TWM548829U

TWM548829U - 無鬼鍵的鍵盤電路

Info

Publication number: TWM548829U
Application number: TW106205362U
Authority: TW
Inventors: 陳中升
Original assignee: 矽中企業股份有限公司
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2017-04-14
Publication date: 2017-09-11

Description

無鬼鍵的鍵盤電路

本創作係有關於一種無鬼鍵的鍵盤電路，尤指一種電腦遊戲用的矩陣式鍵盤，可避免發生鬼鍵的鍵盤電路。

電腦鍵盤是個人電腦必備的入機介面輸入裝置之一，而電腦鍵盤的電路大都是採用矩陣式(Matrix)的按鍵電路，其優點是電路簡單、運作快速及成本低廉，但缺點是會有「鬼鍵」發生的問題。所謂「鬼鍵」是指未被按壓的按鍵卻被偵測到「按壓」的訊號，或者多按鍵一併按壓時無法判斷出正確的複合鍵訊號。對於電腦遊戲玩家而言，許多遊戲的攻略手段往往需要同時按壓多個按鍵以產生複合鍵訊號來進行遊戲，而「鬼鍵」的產生勢必會造成遊戲玩家無法順利進行遊戲。

舉例如第1圖為習知矩陣按鍵電路的示意圖，習知矩陣按鍵電路是以一處理器10連接複數條掃瞄線(Scan Line)11與複數條回歸線(Return Line)12相互交錯所形成的按鍵矩陣，每一掃瞄線與每一回歸線之間皆連接一按鍵開關(Switch)21，當某按鍵開關21被按壓(On)時，該按鍵開關21所連接的掃瞄線11與回歸線12形成導通(ON)狀態，處理器10對掃瞄線11發出的掃瞄訊號會回傳到回歸線12再至處理器10，處理器10即可判斷出該按鍵開關21被按壓。

請一併參閱第1圖、第2A、2B圖及第3圖所示，第2A圖為按鍵單獨被按壓的訊號時態示意圖，第2B圖為發生「鬼鍵」的訊號時態示意圖，第3圖為「鬼鍵」發生時的電路示意圖。假設矩陣按鍵中的四個按鍵開關(SW1~SW4)，其中按鍵SW1與SW3是連接同一掃瞄線S1，按鍵SW2與按鍵SW4是連接同一掃瞄線S2，而按鍵SW1與按鍵SW2是連接同一回歸線R1，按鍵SW3與SW4是同一回歸線R2，當按鍵SW1~按鍵SW4不同時被按壓時的訊號時態如第2A圖。

當按鍵SW1~按壓SW3一併被按壓時，其按鍵電路如第3圖，而訊號時態如第2B圖，由於按鍵SW4未被按壓，其所連接同一掃瞄線S2發出的訊號不應傳至回歸線R2，如第2B圖中R2時態的虛線。但實際上掃瞄線S2的訊號仍會經過按鍵SW2、按鍵SW1及按鍵SW3的路線(如第3圖中的粗線)傳送至回歸線R2，如第2B圖中R2時態的實線。此時處理器會輸出按鍵SW4被按壓的錯誤訊號，即為「鬼鍵」。

同樣地，當按鍵SW1~按鍵SW2先一併被按壓，此同時再按壓按鍵SW3或是按鍵SW4其中任一按鍵時，處理器所接收到的回歸線R2訊號都是相同的，包含有掃瞄線S1及掃瞄線S2的掃瞄訊號，而無法正確地判斷出複合鍵的訊號。因此如何避免「鬼鍵」發生是鍵盤製造業者急待解決的重要課題之一。

目前業界的解決方式有三種，第一種是每個按鍵皆串接一個二極體，利用二極體順向導通，逆向截止的特性，即可避免「鬼鍵」的發生，仍缺點是會造成鍵盤成本提高，如101鍵標準鍵盤就需加上101個二極體。

第二種方式是利用韌體來判別，即當微處理器發現已按壓的按鍵無法正確判斷，或是會發生「鬼鍵」情形時，微處理器就不輸出按鍵碼，因此「鬼鍵」也不會發生，缺點是會拖慢微處理器的運作速度，且遊戲玩家無法使用此種鍵盤。

