Коммутационная панель для устройства ввода информации Советский патент 1991 года по МПК G06F3/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания и ввода в ЭВМ символьной информации.

Цель изобретения - повышение чувствительности коммутационной панели.

На фиг. 1-4 изображены соответственно первый, второй, третий и четвертый слои многослойной печатной платы (МПП), содержащие спиральные индуктивные элементы; на фиг. 5 и 6 - соответственно дополнительные слои МПП с емкостными элементами, выполненными в виде групп пар линейных шин; на фиг. 7 -матрица коммутационных элементов с изображением символов, вводимых с помощью предлагаемой коммутационной панели; на фиг. 8 - сечение МПП с указанием слоев и металлизированных отверстий, обеспечивающих соединение спиральных индуктивных элементов, расположенных в различных слоях МПП, через соответствующие контактные площадки; на фиг. 9 - блок-схема устройства для ввода информации, в котором используется предлагаемая коммутационная панель. Коммутационная панель выполнена в виде многослойной печатной платы (МПП), слои 1, 2, 3, 4i, 42, 4з которой представлены на фиг. 1-6. На слоях 1-4i МПП выполнены индуктивные элементы 5, которые располагаются по столбцам и строкам матрицы и являются ее коммутационными элементаО

о

XI

2

1чэ

ми. По сторонам расположены периферийные контактные площадки 6-9, которые являются соответственно первой, второй, третьей и четвертой группами выводов коммутационной панели. В центре спиральных индуктивных элементов 5 расположены центральные контактные площадки (КП) 10. На слое 42 МПП расположены емкостные элементы, выполненные в виде группы пар линейных шин 11. ориентированных по столбцам матрицы. На слое 4з МПП расположены емкостные элементы, выполненные в виде группы пар линейных шин 12, ориентированных по строкам матрицы. При этом расстояние между шинами в каждой из пар меньше расстояния между шинами соседних пар линейных шин, нечетные шины группы пар линейных шин 11 пятого слоя МПП соединены с первой группой выводов 6 коммутационной панели, вторая группа выводов 7 которой подключена к четным шинам группы пар линейных шин 11. Нечетные шины группы пар линейных шин 12 шестого слоя МПП соединены с третьей группой выводов 8 коммутационной панели, четвертая группа выводов 9 которой подключена к четным шинам группы пар линейных шин 12. Символы и знаки нанесены на носитель 13 информации (фиг. 7), представляющие собой тонкую пластинку из диэлектрического материала, либо лист бумаги.

Слои 1 и 2, слои 3 и 4i и слои 42 и 4з МПП выполнены на двустороннем фолыи- рованном диэлектрике. Между вторым и третьим слоями и между четвертым и пятым слоями МПП расположены диэлектрические прокладки 14. В контактных площадках слоев 1 и 2 выполнены металлизированные отверстия 15, обеспечивающие электрическое соединение внутренних витков спиральных индуктивных элементов этих слоев. В контактных площадках слоев 3, 4i, 42 и 4з выполнены металлизированные отверстия 16, обеспечивающие электрическое соединение внутренних витков спиральных индуктивных элементов третьего и четвертого слоев МПП. Металлизированные отверстия 16 расположены между шинами 11 и 12 емкостных элементов пятого и шестого слоев МПП. В периферийных контактных площадках 6-9 всех слоев МПП выполнены металлизированные отверстия 17. обеспечивающие соединение индуктивных и емкостных элементов с первой, второй, третьей и четвертой группами выводов коммутационной панели 18, образованной соединением в единую конструкцию слоев 1-6, прокладок 14 и носителя 13 информации, сечение которой представлено на фиг. 8.

Устройство для ввода информации (фиг. 9), в котором используется предлагаемая коммутационная панель 18с группами выводов 6-9, содержит первый блок 19 усилителей, второй блок 20 усилителей, ключи 21 и 22, генератор 23 импульсов, первый блок 24 пороговых элементов, второй блок 25 пороговых элементов, генератор 26 высокочастотных колебаний, клемму 17 источника

0 питания, выходы 28 и 29 блоков 24 и 25 пороговых элементов, выходы 30 и 31 сигналов признаков абсциссы и ординаты.

