专利名称：一种计算机键盘的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种计算机键盘，特别涉及一种具有带有内部时钟发生器的MCU芯片的计算机键盘。 技术背景随着计算机的普及和应用，计算机键盘也成为必不可少的设备，PS2键 盘如今已经被广泛地应用。同时，随着大量支持通用串行总线(USB)的个 人电脑(PC)的普及，USB逐步成为PC机的标准接口已经是大势所趋。在 主机(host)端，最新推出的PC机几乎100n/。支持USB;而在外设端，使用 USB接口的设备也与日俱增，因此USB键盘也得到了广泛的应用。这是由于 USB接口具有可以热插拔、标准统一、可以连接多种设备等诸多优点。因此， USB键盘也逐渐成为人们关注的焦点。对于任何一种类型的键盘，都包括一个键盘MCU (微控制器)芯片，用 于控制键盘的扫描等，以及与之相应的外围元器件，然后其与键盘PCB(印 刷电路板)进行焊接，从而构成一个完整的键盘。图1所示为PS2接口的键 盘结构图。其中包括MCU核、ROM以及一个用于提供时钟的振荡器，。其 中MCU核读取ROM中的指令集对键盘阵列进行扫描,其时钟由振荡器提供。 如图可以看出该振荡器包括芯片内部的一个放大器，其输入和输出电连接 到芯片上的PAD (焊盘)A、 B两个点，在与PCB进行焊接时，其分别焊接 到OSCI、 OSCO两个PIN (管脚)上，然后OSCI、 OSCO分别用一个电容 连接，电容的另一端连接到地，这种结构通过外部晶振提供时钟；本领域技 术人员可以理解，PS2键盘还可以通过RC振荡器提供时钟，如图2所示该 振荡器包括芯片内部的带偏置控制端的环形振荡器，其偏置控制端连接到芯片的PAD (焊盘)B点，在PCB进行焊接时，焊接到OSCO的PIN (管脚)， OSCO连接一个偏置控制电阻(R)到地，通过调节此电阻可以调整震荡频率， 这种结构通过RC振荡器提供的时钟频率，精度相对较低。对于现有技术的USB键盘来说，由于对时钟精度要求较高，因此必须使 用外部晶体振荡器作为时钟源。其MCU芯片内部还包括一个用于实现USB 功能的USBSIE (串行接口引擎)，其D+、 D-端分别与MCU核的clk和data 两个输出端相连接，从而输出DP一clk和DM—data。 MCU核与ROM相连。 对于USB键盘来说，由于对时钟精度要求较高，因此必须使用外部晶体振荡 器作为时钟源；另外，还需要加入LDO (线形稳压器)电路单元，用于提供 供电电源，这里为3.3V。由于LDO需要有一个PAD电连接一个外接电容到 地，因此与PS2键盘的PCB相比，已经有的USB键盘的PCB上需要增加一 个PIN供该PAD使用。因此如果按照该设计结构则需要提供额外的PCB。如上所述，由于USB接口的MCU与PS2接口的MCU在结构上有一定 的区别，因此如果要使用USB键盘就需要重新制造出与之相应的USB键盘 的PCB，这显然会造成一定的资源浪费，从而USB键盘的成本也相应地提高。 实用新型内容为达到上述目的，本实用新型提供了一种计算机键盘，包括一具有USB 通信功能的MCU芯片、与之相应的外围元器件、一PS2接口键盘PCB板， 所述MCU芯片以及与之相应的外围元器件焊接到所述PCB板上。其中，所述MCU芯片包括MCU内核、用于提供时钟的内部时钟发生器、用于 实现所述键盘与USB通信的SIE、用于存储指令的ROM、用于向MCU芯片 供电的LDO;所述MCU内核的DATA、 CLK端分别与SIE以及时钟发生器的D+、 D-端相连接；所述MCU芯片的DATA、 CLK端焊接到PCB板的CLK、 DATA的管脚上，所述LDO的输出端焊接到PCB板上的LDO输出管脚，之后LDO输出管脚连接一电容并接地。 