一种低成本高可靠性键盘实现方案的制作方法

1.本发明专利涉及一种键盘实现方案。


背景技术：

2.目前市面上的绝大多数键盘都采用行列矩阵式实现方案，矩阵式方案具有原理简单，资源需求少等特点。但是矩阵式方案有其固有的缺点，图1是原始的2乘2矩阵键盘示意图，图1中101和102是列线，103和104是行线，105、106、107和108是按键，按键的一端连分别连接到一条行线，另一端分别连接到一条列线。图1中的键盘采用扫描的工作方式进行按键检测，首先，将行线103接到检测端，然后将列线101接到地，如果此时只有按键105被按下，那么可以通过通路——行线103、按键105和列线101检测到地，从而判断按键105被按下；接下来将行线101和地断开，将行线102和地连接，如果此时只有按键106被按下，那么可以通过通路——行线103、按键106和列线102检测到地，从而判断按键106被按下，至此与行线103连接的按键扫描完毕，接下来将行线104接入检测电路，重复上述过程，判断按键107和108是否被按下。但原始的矩阵扫描方案存固有的问题，比如当将行线103接入检测端，在对列线101进行扫描的时候，如果此时按键105并没有被按下，但是按键106、107和108被同时按下，那么可以通过通路——行线103、按键106、列线102、按键108、行线104、按键107和列线101检测到地，此时系统会认为到按键105被按下，这种当多个按键被同时按下，造成错误判断的情况在键盘设计领域被称作鬼影，也被称作鬼键。鬼影的存在严重影响了键盘的使用感受，为了避免产生鬼影，最简单的方式是当系统检测到多个按键被同时按下的时候，键盘系统不输出任何信息，或者输出固定的代码，这样便会限制键盘同时按下按键的数量，造成按键冲突，这种键盘在业内被称为有冲键盘。
3.为了避免产生鬼影，并做到全部按键无冲，业内最常见的做法是加防鬼二极管，图2是采用防鬼二极管的2乘2矩阵键盘示意图，与图1中的无防鬼方案相比，图2在行线和按键之间串联了一个二极管，二极管的正端连接到行线，负端连接到按键。假如对按键205进行扫描，那么可以通过通路行线203、防鬼二极管209、按键205和列线201检测到地；如果按键205没有被按下，但是按键206、207、和208被按下，和图1中无防鬼方案的设计相比，行线203与列线201的连通路径由于防鬼二极管212处于反偏状态而被打断，所以此时按键205不会被错误检测成按下的状态，从而达到防鬼的目的。
4.采用防鬼二极管的方案中，每个按键都要额外增加一个二极管，显著增加了键盘的成本，本发明公开了一种采用电阻防鬼的设计和检测方案，可以用低成本实现防鬼设计，采用本方案可以做出低成本的无冲防鬼键盘。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种键盘方案，其特征在于：包含行线、列线、按键、防鬼电阻、终端电阻、模数转换器以及判定逻辑，其中，行线和列线形成矩阵式布局，每根行线与每根列线之间都通过一个按键及一个串联的防鬼电阻进行连接，每根行线都连接一个终端电阻，每
个终端电阻可以通过相应开关接到第一电位或者第二电位，每根列线都可以通过相应开关连接到第一电位或者第二电位，每根行线都连接到模数转换器的输入接口，模数转换器将行线上的电压转换成对应的数字值，并将转换后的数字值送给判定逻辑，判定逻辑根据设定的阈值，判定对应的按键是否被按下。
6.优选的，防鬼电阻可以是实体形式的电阻，或硬件布线形成的电阻。
7.优选的，终端电阻可以是实体形式的电阻，或硬件布线行程的电阻；每根行线都对应一个终端电阻，或由少于行线数量的电阻通过开关分时复用给多个行线。
8.优选的，模数转换器可以将模拟信号转换成1bit数字信号或者多bit数字信号。
9.优选的，判定逻辑的判定阈值是固定值，或动态调节值；优选的，全部按键设定为一个统一的判定阈值，或将某些按键单独设定判定阈值；优选的，终端电阻、第一电位、开关、第二电位、模数转换器和判定逻辑，是各自独立的器件，或部分集成于某个器件，或全部集成于某个器件。
10.综上所述，本发明的键盘方案可以通过防鬼电阻及其判定逻辑来判定键盘按键是否被按下，可以排除鬼键的干扰，用低成本的方案实现了键盘防鬼设计，可以做到全部按键无冲突。
附图说明
