造价降低了的指点棒电路制造技术

用一种成本低的电路高度精确地处理供控制计算机显示屏用的指点棒的输出信号。本发明专利技术是将高精确度中等范围模／数转换的两步法与周知的模／数转换法结合起来的，具体作法是按已知频率在待测电压的范围扫功基准电压，并记录下重合的时间。在开环状态下采用中等质量的运算放大器，使运算放大器的各输入端阻抗高。为充分隔绝电源的噪声和变化，在测量过程中将模拟线路与电源电压隔离开来。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利申请与Joseph D.Rutledge和Edwin J.Selker于1994年11月17日申请的题为“综合选择式的图形指示器”的美国专利申请08/340,935有关，这里也把该专利申请包括进来以供参考。本专利技术总的说来涉及那种控制光标在显示屏上的位置的计算机用户接口，更具体地说，涉及造价降低了的一种用以根据供控制光标在显示屏上的位置和选择显示屏上显示内容的指点棒的模拟应变仪信号产生数字信号的电路。指点棒用来例如完成美国国际商业机器公司出品的ThinkPadTM型膝上计算机中TrackPointTM型光标控制器的任务。这种指点棒的悬臂梁上装有四个应变仪供检测悬臂梁在三轴线上各自的弯度。来自各应变仪的模拟信号由模/数(A/D)转换器转换成数字X和Y的信号。这些信号经进一步处理后产生最终控制信号，用以控制光标在显示屏上的位置。指点棒的这种显示光标位置的方式有一些缺点。首先，电压值的低位是由硬件模/数(A/D)转换器读取的，这种转换器贵。其次，电阻和运算放大器使三轴线发挥作用所要求的结构相互影响以致要求起码其中一个运算放大器为“仪器”级的，这在价线方面大致增加两倍或三倍。此外，运算放大器还要求是线性的，输出范围(干线间)大的，从而使价格提高。让我们看看由两个大致平衡的应变仪在悬臂梁两端串联跨接电压源两端而构成的应变仪传感器的结构。两应变仪接合处的电压表示两应变仪(相对于电源电压)的相对电阻，因而表示悬臂梁在应变仪连接方向的弯度。若给两应变仪串联一个附加的固定电阻，则该电阻两端的电压表示两应变仪的总电阻，因而表示悬臂梁的伸缩程度。在电源电压变化率不大的情况下，上述变化测定值的精确度为105级的一小部分。这里要求250倍精确度的动态范围，而这个范围的位置只能在制造时预测到若干百分率的程度。成本是我们考虑的主要问题，即使一美元的差价也可决定竞争的胜负。因此本专利技术的目的是提供用以处理供控制计算机显示屏上光标的指点棒的输出信号经改进且造价降低了的一种指点棒电路。本专利技术的另一个目的是提供一种用以处理产生的信号可用以选择显示在显示屏的显示内容的指点棒的输出信号的指点棒电路。本专利技术的再一个目的是提供一种采取了在危急期间使自身与电压源隔离的措施从而使测量过程在快速时标下不受电源电压影响的指点棒电路。本专利技术是将高精确度中等范围模/数转换的两步法与周知的模/数转换法结合起来的，具体作法是按已知频率在待测电压的范围扫描基准电压，并记录下重合的时间。在开环状态下采用中等质量的运算放大器，使运算放大器的各输入端阻抗高，避免与现行三轴线的作用相互影响和与该三轴线作用有关的造价问题。为充分隔绝电源的噪声和变化，在测量过程中将模拟线路与电源电压隔离开来。为避免微处理机数字交换过渡过程影响模拟比较器转换时间，令微处理机处于空闲状态，从而从所有微处理机除正在用以进行测量的计时器外的内部线路消除了内部时钟驱动信号(和有关的过渡过程)。得出的线路能检测出噪声尖峰大多倍的极小信号。下面参看附图详细说明本专利技术的最佳实施例，从这个说明可以更好地理解本专利技术的上述和其它目的、状态和优点。附图中附图说明图1是本专利技术最佳实施例的原理图；图2是说明图1电路工作情况的时序图。现在参看附图，特别是图1，图中示出了本专利技术电路的最佳实施例。此实施例采用菲利浦新公司制造的83C754集成电路(IC)芯片，其有关线路示于浓的竖线10的右侧。控制信号ACn表示微处理机的一个寄存器中相应的二进制位，因而控制信号ACn对IC芯片来说是内部信号。83C754芯片有一个数/模转换器(DAC)，在原理图上用抽头电阻(例如电位计)来表示，其作用是提供正比于其取决于抽头位置的输入电压VREG的输出电压。