CN101427201A - 抗幻象键盘 - Google Patents

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Abstract

公开了一种计算机键盘，以解决幻影键或幻象问题。向PCB或接受接触的膜添加二极管以消除反向电流，该反向电流是造成幻影键击的原因。这些单向二极管增加了具有有限输入的微控制器所能够支持的可能并发组合的数量。

Description

抗幻象键盘
技术领域
本发明总的涉及计算机外设领域，更具体地，涉及用户输入设备如计算机键盘。
背景技术
现代计算机键盘的设计把节约成本作为主要因素。为此，键盘通常具有印有电路的两层膜(membrane)和插入在这两个膜层之间的有孔的不活动的非传导层，而不是每个计算机键下面的物理微开关(伴随着每个微开关的成本)。电路和孔被布置成使得当按键被压下时，顶部膜和底部膜正好在所下压的键的下面被强制合在一起，接通电路。图1示出了上述机制。通常，膜由廉价的弹性材料制成并且印有传导性铜合金条带，并且没有逻辑门、电阻器或者任何其它电子部件。
微控制器连接到顶部膜和底部膜，通过这些电路的接通检测键击，并且将适当的信号发送给与被按键有关的主机计算机。
通常，这样的微控制器并不具有与计算机键盘有关的多于100个的输入。相反，多数微控制器具有大约10个输入以节约成本。这意味着每个键没有专门的输入，因此膜上的电路被设计成使得在每次压下键时通常激活2到3个输入(例如，每次压下“A”键激活相同的输入组合)。
微控制器相应地被编程成将这些组合解释为不同的键压，因此即使利用有限数量的输入，微控制器也能够认出常规计算机键盘上的所有108个或更多个键。微控制器程序和膜电路设计的组合在业内一般称为键盘矩阵。
但是，该方法的缺点在于如果具有交叠输入的三个或者更多个键(或者任意多个，取决于特定的微控制器和膜配置)被同时压下，则微控制器无法基于数字输入辨别哪些键被压下或者是否实际上键已被释放。
例如，假设“A”使用输入1、2、3；“B”使用输入2、3、4；并且“C”使用输入3、4、5。如果“A”和“C”被一起激励，则输入1、2、3、4、5变为有效。但是“B”也编码成2、3、4。因此，微控制器无法基于上述输入确定“B”是否有效。
当这发生时，对该交叠的典型反应是微控制器发送键盘错误信号给主机计算机。于是键盘认为所有的键都被释放，而主机计算机通常向用户发送告警(最常用的是可听得见的“嘟嘟”声)。当发生该错误时用户的输入丢失，这在快速输入数据时、或者在玩计算机游戏或进行时间重要的其他应用的情况下是不希望发生的。这个问题在业内称为“幻象(ghost)”或“幻影”键问题。
膜和微控制器的矩阵系统实际上引入了先前在每个键盘中使用单独的微开关时不存在的问题(从前的“IBM”型键盘，在这种具有单独微开关的键盘的原始普及之后)。每个微开关会向微控制器发送不同的信号，所以不会有“幻象”问题。但是，这是较昂贵的方式，该方式也就是为什么最初引进膜和简单微控制器组合的原因。
通常，键盘制造商对用户最可能同时按下哪些键进行有根据的猜测，并且设置膜电路使得较可能被一起按下的键不产生引起幻象错误的冲突。但是，预测每种情况下用户将如何使用键盘是不可能的，特别是对于允许用户确定他们自己想同时按下哪些键的更加复杂且高度可定制的程序(例如图形编辑应用程序和游戏)。例如，常规键盘不能正确认出用户一次按下数字键区中多于4个的键，而是产生错误。
发明内容
本发明的电路设计解决了幻影键或幻象问题。本发明的实施例还包括单向二极管，而不是原有矩阵中引出的简单的传导线。这些单向二极管大大增加了具有有限输入的微控制器所能够支持的可能组合的数量。
利用本发明，现有的微控制器设计和键盘构造方法能够在无需较大改变的情况下继续使用，使得未实现抗幻象特征的键盘享有规模经济。
本领域的技术人员应当理解，尽管本说明书在计算机键盘的环境下描述本发明，但是其他的计算机输入设备，包括计算机键区，也能够从这里描述的方法中受益。
以上发明内容并不旨在代表本发明的每个实施例或每个方面。具体说明和附图将描述本发明的许多实施例和方面。
附图说明
通过理解以下具体说明以及参考附图，本发明的以上和其他优点是显而易见的，在附图中：
图1是顶部、中间(间隔)和底部膜以及图示典型下压动作的横截面的平面图。
图2是图示根据本发明一方面如何能够消除幻象的电路图。
图3是根据本发明的顶部膜、中间膜和底部PCB以及示出激励动作的横截面的平面图。
图4示出具有铁素体或其他传导性材料的橡胶键帽的横截面。
图5是根据本发明实施例的具有如环路闭合方法(circuit closuremethod)的游戏控制器的示例性电路。
本发明容易具有各种修改和替换形式，但是在附图中通过示例示出了特定的实施例并且将在这里具体描述。但是应当理解，本发明并不旨在限于所公开的特定形式。相反的，本发明覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效内容和替换方式。
具体实施方式
如上所述，本发明实施例提供计算机输入设备，如具有抗幻象能力的键盘。在现有技术键盘中，控制器将由全部的1和一个0组成的扫描模式写到列线，其中所述一个0移位经过每个列。于是在行线处读取结果。如果0被传播到行线，则在该列和行的交叉处的键已被按下。如果同一列中的两个键被按下，并且与A或B相同的行中按下第三键，则在扫描矩阵中会检测到幻影第四键压。
图1示出现有技术电路设计，其中示出顶部膜10、间隔膜11和底部膜12。键15由用户激励，引起接触14向下移动，闭合电路。
在本发明的优选实施例中，除了在矩阵实现中引出的传导线之外，还包括了单向二极管。这些单向二极管大大增加了具有有限输入的微控制器所能够支持的可能组合的数量。各类二极管都可以最佳地适于特定的应用，包括p-n型二极管、肖特基二极管和急变或阶跃恢复二极管等。
这里公开了实现该抗幻象方法的三个示例性方法。在这些方案的优选实施例中，现有的微控制器设计和键盘构造方法能够在无需较大改变的情况下继续使用，使得未实现抗幻象特征的键盘享有规模经济。
图2是图示如何如上所述消除幻象的电路图。如图2所示，二极管20、21、22和23用于减小或消除反向电流。结合图2，二极管20、21、22和23用于去除反向电流。在图1的现有技术设计中，我们应当预见到从C到A到B的反向电流，通过本发明避免了该反向电流。结果，在D处不出现幻影键。
在本发明的第一实施例中，使用了印刷电路板(PCB)，而不是三膜结构。现在参考图3，示出了顶部膜30、中间间隔膜32和底部PCB 33的平面图。图3还示出了横截面，其示出激励动作如何进行，其中键34和相关的接触31被压下以与PCB 33闭合电路。
本实施例中的发明因此能够将低成本膜和矩阵方案与能够容纳每个键的低成本二极管的PCB相结合(与典型的较高成本的微开关相反)。结果，该结合与多数现有微控制器兼容，并且通常不需要对微控制器固件进行大的改变。
在另一实施例中，不使用任何膜，而是对现有的键进行少量修改，增加少量传导材料，其中现有的键通常依赖于在被压下后强制使键返回的弹性片。图4示出具有被弹性材料如橡胶41包围的铁素体或其他传导性材料42的橡胶键帽40的横截面。
如图5所示，在可替选实施例中，底部PCB可以被设计成使得当键被压下时，传导性材料闭合被压下的键的相应电路。该实现与第一实施例的不同在于所有的相关电路都是印在一个PCB上，不需要设计的膜。
在又一实施例中，使用了第一实施例，但是不是将PCB用于底层，而是使用印有或具有附着的二极管的膜。
尽管参考一个或更多个特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员会认识到在不背离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明进行很多改变。这些实施例中的每个实施例及其明显变型都被认为落入在随后的权利要求中阐述的所要求保护发明的精神和范围中。

