TWI454721B - Share a pin to detect multiple keys of the circuit and the method as well as the key input system - Google Patents

Description

共用一接腳以偵測多個按鍵的電路與方法以及按鍵輸入系統

本發明係有關一種按鍵偵測電路，特別是關於一種共用一接腳以偵測多個按鍵的電路及方法。

如圖1所示，習知的按鍵偵測晶片10為了偵測多個按鍵B1、B2及B3，需要不同的接腳P1、P2及P3分別連接按鍵B1、B2及B3所在的按鍵電路12、14及16，且一個按鍵電路只有單一按鍵與電阻串聯(如按鍵電路16)或並聯(如按鍵電路12及14)，當按鍵B1、B2、B3被按壓時，從各接腳P1、P2及P3觀察到的按鍵電路12、14、16的等效電阻值會發生變化，接腳P1、P2及P3的後端有各自的偵測電路18、20及22據此判斷按鍵B1、B2及B3是否被按壓。由於每一按鍵需要一接腳及一偵測電路，因此在按鍵數量較多的應用上會增加晶片的成本及尺寸。

本發明的目的之一，在於提出一種共用一接腳以偵測多個按鍵的電路及方法。

本發明的目的之一，在於提出一種共用一接腳以偵測多個按鍵的按鍵輸入系統。

根據本發明，一種共用一接腳以偵測多個按鍵的電路與方法以及按鍵輸入系統，係藉提供定電流透過該接腳給按鍵模組，以在該接腳產生與該按鍵模組的等效電阻值相關的電壓，以及比較該接腳的電壓及一組參考值得知該按鍵模組中的多個按鍵之按壓情況。

根據本發明，一種共用一接腳以偵測多個按鍵的電路與方法以及按鍵輸入系統，係藉施加可變電流到該接腳，調整該可變電流使該接腳維持穩定的電壓，以及比較該可變電流及一組參考值得知該按鍵模組中的多個按鍵之按壓情況。

圖1係根據本發明的第一實施例，在按鍵偵測晶片24內部的偵測電路26與外部的按鍵模組28組成一個按鍵輸入系統，二者經接腳Ps連接彼此，偵測電路26透過此單一接腳Ps即可偵測按鍵模組28中的多個按鍵。

為了解說偵測電路26的運作，假設按鍵模組28包含電阻R4、R5及R0串聯在接腳Ps及接地端GND之間，按鍵B4與電阻R4並聯，按鍵B5與電阻R5並聯，電阻值R4=R5=R0，從接腳Ps觀察到的按鍵模組28的等效電阻值會因為按鍵B4及B5之按壓情況而變化，當按鍵B4及B5皆未被按壓時，按鍵模組28的等效電阻值等於4R0，當只有按鍵B4被按壓時，按鍵模組28的等效電阻值等於3R0，當只有按鍵B5被按壓時，按鍵模組28的等效電阻值等於2R0，當按鍵B4及B5皆被按壓時，按鍵模組28的等效電阻值等於R0。

在本實施例中，偵測電路26包含電流源30連接接腳Ps，提供定電流Ic透過接腳Ps給按鍵模組28，由於電流Ic為定值，且按鍵模組28的等效電阻值係根據按鍵B4及B5之按壓情況而變化，所以從接腳Ps的電壓V1可以得知按鍵B4及B5之按壓情況。偵測電路26更包含電壓比較器32連接接腳Ps，比較接腳Ps的電壓V1及一組參考值Vref產生輸出信號Sout以反應出按鍵B4及B5之按壓情況。

較佳者，偵測電路26更包含充放電電路34連接接腳Ps，對接腳Ps預充電或預放電，以加快接腳Ps的電壓V1達到穩定，增進偵測電路26的反應速度。在此實施例中，充放電電路34包含上橋電晶體M1連接在電壓源VDD與接腳Ps之間，以及下橋電晶體M2連接在接腳Ps與接地端GND之間，電晶體M1及M2充當開關，分別受控制信號Sm1及Sm2的控制，當電晶體M1導通時，電壓源VDD經電晶體M1對接腳Ps充電，當電晶體M2導通時，接腳Ps經電晶體M2放電到接地端GND。在其他實施例中，充放電電路34只包含上橋電晶體M1或下橋電晶體M2。