11.本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：图1示出了无防鬼键方案的键盘示意图图2示出了采用防鬼二极管的矩阵键盘示意图图3示出了采用防鬼电阻的矩阵键盘示意图图4示出了图3中的2乘2电阻防鬼键盘工作过程示意图图5示出了判定逻辑工作原理示意图附图标记：101，102，201，202，301，302——列线103，104，203，204，303，304——行线105，106，107，108，205，206，207，208，305，306，307，308——按键209，210，211，212——防鬼二极管313，314，315，316——防鬼电阻317，318——终端电阻319——第一电位320——第二电位321，322，323，324，325，326，327，328——开关329——模数转换器330——判定逻辑 。
具体实施方式
12.为了让发明的上述目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合附图对本发明的
具体实施方式做详细说明。
13.现在将参照详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所实用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解发明。
14.实施例一：下面以2乘2矩阵键盘为例来说明本发明所述的电阻防鬼原理。如图3所示，是本发明的采用防鬼电阻实现2乘2电阻防鬼矩阵键盘原理图，图3中301、302是列线；303、304是行线；305、306、307和308是按键；313、314、315和316是防鬼电阻，阻值分别是r1，r2，r3和r4；317、318是终端电阻，阻值为rp1和rp2；319是第一电位，电压v1；320是第二电位，电压v2；321，322，323，324，325，326，327，328是开关； 329是模数转换器；330是判定逻辑。图3中，按键305、307的一端连接到列线301，另一端分别连接到防鬼电阻313和315的一端；按键306和308的一端连接到列线302，另一端分别连接到防鬼电阻314和316的一端；防鬼电阻313和314的另一端连接到行线303；防鬼电阻315和316的另一端连接到行线304；列线301连接到开关321和开关322的一端，开关321的另一端连接到第二电位320，开关322的另一端连接到第一电位319；列线302连接到开关323和开关324的一端，开关323的另一端连接到第二电位320，开关324的另一端连接到第一电位319；行线303连接到终端电阻318，终端电阻318的另一端连接到开关327和开关328，开关327的另一端连接到第二电位320，开关328的另一端连接到第一电位319；行线304连接到终端电阻317的一端，终端电阻317的另一端连接到开关325和开关326的一端，开关325的另一端连接到第二电位320，开关326的另一端连接到第一电位319；行线303和304连接到模数转换器329的输入端口，模数转换器329的输出端口连接到判定逻辑330。图3中的2乘2电阻防鬼矩阵键盘工作过程如图4所示，图4中第三和第四行波形描绘了开关321、开关324、开关323和开关322的工作过程，波形为高代表该开关闭合，波形为低代表该开关断开，开关325和开关327均断开，开关326和开关328均闭合。在t1时刻，模数转换器329选择行线303进行量化，同时开关321和开关324闭合，此时对按键305进行判断，按照开关按下的组合，分四种情况对行线303上的电压进行讨论，第一种情况——任何按键都没有被按下，此时第一电位319和第二电位320之间没有通路，行线303上的电压等于v1；第二种情况——按键305没有被按下，但行线303上的306键被按下，此时行线303上的电压值v1，在这种情况下，其他行线上的按键对行线303上的电压没有影响；第三种情况——只有按键305被按下，此时第一电位319和第二电位320之间存在通路——开关328、终端电阻318、行线303、防鬼电阻313、开关305列线301、开关321，此时行线303上的电压值等于v1+rp2*(v2-v1)/(rp2+r1)；第四种情况——按键305被按下，相同行线上的按键306也被按下，第二电位320和第一电位319之间存在两条通路，第一条通路是——开关321、列线301、按键305、防鬼电阻313、行线303、终端电阻318和开关328，第二条通路是——开关321、列线301、按键305、防鬼电阻313、行线303、防鬼电阻314、按键306和开关324；此时，行线303上的电压等于v1+(rp2||r2)*(v2-v1)/( (rp2||r2)+r1)，其中rp2||r2= rp2*r2/( rp2+r2)，在这种情况下，其他行线上的按键对行线303上的电压没有影响。模数转换器将行线
