CN107168452B - 一种按键输入处理电路 - Google Patents

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    • G05F3/262—Current mirrors using field-effect transistors only

Abstract

本申请提供了按键输入处理电路，包括：电源；处理芯片，具有可外接的一个或者多个按键引脚、模数转换电路和处理单元；一个或者多个按键阵列电路，按键阵列电路包括并连于电源和所述按键引脚之间的多个按键支路，所述按键支路包括相互串联的一个按键开关和一个或者多个电阻，所述按键引脚处能够得到对应的唯一的电压信号或电流信号，所述电压信号或电流信号为第一信号；所述处理芯片将所述第一信号处理数字信号，基于所述数字信号确定被按下的一个或多个按键开关。采用本方案，能够基于处理芯片的一个管脚实现多个按键开关的输入处理，可以有效减少按键输入处理对芯片管脚的数量需求，有利于降低芯片的封装尺寸和成本。

Description

一种按键输入处理电路
技术领域
本申请涉及电路设计技术领域，特别涉及一种按键输入处理电路。
背景技术
通常，电子产品的用户界面经常会设置不同的按键或者特定的按键组合来实现特定的功能控制。
现有的按键输入处理电路，通常是将每个按键输入信号与处理芯片的一个管脚连接，即，处理芯片需要设有与每路按键输入信号一一对应的一个专用于接收按键输入信号的管脚。但是随着电路集成度增加以及降低生产成本的需求，操作界面控制信号较多时，需要处理芯片的管脚数目会随之增加，同时处理芯片的封装尺寸和成本，也随之增加。
综上，现有的按键输入处理电路，对按键输入处理对芯片管脚的数量需求较多，不利于降低芯片的封装尺寸和成本。
发明内容
本申请实施例提出了一种按键输入处理电路，用以克服现有的按键输入处理电路对按键输入处理对芯片管脚的数量需求较多，不利于降低芯片的封装尺寸和成本的不足。
本申请实施例提供了一种按键输入处理电路，包括：
电源；
处理芯片，具有可外接的一个或者多个按键引脚、与所述按键引脚电性连接的模数转换电路和与所述模数转换电路相连的处理单元；
一个或者多个按键阵列电路，所述按键阵列电路包括并连于电源和所述按键引脚之间的多个按键支路，所述按键支路包括相互串联的一个按键开关和一个或者多个电阻，其中，各个按键支路中的电阻阻值为预先设定，使得所述多个按键开关的一个或多个被按下后，所述按键引脚处能够得到对应的唯一的电压信号或电流信号，所述电压信号或电流信号为第一信号；
所述模数转换电路将所述第一信号处理成数字信号，并将所述数字信号发送至处理单元，所述处理单元基于所述数字信号确定被按下的一个或多个按键开关。
本申请实施例提供的按键输入处理电路包括：电源，一个或者多个按键阵列电路和处理芯片，由于处理芯片具有可外接的一个或者多个按键引脚、与所述按键引脚电性连接的模数转换电路和与所述模数转换电路相连的处理单元；一个或者多个按键阵列电路，所述按键阵列电路包括并连于电源和所述按键引脚之间的多个按键支路，所述按键支路包括相互串联的一个按键开关和一个或者多个电阻，其中，各个按键支路中的电阻阻值为预先设定，使得所述多个按键开关的一个或多个被按下后，所述按键引脚处能够得到对应的唯一的电压信号或电流信号，所述电压信号或电流信号为第一信号；所述模数转换电路将所述第一信号处理成数字信号，并将所述数字信号发送至处理单元，所述处理单元基于所述数字信号确定被按下的一个或多个按键开关，能够基于所述处理芯片的一个管脚实现对多个按键开关的输入处理，可以有效减少按键输入处理对处理芯片管脚的数量需求，有利于降低处理芯片的封装尺寸和成本。
