专利名称：双向扫描式开关矩阵的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电信号输入装置，具体地涉及一种多元件开关矩阵，其中，每一行和每一列可以双向扫描以提供高的输入能力。
对于例如是计算机、电视机或盒式录像机等的电子设备，最普通的用户接口之一是键钮板。通常，诸如计算机键盘或电视机遥控器上的键钮板上包括有多个键钮，它们布置成由行和列构成的矩阵。通过按压键钮板上多个键钮中特定的一个键钮，计算机用户或电视观众可对计算机或电视机发送指令和/或交互作用。
通常，按压键钮时机械上使一个或多个相应的电接触点与另外的接触点发生物理接触，从而使它们之间实现电连接。取决于所使用的连接机构类型，电连接可以只是暂时的(比如，当键钮弹回时电连接便断开)，或者是持续的(比如，即使键钮弹回仍保持电连接，除非再按压该键钮来特意断开连接)。
提供出暂时电连接一个连接机构例子是按钮，当按压时它提供出电连接，而当松开按压时电连接便断开。另一方面，对于一种称为反复开关(双态开关)的特别开关来说，按压它时发生接通后，即使释放开仍保持接通(也即电连接)状态，除非再按压它方会断开电连接。
在多个此种键钮的情况下，相应的连接机构亦布置成由行和列构成的矩阵，通常称之为开关矩阵。因此，矩阵内每个按钮或开关的位置可以由一个行和列的座标(比如是row，col.)来表示。例如，位于第2行、第3列上的按钮座标为(2，3)。
通常，对开关矩阵进行“扫描”来确定哪个键钮被按压。扫描中通常是将一个已知信号加到某一行上，同时检测每一列。例如，在使行1驱动至低电平(LOW)的同时，在列2中检测到信号电平为低电平，则可确定座标(1，2)上的键钮被按压下。对每一行重复这个过程，一次检测一行，速度足够快，借以检测出甚至是最短暂的键钮按压。采用这种扫描方法，只要一次仅按压一个键钮，就可以检测出矩阵内任何位置上对任一键钮的按压。
当对于电子设备添加上愈来愈多的先进性能时，设备上的用户接口就需要更多的键钮。可是，常规的开关矩阵可以扫描和检测的最大键钮数目受限于行数和列数的乘积。例如，常规的4×4开关矩阵可支持最大16个键钮。
因此，必须增大常规矩阵的规模以适应于所需增多的键钮数目，这从而会增加用户接口装置的制造成本。
此外，常规的扫描开关矩阵只适应于例如按钮这种短暂接触式电连接机构。因为当一个键钮释放时如果相应的开关保持于连接状态，则当顺序按压两个键钮时将使常规的扫描开关矩阵呈现为同时有两个键钮被按压。由于常规扫描开关矩阵一次只能检测一个键钮的按压，所以它不能适应于持续接触式开关。
因此，如果一个用户接口装置同时需要有按钮和持续接触开关，则除了开关矩阵之外还须对每个开关提供一个专用的检测机构。附加上检测机构将使用户接口增加复杂性和成本。
因此，需要使扫描开关矩阵能够容纳下比常规最大数目也即行数与列数之乘积更为多的键钮数目。
还需要有更灵活的和性能价格比高的开关矩阵，它能集成化各个开关而不需要专门的各个开关的检测机构。
按照本发明的原理，一个开关矩阵至少包含一个行导体和一个列导体。这至少一个行导体和至少一个列导体中的至少一个导体能够驱动至一个预定的电压电平上，并在一次开关矩阵扫描中能从中读出电压电平。
按照本发明原理中的一个方面，开关矩阵里包含多行导体、多列导体以及适应于使多行导体之至少一行连接到多列导体之至少一列上的多个开关元件。多个开关元件之总开关元件数目超过了多行导体的总行导体数与多列导体的总列导体数之乘积。
按照本发明原理中的另一个方面，开关矩阵中包括多行导体，多列导体，适应于使多行导体中的至少一行短暂地连接多列导体中的至少一列用的至少一个开关元件，以及适应于使多行导体中的至少一行持续地连接多列导体中的至少一列用的至少一个开关元件。
