TWI533118B - 超低耗電喚醒電路裝置 - Google Patents

Description

超低耗電喚醒電路裝置

本發明係關於按鍵掃瞄之技術領域，尤指一種超低耗電喚醒電路裝置。

隨著科技的進步，電子技術已經由最早的真空管、電晶體，進展到積體電路晶片。其用途十分的廣泛，也因此，電子產品也漸漸的成為現代人生活中不可或缺的生活必需品。許多的物品已經漸漸的被電子化。電子化的目的，無非是希望能夠讓人們使用上方便。

許多電子產品的控制方法，不外乎使用按鍵控制，例如電腦、手機等等。一般來說，鍵盤按鈕的偵測掃描的方式以目前常用的技術來說，被分為兩種。第一種是矩陣式掃描，第二種是三角式掃描。

圖1是習知的三角式掃描鍵盤的電路示意圖。請參考圖1，此電路包括一三角式掃瞄鍵盤控制器100、六條垂直掃描線VS11～VS16、及六條水平掃描線HS11～HS16。三角式掃瞄鍵盤控制器100同樣包括六個輸入輸出接腳IO0～IO5。當開始偵測鍵盤按鈕時，控制水平掃描線HS11～HS16的輸入輸出接腳IO0～IO5會依照順序輸出掃描脈衝。較特別的是，當其中一個輸入輸出接腳IO0～IO5輸出掃描脈衝時，其他剩下的輸入輸出接腳IO0～IO5則進行偵測。舉例來說，當輸入輸出接腳IO0輸出掃描脈衝，輸入輸出接腳IO1～I/O5則進行偵測。同樣的，假設輸入輸出接腳IO0輸出掃描脈衝，且按鈕101被按下時，此時，垂直掃描線VS15會與水平掃描線HS11短路。因此，掃描脈衝會被輸入輸出接腳IO4所接收。三角式掃瞄鍵盤控制器100便可以判定按鈕101被按下。

與矩陣式掃描鍵盤相比較，同樣是6個輸入輸出接腳的鍵盤控制器，三角式掃瞄的鍵盤控制器100所能夠控制的按鈕數目為15，而矩陣式掃描鍵盤控制器所能夠控制的按鈕數目為9。換句話說，因積體電路(Integrated Circuit，IC)的輸入輸出(Input output，IO)資源考量，三角式掃瞄的鍵盤控制器可以使用較少的輸入輸出接腳。

然而，三角式掃瞄的鍵盤控制晶片所需消耗的電流，一般來說至少需數百uA到數mA，對於高耗電流系統尚可接受，但對於像遙控器等睡眠電流要求僅數uA，三角式掃瞄的鍵盤控制晶片便難以作到。

為降低電流消耗，美國專利第US 2010/0259424公開案中，其分別提供一第一時脈信號源以及一第二時脈信號源，其中第二時脈信號源之頻率遠低於第一時脈信號源之頻率，在正常模式時，根據該第一時脈信號源之頻率，依序對鍵盤控制晶片上的輸入輸出接腳輸出一掃描脈衝，而在睡眠模式時，根據第二時脈信號源之頻率，依序對上述輸入輸出接腳輸出掃描脈衝。亦即，在睡眠模式時，使用頻率較低的第二時脈信號源，以降低電流消耗。

然而，不論是矩陣式掃描鍵盤或是三角式掃瞄，當其按鍵因濕度或其他因素而卡鍵時，例如使用者使用遙控器選定節目後，坐在沙發上欣賞電視節目時，往往不小心會坐到遙控器，此會使得鍵盤控制晶片無法進入睡眠模式，因而浪費遙控器的電力。因此，鍵盤掃瞄技術實仍有改善的空間。