其中，所述MCU芯片包括MCU内核、用于提供时钟的外部晶振、用于实现所 述键盘与USB通信的SIE、用于存储指令的ROM、用于向MCU芯片供电的所述MCU内核的DATA、 CLK端分别与SIE的D+、 D-端相连接，所述 MCU的DATA、 CLK端焊接到PCB板的CLK、 DATA的管脚上，所述LDO 不引出引线到PCB上，而是在所述MCU芯片内部直接接一 电容接地。其中，所述MCU芯片包括MCU内核、用于提供时钟的内部时钟发生器、用于 实现所述键盘与USB通信的SIE、用于存储指令的ROM、用于向MCU芯片 供电的LDO;所述MCU内核的DATA、 CLK端分别与SIE以及时钟发生器的D+、 D-端相连接，所述MCU的DATA、 CLK端焊接到PCB板的CLK、 DATA的管 脚上，所述LDO不引出引线悍接到PCB上，而是在所述MCU芯片内部直 接接一电容接地。本实用新型的计算机键盘能够使得USB键盘的MCU芯片焊接到原有的 PS2键盘的PCB板上，达到节省资源的效果。通过
以下结合附图对本实用新型优选实施方式的描述，本实用新型的其 他特点、目的和效果将变得更加清楚和易于理解。
图1所示为现有技术的PS2接口的第一种键盘结构图； 图2所示为现有技术的PS2接口的第二种键盘结构图； 图3本实用新型的具有内部时钟发生器的USB接口的键盘结构图；图4所示为本实用新型的具有内部时钟发生器的MCU电路原理图；图5所示为脉冲序列生成装置的结构框图；图6所示为高频时钟发生器结构图；图7所示为反相器链的电路原理图；图8所示为带隙基准源的结构图；图9所示为USB波形监测器结构图；图10所示为SYNC区域结构及C1、 C2所代表的时间长度； 图11所示为脉冲发生器的结构图；图12、图13、图14所示为当USB总线无翻转时，在三种不同情况下， 根据C1、 C2所记录的高频周期个数而生成的脉冲序列；图15所示为当USB总线翻转时，根据Cl、 C2所记录的高频周期个数 而生成的脉冲序列；图16所示为计数器3输出的脉冲序列。在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或 功能。具体实施例实施例一本实用新型其中一个实施例的MCU芯片通过将外部振荡器改为高精度 的内部时钟发生器，从而可以不使用OSCI和OSCO两个PIN，从而能够在 不修改PCB的条件下达到MCU芯片能够同时PS2、USB接口 PCB板的效果。图3示出了本实施例的USB键盘结构图，与现有技术相同的部分不再一 一赘述。可以看出，由于使用了内部时钟发生器，就可以使得原来的PS2键 盘的PCB上的两个PAD可用，从而LDO的输出能够焊接到A或B其中一 个焊点上。本实用新型的内部时钟发生器，包括以下三个部分，如图4所示高频时钟发生器；USB波形监测器；脉冲发生器。高频时钟发生器用于产生高频时钟信号，USB波形监测器用于接收高频时钟信号以及USB传输的差模串行信号D+、 D-， USB波形监测器用于识别正确地同步区域，并记录同步区域内高频时钟脉冲的个数；脉冲发生器依靠所记录的高频时钟周期的个数最终生成脉冲序列。其中，高频时钟发生器如图5所示，为一个环形振荡器，它包括 一个 反相器链和一个带隙基准源。反相器链由奇数个可调电流反向器组成，本实 施例中反相器链由11个可调电流反向器组成，如图6所示；带隙基准源还包括一个调节器，如图7所示，用来调节基准源的精度，使之保持在±10%以内。 高频时钟发生器的输出时钟优选地为大于50MHz，即周期Th小于20ns。USB波形监测器如图8所示，包括SYNC (同步)区域识别器、计数 器1和计数器2。由于USB传输数据是以差模串行信号(D+、 D-)为载体传送二进制代 码来传输信号，数据包作为最基本的完整信息单元，包含了一系列数据信息， 数据包包含很多个域。USB传输的数据包最先传送到的是一个SYNC(Synchronization Sequence,同步序列域)，SYNC用于本地时钟与输入信号 的同步，代表一个包的起始，位于每一个包的最开始处。