机械运动传感器以及低功率触发电路的制作方法

专利名称：机械运动传感器以及低功率触发电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于产生触发信号的系统，例如用于鼠标的唤醒系统。 更具体地，本发明涉及用于判定何时使用诸如鼠标的器件的传感器， 以及允许功率保存的唤醒电路。
背景技术：
无线鼠标消耗大量功率从而缩短电池寿命。光学鼠标不包括移动 部件，该移动部件否则可用于检测何时为了唤醒它而移动或者摇摆鼠 标，从而为了减少功耗鼠标可以具有睡眠模式和觉醒模式。在微软的 光学鼠标中，电容开关或手传感器检测何时为了操作把手放在鼠标上。 但是，即使在睡眠模式下，微处理器仍继续消耗功率以搜索手是否在鼠标上。即使在睡眠模式下，这种电容开关也使用250到350ja安的电 流。以2-3皮法的量级检测电容的小的变化。为了扫描电容的改变任 何时候都需要一个振荡器。光标控制器睡眠模式系统是已知的。美国专利号/申请号 2003/0074587、 2002/0126094、 5,990,868、 5,729,009、 5，812，085和 5,874,942在此范畴内。当然，2003/0074587、 2002/0126094和5,812,085 涉及电容检测元件。Casebolt等的专利申请公布No. U.S. 2003/0074587转让给孩i软公 司，并且涉及一种电容感测和数据输入部件功率管理系统。该Casebolt 专利申请涉及用来管理电子器件尤其手操作的数据输入器件的功耗的 功率管理系统。无线数据输入器件中的电池功率得到节省。通过在器 件内包括电池功率源并且设置无线数据链接，已经无线地实现光标控 制(指点)器件例如计算机鼠标和跟踪球器件。Casebolt的申请还承 认，利用光表面跟踪系统的光标控制器件已经被引入并且越来越多地 得到使用以代替依赖常规光电编码器轮结构的器件。光学跟踪为了驱
动用来照明跟踪球表面并接收和处理从跟踪球表面反射的光的电路， 需要相当多的功率。为了提高电池寿命采用多种睡眠和觉醒模式。根 据用户不活动的持续时间从全运行模式切换到 一 系列功率减小模式。 一旦用户移动鼠标或者点击鼠标按钮，鼠标返回到全运行模式。在Casebolt的申请中，采用一种电容感测系统和方法，以便可靠地和有 效地感测是否存在和数据输入器件接触或者相邻近的物体或体部分。Casebolt的专利申请包括位于电子器件的机壳内的电容感测系 统，该系统感测是否有东西接触或邻近该电子器件，并且当有东西接 触或邻近该电子器件时产生接通状态(ON)的信号，而当不存在和该 电子器件接触或邻近它的东西时产生断开状态(OFF)信号。在有效 状态下，鼠标的每个子系统被供电并且处于全操作状态。仅当感测算 法产生指示用户的手接触或邻近鼠标的接通状态时才出现有效状态。 用户的手不存在造成产生断开标志。 一旦伴随着该感测算法的接通状 态而判定该有效状态中鼠标持续不活动，状态机跃迁到空闲状态。空 闲状态下，系统在停机和有效状态条件之间循环。 一旦出现断开信号， 状态机从空闲状态跃迁到停机状态。替代地，如果在另一个时段例如 30秒不出现鼠标移动，状态机跃迁到延长的空闲状态。正像空闲状态 一样，在延长的空闲状态下，系统在停机状态和有效状态条件之间循 环，但是每次循环中停机的时间较长。还存在信标状态，其指示用户 拾起鼠标离开它的支承表面，在此情况下，跟踪光源按减小的速率闪 光。图7是电容接近感测系统的示意图。Junod的专利申请公开No. U.S. 2002/0126094涉及一种带有容性 天线的输入器件。设置一个手持检测电路，其利用天线检测人的手接 近输入器件的机壳，并产生手检测信号作为响应。为了节约功率对该 电子电路设置睡眠模式。该手检测信号会把该输入器件从睡眠模式唤 醒。该输入器件可以是指点器件，例如鼠标。无线鼠标使用电池和天 线以对与计算机连接的接收单元发送。 一种限制功耗的策略是活动监 视方法。在活动监视方法中，以周期方式启动某种监视活动以验证用 户不以任何方式请求该器件。如果检测到活动，该器件恢复有效状态。
在此方法中，由于二个活动监视阶段之间的长空闲时间，实现了电池 节约。另外，存在中断方法，该方法依赖在器件微控制器中找到的中 断输入。当该输入被断言时激励内置唤醒电路，该电路把部件从功耗 较低的空闲状态带回到有效模式。当该器件空闲时，该唤醒电路是有 效的并且需要一定量的功率。在此配置下，输入中断# 连接到一个用 户为了激励和唤醒该器件必须按下的开关。Jimod认识到，在利用光学模块检测从表面反射的光以判定鼠标 移动的新鼠标中，功耗问题是特别麻烦的。当这种器件为无线时，具 有可持续几个月以上的电池是困难的。手检测器件可以采用电容检测。 图2A、 2B、 5、 6和7示出用来检测鼠标上存在人手的容性结构。Frederick的专利(美国专利No. 5，990，868号)涉及一种用来在 位于无线数据输入器件内的指点器件中实现功率节约的设备。