TWI444855B - 用於擷取串聯／解串聯之鍵板資料及重新產生鍵板介面的方法及電路 - Google Patents

Description

用於擷取串聯/解串聯之鍵板資料及重新產生鍵板介面的方法及電路

本發明係關於一種鍵板(keypad)，且更特別是關於被掃描的按鍵矩陣，用以解碼任何被按下之按鍵。

大多數的鍵板及鍵盤介面，特別是在手機及其他行動裝置中之鍵板及鍵盤介面係由載送掃描及感測信號之並列線而發揮作用。例如，能以三條掃描線及四條感測線來配置十二個按鍵，能夠對被按下的按鍵進行解碼。同樣地，二十個按鍵會需要四條掃描線及五條感測線。當然，可使用掃描線及感測線的其他組合。

其重點在於在手機中的前述典型微處理器會需要連接於越過前述鉸鏈撓性纜線之鍵板的並列連接線。前述並列連接線會帶有由前述微處理器所驅動之前述掃描線及由前述鍵板返回之前述並列感測線。當按鍵數量增加且裝置縮得較小時，最好能減少跨過掀蓋式或滑蓋式手機之絞鍊撓性纜線而傳送之線路數量。本發明提供一種更有效且更可靠的撓性纜線(有時後稱為撓性電路)之線路使用方式。在前述撓性纜線中更多的線路是建議一條較大的纜線、多條較小的線路或兩者的組合。但不管是哪一種都會降低可靠度。

相較於先行技術之並列線路，本發明之目的在於減少跨過前述鉸鏈的線路數量。

舉例而言，本發明提供一種對電腦系統的虛擬鍵板(或鍵盤)介面。前述電腦系統係配置成直接掃描鍵板，但本發明在前述鍵板及前述電腦系統之間提供串聯器/解串聯器。前述電腦系統會掃描做為虛擬鍵盤的解串聯器，及前述串聯器會掃描前述鍵板，如同前述串聯器就是前述電腦系統。前述串聯器會以一般方式來驅動前述鍵板掃描信號且接收前述鍵板感測信號。前述串聯器會將該結果轉換成要在纜線(一般是撓性纜線)上送出的串列資料組。在前述撓性纜線之另一端，解串聯器會接收前述串列資料組，並且將其重新轉換成前述鍵板之掃描及感測線格式。例如，前述解串聯器會連接於一般會存在於手機中的微處理器之掃描及感測線。實際上，前述解串聯器會邏輯地在前述掃描線上接收來自前述微處理器的信號，並且在前述感測線上回傳信號，且這些信號會模擬該電腦系統直接從該鍵板進行接收。

對熟習此項技藝者而言，很顯然雖然以下的詳細描述會參照說明實施例、圖式及使用方法來實施，但本發明並非被侷限於這些實施例及使用方法。反而是本發明之範圍廣度應如同在以下附加之申請專利範圍中述及者所定義。

以下將會參照附加圖式來說明本發明。

第1圖係表示一個示意方塊圖，其說明具有以三條掃 描線12及四條感測線14而排列之十二個按鍵的鍵板矩陣(keypad matrix)10之間的電子架構。

從前述主串聯器16來驅動前述鍵板掃描線12，且前述四條鍵板感測線14會回到前述主串聯器16。前述主串聯器設有「按下任何按鍵」偵測電路、振盪器20及串聯器22。

繼續參照第1圖，前述主串聯器在其中一側連接於前述鍵板矩陣10且在另外一側連接於有鉸鏈之撓性纜線24。前述撓性纜線連接於前述副解串聯器30，但僅使用了兩條分別載送會越過前述鉸鏈24之信號的線路。一個是時脈信號CKS，且另一個是串列資料信號DS。前述時脈信號提供一個邊緣(edge)，使固定的資料會被選通至在於前述鉸鏈24之較遠端的前述副解串聯器30內。

前述副解串聯器30從前述撓性纜線24接收前述時脈(CLK)及串列資料(DS)信號，且解串聯(32)並暫時儲存前述掃描/感測信號，藉以邏輯地重新產生(34)前述鍵板矩陣資料。

前述副解串聯器30從前述微處理器40接收在前述線12’上的掃描信號，且傳回至感測線14’，該線路12’及14’係與前述鍵板矩陣10相聯接之線路的複製部。使得前述操作就如同前述主串聯器及副解串聯器不存在。

