KR20090050974A - 이중­접촉 키보드 배치 - Google Patents

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KR20090050974A
KR20090050974A KR1020080113075A KR20080113075A KR20090050974A KR 20090050974 A KR20090050974 A KR 20090050974A KR 1020080113075 A KR1020080113075 A KR 1020080113075A KR 20080113075 A KR20080113075 A KR 20080113075A KR 20090050974 A KR20090050974 A KR 20090050974A
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Abstract

본 문에 키보드 스캐닝을 위한 디바이스, 방법, 기술이 개시된다. 키보드 배치는 복수의 키 및 키보드 디코더를 포함할 수 있다. 상기 복수의 키 각각은 적어도 하나의 구동 접촉점과 복수의 감지 접촉점을 포함할 수 있다. 각각의 구동 접촉점은 키보드 디코더의 출력(구동) 라인에 연결될 수 있고, 각각의 감지 접촉점은 키보드 디코더의 입력(감지) 라인에 연결될 수 있어서, 각각의 키가 감지 라인의 고유한 조합에 접속될 수 있도록 한다. 키 프레스는 트리거된 감지 라인의 고유한 조합에 의해 식별될 수 있다. 상기 트리거된 감지 라인의 조합은 다양한 키의 기능을 지시하는 검색 테이블에 대한 어드레스로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 주파수, 위상 및 파형과 같은, 다양한 구동 신호 특성은 키 입력을 더 구별하고 및/또는 더 많은 수의 키 및/또는 대응하는 기능을 제공하도록 사용될 수 있다.
키보드 배치, 구동 접촉점, 감지 접촉점, 키, 출력 라인, 입력 라인, 키보드 디코더, 위상, 주파수, 파형, 구동 신호, 검색 테이블, 메모리, 주소, 키 프레스

Description

이중­접촉 키보드 배치{TWIN­CONTACT KEYBOARD ARRANGEMENT}
본 발명은 일반적으로 전자 데이터 엔트리를 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 매트릭스 키보드 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
다수의 키를 가진 전자 디바이스에서, 매트릭스 스위칭 배치는 키들을 스캔하는데에 필요한 라인의 수를 감소시키는 데에 사용될 수 있다. 예시적인 매트릭스 스위칭 배치가 도 1에 도시된다. 도면의 좌측부분에서, 6-키 키보드(101)가 개략적으로 도시된다. 도면의 우측부분에서, 상기 키들은 행 및 열 라인의 "교차"를 나타내는 점선으로 표시되며, 이는 하기에 보다 상세히 기술된다.
매트릭스 스위칭 배치는 5개 이상의 키보드가 포함되면 개별키를 감지하는 것에 이점을 가진다. 예를 들면, 6-키 키보드(101)는 각 키가 개별적으로 감지되려면 6개의 라인을 필요로한다. 그러나, 2 행(X1, Y1)과 3 열(Y1, Y2, Y3)의 X-Y 매트릭스를 사용하면, 필요한 라인의 수는 5개로 감소된다. 키의 수가 증가하면, 매트릭스 배치를 이용하는 경제적 효과는 더 커진다. 예를 들면, 36-키는 일반적으로 36개의 개별 라인을 필요로한다. 그러나, X-Y 매트릭스를 이용하면, 12개의 선예를 들면, 6개의 행, 6개의 열)만으로 사용될 수 있다. 상기 행 라인 및 열 라 인은 키보드 컨트롤러(102)에 의해 구동되고 판독될 수 있다. 상기 키보드 컨트롤러는 프로그래밍된 마이크로-컨트롤러/프로세서 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스(CPLD, FPGA, 등)가 될 수 있다. 또는, 표준 X-Y 매트릭스 스캐닝 기술은 또한 National Semiconductor의 74C922/923 디바이스와 유사한 기성품인 키보드 디코더 컴포넌트를 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같은 키보드의 동작은 당업자에 공지된 것이다. 키 1-6 중 어느 하나를 누르면 기계적으로 눌려진 스위치에 고유하게 해당하는 열 라인 및 행 라인 사이의 커패시턴스에서의 변화 또는 전기적 접촉 중 어느 하나를 시작한다. 따라서, 예를 들면, 키 1을 누르는 것은 열 X1과 행 Y1 사이에서의 전기적 접촉 또는 커패시턴스의 변화를 일으킨다. 상기 마이크로프로세서 또는 기타 키보드 스캐닝 디바이스는 구동 신호를 일련의 각 열에 적용하는 반면, 각각의 구동 라인(예를 들면 열 X1, X2)이 여기되고, 각 감지선(예를 들면 행 Y1, Y2, Y3)이 현재 여기된 라인 상의 각 키가 눌러지는지 여부를 판단하도록 판독될 수 있다. 키가 눌려졌는지 여부는 눌려진 키에 의해 유발되는 전기적 접촉 또는 커패시턴스의 변화의 함수인, 감지 라인 상에 나타나는 신호의 특성에 기초하여 판정될 수 있다.