该无线 遥控输入器件包含一个跟踪球。该器件处还包括一个功率管理装置， 用于通过监视该遥控输入器件上使用的跟踪球的状态和活动来管理电 源的功率。图4示出操作该功率管理系统的流程图。该功率管理系统 包括一个连续检查跟踪球活动的有效监视装置。该功率管理包括几个 睡眠等级。该器件根据器件已空闲的时间量选择睡眠等级。预选等级 为三种等级，即1)跟踪球是否已空闲20秒以上，2)跟踪球是否已 空闲IO分钟以上，或者3)跟踪球是否已空闲30分钟以上。根据空 闲的具体等级，该系统对该微器件断电。操作该器件的方法判定跟踪 球指点器件是有效、空闲或是睡眠，接着根据该跟踪球指点器件的空 闲时间选择某个等级，然后通过根据睡眠等级缩短对跟踪球指点器件 的监视来降低该遥控器使用的功率。通过感测用户输入或者通过确定 已按下按钮，该方法自动地确定该跟踪球指点器件的活动。Dandliker的专利(美国专利No. 5,729,009)涉及一种为和个人计算机一起使用的光学指点器件产生伪正弦信号的方法。指点器件的 最常见形式是电子鼠标，第二常见形式是跟踪球。大多数电子鼠标利 用机械方法，其中一个球位于鼠标的下侧，并且当鼠标移动时该球在 参照表面例如桌面上滚动。
光学鼠标是不同的。图7A是操作鼠标或其它指点器件的流程图。 该处理判定睡B民模式是否合适，若合适，电子电路进入睡眠模式，直 至周期性中断例程中检测到移动或者出现超时。若不合适，该处理判 定鼠标是否在运动。若不是，启动睡眠模式。若鼠标在运动，计算移 动。Barraza的专利(美国No. 5，812，085 )涉及一种用来操作可控部 件例如TV、计算机PC、 VCR或数字卫星系统的遥控器。该手持控 制器件例如空中鼠标(air mouse)带有微处理器。为了节约电池功率， 该微处理器可以从实现该空中鼠标的功能的高功率觉醒状态切换到低 功率睡眠状态。通过利用形成了控制该微处理器的觉醒/睡眠状态的开 关的导电外表面来节约功率。用户在手中一根手指放在导电控制按钮 的状态下握着该遥控器件唤醒该微处理器。 一旦用户的手在遥控器件 上从其操作位置移开，微处理器就进入睡眠状态。Walker的专利(美国专利No. 5，874，942 )涉及传感器数据处理。 该专利公开了一种处理来自于利用姿态感测的操纵杆型器件的数据的 系统，该器件具有自动功率减小。可以从鼠标型器件产生传感器数据。 嵌入在处理器内的固件完成包括自动睡眠的功率管理。总功耗减少的 主要因素是对传感器数据的冗余分析。简言之，如果相继的数据采样 是冗余的，则不必发送冗余采样。非冗余数据会去激励冗余模式。采 用各种不同等级的模式。仅在检测到极端冗余后才激励等级4模式。 极端时段为大约5到IO分钟，这意味着操作员已结束该器件的使用。 该模式称为"自动睡眠"，并不需要一个断开开关，其隐含的意义是要 求操作员记着恰当地使用它。当该器件睡眠时，微处理器处于减小其 电流消耗的停止模式。由于已经达到先前的冗余等级，已经对所有其 它构件减少功率供应。来自点火按钮的控制信号刺激对微控制器的中 断，这使它历经对所有其它电路重新供电的唤醒过程。带有导电球结构的运动/倾斜检测器是已知的。美国专利/申请No. 6,339,199、 6,087,936、 5,837、 951、 4,766.27、 5,209,343、 4,293,860、 3,752,945、 3，619，524和5，030，955在此范畴内。Chou的专利(美国专利No. 6，339，199)涉及一种倾斜开关(tilt switch),其包括一个限定滚动区的中央电接触部件。 一个导电球部件 可在该滚动区上滚动。 一个导电壳部件为该球件限定空间。存在第一 电接触端子并且该导电壳具有和该第一电接触端子电接触的第二电接 触端子。当该滚动区倾斜时，由于重力该球部件运动以和该壳部件的 内表面接触，从而在中央电接触部件和该第一接触端子之间建立电气 连接。该倾斜开关安装在诸如电路板的支承30上。在图1中用附图标 记32示出该中央电接触部件。导电球部件20是用铜材料做成的，并 且可以在中央电接触部件32的滚动表面上滚动。第一电接触端子用附 图标记311示出(图2)，并且具有二个这样的端子。导电壳部件10 具有一对在图3中示出的第二电接触端子17。设置导电焊接材料以使 第二电接触端子17的端脚14和笫一电接触端子311电气互连。 一旦 该滚动区相对水平面倾斜，由于重力球部件20运动，以和内圆周表面 122接触，从而建立中央电接触部件32和第一电接触端子311之间的 电气连接。Woods的专利(美国专利No. 6,087,936)涉及一种区分各种振动 原因的振动传感器。该振动传感器包括一个位于要在其中运动的腔内 的导电球。该球同时和至少一个隔开的导电触点以及一个电极接触， 从而该球连接振动监视系统的第一和第二端子以允许在这二个端子之 间传送电信号。当该球在该腔内运动时它和不同的触点接触。该振动 传感器不仅通过球感测某个触点的打开和/或关闭，而且还感测其它特 征，例如球的位置、速度和轨迹，以及球回到它的平衡位置上花费的 时间。这样，确定区别各种振动原因的振动的幅值、持续时间和/或其 它特征，以减少虚假报警。Kato的专利(美国专利No. 5,837,951 )涉及一种和自动截止阀一 起使用的惯性切换器件和加速度响应器件，该自动截止阈带有集成微 计算机并应用于酸性气体设备和商用丙烷气体设备，或者安装在油槽 加热器、燃气器具和电气设备的控制器件上，用来检测诸如地震的振 荡，以对该自动截止阈或控制器件提供检测信号。因此，Kato专利的