附图说明
下面将参照附图描述本申请的具体实施例，
图1为本申请实施例提供的按键输入处理电路的结构示意图一；
图2为本申请实施例提供的按键输入处理电路的结构示意图二，其中，K1～Kn为按键开关，R1～Rn为与按键开关串联的电阻，i1为第一输入端口，M1为第一N型场效应管，o1为第二信号输出端口，Eno为使能信号输出端口，i2为第二输入端口，Eni为使能控制端口，o2为第二输出端口，Wao为唤醒信号输出端口，i3为第三输入端口，Wai为唤醒信号输入端口。另外，模数转换电路的转换模块和处理单元的处理模块未示出；
图3为本申请实施例提供的按键输入处理电路的结构示意图三，其中，K1～Kn为按键开关，R1～Rn为与按键开关串联的电阻，i1为第一输入端口，M2为第二N型场效应管，M3为第三N型场效应管，M4为第四N型场效应管，o1为第二信号输出端口，Eno为使能信号输出端口，i2为第二输入端口，Eni为使能控制端口，o2为第二输出端口，Wao为唤醒信号输出端口，i3为第三输入端口，Wai为唤醒信号输入端口。另外，模数转换电路的转换模块和处理单元的处理模块未示出。
具体实施方式
为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明书中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
在实现本申请的过程中，发明人发现，电子产品的用户界面经常会设置不同的按键或者特定的按键组合来实现特定的功能控制。而现有的按键输入处理电路，通常是单独为每个按键的输入信号分配一个处理芯片的管脚，即，处理芯片需要设有与每路按键输入信号一一对应的管脚。通常按键不止一个，甚至十个以上数量较多，就需要处理芯片为多个按键分配较多的管脚，随着电路集成度增加以及降低生产成本的需求，操作界面控制信号较多时，需要处理芯片的管脚数目会随之增加，同时处理芯片的封装尺寸和成本，也随之增加。
针对上述问题，本申请实施例中提供了一种按键输入处理电路，图1为本申请实施例提供的按键输入处理电路的结构示意图一，如图1所示，所示按键输入处理电路可以包括：
电源101；
处理芯片103，具有可外接的一个或者多个按键引脚、与所述按键引脚电性连接的模数转换电路和与所述模数转换电路相连的处理单元；
一个或者多个按键阵列电路(102a、102b…102n)，所述按键阵列电路包括并连于电源和所述按键引脚之间的多个按键支路，所述按键支路包括相互串联的一个按键开关和一个或者多个电阻，其中，各个按键支路中的电阻阻值为预先设定，使得所述多个按键开关的一个或多个被按下后，所述按键引脚处能够得到对应的唯一的电压信号或电流信号，所述电压信号或电流信号为第一信号；
所述模数转换电路将所述第一信号处理成数字信号，并将所述数字信号发送至处理单元，所述处理单元基于所述数字信号确定被按下的一个或多个按键开关。
具体实施中，关于按键阵列电路的数量，本领域技术人员可以根据实际需要选择一个或多个。通常情况下，一个包括多个并联的按键开关的按键阵列电路就可以满足按键输入处理的需求。按键阵列电路中并联的按键开关的数量也是可以根据实际情况确定的。处理芯片的按键引脚的数量可以大于或等于按键阵列电路的数量，这里都不做具体限定。