第三種方式是增加處理器的掃瞄線，使用大型矩陣電路以避開可能造成「鬼鍵」的複合鍵，缺點是增加處理器、電路的成本，且仍未完全排除產生「鬼鍵」的機率。

習知鍵盤電路在克服「鬼鍵」產生上仍有諸多的缺失，因此本案創作人有鑑於習知鍵盤電路的缺點，經過不斷的創新研發與實驗，終於成功設計出一種無鬼鍵的鍵盤電路，不但電路簡單、運作快速，且成本低廉，完全不會有「鬼鍵」的情形發生。

本創作提供一種無鬼鍵的鍵盤電路，包括有一處理器耦接複數掃瞄線及複數回歸線，掃瞄線與回歸線之間分別耦接按鍵開關；複數參考電阻器分別耦接於回歸線與參考電位之間，使按鍵開關未按壓時回歸線上的電位為參考電位；複數按鍵電阻器分別串接於按鍵開關上，且按鍵電阻器的電阻值小於二分一參考電阻器，使按鍵開關被按壓時回歸線上的電位為至少三分之一參考電位；及複數電位緩衝器分別耦接於回歸線與處理器之間，當回歸線上的電位低於電位緩衝器臨界電位時轉態，輸出掃瞄電位傳送至該處理器；當至少三個按鍵開關被按壓時，未按壓的按鍵開關所耦接回歸線的等效電阻值，為至少三個按鍵電阻器的串接，使回歸線上電位高於電位緩衝器臨界電位，電位緩衝器未轉態，輸出參考電位傳送至處理器。

10‧‧‧處理器

20‧‧‧按鍵矩陣

30‧‧‧電位轉換電路

32‧‧‧電位緩衝器

321‧‧‧第一緩衝器

322‧‧‧第二緩衝器

SW1~SW4,21‧‧‧按鍵關關

S1,S2,11,L_SCA1,L_SCA2‧‧‧掃瞄線

R1,R2,12,L_RTN1,L_RTN2‧‧‧回歸線

R_SCA‧‧‧掃瞄電阻器

R_KEY,R_KEY1,R_KEY2,R_KEY3,R_KEY4‧‧‧按鍵電阻器

R_FRE,R_FRE1,R_FRE2‧‧‧參考電阻器

V_FRE‧‧‧參考電位

V_SCA,V_SCA1,V_SCA2‧‧‧掃瞄電位

V_RTN,V_RTN1,V_RTN2‧‧‧回歸線電位

第1圖係習知矩陣按鍵電路的示意圖。

第2A圖係按鍵單獨被按壓的時序狀態示意圖。

第2B圖係發生「鬼鍵」的時序狀態示意圖。

第3圖係「鬼鍵」發生時的電路示意圖。

第4圖係本創作鍵盤電路的實施例示意圖。

第5A及5B圖係本創作按壓單一按鍵開關的等效電路圖及時序狀態示意圖。

第6A、6B及6C圖係本創作同時按壓三個按鍵開開的實施例電路示意圖、等效電路圖及時序狀態示意圖。

第7圖係本創作鍵盤電路的另一實施例示意圖。

為了使貴審查委員能更進一步瞭解本創作為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，相信本創作之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。

請參閱第4圖所示係為本創作鍵盤電路示意圖，本創作係提供一種無「鬼鍵」的鍵盤電路，該電路主要包括有一處理器10、一按鍵矩陣電路20及一電位轉換電路30，其中該處理器10具有複數個掃瞄端(Scan Pin)及複數個回歸端(Return Pin)。其中該按鍵矩陣20具有複數條掃瞄線(Scan Line)11及複數條回歸線(Return Line)12彼此相互交錯排列但未電性接觸，而每一掃瞄線11與每一回歸線之間皆耦接有一個按鍵開關21，形成複數個按鍵開關21矩陣排列的按鍵矩陣電路20。