器件是一种地震敏感器件。该地震敏感器件包括机壳2和用导电材料 例如金属做成的头部3。接触板7充当固定的触点并固定在端销6的 一端。接触板7具有多个从它中央规则延伸并且具备足够弹性的羽状 部分7A。导电实心惯性球8充当可动触点并且包含在机壳2内。机壳 2的底部2A包括一个斜面。该斜面是一个通过按倾斜2C转动图l中 所示的一条直线得到的锥面。机壳2的底部2B带有一个中央凹槽2A， 在受到预定振幅的振荡之前该凹槽充当保持惯性球8就位的支承座部 分。在操作中，当在正常姿态下静止时该惯性球停在该凹槽上。在此 状态下，惯性球8定位成离开该接触板。当受到振荡时，在达到取决 于惯性球和凹槽的半径的预定振荡加速度强度值之前，惯性球8保持 停在凹槽2A上。当达到该预定的振荡加速度强度值时，使得惯性球8 移出凹槽2A，在机壳2的底部表面2B上滚动。当在底部表面2B上 滚动时，该惯性球和接触板7的羽状部分7A接触。由此，通过端销6、 接触板7、惯性球8、机壳2和头部3形成一条电通路。所产生的电信 号提供到各种报警器件或控制器件，从而诸如自动截止阈的保护器件 或者燃气器具的控制器件被操作成防止因地震而发生火灾。在图22 中示出的实施例中，接触板和羽状部分位于球49的下方，而不是在球 的上方。Hemann的专利(美国专利No. 4,766,275 )是一种运动感测开关， 其中导电球可在腔内移动，该腔是由限定柱形腔的基础部件和封闭部 件限定的，以形成和断开第一电势下的顶部和底部接触部件与另一电 势下的侧壁触点之间的电气接触。Romano的专利(美国专利No. 5,209,343)涉及一种电子倾斜开 关。该倾斜开关具有至少一个在机壳内自由运动的重块。当重块移动 时它靠着端子，并且通过重块一个端子电气上和另一个端子导通，从 而形成完整电路。该自由移动的重块可以是一个圆的重块，例如是单 个金属球。该导电球30可以用高密度材料例如铅、钢等制造，并且可 以包括例如铜、镍或金的镀层以提高表面导电率。机壳12填充着惰性 气体32，例如氮、氖等。惰性气体32对导电球30提供不腐蚀环境，
以防止氧化、蚀斑以及其它电触点常见的腐蚀。可以通过抽掉机壳内 所有气体或者对机壳充填低粘性不导电液体例如硅油，从而在机壳内 形成不腐蚀环境。Iwata的专利(美国专利No. 4，293，860 )涉及一种用于车辆的天 线报警组件。该组件提供报警以防止安装在车辆例如轿车上的天线被 盗。该组件包括一个用电子方式检测任何振动的振动检测器，以及一 个操作成响应检测出施加到天线机壳或车身的振动而产生报警的报警 电路。该振动检测器包括安装在该机壳的底板上的并且由第一和第二 电极构成的印制电路板。该振动检测器还包括一个以可滚动的方式置 于该印制电路板上的导电球体36。当该球体响应施加到该机壳的振动 而在该印制电路板上移动时，电源两端的电路连接被反复接通和断开， 以产生操作该报警电路的脉冲信号。该第一和第二电极以及球36 —起 构成振动检测器。Achterberg的专利(美国专利No. 3,752,945 )涉及一种交流接触 开关，其通过倾斜和转动该开关产生切换脉冲。存在一个带有金字塔 状锥形内表面的导电环， 一个盖板，以及一个可通过倾斜该开关释放 的、从而在由该环和该盖板表示的表面之间滚动的滚动球。球4由导 电材料做成并且提供电接触装置。Gillund的专利(美国专利No. 3,619,524 )涉及一种传感器。该传 感器包括一个具有带孔的平基壁和接触板的柱形机壳。 一块磁体安装 在该基壁上并定位成和该孔垂直。该磁体的磁通以就座关系把一个球 保持在该带孔的板的开口所提供的球座上。该磁铁用附图标记22示 出。球28为导磁材料。 一系列沿圆周彼此相邻隔开的轴向锥形弹簧指 36大致相对于环34和球座26径向延伸。各弹簧指的最接近部分在部 分38处一起结合到环34上，并且按对表面30的重叠角度间隔关系悬 臂式伸出这些弹黃指。Durst的专利(美国专利No. 5,030,955)涉及一种带有功能选择 器件的遥控发送器，该选择器件包括一个用来选择功能的光操作倾斜 开关。该遥控发送器可用于在电视机的屏幕上沿垂直方向上、下以及 沿水平方向往、复移动光标。该倾斜开关器件位于机壳内，并且根据机壳的倾斜发送四种不同的选择信号向前、向后、向左和向右。参 照图3，存在一个凹槽20。