第2圖係更加詳細地說明在前述主串聯器16及前述副解串聯器30中的功能性電路。在此，當在前述鍵板10中按下一個按鍵時，會在一條掃描線12及一條感測線14之 間造成連接動作。由前述按鍵偵測器電路18感測到這個連接動作。振盪器20會提供時脈信號至前述按鍵偵測器電路及前述串聯器22。在前述掃描線12上之信號會被反覆地送至前述鍵板，且當一個信號回傳至前述感測線14時，代表已有按鍵被按下。資料在前述按鍵偵測器中被格式化，且在具有載入選通17之12位元並列介面15中被遞送至前述串聯器22。12個位元(已二進制編碼化)能容許附加具有移位功能(shift function)等之所有鍵盤被用在某些應用中。前述並列資料之形式可由設計者隨意決定。

前述串列資料DS會隨同前述時脈CKS，經過前述撓性纜線24而被前述串聯器22送出至前述解串聯器。前述解串聯器會接收前述DS信號，並且使用前述CKS信號來將前述資料選通(strobe)至暫存器內。當已經載入全部十二個位元時，前述解串聯器會遞送十二條資料線19至前述鍵板再生器34。

在此具有十二個按鍵的的範例中，前述微處理器會驅動三條掃描線12’中的各個，一次驅動一條，並且監控前述四條感測線14’。前述鍵板再生器會將這些掃描線之一引導至一條感測線。造成特定感測線信號被回傳至前述微處理器的前述特定掃描線係同等的掃描/感測組合，其會造成是否前述鍵板掃描及感測線被直接連接於前述微處理器鍵板介面21。

依然參照第2圖，前述按鍵再生模組可包括其他的鏡 射開關矩陣33，其為典型的類比(電晶體)開關(針對尺寸上的考量)，且在尺寸上(列及欄)就如前述鍵板矩陣10的複製部。在此，前述解串聯器32將會啟動如前述鍵板矩陣10中被實際按下之對應位置(列及欄)開關。

第3圖係說明實體開關之矩陣的一個實施例。三條掃描線12會連入前述鍵板矩陣10且四條感測線14會向外連出。可理解到該操作會如同以下：當一個按鍵，例如Key5被按下時，只有KEYSCAN[1]會通過KEY5而到達KEYSENSE[1]，且不會有信號在其他任一條感測線14上。例如，若邏輯「真」信號只出現在KEYSCAN[1]上時，那麼當Key5被按下時，該邏輯信號就只會出現在KEYSENSE[1]上。同樣地，若前述振盪器信號可被前述按鍵偵測器電路所使用而驅動一條掃描線一次時，該振盪器信號就只會出現在與該被按下之按鍵相連接的前述感測輸出。知悉掃描之狀態及感測線同時為「真(true)」之狀態就能單一地定義出被按下的按鍵。

第4A圖係一個鍵板矩陣，其採用類比通過閘50而非實體開關，每個按鍵對一個類比通過閘。邏輯上，操作和前述實體開關相同。前述類比通過閘50一般是採用FET電晶體，其在開關被按下而導通通過閘時，會傳輸在前述掃描線12上的信號至前述感測線14，如第3圖所示。如圖所示，前述實體按鍵被按下時將會啟動及致能前述類比通過閘，以允許前述掃描信號通過並到達前述感測線。

第4B圖之另外的設計係說明增加的阻隔二極體54，能夠減少或抑制鬼影(ghosting)，且避免多重按鍵之壓按。當從一個「ON」通過閘透過共通線路(例如，電源線或接地線)而饋送至其他通過閘時，會發生該鬼影現象。當在第一個按鍵為OFF以前，人們有時候從該第一個按鍵「滾動(roll over)」到下一個按鍵上時，會發生多重按壓。

如同此項技藝所習知，能使用該技藝中所知的CMOS、NMOS、PMOS或具有雙載子及組合或混合形式來實現第4A圖之通過閘。第4B圖係呈現如該技藝中所知的可單一配置或甚至成對配置的CMOS、NMOS及PMOS元件。當使用CMOS時，該啟動(activation)可被配置為HIGH位準或LOW位準信號，由設計者所決定要輸出還是要反相。當使用NMOS時，該SENSE輸出線會被拉到HIGH位準，且當使用PMOS時，該SENSE輸出線會被拉到LOW位準。請參照任何元件製造商的「通過閘」或開關。

第5圖係說明第3圖之電路，在當按鍵已經被按下時將會進行偵測。前述START＋信號開始時為LOW位準(該系統尚未開始)，會將不同實施例中的掃描線KEYSCAN(0)、(1)及(2)維持在高阻抗狀態，或透過該集極器「OR」或三態閘72而維持在三個狀態。集極器OR具有能夠驅動至接地電位的下拉啟動(pull down active)電晶體，但不具有上拉(pull up)元件。當沒有按下開關時，前述電阻R1、R2、R3及R4會連接於＋Vcc而保持前述感測線KEYSENSE[0]、[1]、 [2]及[3]為HIGH位準。在此情況下，PRESS依然為LOW狀態。當按下任何按鍵時，在任一條該KEYSENSE線中的LOW位準會透過該NAND閘74將該PRESS驅動至HIGH位準。在此實施例中，前述掃描線KEYSCAN(0)、KEYSCAN(1)及KEYSCAN(2)一開始都是在高阻抗狀態。前述主串聯器會將該START驅動為HIGH位準，且藉由依序將該掃描線SC(0)、(1)及(2)驅動為HIGH位準來掃描前述鍵板。