图2为本申请实施例提供的按键输入处理电路的结构示意图二，图3为本申请实施例提供的按键输入处理电路的结构示意图三，图2和图3均是包括一个按键阵列电路的情况。图2和图3中的按键阵列电路中包括按键开关K1、K2、K3…Kn这n个按键开关，n为大于1的自然数。按键开关K1与电阻R1串联，按键开关K2与电阻R2串联，按键开关K3与电阻R3串联，按键开关Kn与电阻Rn串联。R1、R2、R3…Rn的阻值应该预先合理设置以使所述多个按键开关的一个或多个被按下后，所述按键引脚处能够得到对应的唯一的电压信号或电流信号(第一信号)，即，每种按键组合对应的电压信号或电流信号的取值或状态是不同的，处理芯片才可以对上述的电压信号或电流信号进行处理确定出哪个或哪几个按键被按下。在具体实施中，本领域技术人员可以对每个按键开关串联的电阻数量及数值进行选择，这里不做具体限定。同样，一个按键阵列电路中包括的按键开关的数量也是本领域技术人员可以根据实际需要灵活确定的。
如图2和图3所示，实施中，所述处理芯片可以包括：按键输入检测电路，
所述按键输入检测电路可以包括：第一输入端口、检测模块、第二信号输出端口、使能信号输出端口；其中，
所述第一输入端口与所述按键阵列电路的输出端连接，用于将接收的所述第一信号输入至所述检测模块；
所述检测模块，用于根据所述按键输入信号检测所述按键阵列电路中的按键开关是否接通，并产生与所述第一信号成比例的第二信号；
所述使能信号输出端口连接至所述模数转换电路，用于将所述检测模块的检测结果输出至所述模数转换电路；
所述第二信号输出端口连接至所述模数转换电路，用于将所述第二信号输出至所述模数转换电路。
具体实施中，当所述检测模块通过电压信号检测所述按键阵列电路中的按键开关是否接通时，所述按键阵列电路还可以包括：一个或多个分压电阻，所述分压电阻的一端连接至所述多个按键开关并联后的节点，另一端连接至地GND；
所述检测模块具体可以包括：第一电流源、第一N型场效应管NMOS；其中，所述第一电流源的输出端连接至所述第一N型场效应管的漏极和所述使能信号输出端口；所述第一N型场效应管的栅极与所述第一输入端口连接；所述第一N型场效应管的源极连接至地；所述第二信号输出端口与所述第一输入端口连接。
如图2所示，当所述检测模块通过电压信号检测所述按键阵列电路中的按键开关是否接通时，所述按键阵列电路还包括了一个分压电阻Rk，所述分压电阻Rk的一端连接至所述按键开关K1、K2、K3…Kn并联后的节点，所述分压电阻Rk的另一端连接至地GND；
所述检测模块具体可以包括：电流为Ib的第一电流源、第一N型场效应管M1；其中，所述第一电流源的输出端连接至所述第一N型场效应管M1的漏极和所述使能信号输出端口Eno；所述第一N型场效应管M1的栅极与所述第一输入端口i1连接；所述第一N型场效应管M1的源极连接至地；所述第二信号输出端口o1与所述第一输入端口i1连接。
图2中所示的所述按键阵列电路输出端的电压信号V可以如下所示：
其中，V1为所述电源输出的电压信号，Ra为所述处理芯片的等效电阻，Rkey为所述按键阵列电路的等效电阻。
按键开关被按下开关时，通路；按键开关断开时，开路。如图2所示，如果按键开关K1、K2、K3…Kn都没有被按下时，按键阵列电路无电流流过，处理芯片的i1端口处的等效电阻Ra为无穷大，I为0A，电压V也为0V，第一N型场效应管M1截止，模数转换电路的使能控制端口被内偏置的第一电流源拉高。
如果按键开关K1、K2、K3…Kn有任意按键开关被按下，则所述按键阵列电路输出端的V电压为即，对应不同的按键组合，可以得到相应的Rkey值，从而得到相应的电压信号，也即，处理芯片的按键输入检测电路可以基于检测到的电压信号V确定哪些按键开关被按下，哪些按键开关没有被按下。
为简化说明，下面以三个开关K1～K3为例，取值1代表按键开关被按下，取值0代表按键开关没有被按下。考虑最多两个开关同时按下的情况，可以列出的K3K2K1组合为：000，001，010，011，100，101，110得到下面的表格1。
