[发明专利]静电花式耦合数字转换器

说明书

本发明涉及一种数字转换器，其中数字转换器平台上的花式电极和能够在平台上移动的游标或触针之间的静电耦合产生指示该游标在平台上位置的信号。

属于本发明总科目的一类器件通常称为“数字转换器”。最早的数字转换器是具有限制臂的机械装置。后来数字转换器具有自由移动的游标，并且在游标和数字平台之间利用各种形式的耦合现象，如电磁的，静电的、以至于声音的耦合。平台中的信号用磁致伸缩原理，电阻表面，或其它导体的方法进行处理，但一般说来这些器件取决于监视多个X和Y导体或者电阻薄膜中所感应的信号。因为每个导体中的信号需要单独处理，或者电阻层周边若干点的信号需要单独处理，所以这类数字转换器，包括其电子装置部分在内，既很复杂，成本又很高。因此，需要对数字转换器改进。

根据本发明，数字转换器包括一个对于二维坐标系的每一个坐标具有一个花式电极的数字平台和一个具有可在平台上移动的耦合电极的游标，其中电场耦合用来确定游标在数字平台上的位置。该坐标系是典型的X-Y坐标系。游标包括一个能够在数字平台上移动的小盒，小盒具有加有输入信号的耦合电极。耦合电极同埋于数字平台内的锯齿花式电极和条纹花式电极进行电场耦合。一个锯齿花式电极或条纹花式电极用来确定游标的X轴位置，而另一个则用来确定游标的Y轴位置。锯齿花式电极和条纹花式电极在印刷电路板上可以很容易地做在同一个平面内，并用一层介电材料复盖，以提供光滑的平台表面。处理花式电极上的信号，以确定游标的位置。

按照本发明更具体的一些方面，数字转换器平台具有产生X轴信号，Y轴信号和平衡信号的三个耦合电极。X轴耦合电极包含多个导电矩形条纹，垂直分布并且从平台的一侧到平台的另一侧按宽度增加的次序排列，例如由平台左侧到右侧宽度增加。Y轴耦合电极包含多个导电锯齿，也是垂直排列，并且Y轴锯齿同X轴条纹交错在一起。游标沿X轴的移动对于同Y轴电极耦合的影响可以忽略不计，游标沿Y轴的移动对于同X轴电极耦合的影响也可以忽略不计。平衡电极复盖了数字转换器平台未被X和Y电极复盖的面积。一个周边屏蔽电极围绕着X、Y和平衡电极，在它们的下面还配备有一个平面形的底部屏蔽电极，用于屏蔽之目的。

处于游标小盒内并且能够在数字平台表面上移动的游标电极接到一个振荡器上，该振荡器典型的频率范围为10KHz到1MHz。游标电极把电信号耦合到X轴、Y轴和平衡电极。在耦合电极上方，可在游标内配备一个屏蔽电极。

当游标向平台的右边移动或者放置时，同游标耦合的X轴电极的表面积增加，这里条纹变宽，因此更大的电信号耦合到X轴电极。同样，当游标在平台上向下移动时，同游标耦合的Y轴电极的表面积增加，这里锯齿变厚，因此更大的电信号耦合到Y轴电极。因为除了小的分开间隔外X、Y和平衡电极完全复盖了平台面积，因此可以得知，X轴、Y轴和平衡电极上信号之和同游标位置无关。这个和信号主要取决于振荡器信号的幅度，游标电极同X轴、Y轴和平衡电极的靠近程度以及在游标电极与X轴、Y轴和平衡电极之间的材料的介电常数。

游标的X轴坐标正比于X轴、Y轴和平衡电极信号之和除X轴信号之商。同样，游标的Y轴坐标正比于X轴、Y轴和平衡电极信号之和除Y轴电极信号之商。这种比例测量方法能够准确地测量游标位置，并且同游标对数字转换器平台的靠近程度及其间的介电性质无关。

因为数字转换器工作于单频，这三个电极信号的电子学处理过程可用同步检测的方法来实现，结果导致极佳的信噪比;甚至很高的外噪声电平也能去掉。并且，因为仅仅采用三个信号，所以电子学部分相对简单，花钱也少。

游标功能的反相应用也属于本发明的范围。输入信号可依次加到X轴、Y轴和平衡电极上，而输出信号可从游标被同步检测。

其结果是能够以低成本制造精确的数字转换器。

因此，本发明的首要目的是提供精确的数字转换器。

本发明的另一主要目的是提供能抑制噪声的数字转换器。

本发明的另一个主要目的是提供低复杂程度和低成本的数字器。

本发明的其它一些和更具体的特点和目的是明显的，而这部分将由下面结合附图对优选实施方案和权利要求书的描述中看出来。

图1是本发明用于计算机系统的数字转换器的部分示意图;

图2是图1所示数字转换器的游标和部分平台的剖面图，剖面是沿图1的线2-2取的;

图3是图1所示数字转换器的平台的剖面图，剖面是沿图1的线3-3取的;

图4是图3的局部放大图，表示平台的细节;

图5是图1所示数字转换器的示意线路图;

图6是表明图5线路工作的波形图。