在凹槽20的各边上有一个窄接触部件22 并且其右侧和左侧有一个较宽的接触部件触点23。在图4a和4b中更 好示出的球24具有一个高度导电的表面25。该球典型地坐在中间接 触部件22上。当该遥控发送器在一个方向上倾斜时，该球会沿着各边 滚动，从而该球会连接二个接触部件23。用于运动检测器的电路在美国专利号/申请号No. 5,493,538、 4,980,575、 4，688，025、 4，196，429、 3，742，478、 3，733，447和2002/0014971 中公开。Bergman的专利(美国专利No. 5,493,538 )涉及一种跃迁检测电 路。通过用于检测各输入之间的差的检测电路来设定锁存电路。按预 定时段延迟一个输入。该锁存电路的输出被反相并通过延迟电路延迟， 然后复位该锁存电路。图9示出一种延迟电路。Schenkel的专利(美国专利No. 4，980，573 )涉及一种运动传感器 和检测系统。图7中示出的检测电路与一个传感器相关联，以便提供 对其上设置该传感器和该检测电路的结构感测到的运动的电输出指 示。该传感器是以附图标记32、 34、 36和38示出的。当部件36和 38彼此接触时，线路52电连接到电池的负极端。当这二个部件分开 时，通过电阻器54把线路52的电压电平拉到电池电压V+,其中电阻 器54具有非常大的电阻值，从而当线路52接地时通过该电阻器的电 流最小。当该运动传感器静止时，部件36和38是稳态的，并且会彼 此接触或分开。从而，线路52会为固定电压电平(地或V+)。当存在 运动时，这些部件处于随机运动，有时接触有时分开。这会造成线路 52在V+和地之间切换。为了检测运动该系统包括跃迁检测器56、锁 存器58、计时器60和模拟开关62。该系统还在线路64上配备时钟信 号。Frank的专利(美国专利No. 4,688,025)涉及一种移动传感器。 图5示出该移动传感器100,其包括一个由圆形剖面侧壁102和二个
端壁104 (图5中只示出一个端壁)形成的柱形容器。该封闭的容器 容纳一个用导电材料做成的球106。侧壁102用导电材料做成或者替 代地在其表面上具有导电层。每个端壁104在它的内表面上具有导电 区108和110。区108的形状为一个带有多个径向向内延伸的接触臂 112的环。区110的形状为一个带有多个和臂112成交叉指型的径向 向外延伸的接触臂114的环。球106会在它的表面的一部分与侧壁102 接触并且另一部分与臂112或114中任一个接触的情况下停住，或者 停在一对这样的臂之间的空间中。传感器100的移动会造成该球滚动， 同时保持和侧壁102的接触，从而球106相继地与对应的臂112和114 接触。该传感器在任何平面中操作。图2是该移动传感器电路的示意 图。图3示出一种可充当图2中的延迟电路22、 24和36的延迟电路。Davis的专利(美国专利No. 4,196,429)涉及一种运动检测器。 交叉指部件的阵列在空间上彼此填隙，其中该阵列中的相间的部件连 接到第一导体，并且该阵列中的其余的部件连接到第二导体。 一个例 如金属球的导电部件可在该阵列的面积上二维地自由运动，从而当它 运动时电耦合和去耦合相邻的部件。 一个电路连接在第一和第二导体 之间，并且检测当该球在这些部件上移动时相邻部件间的电触点的耦 合和/或去耦合。另外，该电路检测正在检测的耦合和/或去耦合的频 率，以指示预定的运动或者不存在运动。图IO是和该运动检测器一起 使用的感测电路的示意图。图10中示出的电路含有一个通常称为"六 角倒相器"緩冲放大器电路的电路。灵敏性是由球和导体宽度及间距 的特殊关系决定的。Johnson的专利(美国专利No. 3,742,478)涉及一种电路板运动 敏感开关。该运动敏感开关包括一个定位成在一印制电路板的表面上 自由滚动的钢球，该电路板具有三个按例如图4中示出的空间关系定 位在其上的分离的电路。即使该开关轻微运动，该钢球也从一个电路 滚动到另一个电路，造成或断开连接，从而发生报警。另外，在图5 中示出一个电路。仅当该钢球和二个电路连接从而对一个电容充电， 并且接着该球滚动以和一对不同的电路接触从而使该电容器对一个报
警继电器42放电时，才发出报警声。该运动敏感开关造成电容器32 被充电。开关板14的造成该球滚动到建立电路27和26之间的接触的 新位置上的任何扰动会使电容器32对电路26放电。电路26中的电流 提供给可控硅整流器38的控制极，从而使可控硅整流器38导通。经 可控硅整流器36和38电流流到继电器42，该继电器转而激励无线电 发射器以向带有适当无线电接收器的远程报警台发送信号。
