TWI509467B - 每一按鍵均具有一個別發光二極體之電腦鍵盤按鍵掃描共用矩陣 - Google Patents

每一按鍵均具有一個別發光二極體之電腦鍵盤按鍵掃描共用矩陣 Download PDF

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TWI509467B
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H13/70—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard
    • H01H13/83—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard characterised by legends, e.g. Braille, liquid crystal displays, light emitting or optical elements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/02—Input arrangements using manually operated switches, e.g. using keyboards or dials
    • G06F3/0202—Constructional details or processes of manufacture of the input device

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Description

每一按鍵均具有一個別發光二極體之電腦鍵盤按鍵掃描共用矩陣 對相關申請案之交叉參考
本申請案為2012年12月21日申請之題為「每一按鍵均具有一個別發光二極體之電腦鍵盤按鍵掃描共用矩陣(Computer Keyboard Key Scan Shared Matrix with an Individual LED Per Key)」的美國臨時專利申請案第61/745,035號之非臨時申請案，該案以引用之方式併入本文中。
本發明大體而言係關於一種用於電子顯示器之鍵盤總成，且更特定言之，係關於每一按鍵均具有一個別發光二極體(LED)之電腦鍵盤按鍵掃描共用矩陣。
此章節意欲向讀者介紹技術之各種態樣，該等態樣可係關於本發明之在下文描述及/或主張之各種態樣。咸信此論述有助於向讀者提供背景資訊以促進更好地理解本發明之各種態樣。因此，應瞭解，應照此閱讀此等闡述，且不作為先前技術之承認而閱讀。
出於許多不同目的(諸如，商業、娛樂及教育)，通常將電子裝置(諸如，電腦及膝上型電腦)與鍵盤一起使用。鍵盤提供用於輸入資訊及控制電子裝置之使用者介面。使用者按壓鍵盤上之按鍵以經由鍵盤電路將輸入信號發送至電子裝置之處理器。鍵盤電路偵測哪些經按鍵 按壓及該等按鍵何時經按壓，且其將適當輸入信號傳輸至處理器。
使用者可在具有各種周圍光量之不同環境中利用電子裝置(諸如，膝上型電腦)。按鍵上之光量可影響鍵盤之可見度及可用性。一些鍵盤可藉由背光照亮按鍵，該等背光照明整個鍵盤或鍵盤之具有漫射板之區域以改良在低光條件下之可見度。背光係由背光電路控制。不幸地，漫射體及背光電路佔據鍵盤電路周圍之額外空間，因此增加鍵盤之大小。又，鍵盤電路可藉由第一數量個接腳連接而連接至處理器，而背光電路可藉由第二數量個接腳連接而連接至處理器，且處理器可具有用於接腳連接之有限數目個可用接腳。
下文闡述本文中所揭示之某些實施例之概述。應理解，僅呈現此等態樣以向讀者提供此等某些實施例之簡要概述，且此等態樣並不意欲限制本發明之範疇。實際上，本發明可涵蓋下文可能並未闡述之多種態樣。
本發明之實施例係關於用於在鍵盤的按鍵之第一陣列與發光體之第二陣列之間的共用列接腳及/或行接腳之共用矩陣的系統、裝置及方法。鍵盤控制器在掃描週期期間使用共用列接腳及/或行接腳來定址按鍵之第一陣列及發光體之第二陣列。亦即，鍵盤控制器在掃描週期期間掃描按鍵之第一陣列以利用電連接至共用列接腳之列線及利用電連接至共用行接腳之行線來偵測按鍵按壓。鍵盤控制器利用電連接至共用列接腳之相同列線及利用電連接至共用行接腳之相同行線來驅動發光體之第二陣列以自背面照亮按鍵。在一些實施例中，每一按鍵係藉由發光體之第二陣列中的一或多個發光體而自背面照亮。發光體之第二陣列中之每一發光體可為經個別地控制之發光體，諸如發光二極體(LED)或有機發光二極體(OLED)。在一些實施例中，按鍵之第一陣列中之每一按鍵可以與周圍按鍵差異之方式而自背面加以照亮， 從而使得僅所要按鍵能夠自背面加以照亮。用於每一按鍵之發光體可經個別地控制。鍵盤控制器至少部分地基於使用者輸入及/或來自處理器之指令集而控制所要發光體。
鍵盤控制器可在掃描週期期間單獨地驅動發光體之每一列以自背面照亮所要按鍵。鍵盤控制器在掃描週期之各別列間隔期間定址按鍵之第一陣列及發光體之第二陣列的每一列線。鍵盤控制器可在列間隔期間使用連接至列線及行線之共用列接腳及/或行接腳同時驅動各別列線上之所要發光體及偵測同一列線上之按鍵按壓。鍵盤控制器可在各別列間隔之一部分期間驅動列線上之所要發光體，且在列間隔之剩餘部分期間單獨地掃描列線上之按鍵。調整列間隔之用以驅動所要發光體之部分的持續時間將調整背光按鍵之亮度。
鍵盤控制器之比較器可在掃描週期期間經由共用列接腳及/或共用行接腳來偵測按鍵按壓。在具有共用列接腳及共用行接腳之一些實施例中，每一按鍵可與電阻器及/或反向偏壓二極體串聯，且每一按鍵可與各別發光體並聯。當按鍵經按壓時，與按鍵串聯之相對較大電阻器可經由各別並聯之發光體而減少電流降落。當按鍵經按壓時，與按鍵串聯之反向偏壓二極體可實質上維持流經各別並聯之發光體之電流。上拉電阻器可與每一比較器一起配置以影響偵測按鍵按壓之回應時間。在一些實施例中，指定比較器可在待用模式期間偵測按鍵按壓。比較器可經由共用列接腳及/或共用行接腳耦接至按鍵之第一陣列及發光體之第二陣列以減少在鍵盤之操作期間的功率消耗。
可關於本發明之各種態樣進行上文所提到之特徵的各種改進。其他特徵亦可併入此等各種態樣中。此等改進及額外特徵可個別地或以任何組合存在。舉例而言，下文關於所說明實施例中之一或多者而論述的各種特徵可單獨地或以任何組合併入至本發明之上文所描述之態樣中的任一者中。上文所呈現之簡要概述僅意欲使讀者熟悉本發明 之實施例的某些態樣及內容脈絡而不限制所主張之標的。
10‧‧‧電子裝置
12‧‧‧處理器
12A‧‧‧處理器
12B‧‧‧處理器
12C‧‧‧處理器
14‧‧‧記憶體
16‧‧‧非揮發性儲存器
18‧‧‧顯示器
20‧‧‧輸入結構
22‧‧‧鍵盤
24‧‧‧輸入/輸出(I/O)介面
26‧‧‧網路介面
28‧‧‧電源
30‧‧‧背光
32‧‧‧筆記型電腦/膝上型電腦
34‧‧‧外殼
36‧‧‧觸控板
38‧‧‧按鍵
38A‧‧‧按鍵
38B‧‧‧按鍵
38C‧‧‧按鍵
40‧‧‧桌上型電腦系統
42‧‧‧外殼
44‧‧‧滑鼠
46‧‧‧鍵盤控制器
46A‧‧‧鍵盤控制器
46B‧‧‧鍵盤控制器
46C‧‧‧鍵盤控制器
48‧‧‧共用矩陣
48A‧‧‧共用矩陣
48B‧‧‧共用矩陣
48C‧‧‧共用矩陣
50‧‧‧輸入信號
50A‧‧‧輸入信號
50B‧‧‧輸入信號
50C‧‧‧輸入信號
52‧‧‧輸出信號
52A‧‧‧輸出信號
52B‧‧‧輸出信號
52C‧‧‧輸出信號
54‧‧‧控制邏輯
54A‧‧‧控制邏輯
54B‧‧‧控制邏輯
54C‧‧‧控制邏輯
56‧‧‧鍵盤處理器
58‧‧‧介面電路
60‧‧‧發光體驅動器
62‧‧‧發光體/發光二極體(LED)
62A‧‧‧發光二極體(LED)
62B‧‧‧發光二極體(LED)
62C‧‧‧發光二極體(LED)
64‧‧‧電源轉換電路
64A‧‧‧電源轉換電路
64B‧‧‧電源轉換電路
64C‧‧‧電源轉換電路
66‧‧‧掃描控制電路
68‧‧‧按鍵之第一陣列
69‧‧‧列線
70‧‧‧發光二極體(LED)之第二陣列
71‧‧‧行線
72‧‧‧列接腳
72A‧‧‧列接腳
72B‧‧‧列接腳
72C‧‧‧列接腳
