线圈、g4线圈和g5线圈均为方框状且内外排列呈多组套圈，g6 线圈和g7线圈均呈条框状且对称设置在所述多组套圈的两侧。
6.进一步，所述接收线圈阵列包括沿x轴对称设置的两个x轴线圈组和沿y 轴对称设置的两个y轴线圈组，且所述x轴线圈组垂直于y轴线圈组；其中所述x轴线圈组包括若干个以天线板的一边缘为基准由外至内依次等间距排列的 x线圈；所述x线圈呈条框状，其在x轴方向的长度不变，其在y轴方向的长度逐渐变大；所述y轴线圈组包括若干个以天线板的相邻另一边缘为基准由外至内依次等间距排列的y线圈；所述y线圈呈条框状，其在y轴方向的长度不变，其在x轴方向的长度逐渐变大；所述x轴线圈组中的x线圈的间距与y轴线圈组中的y线圈的间距相同且小于x线圈在x轴方向的长度或小于y线圈在 y轴方向的长度。
7.进一步，所述控制电路模块包括：连接器单元和mcu单元，以及分别与所述mcu单元相连的发射信号控制单元、接收信号处理单元、协作扩展信号处理单元；所述连接器单元分别连接传输线圈阵列、发射信号控制单元、接收信号处理单元；所述发射信号控制单元设置为对所述发射线圈阵列提供电能；所述接收信号处理单元设置为对所述频率信号进行处理和数据转换；所述mcu单元设置为接收发射信号控制单元、接收信号处理单元、协作扩展信号处理单元的数据和发送相应的调控信号。
8.进一步，所述发射信号控制单元包括主充电电路和副充电电路；其中所述主充电电路设置为升降压电路，先通过sbus串联电阻r1、电感l1、二极管 d1，再并联电容c1、电容c2、电容c10、电源ic u1、电阻r2、电阻r3、电容c3、电容c4、电阻r5，以实现对输入电源的升降压控制并输出vdd_charge，为副充电电路提供电能；所述副充电电路设置为稳压电路，先串联电源ic u2，再并联由电阻r16、电阻r7、电容c11、电容c12、电阻r6、电阻r13组成的第一副电路，然后并联由电容c19、电容c20、电容c21组成的第二副电路，以输出稳定的chgo电能，为所述发射线圈阵列提供电能。
9.进一步，所述连接器单元包括ant_gnd地、chg0至chg2、io_00至 io_58；其中chg0至chg2设置为与发射线圈阵列连接；io_00至io_58设置为与接收线圈阵列连接。
10.进一步，所述mcu单元包括vdd5v、vdd、vddo3v、vddo33、gpio_0 至gpio_8、ch0至ch59；设置sbus向由电容c26和电容c27并联组成的电路给mcu单元中的vdd5v供电，以向mcu单元提供电能；先设置mcu单元中的vdd串联由电容c35、电容c36、电容c37并联组成的电路，再串联电阻r26给gpio供电，以向协作扩展信息处理单元提供电能；设置mcu单元中的vddo3v串联由电容c28和电容c29并联的电路作为电源的输出备用；设置mcu单元中的vdd33串联电容c18的电路与地相连，以使mcu单元低功率稳定运行；设置连接器单元中的chg0至chg2分别与mcu单元中的gpio_0 至gpio_8的通道对接，实现对发射线圈阵列中每个线圈的单独控制；设置连接器单元中的io_00至io_58与mcu单元中的ch0至ch59的通道对接，以实现对接收线圈阵列中各个线圈信号的单独接收及数据转换；所述mcu单元设置为发射信号控制单元的调控，即由所述第一副电路串联至与gpio_0至gpio_8 中的任意gpio角连接，如此重复连接多个副充电电路，以调控提供至发射线圈阵列的电能。
11.进一步，所述协作扩展信息处理单元包括：gpio1至gpio26、k1至k26、 vdd_charge和gnd_power；其中gnd_power为接地电源；vdd_charge 通过串联电阻r1与mcu单元相连，以获取电能；gpio1至gpio26与mcu 单元连接，k1至k26与外置协作设备连接，以使mcu单元对外置协作设备的数据进行转换和交互。
12.进一步，所述传输线圈阵列包括若干个传输线圈；所述传输线圈适于折叠和/或弯曲排布成t形或近似t形。
13.本实用新型的有益效果是，本实用新型的独立式双线圈无线无源电磁天线板布线系统将发射线圈阵列、接收线圈阵列有序排列在天线板的两面，各自独立分开布列，避免了发射和接收复用同一组线圈的情况，从而实现了独立式多组控制电路线圈阵列，提供充足的无线发射信号和稳定的接收信号，可以用于无线无源非接触感应式电磁手写笔的持续工作，也可以使控制电路模块对其输入信号的精准快速的数据处理，解决了传统技术方案中存在发射功率不足、接收信号不稳定造成的数据计算偏差大、抗干扰性差和有尺寸有限制等问题。