若按下例如Key5，當SC(0)進到LOW位準時，前述感測線KEYSENSE[0]、[1]、[2]及[3]會保持HIGH位準，但當SC(1)進到LOW位準時，KEYSCAN(1)會進到LOW位準，且透過Key5，KEYSENSE[1]會進到LOW位準。藉由電性指出Key5已被按下的前述主串聯器16來輸入此信號。前述主串聯器將其解碼並一個一個位元地傳送至前述副解串聯器34。

串聯器及解串聯器在此技術中為習知的邏輯整合電路，且可由眾多製造商所提供。然而，可將微處理器或數位信號處理器配置為實行熟習此項技藝者所熟知的串聯和解串聯。

第6圖係說明操作順序。當電源開啟，但未按下按鍵時，前述信號會處於STATE 1。 START是LOW位準及START－是HIGH位準，且SC(0)、SC(1)及SC(2)是低位準。當掃描前述鍵板，START會成為HIGH位準。藉由依序將KEYSCAN(0)、KEYSCAN(1)及KEYSCAN(2)驅動為LOW位 準，主串聯器16就能掃描前述鍵板：SC(0)進到HIGH位準，會將KEYSCAN(0)驅動為LOW位準，但不會發生任何事。然而，當SC(1)進到HIGH位準且KEYSCAN(1)進到LOW位準時，KEYSENSB[1]就會透過Key5而進到LOW位準。這是由用於解碼與傳送的主串聯器來進行偵測。在一個說明實施例中，前述12個按鍵被一對一地編碼成由前述主串聯器所傳送之12個位元串聯字元。在按下Key5(該第六個按鍵)之情況下，被傳送至前述解串聯器的串聯碼(左邊是最高有效位元(MSB))係000000100000。然而，較佳為可使用二進制(Key5為0101)、十六進制或實際上任何其他的編碼。

熟習此項技藝者將會明白可使用許多其他的邏輯配置來感測被按下的按鍵、編碼(或格式化)、串聯化、解串聯化及重新產生供該微處理器讀取。前述微處理器將會「認為」是直接對該鍵板進行訊問，但僅有兩條線路會跨過前述撓性纜線。

在某些應用中，較佳為採用硬體反彈跳器(debouncer)。如同熟習此項技藝者所知悉，當使用雙擲開關時，可使用交叉耦接之閘，或者是可使用時序延遲電路或與正反器之組合。

如同熟習此項技藝者所知悉，較佳為其它時序配置及其他多工配置被用於本發明。例如，本案揭露內容使用振盪器來偵測並對按鍵按下進行解碼，但可使用包括電壓信號及/或電流信號的邏輯信號。另外，較佳為有很多會被使 用的微處理器。此外，可使用具有專屬功能的超大型積體電路(very large silicon integration circuits)，如同單晶片電腦。

雖然在此所表示之前述實施方式為電子電路，熟習此項技藝者將會瞭解到其他電子電路能實行相同的功能，且採用軟體、韌體、及/或硬體及該等之組合的系統能夠有利用來達到等效的功能。

應瞭解到上述實施例僅是用來舉例表示，且還可以有許多的變化及修改。因此，本發明之範圍廣度應如同在以下附加之申請專利範圍中述及者所定義。

10‧‧‧鍵板矩陣

12、12’‧‧‧掃描線

14、14’‧‧‧感測線

15‧‧‧12位元並列介面

16‧‧‧主串聯器

17‧‧‧載入選通

19‧‧‧資料線

20‧‧‧振盪器

21‧‧‧微處理器鍵板介面

22‧‧‧串聯器

24‧‧‧撓性纜線

30‧‧‧副解串聯器

32‧‧‧解串聯器

33‧‧‧鏡射開關矩陣

34‧‧‧鍵板再生器

50‧‧‧類比通過閘

54‧‧‧阻隔二極體

72‧‧‧三態閘

74‧‧‧NAND閘

第1圖係本發明之一個實施例的示意方塊圖。

第2圖係第1圖的部份示意方塊圖。

第3圖說明掃描鍵板矩陣的示意圖。

第4A圖係表示以鍵板矩陣來使用類比通過閘的示意圖。

第4B圖係表示二極體協助該電路操作的示意圖。

第5圖係表示按鍵被按下之偵測及按鍵掃描的示意圖。

第6圖係表示當按下一個按鍵時，第5圖之信號的記錄圖。

10‧‧‧鍵板矩陣

12、12’‧‧‧掃描線

14、14’‧‧‧感測線

16‧‧‧主串聯器

21‧‧‧微處理器鍵板介面

30‧‧‧副解串聯器

32‧‧‧解串聯器

34‧‧‧鍵板再生器

Claims (12)