按照本发明的原理，对开关矩阵进行扫描的一种方法中包含一次使多行导体中的至少一行驱动到一个预定的电压电平上，在多行导体之一行驱动到预定的电压电平上时，检测多列导体之每一列的电压电平；一次使多列导体中的至少一列驱动到一个预定的电压电平上，在多列导体之一列驱动到预定的电压电平上时，检测多行导体之每一行的电压电平。
按照本发明的再一个方面，可以在扫描一个开关矩阵时无需对行导体和列导体上存在的信号作快速切换，从而不需使用交流去耦电容或者噪声滤波电容和/或EMI(电磁干扰)滤波电容。
参照附图，本技术领域内的熟练人员从下面的叙述中可以显然明白本发明的特性和优点。
图1是按照本发明之原理的一个示例的3×3开关矩阵的简化电路图。
图2是按照本发明之原理的、具有集成式开关的一个示例的3×3开关矩阵的简化电路图。
图3是按照本发明之原理、表明对图1和图2中所示的示例性3×3开关矩阵进行扫描的一个流程图。
图4是按照本发明之原理对3×3开关矩阵进行扫描的一个示例性硬件实现法的简化电路图。
图4A是按照本发明之原理的图4中所示的示例性3×3开关矩阵中扫描周期内的一个工作定时图。
图5是按照本发明之原理，对具有集成式开关的3×3开关矩阵进行扫描的一个示例性硬件实现法的简化电路图。
图6是一个示例的常规式3×3开关矩阵的简化电路图。
本发明给出一种灵活、高效的开关矩阵及其扫描方法，能用于键钮板之类的用户接口装置中，键钮板上可以有例如按钮和/或持续接触开关。按照本发明之原理的开关矩阵装置和扫描方法能容纳下的连接机构数目高达行数与列数之乘积的二倍。
此种开关矩阵装置和扫描方法可以在开关矩阵内集成入一个或多个持续接触开关，无需专用于这类开关的附加检测机构。
为了简单和明晰起见，一个示例的矩阵具有3行和3列，也即说明一个3×3的开关矩阵；虽然如此，本发明可同等地应用于任何规模的矩阵中，也即具有任意行数和任意列数的矩阵中，并可同等地应用于方矩阵(即是具有相等的行数和列数的矩阵)和非正方矩阵中。
图6表明一个简单示例的常规式开关矩阵，具有9个连接机构，布置成3行和3列的一个矩阵。
具体地，图6上示明9个按钮，K1-K9。9个按钮K1-K9之每一个有一对电接触点33和34以及一个连接钮35。每个电接触点33与一个行导体31相连接，而每个电接触点34与一个列导体32相连接。同一列或同一行上的各按钮分别共用同一列导体32或同一行导体31。例如，按钮K1、K2和K3共用ROW1的同一个行导体31，按钮K1、K4和K7共用COL.1的同一个列导体32。
为了检测有否一个按钮被按压，提供出一种算法来扫描每一个按钮。在扫描期间，一次对一个行导体加上一个独特信号，并检测每一列导体上是否存在该独特信号。对每一行导体一次次重复这个过程，速度要快，以保证即使是连接机构最短暂的闭合也能检测到。
当独特信号加到一个特定的行上时，其它各行以高阻抗连接至一个不同的电压上，借以防止在一个列导体中有一个以上的按钮被按压时发生过量的电流。典型的常规电路中，各行可驱动至低电平上，各列被动地拉高到例如是VCC或VDD的一个电压电平上，它高于例如是一个控制器之输入接收器(未示出)中检测电路的开关阈值。
当接触点34与35断开时(也即按钮35不按压时)，列导体32保持着与行导体31不连接。因此，接收器36输入端上的电压保持于高值(例如为VDD)或者高阻抗(例如是三态门的高阻抗值)上。然而，当按钮35被按压使接触点33和34发生电连接时，导体31和32便相互连接。如果导体31处于低电平，则控制器之输入接收器上的电压将驱动至低电平上。因此，通过驱动每一行至低电平并在每一列上监测有否低电压，便可以检知任一个按钮K1-K9是否受到按压。
