CN101854176A

CN101854176A - 鬼键检测电路及其相关方法

Info

Publication number: CN101854176A
Application number: CN200910133833A
Authority: CN
Inventors: 黄炯至; 刘文通; 郭国甫
Original assignee: Silitek Electronic Guangzhou Co Ltd; Lite On Technology Corp
Current assignee: Silitek Electronic Guangzhou Co Ltd; Lite On Technology Corp
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-06
Also published as: US20100253554A1; US8314723B2

Abstract

本发明提供一种鬼键检测电路，其包含有至少第一扫描线与第二扫描线、至少第一返回线与第二返回线、多个开关元件及电平检测电路；其中电平检测电路对第一、第二返回线上的测量电压值执行电平检测，当一返回线上的测量电压值大于或等于参考电压值时，电平检测电路产生逻辑电平信号以指示出目前扫描线上对应于该返回线的开关元件处于不导通状态，以及当返回线上的测量电压值小于参考电压值时，电平检测电路产生逻辑电平信号以指示出目前扫描线上对应于该返回线的开关元件处于导通状态。

Description

鬼键检测电路及其相关方法

技术领域

本发明涉及一种鬼键检测电路(ghost key detecting circuit)，更具体讲涉及一种具有按键矩阵结构的键盘及其相关方法。

背景技术

目前说来，为了避免使用过多的接线而致使键盘本身的制造成本增加以及实际组装时的不便利性，现有技术的键盘多采用按键矩阵(key matrix)的方式进行设计。对于采用按键矩阵进行设计的键盘而言，由于按键矩阵本身物理特性的关系，鬼键(ghost key)的发生便会成为常规键盘设计时无法忽略的因素。

一般来说，为了避免鬼键的发生，往往不得不增加按键矩阵的规模，或者是不得不以二极管将每个按键加以区隔，然而，如此的作法将大幅提高键盘本身的制造成本。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提出一种具有新颖性设计的鬼键检测电路，以避免发生鬼键，其并享有较低制造成本的功效。

依据本发明的一个实施例，公开了一种鬼键检测电路。该鬼键检测电路包含有带有预定阻值的多个开关元件、至少一组扫描线、至少一组返回线以及电平检测电路，其中该组返回线与该组扫描线彼此交会并分别耦接于该多个开关元件，且该电平检测电路耦接于该组返回线，并用来检测对该组返回线上的测量电压值以指示出该组扫描线上对应于该组返回线的至少一个开关元件处于不导通状态或导通状态。

依据本发明的另一个实施例，还公开了一种使用于鬼键检测电路的方法。该鬼键检测电路至少具有带有预定阻值的多个开关元件、至少一组扫描线与至少一组返回线，该组返回线与该组扫描线彼此交会并分别耦接于该多个开关元件。该方法包含有以下步骤：对该组返回线上的至少一个测量电压值执行电平检测；当该组返回线中至少一条返回线上的测量电压值大于或等于一参考电压值时，产生一逻辑电平信号以指示出目前扫描线上对应于该返回线的一开关元件处于不导通状态；以及当该返回线上的该测量电压值小于该参考电压值时，产生逻辑电平信号以指示出该目前扫描线上对应于该返回线的该开关元件处于导通状态。