73‧‧‧列線
74‧‧‧按鍵感測接腳
74A‧‧‧按鍵感測接腳
74B‧‧‧按鍵感測接腳
74C‧‧‧按鍵感測接腳
75‧‧‧行線
76‧‧‧行接腳
76A‧‧‧行接腳
76B‧‧‧行接腳
76C‧‧‧行接腳
77‧‧‧列電晶體
77A‧‧‧列電晶體
77B‧‧‧列電晶體
77C‧‧‧列電晶體
78A‧‧‧第五共用列線
79‧‧‧電流槽
79A‧‧‧電流槽
79B‧‧‧電流槽
79C‧‧‧電流槽
80A‧‧‧時序圖
80B‧‧‧時序圖
81‧‧‧共用列線
81A‧‧‧共用列線
81B‧‧‧共用列線
81C‧‧‧共用列線
82A‧‧‧掃描週期
82B‧‧‧掃描週期
82C‧‧‧掃描週期
83A‧‧‧接腳連接
83B‧‧‧接腳連接
83C‧‧‧接腳連接
84A‧‧‧列間隔
84B‧‧‧列間隔
84C‧‧‧列掃描間隔
85A‧‧‧發光體行線
86A‧‧‧高列信號
86B‧‧‧高列信號
86C‧‧‧高列信號
87A‧‧‧按鍵行線
88A‧‧‧高行信號
88B‧‧‧高行信號
88C‧‧‧高行信號
89A‧‧‧虛線圓
89B‧‧‧虛線圓
89C‧‧‧虛線圓
90A‧‧‧第一列間隔
90B‧‧‧第一列間隔
90C‧‧‧第一列間隔
91A‧‧‧第三按鍵行線
92A‧‧‧第二列間隔
92B‧‧‧第二列間隔
92C‧‧‧第二列間隔
93‧‧‧共用行線
93B‧‧‧共用行接腳/共用行線
93C‧‧‧共用行線
94A‧‧‧第六列間隔
94B‧‧‧第六列間隔
94C‧‧‧第六列間隔
96A‧‧‧第三列間隔
96B‧‧‧第三列間隔
96C‧‧‧第三列間隔
98A‧‧‧第四列間隔
98B‧‧‧第四列間隔
98C‧‧‧第四列間隔
100A‧‧‧第五列間隔
100B‧‧‧第五列間隔
100C‧‧‧第五列間隔
102A‧‧‧高按鍵信號
102B‧‧‧高信號
106‧‧‧比較器
106B‧‧‧比較器
106C‧‧‧比較器
108‧‧‧電阻器
108C‧‧‧電阻器
110‧‧‧按鍵感測開關
110C‧‧‧按鍵感測開關
120‧‧‧時序圖
122C‧‧‧驅動間隔
124C‧‧‧感測間隔
125‧‧‧經照亮按鍵
126‧‧‧供應電壓
127‧‧‧上拉電阻器
128‧‧‧第一方向
129‧‧‧線開關
130‧‧‧第二方向
131‧‧‧經照亮之按鍵
132‧‧‧反向偏壓二極體
133‧‧‧上拉電阻器
134‧‧‧經照亮之按鍵
135‧‧‧旁路路徑
136‧‧‧旁路開關
138‧‧‧待用開關
139‧‧‧喚醒比較器
140‧‧‧待用電阻器
150‧‧‧操作鍵盤控制器以定址共用矩陣之按鍵及LED的方法
K1 ...K7 ‧‧‧按鍵感測接腳
P1 ~P7 ‧‧‧電流槽
R1 ~R6 ‧‧‧列接腳
VIN ‧‧‧電壓輸入
VOUT ‧‧‧電壓輸出
W1 ~W6 ‧‧‧列電晶體
在閱讀以下詳細描述之後且在參看圖式之後，可更好地理解本發明之各種態樣，其中：圖1為根據實施例之併有具有背光之鍵盤的電子裝置之示意性方塊圖；圖2為根據實施例之呈筆記型電腦之形式的圖1之電子裝置的實例之透視圖；圖3為根據實施例之呈桌上型電腦系統之形式的圖1之電子裝置的實例之正視圖；圖4為說明根據實施例之具有按鍵矩陣及背光矩陣之鍵盤輸入裝置的方塊圖；圖5為說明鍵盤控制器及用於按鍵陣列及光源陣列之共用矩陣的第一實施例之方塊圖；圖6為說明用於圖5之共用矩陣實施例的掃描週期之信號時序的時序圖；圖7為說明鍵盤控制器及用於按鍵陣列及光源陣列之共用矩陣之第二實施例的方塊圖；圖8為說明用於圖7之共用矩陣實施例的掃描週期之信號時序的時序圖；圖9為說明鍵盤控制器及用於按鍵陣列及光源陣列之共用矩陣之第三實施例的方塊圖；圖10為說明用於圖9之共用矩陣實施例的掃描週期之信號時序的時序圖；圖11為說明在共用矩陣中並聯之按鍵及光源之實施例的方塊圖；圖12為說明在共用矩陣中並聯之按鍵及光源之實施例的方塊 圖；圖13為說明在共用矩陣中並聯之按鍵及光源之實施例的方塊圖；圖14為說明鍵盤控制器及用於按鍵陣列及光源陣列之共用矩陣之第四實施例的方塊圖；及圖15為根據該等實施例中之任一者的操作鍵盤控制器以定址共用矩陣的方法之流程圖。
下文中將描述一或多個特定實施例。為了提供此等實施例之簡明描述，不在說明書中描述一實際實施之所有特徵。應瞭解在任何此實際實施之開發中，如在任何工程化或設計專案中，必須作出眾多實施特定決策以達成開發者之特定目標，諸如順應系統相關及商業相關約束，其可因實施而變化。此外，應瞭解，此開發努力可為複雜且耗時的，但對於受益於本發明之一般技術者而言將為設計、生產及製造中之常規任務。
當介紹本發明之各種實施例之元件時，詞「一」及「該」意欲意謂存在元件中之一或多者。術語「包含」、「包括」及「具有」意欲為包括性的且意謂除所列元件外亦可存在額外元件。另外，應理解對「一實施例」或「一實例」或其類似者的參考不意欲解釋為排除亦併有所陳述特徵的額外實施例之存在。
如上文所提及，本發明之實施例係關於具有在按鍵之第一陣列與發光體之第二陣列之間的共用矩陣的鍵盤輸入裝置。發光體之第二陣列可經配置以使得按鍵之第一陣列之按鍵能夠個別地自背面加以照亮。按鍵之第一陣列及發光體之第二陣列可共用電連接至鍵盤輸入裝置之鍵盤控制器的列接腳及/或行接腳。鍵盤控制器執行至少兩個動作以定址共用矩陣：掃描按鍵以偵測按鍵按壓，及驅動光源以自背面 照亮所要按鍵。鍵盤控制器在掃描週期期間定址共用矩陣。鍵盤控制器可將掃描週期分成多個列間隔以定址按鍵之第一陣列及發光體之第二陣列的個別列。在一些實施例中，在每一列間隔期間，鍵盤控制器掃描列線上之按鍵，此操作與驅動列線上之發光體分離。鍵盤控制器可基於至鍵盤控制器之使用者輸入及/或指令集而以差異方式驅動發光體之第二陣列之發光體，從而自背面照亮按鍵之第一陣列之所要按鍵。發光體之第二陣列使得按鍵之第一陣列中之每一按鍵能夠個別地自背面加以照亮。與按鍵及發光體需要列線及行線之單獨陣列的先前技術相比，在按鍵之第一陣列與發光體之第二陣列之間的共用列接腳及/或行接腳減少電連接至鍵盤控制器之接腳之數目。
在一些實施例中，在各別按鍵經按壓時發光體可維持被照亮。用於按鍵之按鍵開關可具有與發光體並聯之電阻器及/或反向偏壓二極體，以在驅動間隔期間實質上維持流經發光體之電流。當各別按鍵經按壓時，繞過發光體之旁路路徑可在按鍵感測間隔期間減少流經發光體之洩漏電流。上拉電阻器可與共用行接腳一起使用以減少偵測按鍵按壓之回應時間及/或增加偵測按鍵按壓之敏感性。
考慮到前述內容，下文將提供可使用具有在按鍵之第一陣列與發光體之第二陣列之間的共用矩陣之鍵盤輸入裝置的合適電子裝置之一般描述。詳言之，圖1為描繪可存在於適合於與此輸入裝置一起使用之電子裝置中的各種組件之方塊圖。圖2及圖3分別說明呈筆記型電腦或桌上型電腦系統之形式的合適電子裝置之各種實例。
首先轉向圖1，根據本發明之實施例的電子裝置10可包括(連同其他者)一或多個處理器12、記憶體14、非揮發性儲存器16、顯示器18、包括鍵盤22之輸入結構20、輸入/輸出(I/O)介面24、網路介面26及電源28。圖1中所展示之各種功能區塊可包括硬體元件(包括電路)、軟體元件(包括儲存於電腦可讀媒體上之電腦程式碼)或硬體元件 與軟體元件兩者之組合。應注意，圖1僅為特定實施之一實例且意欲說明可存在於電子裝置10中的組件之類型。
藉由實例，電子裝置10可表示圖2中所描繪之筆記型電腦、圖3中所描繪之桌上型電腦系統或類似裝置之方塊圖。應注意，該(等)處理器12及/或其他資料處理電路在本文中一般可稱作「資料處理電路」。此資料處理電路可全部或部分地體現為軟體、韌體、硬體或其任何組合。此外，資料處理電路可為單含式(single contained)處理模組或可全部或部分地併入電子裝置10內之其他元件中之任一者內。
在圖1之電子裝置10中，該(等)處理器12及/或其他資料處理電路可以可操作方式與記憶體14及非揮發性儲存器16耦接，以執行用以進行電子裝置10之各種功能的指令。此等功能可包括(連同其他者)產生待顯示於顯示器18上之影像資料。由該(等)處理器12執行之程式或指令可儲存於包括至少共同地儲存指令或常式之一或多個有形電腦可讀媒體(諸如，記憶體14及/或非揮發性儲存器16)的任何合適製造物件中。記憶體14及非揮發性儲存器16可表示(例如)隨機存取記憶體、唯讀記憶體、可重寫快閃記憶體、硬碟機及光碟。又，在此電腦程式產品上編碼之程式(例如，作業系統)亦可包括可由該(等)處理器12執行以實現電子裝置10之其他功能的指令。