Claims (22)

1.一种计算机键盘，包括：
多个键，每个所述键包括相关的键接触；
间隔膜，其包括通道，使得在一个或多个所述键被压下时，一个或多个所述键接触伸过所述间隔膜；
印刷电路板，其包括与每个所述键接触相关的PCB接触，从而在一个或多个所述键被压下时，一个或多个所述键接触与所述印刷电路板闭合电路；
其中，所述印刷电路板还包括被配置成防止反向电流的、与每个所述PCB接触相关的二极管。
2.根据权利要求1所述的键盘，其中，至少一些所述二极管是p-n型二极管。
3.根据权利要求1所述的键盘，其中，至少一些所述二极管是肖特基二极管。
4.根据权利要求1所述的键盘，其中，至少一些所述二极管是阶跃恢复二极管。
5.一种计算机键盘，包括：
多个键，每个所述键包括弹性材料和相关的键接触；
印刷电路板，其包括与每个所述键接触相关的PCB接触，从而在一个或多个所述键被压下时，一个或多个所述键接触与所述印刷电路板闭合电路；
其中，所述印刷电路板还包括被配置成防止反向电流的、与每个所述PCB接触相关的二极管。
6.根据权利要求5所述的键盘，其中，至少一些所述二极管是p-n型二极管。
7.根据权利要求5所述的键盘，其中，至少一些所述二极管是肖特基二极管。
8.根据权利要求5所述的键盘，其中，至少一些所述二极管是阶跃恢复二极管。
9.根据权利要求5所述的键盘，其中，所述弹性材料是橡胶。
10.根据权利要求5所述的键盘，其中，所述键接触嵌在所述弹性材料中。
11.根据权利要求10所述的键盘，其中，所述键接触包括铁素体。
12.根据权利要求5所述的计算机键盘，还包括间隔膜，其包括通道，使得在一个或多个所述键被压下时，一个或多个所述键接触伸过所述间隔膜。
13.根据权利要求12所述的计算机键盘，其中，至少一些所述二极管是p-n型二极管。
14.根据权利要求12所述的计算机键盘，其中，至少一些所述二极管是肖特基二极管。
15.根据权利要求12所述的计算机键盘，其中，至少一些所述二极管是阶跃恢复二极管。
16.根据权利要求12所述的计算机键盘，其中，所述弹性材料是橡胶。
17.根据权利要求12所述的计算机键盘，其中，所述键接触嵌在所述弹性材料中。
18.根据权利要求17所述的计算机键盘，其中，所述键接触包括铁素体。
19.一种计算机键盘，包括：
多个键，每个所述键包括相关的键接触；
第一膜，其包括通道，使得在一个或多个所述键被压下时，一个或多个所述键接触伸过所述间隔膜；
第二膜，其包括与每个所述键接触相关的二极管接触，从而在一个或多个所述键被压下时，一个或多个所述键接触与所述第二膜闭合电路；
其中，所述第二膜还包括被配置成防止反向电流的、与每个所述二极管接触相关的二极管。
20.根据权利要求19所述的键盘，其中，至少一些所述二极管是p-n型二极管。
21.根据权利要求19所述的键盘，其中，至少一些所述二极管是肖特基二极管。
22.根据权利要求19所述的键盘，其中，至少一些所述二极管是阶跃恢复二极管。
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