本創作之按鍵矩陣電路20更設有複數個掃瞄電阻器(R_SCA)及複數個按鍵電阻器(R_KEY)，其中掃瞄電阻器(R_SCA)分別耦接於掃瞄線11與處理器10之間，每一掃瞄線11皆經由一掃瞄電阻器(R_SCA)連接至處理器10的掃瞄輸出端。而其中按鍵電阻器(R_KEY)分別串接於按鍵開關21上，使每一條掃瞄線11與每一條回歸線12之間皆耦接有一個按鍵開關21與按鍵電阻器(R_KEY)，在本創作實施例中按鍵電阻器(R_KEY)可以為一般電阻器，或者可為印刷電路型的碳膜電阻器，直接建置在印刷電路板上。另外本創作的掃瞄電阻器(R_SCA)可視為線路阻抗，其電阻值遠底於參考電阻器與按鍵電阻器，故本創作實施例在下方計算電位時將其乎略。

本創作之電位轉換電路30更設有複數參考電阻器(R_FRE)及複數個電位緩衝器32，其中參考電阻器(R_FRE)分別耦接於回歸線12與一參考電位端之間，每一條回歸線12皆經由參考電阻器(R_FRE)連接於一參考電位(V_FRE)。其中電位緩衝器32分別耦接於回歸線12與處理器10之間，每一電位緩衝器32的輸入端連接其中一條回歸線12，而每一電位緩衝器32的輸出端連接至處理器10的回歸輸入端。

本創作主要利用電阻迴路的分壓原理，將習知的「鬼鍵」等效成三重按壓電阻器的串接迴路而形成高阻抗，正確按壓的按鍵開關則形成低阻抗，高阻抗與低阻抗之間會形成不同的分壓電位，再利用電位緩衝器32具有臨界電位轉態成穩定高低電位訊號的特性，將習知「鬼鍵」的高阻抗分壓電位予以排除。

為清楚說明本創作實施例的動作原理，請一併參閱第4圖、第5A圖與第5B圖所示，第5A及5B圖分別為本創作按壓單一按鍵開關的等效電路圖及時序狀態示意圖，本創作處理器10會依序對所有的掃瞄線11發出一掃瞄時序訊號，使掃瞄線11上依序產生一掃瞄電位(V_SCA)，而在此實施例中參考電位(V_FRE)為+5V，掃瞄時序訊號的掃瞄電位(V_SCA)為0V，假設每一參考電阻器(R_FRE)的電阻值皆為10KΩ，每一個按鍵電阻器(R_KEY)的電阻值皆為2KΩ，每個電位緩衝器32的轉態臨界電位為+2V；當未有按鍵開關21被按壓時，所有回歸線12上的電位(V_RTN)皆為+5V，電位緩衝器32的輸出端亦為穩定的+5V輸出。

當其中的按鍵開關21被按壓時，按鍵開關21所串接的按鍵電阻器(R_KEY)會與參考電阻器(R_FRE)串聯，如第5A圖的等效電路，此時在回歸線(L_RTN)上的電位(V_RTN)為在按鍵電阻(R_KEY)上的分壓，即V_RTN=+5V*(2K/10K)=+1V，低於電位緩衝器32的臨界電位，故電位緩衝器32的輸出端由+5V轉變為0V，如第5B圖的V_RTN的時序狀態，因此處理器10可精確穩定地接收到按鍵開關21被按壓的訊號。

為確認本創作是否發生習知「鬼鍵」的現象，因此請參閱第6A、6B及6C圖所示，分別為同時按壓三個按鍵開開的實施例電路示意圖、等效電路圖及時序狀態示意圖。而此實施例中同樣參考電位(V_FRE)為+5V，每一掃瞄線(L_SCA1,L_SCA2)上的掃瞄電位(V_SCA1,V_SCA2)為0V，同樣假設所有參考電阻器(R_FRE1,R_FRE2)的電阻值為10KΩ，每一按鍵電阻器(R_KEY1,R_KEY2,R_KEY3,R_KEY4)的電阻值為2KΩ，每一電位緩衝器32的轉態臨界電位為2V。