1. 一種用來掃描一第一鍵板或鍵盤的系統，該系統包括：一電腦系統，其具有一並列介面，該並列介面配置為產生用於一鍵板之第一並列掃描線信號，並且接收第一並列感測線信號，如同該電腦系統直接連接於該鍵板並掃描該鍵板；一解串聯器，其具有一介面，該介面從該電腦系統接收該第一並列掃描線信號並且產生該第一並列感測線信號至該電腦系統，其中該解串聯器模擬當鍵板直接連接於該電腦系統的並列掃描及感測線時應該有的相同反應；一串聯器，其產生第二並列掃描線信號至該鍵板，並且從該鍵板接收第二並列感測線信號，其中該串聯器模擬該電腦系統之該並列掃瞄及感測線信號，如同該電腦系統直接連接於該鍵板，其中該並列掃瞄及感測線信號被該串聯器格式化成一串列位元流；以及在該解串聯器及該串聯器之間的一串聯連接部，該串聯連接部配置成在該串聯連接部中之一單一線路上之一串列位元流中發送資料，其中該位元流會被該解串聯器所接收，且被重新格式化為回傳至該電腦系統之格式，如同該鍵板直接連接於該電腦系統，其中該系統經組態以在如同該解串聯器、該串聯器及該串聯連接部皆不存在的情況下操作。
2. 如申請專利範圍第1項之系統，其更包括偵測該鍵板上 之任何按鍵何時被按下的一電路。
3. 如申請專利範圍第1項之系統，其中在該串聯器及該解串聯器之間的連接係包括一時脈信號及該單一線路的串列資料位元流。
4. 如申請專利範圍第1項之系統，其在該解串聯器中更包括一第二實體開關矩陣，該第二實體開關矩陣具有複製該第一鍵板或鍵盤之掃描及感測線的掃描及感測線，其中該解串聯器啟動與該第一鍵板中被啟動之按鍵在行列位置上對應的該第二鍵板中之一按鍵。
5. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該第一鍵板包括CMOS電晶體開關，其中當該按鍵可被一HIGH或LOW位準信號啟動時，該輸出可分別是一LOW或HIGH位準信號。
6. 如申請專利範圍第1項之系統，其中該第一鍵板包括NMOS或PMOS開關。
7. 如申請專利範圍第1項之系統，其更包括與各個按鍵串聯之一阻隔二極體，其中該阻隔二極體經組態以抑制鬼影(ghosting)。
8. 一種掃描一第一鍵板或鍵盤之方法，該方法包括以下步驟：送出第一掃描線信號至一電腦系統，且從該電腦系統接收第一感測線信號，該電腦系統具有一並列介面，該並列介面配置為產生用於掃描一鍵板之第一掃描線信號，並 且接收第一感測線信號，如同該第一掃瞄線信號及感測線信號被送出至該鍵板且從該鍵板接收該第一掃瞄線信號及感測線信號；藉由一解串聯器來模擬從該電腦系統接收該第一掃描線信號且產生該第一感測線信號之一鍵板；產生第二掃描線信號至該鍵板，並且從該鍵板接收該第二感測線信號；將該第二掃描及感測線信號格式化成一串列位元流；在一單一線路上傳輸該串列位元流至該解串聯器；由該解串聯器接收該串列位元流；以及將該接收到的串列位元流重新格式化為要回傳至該電腦系統之一格式，如同該鍵板直接連接於該電腦系統。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其更包括偵測該鍵板上之任何按鍵何時被按下的步驟。
10. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該傳輸步驟包括傳送適合用來載入一串列資料位元的一時脈信號之步驟。
11. 如申請專利範圍第8項之方法，其中將該接收到的串列位元流重新格式化之步驟係包括以下步驟：判定在該第一鍵板中哪個按鍵被按下，以及啟動一第二鍵板，其中該第二鍵板係依照行列來模擬該第一鍵板，且其中在該第二鍵板中被啟動之按鍵在行列上對應於在該第一鍵板中被啟動之按鍵。
12. 如申請專利範圍第8項之方法，其更包括以與各按鍵開 關串聯的方式來插入一二極體，藉以抑制或阻隔鬼影信號的步驟。