在按鍵偵測晶片24的各種應用中，外部的按鍵模組可能造成接腳Ps浮接，例如圖1的按鍵電路16在按鍵B3未被按壓時就會造成接腳Ps浮接，導致接腳Ps的電壓V1浮動，為了避免這種狀況發生，偵測電路26更包含初始化電阻Rini或開關SW1連接在接腳Ps及接地端GND之間，以初始化接腳Ps的電壓V1，避免其浮動。較佳者，偵測電路26包含初始化電阻Rini及開關SW1串聯在接腳Ps及接地端GND之間，當開關SW1閉合時，可初始化接腳Ps的電壓V1，在應用按鍵偵測晶片24時，使用者可以根據按鍵模組28判斷接腳Ps是否會有電壓浮動的情況，決定是否利用致能信號Sen來初始化接腳Ps的電壓V1。在其他實施例中，亦可改為將初始化電阻Rini或開關SW1或其串聯組合連接在接腳Ps及某個電壓源(例如VDD)之間。

圖3係根據本發明的第二實施例，在按鍵偵測晶片36內部的偵測電路38與外部的按鍵模組40組成一個按鍵輸入系統，二者經接腳Ps連接彼此，偵測電路38透過此單一接腳Ps即可偵測按鍵模組40中的多個按鍵。

為了解說偵測電路38的運作，假設按鍵模組40包含按鍵B6與電阻R6串聯在接腳Ps及接地端GND之間，以及按鍵B7與電阻R7、R0串聯在接腳Ps及接地端GND之間，且電阻R0連接在接腳Ps及按鍵B7之間，R6=R7=R0，當只有按鍵B6被按壓時，按鍵模組40的等效電阻值等於R0，當只有按鍵B7被按壓時，按鍵模組40的等效電阻值等於2R0，當按鍵B6及B7皆被按壓時，按鍵模組40的等效電阻值等於R0，當按鍵B4及B7皆未被按壓時，接腳Ps是浮接的。如圖2的實施例已經說明過的，在接腳Ps及接地端GND或電壓源之間連接初始化電阻Rini或開關SW1或其串聯組合，可以避免接腳Ps的電壓V1浮動。在其他實施例中，亦可將初始化電阻Rini改為配置在按鍵偵測晶片36的外部，例如在按鍵模組40中或連接接腳Ps的外部電阻。

在本實施例中，偵測電路38包含穩壓電路42連接接腳Ps，電流源44提供可變的第一電流I1透過穩壓電路42施加到接腳Ps，穩壓電路42將接腳Ps維持在第一電壓V1，因此按鍵模組40的等效電阻值的變化會導致第一電流I1跟著改變，為了偵測第一電流I1的變化，電流源44包含電流鏡鏡射第一電流I1產生第二電流I2，經電流比較器46與一組參考值比較而產生輸出信號Sout，以反應出按鍵B6及B7之按壓情況。

在本實施例中，電流比較器46包含參考電阻Rref連接在電流源44及接地端GND之間，將第二電流I2轉換為第二電壓V2，以及電壓比較器32比較第二電壓V2及一組參考值Vref產生輸出信號Sout。

在本實施例中，穩壓電路42包含電晶體M3及電阻R8串聯在電流源44及接腳Ps之間，以及運算放大器48控制電晶體M3，運算放大器48的一個輸入端接受參考電壓Vc，另一輸入端連接接腳Ps，輸出端提供誤差信號Sd施加到電晶體M3的閘極，此電路組合會將接腳Ps的電壓V1維持在Vc，當按鍵模組40的等效電阻值變動時，為了維持接腳Ps的電壓在Vc，運算放大器48會調整誤差信號Sd以改變電晶體M3的電流I1，此電流I1的變化反應到電流I2，進而反應到輸出信號Sout。較佳者，穩壓電路42更包含電阻R9連接在運算放大器48的輸入端及接腳Ps之間。

