CN101907961B - 电容式感应键实现方法、感应键电路及键盘 - Google Patents
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Abstract
一种电容式感应键实现方法，包括步骤：CPU控制高频信号发生器向感应信号检测电路馈送高频信号，通过ADC采集、存储无手指触按时所述检测电路输出的直流电压值作为参考电压；当有手指触按时，所述检测电路的感应电极和地之间形成一个作为高频信号旁路通道的感应电容，使所述检测电路输出的直流电压值降低，ADC检测到该变化后的电压值，由CPU与已存储的参考电压比较确认有手指触按动作。其通过提升信号频率和改进电路的响应速度等措施，使感应键、键盘输入速度大幅提高，不仅可以做传统的单键位置判断，也能够进行滑动(或移动)变化判断，高速分析处理滑键、双键滚输入、多键滚输入的多个感应键信号。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品用的感应键、键盘的设计技术，特别是一种电容式感应键实现方法，以及感应键电路、键盘，以满足电子产品对高速感应键、键盘的需要。
背景技术
普通电容式感应键、键盘是许多电子产品必需的输入配件，随着技术的进步，不少电子产品需要配用输入速度高的感应键及键盘。但目前的感应键技术，只能适应单键一个一个输入，速度低，在快速点触感应键、双键或多键滚(N-keyrollover)输入时，灵敏度低，误操作增加。且，普通电容式感应按键，易受环境影响。当温度和湿度等环境因素发生改变时，会引起电容式感应键的不稳定甚至漂移，导致按键无效或者误动作。
发明内容
为了克服现有感应键和键盘技术存在的上述不足，本发明提供一种电容式感应键实现方法，以及感应键电路、键盘，具有快速点触感应键、滑键、双键或多键滚输入功能，能够满足电子产品对高速感应键盘的需要。
本发明电容式感应键实现方法，包括以下步骤：
CPU控制高频信号发生器向感应信号检测电路馈送50KHz-4MHz的高频信号，通过ADC采集、存储无手指触按时所述检测电路输出的直流电压值作为参考电压；
当有手指触按时，所述检测电路的感应电极和地之间形成一个作为高频信号旁路通道的感应电容，使所述检测电路输出端的直流电压值降低，ADC检测到该变化后的电压值，由CPU与已存储的参考电压比较确认有手指触按动作；
其中，所述感应信号检测电路包括：一感应电极，连接于感应电极的第一电阻，连接于第一电阻的另一端和地之间的滤波电容，并联于滤波电容的第二电阻，以及一个整流二极管，该整流二极管的负、正端分别接感应电极和地，感应电极通过一耦合电容连接至高频信号。
实现上述方法的感应键电路，包括：
一内置CPU、ADC以及高频信号发生器的SoC(System on a Chip)芯片，CPU与高频信号发生器、ADC连接；以及，
一感应信号检测电路，该检测电路包括一感应电极，连接于感应电极的第一电阻，连接于第一电阻的另一端和地之间的滤波电容，并联于滤波电容的第二电阻，以及一个整流二极管，该整流二极管的负、正端分别接感应电极和地，感应电极通过一耦合电容连接至高频信号发生器，该检测电路的输出接ADC的一输入端；当有手指触按时，所述检测电路的感应电极和地之间形成一个作为高频信号旁路通道的感应电容，使所述检测电路输出端的直流电压降低，进而CPU与已在先存储的参考电压比较确认有手指触按动作。
采用上述感应键电路的具有多键快速输入功能的感应键盘，包括：
一内置CPU、ADC以及高频信号发生器的SoC(System on a Chip)芯片，CPU与高频信号发生器、ADC连接；以及，
至少两个感应信号检测电路，每一个感应信号检测电路的输出分别连接ADC的一输入端，输入端均连接高频信号发生器的输出；其中，
所述检测电路包括一感应电极，连接于感应电极的第一电阻，连接于第一电阻的另一端和地之间的滤波电容，并联于滤波电容的第二电阻，以及一个整流二极管，该整流二极管的负、正端分别接感应电极和地，感应电极通过一耦合电容连接至高频信号发生器；高频信号发生器向所述检测电路馈送50KHz-4MHz的高频信号，通过ADC检测所述检测电路的输出电压变化，进而CPU与已在先存储的相应参考电压比较，确定有无手指触按的单键信号、滑键、双键或多键滚输入的多个键信号。