SYNC的结构包括 逻辑K、 J两种状态，这两个数据状态是两个逻辑电平，在系统中，通常被用 来进行交换差分数据。逻辑K状态中，D+的逻辑电平值大于D-的逻辑电平 值，逻辑J状态中D+逻辑电平值小于D-的逻辑电平值，如图9所示。用高 频时钟发生器产生的高频时钟去采样SYNC区域内的D+， D-信号，根据K、 J两个状态内的信号来确定2个计数值C1、 C2，如图9所示。当K状态开始(D-下降延与D+上升延相交)时，计数器1和计数器2同时开始计数，直到 K状态结束(D-上升延与D+下降延相交)时，计数器1停止计数，计数值为 Cl;当下一个J状态结束(D-下降延与D+上升延相交)时，计数器2停止计 数，计数值为C2。SYNC (同步)区域识别器利用高频时钟监测信号的翻转，当其监测到信号连续六次翻转时，则认为USB传送的是正确的SYNC域，这时将正确的 CI和C2传送给脉冲发生器。这样，计数器1记录的CI为在一个K状态下的高频时钟周期的个数； 计数器2记录的C2为一个K状态和一个J状态下的高频时钟周期的个数。本领域技术人员可以理解，在识别SYNC区域时，用于采样K、 J两个 状态区域的时钟也可以使用高频时钟的分频时钟，只要在高频时钟的输出加 入分频器就可以得到分频时钟，不再赘述。CI所代表的时间长度为Tl=667ns (由于USB时钟频率为1.5MHz，其 对应的周期长度约为667ns)， C2所代表的时间长度为T2=2Tl=1.334ms。计 数器2计数可能会产生的误差不超过用于采样的一个高频时钟周期，即Th。 当用于采样的高频时钟为50MHz时，Th-20ns，则C2可能产生的误差百分比不大于^，即不大于1.5%。当采样时钟频率更高时，采样周期更短，误差 72也就越小。脉冲发生器利用计数值C1、 C2生成脉冲序列，如图IO所示。脉冲发生 器包括两个计数器，计数器3和计数器4。计数值C1输入到计数器3中，计 数值C2输入到计数器4中。两个计数器根据Cl, C2记录的高频周期个数确 定脉冲序列的周期，分别为Tpl=ClXTh, Tp2=C2XTh。根据USB状态的变化，生成的脉冲序列有以下几种情况-USB无翻转情况一，Tp2=2XTpl，艮卩C2-2XC1，生成的脉冲序列如图11所示。计 数器3根据C1的值，在脉冲序列开始时生成一段时间延迟Delay 1，然后生 成3个或3个以上脉冲，图中以生成4个脉冲为例，再生成一段时间延迟 Delay2， Delayl和Delay2的长度都大于Th，接着计数器3清零，重新开始计数。以计数值C1所代表的时间长度为尺度，即Delayl+Delay2+4个脉冲的 长度等于Tpl，当计数器3计数到C1时，计数器清零，重新开始计数，所生 成的脉冲序列同前一次的相同。当计数器4的计数值到C2时，计数器3、计 数器4同时清零，并重新计数。情况二， Tp2〉2XTpl，艮卩C2〉2XC1，生成的脉冲序列如图12所示。 当计数器3计到C1时，清零并重新开始计数同时生成第二段脉冲序列；当计 数器3两次计到C1后，开始第三次计数时，生成一段脉冲，当其长度为At 时，此时计数器4也计到了C2，则不管计数器3此次计数是否完成，都与计 数器4 一起清零并重新开始计数生成下一个脉冲序列。情况三，Tp2<2XTpl，即C2〈2XC1，生成脉冲序列，如图13所示。 计数器3在开始第二次计数时，计数并没有完成，但此时计数器4已经计到 了C2，因此不管计数器3此次计数是否完成，都与计数器4一起清零并重新 开始计数并生成下一个脉冲序列。 USB有翻转情况四，如图14所示，当USB翻转时，不管计数器3和计数器4此次 计数是否完成，都清零并重新开始计数。USB翻转后，在下一次翻转前，计 数器3和计数器4如前所述进行正常计数。