Выходы 28 и 29 блоков 24 и 25 подключены к информационным входам коммутато5 ра 32. управляющий вход которого соединен с одним из выходов генератора 23 импульсов, а выходы подключены к информационным входам дешифратора 33, выходы которого являются информационными

0 выходами устройства.

Выводы 7 второй группы,соединенные между собой, подключены к выходу ключа 22, выводы 8 третьей группы, соединенные между собой, подключены к выходу ключа

5 21. Аналоговые входы ключей 21 и 22 соединены с клеммой 27 источника питания, представляющий собой источник постоянного напряжения. Генератор 23 импульсов представляет собой парафазный генератор

0 прямоугольных импульсов, импульсы на выходе которого равны по длительности и противоположны по фазе (сдвинуты на 180°). В качестве генератора 23 может быть использован симметричный мультивибратор с фор5 мирующими каскадами на выходах. Прямой и инверсный выходы генератора 23 подключены куправляющим входам ключей 21 и 22. Выходы 19 первого блока усилителей подключены к контактным площадкам первой

0 группы выводов 6, а выходы 20 второго блока усилителей соединены с контактными площадками четвертой группы выводов 9. Управляющие входы блоков 19 и 20 усилителей подключены к выходу генератора 26 вы5 сокочастотных колебаний, который представляет собой генератор синусоидальных колебаний фиксированной частоты. Усилители блоков 19 и 20 могут быть выполнены, например, по схеме с общим

0 эмиттером, нагрузкой которых являются индуктивные элементы слоев 1-4i, образованные последовательным соединением спиральных индуктивных элементов в столбцах или строках матрицы, и емкостные эле5 менты слоев 42 и 4з МПП, образующие колебательные контура.

Блоки 24 и 25 пороговых элементов предназначены для сравнения уровней сигналов на выходах усилителей блоков 19 и 20 с заданным пороговым уровнем. Пороговые

элементы этих блоков построены таким образом, что в обычном состоянии, когда на емкостные и спиральные индуктивные элементы коммутационной панели 18 не оказывается никаких внешних возмущающих воздействий, на выходах усилителей блоков

19и 20 устанавливаются некоторые стандартные уровни сигналов, не вызывающие срабатывания пороговых элементов блоков

24 и 25. При воздействии внешних возмуще- ний на коммутационные элементы панели 18, уровни сигналов на выходах усилителей блоков 19 и 20 в определенных строках и столбцах матрицы должны измениться по отношению к стандартному уровню, что приведет к срабатыванию определенных пороговых элементов блоков 24 и 25, которые сформируют на своих выходах сигнал логической единицы.

Коммутатор 32 предназначен для ком- мутации выходов 28 и 29 и передачи их на информационные входы дешифратора 33, предназначенного для формирования двоичного кода Xc(Yc) символа, соответствующего определенному элементу матрицы. На выходах 30 и 31 устройства формируются сигналы признаков ординаты и абсциссы (в виде уровней логической единицы) сопровождающие код Xc{Yc) символа на выходах 33.

В качестве элемента считывания информации может быть использован карандаш, имеющий наконечник из магнитного материала, либо палец сператора, помещаемый в позицию соответствующего символа (фиг. 7). Частота сигналов генератора 26 колебаний устанавливается раиной f0. которая является резонансной частотой колебательного контура образованного индуктивностью L элементов 5 строки (столбца) и результирующей емкостью С элементов 1 Цвыполненных в виде шин)троки столбца. В исходном состоянии уровни сигналов с усилителей блоков 19 и

20будут определяться только активной со- ставляющей суммарного омического сопротивления спиральных элементов 5 столбцов (строк) матрицы, поскольку при резонансе реактивная составляющая колебательного

LC контура будет равна нулю.

Устройство и входящая в его состав коммутационная панель работают следующим образом.