상술한 바와 같이 동작하는 디바이스를 사용하면, 가용한 I/O 라인의 수는 일반적으로 증가하고, 더 큰 수의 I/O를 가진 디바이스는 더 비싸진다. 따라서, 더 적은 수의 I/O 라인을 이용하는 것이 더 작은 비용의 디바이스를 사용하는 것을 촉진할 수 있다. 따라서, X-Y 매트릭스보다 더 적은 라인을 이용하는 키보드 스캐닝 배치가 바람직하다.
더 적은 수의 I/O 라인을 가진 큰 수의 키를 스캐닝하는 것을 달성하기 위해 제안된 다수의 아날로그 기술이 있어왔다. 이러한 배치는 예를 들면, "Multi-Button IR Remote Control Using the MC9RS08KA2"라는 제하의 Freescale Semiconductor Application Note와, Microchip의 "Tips 'n Tricks 8-pin Flash PIC® Microcontrollers Outperform the Compeition"에 기술되며, 이들은 각각 본문에 그 전체가 참조에 의해 통합된다. 이들 해결안은 대개 다양한 키 저항, 키 접촉의 노후화 영향, 및 다양한 파라미터 때문에 신뢰성 하락을 겪고 있다.
따라서, 해당기술에 필요한 것은 표준 X-Y 매트릭스보다 더 적은 수의 라인을 사용하지만, 충분히 높은 신뢰성 레벨을 유지하는 키보드 스캐닝을 위한 개선된 디바이스, 방법, 및 기술이다.
일부 실시예에서, 본 발명은 키보드 배치에 연관될 수 있다. 상기 키보드 배치는 각각의 키가 구동 접촉점 및 복수(예를 들면 2개)의 감지 접촉점을 구비하 는, 복수의 키를 구비할 수 있다. 상기 키보드 배치는 또한 적어도 하나의 출력 라인 및 복수의 입력 라인을 구비한 키보드 디코더를 포함할 수 있다. 상기 복수의 키는 출력 라인 또는 키보드 디코더의 라인에 연결된 자체의 구동 접촉점, 그리고 상기 키보드 디코더의 입력 라인에 연결된 자체의 구동 접촉점을 포함할 수 있다. 더 특히, 상기 키의 감지 접촉점은 각 키가 입력 라인의 고유한 조합으로 연결되도록 접속될 수 있다.
일부 실시예에서, 전용 회로, 프로그래밍된 마이크로프로세서, FPGA/CPLD 등이 될수 있는, 키보드 디코더는 위상, 주파수, 파형등이 변하는 복수의 상이한 구동 신호를 제공하도록 채택될 수 있다. 일부 실시예에서, 키를 누름으로써 입력 라인 상에 형성된 주소가 키보드 디코더에 통합되거나 또는 그와 별개이거나 또는 그에 연결된, 메모리에 저장된 검색 테이블에서 키의 함수를 검색하기 위해 사용될 수 있다. 유효한 키 프레스에 해당하지 않는 검색 테이블에서의 값은 검색 테이블에서 유효하지 않은 것으로 지시될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 키보드 컨트롤러에서 키보드 입력을 디코딩하는 방법에 연관될 수 있다. 상기 방법은, 입력 라인이 상술한 바와 같이 키보드의 키에 연결된, 즉, 각각의 키가 복수(예를 들면 2개)의 입력 라인에 연결되고 입력 라인의 고유한 조합에 연결된, 복수의 키보드 컨트롤러의 입력 라인으로부터 주소를 판독하는 것을 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 검색 테이블에서 키 값을 검색하기 위해 주소를 이용하고, 상기 검색 테이블에 저장된 키 값을 주소에 리턴하는 것을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 방법은 복수의 키보드 컨트롤러의 입력 라인에 대한 주소에 연관된 구동 신호의 하나 이상의 파라미터(예를 들면, 위상, 주파수, 또는 파형)를 판정하는 것을 포함할 수 있다. 상기 파라미터 또는 파라미터들은 키값을 검색하기 위해 적절한 검색 테이블을 선택하는 데에 이용될 수 있다.