计数器3输出的脉冲序列如图15所示，设置计数器3计到n这一段所代 表的时间Tdl =nTh为Delay 1，然后生成3个或3个以上脉冲(图中以生成4 个脉冲为例)，此后直到计数器3计到C1为止，设为Delay2。内部时钟发生器生成的脉冲序列传送到主机，用于与主机的同步。如上所述，利用本实用新型的内部时钟发生器的两个输出端D+、 D-与 DP_clk和DM一clk连接，从而不需要外部晶振提供时钟信号，因此，在PS2 的PCB上的OSCI和OSCO的PIN可以不使用，将LDO输出的连接到其中 一个PIN然后接电容接地。也就是说，可以达到USB键盘的MCU芯片与PS2 的PCB板兼容实施例二本实用新型的第二个实施例的MCU芯片还可以通过将增加的LDO的外 接引线接电容接地改为芯片内置电容接地，也可以实现使用PS2的PCB板就 可以达到USB功能的键盘。该技术方案如图16所示。从图中可以看出，即使仍使用外部晶振作为时钟源(当然也可以实施例 一中的内部时钟发生器)，也能够节省PIN的使用数量，从而达到PCB兼容 的效果。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本领域技术人员可以理解， 例如，还可以利用其他的内部时钟发生器作为内部时钟源。应当指出，对于 本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可 以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种计算机键盘，包括一具有USB通信功能的MCU芯片、与之相应的外围元器件、一PS2接口键盘PCB板，所述MCU芯片以及与之相应的外围元器件焊接到所述PCB板上。
2、 根据权利要求1所述的计算机键盘，其特征在于 所述MCU芯片包括MCU内核、用于提供时钟的内部时钟发生器、用于实现所述键盘与USB通信的SIE、用于存储指令的ROM、用于向MCU芯片 供电的LDO;所述MCU内核的DATA、 CLK端分别与SIE以及时钟发生器的D+、 D-端相连接；所述MCU芯片的DATA、 CLK端焊接到PCB板的CLK、 DATA的管脚 上，所述LDO的输出端焊接到PCB板上的LDO输出管脚，之后LDO输出 管脚连接一电容并接地。
3、 根据权利要求1所述的计算机键盘，其特征在于 所述MCU芯片包括MCU内核、用于提供时钟的外部晶振、用于实现所述键盘与USB通信的SIE、用于存储指令的ROM、用于向MCU芯片供电的 UX);所述MCU内核的DATA、 CLK端分别与SIE的D+、 D-端相连接，所述 MCU的DATA、 CLK端焊接到PCB板的CLK、 DATA的管脚上，所述LDO 不引出引线到PCB上，而是在所述MCU芯片内部直接接一电容接地。
4、 根据权利要求1所述的计算机键盘，其特征在于 所述MCU芯片包括MCU内核、用于提供时钟的内部时钟发生器、用于实现所述键盘与USB通信的SIE、用于存储指令的ROM、用于向MCU芯片 供电的LDO;所述MCU内核的DATA、 CLK端分别与SIE以及时钟发生器的D+、 D-端相连接，所述MCU的DATA、 CLK端焊接到PCB板的CLK、 DATA的管 脚上，所述LDO不引出引线焊接到PCB上，而是在所述MCU芯片内部直 接接一电容接地。
专利摘要本实用新型公开了一种计算机键盘，包括一具有USB通信功能的MCU芯片、与之相应的外围元器件、一PS2接口键盘PCB板，所述MCU芯片以及与之相应的外围元器件焊接到所述PCB板上。本实用新型的计算机键盘能够使得USB键盘的MCU芯片焊接到原有的PS2键盘的PCB板上，达到节省资源的效果。
文档编号G06F1/04GK201166830SQ20072014969
公开日2008年12月17日 申请日期2007年6月19日 优先权日2007年6月19日
发明者伦 吕, 陈毓良 申请人:深圳希格玛和芯微电子有限公司