Schneider Jr.的专利(美国专利No. 3,733,447)涉及一种带有印 制电路和可运动球触点的倾斜响应惯性开关。该开关包括一个当开关 倾斜时运动的导电球。该球瞬间闭合接触端子装置。图l是带有接触 端子的印制电路板开关的视图。印制电路板盘10带有在其上蚀刻或沉 积的饼状导电接触端子部分ll、 lla、 llb、 llc、 lld、 lle、 llf和llg。 通过径向槽12这些饼状导体彼此隔开和绝缘。通过连接导线14表面 13a和接触端子lla、 llc、 lle和llg连接。通过公用导体15第二表 面13b和接触端子llb、 lld、 llf和ll连接。 一对饼状分段印制电路 板并联连接并且通过一条绝缘圆形道彼此分隔开。在这二个电路板的 每一个上，电导体和相邻的饼状分段连接。 一个导电球位于二个平行 的分段部分的中间。
Ferraro的美国专利申请公开No. 2002/0014911涉及一种泛光照 明灯移除方向报警。这种灯设计成若触发运动检测器并且环境光线低 时自动接通。另外，如果任何泛光照明灯和插座从其位置上移动，则 检测这样的事件。图7示出带有传感器开关S3和S4的报警触发电路。 该触发电路检测任何试图的损害。报警122维持由延迟计时器124决 定的一段时间。另外，在人工断开之前一个指示灯或发光二极管(LED ) 保持接通，以指示触发了报警122。用于这二个传感器开关的信号调 整电路包括电阻器Rl、电容器C2和Schmidt触发反相器。
图14示出一种运动检测器的硬件实现，该检测器通过和它们的初 始状态(打开或闭合)无关地检测二个单刀单掷倾斜开关801和802 中之一或二者的跃迁状态来进行工作。该事件储存在一个触发器中并 用于设置报警
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于在其内部带有能感测运动以产 生触发信号的印制电路板的器件的系统。本发明的另一个目的是为诸如鼠标的输入提供减小功耗并且明显 改进电池寿命的唤醒系统。本发明的又一个目的是提供一种诸如无线光学鼠标的、带有机械 运动传感器和低功率唤醒电路的输入器件。本发明的一个目的是提供一种和睡眠状态下电流小于10p安的输入器件一起使用的运动传感器和唤醒电路。本发明的再一个目的是提供一种非常灵敏的、并且可以检测量级为10ns或更大的非常快速打开和闭合的电开关的运动传感器。另外，本发明的目的是提供一种唤醒系统，其是一种检测电开关 从打开到闭合或者从闭合到打开的状态改变的静态器件。本发明的另一个目的是提供一种可以和光学鼠标一起使用的唤醒 系统，其中该光学鼠标不包括可以用来检测何时用户为了唤醒它而移 动或摇摆该鼠标的移动部件。本发明的另一个目的提供一种包括直接放在鼠标内的、并且安装 在印制电路板上的、非常小的运动传感器的唤醒系统。本发明的又一个目的是提供一种用于不受到腐蚀的输入器件的唤 醒系统。本发明再一个目的是提供一种可以在制造期间调整运动传感器的 灵敏度的唤醒系统。本发明的这些以及其它目的是通过为其内部具有印制电路板的器 件提供一种系统实现的，该系统包括安装在该输入器件内的印制电 路板上的运动传感器，该运动传感器具有运动信号输出；以及和该运 动信号输出连接并且具有触发信号输出的检测电路。该系统可以是唤 醒系统，并且该器件可以是输入器件。该触发信号输出可以是唤醒信 号输出。
在一优选实施例中，提供机械运动传感器。在另一优选实施例中，提供一种输入器件，其包括印制电路板； 在该输入器件内安装在该印制电路板上的运动传感器，该运动传感器 具有运动信号输出；以及一个响应该运动信号并具有唤醒信号输出的 检测电路。本发明涉及一种用于唤醒其内部带有印制电路板的输入器件的方 法，该方法包括直接在该印制电路板上安装一个运动传感器；从该 运动传感器输出运动信号；设置响应该运动信号的检测电路；以及， 对该输入器件的电路输出来自该检测电路的唤醒信号，以唤醒该输入 器件。从下面结合附图和权利要求书对优选实施例的说明，会更容易清 楚本发明的上述以及其它目的、方面、特征和优点。


本发明是通过附图中的例子但不作为限制示出的，附图中类似的 附图标记代表类似的和对应的部分，附图中图l是依据本发明的运动传感器的剖面图；图2A是一个部分剖面图，其示出建立闭合电路时图1的运动传 感器的导电球触点的位置；图2B是图1和2A的运动传感器的部分剖面图，其示出存在开路 电路时导电球触点的位置；图3是依据本发明的第二实施例的运动传感器的剖面图，其中 PCB中不存在固定静止触点的洞；图4A是图3的运动传感器的部分剖面图，示出在建立闭合电路 情况下导电球触点的位置；图4B是图3和4A的运动传感器的部分剖面图，示出存在开路电 路时导电球触点的位置；图5是依据本发明的运动传感器的顶视图，示出如何取图1到4B 的剖面；
图6包括四张图图6A示出其中存在二个静止触点的静止触点的接触图案； 图6B示出存在四个静止触点的接触图案； 图6C示出存在六个静止触点的接触图案； 图6D示出存在八个静止触点的接触图案；图7示出依据本发明的第一实施例，包括运动传感器以及包含运 动检测器及信号处理电路的检测电路的唤醒系统；以及 图8示出该检测电路的运动检测器的笫二实施例。
具体实施方式