請一併第6A、6B及6C圖所示，按鍵開關SW1與按鍵開關 SW2耦接同一掃瞄線L_SCA1，按鍵開關SW3與按鍵開關SW4耦接同一掃瞄線L_SCA2，按鍵開關SW1與按鍵開關SW3耦接同一條回歸線L_RTN1，按鍵開關SW2與按鍵開關SW4耦接同一回歸線L_RTN2；假設同時按壓按鍵開關SW1、SW2及SW3，在掃瞄線L_SCA1的掃瞄電位V_SCA1為0V時，按鍵電阻器R_KEY1會與參考電阻器R_FRE1串聯，按鍵電阻器R_KEY3會與參考電阻器R_FRE2串聯，回歸線L_RTN1上的電位V_RTN1為按鍵電阻R_KEY1上的分壓，即V_RTN1=+5V*(2K/10K)=+1V，故回歸線L_RTN1耦接之電位緩衝器的輸出端由+5V轉變為0V；而回歸線L_RTN2上的電位V_RTN2為按鍵電阻R_KEY3上的分壓，即V_RTN2=+5V*(2K/10K)=+1V，故回歸線L_RTN2耦接之電位緩衝器的輸出端由+5V轉變為0V。

同樣地在掃瞄線L_SCA2的掃瞄電位V_SCA2為0V時，按鍵電阻R_KEY2會與參考電阻R_FRE1串聯，回歸線L_RTN1上的電位V_RTN1為在按鍵電阻R_KEY2上的分壓，即V_RTN1=+5V*(2K/10K)=+1V，故回歸線L_RTN1耦接之電位緩衝器的輸出端由+5V轉變為0V，如第5B圖的時序狀態，因此處理器可精確穩定地接收到按鍵開關SW1、SW2及SW3被按壓的訊號。

但按鍵開關SW4(習知的鬼鍵)卻為按鍵電阻R_KEY1、R_KEY2及R_KEY3串聯後再與參考電阻R_FRE2串聯，故回歸線L_RTN2上的電位V_RTN2為+5V*((2K+2K+2K)/10K)=+3V，大於電位緩衝器32的臨界電位+2V，因此回歸線L_RTN2耦接之電位緩衝器的輸出端仍為+5V，處理器可精確地確認到按鍵開關SW4未被按壓，習知「鬼鍵」情況並沒有發生。

本創作將按鍵電阻器(R_KEY)的電阻值設計成小於參考電阻器(R_FRE)至少二分之一，即R_KEY (1/2*R_FRE)，如此可使按鍵開關21被按壓時，回歸線(L_RTN)12上的電位(V_RTN)為按鍵電阻器(R_KEY)上的分壓，會小於參考電位(V_FRE)的三分之一，即V_RTN (V_FRE*R_KEY/R_FRE=1/3*V_FRE)，而低於電位緩衝器32的臨界電位，使驅動電位緩衝器32轉態成掃瞄電位(V_SCA)輸出。

另外，本創作讓習知的「鬼鍵」等效於三個按鍵電阻器(R_KEY)的串接迴路，使得回歸線(L_RTN)12上的電位(V_RTN)高於電位緩衝器32的臨界電位，使電位緩衝器32不轉態，仍輸出參考電位(V_FRE)傳送給處理器，故本創作不會發生習知「鬼鍵」的情形。

請參閱第7圖所示，係為本創作鍵盤電路的另一實施例示意圖，在此實施例中每一電位緩衝器32皆由一第一緩衝器321及一第二緩衝器322串聯組成，其中每一第一緩衝器321的輸入端耦接其中一條回歸線12，每一第一緩衝器321的輸出端連接其中一第二緩衝器322的輸入端，而每一第二電位緩衝器32的輸出端連接至處理器10的回歸輸入端。在本創作的實施例中使用雙組緩衝器可更有效地隔離處理器10的回歸輸入端與回歸線12上因多按鍵同時被按壓時的不明確電位訊號，以增加電路的穩定度，而本創作實施例中使用的緩衝器可以為TTL或CMOS類型，但本創作並未限制緩衝器的種類及數量。