Генератор 23 импульсов, формируя на своих выходах прямоугольные импульсы, сдвинутые по фазе на 180°, попеременно включает и выключает ключи 21 и 22. которые подключат вторую и третью группы выводов 7 и 8 к клемме 27 источника питания. Тем самым попеременно залитываются коллекторы транзисторных усилителей блоков 19 и 20 через соответствующие результирующие индуктивности столбцов и строк матрицы. Одновременно с этим на базы транзисторных усилителей блоков 19 и 20 поступает сигнал непрерывных синусоидальных колебаний от высокочастотного генератора 26. В момент запитки одного из блоков усилителей 19 (20) на их выходах формируется сигнал той же частоты, уровень которого определяется величиной нагрузки (результирующей активной и реактивной составляющих колебательного контура LC).

Сигналы с выходов усилителей блоков

19и 20 при отсутствии возмущающего внешнего воздействия на элементы коммутационной панели 18 имеют один и тот же стандартный уровень UCT и поступают на входы блоков 24. и 25 пороговых элементов. Пороговые элементы настроены таким образом, что при наличии на их входах сигнала с уровнем ист, на их выходах формируется сигнал логического нуля. Таким образом, в исходном состоянии на выходах 28 и 29 блоков 24 и 25 устанавливается нулевой код. Считывание символов может осуществляться, например, карандашом с наконечником из мэгнигомягкого материала или пальцем. Оператор помещает указанный карандаш в нужную позицию (туда, где расположен соответствующий символ (Фиг. 7). При этом индуктивность спиральных элементов 5, расположенных под позицией этого символа возрастает, а следовательно, возрастает индуктивность для данных строк и столба матрицы, что приведет к возрастанию реактивного сопротивления в коллекторной цепи соответствующих усилителей блоков 19 и

20и изменению уровня сигнала на выходах этих усилителей по отношению к уровню UCT. Соответствующие пороговые элементы блоков 24 и 25 сформируют на своих выходах сигнал логической единицы, т.е. на выходах 29 будет сформирован позиционный код Упоз-, а на выходах 28 - позиционный код ХПоз данного символа. Поскольку запит- ка коллекторных цепей усилителей блоков 19 и 20 осуществляется попеременно, то и коды Yn03 и Хпоз на выходах 28 и 29 появляются попеременно. Сигналы УПоз и Хпоз поступают на информационные входы коммутатора 32, который попеременно передает их на свой выход с помощью управляющего сигнала, поступающего с одного из выходов генератора 23 импульсов. При наличии на этом выходе сигнала логического нуля передается код Хпоз, при наличии сигнала логической единицы - код Упоз. Указанные коды преобразуются дешифратором

33 в код меньшей разрядности и поступают на выход 34 устройства, Одновременно с этим по выходам 30 и 31 передаются сигналы признаков абсциссы и ординаты данного символа, что дает возможность однозначно определить код вводимого символа.

При считывании символов с помощью пальца панель работает как сенсорное устройство ввода. В этом случае палец оператора, воздействуя на емкостные элементы 11 слоев 4г и 4з МПП, изменяет результирующую емкость соответствующего столбца и строки матрицы. В результате резко изменяется реактивное сопротивление колебательного контура, образованного результирующими индуктивной и емкое i- ной составляющих, что приводит к скачкообразному перепаду уровня сигнала на выходах соответствующих усилителей блоков 19 и 20. 8 дальнейшем работа устройства происходит аналогично описанному выше процессу.

В известной коммутационной панели и известной схеме устройства, ,в которой использовались специальные блоки емкостных элементов, влияние элемента считывания (карандаша или пальца) нз емкостную составляющую колебательного контура проявляется в меньшей степени, т.к. блоки емкостных элементов находятся о внешней схеме устройства, а не а самой коммутационной панели.

В предлагаемой коммутационной панели емкостные элементы входят непосрэдст- венио п конструкцию самой панели, что позволяет с одной стороны повысить ее чуасташелоность 1так как характеристи э преобразования системы элемент счшыва- ния - коммутационной панель является более крутом, а песег ды сигналов н выходах усилителен блоков 19 и 20 язляютгя более четко выраженными), а схема самого устройства ввода информации становится проще и надежнее з счет исключения блокоз емкостных элементов.

Предлагаемая коммутационная панель обладает более высокими резонансными свойствами, за счет того, что емкостные и индуктивные элементы конструктивно объединены а одной коммутационной панели, что умрньшает число внешних свпей. Более высокие резонансные свойства увеличивают крутизну характеристики преобразования системы элемент считывания - коммутационная панель, что обеспечивает большую чувствительность предлагаемой коммутационной панели.