附图说明：

图1为键盘所具有的标准二乘二按键矩阵的示意图。

图2A～图2D为图1所示的按键矩阵发生鬼键的可能情形的示意图。

图3为本发明的实施例的鬼键检测电路的示意图。

图4为图3所示的鬼键检测电路的等效电路示意图。

图5为当图3所示的第一开关元件所对应的按键被按下时鬼键检测电路的等效电路示意图。

图6为当图3所示的第二开关元件所对应的按键被按下时鬼键检测电路的等效电路示意图。

图7为当图3所示的第三开关元件所对应的按键被按下时鬼键检测电路的等效电路示意图。

图8为当图3所示的第四开关元件所对应的按键被按下时鬼键检测电路的等效电路示意图。

图9为当图3所示的第二、第三、第四开关元件所对应的按键被按下而剩余的第一开关元件所对应的按键未被按下时鬼键检测电路的等效电路示意图。

图10为图9所示的等效电路的简化电路图。

图11A～图11B为当第一、第二扫描线动作时图10所示的简化等效电路的操作示意图。

图12为图3所示的电平检测电路的另一实施变化示意图。

附图中的附图标记说明如下：

100 按键矩阵

300 鬼键检测电路

305a～305d 开关元件

310a、310b 电阻元件

315 电平检测电路

320 处理器

具体实施方式

为清楚了解本发明的技术手段以及本发明所能够解决的问题，下面先简述鬼键发生的成因。请参照图1，图1是一般键盘所具有的标准二乘二按键矩阵100的示意图。按键矩阵100包含有形成井字型(double cross)结构的四个按键，即分别对应的薄膜开关元件SW₁～SW₄。这其中，每一薄膜开关元件SW₁～SW₄皆具有第一端与第二端。当对应于一薄膜开关元件(例如SW₁)的按键被按下时，其第一端会与其第二端相接触，而使得该薄膜开关元件处于导通状态(on)，进而导致扫描线(scan line)X₁与返回线(return line)Y₁导通。基于此现象，依据返回线Y₁上的信号，而得知开关元件SW₁所对应的按键目前是否被按下。反之，当对应于该薄膜开关元件的按键并未被按下时，其第一端则不会与第二端相接触，因而该薄膜开关元件会处于不导通状态(off)，返回线Y₁上亦没有信号传递。

然而，正因为上述按键矩阵100的物理特性，只要上述开关元件SW₁～SW₄中的任意三个所对应的按键被按下时，就算剩余的第四个按键实际上并未被按下，仍将错误判断第四个按键被按下。这种实际上未被按下但却被误判已被按下的按键，即称之为鬼键。具体来说，请参照图2A～图2D，其分别显示图1所示的按键矩阵100中鬼键现象的可能成因。如图2A所示，当开关元件SW₁～SW₃被导通时，扫描线X₂与返回线Y₂会因另一导通路径(即经由开关元件SW₁～SW₃的黑色粗线条)而导通，使得开关元件SW₄亦处于导通状态，因而误判开关元件SW₄所对应的按键被按下(亦即发生鬼键)。另外，如图2B所示，当开关元件SW₂～SW₄皆因其所对应的按键被按下时，开关元件SW₂～SW₄将提供另一导通路径，导致扫描线X₁与返回线Y₁导通，而误判开关元件SW₁所对应的按键被按下。此外，如图2C所示，由导通的开关元件SW₁、SW₃、SW₄所提供的另一导通路径，将使得扫描线X₁与返回线Y₂导通，因而误判开关元件SW₂所对应的按键被按下；再者，如图2D所示，当扫描线X₂与返回线Y₁被导通时，将误判开关元件SW₃所对应的按键被按下。

本发明所提出的新颖设计将可以避免产生上述的鬼键问题，亦即，本发明可真正区别出按键是否实际上被按下。请参照图3，图3是本发明一实施例的鬼键检测电路300的示意图。鬼键检测电路300在本实施例中为一薄膜键盘(membrane keyboard)，而其包含有分别具有阻值R_C的至少一组扫描线(包括第一扫描线S₁与一第二扫描线S₂)、至少一组返回线(包括第一返回线R₁与一第二返回线R₂)、带有一预定阻值R_B的多个开关元件305a～305d、具有阻值R_A的两电阻元件310a与310b、定义有参考电压值V_th的电平检测电路315以及一处理器320，其中第一扫描线S₁、第二扫描线S₂、第一返回线R₁与第二返回线R₂彼此交会且分别耦接于开关元件305a～305d，形成如图3中所示的井字型结构，而开关元件305a～305d中每一开关元件皆具有第一端与一第二端，该第一、第二端中至少会有一端(例如第一端)涂布有一特定导电材料(conductive material)(在本实施例中例如是导电碳墨(Carbon))，使得每一开关元件具有预定阻值R_B，开关元件305a与305b的第一端耦接至第一扫描线S₁，其第二端则分别耦接至第一返回线R₁与第一返回线R₂，而开关元件305c与305d的第一端耦接至第二扫描线S₂，其第二端则分别耦接至第一返回线R₁与第一返回线R₂，此外，开关元件305a、305c的第二端经由第一返回线R₁而耦接至电阻元件310a，而开关元件305b、305d的第二端经由第二返回线R₂而耦接至电阻元件310b，电阻元件310a、310b的另一端则耦接至一电压源。如图3所示，电平检测电路315耦接于第一、第二返回线R₁与R₂，其可检测第一、第二返回线R₁与R₂上的测量电压值，以指示出扫描线S₁与S₂上对应于返回线R₁与R₂的各开关元件305a～305d的状态(处于不导通状态或导通状态)。