本发明采用了内置高速CPU、ADC、能提供50KHz-4MHz高频信号的发生器以及高速计数器等的SoC芯片，其通过提高高频信号频率和改进感应信号检测电路的响应速度等技术措施，使感应键、键盘输入速度大幅提高，不仅可以做传统的单键位置判断，也可进行滑动(或移动)变化判断，高速分析处理滑键、双键滚输入、多键滚输入的多个感应键信号。
CPU运行中，间隔一定时间通过ADC采集无手指触按时感应信号检测电路输出的直流电压值作为新参考电压，并更新前一次存储的参考电压。该措施避免了环境温度、湿度等变化引起的感应键不稳定甚至漂移，出现的按键无效或者误动作。
附图说明
图1为本发明感应键电路原理框图；
图2为本发明感应键盘原理框图；
图3为图1、2的实施例SoC芯片部分电路图；
图4为图1、2的一感应信号检测电路图。
具体实施方式
以下结合实施例图详细说明。
参照图1，图示感应键电路主要包括SoC芯片，该SoC芯片内集成有一个PWM发生模块2(即高频信号发生器)，一个ADC(模数转换器)3，CPU 1以及高速计数器4等，CPU1与PWM发生模块2、ADC3等连接；在该SoC芯片外连接一个感应信号检测电路5，感应信号检测电路5的输出接ADC 3的一输入端，PWM发生模块2向感应信号检测电路5提供50KHz-4MHz的高频信号。
当有手指触按时，所述检测电路5的感应电极和地之间形成一个作为高频信号旁路通道的感应电容，使所述检测电路5输出端的直流电压降低，进而CPU 1与已在先存储的参考电压比较确认有手指触按动作。
图2具有多键快速输入功能的感应键盘包括：一内置CPU1、ADC3以及PWM发生模块2(即高频信号发生器)的SoC芯片，CPU1与PWM发生模块2、ADC3等连接；以及，至少两个感应信号检测电路5，每一个感应信号检测电路5的输出分别连接ADC3的一输入端，输入端均连接PWM发生模块2的输出。
PWM发生模块2向所有检测电路5馈送50KHz-4MHz的高频信号，通过ADC3检测若干感应信号检测电路5的输出电压变化，进而CPU1与已在先存储的相应参考电压比较，确定有无手指触按的单键信号、滑键、双键或多键滚输入的多个键信号。
图3为图1、2的实施例SoC芯片部分电路图。U1为SoC芯片部分，U1内置CPU1、ADC3以及PWM发生模块2(即高频信号发生器)，其7-14、19、20PIN可以分别连接上述一个感应信号检测电路5输出，3PIN为内置PWM发生模块2的输出端，可提供频率为50KHz-4MHz的脉冲信号CMPWM。
其感应信号检测电路5如图4；该检测电路5包括：一感应电极，连接于感应电极的第一电阻R1，连接于第一电阻R1的另一端和地之间的滤波电容C7，并联于滤波电容C7的第二电阻R7，以及一个整流二极管D1，该二极管D1的负、正端分别接感应电极和地，感应电极通过一耦合电容C1连接至PWM发生模块2输出(U1的3PIN)，滤波电容C7、第二个电阻R7和第一电阻R1的公共端为直流电压信号输出端。
各感应键的感应电极通常为金属片、导电橡皮等，它们分布在PCB上的各键位处，上面覆盖绝缘层或面板。当手指接触某感应金属片上面的绝缘层时，该感应金属片和地之间形成一个感应电容(与二极管D1并联)，该感应电容作为旁路电容将部分高频信号向地泄放(或该感应电容引入了插入损耗)，从而导致其输出端的直流电压信号下降。CPU通过ADC检测该变化后的电压值，与其参考电压比较即可确认有手指触按动作。
根据产品外观要求可对感应键进行多种变形设计，可以设计成直线、弧线、圆形排列，还可以设计成不规则排列，从而给消费者带来使用中各种新颖的使用感受。
参照图1、3、4，配置SoC芯片U1，其内置PWM发生模块2、ADC3、CPU1等；PWM发生模块2可提供频率为50KHz-4MHz的PWM脉冲信号。
电容式感应键实现方法步骤如下：
CPU1控制PWM发生模块2向感应信号检测电路5馈送688KHz的PWM脉冲信号，通过ADC3采集、存储无手指触按时所述检测电路5输出的直流电压值作为参考电压，并存储该参考电压；
当有手指触按时，所述检测电路5的感应电极和地之间形成一个作为PWM脉冲信号旁路通道的感应电容，使所述检测电路5输出端的直流电压值降低，ADC3检测到该变化后的电压值，由CPU1与已存储的参考电压比较确认有手指触按动作。