상기 및 기타 실시예는 하기의 설명 및 도면을 참조하여 이해될 것이다.
본 발명에 따르면, 더 적은 수의 표준 X-Y 매트릭스를 사용하면서도, 충분히 높은 신뢰성 레벨을 유지하는 키보드 스캐닝을 위한 개선된 디바이스, 방법, 및 기술을 제공한다.
본문에 이중-접촉 키보드 감지 배치가 개시되며, 그의 일 예가 도 2에 개략적으로 도시된다. 이중-접촉 배치에서, 2개의 "행"(즉, "감지") 라인과 하나의 열(즉, "구동") 라인 C가, 각 키가 2 개의 행 라인의 고유한 조합을 가지는 방식으로 각 키에 연결된다. 예를 들면, 도시된 실시예에서, 7개의 행 라인(1-7)과 단일한 열 라인 C가 있다. 21개의 키 각각에 연결된 행 라인의 조합은: 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, 1-7, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6, 2-7, 3-4, 3-5, 3-6, 3-7, 4-5, 4-6, 4-7, 5-6, 5-7, 6-7이 있다. 상기 키는 임의의 형태로 배치되며, 상기 도시된 형태는 행과 열 연결 라우팅을 예시하는데에 있어서의 편의를 위한 것일 뿐임에 유의하라.
다중 열 라인을 이용하는 전형적인 X-Y 매트릭스 스위칭 배치와는 달리, 이중 접촉 배치는 단일 열 라인을 이용할수 있다. 일부 실시예에서, 상기 단일 열 라인은 2 개의 개별 위상, 예를 들면 하나는 포지티브이고 다른 하나는 네거티브인, 2개의 위상을 산출하고, 유효하게 동일한 수의 라인을 이용하여 스캐닝될 수 있는 키의 수를 2배로하기 위해 토클링될 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 배치는 추가적인 21 키(총 42키)를 수용할 수 있다. X-Y 매트릭스 배치를 이용하면, 동일한 42-키 키보드는 13 라인을 필요로한다. 위상 사이의 토클링은 Shift, Ctrl, Alt 등의 변형키를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 또는, 다수의 상이한 위상, 주파수, 및/또는 파형이 상기 목적에 제공될 수 있다.
인입 클록 신호가 COL_P 및 COL_N 신호 모두를 산출하도록 전환되는 예시적인 2-위상 컬럼 드라이버 회로가 도 3에 도시된다. 예를 들면 10ms의 스캔 시간에 대해 100Hz와 같이, 상기 클록킹 신호 COL_CLK의 속도는 키보드가 스캔될 수 있는 가장 빠른 속도를 판정한다. 이것은 특정한 키의 디바운스 요구조건에 따라 더 빨라지거나 또는 더 느려질 수 있다.
이중-접촉 디코딩 배치의 추가적인 이점은, 행 라인이 검색 테이블에 대한 X-비트 주소를 형성하면서(여기서 X는 행 라인의 수) 키에 대한 디코딩이 간략화된다는 것이다. 상기 검색 테이블은 키보드 디코더와 별개로 또는 통합하여 메모리에 저장될수 있고, ROM 또는 RAM이 될 수 있으며, 이는 키보드가 다양한 기능들에 대해 재설정되는 것을 허용할 수 있다. 열의 구동 신호의 보완적 위상이 사용될 때는, 행 라인은 적절한 검색 테이블을 선택하는 데에 사용되는 열 아인의 상태를 가진, 이중 검색 테이블로 X-비트 주소를 형성할 수 있다.