本发明是一种在诸如无线光学鼠标的输入器件中使用的机械运动 传感器和低功率唤醒电路，其减小功耗并且明显改善电池寿命。和现 有技术中睡眠模式下的手传感器容性开关相比，本发明节约电流消耗。 如前面描述那样，即使在睡眠模式下这种现有技术的容性开关也使用 高达250到350pA的电流。相对比而言，本发明在睡眠模式下只使用 5-8pA的电流。这样，电池寿命得到延长。参照图7，其示出依据本发明第一实施例的用于内部带有印制电 路板的输入器件的唤醒系统。该唤醒系统包括一个安装在诸如鼠标的 输入器件内的印制电路板上的运动传感器1。该输入器件可以是光学 无线鼠标。该运动传感器具有运动信号输出2。该唤醒系统还包括和该运动 信号输出连接的检测电路3。另外，该检测电路3具有触发信号输出。 在该示出的实施例中，该触发信号输出是唤醒信号输出4。图l示出运动传感器l。图l是沿图5的线A-A取的该运动传感 器的剖面图。图1示出容纳导电球触点6的传感器机壳5。该机壳5 安装在诸如光学无线鼠标的输入器件的印制电路板7上。印制电路板 7直接在其上安装静止触点8。如图所示，静止触点8和印制电路板7 具有一个洞9，该洞帮助定位该导电球触点6以形成闭合电路。该运 动传感器的机壳5密封印制电路板7。如图所示，该密封包括O形圏。
但是，可以采用任何类型的排出潮气的有效密封。由此，可以替代地 采用使用胶的密封。
静止触点8和/或印制电路板7的表面可以倾斜以便进一步帮助定 位导电球触点以形成闭路电路。在图l中未示出该倾斜角。
图2A和2B是图1的运动传感器的部分剖面图，示出闭合和开路 电路位置下该导电球触点的位置。更具体地，图2A示出当图7中示 出的端子A和B之间存在闭合电路时该导电球触点的位置。相反，图 2B示出图7中的端子A和B之间存在开路电路时该导电球触点的位 置。
图3是本发明的另一实施例的运动传感器的剖面图。图3中示出 的实施例和图1中示出的实施例不同在于它在印制电路板7上没有 洞。在静止触点8中存在一个孔19。该静止触点面和/或印制电路板7 的表面可以朝该运动传感器的中心倾斜，以帮助定位该导电球触点而 形成闭合电路。图中未示出该倾斜角。
图4A和4B是图3的运动传感器的部分剖面图，示出闭合和开路 电路位置下该导电球触点的位置。更具体地，图4A示出当图7中示 出的端子A和B之间存在闭合电路时该导电球触点的位置。相反，图 4B示出当图7中的端子A和B之间存在开路电路时该导电球接点的 位置。
图5是本发明的运动传感器1的平面图。该运动传感器直接安装 在鼠标或其它输入器件的印制电路板上。如用虚线示出那样，可以看 到静止触点的图案。参照图6更详细讨论该图案。图1、 2A、 2B、 3、 4A和4B的剖面图是沿图5的线A-A取的。
图6示出静止触点和触点极性的图案。图6中示出的每个触点不 论极性为1或为2,构成图7中所示的用于运动传感器1的端子B。 可以存在任何数量的和运动传感器的端子B连接的静止触点。图6示 出四种分别具有排列在一个圆中类似于饼的各块的2、 4、 6和8个静 止触点的变型。在图6A中，存在二个静止触点。在图6B中，存在四 个静止触点。在图6C中，存在六个静止触点。在图6D中，存在八个
静止触点。图1和图3中示出的运动传感器的实施例可以具有图6中 所示的任一种触点图案变型。传感器触点图案中静止触点越多，该传 感器越灵敏。但是，如果希望有更多的静止触点，可能影响传感器的 尺寸。
本发明的运动传感器1可能小到象米粒那么大或者大得多。在一 种样机中，运动传感器l的直径为四分之一英寸。运动传感器l直接 放在鼠标内的PCB上，因此它必须是小的。
本发明是一种带有球触点6的微型运动传感器。更具体地说，在 鼠标内的PCB上存在导电球触点6和静止触点8。运动传感器1的机 壳5是密封的。根据用户运动施加的小力，导电球触点6和静止触点 8形成的电开关断开或闭合。通过图7中示出的电路检测该开关断开 或闭合的状态改变。该开关断开和闭合时形成的尖峰被称为要识別的 唤醒噪声。产生唤醒信号4并且该输入器件的微处理器唤醒该输入器 件。运动传感器l可以如图l、 2A和2B所示具有一个导电触点6可 装配在其中央的洞，或者如图3、 4A和4B中所示接触板8可简单地 具有一个孔19。即使鼠标位于倾斜面上，运动传感器l也会正确地操 作。
运动传感器1的灵敏度是可调整的。在许多情况下鼠标可以靠近 造成振动的另一个设备。在这样的情况下，希望鼠标不要检测这种运 动并且不进入有效模式，因为否则的话会不必要地消耗功率。由此， 不希望感测这种类型的振动。相应地，必须在制造期间调整运动传感 器1的灵敏度，以响应和用户为了唤醒鼠标上下或左右移动鼠标或者 摇摆鼠标相关联的适当类型的振动。可以通过调整洞(9或19)的尺 寸、球触点6的尺寸、球触点6的重量或质量、静止触点8的倾斜或 者球触点6的导电率来调整该灵敏度。
导电球触点6最好是镀金金属球。任何导电材料总得来讲是可行 的。试验表明，纯铜对于获得要被检测以指示要唤醒鼠标的尖峰是不 够灵敏的，从而不是优选材料。另外，还确定铜和黄铜(65%的铜和 35%的锡)具有腐蚀问题。运动传感器1还包括直接位于鼠标的印制