本發明之目的主要係在提供一種超低耗電喚醒電路裝置，以達到降低功率消耗的目的，俾可應用於手持式裝置中，以延長手持式裝置使用時間。同時節省儲存裝置容量。

依據本發明之一特色，本發明提出一種超低耗電喚醒電路裝置，其包含一鍵盤、一按鍵掃瞄電路、一儲存單元、及一比較單元。該鍵盤具有N條掃瞄線，該N條掃瞄線兩兩之間設有一按鍵，N為大於1之整數。該按鍵掃瞄電路連接至該N條掃瞄線，按鍵掃瞄電路於一特定時間，依序由該第1條掃瞄線至該第N條掃瞄線輸出掃瞄訊號，當一特定按鍵被按壓時，該特定按鍵對應的兩條掃瞄線短路，而獲得該N條掃瞄線的N筆按鍵掃瞄資料，該按鍵掃瞄電路對N筆按鍵掃瞄資料進行處理，以產生一筆現行按鍵資料。該儲存單元連接至該按鍵掃瞄電路，以暫存該現行按鍵資料為一先前按鍵資料。該比較單元連接至該按鍵掃瞄電路及該儲存單元，其比較該現行按鍵資料與該先前按鍵資料，當兩者相異時，該比較裝置產生一喚醒訊號。

本發明係一種超低耗電喚醒電路裝置，其係用於一鍵盤中。圖2係該超低耗電喚醒電路裝置200的方塊圖，該超低耗電喚醒電路裝置200包含一鍵盤210、一按鍵掃瞄電路220、一儲存單元230、一比較單元240、一微處理單元250及至少一功能區塊260。

該鍵盤210具有N條掃瞄線211，該N條掃瞄線兩兩之間設有一按鍵213，N為大於1之整數。該鍵盤210係一三角式掃瞄鍵盤，其具有N×(N-1)/2個按鍵。於本實施例中，N為6，以方便說明。

該按鍵掃瞄電路220連接至該N條掃瞄線211，該按鍵掃瞄電路220於一特定時間，依序由該第1條掃瞄線至該第N條掃瞄線輸出掃瞄訊號，當一特定按鍵被按壓時，該特定按鍵對應的兩條掃瞄線短路，而獲得該N條掃瞄線的N筆按鍵掃瞄資料，該按鍵掃瞄電路對N筆按鍵掃瞄資料進行處理，以產生一筆現行按鍵資料。

該儲存單元230連接至該按鍵掃瞄電路220，以暫存該現行按鍵資料為一先前按鍵資料。該儲存單元230係一N位元儲存裝置

該比較單元240連接至該按鍵掃瞄電路220及該儲存單元230，其比較該現行按鍵資料與該先前按鍵資料，當兩者相異時，該比較裝置產生一喚醒訊號wakeup。當該現行按鍵資料與該先前按鍵資料相同時，該比較單元240則不產生該喚醒訊號wakeup。

該微處理單元250連接至該比較單元240及該鍵盤210，並具有一個睡眠模式(sleep mode)及一個工作模式(work mode)，當該比較單元240產生該喚醒訊號wakeup時，該微處理單元250依據該喚醒訊號wakeup，由該睡眠模式進入該工作模式，當該比較單元240不產生該喚醒訊號wakeup時，該微處理單元250持續在該睡眠模式。該微處理單元250具有多個輸出輸入接腳，連接至該鍵盤210的N條掃瞄線211，以獲得一使用者按壓的按鍵，而進行後續處理。

當該微處理單元2850在該睡眠模時，該至少一功能區塊260係停止運作。

圖3係該按鍵掃瞄電路220執行的示意圖。其係沒有按壓按鍵時，該按鍵掃瞄電路220產生該筆現行按鍵資料。如圖3所示，00000x(A)中的「x」表示該按鍵掃瞄電路220由相對於輸入輸出接腳IO0的掃瞄線輸出掃描脈衝，而其他相對於輸入輸出接腳IO1～IO5的掃瞄線則進行偵測。