電子裝置10之輸入結構20可使得使用者能夠與電子裝置10互動(例如，按壓按鍵以將資料輸入至處理器，按壓按鈕以增加或減小音量大小)。輸入結構包括具有背光30之鍵盤22。背光30朝鍵盤22之按鍵發射光。背光30可改良鍵盤22之可見度，將指令提供至使用者，或以其他方式輔助使用者。顯示器18可併有輸入結構20。顯示器18可(例如)為觸控螢幕液晶顯示器(LCD)，其可使得使用者能夠與電子裝置10之使用者介面互動。藉由實例，顯示器18可為可同時偵測多個觸碰之MultiTouchTM 顯示器。可與鍵盤22分離地自背面照亮顯示器18。
鍵盤22可與電子裝置10整合(諸如，與筆記型電腦整合)，或以無線方式或經由纜線分離地連接至電子裝置10。舉例而言，單獨鍵盤22可提供用於桌上型電腦或手持型電子裝置(例如，平板電腦、蜂巢式電話、攜帶型音樂播放器)之主要或次要輸入結構。I/O介面24可使得電子裝置10能夠與各種其他電子裝置介接，網路介面26亦可如此。網路介面26可包括(例如)用於個人區域網路(PAN)(諸如，藍芽網路)之介面，用於區域網路(LAN)(諸如，802.11x Wi-Fi網路)之介面及/或用於廣域網路(WAN)(諸如，3G或4G蜂巢式網路)之介面。在一些實施例中，鍵盤22可經由I/O介面24或網路介面26連接至處理器12。電子裝置10之電源28可為任何合適電源，諸如可再充電鋰離子聚合物(Li-poly)電池、鹼性電池，及/或交流(AC)電源轉換器。
電子裝置10可採取電腦或其他類型之電子裝置之形式。此等電腦可包括通常為攜帶型之電腦(諸如，膝上型電腦、筆記型電腦及平板電腦)以及通常在一處使用之電腦(諸如，習知的桌上型電腦、工作站及/或伺服器)。在某些實施例中，呈電腦之形式之電子裝置10可為可自Apple Inc.(Cupertino,CA)購得的MacBook®、MacBook® Pro、MacBook Air®、iMac®、Mac® mini或Mac Pro®之型號。藉由實例，根據本發明之一實施例，在圖2中說明採取筆記型電腦32之形式的電子裝置10。所描繪之電腦32可包括外殼34、顯示器18、輸入結構20，及I/O介面24之埠。電腦32之顯示器18可為背光式液晶顯示器(LCD)。輸入結構20(諸如，鍵盤22及/或觸控板36)可用以與電腦32互動。鍵盤22上之按鍵38之陣列對實體輸入作出回應以接收使用者輸入。鍵盤22可為接觸型鍵盤或電容型鍵盤。經由諸如鍵盤22之輸入結構20，使用者可啟動、控制或操作GUI或在電腦32上執行之應用程式。
在按鍵38下方之背光30自下方照明按鍵38以改良鍵盤之可見度及/或將額外功能性提供至鍵盤。背光30為與按鍵38之陣列一起配置 的發光體之陣列。在一些實施例中，背光30之發光體為發光二極體(LED)。每一按鍵38可與LED按1：1之比率一起配置。用於每一按鍵38之個別LED實現將不同亮度等級用於按鍵38。然而，一些按鍵38可具有多個LED，而其他按鍵38具有一個或更少LED。舉例而言，較大按鍵(例如，空格鍵、退格鍵)可具有一起經驅動之多個LED，或按鍵38可具有多個LED以達成損耗平衡。在一些實施例中，每一LED可自背面照亮鍵盤22之多個按鍵38或按鍵38之多個群組。舉例而言，一個LED可自背面照亮多個方向鍵(arrow key)或一數字小鍵盤。
電子裝置10亦可採取如圖3中大體上說明之桌上型電腦系統40之形式。在某些實施例中，呈桌上型電腦系統40之形式之電子裝置10可為可自Apple Inc.(Cupertino,CA)購得的iMac®、Mac® mini或Mac Pro®之型號。桌上型電腦系統40可包括外殼42、顯示器18及輸入結構20(連同其他者)。諸如無線鍵盤22及/或滑鼠44之輸入結構22可用以與桌上型電腦系統40互動。鍵盤22上之按鍵38之陣列對實體輸入作出回應以接收使用者輸入。鍵盤22可為接觸型鍵盤或電容型鍵盤。經由諸如鍵盤22之輸入結構20，使用者可啟動、控制或操作GUI或在桌上型電腦系統40上執行之應用程式。藉由在按鍵38下方之背光30自背面照亮鍵盤22上之按鍵38之陣列。背光30之發光體(例如，LED)之陣列可與按鍵38按1：1之比率一起配置，以使得每一按鍵38能夠以不同方式自背面加以照亮。如關於膝上型電腦32之鍵盤22所論述，一些按鍵38可具有多個LED、一個或更少LED，或一些LED可自背面照亮多個按鍵38。
無關於電子裝置10採取圖2之電腦32、圖3之桌上型電腦系統40之形式抑或某一其他形式，鍵盤22具有按鍵38之陣列以及背光30中之發光體(例如，LED)之陣列，該等發光體經配置以自背面照亮按鍵38之陣列。背光30使得能夠在不自背面照亮按鍵38之整個陣列的情況下 自背面照亮按鍵38之所要圖案或集合。舉例而言，背光30可均勻地自背面照亮按鍵38之整個陣列。或者，背光30可以不同於按鍵38(例如，數字鍵)之第二集合的亮度等級自背面照亮按鍵38(例如，字母鍵)之第一集合。藉由驅動列線及驅動行線之矩陣將背光30之發光體之陣列連接至鍵盤22之控制器。按鍵38之陣列連接至控制器，且按鍵38係以掃描列線及掃描行線之矩陣來配置。陣列之列線(例如，驅動列線、掃描列線)藉由列接腳電連接至控制器，且陣列之行線(例如，驅動行線、掃描行線)藉由行接腳電連接至控制器。背光30及按鍵38之陣列的目前預期之實施例共用電連接至鍵盤22之共同控制器的共用矩陣中之列接腳及/或行接腳。亦即，背光30之發光體的陣列可在按鍵38之陣列的相同列線及/或行線上。與具有列線之兩個集合及行線之兩個集合的單獨背光及按鍵陣列相比，共用矩陣減少將背光30及按鍵38之陣列電連接至鍵盤控制器的接腳之數目。
按鍵38之陣列及背光30之發光體之陣列可以具有不同數量個按鍵之各種圖案來配置。在某些實施例中，鍵盤22可為可自Apple Inc(Cupertino,CA)購得之具有數字小鍵盤之蘋果鍵盤或蘋果無線鍵盤的型號。藉由實例，圖3之鍵盤22展示以大約六列及大約十四行配置之78個按鍵。然而，可以不同方式配置連接按鍵38及背光30之列線及行線。舉例而言，一些實施例可以不同配置來連接一些按鍵38(例如，空格鍵、方向鍵)，使得列線中之每一者不與數量與其他列線之數量相同的行線連接。鍵盤22之一些實施例可包括(但不限於)具有以大約四列及大約五行配置之大約20個按鍵的會計小鍵盤。目前預期之實施例不限於具有任何特定數量個按鍵38、列及行的鍵盤22。下文所揭示之一些實施例具有具六列及七行之矩陣，且一些實施例具有具三列及三行之矩陣。鍵盤22之目前預期之實施例可具有具其他數量個按鍵、列及/或行的按鍵與光源之共用矩陣。
圖4說明目前預期之實施例的輸入裝置20之鍵盤控制器46及共用矩陣48之示意圖。鍵盤控制器46接收來自處理器12之輸入信號50且將輸出信號52傳輸至處理器12。輸入信號50可包括(但不限於)時脈信號、鍵盤啟用信號，或用以判定自背面照亮哪些按鍵38及背光亮度設定的按鍵背光輸入。輸出信號52可包括(但不限於)來自按鍵38之資料輸入或鍵盤22之設定。控制邏輯54經由輸入信號50及輸出信號52與處理器12通信。控制邏輯54之鍵盤處理器56判定鍵盤22之按鍵38何時經按壓，處理來自按鍵按壓之資料輸入以輸出信號52，且控制掃描程序以偵測按鍵按壓並驅動背光30。控制邏輯54之介面電路58在處理器12與鍵盤處理器56之間傳達輸入信號50及輸出信號52。在一些實施例中，介面電路58為將鍵盤22連接至電子裝置10之積體電路間(I2 C)介面。介面電路58將按鍵背光輸入(諸如，驅動指令)提供至發光體驅動器60以用於控制背光30之發光體陣列中的每一發光體62(例如，LED)之亮度等級。