电路上的镀金的铜制传感器静止触点。运动传感器1的外壳5是密封 的。如图1和3中所示，存在橡胶O形圏。但是，可以采用任何类型 的密封，例如胶的密封。为了避免灰尘和潮湿需要进行密封。潮湿造 成腐蚀问题。这样，密封的机壳5、镀金金属球触点6以及镀金传感 器静止触点是优选的。
如图7中所示，运动传感器1在运动信号输出端2输出运动信号。 检测电路3从该运动信号输出端接收该信号，并产生从输出端4输出 的唤醒信号。检测电路3检测包括导电球触点6和静止触点8的电气 开关是否断开或闭合的状态改变。更具体地，检测电路3是由运动检 测器20和信号处理电路30组成的。运动检测器20判定是否存在运动 传感器开关1的打开或闭合状态的改变。信号处理电路30包括一个形 成特定电平的信号(例如特定持续时间的低脉冲)的锁存电路，该信 号用于唤醒微处理器并且由此唤醒该器件。该电路是非常灵敏的。甚 至可以检测到该运动传感器按数量级10ns或更快地进行开关的非常 迅速的断开或闭合。该电路使用非常少的功率，因为当开关不改变状 态(断开或闭合)时它是一个静态器件。若该开关闭合，由于通过电 阻R4的少量的耗用电流，它使用少量的功率。总的来讲，该电路使 用少于8^A的电流，这远远小于市场上的任何电流鼠标唤醒电路。这 在保持电池寿命上是重要的。在静态条件下，例如鼠标整夜放置在桌 上，该电路对于保存电池寿命非常有效。，
检测电路3的运动检测器20包括二个串联的反相器U9A和U9B。 另夕卜，由电阻R4、R5、R6和R1组成的电阻结构上拉到电压电源VCC。 此外，使用了电容C1。这些元件构成运动检测器20的上部。运动检 测器20还包括由反相器U9C和电容C2组成的下部。该图的上部用 于检测何时该电开关闭合，该图的下部用于检测何时开关打开。更具 体地，当该开关闭合时，最终结果是在第二反相器U9B的输出端24 处存在低电压。该低信号是线路PR上对信号处理电路30的锁存器 U6A的输入。更详细地，当运动传感器1开关闭合时，电容C1放电， 并且反相器U9A的输入端21变成低电平。接着，反相器U9A的端子
22变成高电平，并且反相器U9B的输入端23变成高电平，从而在反 相器U9B的端子24处产生低输入。电容Cl停止排出电流并且反相 器U9B的输出在端子24处变成高电平。因此，信号处理电路30的锁 存器U6A的端子PR重新变成高电平。
当运动传感器开关打开时，运动检测器20的下部反向操作。更具 体地说，当该开关打开时，信号处理电路30的锁存器U6A的输入端 PR变成低电平，而锁存器U6A的输出Q变成高电平，但只是短时地。 电阻R9和反相器输出Q连接。电容C2充满电，并且输入PR回到高 电平，从而在不排出电流的情况下达到稳态。信号处理电路30的晶体 管Ql响应锁存器U6A的输出Q以反相该脉冲，从而形成唤醒信号。 换言之，当来自锁存器U6A的Q输出信号是高脉冲时，来自晶体管 Ql的输出是低脉冲。
反相器9A-9D都在单个封装上。
图8示出检测电路3的一种替代运动检测器。该替代运动检测器 40比图7中示出的运动检测器20具有较少的反相器，和图7示出的 用于需要放大并反相脉冲的信号处理的鼠标电路设计的运动检测器 20相反，运动检测器40用于可检测低信号的鼠标电路设计。图8的 运动检测器是结合例如如图7中所示的信号处理电路30使用的。
图8的运动检测器40包括具有包含输入端41和输出端42的反相 器U10A的上部。运动检测器40的上部还包括上拉到电源电压VCC 的电阻R4、 R5和R1。另外，存在和反相器U10A串联的电容C1。 该电路的输出来自反相器U10A的输出端42。运动检测器40还具有 包含反相器U9C和电容C2的下部。
除其它器件外，该唤醒电路可以唤醒微处理器或者唤醒DC-DC 转换器。在一实施例中，该唤醒电路可以内置于DC-DC转换器中， 并且能"启动"或者唤醒该DC-DC转换器。接着该DC-DC转换器对 微处理器供电，以唤醒后者。如果该微处理器再次进入睡眠，它禁用 该DC-DC转换器，由此切断它自己的电源。该运动传感器和检测电 路可以再次唤醒它。本发明还涉及一种包含所讨论的带有运动传感器的唤醒系统的输 入器件例如鼠标。此外，本发明还涉及一种唤醒其内部具有印制电路 板的输入器件例如鼠标的方法。该方法包括直接把运动传感器安装在 输入器件的印制电路板上。从该运动传感器输出运动信号，设置响应 该运动信号的检测电路，以及对该输入器件的电路输出唤醒信号以唤 醒该输入器件。该方法还涉及该输入器件包含微处理器，并且该微处 理器响应来自该检测电路的唤醒信号唤醒该输入器件。尽管参照优选实施例说明了本发明，但本领域技术人员清楚，可 存在本发明的精神和范围内的变型和修改。可利用触发信号输出来触 发事件，而不是唤醒电路或微处理器。它可能是接通或断开某东西。 该器件可以是除了输入器件例如遥控器之外的其他器件。优选实施例 的图和说明是作为例子做出的，而不是为了限制本发明的范围，并且 意图使本发明的精神和范围覆盖所有这些改变和修改。