該N筆按鍵掃瞄資料的每一筆按鍵掃瞄資料係N位元(6位元)，第i條掃瞄線與第j條掃瞄線之間的該按鍵被按壓時，該對應之按鍵掃瞄資料的第i位元與第j位元為1b(二進制的1)，第i條掃瞄線與第j條掃瞄線之間的該按鍵若沒被按壓時，該對應之按鍵掃瞄資料的第i位元與第j位元為0b(二進制的0)。

由於沒有按壓按鍵，所以該N筆按鍵掃瞄資料分別為「00000x(A)」、「0000x0(B)」、「000x00(C)」、「00x000(D)」、「0x0000(E)」、及「x00000(F)」。

該按鍵掃瞄電路220對N筆按鍵掃瞄資料進行XOR處理，以產生該筆現行按鍵資料Save Data，該筆現行按鍵資料係N位元。該筆現行按鍵資料Save Data=A^B^C^D^E^F=000000，其中^係代表XOR運算，而當在進行XOR運算時，「x」視為「0」。該儲存單元230連接至該按鍵掃瞄電路220，以暫存該現行按鍵資料Save Data(=000000)為一先前按鍵資料。

圖4係該按鍵掃瞄電路220執行的另一示意圖。其係有一個按鍵被按壓，該按鍵掃瞄電路220產生該筆現行按鍵資料。如圖4所示，其係在相對於輸入輸出接腳IO4及IO5的掃瞄線之按鍵被按壓，所以該N筆按鍵掃瞄資料分別為「00000x(A)」、「0000x0(B)」、「000x00(C)」、「00x000(D)」、「1x0000(E)」、及「x10000(F)」。該筆現行按鍵資料Save Data= A^B^C^D^E^F=110000。

該比較單元240比較該現行按鍵資料Save Data(110000)與該先前按鍵資料Save Data(=000000)，由於兩者相異時，該比較裝置240產生該喚醒訊號wakeup。由於在圖3及圖4中，確實有一按鍵A被按壓，故藉由該喚醒訊號wakeup，以將該微處理單元250由該睡眠模式喚醒，以進入該工作模式。

另一情形時，例如圖4中的按鍵A因氣候潮濕而卡鍵、或是被使用者坐在沙發上欣賞電視節目時不小心會坐到遙控器而卡鍵，此時該筆現行按鍵資料Save Data為110000。歷經一段預設時間後，若沒有其他按鍵被按壓，該筆現行按鍵資料Save Data仍為110000，故該比較裝置240不會產生該喚醒訊號wakeup，所以該微處理單元250可由該工作模式進入該睡眠模式，以節省電源。當然，該微處理單元250進入該睡眠模式後，該按鍵掃瞄電路220、該儲存單元230、及該比較單元240仍持續工作，以掃瞄該鍵盤210上的按鍵。該按鍵掃瞄電路220的掃瞄頻率可為4KHz。

圖5係該按鍵掃瞄電路220執行的又一示意圖。其係有二個按鍵被按壓，該按鍵掃瞄電路220產生該筆現行按鍵資料。如圖5所示，第一行(column)係表示A、B鍵同時壓著，所以該N筆按鍵掃瞄資料分別為「00000x(A)」、「0100x0(B)」、「000x00(C)」、「00x000(D)」、「1x0010(E)」、及「x10000(F)」。該筆現行按鍵資料Save Data=A^B^C^D^E^F=100010。

第二行(column)係表示A鍵放開、B鍵壓著，所以該N筆按鍵掃瞄資料分別為「00000x(A)」、「0100x0(B)」、「000x00(C)」、「00x000(D)」、「0x0010(E)」、及「x00000(F)」。該筆現行按鍵資料Save Data= A^B^C^D^E^F=010010。

第三行(column)係表示A鍵壓著、B鍵放開，所以該N筆按鍵掃瞄資料分別為「00000x(A)」、「0000x0(B)」、「000x00(C)」、「00x000(D)」、「1x0000(E)」、及「x10000(F)」。該筆現行按鍵資料Save Data=A^B^C^D^E^F=110000。