例如，假定按钮K5被按压，又此时没有其它按钮被按压。扫描算法是首先将ROW1驱动至低电平，将ROW2和ROW3驱动至高电平或高阻抗(也即三态门的输出)，并每次一列地检验COL.1-COL.3中每列的电压电平。由于按钮K1-K3没有按压，所以在COL.1-COL.3之每一列上检测不到比如是VDD的高电压电平或是高阻抗的电压电平。
然后，扫描算法将ROW2驱动至低电平，将ROW1和ROW3驱动至高电平，并每次一列地检验COL.1-COL.3中每列的电压电平。由于按钮K4和K6没有按压，所以在COL.1-COL.3之每一列上检测不到比如是VDD的高电压电平。然而，因为ROW2处在低电平上，所以在推压钮K5上的按钮35按压的情况下，通过接触点33和34之间的连接所形成的导体31与导体32间的接通，在COL.2上将检测到低电平。
当扫描算法使ROW3被驱动至低电平时，监测COL.1-COL.3，则在每一列上将检测到高电压电平或者高阻抗电平。因此，借助于仅仅在对应于按钮K5位置的座标(2，2)上检测到低电压这一点，可以判定，按钮K5被按压。
由于在每个座标位置上顺序地切换电压(例如，从低到高)，因而每个导体31和32上将出现很高频率的交流信号。交流信号通常会导致噪波信号，应通过采用EMI电容器39使每行导体31和每列导体32对地有低阻抗的交流分路来达到噪波信号最小。因此，常规的开关矩阵中，正常工作中需要应用交流去耦(或是EMI和/或噪波滤波器)电容器39。
此外，可以知道，上述的常规开关矩阵中要求行导体31和列导体32之每个交叉点有一个唯一的座标(ROW，COL.)。也就是，对任何一对行导体和列导体将指配一个唯一的座标位置。这样，例如第2行和第3列之导体对的座标位置为(2，3)。因此，常规开关矩阵可以容纳的开关元件数目最大为行数与列数之乘积(例如，上面的3×3矩阵例子中为9)，开关元件比如是按钮或键钮，每个按钮或键钮由座标(ROW，COL.)独特地标志出地址。
与之不同，图1中所示的按照本发明之原理的开关矩阵10可容纳的矩阵规模高到两倍，也即2×ROW×COL.数目的按钮，是常规开头矩阵容量的加倍。下面将说明，每对行和列(或者每个交叉点)可以有两个独特的座标，例如是(ROW，COL.)和(COL.，ROW)，因而能支持使用两个按钮，其每一个各有着独特的地址。
具体地，图1中所示的开关矩阵在每个座标位置上有两个按钮和一个阻隔二极管12。于是，图1上的3×3开关矩阵具有18个按钮KA-KI和K1-K9，是行数与列数之乘积的二倍。
虽然，图1中示例的阻隔二极管12连接于开关元件KA-KI与各别的行导体31之间，但本技术领域内的熟练人员容易知道，二极管12也可以放在其它位置上，例如是在开关元件KA-KI与各别的列导体32之间，或是在开关元件K1-K9与各别的行导体31或者列导体32之间，条件是当各别的行导体31处于低电平或各别的列导体32处于低电平时，二极管12将变为正向偏置，而当各别的行导体和列导体两者都处于低电平时，二极管12没有正向偏置。
不象常规开关矩阵那样，按照本发明之原理的开关矩阵可以监测行导体31和列导体32两者的电压电平。而且，不象常规开关矩阵那样，图1中的开关矩阵可以同时驱动行导体31和列导体32两者。也就是，按照本发明之原理的开关矩阵中的行导体31和列导体32两者都是双向的，在任一给定的时间上既可以是输入线，也可以是输出线。
当有关的行导体处于低电平以及相应的开关元件例如相应的按钮KA-KI接通时，阻隔二极管12为反向偏置。因此，即使有关的开关元件KA-KI接通，相应的行导体31和列导体32仍保持于相互间不接通的状态。