权利要求
1. 一种用于其内部具有印制电路板的器件的系统，包括 安装在所述器件内的所述印制电路板上的运动传感器，所述运动传感器具有运动信号输出；以及和所述运动信号输出连接并且具有触发信号输出的检测电路。
2，权利要求l的系统，其中所述系统是唤醒系统。
3. 权利要求2的唤醒系统，其中所述触发信号输出是唤醒信号输出。
4. 权利要求2的唤醒系统，其中所述器件是输入器件。
5. 权利要求l的系统，其中所述运动传感器是机械运动传感器。
6. 权利要求5的系统，其中所述运动传感器是倾斜传感器。
7. 如权利要求4的唤醒系统，其中所迷输入器件是鼠标。
8. 权利要求7的唤醒系统，其中所述鼠标是光学鼠标。
9. 权利要求4的唤醒系统，其中所述输入器件是无线的。
10. 权利要求6的系统，其中所述倾斜传感器包含电气开关，该 开关包含球触点；以及在所述印制电路板上的至少一个静止触点。
11. 权利要求10的系统，其中所述静止触点印在所述印制电路板上。
12. 权利要求10的系统，其中所述静止触点具有一个位于中心的洞。
13. 权利要求10的系统，其中静止触点具有朝向它的中心的倾斜面。
14. 权利要求10的系统，其中制造期间可调节所述倾斜传感器的 灵敏度。
15. 权利要求14的系统，其中通过该洞的尺寸调节所述倾斜传感 器的灵敏度。
16. 权利要求14的系统，其中可以通过球触点的尺寸调节所述倾 斜传感器的灵敏度。
17. 权利要求14的系统，其中可以通过球触点的重量调节所述倾 斜传感器的灵敏度。
18. 权利要求14的系统，其中可通过球触点的导电率调整所述倾 斜传感器的灵敏度。
19. 权利要求10的系统，其中所述倾斜传感器包括多个静止触点。
20. 权利要求19的系统，其中按饼片形式排列该多个静止触点。
21. 权利要求19的系统，其中存在2个静止触点。
22. 权利要求19的系统，其中存在4个静止触点。
23. 权利要求19的系统，其中存在6个静止触点。
24. 权利要求19的系统，其中存在8个静止触点。
25. 权利要求10的系统，其中所述球触点是导电球。
26. 权利要求10的系统，其中所述球触点是镀金的。
27. 权利要求10的系统，其中所述静止触点是镀金的。
28. 权利要求l的系统，其中所述运动传感器还包括机壳并且所 述机壳是密封的。
29. 权利要求28的系统，其中用O形圏密封所述机壳。
30. 权利要求28的系统，其中用胶密封所述机壳。
31. 权利要求l的系统，其中所述运动传感器包括电气开关，并 且所述检测电路检测所述开关是断开还是闭合的状态改变。
32. 权利要求31的系统，其中所述检测电路包括 判定是否存在运动传感器开关的断开或闭合状态的改变的运动检测器；以及带有锁存电路的信号处理电路，其在一段时间内生成特定电平的 信号以生成唤醒信号。
33. 权利要求32的系统，其中所述检测电路的运动检测器包含二 个用来放大并反相来自该运动传感器的运动信号脉沖的反相器。
34. 权利要求32的系统，其中所述检测电路的运动检测器包括单个可以检测来自该运动传感器的低信号的信号反相器。
35. —种输入器件，包括 印制电路板；该输入器件内的安装在该印制电路板上的运动传感器，所述运动 传感器具有运动信号输出；以及响应所述运动信号并且具有唤醒信号输出的检测电路。
36. —种唤醒内部带有印制电路板的输入器件的方法，包括 把运动传感器直接安装在所述印制电路板上； 从所述运动传感器输出运动信号； 设置响应于所述运动信号的检测电路；以及从所述检测电路向所述输入器件的电路输出唤醒信号，以唤醒所 述输入器件。
37. 权利要求36的方法，其中所述输入器件还包括一个微处理器， 并且所述微处理器响应来自所述检测电路的所述唤醒信号唤醒该输入 器件。
全文摘要
用于内部带有电路板的输入器件的唤醒系统具有安装在该输入器件内的印制电路板上的运动传感器。该运动传感器具有运动信号输出，该唤醒系统还包括和该运动信号输出连接的检测电路。该检测电路具有唤醒信号输出。该输入器件可以是光学无线鼠标。该运动传感器可以是机械运动传感器例如带有球触点和静止触点的倾斜传感器。静止触点可直接印在该印制电路板上。球触点和静止触点形成一个电气开关并且是镀金的。球触点是导电的。为避免腐蚀可密封运动传感器。该检测电路检测由球触点和静止触点形成的电气开关是否改变断开或闭合状态。第一实施例可放大来自运动传感器的运动信号，第二实施例可检测来自运动传感器的低信号。还公开唤醒诸如鼠标的输入器件的方法以及包含该唤醒系统的输入器件。
文档编号G05F1/10GK101124621SQ200480037196
公开日2008年2月13日 申请日期2004年11月15日 优先权日2003年11月13日
发明者小迪恩·拉里·赖斯, 查尔斯·李·福布勒, 查特瑞·西塔拉塞伊, 武田敏贞, 约汉·郭 申请人:美蓓亚株式会社