電源轉換電路64接收來自電源之電壓輸入VIN ，且供應合適電壓輸出VOUT 以驅動背光30之LED 62。電源轉換電路64可為用以調節經由控制邏輯54之掃描控制電路66供應至LED 62之VOUT 的DC至DC轉換器(諸如，自適應性降壓轉換器)。掃描控制電路66藉由列接腳72(R1 、R2 、…RN )及行接腳76(C1 、C2 、…CM )連接至共用矩陣48，其中N為共用矩陣48之陣列的列之數量且M為行之數量。N×M個按鍵38之第一陣列68與N×M個LED 62之第二陣列70共用連接至掃描控制電路66之N個列接腳及/或M個行接腳。列接腳72電連接至列線以將輸出電壓供應至按鍵38及LED 62之每一列。掃描控制電路66可在用於各別列接腳72之列間隔期間將輸出電壓分離地供應至每一列接腳72。行接腳76電連接至行線以在各別列間隔期間至少部分地基於按鍵背光輸入驅動LED 62。共用矩陣48之目前預期之實施例不限於本文中所論 述之實施例。按鍵38及LED 62之陣列可共用各種數量個列接腳及/或行接腳。在一些實施例中，按鍵38之第一陣列可與LED 62之第二陣列僅共用其列接腳72或行接腳76之一部分。
沿列線69之第一集合及行線71之第一集合配置第一陣列68之按鍵38。沿列線73之第二集合及行線75之第二集合配置第二陣列70之LED 62。在一些實施例中，第一陣列68與第二陣列70共用列線69之第一集合，使得共用列線之一集合電連接至列接腳72之集合，而非每一陣列經由列接腳72之單獨集合連接。在一些實施例中，第一陣列68與第二陣列70共用行線71之第一集合，使得共用行線之一集合電連接至行接腳76之集合，而非每一陣列經由行接腳76之單獨集合連接。另外，在一些實施例中，共用矩陣48之第一陣列68及第二陣列70經由共用列線69之第一集合及行線71之第一集合而電連接至列接腳72之集合及行接腳76之集合。共用列線及/或共用行線使得鍵盤控制器46能夠藉由列接腳72之同一集合及/或行接腳之同一集合來定址第一陣列68及第二陣列70兩者。舉例而言，共用列線及共用行線使得鍵盤控制器能夠在利用列接腳72之一集合及行接腳76之一集合時在列間隔期間驅動個別LED且掃描按鍵按壓。
鍵盤處理器56可藉由監視按鍵感測接腳74(K1 、K2 、…KZ )上之信號來偵測按鍵38何時經按壓，其中Z為按鍵感測接腳74之數量。在一些實施例中，按鍵感測接腳74可藉由經由比較器監視來自列線之信號來偵測按鍵按壓，使得Z等於列之數量N。在一些實施例中，按鍵感測接腳74可藉由經由比較器監視來自行線之信號來偵測按鍵按壓，使得Z等於行之數量M。鍵盤處理器56利用來自列線69之第一集合及行線71之第一集合(可與LED 62之第二陣列70共用該兩個集合)的信號判定哪一按鍵經按壓。舉例而言，按壓在第五列及第三行(例如，R5 、C3 )上之按鍵可改變在藉由輸出電壓對第五列線進行充電時在列 間隔期間所感測到的第三行線上之信號。在一些實施例中，按鍵感測接腳74連接至行線71之第一集合且行接腳76連接至行線75之第二集合。在此等實施例中，存在處於鍵盤控制器46外部的連接至共用矩陣48之行的接腳連接之兩個集合。在一些實施例中，行接腳76連接至行線之共用集合且按鍵感測接腳74連接至在鍵盤控制器46內部的行接腳76上之比較器。在此等實施例中，存在處於鍵盤控制器46外部的連接至共用矩陣48之行的接腳連接之一集合。
掃描控制電路66可在掃描週期期間定址所有按鍵38及所有LED 62。控制邏輯54至少部分地基於自處理器12或在控制邏輯54內部之時脈產生器接收的時脈信號來設定掃描週期之持續時間。時脈信號之頻率可大於大約500MHz、800MHz或1GHz。控制邏輯54可基於使用者輸入或程式化於記憶體中之指令來控制每秒之掃描週期之數量(例如，掃描頻率)。控制邏輯54可以在大約200Hz至40kHz之間、大約5000Hz至30kHz之間、大約15kHz至25kHz之間或大於大約20kHz的掃描頻率掃描按鍵38之第一陣列及LED 62之第二陣列。大於20kHz之掃描頻率可減少操作者可聽到的雜訊。用於所有按鍵38及LED 62之掃描週期可在大約5ms至25μs之間。在一些實施例中，控制邏輯54將掃描週期分成具有在大約10ms至1μs之間的持續時間的多個列間隔。掃描控制電路66每一列間隔定址一列(例如，列接腳)之按鍵38及LED 62。使用者可經由使用者輸入來調整每一列間隔之掃描頻率及持續時間。
掃描控制電路66每一列間隔使用耦接至每一列接腳72之列電晶體77(W1 、W2 …WN )來定址共用矩陣48之一列。電源轉換電路64藉由切換各別列接腳72上之列電晶體77使得一次使一列電晶體77閉合而將輸出電壓VOUT 個別地供應至每一列接腳72。舉例而言，掃描控制電路在一列間隔內使列電晶體W1 閉合且切斷列電晶體W2 至WN ，以沿列 接腳R1 供應VOUT 。在該列間隔屆期之後，掃描控制電路可切斷列電晶體W1 且使列電晶體W2 閉合以定址列接腳R2 。因此，控制邏輯54可使電晶體W1 至WN 順序地閉合以將VOUT 順序地供應至每一列接腳R1 至RN 及所連接列線(例如，共用列線)。掃描控制電路66在各別列間隔期間控制每一列線上之LED 62。掃描控制電路66之電流槽79(P1 、P2 、…PM )耦接至每一行接腳C1 至CM 以驅動LED 62。在列間隔期間接通行接腳上之電流槽79將驅動對應列線及行線上之LED 62。舉例而言，在列電晶體W2 將輸出電壓供應至列接腳R2 時接通電流槽P1 將驅動共用矩陣48之第二列及第一行上之LED 62。因此，掃描控制電路66可在掃描週期之每一列間隔期間接通電流槽79 P1 以驅動LED 62之第一行，從而在掃描週期之持續時間內自背面照亮按鍵38之第一行。
當掃描控制電路66每一列間隔定址共用矩陣48之一列時，可在該列間隔期間驅動LED 62之一列以自背面照亮按鍵38之一列，而在該列間隔期間未驅動LED 62之剩餘列(例如，斷開)。然而，雖然可在整個掃描週期內不驅動共用矩陣48之一列的LED 62，但掃描頻率可具有使得人眼可能不會感知到LED 62斷開之足夠量值(例如，20kHz或更大)。類似於LED 62之脈寬調變控制，可在掃描週期之一部分內驅動每一列上之LED 62。舉例而言，具有具五列按鍵38及對應LED 62之共用矩陣48的鍵盤22可在掃描週期之持續時間的大約20%內或以掃描週期之20%工作循環來驅動LED 62之每一列。鍵盤控制器46可藉由調整在每一列間隔期間驅動LED 62之持續時間來調整每一LED 62之感知亮度。在一些實施例中，掃描控制電路66將列間隔分成用以驅動LED 62之驅動間隔及用以偵測按鍵按壓之感測間隔。根據列間隔之比率調整驅動間隔之持續時間藉由調整工作循環而影響LED 62之感知亮度。
鍵盤控制器46至少部分地基於來自處理器50或鍵盤處理器56之 按鍵背光輸入來驅動共用矩陣48之LED 62。鍵盤控制器46可在掃描週期期間基於按鍵背光輸入而按照任何所要圖案來接通LED 62。在一些實施例中，按鍵背光輸入指導按鍵38中之每一者以藉由LED 62自背面加以照亮。鍵盤控制器46可以差異方式控制LED 62以自背面照亮鍵盤22之個別按鍵38。在一些實施例中，鍵盤控制器46可回應於周圍光之改變或回應於使用者啟動之控制而自背面照亮按鍵38。在一些實施例中，鍵盤控制器46可基於當前使用者活動(例如，軟體應用程式)以差異方式自背面照亮按鍵38，從而支援拼字檢查、遊戲控制或建議按壓按鍵38。因此，當前使用者活動、鍵盤22之周圍環境或對鍵盤22或電子裝置10之使用者控制可調整按鍵背光輸入以控制自背面照亮按鍵38之方式。舉例而言，LED 62可自背面照亮映射至與當前使用者活動或所預測使用者輸入有關之特定命令的按鍵38。在一些實施例中，鍵盤控制器46基於輸入信號50判定哪些LED 62待驅動(例如，接通)及/或判定哪些按鍵38經按壓。
按鍵38之第一陣列及LED 62之第二陣列的共用矩陣48可共用將共用矩陣48連接至鍵盤控制器46的列接腳72之集合及/或行接腳76之集合。圖5中所展示之第一實施例說明共用矩陣48A，其中共用列線81A之集合連接至每一對按鍵38A與LED 62A。共用矩陣48A藉由在列接腳72A、行接腳76A及按鍵感測接腳74A處之接腳連接83A而電連接至鍵盤控制器46A。接腳連接83A將列接腳72A連接至共用列線81A之集合，將行接腳76A連接至發光體行線85A之集合，且將按鍵感測接腳74A連接至按鍵行線87A之集合。共用列線81A之集合連接至多對按鍵38A與LED 62A之各別列。發光體行線85A之集合連接至LED 62A之多個行，且按鍵行線87A之集合連接至按鍵38A之多個行。因此，共用矩陣48A展示在鍵盤控制器46A與共用矩陣48A之間的20個接腳連接83A。共用列線81A使得鍵盤控制器46A能夠藉由比在按鍵38A之陣列 及LED 62之陣列經由列線及行線之單獨集合定址的情況下少的接腳連接83A來定址共用矩陣48A之LED 62A及按鍵38A。雖然圖5之第一實施例將共用矩陣48A說明為具有六列及七行之實例，但目前預期之實施例不限於任何特定數量之列或行。