简单来说，在本发明的实施例中，基于电阻元件310a与310b、多个开关元件305a～305d、第一扫描线S₁与一第二扫描线S₂本身的阻值，只要开关元件305a～305d的导通状态(即相对按键的被按压状态)有所变化，便会影响第一、第二返回线R₁与R₂上的测量电压值，使得电平检测电路315基于参考电压值V_th与测量电压值的比较可检测出开关元件305a～305d所对应的按键的按压状态。基于前述的井字结构，当一按键所对应的开关元件并非因为该按键被按下而导通时，其相对的测量电压值会因为导通路径通过另外三个开关元件而得到较多的分压，因而大于或等于参考电压值V_th，而当一按键所对应的开关元件因为该按键被按下而导通时，其相对的测量电压值因为导通路径的不同而得到较少的分压，因而会小于参考电压值V_th，于是，藉由比较测量电压值与参考电压值V_th，可得知按键的按压状态。

为了正确地判别出实际的按键状态，电平检测电路315分别对第一、第二返回线R₁与R₂上的测量电压值执行一电平检测运作，以藉此判断对应于每一开关元件实际的按键状态。具体来说，当电平检测电路315判定第一返回线R₁上的测量电压值大于或等于参考电压值V_th时，电平检测电路315即会产生第一逻辑电平信号S_L，以指示出一目前扫描线(例如S₁)上对应于第一返回线R₁的开关元件305a处于不导通状态，亦即开关元件305a所对应的按键并未被按下。反之，当第一返回线R₁上的测量电压值小于参考电压值V_th时，电平检测电路315指示出开关元件305a处于导通状态，亦即，开关元件305a所对应的按键被按下。因此，耦接于电平检测电路315的处理器320即可依据电平检测电路315所产生的第一、第二逻辑电平信号S_L与S_L’来判断对应于每一开关元件实际的按键状态而不会有鬼键发生。

为了使电平检测电路315能够基于参考电压值V_th检测出第一、第二返回线R₁与R₂上的电压相对的变化，可利用其内部晶体管与外部第一、第二返回线R₁与R₂电性连接关系定义出参考电压值V_th。详细而言，电平检测电路315包含有晶体管Q₁～Q₄，其中晶体管Q₁、Q₃的控制端(基极)分别耦接至第一、第二返回线R₁、R₂，而其发射极分别耦接至接地电平，以及其集电极分别经由电阻而耦接至供应电压V_DD，此外，晶体管Q₂、Q₄的控制端(基极)分别耦接至晶体管Q₁、Q₃的集电极，晶体管Q₂、Q₄的发射极耦接至接地电平，而其集电极耦接至处理器320，以分别提供第一、第二逻辑电平信号S_L与S_L’予处理器320。参考电压值V_th设计为耦接于第一返回线R₁的晶体管Q₁、耦接于晶体管Q₁的晶体管Q₃的临界电压。以晶体管Q₁与晶体管Q₂所组成的第一检测模块来说，当第一返回线R₁的测量电压值大于或等于晶体管Q₁的临界电压(即参考电压值V_th)时，晶体管Q₁会导通并将其集电极电压拉低，致使晶体管Q₂因基极-发射极的跨压未能超过其临界电压(或称导通电压)而未导通。此时，第一逻辑电平信号S_L会具有一高逻辑电平，表示第一返回线R₁上的开关元件305a与305c的其中之一所对应到的按键并未被按下。反之，当第一返回线R₁的测量电压值小于参考电压值V_th时，晶体管Q₁并不会导通，但因开路的关系会致使晶体管Q₂的基极-发射极跨压超过其导通电压，而让第二晶体管Q₂本身被导通。此时，第一逻辑电平信号S_L会具有一低逻辑电平，表示第一返回线R₁上的开关元件305a与305c的其中之一所对应到的按键已被按下。晶体管Q₃与晶体管Q₄所组成的第二检测模块的操作则与上述的第一检测模块相似，在此不另赘述。因此，依据上述晶体管Q₁～Q₄的导通与否，即可输出具有不同逻辑电平的信号来表示按键是否被按下。当电平检测电路315基于参考电压值V_th检测出第一、第二返回线R₁与R₂上的电压相对的变化时，其相对产生的逻辑电平信号S_L，可用来判断对应于每一开关元件305a～305d的按键的状态。