303的电压量化成数字信号后送到判定逻辑330，图5示出了上面四种按键情况下判定逻辑304对按键的判定原理示意图，判定逻辑将判定阈值设置在v1和v1+(rp2||r2)*(v2-v1)/( (rp2||r2)+r1)之间，则可以根据行线303上的电压是否越过阈值来判定按键305是否被按下，即使存在按键305没有被按下，其他按键导致第一电位319和第二电位322之间存在通路的情况，行线303上的电压也不会超过判定阈值，因此不会产生鬼影。在对按键305做出判定之后，时间来到图4中的t2时刻，模数转换器329仍然选择行线303进行量化，此时开关321和开关324断开，开关323和开关322闭合，判断按键306是否被按下，判断过程和上述判断按键305的过程类似。t2时刻过后，行线303上的按键全部扫描完毕，接下来对行线304上的按键进行扫描，数转换器329选择行线304进行量化，t3时刻对按键307进行判断，t4时刻对按键308进行判断，判断过程与按键305的判断过程类似。
15.在实施例一中，只描述了2行2列4个开关的键盘实现情况，在另一实施例中，可以扩展到m行n列，最多m乘n个按键的键盘，在对某个按键进行判断的时候，行线均连接到第一电位，与该按键连接的列线由对应开关连接到第二电位，其余列线均由对应开关连接到第一电位；在实施例一中，行线和列线可以分布于电路实体的不同层面上，也可以分布于电路实体的同一层面，如果行线和列线分布于电路实体的同一层面，在行线和列线交叉的时候需要使用跳线，可以使用低阻值电阻或者零欧姆电阻做跳线，也可以使用金属丝做跳线，也可以使用碳膜电阻做跳线，也可以使用其他导电材料做跳线，跳线的电阻的阻值要低于防鬼电阻，避免跳线电阻对按键判断造成影响。
16.在实施例一中，防鬼电阻可用实体电阻的形式实现，也可以用硬件布线行程的电阻实现。
17.在实施例一中，终端电阻可用实体电阻的形式实现，也可以用硬件布线行程的电阻实现。
18.在实施例一中，终端电阻、第一电位、开关、第二电位、模数转换器和判定逻辑可以是分别独立的器件，也可以将其中一部分或者全部集成于一个器件中。
19.在实施例一中，判定逻辑针对不同按键的判定阈值可以是相同值，也可以是不同值。
20.在实施例一中，判定逻辑的判定阈值可以是固定值，也可以是一个动态变化的值。
21.在实施例一中，模数转换器同一时刻只针对一个行线进行转换，在另一实施例中，模数转换器可以对多条行线同时转换，相应的，判定逻辑也可以同时对模数转换器的输出同时进行判断。
22.在实施例一中，按照行线分组逐行扫描各个按键，在另一实施例中，也可以按照列线分组逐列对各个按键扫描。
23.在实施例一中，模数转换器将行线电压转换成对应的多bit数字值，在另一实施例中，模数转换器可以只输出1bit数字值，该模数转换器额外接收一个参考电压，通过将行线电压和参考电压进行比较，模数转换器用1bit输出表示比较结果。
24.在实施例一中，对按键进行判断的过程中，均将行线接到第一电位，被判断按键所在的列线接到第二电位，其余列线接到第一电位，然后判定逻辑利用模数转换器量化的行线绝对电压值对按键状态进行判断。在另一实施例中，也可以通过两次量化取得行线电压
相对值进行按键状态判断——第一次量化和上述过程一致，判定逻辑取得第一次量化结果；第二次量化的时候，行线均接到第二电位，被判断按键所在的列线接到第一电位，其余列线接到第二电位，模数转换器将量化结果送到判定逻辑，该结果为第二次量化结果，判定逻辑对两次量化结果做差，得到两次量化过程中行线电压的相对值，通过行线电压相对值与阈值电压的关系对按键状态进行判断。在另一实施例中，同样进行上述两次量化，但判定逻辑不对两次量化结果做差，而是根据两个不同的阈值对两次量化分别进行两次按键状态判断，如果两次判断都表明该按键被按下，才确定该按键被按下。
25.综上所述，本发明的键盘方案可以通过防鬼电阻及其判定逻辑来判定键盘按键是否被按下，可以排除鬼键的干扰，用低成本的方案实现了键盘防鬼设计，可以做到全部按键无冲突。
26.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。