鍵盤控制器46A之控制邏輯54A在掃描週期之列間隔期間控制列電晶體77A，以經由列接腳72A將輸出電壓供應至共用列線81A。在每一列間隔期間，控制邏輯54A在列間隔內控制電流槽79A以基於按鍵背光輸入來驅動LED 62。接通電流槽79A將汲取跨越在共用列線81A與發光體行線85A之間的LED 62之電流。每一對按鍵38A與LED 62A可藉由共用矩陣48A之各別列線及行線來識別。虛線圓89A指示在掃描週期期間經驅動以發射光之LED 62A。舉例而言，在掃描週期期間驅動在R2 C1-7 、R3 C1 、R3 C7 、R4 C1 、R4 C7 、R5 C1 、R5 C3 、R5 C5 、R5 C7 及R6 C1-7 處之LED 62A。控制邏輯54控制各別電流槽P1 至P7 以在各別列間隔期間接通從而驅動各別LED 62A。
控制邏輯54A經由監視按鍵行線87A上之信號來偵測按鍵按壓。按壓按鍵38將使共用列線81A與按鍵行線87A之間的開關閉合，從而改變按鍵行線87A之電壓。按鍵行線87A經由接腳連接83A連接至按鍵感測接腳74A。因此，在對應列間隔期間使列線上之開關閉合將沿按鍵感測接腳74A傳輸信號(例如，VOUT )。在共用矩陣48A中，在R5 、C3 處之按鍵38A在掃描週期期間經按壓，從而在關於第五列線78A之列間隔期間使第五共用列線78A(R5 )與第三按鍵行線91A(C3 )之間的開關閉合。此閉合之開關改變按鍵感測接腳K3 上之電壓而實質上不影響發光體行線85A上之信號。
圖5之第一實施例說明減少共用矩陣48A與鍵盤控制器46A之間的接腳連接83A之數量的共用矩陣48A之共用列線81A。此使得鍵盤控制器46A能夠藉由減少數量之接腳連接83A及列線而定址按鍵38A以偵測 按鍵按壓，此操作與定址LED 62以自背面照亮按鍵38A之所要圖案分離。在第一實施例中，鍵盤控制器46A可獨立於偵測按鍵按壓而驅動LED 62A。舉例而言，在掃描週期期間按壓按鍵38A可實質上對在掃描週期期間是否驅動對應LED 62A以自背面照亮按鍵38A不具有影響。
圖6說明圖5之共用矩陣48A中所展示的掃描週期之時序圖80A。如上文所論述，控制邏輯54A藉由控制列電晶體77A W1 至W6 將掃描週期82A分成多個列間隔84A。在一些實施例中，列間隔84A之持續時間可實質上相等。將用於每一各別列接腳R1 至R6 之列間隔84A展示為順序的高列信號86A。將列接腳72A上之高列信號86A供應至配置於共用列線81A上之多對按鍵38A與LED 62A。控制邏輯54A控制各別電流槽79A以在每一列間隔84A期間被接通從而驅動LED 62A。時序圖80描繪在適當列間隔84期間何時藉由各別行接腳76A上之高行信號88A接通電流槽79A。行接腳76A上之高行信號88A驅動各別發光體行線85A上之LED 62A。舉例而言，在圖6中，在第一列間隔90A期間行接腳76A中無一者具有高行信號88A，其對應於圖5之R1 上的斷開之LED 62A。控制所有電流槽79A以在關於R2 之第二列間隔92A及關於R6 之第六列間隔94A期間藉由各別行接腳C1 至C7 上之高行信號88A接通。在圖6之R2 及R6 上的高列信號86A期間在行接腳C1 至C7 上之高行信號88A對應於圖5之R2 及R6 上的接通之LED 62A。對於第三列間隔96A及第四列間隔98A，控制電流槽P1 及P7 以具有圖6之在行接腳C1 及C7 上的高行信號88A，從而對應於圖5之列接腳R3 及R4 上的接通之LED 62A。對於第五列間隔100A，控制電流槽P1 、P3 、P5 及P7 以具有圖6之在行接腳C1 、C3 、C5 及C7 上的高行信號88A，從而對應於圖5之列接腳R5 上的接通之LED 62A。
時序圖80A說明用以識別按鍵38A何時經按壓之按鍵感測接腳 74A上之高按鍵信號102A。在圖5之第一實施例中，僅(R5 K3 )(例如，第五列線78A及第三按鍵行線91A)處之按鍵38A在掃描週期82A期間經按壓。因此，按壓R5 K3 處之按鍵將在第三按鍵行線91A上產生高按鍵信號102A，第三按鍵行線91A在第五列間隔100A期間經由鍵盤控制器46A之接腳連接83A將高按鍵信號102A傳遞至第三按鍵感測接腳K3 。第五列間隔100A中之此高信號102向控制邏輯54A指示對應按鍵在掃描週期期間經按壓。控制邏輯54A可在每一掃描週期期間基於高按鍵信號102A將輸出信號52A傳輸至處理器12A。控制邏輯54A可在列間隔84A期間經由按鍵行線87A及按鍵感測接腳K1 至K7 偵測同一共用列線81A上之多個按鍵38A何時經按壓。
第一實施例揭示利用按鍵38A之第一陣列與LED 62A之第二陣列之間的共用列線81A來減少共用矩陣48A與鍵盤控制器46A之間的接腳連接83A之數量。此外，共用矩陣48A與鍵盤控制器46A之間的接腳連接之數量的減少釋放鍵盤控制器46之可消除或用於其他目的之額外接腳。圖7中所展示之第二實施例說明共用矩陣48B，其利用按鍵38B之第一陣列與LED 62B之第二陣列之間的共用列線81B及共用行線93B以減少共用矩陣48B與鍵盤控制器46B之間的接腳連接83B之數量。與第一實施例相比，第二實施例具有共用列線81B之一集合及共用行線93B之一集合。因此，共用矩陣48B展示鍵盤控制器46B與共用矩陣48B之間的13個接腳連接83B。共用列線81B及共用行線93B使得鍵盤控制器46B能夠藉由比第一實施例少之接腳連接83B來定址共用矩陣48B之LED 62B及按鍵38B。此外，第二實施例為共用矩陣48B之實例，且共用矩陣48B之其他實施例不意欲限於六列及七行。
控制邏輯54B在掃描週期之列間隔期間控制類似於第一實施例之列電晶體77A的列電晶體77B，以將電壓供應至共用列線81B。電流槽79B連接至共用行線93B，但另外類似於第一實施例而由控制邏輯54B 控制以驅動共用行線93B上之LED 62B。每一對按鍵38B與LED 62B並聯地配置於共用列線81B與共用行線93B之間。藉由共用列線81B與共用行線93B之間的電壓差來驅動LED 62B。按壓一對按鍵38B與LED 62B中之按鍵38B將使將對應LED 62B短路之按鍵開關閉合，從而在按鍵38B經按壓時減少LED 62上之電壓差。因此，第二實施例之LED 62B可在按鍵38B經按壓時不自背面照亮按鍵38B。一旦釋放按鍵38B且按鍵開關切斷，控制邏輯54B便可控制電流槽79B以驅動各別並聯之LED 62B從而自背面照亮按鍵38B。
鍵盤控制器46B利用連接至共用行線93B之行接腳76B上的比較器106B以感測按鍵按壓。比較器106B藉由比較來自對應共用行線93B之行接腳76B上的電壓與參考電壓而偵測按鍵38B何時經按壓。舉例而言，按壓按鍵38B使並聯之LED 62短路且可使對應行接腳76B上之電壓大致等於輸出電壓。鍵盤控制器46B之比較器106B可將信號傳輸至控制邏輯54B以指示按鍵38B何時經按壓。比較器106B可經由在鍵盤控制器46B內部之按鍵感測接腳74B(K1 至K7 )傳輸信號。圖7之按鍵感測接腳74B並不藉由任何單獨之接腳連接83B連接至共用矩陣48B之按鍵38B或LED 62B。亦即，按鍵感測接腳74B不具有與共用矩陣48之外部接腳連接83B。此情形減少將共用矩陣48B電連接至鍵盤控制器46B之接腳連接83B的數量。另外，此情形減少共用矩陣48B之線(例如，列線及行線)的數量。