请参照图4，图4是图3所示的鬼键检测电路300的等效电路示意图。如图4所示，当第一扫描线S₁动作时，其连接到的电压SCAN₁为一低电压，而在本发明的实施例中这相当于耦接于地。当第二扫描线S₂动作时，其连接到的电压SCAN₂亦为一低电压，本发明的实施例中相当于耦接至地。如图4所示，开关元件305a～305d皆处于不导通的状态时，供应电压V_DD会在第一、第二扫描线S₁、S₂动作时，分别透过电阻元件310a与310b来导通晶体管Q₁与Q₃，使得第一、第二逻辑电平信号S_L、S_L’如前所述会具有高逻辑电平。如此，处理器320即依据第一、第二扫描线S₁、S₂中的哪一个启动以及信号S_L、S_L’的逻辑电平来判断对应于每一开关元件的按键的状态。

图5～图8分别绘示图3所示和开关元件305a～305d所对应的按键分别被按下时的等效电路。为了简化说明书内容，在此仅以图5来说明，由于其余图6～图8的电路操作原理与图5的电路操作原理相似，故在此不多赘述。

如图5所示，由于仅开关元件305a所对应的按键被按下而其余按键未被按下，所以供应电压V_DD仍会在第二扫描线S₂动作时，透过电阻元件310b来导通晶体管Q₃，使得第二逻辑电平信号S_L’具有高逻辑电平。然而，第一返回线R₁上的测量电压值V_R1在第一扫描线S₁动作时会因为分压的关系而由下列等式所决定：

V_R1＝V_DD×(R_B+R_C)/(R_A+R_B+R_C)

由上可知，测量电压值V_R1的数值由电阻元件310a的阻值R_A、开关元件305a的预定阻值R_B与扫描线S₁的阻值R_C的关系所决定。基于上述关系，当仅开关元件305a导通时，第一返回线R₁上的测量电压值V_R1小于晶体管Q₁的临界电压(亦即参考电压值V_th)，因此，晶体管Q₁将不会导通，而第一逻辑电平信号S_L会具有低逻辑电平，故前述的处理器320可知道实际上仅开关元件305a所对应的按键被按下；上述V_R1与V_th的关系可表示成如下：

V_R1＝V_DD×(R_B+R_C)/(R_A+R_B+R_C)＜V_th

一般来说，可将阻值R_A设计为极大于阻值R_B与R_C，以使得分压后的电压值V_R1小于晶体管Q₁的临界电压V_th。

请参照图9，其所绘示为图3的开关元件305b～305d所对应的按键皆被按下而剩余开关元件305a所对应的按键未被按下时的等效电路；图9的等效电路中关于阻值R_A、R_B与R_C的部分电路可被更精简成图10所示的电路示意图，以及图11A～图11B则分别绘示第一、第二扫描线S₁与S₂动作时图10所示的电路的等效电路示意图。如图11B所示，当第二扫描线S₂动作时，电压SCAN₂相当于一接地电平而电压SCAN₁相当于一供应电压电平(例如V_DD)，此时电压值VR₁与VR₂等于V_DD×(R_B+R_C)/(R_A+R_B+R_C)，如前所述，V_DD×(R_B+R_C)/(R_A+R_B+R_C)会低于预定临界电压V_th，而藉由上述电平检测电路315的运作，处理器320即可正确判断出开关元件305c与305d所对应的按键被按下。另一方面，如图11A所示，当第一扫描线S₁动作时，电压SCAN₁相当于一接地电平而电压SCAN₂相当于一供应电压电平(例如V_DD)，此时电压值VR₁与VR₂不同，其中电压值VR₂等于V_DD×(R_B+R_C)/(R_A+R_B+R_C)，而电压值VR₁因为分压的关系由下列等式所决定：