由第一行、第二行、及第三行的該筆現行按鍵資料Save Data可知，本發明技術可以偵測一個、二個按鍵按壓的各種情形。亦可避免卡鍵，而使該微處理單元250無法進入該睡眠模式，而浪費電源的情形。

圖6係該按鍵掃瞄電路220執行的再一示意圖。其與圖3主要差別在於：於圖3中，該按鍵掃瞄電路220在掃瞄完該N條掃瞄線211後，該按鍵掃瞄電路220對所獲得的N筆按鍵掃瞄資料進行XOR處理，而於圖6中，該按鍵掃瞄電路220在掃瞄完一條掃瞄線211後，該按鍵掃瞄電路220即對該條掃瞄線211的按鍵掃瞄資料進行XOR處理。在圖3中需儲存該N條掃瞄線的N筆按鍵掃瞄資料，而在圖6中僅需儲存一條掃瞄線的一筆按鍵掃瞄資料，可更節省記憶體。

圖7係該按鍵掃瞄電路220另一實施例的示意圖。該N筆按鍵掃瞄資料形成一N×N的位元矩陣，該按鍵掃瞄電路220計算該N×N的位元矩陣的上三角形中1b的個數，以產生該筆現行按鍵資料，該筆現行按鍵資料係2位元。此時，該儲存單元230係一2位元儲存裝置。上三角形中1b的個數為零個時，該筆現行按鍵資料為00b。上三角形中1b的個數為一個時，該筆現行按鍵資料為01b。上三角形中1b的個數為兩個時，該筆現行按鍵資料為10b。其他情形，該筆現行按鍵資料均記錄為11b。

如圖7所示，由於沒有按鍵被使用者按壓，所以在該N×N的位元矩陣的上三角形中，「1」的個數為0，故該筆現行按鍵資料為00b。該儲存單元230暫存該現行按鍵資料Save Data(=00)為一先前按鍵資料。

圖8係該按鍵掃瞄電路220執行的另一示意圖。其係有一個按鍵被按壓，該按鍵掃瞄電路220產生該筆現行按鍵資料。如圖8所示，其係在相對於輸入輸出接腳IO4及IO5的掃瞄線之按鍵被按壓，所以該N筆按鍵掃瞄資料分別為「00000x(A)」、「0000x0(B)」、「000x00(C)」、「00x000(D)」、「1x0000(E)」、及「x10000(F)」。由於按鍵A被使用者按壓，所以在該N×N的位元矩陣的上三角形中，「1」的個數為1，故該筆現行按鍵資料為01b。

該比較單元240比較該現行按鍵資料Save_Data(=00b)與該先前按鍵資料Save Data(=01b)，由於兩者相異時，該比較裝置240產生該喚醒訊號wakeup。由於在圖7及圖8中，確實有一按鍵A被按壓，故藉由該喚醒訊號wakeup，以將該微處理單元250由該睡眠模式喚醒，以進入該工作模式。如同圖3及圖4一樣，當卡鍵時，該比較裝置240不會產生該喚醒訊號wakeup，所以該微處理單元250可由該工作模式進入該睡眠模式，以節省電源。

多按鍵鍵盤如果有按鍵卡住，且直接進入睡眠模式時，會因為卡住的按鍵造成電流會有數百uA~數十uA的消耗，而本發明的技術則可將電流降至數uA。例如，拉下電阻(pull-down resistor)為10K歐姆、工作電壓為3伏特、進入睡眠模式時有一個按鍵卡住，此時需消耗(3V/10K)*1=300uA電流。而於本發明技術中，拉下電阻(pull-down resistor)為10K歐姆、工作電壓為3伏特、進入睡眠模式時有一個按鍵卡住，該按鍵掃瞄電路220的掃瞄頻率為4KHz，需掃瞄的按鍵數目為20個，故該卡住按鍵的掃瞄頻率為4000Hz/20=200Hz，假設該按鍵掃瞄電路220的一個計時器(scan timer)為10uS，故掃瞄時間(scan time)為10uS*200=2m sec，因此該卡住按鍵於睡眠模式時消耗的電流為((3V/10K)*1*2m sec)≒0.6 uA。假設該按鍵掃瞄電路220每個clock消耗1uA~2uA，因此總消耗電流約為1.6uA~3uA，遠低於習知技術所消耗的電流(300uA)。同時，習知技術會無法進入睡眠模式、或是一進入睡眠模式後馬上被喚醒、或是進入睡眠模式後就無法被喚醒起來正常工作.