예시와 같이 42 키 키보드를 사용하면, 7개의 행 라인이 테이블이 사용되도 록 선택하기 위해 사용되는 COL_CLK 신호의 상태를 가진 이중 128 바이트 검색 테이블로의 7비트 주소를 형성할 수 있다. 128 엔트리중 21개가 처리 펌웨어 또는 로직에 의해 사용된 "유효하지 않은" 값으로 설정된 모든 다른 엔트리를 가진 각각의 검색 테이블에서 유효하다. 추가로, 키에 대한 압력이 불충분하여, 상기 2개의 행의 접촉점중 하나만이 닫히면, 그것은 "유효하지 않은" 값으로 디코딩하고 처리되지 않는다. 도 2의 감지 배치를 위한 예시적인 검색 테이블이 도 4에 도시되며, 상기 검색 프로세스의 플로우 차트가 도 7에 도시된다.
하기의 테이블은 일반적인 X-Y 매트릭스 키보드와 이중-접촉 배치를 이용하는 것 사이에 필요한 라인의 수를 예시한다.
키의 번호 X-Y 매트릭스 이중 접촉
30 11라인(5x6) 7 라인
42 13라인(6x7) 8 라인
56 15라인(7x8) 9 라인
72 17라인(8x9) 10 라인
90 19라인(9x10) 11 라인
108 21라인(10x11) 12 라인
이중-접촉 배치를 이용하는 키를 위한 예시적인 개략적인 심볼이 도 5에 도시된다. 이중 접촉 배치를 이용하는 키를 위한 예시적인 PCB 레이아웃 풋프린트가 도 6에 도시된다. 상기 도면에서 볼수 있는 바와 같이, 키를 누르는 것은 2개의 행 연결부와 열 연결부 사이에 전기적 연결(또는 커패시턴스 변화)을 일으켜, 상기 스위치가 상술한 바와 같이 동작하도록 한다. 본문에 기술된 상기 이중-접촉 배치는 용량성의, 고무 돔, 막, 금속 접촉점, 및 폼 엘리먼트 스위치를 포함하는, 다양한 키보드/스위치 유형을 가지고 사용될 수 있다. 상기 디바이스는 또한 컴퓨터 키보드, 엔터테인먼트 디바이스 등을 위한 원격 컨트롤, 애플리컨스 컨트롤, 자동 컨트롤 등을 포함하는, 다양한 애플리케이션에서 사용될 수 있다.
상기의 바람직한 실시예 및 기타 실시예의 설명은 출원인이 의도한 본 발명의 개념의 범위 및 응용을 제한 또는 한정하는 것을 의도하지 않는다. 예를 들면, 이중-접촉 스위칭 배치가 예시되었지만, 더 많은 수의 감지 접촉점을 구비한 스위칭 배치가 또한 의도된다. 본문에 포함된 발명의 개념을 기술하는 것 대신에, 출원인은 첨부된 청구범위에 의해 모든 특허권이 가능하게되는 것을 원한다. 따라서, 첨부된 청구범위는, 그것들이 하기의 청구범위의 범위내에 있는 모든 변형 및 대안과, 그의 등가물을 포함하는 것을 의도한다.
본 발명에 따르면, 더 적은 수의 표준 X-Y 매트릭스를 사용하면서도, 충분히 높은 신뢰성 레벨을 유지하는 키보드 스캐닝을 위한 개선된 디바이스, 방법, 및 기술을 제공한다.
도 1은 종래 기술의 매트릭스 스위칭 배치를 도시한다.
도 2는 이중-접촉 키보드 배치를 도시한다.
도 3은 이중 접촉 키보드 배치와 함께 사용되는 열 드라이버 회로를 도시한다.
도 4는 이중-접촉 키보드 배치를 위한 검색 테이블을 도시한다.
도 5는 이중-접촉 키를 위한 개략적인 예시적 회로를 도시한다.
도 6은 이중-접촉 키용 예시적인 PCB 레이아웃을 도시한다.
도 7은 이중-접촉 키보드 배치를 이용하는 검색 프로세스의 플로우차트를 도시한다.