在圖7中，虛線圓89B指示控制邏輯54B指導電流槽79B以基於按鍵背光輸入而接通之LED 62B。第二實施例之按鍵背光輸入指導控制邏輯54B以與圖5之第一實施例中相同之圖案驅動LED 62B。亦即，按鍵背光輸入指導控制邏輯54B在掃描週期期間驅動在R2 C1-7 、R3 C1 、R3 C7 、R4 C1 、R4 C7 、R5 C1 、R5 C3 、R5 C5 、R5 C7 及R6 C1-7 處之LED。然而，R5 C3 處之經按壓按鍵使並聯之LED 62B短路，使得LED 62B上之 電壓不足以驅動R5 C3 處之LED 62B以自背面照亮經按壓按鍵38B。
用於圖7中所展示之第二實施例的圖8之時序圖80B可類似於用於圖5中所展示之第一實施例的圖6之時序圖80A。控制邏輯54B藉由控制列電晶體77B W1 至W6 來將掃描週期82B分成多個列間隔84B。將用於每一各別列接腳72B R1 至R6 之列間隔84B展示為順序的高列信號86B。將列接腳72B上之高列信號84B供應至配置於所連接共用列線81B上之多對按鍵38B與LED 62B。控制邏輯54B控制各別電流槽79B以在每一列間隔84B期間被接通從而驅動LED 62B。時序圖80B描繪在適當列間隔84B期間何時藉由各別共用行接腳93B上之高行信號88B接通電流槽79B。亦即，高行信號88B對應於圖7中藉由虛線圓所展示之LED 62B之背光圖案。然而，圖7之R5 C3 處之經按壓按鍵使並聯之LED 62B短路，使得在第五列間隔100B期間在行接腳C3 上之高信號88B不驅動對應LED 62B。確切言之，R5 C3 處之經按壓按鍵使行接腳C3 上之比較器106在第五列間隔100B期間傳輸在按鍵感測接腳K3 上之高信號102B。
與第一實施例相比，第二實施例減少鍵盤控制器46B與共用矩陣48B之間的接腳連接83B之數量。共用列線81B及共用行線93B使得能夠使用用以定址按鍵38B之陣列的現有列線及行線來定址LED 62B之陣列。另外，藉由在按鍵38B經按壓時使LED 62B短路而斷開LED 62B，此向使用者提供控制邏輯54何時偵測到按鍵按壓之指示。
一些實施例可使得按鍵38C能夠在該按鍵38C經按壓時保持自背面加以照亮。圖9中所展示之第三實施例說明共用矩陣48C，其利用鍵盤控制器46C與共用矩陣48C之間的共用列線81C及共用行線93C。雖然共用矩陣48C可具有與上文在圖7中所揭示之共用矩陣48B的類似大小之實施例相同數量的接腳連接83C，但控制邏輯54C及按鍵38C使得鍵盤控制器46C能夠自背面照亮按鍵38C，而不管按鍵38C是否經按 壓。類似於第二實施例，多對按鍵38C與LED 62C並聯地連接於共用列線81C之一集合與共用行線93C之一集合之間。
類似於圖7之第二實施例，共用矩陣48C之第三實施例的多對按鍵38C與LED 62C並聯地連接於共用列線81C與共用行線93C之間。電阻器108C與按鍵38C之按鍵開關串聯且與共用矩陣48C中之每一對按鍵38C與LED 62C中的LED 62C並聯。電阻器108C之電阻可實質上大於並聯之LED 62C的電阻，使得當按鍵38C經按壓時大多數電流流經LED 62C而非電阻器108C。舉例而言，電阻器108C之電阻可為大約10kΩ或更大。因此，每一對按鍵38C與LED 62C之電阻器108C使得LED 62C能夠自背面照亮各別按鍵38C，而不管按鍵38C是否經按壓。
控制邏輯54C在掃描週期之列間隔期間控制類似於第二實施例之列電晶體77B的列電晶體77C，以將輸出電壓供應至共用列線81C。共用行接腳76C連接至鍵盤控制器46C之電流槽79C及按鍵感測開關110C(KS1 至KS7 )。在每一列間隔期間，控制邏輯54C控制電流槽79C及按鍵感測開關110C以將列間隔分成驅動間隔及感測間隔。在驅動間隔期間，切斷按鍵感測開關110C且可接通電流槽79C以驅動各別共用行線93C上之LED 62C。在感測間隔期間，可斷開電流槽79C且使按鍵感測開關110C閉合以將比較器106連接至共用行線93C從而偵測按鍵38C何時經按壓(例如，按鍵開關何時閉合)。
第三實施例之控制邏輯54C可在掃描週期之每一列間隔期間以兩種模式操作，從而與偵測按鍵按壓分離地驅動LED 62C。為了在列間隔期間驅動LED 62C，控制邏輯54C切斷按鍵感測開關110C且接通對應於待基於按鍵背光輸入而驅動之LED 62C的電流槽79C。列間隔之LED 62C可經驅動時的此部分在本文中被稱作驅動間隔。在驅動間隔期間，因為電阻器108C與LED 62C並聯，所以甚至在按鍵38C經按壓時，流經LED 62C之電流仍可足以驅動LED 62C。因此，在按鍵38C 經按壓時，LED 62C可在後續掃描週期之驅動間隔期間加以驅動。控制邏輯54C可經由控制電流槽79C及按鍵感測開關110C而調整驅動間隔之持續時間。調整驅動間隔之持續時間可藉由調整工作循環來調整LED 62C之感知亮度。舉例而言，在於五個列間隔(例如，各自大約為掃描週期之20%)期間驅動五列LED 62C之實施例中，控制邏輯54C可控制每一驅動間隔使其為各別列間隔之持續時間的大約50%，從而以大約10%工作循環(例如，50%驅動間隔*20%掃描週期=10%工作循環)自背面照亮按鍵38C。
控制邏輯54C可使按鍵感測開關110C閉合以開始列間隔之感測間隔。感測間隔之持續時間可大致為列間隔之在驅動間隔已屆期之後的剩餘時間。在感測間隔期間，控制邏輯54C斷開電流槽79C以停止驅動LED 62C。然而，在感測間隔期間斷開LED 62C可歸因於掃描頻率而不易為使用者所察覺。使按鍵感測開關110C閉合會將比較器106C連接至行接腳76C。行接腳76C接收來自共用行線93C之信號。比較器106C比較來自共用行線93C之電壓與參考電壓，以判定按鍵38C在感測間隔期間是否經按壓。雖然按壓按鍵38C可能不會實質上減少流經並聯之LED 62C的電流以在驅動間隔期間斷開LED 62C，但在感測間隔期間按壓按鍵38C以使與LED 62C並聯之按鍵開關閉合將影響行線93C上之信號，使得各別比較器106C可偵測到按鍵按壓。比較器106C經由在鍵盤控制器46C內部之按鍵感測接腳74C來傳輸信號。類似於第二實施例，圖9之按鍵感測接腳74C並不藉由任何單獨之接腳連接83C連接至共用矩陣48C之按鍵38C或LED 62C。此情形減少將共用矩陣48C連接至鍵盤控制器46C之接腳連接83C的數量。
虛線圓89C指示控制邏輯54C指導電流槽79C以在掃描週期之驅動間隔期間基於按鍵背光輸入而接通的LED 62C。第三實施例之按鍵背光輸入指導控制邏輯54C以驅動在R1 C1 、R2 C2 、R2 C5 、R3 C6 、R4 C7 、 R5 C1 及R6 C3 處之LED 62C。控制邏輯54C可在掃描週期之感測間隔期間偵測在R3 C5 、R3 C6 、R5 C7 及R6 C5 處的經按壓按鍵38C(及分別閉合之按鍵開關)。
圖10之時序圖120說明對應於圖9之實施例的兩個掃描週期82C及列掃描間隔84C。控制邏輯54C將每一掃描週期82C分成多個列間隔84C(由高列信號86C展示)，以定址連接至列接腳72C之每一共用列線81C上的LED 62C及按鍵38C。控制邏輯54C控制電流槽79C及按鍵感測開關110C以將每一列間隔分成驅動間隔122C及感測間隔124C。在一些實施例中，驅動間隔122C及感測間隔124C之持續時間可在列間隔84C及/或掃描週期82C之間變化。在用於每一列接腳72C之驅動間隔122C期間，控制邏輯54C控制電流槽79C以基於按鍵背光輸入來驅動各別共用列線81C上之LED 62C。行接腳76C上之高行信號88C指示何時驅動LED 62C以自背面照亮按鍵38C。舉例而言，在第二列間隔92C之驅動間隔122C期間驅動在R2 C2 及R2 C5 處之LED 62C。
在驅動間隔122C已屆期之後，控制邏輯54C斷開電流槽79C以斷開連接至列接腳72C之LED 62C。在每一驅動間隔122C之後，控制邏輯54C切換按鍵感測開關110C以將比較器106C連接至各別行接腳76C，從而開始感測間隔124C。比較器106C在按鍵感測接腳74C(K1 至K7 )上將信號發送至控制邏輯54C以指示在用於列接腳72C之感測間隔124C期間按鍵38C何時經按壓。時序圖120C用高按鍵信號102C來說明感測間隔124C期間之按鍵按壓。舉例而言，時序圖120說明在第三列間隔96C期間在R3 C5 及R3 C6 處之按鍵38C經按壓的實施例。在一些實施例中，感測間隔124可在驅動間隔122之前。