V_R1＝V_DD×(3×R_B+R_C)/(R_A+3×R_B+R_C)

由此可知，此时测量电压值V_R1的数值由阻值R_A、开关元件305b～305d的预定阻值R_B与扫描线S₂的阻值R_C的关系所决定。所以，当按键矩阵中的任意三个按键被按下而剩余按键未被按下时，虽然该剩余按键所对应的开关元件会因为另一导电路径而被判定为导通状态，然而，此导电路径所造成的返回线测量电压值会与该剩余按键实际被按下时的导电路径所造成的返回线测量电压值有所不同，因此，本实施例可适当地设计阻值R_A、R_B与R_C，使得此时的测量电压值V_R1大于或等于晶体管Q₁的临界电压(亦即参考电压值V_th)，因此，晶体管Q₁将会导通，而第一逻辑电平信号S_L具有高逻辑电平，故前述的处理器320可知道实际上仅开关元件305a所对应的按键并未被按下；上述V_R1与V_th的关系可表示成如下：

V_R1＝V_DD×(3×R_B+R_C)/(R_A+3×R_B+R_C)≥V_th

因此，藉由适当地设计阻值R_A、R_B与R_C以及经由电平检测电路315中晶体管稳定的操作，本实施例的鬼键检测电路300可达到如下的效果：当形成一井字型结构的按键中的任意三个按键被按下而一剩余按键未被按下时，鬼键检测电路300可正确地判断出该剩余按键实际上并未被按下，亦即，鬼键检测电路300的设计不会因为井字型结构本身的物理特性而造成误判，故可避免发生鬼键。

此外，在另一实施例中，电平检测电路315中的晶体管Q₁～Q₄亦可利用场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)来实现。再者，在其他实施例中，第一、第二检测模块的部分运作亦可利用运算放大器来实现；请参照图12，其所绘示为图3所示的电平检测电路315的另一实施变化。如图所示，上述的第一、第二检测模块分别以运算放大器OP₁与OP₂来实现，其中运算放大器OP₁与OP₂作为比较器来使用，以比较器OP₁来说，其具有耦接于参考电压值V_th的反向输入端、用来接收第一返回线R₁上的测量电压值V_R1的非反向输入端以及用来产生第一逻辑电平信号S_L的输出端，当第一返回线上的测量电压值V_R1大于参考电压值V_th时，比较器OP₁会输出具有高逻辑电平的第一逻辑电平信号S_L，以及当第一返回线上的测量电压值V_R1小于或等于大于参考电压值V_th时，比较器OP₁会输出具有低逻辑电平的第一逻辑电平信号S_L，而比较器OP₂的操作则与比较器OP₁的操作相似。因此，由上可知，以运算放大器来实现电平检测电路315，亦可使后续的处理器320判断出井字型结构的按键是否实际上被按下；此一实施方式亦属于本发明的范畴。另外，在另一实施例中，亦可将前述第一、第二检测模块的其中之一以图3所示的晶体管来实现，而将第一、第二检测模块的其中另一以运算放大器来实现，换言之，在本发明的实施例中，第一、第二检测模块中的至少其一会利用晶体管与相关的电阻来实现，而第一、第二检测模块中的至少其一会利用运算放大器来实现；前述的种种实施变化皆符合本发明的精神。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本申请权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种鬼键检测电路，其包含有：