由前述說明可知，習知技術在微處理單元進入睡眠模式前，需先記錄各按鍵的狀態，當有按鍵被按壓時可以比較，以便產生喚醒訊號wakeup。然而，當按鍵有15個時，則至少需要15位元以記錄每個按鍵的裝態。而本發明，只需6位元即可，甚至只需2位元即可。當按鍵數目越多時，本發明所需的位元數目與習知技術所需的位元數相差更大。例如有101按鍵時，習知技術至少需要101位元以記錄每個按鍵的裝態，而本發明只需15位元(15×14/2=105)即可。同時，本發明超低耗電喚醒電路裝置在按鍵卡住時，亦可讓處理單元進入睡眠模式，以節省電源消耗，並達到降低功率消耗的目的，俾可應用於遙控器等手持式裝置中。

由上述可知，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，極具實用價值。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

100．．．三角式掃瞄鍵盤控制器

VS11～VS16．．．垂直掃描線

HS11～HS16．．．水平掃描線

IO0～IO5．．．輸入輸出接腳

101．．．按鈕

200．．．超低耗電喚醒電路裝置

210．．．鍵盤

220．．．按鍵掃瞄電路

230．．．儲存單元

240．．．比較單元

250．．．微處理單元

260．．．至少一功能區塊

A．．．鍵掃

B．．．鍵掃

圖1是習知的三角式掃描鍵盤的電路示意圖。

圖2係本發明超低耗電喚醒電路裝置的方塊圖。

圖3係本發明按鍵掃瞄電路執行的示意圖。

圖4係本發明按鍵掃瞄電路執行的另一示意圖。

圖5係本發明按鍵掃瞄電路執行的又一示意圖。

圖6係本發明按鍵掃瞄電路執行的再一示意圖。

圖7係本發明按鍵掃瞄電路另一實施例的示意圖。

圖8係本發明按鍵掃瞄電路執行的另一示意圖。。

200．．．超低耗電喚醒電路裝置

210．．．鍵盤

220．．．按鍵掃瞄電路

230．．．儲存單元

240．．．比較單元

250．．．微處理單元

260．．．至少一功能區塊

Claims (12)