上文所論述之共用矩陣48A、48B及48C的實施例共用列接腳72及/或行接腳76，以減少背光式鍵盤之每一按鍵38的接腳連接之數量。每一按鍵38可個別地自背面加以照亮，且鍵盤控制器46可個別地控制 用於每一按鍵38的LED 62之亮度。減少共用矩陣48與鍵盤控制器46之間的接腳連接83之數量使得共用矩陣48及鍵盤22能夠薄於具有按鍵及LED之單獨陣列以及對應之單獨列線及行線的鍵盤。減少至共用矩陣48之接腳連接83的數量亦可降低按鍵38之複雜性且降低製造成本。較少接腳連接83可歸因於沿列線及/或行線之較低電阻損失、熱量等而減少共用矩陣48之總功率消耗。按鍵38之第一陣列與LED 62之第二陣列的整合使得鍵盤控制器46能夠利用較少接腳及/或使得控制邏輯54之接腳能夠改變用途以用於其他用途。舉例而言，改變用途之接腳可用以連接包括(但不限於)滑鼠、觸控板或I/O裝置之額外輸入裝置。
共用矩陣48及鍵盤22之一些實施例可改良功率效率及/或減少偵測按鍵按壓之回應時間。圖11說明具有並聯於共用列線81(例如，RN )與共用行線93(例如，Cm )之間的按鍵開關38及LED 62的經照亮按鍵125的實施例。鍵盤控制器46之供應電壓126(例如，VDD 、VIN 、VOUT )及上拉電阻器127(例如，Rpull )連接至比較器106(例如，Km )。在一些實施例中，上拉電阻器127可實質上大於與LED 62並聯之電阻器108(例如，Rkey )(例如，大約為2、5、10或100倍)。Rkey 108可具有大於LED 62之電阻，以使得在驅動間隔122期間在經照亮按鍵125經按壓之情況下大多數電流能夠在第一方向128上通過LED 62。
線開關129(例如，Ln )在感測間隔124期間將按鍵開關38及LED 62連接至接地，且在驅動間隔122期間為切斷的。鍵盤控制器46之按鍵感測開關110在感測間隔124期間閉合以促進偵測按鍵按壓。在驅動間隔122期間，電流槽79指導驅動電流在第一方向128上流經LED 62。若經照亮按鍵125在感測間隔124期間未經按壓，則歸因於切斷之按鍵開關38及LED 62之定向，實質上無電流在第二方向130上流經Rpull 127及Ln 129而至接地。當按鍵開關38在感測間隔124期間切斷 時，比較器106處之電壓信號(Vcomp )可藉由方程式1來定義：Vcomp =VDD 方程式1
若經照亮按鍵125在感測間隔124期間經按壓，則歸因於閉合之按鍵開關38，電流在第二方向130上流經Rpull 127及Ln 129而至接地，從而使比較器106處之電壓信號降落。當按鍵開關38在感測間隔124期間閉合時，比較器106處之Vcomp 小於VDD 且可藉由方程式2來定義：Vcomp =VDD * Rkey /(Rkey +Rpull ) 方程式2
比較器106可將按鍵按壓感測為Vcomp 之降落。除非開關按鍵感測開關110閉合，否則上拉電阻器127使得比較器106處之Vcomp 能夠大致為供應電壓126。
圖12說明具有並聯於共用列線81(例如，RN )與共用行線93(例如，Cm )之間的按鍵開關38及LED 62的經照亮按鍵131之另一實施例。經照亮按鍵131具有與按鍵開關38串聯且與LED 62並聯之反向偏壓二極體132。反向二極體132可在驅動間隔122期間阻擋實質上所有驅動電流在第一方向128上流經閉合之按鍵開關38，藉此使得實質上所有驅動電流能夠驅動LED 62。反向偏壓二極體132可使得LED 62能夠在按鍵按壓期間維持所要驅動電流，藉此減少按鍵按壓對LED 62之亮度及/或色彩的影響。在一些實施例中，具有二極體132之經照亮按鍵131可連接至如上文關於圖11所論述之比較器106、上拉電阻器133(例如，Rpull )及VDD 126。二極體132可使得圖12之上拉電阻器133的電阻能夠小於圖11之上拉電阻器127的電阻。如可瞭解的，減小上拉電阻器133之電阻將減少比較器106偵測按鍵按壓之回應時間。
若經照亮按鍵131在感測間隔124期間經按壓，則歸因於閉合之按鍵開關38，電流在第二反向130上流經Rpull 133及Ln 129而至接地，從而使比較器106處之電壓信號降落。如可瞭解的，二極體132針對在第一方向128上之電流而經反向偏壓(例如，在驅動間隔122期間)，且 藉由在第二方向130上之電流而經正向偏壓(例如，在感測間隔124期間)。因此，二極體132係在LED 62之相反定向上經偏壓。因此，在感測間隔124中，實質上所有電流在第二方向130上流經二極體132，且實質上無電流在第二方向130上流經LED 62。在驅動間隔122期間，實質上所有電流在第一方向128上流經LED 62，且即使按鍵開關38閉合，實質上仍無電流在第一方向128上流經二極體132。當按鍵開關38在感測間隔期間閉合時，比較器106處之Vcomp 小於VDD 且可藉由方程式3定義：Vcomp =Vdiode 方程式3
其中Vdiode 為跨越二極體132至接地之電壓降落。在一些實施例中，相對於經照亮按鍵125之Rkey 108，經照亮按鍵131之二極體132可實現比較器106偵測按鍵按壓之較快回應時間。此外，相對於具有與按鍵開關38串聯之Rkey 108的經照亮按鍵125，具有與按鍵開關38串聯之二極體132的經照亮按鍵131可實現鍵盤控制器46及共用矩陣48之減少之功率消耗及/或熱量產生。
二極體主要准許電流在正向(例如，流經LED 62之第一方向128、流經二極體132之第二方向130)上流動；然而，相對較小之洩漏電流可在反向上流動。圖13說明具有繞過LED 62之旁路路徑135的經照亮按鍵134之實施例。在驅動間隔122期間，旁路開關136切斷以使得驅動電流能夠在第一方向128上流動且驅動LED 62。當經照亮按鍵134在感測間隔124期間經按壓(例如，按鍵開關38閉合)時，旁路開關136與按鍵開關38一起閉合以使得跨越經照亮按鍵134之電流能夠繞過LED 62而至接地。旁通開關136可實質上減少或防止任何洩漏電流在第二方向130上通過LED 62。減少在反向上流經二極體(例如，LED 62)之洩漏電流可減少損耗且增加二極體之使用壽命。
在電子裝置10之操作期間，電子裝置10可進入待用模式或睡眠 狀態，諸如在不活動週期或使用者選擇待用模式之後。電子裝置10及鍵盤22在待用模式期間之功率消耗可藉由以下操作來減少：將用於按鍵38之發光體62斷電、降低處理器12之操作速度、斷開顯示器18，或其任何組合。如可瞭解的，待用模式使得操作者能夠比自關斷(OFF)狀態接通電子裝置10更快地喚醒電子裝置10且重新繼續電子裝置10之全部操作。圖14說明鍵盤22可在任何按鍵按壓後自待用模式喚醒之實施例。
為偵測任何按鍵按壓，在待用模式中藉由待用開關138將經照亮按鍵131之共用行線93短接在一起，且經由各別線開關129將經照亮按鍵131之共用列線81中之每一者連接至接地。在不具有共用列線81及/或共用行線93之一些實施例中，在待用模式中藉由待用開關138將按鍵開關38之行線71短接在一起，及/或經由各別線開關129將按鍵開關之列線69中之每一者連接至接地。待用開關138連接至喚醒比較器139。在待用模式中，喚醒比較器139處之電壓信號藉由待用電阻器140(RSB )而上拉至VDD 126(例如，VIN 、VOUT )直至按鍵開關38閉合為止。喚醒比較器139可偵測任何經照亮按鍵131何時經按壓，此係因為任何閉合之按鍵開關38汲取跨越待用電阻器140之電流以減小喚醒比較器139處之電壓信號。RSB 140之電阻可相對較大(例如，大約為5kΩ、10kΩ、20kΩ或更大)以在待用模式中限制在第二方向130(例如，反向偏壓)上流經LED 62的電流。