14.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
15.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是独立式无线无源电磁天线板布线系统的原理框图；
18.图2是电磁天线板模块的透视效果图；
19.图3是四个发射线圈的排布示意图；
20.图4是七个发射线圈的排布示意图；
21.图5是接收线圈阵列的结构示意图；
22.图6a是传输线圈阵列的第一种设计的结构示意图；
23.图6b是传输线圈阵列的第二种设计的结构示意图；
24.图6c是传输线圈阵列的第三种设计的结构示意图；
25.图7是控制电路模块的原理框图；
26.图8是主充电电路的电路图；
27.图9a是副充电电路的第一种设计的电路图；
28.图9b是副充电电路的第二种设计的电路图；
29.图10是mcu单元与连接器单元的连接关系图；
30.图11是协作扩展信号处理单元的连接关系图；
31.图中：
32.电磁天线板模块-1，天线板-11，发射线圈阵列-12，g1线圈-g1、g2线圈-g2、 g3线圈-g3、g4线圈-g4，g5线圈-g5、g6线圈-g6、g7线圈-g7，接收线圈阵列-13，x轴线圈组-131，x轴线圈-(x1、x2、x3、x4、x5、xn-4、xn-3、xn-2、xn-1、xn)；y轴线圈组-132，y轴线圈-(y1、y2、y3、y4、y5、ym-4、 ym-3、ym-2、ym-1、ym)；
33.控制电路模块-2，连接器单元-21，mcu单元-22，发射信号控制单元-23，接收信号处理单元-24，协作扩展信号处理单元-25；
34.传输线圈阵列-3；
35.电磁笔-4。
具体实施方式
36.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出
创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
37.见图1-图11，本实施例提供了一种独立式双线圈无线无源电磁天线板布线系统，包括：电磁天线板模块1和控制电路模块2，以及连接二者的传输线圈阵列3；其中所述电磁天线板模块1包括：天线板11和有序排列在天线板11两面的发射线圈阵列12、接收线圈阵列13；所述发射线圈阵列12设置为对电磁笔发射无线充电信号，以对电磁笔提供电能；所述接收线圈阵列13设置为接收电磁笔4发出的频率信号；所述控制电路模块2设置为通过传输线圈阵列3接收所述频率信号和/或调节所述无线充电信号。具体的，控制电路模块2可以对接收线圈阵列13接收的信号进行信号处理和数据信息的转换，也可以对发射线圈阵列12发射的能量大小和时间进行控制。
38.可选的，所述天线板和电路板可选fr4、fpc、pi等多种材质为载体，成本可控。
39.作为电磁天线板模块的一种可选的实施方式。
40.见图2-图5，所述电磁天线板模块1包括：天线板11和有序排列在天线板 11两面的发射线圈阵列12、接收线圈阵列13。其中：
41.(1)发射线圈阵列12和接收线圈阵列13在天线板上的位置关系例如但不限于以下方式：
42.见图2，发射线圈阵列12和接收线圈阵列13同时独立布局在天线板11的两面，组成电磁天线板模块1，透视图是为了显示发射线圈阵列12和接收线圈阵列13在天线板11两面的相对位置关系；控制电路模块2可以设置在电路板上并通过传输线圈阵列3连接发射线圈阵列12和接收线圈阵列13。可选的，如图6a、图6b、图6c展示了传输线圈阵列的三种排布方式，所述传输线圈阵列3 包括若干个传输线圈；可以根据结构需要将传输线圈折叠和/或弯曲排布成t形或近似t形，t形顶端两侧向外分离并附于天线板11的合适位置上，以分别连接发射线圈阵列12和接收线圈阵列13，t形的底端皆宜合拢或并列，以与控制电路模块2相连。如此排布可以使传输线圈阵列的数量、放置位置根据发射线圈阵列12、接收线圈阵列13，以及控制电路模块2中的连接器单元21的大小来灵活排列，从而达到互相传递信号和数据的目的。将发射线圈阵列12和接收线圈阵列13同时独立布局在天线板的两面，可以保证两个发射线圈阵列中的线圈灵活多变，满足窄边框屏幕的使用且在边界上无抖动问题，还具有更高的抗干扰能力和补强效应，其信号稳定性、响应速度均优于单一线圈系统，同时高的发射功率也可以提供充足的电能，可适配无源电磁笔亦、有源电磁笔或多支电磁笔同时书写。