其中，所述感应信号检测电路5包括：一感应电极，连接于感应电极的第一电阻R1，连接于第一电阻R1的另一端和地之间的滤波电容C7，并联于滤波电容C7的第二电阻R7，以及一个整流二极管D1，该二极管D1的负、正端分别接感应电极和地，感应电极通过一耦合电容C1连接至上述PWM脉冲信号。
开机时，CPU1通过ADC3采集无手指触按时所述检测电路5输出的直流电压值作为参考电压，并存储。CPU运行中，间隔一定时间通过ADC3采集无手指触按时所述检测电路5输出的直流电压值作为新参考电压，并更新前一次存储的参考电压。这样可以减少环境温度、湿度等变化导致参考电压变化，出现的误操作。
本发明通过提高高频信号频率和改进感应信号检测电路的响应速度等技术措施，使感应键、键盘输入速度大幅提高，不仅可以做传统的单键位置判断，也可进行滑动(或移动)变化判断，高速分析处理滑键、双键滚输入、多键滚输入的多个感应键信号。
Claims (7)
1.一种电容式感应键实现方法，包括以下步骤：
CPU控制高频信号发生器向感应信号检测电路馈送50KHz-4MHz的高频信号，通过ADC采集、存储无手指触按时所述检测电路输出的直流电压值作为参考电压；
当有手指触按时，所述检测电路的感应电极和地之间形成一个作为高频信号旁路通道的感应电容，使所述检测电路输出端的直流电压值降低，ADC检测到该变化后的电压值，由CPU与已存储的参考电压比较确认有手指触按动作；
其中，所述感应信号检测电路包括：一感应电极，连接于感应电极的第一电阻，连接于第一电阻的另一端和地之间的滤波电容，并联于滤波电容的第二电阻，以及一个整流二极管，该整流二极管的负、正端分别接感应电极和地，感应电极通过一耦合电容连接至高频信号发生器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：开机时，CPU通过ADC采集无手指触按时所述感应信号检测电路输出的直流电压值作为参考电压，并存储。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：CPU运行中，间隔一定时间通过ADC采集无手指触按时所述感应信号检测电路输出的直流电压值作为新参考电压，并更新前一次存储的参考电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述CPU、ADC以及高频信号发生器均集成于一个SoC芯片内。
5.实现权利要求1-4任一项所述方法的感应键电路，其特征是包括：
一内置CPU、ADC以及高频信号发生器的SoC芯片，CPU与高频信号发生器、ADC连接；以及，
一个感应信号检测电路，该检测电路包括一感应电极，连接于感应电极的第一电阻，连接于第一电阻的另一端和地之间的滤波电容，并联于滤波电容的第二电阻，以及一个整流二极管，该整流二极管的负、正端分别接感应电极和地，感应电极通过一耦合电容连接至高频信号发生器，该检测电路的输出接ADC的一输入端；当有手指触按时，所述检测电路的感应电极和地之间形成一个作为高频信号旁路通道的感应电容，使所述检测电路输出端的直流电压降低，CPU与已在先存储的参考电压比较确认有手指触按动作。
6.根据权利要求5所述的感应键电路，其特征是：所述高频信号发生器输出的高频信号的频率为50KHz-4MHz。
7.一种具有多键快速输入功能的感应键盘，其特征是包括：
一内置CPU、ADC以及高频信号发生器的SoC芯片，CPU与高频信号发生器、ADC连接；以及，
至少两个感应信号检测电路，每一个感应信号检测电路的输出分别连接ADC的一输入端，每一个感应信号检测电路的输入端均连接高频信号发生器的输出；其中，
所述检测电路包括一感应电极，连接于感应电极的第一电阻，连接于第一电阻的另一端和地之间的滤波电容，并联于滤波电容的第二电阻，以及一个整流二极管，该整流二极管的负、正端分别接感应电极和地，感应电极通过一耦合电容连接至高频信号发生器；高频信号发生器向所述检测电路馈送50KHz-4MHz的高频信号，通过ADC检测所述检测电路的输出电压变化，进而CPU与已在先存储的相应参考电压比较，确定有无手指触按的单键信号或多键输入的多个键信号。
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