圖15之流程圖說明操作鍵盤控制器46以定址共用矩陣48之按鍵38及LED 62的方法150之實施例。在區塊152處，鍵盤控制器46接收控制邏輯54用以判定哪些LED 62將在掃描週期期間接通之按鍵背光輸入。舉例而言，按鍵背光輸入可指導控制邏輯54以自背面照亮所有按鍵38或按鍵38之子集。在一些實施例中，按鍵38之子集可為字母、子音、母音、標點符號、數字、命令(例如，回車(return)、退格、歸 位(home)、結束)、方向鍵或功能鍵。鍵盤控制器46按照列來定址共用矩陣48。在每一掃描週期82之開始，在區塊154處鍵盤控制器46重設列計數器(例如，X=0)。鍵盤控制器46可順序地定址每一列。在區塊156處，鍵盤控制器46增加(例如，X=X+1)列計數器以定址按鍵38及LED 62之下一列。
為定址每一列，在區塊158處控制邏輯54接入列電晶體WX 以定址列接腳RX 。控制邏輯54在列間隔84期間定址每一列接腳。在列間隔84期間，在區塊160處控制邏輯54控制電流槽P1 至PM 以針對經定址列接腳RX 基於按鍵背光輸入接通光源(例如，LED 62)，其中M為行接腳76及每一列接腳RX 之光源之數量。控制邏輯54在列間隔84之驅動間隔122期間驅動光源。在一些實施例中，在區塊162處控制邏輯54在驅動間隔122期間針對M個行接腳76偵測按鍵按壓。在一些實施例中，在驅動間隔122期間按壓自背面加以照亮之按鍵可斷開光源。在其他實施例中，可在按壓按鍵38之同時保持自背面照亮按鍵38。
控制邏輯54可藉由在於區塊162處偵測按鍵按壓之前在區塊164處控制電流槽P1 至PM 以斷開光源來結束驅動間隔122。在區塊166處，控制邏輯54可藉由將定址模式自驅動光源改變至偵測按鍵按壓而開始列間隔84之感測間隔124。控制邏輯54可在將按鍵感測開關110閉合及/或將線開關129閉合之前改變定址模式。控制邏輯54可調整作為列間隔84之部分的驅動間隔122及感測間隔124之持續時間。光源(例如，LED 62)之亮度可與驅動間隔122對列間隔84之比率成正比。依據列間隔84之持續時間的百分比增加驅動間隔122之持續時間將增加光源之感知亮度。在列間隔84屆期之後，控制邏輯54在節點168處判定計數器是否等於列接腳之數量N。若計數器小於數量N，則控制邏輯54重複區塊156至區塊166以定址下一列接腳直至掃描週期已屆期為止。若計數器等於數量N，則掃描週期已屆期。控制邏輯54接著返回至區塊 152以接收按鍵背光輸入，在區塊154處重設計數器，且在區塊156處開始下一掃描週期82。
已藉由實例展示了上文所描述之特定實施例，且應理解，此等實施例可易受各種修改及替代形式影響。應進一步理解，申請專利範圍並不意欲限於所揭示之特定形式，而是涵蓋屬於本發明之精神及範疇內的所有修改、等效物及替代例。
12A‧‧‧處理器
38A‧‧‧按鍵
46A‧‧‧鍵盤控制器
48A‧‧‧共用矩陣
50A‧‧‧輸入信號
52A‧‧‧輸出信號
54A‧‧‧控制邏輯
62A‧‧‧發光二極體(LED)
64A‧‧‧電源轉換電路
72A‧‧‧列接腳
74A‧‧‧按鍵感測接腳
76A‧‧‧行接腳
77A‧‧‧列電晶體
78A‧‧‧第五共用列線
79A‧‧‧電流槽
81A‧‧‧共用列線
83A‧‧‧接腳連接
85A‧‧‧發光體行線
87A‧‧‧按鍵行線
89A‧‧‧虛線圓
91A‧‧‧第三按鍵行線
K1 ...K7 ‧‧‧按鍵感測接腳
P1 ~P7 ‧‧‧電流槽
R1 ~R6 ‧‧‧列接腳
VIN ‧‧‧電壓輸入
VOUT ‧‧‧電壓輸出
W1 ~W6 ‧‧‧列電晶體

Claims (18)

  1. 一種電子裝置，其包含：一鍵盤，其經組態以將一使用者輸入提供至該電子裝置，其中該鍵盤包含：複數個按鍵，其等以一按鍵矩陣來配置，其中該按鍵矩陣包含耦接至一處理器之複數個共用列線及耦接至該處理器之複數個共用行線，且該複數個按鍵包含複數個按鍵開關；複數個光源，其等經組態以自背面照亮該複數個按鍵，其中該複數個光源係以一背光矩陣來配置，其中該背光矩陣包含耦接至該處理器之該複數個共用列線及耦接至該處理器之該複數個共用行線，且該複數個按鍵開關中之每一按鍵開關係經配置與該複數個光源之一光源並聯；及一鍵盤控制器，其等包含該處理器，其中該鍵盤控制器經組態以掃描該複數個按鍵以偵測按鍵按壓且驅動該複數個光源中之至少一光源。
  2. 如請求項1之電子裝置，其中該鍵盤控制器經組態以至少部分地基於一按鍵背光輸入來驅動該複數個光源中之該至少一光源。
  3. 如請求項1之電子裝置，其中該複數個光源包含複數個發光二極體(LED)。
  4. 如請求項1之電子裝置，其中該複數個按鍵開關中之每一按鍵開關包含具有大於大約1000Ω之一電阻的一電阻器。
  5. 如請求項1之電子裝置，其中該複數個按鍵開關中之每一按鍵開關包含在與該複數個光源中之該各別光源相反的一方向上偏壓的一個二極體。
  6. 如請求項1之電子裝置，其中該鍵盤控制器包含經組態以偵測該 複數個按鍵中之一按鍵何時經按壓的複數個比較器，且該複數個比較器耦接至該複數個共用行線。
  7. 如請求項6之電子裝置，其中該鍵盤控制器包含複數個上拉電阻器，其中該複數個比較器中之每一比較器耦接至一各別上拉電阻器。
  8. 如請求項1之電子裝置，其中該鍵盤控制器包含耦接至該複數個共用行線之一喚醒比較器，其中該喚醒比較器經組態以偵測該複數個按鍵中之任一按鍵何時經按壓。
  9. 如請求項1之電子裝置，其中該鍵盤控制器經組態以在一驅動間隔期間驅動該複數個光源中之至少一光源且在一感測間隔期間掃描該複數個按鍵，其中該驅動間隔與該感測間隔分離。
  10. 如請求項1之電子裝置，其中該鍵盤控制器經組態以驅動該複數個光源中之一第一光源，從而自背面照亮一第一按鍵，而不管該第一按鍵是否經按壓。
  11. 一種用於操作一背光式電腦鍵盤之方法，其包含：接收一按鍵背光輸入，其中該按鍵背光輸入包含用於複數個光源之驅動指令，該複數個光源經配置以個別地自背面照亮該電腦鍵盤之複數個按鍵；及定址按鍵對之一共用矩陣，其中每一按鍵對包含該複數個光源中之一光源及該複數個按鍵中之一按鍵，其中每一按鍵對耦接至複數個列接腳中之一列接腳及複數個行接腳中之一行接腳，且其中定址按鍵對之該共用矩陣包含：至少部分地基於該按鍵背光輸入來控制該複數個光源；及偵測該複數個按鍵之按鍵按壓。
  12. 如請求項11之方法，其中定址按鍵對之該共用矩陣包含：在列間隔中定址該複數個列接腳中之每一列接腳及在一各別列間隔期 間控制該複數個行接腳上之電流槽，以控制配置於一列接腳上之該複數個光源。
  13. 如請求項12之方法，其中該複數個行接腳上之該等電流槽係在一驅動間隔期間加以控制，且該複數個行接腳上之該複數個按鍵之按鍵按壓係在一感測間隔期間加以偵測，且每一各別列間隔包含該驅動間隔及該感測間隔。
  14. 如請求項13之方法，其中定址按鍵對之該共用矩陣包含：在每一各別列間隔期間切換在該複數個行接腳上之按鍵感測開關以在該驅動間隔與該感測間隔之間轉變。
  15. 如請求項11之方法，其中用於該複數個光源之該等驅動指令係至少部分地基於一當前使用者活動、周圍環境或使用者控制，或其任何組合。
  16. 一種製造物件，其包含：一或多個有形機器可讀媒體，其至少共同地包含經組態以由一鍵盤控制器之一處理器執行的指令，該等指令包含用以執行以下操作之指令：驅動與複數個按鍵一起以一共用矩陣配置之複數個光源，其中該複數個光源及該複數個按鍵係沿複數個列線及複數個行線以複數個按鍵對配置於該共用矩陣中，其中每一按鍵對之一光源係至少部分地基於按鍵背光輸入沿該複數個列線中之一各別共用列線及該複數個行線中之一各別共用行線而驅動；及監視配置於該共用矩陣中之該複數個按鍵以偵測按鍵按壓，其中每一按鍵對之按鍵的一按鍵按壓係沿該各別共用列線及該各別共用行線而偵測。
  17. 如請求項16之製造物件，其包含用以在用於每一列線之順序列 間隔期間定址該共用矩陣之該複數個按鍵對的指令，其中用以驅動該複數個光源之該等指令發生在每一列間隔之一驅動間隔期間且用以監視該複數個按鍵以偵測按鍵按壓之該等指令發生在每一列間隔之一感測間隔期間。
  18. 如請求項16之製造物件，其包含用以回應於偵測到對複數個按鍵中之任一按鍵的一按鍵按壓而喚醒耦接至該鍵盤控制器之一裝置的指令。
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