如圖2的實施例已經說明過的，偵測電路38也可以使用充放電電路34對接腳Ps預充電或預放電，以加快接腳Ps的電壓V1達到穩定，增進偵測電路38的反應速度。

如以上的實施例所展示的，本發明只需要單一接腳即可偵測多個按鍵，而且按鍵模組中的多個按鍵及電阻可以有任何型態的配置方式，只要其按壓情況可以改變該按鍵模組的等效電阻值。在按鍵數量較多的應用上，本發明可以節省很多按鍵偵測晶片的接腳，大幅降低封裝成本，而且只需要單一的偵測電路，大幅減少晶片的面積。

以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。

10．．．按鍵偵測晶片

12．．．按鍵電路

14．．．按鍵電路

16．．．按鍵電路

18．．．偵測電路

20．．．偵測電路

22．．．偵測電路

24．．．按鍵偵測晶片

26．．．偵測電路

28．．．按鍵模組

30．．．定電流源

32．．．電壓比較器

34．．．充放電電路

36．．．按鍵偵測晶片

38．．．偵測電路

40．．．按鍵模組

42．．．穩壓電路

44．．．電流源

46．．．電流比較器

48．．．運算放大器

圖1係習知的按鍵偵測晶片的示意圖；

圖2係根據本發明的第一實施例；以及

圖3係根據本發明的第二實施例。

24．．．按鍵偵測晶片

26．．．偵測電路

28．．．按鍵模組

30．．．定電流源

32．．．電壓比較器

34．．．充放電電路

Claims (25)