43.(2)发射线圈阵列12在天线板11上的具体排布方式例如但不限于以下方式：
44.如图3，当发射线圈为4个时，g1、g2、g3、g4分别表示g1线圈、g2 线圈、g3线圈、g4线圈，其中g1线圈和g2线圈均为方框状且内外排列呈套圈，g3线圈和g4线圈均为l框状且在所述套圈内相互交织呈中心对称图形。
45.如图4，当发射线圈为7个时，g1、g2、g3、g4、g5、g6、g7分别表示 g1线圈、g2线圈、g3线圈、g4线圈、g5线圈、g6线圈、g7线圈，其中g1 线圈、g2线圈、g3线圈、g4线圈和g5线圈均为方框状且内外排列呈多组套圈，g6线圈和g7线圈均呈条框状且对称设置在所述多组套圈的两侧。
46.发射线圈阵列12的排布方式可以有多种，在本案中仅列举了上述两种排布方式，其优势在于发射线圈的线圈数和线径均可以根据天线板11的尺寸灵活调整，既可以达到控制覆盖面积和能量大小的目的，又不会在调整时改动太多工艺，也不会影响其他连接部件
的设计。
47.(3)接收线圈阵列13在天线板11上的具体排布方式例如但不限于以下方式：
48.见图5，所述接收线圈阵列13包括沿x轴对称设置的两个x轴线圈组131 和沿y轴对称设置的两个y轴线圈组132，且所述x轴线圈组131垂直于y轴线圈组132；其中所述x轴线圈组131包括若干个以天线板11的一边缘为基准由外至内依次等间距排列的x线圈，如图5中x1、x2、x3、x4、x5表示一个 x轴线圈组131中的x线圈，xn-4、xn-3、xn-2、xn-1、xn表示另一个x轴线圈组131的x线圈；所述x线圈呈条框状，其在x轴方向的长度不变，其在 y轴方向的长度逐渐变大；所述y轴线圈组132包括若干个以天线板的相邻另一边缘为基准由外至内依次等间距排列的y线圈，如图5中y1、y2、y3、y4、 y5表示一个y轴线圈组132中的y线圈，ym-4、ym-3、ym-2、ym-1、ym 表示另一个y轴线圈组132；所述y线圈呈条框状，其在y轴方向的长度不变，其在x轴方向的长度逐渐变大；所述x轴线圈组中的x线圈的间距与y轴线圈组中的y线圈的间距相同且小于x线圈在x轴方向的长度或小于y线圈在y 轴方向的长度。优选的，x线圈间距与y线圈的间距保持等同，且线圈的间距取3～5mm为最佳。
49.作为控制电路模块的一种可选的实施方式。
50.见图7-图11，所述控制电路模块2包括：连接器单元21和mcu单元22，以及分别与所述mcu单元22相连的发射信号控制单元23、接收信号处理单元 24、协作扩展信号处理单元25；所述连接器单元21分别连接传输线圈阵列3、发射信号控制单元23、接收信号处理单元24。其中：
51.(1)控制电路模块2中各部件的连接关系和作用例如但不限于以下方式：
52.见图7，所述发射信号控制单元23设置为对所述发射线圈阵列12提供电能，可以调节发射线圈阵列12的信号和能量的大小功率；所述接收信号处理单元24 设置为对所述频率信号进行处理和数据转换；所述mcu单元22设置为接收发射信号控制单元23、接收信号处理单元24、协作扩展信号处理单元25的数据和发送相应的调控信号。具体的，针对传输线圈阵列中不同的线圈数，mcu单元22可以有多种封装方式，如qfn88，lqfp128和lqfp128三种不同的封装，亦可互相组合搭配。
53.(2)发射信号控制单元23的具体结构和电路连接关系例如但不限于以下方式：
54.所述发射信号控制单元23包括主充电电路和副充电电路。
55.见图8，所述主充电电路设置为升降压电路，先通过sbus串联0r电阻r1、 10uh电感l1、7930二极管d1，再并联0.1uf/16v电容c1、10uf/16v电容c2、 33nf/16v电容c10、6730电源ic u1、100k电阻r2、8.2k电阻r3、0.1uf/16v 电容c3、10uf/16v电容c4、0r电阻r5，以实现对输入电源的升降压控制并输出vdd_charge，为副充电电路提供充足的电能。
56.所述副充电电路设置为稳压电路，通过vdd_charge获取电能，可以有多种电路设计。
