Egentligen är det inte pennan utan pappret som är Anotos stora uppfinning. På varje kvadratmillimeter av pappret finns nio små prickar, var och inte större än en 0,1 mm, på 0,3 mm avstånd från varandra. Prickarna är ordnade i ett unikt och väl definierat mönster, och poängen är att Anotopennan kan läsa av punktmönstret och lagra var pennspetsen varit. Denna information kan sedan skickas vidare i cyberrymden, via exempelvis Bluetooth och en mobiltelefon, i form av e-post, sms eller fax. Vips har pappret, och pennan, därmed klivit in i det digitala samhället.

- Pappret är sammanhanget, kontexten. Pennan är fundamentalt korkad. Det enda den vet är var den befinner sig på ett enormt papper, säger Petter Ericson som ansvarat för utvecklingen av pennan.

Om alla möjliga kombinationer av prickar skulle tryckas på ett enda papper skulle det arket bli 60 miljoner km2 stort. Större än Europa och Asien tillsammans. Och många prickar blir det på detta jättepapper, närmare bestämt 4 722 366 482 869 645 213 698 stycken.

Ska pennan lyckas navigera på detta jättepapper så måste förstås prickarna läsas av korrekt. CMOS-sensorn som sitter i pennans spets har man därför lagt ner mycket tid på, liksom förstås bildbehandlingsalgoritmerna som i stor utsträckning exekveras direkt i asicen.

Ganska grov upplösning

Sensorn tar 80 bilder i sekunden med en exponeringstid av 50 till 100 μs. Ljuskällan är en lysdiod med våglängd nära infrarött, på 880 nm. Sensorn ser alltså inte pennans bläck, utan bara prickarna på Anotopappret. Att exponeringstiden varierar beror på att lysdiodernas ljuseffekt varierar, så man fick bygga in en reglerslinga som känner av ljusbehovet.

Bildsensorns yta är 2 x 2 mm, uppbyggd av 100 x 100 pixlar om 20 μm. Det är alltså relativt grov upplösning, men enligt Petter Ericson behövs inte mindre pixlar - det kan till och med bli problem med bildkvaliteten på grund av diffraktion.

- Hur pixlarna skulle exponeras visade sig vara ett jättekrångligt problem att lösa. Det hade vi ingen aning om när vi började utvecklingsarbetet, säger Petter Ericson

Standardsensorer dög inte

De speciella behoven gjorde att marknadens standardsensorer inte kunde användas. De som utvecklats för digitalkameror var för dyra och hade för många pixlar, och de som tagits fram för videotelefoni var för långsamma och okänsliga.

- Vi behövde måttlig upplösning, inbyggd AD-omvandling och hög känslighet i 880 nm-området. Plus lågt pris. Så vi hade inget annat val än att utveckla en egen sensor, förklarar Petter Ericson.

För säkerhets skull drev man detta projekt med två partner parallellt. På så sätt fick en försäkring - någon partner kunde ju teoretiskt sett misslyckas - samtidigt som man fick två alternativa leverantörer. Även optiken krävde specialkompetens, liksom kapslingen, en CSP med glasskiva direkt på kislet.

- CMOS-sensortillverkning är superkinkigt, konstaterar Petter Ericson lakoniskt.

En annan egenutvecklad detalj är trycksensorn, som känner av när pennan har kontakt med pappret. Här utgick man dock från känd teknik. Totalt har pennan tagit ungefär två år att utveckla.

- I början hade vi stora problem att få pennan att fungera. Vi hoppades att den sensorteknik och den optik vi behövde skulle finnas framme 18 månader senare. Lyckligtvis hade vi rätt, säger Peter Ericson.

Samma asic som i C-pen

Om ljussensorn var ett tidvis skakigt projekt så var det betydligt lugnare med asicen. Den fanns framme redan från början - det är samma asic som sitter i C-pen, systerbolaget C Technologies första produkt. Argus som asicen heter är en så kallad ASSP, applikationsspecifik standardprodukt, framtagen för bildbehandling i realtid. Den är byggd kring Arm-kärnan ARM7TDMI och försedd med egenutvecklad minneshantering, diverse gränssnitt samt bildbehandlingslogik.