Claims (18)

  1. 키보드 배치에 있어서,
    각각의 키가 구동 접촉점 및 복수의 감지 접촉점을 구비하는 복수의 키;
    적어도 하나의 출력 라인과 복수의 입력 라인을 구비하는 키보드 디코더;를 포함하고,
    상기 복수의 키 각각은, 각각의 키가 입력 라인의 고유한 조합에 연결되도록 적어도 하나의 출력 라인에 연결되는 자체의 구동 접촉점 그리고 상이한 입력 라인에 연결되는 자체의 감지 접촉점을 구비하는 것을 특징으로 하는 키보드 배치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 키는 2 개의 감지 접촉점을 구비하는 것을 특징으로 하는 키보드 배치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 키보드 디코더는 위상, 주파수, 및/또는 파형을 변하게 하는 복수의 구동 신호를 제공하도록 채택되는 것을 특징으로 하는 키보드 배치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 검색 테이블이 저장된 메모리를 더 포함하고, 상기 복수의 입력 라인은 검색 테이블을 위한 주소를 제공하고, 그리고 상기 검색 테이블은 하나 이상의 주소에 대응하는 키 프레스의 기능을 하나 이상의 주소에 저장하는 것을 특징으로 하는 키보드 배치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 검색 테이블은 하나 이상의 주소에 대해 "유효하지 않음" 엔트리를 저장하는 것을 특징으로 하는 키보드 배치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 메모리는 키보드 컨트롤러와 통합되는 것을 특징으로 하는 키보드 배치.
  7. 키보드 컨트롤러에서 키보드 입력을 디코딩하는 방법으로서,
    상기 키보드 컨트롤러의 복수의 입력 라인으로부터 주소를 판독하는 단계로서, 상기 입력 라인은 키보드의 키에 연결되어 각각의 키가 복수의 입력 라인에 연결되고 입력 라인의 고유한 조합에 연결되는 단계; 및
    검색 테이블에서 키 값을 검색하기 위해 주소를 이용하는 단계; 및
    판독된 주소로 상기 검색 테이블에 저장된 키값을 반환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    키보드 컨트롤러의 복수의 입력 라인에 대한 주소에 연관된 구동 신호의 하나 이상의 파라미터를 판정하는 단계를 더 포함하고, 검색 테이블에서의 키 값을 검색하기 위해 어드레스를 이용하는 것은 상기 판정된 하나 이상의 파라미터에 기초하여 검색 테이블을 선택하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 판정된 하나 이상의 파라미터는 클록 위상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 판정된 하나 이상의 파라미터는 파형을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 판정된 하나 이상의 파라미터는 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    각각의 키가 2 개의 입력 라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 키보드 배치에 있어서,
    각각의 키가 구동 접촉점 및 2개의 감지 접촉점을 구비하는 복수의 키;
    적어도 하나의 출력 라인과 복수의 입력 라인을 구비하는 키보드 디코더;를 포함하고,
    상기 복수의 키 각각은, 각각의 키가 입력 라인의 고유한 조합에 연결되도록 적어도 하나의 출력 라인에 연결되는 자체의 구동 접촉점 그리고 2 개의 입력 라인에 연결되는 자체의 감지 접촉점을 구비하는 것을 특징으로 하는 키보드 배치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 키보드 디코더는 하나 이상의 가변 파라미터를 구비하는 복수의 구동 신호를 제공하도록 채택되는 것을 특징으로 하는 키보드 배치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 가변 파라미터는 위상, 주파수, 및 파형으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 키보드 배치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    각각의 검색 테이블이 상기 하나 이상의 가변 파라미터 중 하나에 대응하는 복수의 검색 테이블이 저장된 메모리를 더 포함하고, 상기 복수의 입력 라인은 검 색 테이블을 위한 주소를 제공하고, 상기 검색 테이블은 하나 이상의 주소에 대응하는 키 프레스의 기능을 하나 이상의 주소에 저장하는 것을 특징으로 하는 키보드 배치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 검색 테이블은 하나 이상의 주소에 대해 "유효하지 않은" 엔트리를 저장하는 것을 특징으로 하는 키보드 배치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 메모리는 상기 키보드 컨트롤러에 통합되는 것을 특징으로 하는 키보드 배치.
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