表格1.按键开关K3、K2、K1按键组合情况对应的Rkey及V值
由表格1可知，只要合理选择R1，R2，R3电阻的值，可以得到Rkey的值分别为：+∞，R1，R2，R1//R2，R3，R1//R3，R2//R3七个值互不相等，即可对应七种按键组合产生七个不同的模拟电压。在表格1中给出了对应一组R1，R2，R3取值的分压示例。
由公式可知Rkey越大，电压V越低。
为可以驱动第一N型场效应管M1导通并保证使能控制端口Eni的电压拉低(通常使能控制信号为低电压有效，设置高电压有效也可以，这里仅以低电压有效为例进行说明)，只需要选择合适的R1，R2，R3值，满足：大于第一N型场效应管M1的导通电压，即可通过第一N型场效应管M1和第一电流源判断是否有按键开关被按下。当有按键开关按下时，使能控制端口Eni的电位被第一N型场效应管M1拉低，而无按键开关按下时，使能控制端口Eni的电位被第一电流源拉高。
如图3所示，具体实施中，当所述检测模块通过电流信号检测所述按键阵列电路中的按键开关是否接通时，所述检测模块具体可以包括：第二电流源、第二N型场效应管、第三N型场效应管、第四N型场效应管；其中，所述第二、三、四N型场效应管的栅极均连接至所述第一输入端口，所述第二、三、四N型场效应管的源极均连接至地，所述第二N型场效应管的漏极连接至所述第一输入端口，所述第三N型场效应管的漏极连接至所述第二电源的输出端，所述第四N型场效应管的漏极连接至所述第二信号输出端口；
所述第二电流源的输出端连接至所述使能信号输出端口。
图3提供的按键输入处理电路与图2基于模拟电压信号检测按键阵列电路中的按键开关是否被接通时不同，图3是通过模拟电流信号检测按键阵列电路中的按键开关是否被接通。设第二N型场效应管M2的阈值为Vth，则当按键按下时，流入第二N型场效应管M2的电流为对应不同的按键开关组合，会得到不同的Rkey值，相应流入第二N型场效应管M2的电流也不同。
实施中，所述按键阵列电路输出端的电流信号I可以如下所示：
其中，V1为所述电压电源输出的电压信号，Vth为所述第二N型场效应管的导通阈值电压，Rkey为所述按键阵列电路的等效电阻，上面已经具体说明如何得到Rkey，这里不再赘述。
其中，所述第二、三、四N型场效应管可以为成预设比例匹配的电流镜。
第二N型场效应管M2、第三N型场效应管M3、第四N型场效应管M4为按一定比例匹配的电流镜，设第二N型场效应管M2、第三N型场效应管M3、第四N型场效应管M4的电流比为1:K:J，则当无按键开关被按下时，流入第二N型场效应管M2电流为0，第三N型场效应管M3的电流也几乎为0，使能控制端口被偏置拉高，处于无效状态(通常使能控制信号为拉低有效，设置拉高有效也可以，这里仅以拉低有效为例进行说明)；当有按键开关被按下时，只要合理选择R1，R2，R3的值，满足大于第二电流源的电流，第二电流源与第三N型场效应管M3组成的电路就会拉低使能控制端口，使其处于有效状态。
实施中，所述模数转换电路可以包括：第二输入端口、使能控制端口、转换模块、第二输出端口和唤醒信号输出端口；
所述使能控制端口与所述使能信号输出端口连接，用于根据所述检测模块的检测结果确定启动或关闭所述转换模块；
所述第二输入端口与所述第二信号输出端口连接，用于在所述使能控制端口输出启动所述转换模块的使能信号后，接收所述第二信号并传输至所述转换模块；
所述转换模块，用于将所述第二信号转换为所述数字信号；
所述唤醒信号输出端口，用于根据所述转换模块的转换结果，输出唤醒信号至所述处理单元；
所述第二输出端口，用于将所述数字信号输出至所述处理单元。