- Vi kan göra filtreringar och en del bildanalys direkt i hårdvaran, utan att blanda in processorn, berättar asicansvarige Ola Hugosson.

Argus är gjord i 0,25 μm CMOS, klockas i 72 MHz och innehåller ungefär 100 000 grindar plus 32 kbyte SRAM. Strömförbrukningen är 300 mW i aktivt läge, 8 mW i viloläge och ett par μW i sovläge, då pennan har hatten på. Det kanske inte låter så mycket, men hos Anoto väntar man just på första provexemplaren av nästa generations Argus, som kommer att vara betydligt strömsnålare.

- Vi siktar på att nå 3-4 gånger längre batteritid, säger Ola Hugosson.

Det åstadkoms bland annat genom att gå ner i geometri till 0,18 μm, genom att enbart klocka aktiva delar av kretsen och genom att helt stänga av oscillatorn så fort pennan lyfts från pappret. Det kräver att uppväckningen kan ske asynkront, och dessutom tillräckligt snabbt.

- De största relativa vinsterna blir på viloeffekten, där räknar vi med att få ner strömförbrukningen under en fjärdedel av första versionen, säger Ola Hugosson.

Nya Argus är nära tre gånger snabbare och innehåller en rad funktioner i hårdvara som tidigare gjorts i programvara. Därför består den också av mer än tre gånger så många grindar, närmare 350 000. För att kunna verifiera denna konstruktion med tillräckligt stor säkerhet gjordes den helt synkron och layouten helt timingstyrd så att verktyg för statisk timinganalys kunde komma till sin rätt.

- Nätkapacitanserna spelar betydligt större roll för timingen i 0,18 μm jämfört med 0,25 μm. De statistiska modeller som syntesverktyget använder för att gissa kapacitanserna stämmer ganska dåligt med de verkliga kapacitanserna efter layout. Det kan vara så illa att en signalväg tar dubbelt så lång tid som syntesverktyget säger, förklarar Ola Hugosson.

- Synkron konstruktion är en förutsättning för timingdriven layout.

Elva kretsar blir nio och sex

Den nya asicen är bara en del av nästa generations plattform för Anotopennan. Den nuvarande består av elva huvudkretsar - bildsensor, trycksensor, Argus med flash och SRAM, Bluetoothbasband, Bluetoothradio, en flashkrets till Bluetoothdelarna samt en tvåkretslösning för effekthanteringen hämtad från Ericssons mobiltelefon T39. Kretskortet har också fyra olika spänningar - 2,5 V för Argus och flashminnet, 3,3 V för sensorn och andra minnen, och därtill referensspänningar på 3,15 och 2,75 V för Bluetooth.

- Det är ett skäl till att första generationens penna blir relativt dyr, säger Petter Ericson.

I första generationens penna används Ericssons Bluetoothlösning. Men till den andra har man tagit fram en egen, kallad Picodous som betyder "liten tand" på grekiska. Den låter Argus sköta en stor del av basbandsdatahanteringen.

- Har man en egen processor så behövs inte så mycket processorkraft i basbandsdelen. Dessutom behöver Picodous inget eget flashminne, säger Petter Ericson.

Därmed är man nere på nio kretsar. Men planer finns också på en tredje generations plattform, med en egen asic för effekthanteringen. Då räcker det med sex kretsar - Argus, radiochipset, effekthanteringsasicen, ett flashminne samt ljussensorn och trycksensorn.

När man kommit så långt kan även byggsättet förändras.

- Vid det laget har elektroniken blivit så liten att man kan designa pennan i princ ip hur som helst. Det är faktiskt inte så långt tills prestanda och batteritid inte är någon begränsning, säger Petter Ericson.

Den dagen ligger något år eller två framåt. Då hoppas Anoto att det finns en lång rad företag som gör pennor för Anotopappret. För trots allt konstruktionsarbete är det inte elektronikprodukter som Anoto ska tjäna pengar på. Intäkterna ska i stället komma från licensavgifter från de partner som säljer papper, pennor, teletjänster och annat där papper och Internet samverkar.

Adam Edström