1. 一種共用一接腳以偵測多個按鍵的電路，該多個按鍵與多個電阻串聯或並聯組成按鍵模組連接該接腳，該電路包含：定電流源，連接該接腳，提供定電流透過該接腳給該按鍵模組，俾在該接腳產生與該按鍵模組的等效電阻值相關的電壓；電壓比較器，連接該接腳，比較該接腳的電壓及一組參考值產生輸出信號，以反應該多個按鍵之按壓情況；以及初始化電阻或開關或其串聯組合連接在該接腳與接地端或電壓源之間，以初始化該接腳的電壓。
2. 如請求項1之電路，更包含充放電電路連接該接腳，對該接腳預充電或預放電，以加快按鍵偵測的速度。
3. 如請求項2之電路，其中該充放電電路包含電晶體連接在電壓源與該接腳之間，或在該接腳與接地端之間。
4. 一種共用一接腳以偵測多個按鍵的方法，該多個按鍵與多個電阻串聯或並聯組成按鍵模組連接該接腳，該方法包含以下步驟：初始化該接腳的電壓；提供定電流透過該接腳給該按鍵模組，俾在該接腳產生與該按鍵模組的等效電阻值相關的電壓；以及比較該接腳的電壓及一組參考值產生輸出信號，以反應該多個按鍵之按壓情況。
5. 如請求項4之方法，更包含對該接腳預充電或預放電，以加快按鍵偵測的速度。
6. 一種按鍵輸入系統，包含： 多個按鍵與多個電阻串聯或並聯組成按鍵模組連接一接腳，該按鍵模組具有一等效電阻值因應該多個按鍵之按壓情況而改變；定電流源，連接該接腳，提供定電流透過該接腳給該按鍵模組，俾在該接腳產生與該等效電阻值相關的電壓；電壓比較器，連接該接腳，比較該接腳的電壓及一組參考值產生輸出信號，以反應該多個按鍵之按壓情況；以及初始化電阻或開關或其串聯組合連接在該接腳與接地端或電壓源之間，以初始化該接腳的電壓。
7. 如請求項6之按鍵輸入系統，更包含充放電電路連接該接腳，對該接腳預充電或預放電，以加快按鍵偵測的速度。
8. 如請求項7之按鍵輸入系統，其中該充放電電路包含電晶體連接在電壓源與該接腳之間，或在該接腳與接地端之間。
9. 一種共用一接腳以偵測多個按鍵的電路，該多個按鍵與多個電阻串聯或並聯組成按鍵模組連接該接腳，該電路包含：電流源，提供可變的第一電流以及與該第一電流相關的第二電流；穩壓電路，連接該接腳及該電流源，將該第一電流施加到該接腳，並調整該第一電流使該接腳維持在第一電壓；以及電流比較器，連接該電流源，比較該第二電流及一組參考值產生輸出信號，以反應該多個按鍵之按壓情況。
10. 如請求項9之電路，其中該電流源包含電流鏡鏡射該第一電流產生該第二電流。
11. 如請求項9之電路，其中該穩壓電路包含：電晶體及電阻串聯在該電流源及該接腳之間；以及 運算放大器，具有第一輸入端接受參考電壓，第二輸入端連接該接腳，以及輸出端提供誤差信號施加到該電晶體的閘極，以控制該第一電流。
12. 如請求項9之電路，其中該電流比較器包含：電阻，連接在該電流源及接地端之間，將該第二電流轉換為第二電壓；以及電壓比較器，比較該第二電壓及該組參考值產生該輸出信號。
13. 如請求項9之電路，更包含充放電電路連接該接腳，對該接腳預充電或預放電，以加快按鍵偵測的速度。
14. 如請求項9之電路，更包含初始化電阻或開關或其串聯組合連接在該接腳與接地端或電壓源之間，以初始化該接腳的電壓。
15. 一種共用一接腳以偵測多個按鍵的方法，該多個按鍵與多個電阻串聯或並聯組成按鍵模組連接該接腳，該方法包含以下步驟：A.)提供可變的第一電流以及與該第一電流相關的第二電流；B.)將該第一電流施加到該接腳，並調整該第一電流使該接腳維持在第一電壓；以及C.)比較該第二電流及一組參考值產生輸出信號，以反應該多個按鍵之按壓情況。
16. 如請求項15之方法，其中該步驟A包含鏡射該第一電流產生該第二電流。
17. 如請求項15之方法，其中該步驟C包含以下步驟：將該第二電流轉換為第二電壓；以及比較該第二電壓及該組參考值產生該輸出信號。
18. 如請求項15之方法，更包含對該接腳預充電或預放電，以加快按鍵偵測的速度。
19. 如請求項15之方法，更包含初始化該接腳的電壓。
20. 一種按鍵輸入系統，包含：多個按鍵與多個電阻串聯或並聯組成按鍵模組連接一接腳，該按鍵模組具有一等效電阻值因應該多個按鍵之按壓情況而改變；電流源，提供可變的第一電流以及與該第一電流相關的第二電流；穩壓電路，連接該接腳及該電流源，將該第一電流施加到該接腳，並調整該第一電流使該接腳維持在第一電壓；以及電流比較器，連接該電流源，比較該第二電流及一組參考值產生輸出信號，以反應該多個按鍵之按壓情況。
21. 如請求項20之按鍵輸入系統，其中該電流源包含電流鏡鏡射該第一電流產生該第二電流。
22. 如請求項20之按鍵輸入系統，其中該穩壓電路包含：電晶體及電阻串聯在該電流源及該接腳之間；以及運算放大器，具有第一輸入端接受參考電壓，第二輸入端連接該接腳，以及輸出端提供誤差信號施加到該電晶體的閘極，以控制該第一電流。
23. 如請求項20之按鍵輸入系統，其中該電流比較器包含：電阻，連接在該電流源及接地端之間，將該第二電流轉換為第二電壓；以及電壓比較器，比較該第二電壓及該組參考值產生該輸出信號。
24. 如請求項20之按鍵輸入系統，更包含充放電電路連接該接腳， 對該接腳預充電或預放電，以加快按鍵偵測的速度。
25. 如請求項20之按鍵輸入系統，更包含初始化電阻或開關或其串聯組合連接在該接腳與接地端或電壓源之間，以初始化該接腳的電壓。