抽头的位置由微处理机的一个专利寄存器的值确定。先看看本专利技术电路芯片外的各元件。应变仪11，12，13，14装在指点棒的悬臂梁(图中未示出)上，按双并联半桥电路连接。X和Y输入信号由分别由应变仪11和12和应变仪13和14组成的分配器产生。在产生这些信号时，场效应晶体管(FET)15接通(导通)，从而使应变仪11和13与VREG连接。因此，电压X和Y接近VREG/2，其实际值首先取决于应变仪11和12的“静止”电阻与应变仪13和14相应的“静止”电阻之间的配套情况，其次取决于应变仪11和12分别与应变仪13和14之间由于传感器悬臂梁的弯曲而产生的局部变化。有用的信号仅仅是这最后一种组成部分，其在所要求的分辨力约为30微伏下的变化约为±3毫伏。悬臂梁简单的伸缩过程分别影响着应变仪11和12以及应变仪13和14，影响程度相同，因而X信号和Y信号都没有变化。Z信号是在FET15断开的情况下产生的，因而传感器通过电阻器16与VREG连接。信号由一个以电阻器16作为顶部元件和四个应变仪串并联连接作为底部元件组成的分压器产生。悬臂梁简单的压缩使所有四个应变仪等幅度压缩，从而使这些应变仪串并联结构的电阻表示压缩的程度。当然，电阻器16在匹配上没有什么变化，所以这是个“单端”分压器。Z信号与X和Y信号在大小上的关系取决于传感器悬臂梁的几何条件和材质。三个输入信号X，Y和Z输入到相应的运算放大器17，18和19，这些放大器的输出依次经过测定。在测定X和Y的同时，FET15接通，因而XYDACBIAS＝VREG，从而使电阻器16短路。此外，由AC6控制的开关20打开(ZDAC断开)，于是FET21接通，从而使XYSOURCE接VREG，控制着XYRAMP的斜率。X和Y信号分别都有相应的比较电压通过下列三个电压的结合产生基极电压，83C754芯片上数/模转换器(DAC)的输出电压和XYZRAMP。基极电压大致为VREG/2，是指点棒的额定电压，是由电阻器22和23组成的分压器产生的。电压XYDAC为芯片上DAC的输出，其设定值在接通电源校准时确定的。DAC的输出在0～VREG的范围内变化，经电阻器24按比例缩小，以便可以将比较电压设定在X和Y传感器输出电压预期范围内的某值。该范围按不同元件的容差确定，可能为±3％或±60毫伏。DAC是用迭代搜索算法设定的，因而信号电压大致处在抽样扫描的中央。电压XYZRAMP在FET25断开时从零往上扫描。FET25接通时，XYZRAMP保持在地电位，但断开时，电容器26开始有电荷积累，使电压趋近VRAG升高。该电压经电阻器27按比例减小以便在大约60微秒的抽样时间内在大约6毫伏有用信号范围内扫描比较电压。83C754芯片上的模拟多路转换器(MUX)28设定得可以将运算放大器对应于测定中的信号(例如X)的输出传送给芯片上的比较器29。于是FET25断开，计时器也起动起来。比较电压在遍及指点棒输出的有效范围内变化，而在通过指点棒电压时，X运算放大器17导通，产生急剧上升的电压。此电压经过MUX28加到比较器29上，比较器29在放大器的输出经过BANDGAP REF时截止时间，并使计时器停下来。从计时器的读数可以求出所需要的指点棒电压测定值。Z的测定过程类似，只是FET15断开，因而电阻器16和整个传感器桥作为一个电阻以形成分压器，开关20闭合，因而电阻器35与电阻器24并联以将DAC的输出传送给比较电压，同时FET21断开，从而使接线端钮通过电阻器30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两电阻比精确测定电路，其特征在于，它包括：基准电压发生装置，用以产生接近连接成分压器的两电阻根据同一基准源所产生的电压的基准电压；电压斜波加入装置，用以将斜率已知也基于同一基准源产生的电压斜波加到基准电压上；比较装置，用以高 度精确地辨认基准电压与电压斜波之间的一致性；和计时装置，用以对所述一致性的出现进行计时，从而测定电压的变化，进而测出电阻比。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小RS奥利哈，JD拉特利奇，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]