在本創作的實施例中參考電位(V_FRE)可使用一連接介面(如USB介面或PS2介面)耦接至一電腦所提供的系統電源，或者參考電位(V_FRE)可以為一獨立電源，如無線鍵盤使用電池組所提供的電力，而連接介面為無線傳輸器，但獨立電源所提供的電壓可能會過低，如2顆1.5V組成3V，造成參考電位(V_FRE)過於接近電位緩衝器32的轉態臨界電位而不明確，因此，在本創作的實施例中可再設置一緩衝器電源電路(圖中未示)，將獨立電源的電壓升壓，如升壓至5V再形成參考電位(V_FRE)，此時參考電位(V_FRE)就會不同於系統電位。當然在其他實施例中，緩衝器電源電路可能因系統電位過高，而使用電阻分壓以降低參考電位(V_FRE)電壓，藉此優化緩衝器的臨界電壓準位，因此本創作的緩衝器電源電路並不限制是升壓或降壓，亦不限制使用獨立電源或者系統電源。

職是，本創作確能藉上述所揭露之技術，提供一種迥然不同於習知者的設計，堪能提高整體之使用價值，又其申請前未見於刊物或公開使用，誠已符合新型專利之要件，爰依法提出新型專利申請。惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本創作之實施例而已，凡精于此項技藝者當可依據上述之說明作其他種種之改良，而這些改變仍屬於本創作之發明精神及以下所界定之專利範圍中。

10‧‧‧處理器

11‧‧‧掃瞄線

12‧‧‧回歸線

20‧‧‧按鍵矩陣

21‧‧‧按鍵關關

30‧‧‧電位轉換電路

32‧‧‧電位緩衝器

R_FRE‧‧‧參考電阻器

R_SCA‧‧‧掃瞄電阻器

R_KEY‧‧‧按鍵電阻器

V_FRE‧‧‧參考電位

Claims

一種無鬼鍵的鍵盤電路，包括：一處理器，耦接複數掃瞄線及複數回歸線，該掃瞄線與該回歸線之間分別耦接複數按鍵開關；其中該處理器於該掃瞄線上發出一掃瞄電位；複數參考電阻器，分別耦接於該回歸線與一參考電位之間，使該按鍵開關未按壓時，該回歸線上的電位為該參考電位；複數按鍵電阻器，分別串接於該按鍵開關上，其中該按鍵電阻器的電阻值小於至少二分一該參考電阻器，使該按鍵開關被按壓時，該回歸線上的電位為至少三分之一該參考電位；及複數電位緩衝器，分別耦接於該回歸線與該處理器之間，該電位緩衝器具有一臨界電位，當該回歸線上的電位低於該臨界電位時轉態，輸出該掃瞄電位傳送至該處理器；其中，當至少三個該按鍵開關被按壓時，其中未按壓該按鍵開關所耦接該回歸線的等效電阻值，為至少三個該按鍵電阻器的串接，使該回歸線上的電位高於該臨界電位，該電位緩衝器未轉態，輸出該參考電位傳送至該處理器。
如請求項1所述之無鬼鍵的鍵盤電路，其中更包括：複數掃瞄電阻器，分別耦接於該掃瞄線與該處理器之間。
如請求項1所述之無鬼鍵的鍵盤電路，其中該掃瞄線與該回歸線為相互交錯排列，每一該掃瞄線與每一該回歸線之間皆耦接該按鍵開關與該按鍵電阻器，形成一按鍵矩陣。
如請求項1所述之無鬼鍵的鍵盤電路，其中每一該電位緩衝器係皆由一第一緩衝器及一第二緩衝器串聯形成，其中每一該第一緩衝器的輸入端連接其中一該回歸線，每一該第一緩衝器的輸出端連接其中一該第二緩衝器的輸入端，每一該第二緩衝器的輸出端連接至該處理器。
如請求項4所述之無鬼鍵的鍵盤電路，其中該參考電位係為一連接介面耦接一電腦提供之一系統電源，或該參考電位係為一獨立電源。
如請求項5所述之無鬼鍵的鍵盤電路，其中該參考電位係由一緩衝器電源電路升壓或降壓該獨立電源之電壓後形成。
如請求項5所述之無鬼鍵的鍵盤電路，其中該連接介面為一USB介面、PS2介面或無線傳輸器。
如請求項5所述之無鬼鍵的鍵盤電路，其中該獨立電源為一電池組。