Формула изобретения

Коммутационная панель для устройства ввода информации, выполненная в виде

многослойной печатной платы, на слоях которой расположены плоские спиральные индуктивные элементы, размещенные по столбцам и строкам матрицы, в центре каждого индуктивного элемента расположена контактная плош,адка, соединенная с внутренним витком спирального индуктивного элемента, ч первом слое многослойной печатной платы s каждом столбце матрицы

0 внешние БИТКИ первых и последних спиральных индуктивных элементов являются соответственно первой и второй группами выводов матрицы, внешний виток каждого четного спирального индуктивного элемен5 та с второго по (п-2)-й элемент соединен с внешним витком смежного нечетного спирального индуктивного элемента с третьего по (п-1)-й элемент в столбце, во втором слое мно1ослойной печатной платы в каждом

0 столбце матрицы внешний виток каждого нечетного спирального индуктивного элемента с первого по (п- ,-й элемент в столбце соединен с внешним витком смежного четного спирального индуктивного элемента с

5 второго по n-й элемент в ст олбце, в трет ьем слое многослойной печатной платы в каждой строке матрицы внешние витки первых и последних спиральных индуктивных элементов являются соответственно третьей и

0 четвертой группами выводов матрицы, внешний виток каждого четного спирального индуктивного элемента с второго по (п- элемент в строке соединен с внешним витком смежного нечетного спирального

5 ин /ктивного элемента с третьего по (п-1)-й эле-мент в строке, в четвертое, слое многослойной r.fcHBTrio i платы в аждой строке матрицы ьнеиний виток каждою нечетного Л1ирзльного индуктивного элемента с пер0 аого по (п-1}-й элемент в строке соединен с внешним зитком смежного четного элемента с второго по Р-Й элемент в строке, в контактных площадках многослойной печатной платы выполнены металлизированные от5 еерстия, между вторым и третьим слоями расположена диэлектрическая прокладка, отличающаяся тем, что, с целью повышения чувствительности коммутационная панель содержит два дополнитель0 ных слоя с емкостными элементами, на каждом дополнительном слое емкостные элементы выполнены в виде групп пар линейных шин, в первом дополнительном слое группа пар линейных шин ориентирована

5 по столбцам матрицы, во втором дополнительном слое группа пар линейных шин ори- ен|ирована по строкам матрицы, расстояние между шинами в каждой из пэр меньше расстояния между шинами соседних пар линейных шин, чет ные шины группы

пар линейных шин первого дополнительного слоя соединены с первой группой выводов коммутационной панели, вторая группа выводов которой подключена к нечетным шинам группы пар линейных шин первого дополнительного слоя, нечетные шины

группы пар линейных шин второго дополнительного слоя соединены с третьей группой выводов коммутационной панели, четвертая группа выводов которой подключена к четным шинам группы пар линейных шин второго дополнительного слоя.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для считывания и ввода в ЭВМ символьной информации. Целью изобретения является повышение чувствительности коммутационной панели для устройства ввода информации. Указанная цель достигается тем, что коммутационная панель выполнена в виде многослойной печатной платы, на слоях которой расположены плоские спиральные индуктивные элементы, размещенные по столбцам и строкам матрицы, в центре каждого индуктивного элемента расположена контактная площадка, соединенная с внутренним витком спирального индуктивного элемента, коммутационная панель содержит два дополнительных слоя с емкостными элементами, на каждом дополнительном слое емкостные элементы выполнены в виде групп пар линейных шин, в первом дополнительном слое группа пар линейных шин ориентирована по столбцам матрицы, во втором дополнительном слое группа пар линейных шин ориентирована по строкам матрицы. 9 ил.

Ј Ј 6 Ј Ј € Ј 6

Фнг. 2

,6 ,Ј .Ј .С «Ј «Ј Ј .6

. 3

7 7 7 «7 7 7 «7 7

.Я

8

6 6 б «5 ( 5 6 6

9

9

Фиг Л

//

11

/

Фиг. 5

Фиг. 6

л

9k Bl 91

«

s

Ј 2 /

Т/

Lk

1

И

.-.i

/ / /

2tOi99L