1. 一種超低耗電喚醒電路裝置，其包含：一鍵盤，其具有N條掃瞄線，該N條掃瞄線兩兩之間設有一按鍵，N為大於1之整數，其中，該鍵盤係一三角式掃瞄鍵盤，其具有N×(N-1)/2個按鍵；一按鍵掃瞄電路，連接至該N條掃瞄線，該按鍵掃瞄電路於一特定時間，依序由該第1條掃瞄線至該第N條掃瞄線輸出掃瞄訊號，當一特定按鍵被按壓時，該特定按鍵對應的兩條掃瞄線短路，而獲得該N條掃瞄線的N筆按鍵掃瞄資料，該按鍵掃瞄電路對N筆按鍵掃瞄資料進行處理，以產生一筆現行按鍵資料，其中，該N筆按鍵掃瞄資料的每一筆按鍵掃瞄資料係N位元，第i條掃瞄線與第j條掃瞄線之間的該按鍵被按壓時，該對應之按鍵掃瞄資料的第i位元與第j位元為1b，該N筆按鍵掃瞄資料形成一N×N的位元矩陣，該按鍵掃瞄電路計算該N×N的位元矩陣的上三角形中1b的個數，以產生該筆現行按鍵資料，該筆現行按鍵資料係2位元；一儲存單元，連接至該按鍵掃瞄電路，以暫存該現行按鍵資料為一先前按鍵資料；以及一比較單元，連接至該按鍵掃瞄電路及該儲存單元，其比較該現行按鍵資料與該先前按鍵資料，當兩者相異時，該比較裝置產生一喚醒訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之超低耗電喚醒電路裝置，其中，當該現行按鍵資料與該先前按鍵資料相同時，該比較單元不產生該喚醒訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之超低耗電喚醒電路裝置，其更包含一微處理單元，該微處理單元連接至該比較單元及該鍵盤，並具有一個睡眠模式(sleep mode)及一個工作模式(work mode)，當該比較單元產生該喚醒訊號時，該微處理單元依據該喚醒訊號，由該睡眠模式進入該工作模式，當該比較單元不產生該喚醒訊號時，該微處理單元持續在該睡眠模式。
4. 如申請專利範圍第3項所述之超低耗電喚醒電路裝置，其中，該儲存單元係一2位元儲存裝置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之超低耗電喚醒電路裝置，其中，該按鍵掃瞄電路的掃瞄頻率為4KHz。
6. 如申請專利範圍第3項所述之超低耗電喚醒電路裝置，其更包含至少一功能區塊，當該微處理單元在該睡眠模時，該至少一功能區塊停止運作。
7. 一種超低耗電喚醒電路裝置，其包含：一鍵盤，其具有N條掃瞄線，該N條掃瞄線兩兩之間設有一按鍵，N為大於1之整數，其中，該鍵盤係一三角式掃瞄鍵盤，其具有N×(N-1)/2個按鍵；一按鍵掃瞄電路，連接至該N條掃瞄線，該按鍵掃瞄電路於一特定時間，依序由該第1條掃瞄線至該第N條掃瞄線輸出掃瞄訊號，當一特定按鍵被按壓時，該特定按鍵對應的兩條掃瞄線短路，而獲得該N條掃瞄線的N筆按鍵掃瞄資料，該按鍵掃瞄電路對N筆按鍵掃瞄資料進行處理，以產生一筆現行按鍵資料，其中，該N筆按鍵掃瞄資料的每一筆按鍵掃瞄資料係N位元，第i條掃瞄線與第j條 掃瞄線之間的該按鍵被按壓時，該對應之按鍵掃瞄資料的第i位元與第j位元為1b，其中，該按鍵掃瞄電路對N筆按鍵掃瞄資料進行XOR處理，以產生該筆現行按鍵資料，該筆現行按鍵資料係N位元；一儲存單元，連接至該按鍵掃瞄電路，以暫存該現行按鍵資料為一先前按鍵資料，其中，該儲存單元係一N位元儲存裝置；以及一比較單元，連接至該按鍵掃瞄電路及該儲存單元，其比較該現行按鍵資料與該先前按鍵資料，當兩者相異時，該比較裝置產生一喚醒訊號。
8. 如申請專利範圍第7項所述之超低耗電喚醒電路裝置，其中，當該現行按鍵資料與該先前按鍵資料相同時，該比較單元不產生該喚醒訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之超低耗電喚醒電路裝置，其更包含一微處理單元，該微處理單元連接至該比較單元及該鍵盤，並具有一個睡眠模式(sleep mode)及一個工作模式(work mode)，當該比較單元產生該喚醒訊號時，該微處理單元依據該喚醒訊號，由該睡眠模式進入該工作模式，當該比較單元不產生該喚醒訊號時，該微處理單元持續在該睡眠模式。
10. 如申請專利範圍第9項所述之超低耗電喚醒電路裝置，其中，該儲存單元係一N位元儲存裝置。
11. 如申請專利範圍第10項所述之超低耗電喚醒電路裝置，其中，該按鍵掃瞄電路的掃瞄頻率為4KHz。
12. 如申請專利範圍第11項所述之超低耗電喚醒電 路裝置，其更包含至少一功能區塊，當該微處理單元在該睡眠模時，該至少一功能區塊停止運作。