带有预定阻值的多个开关元件；

至少一组扫描线；

至少一组返回线，所述一组返回线与所述一组扫描线彼此交会并分别耦接于所述多个开关元件；

电平检测电路，耦接于所述一组返回线，用来检测所述一组返回线上的测量电压值，以指示出所述一组扫描线上对应于所述一组返回线的至少一个开关元件处于不导通或导通状态。

2.如权利要求1所述的鬼键检测电路，其中，

当所述一组返回线上的至少一个电压值大于或等于所述参考电压值时，目前扫描线上对应于所述一组返回线的所述至少一个开关元件处于不导通状态，

当所述一组返回线上的至少一个电压值小于所述参考电压值时，目前扫描线上对应于所述一组返回线的所述至少一个开关元件处于导通状态。

3.如权利要求1所述的鬼键检测电路，其另包含有：

处理器，耦接于所述电平检测电路，用来依据所述电平检测电路所产生的第一、第二逻辑电平信号，以判断对应于每一开关元件的按键的状态。

4.如权利要求1所述的鬼键检测电路，其另包含有：

多个电阻元件，每一电阻元件分别具有第一阻值且并分别耦接于所述一组返回线；

其中每一开关元件的第一、第二端中的至少一端涂布有特定导电材料使得每一开关元件各自具有所述预定阻值，而所述一组扫描线分别具有第三阻值；以及当所述多个开关元件中的三个开关元件处于导通状态而一剩余开关元件处于不导通状态时，所述剩余开关元件所对应的一返回线上的一测量电压值基于一电阻元件的第一阻值、所述三个开关元件的预定阻值与所述一组扫描线的第三阻值的关系而大于或等于所述参考电压值。

5.如权利要求1所述的鬼键检测电路，其另包含有：

多个电阻元件，分别具有第一阻值且并分别耦接于所述一组返回线；

其中每一开关元件的第一、第二端中的至少一端涂布有特定导电材料使得每一开关元件各自具有所述预定阻值，而所述一组扫描线分别具有第三阻值；以及当对应于所述一组返回线的所述至少一个开关元件处于导通状态时，所述开关元件所对应的一返回线上的测量电压值基于所述第一阻值、所述开关元件的预定阻值与所述一组扫描线的第三阻值的关系而小于所述参考电压值。

6.如权利要求1所述的鬼键检测电路，其中所述电平检测电路包含有：

第一检测模块，耦接于所述第一返回线，用来接收所述第一返回线上的测量电压值以产生所述第一逻辑电平信号；以及

第二检测模块，耦接于所述第二返回线，用来接收所述第二返回线上的测量电压值以产生所述第二逻辑电平信号。

7.如权利要求6所述的鬼键检测电路，其中所述第一、第二检测模块中的至少一个检测模块包含有：

第一晶体管，具有耦接于供应电压的第一端、耦接于接地电平的第二端与耦接于一返回线的控制端，其中所述参考电压值为所述第一晶体管的临界电压；以及

第二晶体管，具有用来产生一逻辑电平信号的第一端、耦接于所述接地电平的第二端与耦接于所述第一晶体管的所述第一端的控制端。

8.如权利要求6所述的鬼键检测电路，其中所述第一、第二检测模块中的至少一个检测模块包含有：

比较器，具有耦接于所述参考电压值的反向输入端、用来接收一返回线上的测量电压值的非反向输入端与用来产生一逻辑电平信号的输出端。

9.一种使用于鬼键检测电路的方法，所述鬼键检测电路至少具有带有预定阻值的多个开关元件、至少一组扫描线与至少一组返回线，所述一组返回线与所述一组扫描线彼此交会并分别耦接于所述多个开关元件，以及所述方法包含有：

对所述一组返回线上的至少一个测量电压值执行电平检测；

其中，当所述一组返回线中的至少一条返回线上的测量电压值大于或等于参考电压值时，产生逻辑电平信号以指示出目前扫描线上对应于所述返回线的一开关元件处于不导通状态；以及

其中，当所述返回线上的所述测量电压值小于所述参考电压值时，产生逻辑电平信号以指示出所述目前扫描线上对应于所述返回线的所述开关元件处于导通状态。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述鬼键检测电路另包含有多个电阻元件，每一电阻元件分别具有第一阻值且并分别耦接于所述一组返回线；以及，

当所述多个开关元件中的三个开关元件处于导通状态而一剩余开关元件处于不导通状态时，所述剩余开关元件所对应的返回线上的测量电压值由于一电阻元件的第一阻值、所述三个开关元件的预定阻值与所述一组扫描线的第三阻值的关系而大于或等于所述参考电压值，

当对应于所述返回线的所述开关元件处于导通状态时，所述开关元件所对应的所述返回线上的所述测量电压值由于一电阻元件的第一阻值、所述开关元件的预定阻值与所述一组扫描线的第三阻值的关系而小于所述参考电压值。