具体实施中，模数转换电路中的转换模块需要进行大量的数据转换处理，功耗较大。没有按键开关被按下时，可以通过使能控制端口使模数转换电路中的转换模块停止工作以节省功耗。例如使能控制端口被拉高时关闭转换模块；有按键开关被按下时，使能控制端口被拉低，启动模数转换电路中的转换模块，转换模块根据上述的电压V或电流I判断相应哪个或哪几个按键被按下。
具体实施中，考虑模数转换电路中的转换模块没有完成转换前，启动处理单元会导致处理单元没有数字信号可以处理而造成的功耗浪费，也可以在模数转换电路中的转换模块完成转换后，向处理单元输出唤醒信号以唤醒处理单元，再将转换后得到的数字信号传输给处理单元处理。
本申请提供的按键输入处理电路的结构简单实用，且仅在按键开关被按下时才会在启动模数转换电路和处理单元工作，兼具低功耗的优点。
实施中，所述处理单元可以包括：唤醒信号输入端口、第三输入端口、处理模块，其中，
所述唤醒信号输入端口，用于接收所述唤醒信号，并根据所述唤醒信号确定是否唤醒所述处理模块；
所述第三输入端口，用于根据所述唤醒信号确定唤醒所述处理模块后，接收所述数字信号并传输至所述处理模块；
所述处理模块，用于对所述数字信号进行处理以确定被按下的一个或多个按键开关。
实施中，所述转换模块中可以预设模拟数字信号转换的参数，所述参数可以包括：采样速率、分辨率、信噪比、转换位数、无失真动态范围或孔径误差。
实施中，所述电源可以为电压电源。本领域技术人员在具体实施本申请实施例提供的技术方案时，可以依据实际电路设计的特点及需求等，确定采用电压电源或电流电源作为电源。
本申请实施例提供的按键输入处理电路包括：电源，一个或者多个按键阵列电路和处理芯片，由于处理芯片具有可外接的一个或者多个按键引脚、与所述按键引脚电性连接的模数转换电路和与所述模数转换电路相连的处理单元；一个或者多个按键阵列电路，所述按键阵列电路包括并连于电源和所述按键引脚之间的多个按键支路，所述按键支路包括相互串联的一个按键开关和一个或者多个电阻，其中，各个按键支路中的电阻阻值为预先设定，使得所述多个按键开关的一个或多个被按下后，所述按键引脚处能够得到对应的唯一的电压信号或电流信号，所述电压信号或电流信号为第一信号；所述模数转换电路将所述第一信号处理成数字信号，并将所述数字信号发送至处理单元，所述处理单元基于所述数字信号确定被按下的一个或多个按键开关，能够基于所述处理芯片的一个管脚实现对多个按键开关的输入处理，可以有效减少按键输入处理对处理芯片管脚的数量需求，有利于降低处理芯片的封装尺寸和成本。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种按键输入处理电路，其特征在于，包括：
电源；
处理芯片，具有可外接的一个或者多个按键引脚、与所述按键引脚电性连接的模数转换电路和与所述模数转换电路相连的处理单元；
一个或者多个按键阵列电路，所述按键阵列电路包括并联于电源和所述按键引脚之间的多个按键支路，所述按键支路包括相互串联的一个按键开关和一个或者多个电阻，其中，各个按键支路中的电阻阻值为预先设定，使得所述多个按键开关的一个或多个被按下后，所述按键引脚处能够得到对应的唯一的电压信号或电流信号，所述电压信号或电流信号为第一信号；
所述模数转换电路将所述第一信号处理成数字信号，并将所述数字信号发送至处理单元，所述处理单元基于所述数字信号确定被按下的一个或多个按键开关；
所述处理芯片还包括：按键输入检测电路，
所述按键输入检测电路包括：第一输入端口、检测模块、第二信号输出端口、使能信号输出端口；其中，
所述第一输入端口与所述按键阵列电路的输出端连接，用于将接收的所述第一信号输入至所述检测模块；