57.见图9a，例如，作为副充电电路的第一种电路设计，先串联4160电源ic u2，再并联由1k电阻r16、100r电阻r7、1uf电容c11、1uf电容c12、100r电阻r6、1k电阻r13组成的第一副电路，然后并联由100nf/50v电容c19、0uf 电容c20、0uf电容c21组成的第二副电路，以输出稳定的chgo电能，为所述发射线圈阵列12提供充足稳定的电能需求。
58.见图9b，再如，作为副充电电路的第二种电路设计，先串联4160电源ic u3，再并联由1k电阻r17、100r电阻r9、1uf电容c13、1uf电容c14、100r电阻r8、1k电阻r15组成的第一副
电路，然后并联由100nf/50v电容c22、 56nf/50v电容c23、0uf电容c24组成的第二副电路，以输出稳定的chgo电能，为所述发射线圈阵列12提供充足稳定的电能需求。
59.(3)连接器单元21的具体结构和电路连接关系例如但不限于以下方式：
60.见图10，所述连接器单元21可以采用一组68通道的连接器单元，包括： ant_gnd地、chg0至chg2、io_00至io_58；其中chg0至chg2设置为与发射线圈阵列12连接；io_00至io_58设置为与接收线圈阵列13连接。
61.(4)mcu单元22的具体结构和电路连接关系例如但不限于以下方式：
62.见图10，所述mcu单元22可以采用一组88通道的mcu单元，包括 vdd5v、vdd、vddo3v、vddo33、gpio_0至gpio_8、ch0至ch59；设置sbus向由0.1uf/16v电容c26和10uf/16v电容c27并联组成的电路给mcu 单元中的vdd5v供电，以向mcu单元提供电能，保证mcu单元工作所需的电能；先设置mcu单元22中的vdd串联由0.1uf/16v电容c35、0.1uf/16v 电容c36、0.1uf/16v电容c37并联组成的电路，再串联1.5k电阻r26给gpio 供电，以向协作扩展信息处理单元25提供电能，保证协作扩展信息处理单元工作所需的电能；设置mcu单元22中的vddo3v串联由0.1uf/16v电容c28 和10uf/16v电容c29并联的电路作为电源的输出备用；设置mcu单元22中的vdd33串联0.1uf/16v电容c18的电路与地相连，以使mcu单元22低功率稳定运行；设置连接器单元21中的chg0至chg2分别与mcu单元22中的 gpio_0至gpio_8的通道对接，实现对发射线圈阵列12中每个线圈的单独控制；设置连接器单元21中的io_00至io_58与mcu单元中的ch0至ch59的通道对接，作为接收信号处理单元24，以实现对接收线圈阵列13中各个线圈信号的单独接收及数据转换。
63.同时，见图8-图11，所述mcu单元22设置为发射信号控制单元23的调控，即由所述副充电电路的第一副电路(即由1k电阻r16、100r电阻r7、1uf 电容c11、1uf电容c12、100r电阻r6、1k电阻r13组成的电路)串联至与 gpio_0至gpio_8中的任意gpio角(即mcu单元22中的gpio_0至gpio_8 的通道)连接，如此重复连接多个副充电电路(如图9a和图9b所示，副充电电路可以相同或不同)，以调控提供至发射线圈阵列12的电能。
64.(5)协作扩展信息处理单元25的具体结构和电路连接关系例如但不限于以下方式：
65.见图11，所述协作扩展信息处理单元25包括：gpio1至gpio26、k1至 k26、vdd_charge和gnd_power；其中gnd_power为接地电源；
66.vdd_charge通过串联0r电阻r1与mcu单元22相连，以获取电能；gpio1 至gpio26与mcu单元连接，k1至k26与外置协作设备连接，以使mcu单元22对外置协作设备的数据进行转换和交互。
67.在本实用新型实施例的描述中，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而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
68.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
69.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
70.以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。