所述检测模块，用于根据所述第一信号检测所述按键阵列电路中的按键开关是否接通，并产生与所述第一信号成比例的第二信号；
所述使能信号输出端口连接至所述模数转换电路，用于将所述检测模块的检测结果输出至所述模数转换电路；
所述第二信号输出端口连接至所述模数转换电路，用于将所述第二信号输出至所述模数转换电路。
2.如权利要求1所述的按键输入处理电路，其特征在于，所述模数转换电路包括：第二输入端口、使能控制端口、转换模块、第二输出端口和唤醒信号输出端口；
所述使能控制端口与所述使能信号输出端口连接，用于根据所述检测模块的检测结果确定启动或关闭所述转换模块；
所述第二输入端口与所述第二信号输出端口连接，用于在所述使能控制端口输出启动所述转换模块的使能信号后，接收所述第二信号并传输至所述转换模块；
所述转换模块，用于将所述第二信号转换为所述数字信号；
所述唤醒信号输出端口，用于根据所述转换模块的转换结果，输出唤醒信号至所述处理单元；
所述第二输出端口，用于将所述数字信号输出至所述处理单元。
3.如权利要求2所述的按键输入处理电路，其特征在于，所述处理单元包括：唤醒信号输入端口、第三输入端口、处理模块，其中，
所述唤醒信号输入端口，用于接收所述唤醒信号，并根据所述唤醒信号确定是否唤醒所述处理模块；
所述第三输入端口，用于根据所述唤醒信号确定唤醒所述处理模块后，接收所述数字信号并传输至所述处理模块；
所述处理模块，用于对所述数字信号进行处理以确定被按下的一个或多个按键开关。
4.如权利要求2所述的按键输入处理电路，其特征在于，所述转换模块中预设模拟数字信号转换的参数，所述参数包括：采样速率、分辨率、信噪比、转换位数、无失真动态范围或孔径误差。
5.如权利要求1所述的按键输入处理电路，其特征在于，当所述检测模块通过电压信号检测所述按键阵列电路中的按键开关是否接通时，所述按键阵列电路还包括：一个或多个分压电阻，所述分压电阻的一端连接至所述多个按键开关并联后的节点，另一端连接至地GND；
所述检测模块具体包括：第一电流源、第一N型场效应管；其中，所述第一电流源的输出端连接至所述第一N型场效应管的漏极和所述使能信号输出端口；所述第一N型场效应管的栅极与所述第一输入端口连接；所述第一N型场效应管的源极连接至地；所述第二信号输出端口与所述第一输入端口连接。
6.如权利要求5所述的按键输入处理电路，其特征在于，所述按键阵列电路输出端的电压信号V如下所示：
其中，V1为所述电源输出的电压信号，Ra为所述处理芯片的等效电阻，Rkey为所述按键阵列电路的等效电阻。
7.如权利要求1所述的按键输入处理电路，其特征在于，当所述检测模块通过电流信号检测所述按键阵列电路中的按键开关是否接通时，所述检测模块具体包括：第二电流源、第二N型场效应管、第三N型场效应管、第四N型场效应管；其中，所述第二、三、四N型场效应管的栅极均连接至所述第一输入端口，所述第二、三、四N型场效应管的源极均连接至地，所述第二N型场效应管的漏极连接至所述第一输入端口，所述第三N型场效应管的漏极连接至所述第二电流源的输出端，所述第四N型场效应管的漏极连接至所述第二信号输出端口；
所述第二电流源的输出端连接至所述使能信号输出端口。
8.如权利要求7所述的按键输入处理电路，其特征在于，所述按键阵列电路输出端的电流信号I如下所示：
其中，V1为所述电源输出的电压信号，Vth为所述第二N型场效应管的导通阈值电压，Rkey为所述按键阵列电路的等效电阻。
9.如权利要求8所述的按键输入处理电路，其特征在于，所述第二、三、四N型场效应管为成预设比例匹配的电流镜。
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