然而，当有关的列处于低电平以及相应的开关元件KA-KI接通时，二极管12将获得正向偏置，因此，相应的行导体31和列导体32相互连接。当各列被驱动时，如果相应的开关元件KA-KI是接通的，则列导体32上驱动的电压将呈现在行导体31上(二极管上的正向偏置压降较小，通常约为0.5伏)。因此，监测有关行导体上的电压电平，可检知一个开关元件KA-KI的闭合。
所以，可以理解到，借助于每次驱动每一行，并监测每一列，便能检知一个开关元件K1-K9的闭合。由于一个行导体31驱动至低电平时二极管12将反向偏置，所以任何开关元件KA-K9的闭合在任一列导体32的监测电压上将没有任何效应。在这种正向扫描期间(“正向”的称谓只是为了方便，它是指只是行导体被驱动至低电平时的扫描，而只是列导体被驱动至低电平时的扫描则称为反向扫描)，能检知开关元件K1-K9之中任一个的闭合。
在反向扫描期间，当一个列导体驱动至低电平，并当相应的开关元件KA-KI接通时，相应的二极管12将正向偏置，于是如前面所述，能检测到任一个开关元件KA-KI的闭合。
因此，在正向扫描期间，象常规开关矩阵那样，座标位置可以表示成(ROW，COL.)。然而，在反向扫描期间，座标位置可由(COL.，ROW)给出。不象常规开关矩阵那样，在按照本发明之原理的开关矩阵中，座标(ROW，COL.)是独立于座标(COL.，ROW)的。
例如，在常规开关矩阵中，座标(ROW=2，COL.=3)和座标(COL.=3，ROW=2)表示同一个开关元件，即K6也就是存在于第2行导体和第3列导体之交叉点上的开关元件。而在按照本发明之原理的开关矩阵中，座标(ROW=2，COL.=3)和座标(COL.=3，ROW=2)表示两个不同的开关元件，也即它们分别是K6和KF。
借助于在图1A中所示的一个扫描周期内交替进行正向扫描和反向扫描，可以对全部18个开关元件监测它们是否闭合。
图2表明按照本发明之原理并具有集成式持续连接开关的另一个示例性开关矩阵。
具体地，图2示明的开关矩阵20在各方面都与图1所示的开关矩阵类同，只是它在COL.1中的三个座标点上具有持续连接开关SWA-SWC，而不是图1中那样的按钮KA、KD和KG。
开关矩阵20中虽然包含开关SWA-SWC，但它的工作实质上如同图1中的开关矩阵10。
例如，正向扫描期间，由于象开关矩阵10那样地二极管12反向偏置，持续连接开关将与行导体和列导体分隔开，因而开关SWA-SWC对于开关矩阵20来说没有任何影响。
反向扫描期间，由于一次只是一列驱动器37被激励，并且一次只是读出一行的接收器，所以能独特地监测每一个开关SWA-SWC，以检知它们的闭合。
例如，当COL.1驱动至低电平并且ROW1的接收器上读出低电平时，则判定开关SWA必是闭合的，而不论其它开关SWB和SWC为何种状态。
因此，可以理解到，在相同扫描算法的扫描下，除了短暂连接式开关元件之外，可以将持续连接式开关元件集成入同一开关矩阵中，而不需要对持续连接式开关元件或短暂连接式开关元件有专门的扫描或检测机构。
图3表明如图1和图2中所示的、按照本发明之原理的开关矩阵示例性实施例内可应用的扫描算法的一个流程图。
具体地，在正向扫描步骤301-309期间，每个行导体31驱动至低电平(也即进入零电位)，并每次监测一个列导体32，象前面所述地检知是否有任一个开关元件K1-K9发生闭合。更具体地，步骤301中，例如将第1行和第1列选择为正向扫描的起始点。本技术领域内的熟练人员显然明白，起始点的座标不必需是(1，1)，而可以是任一个别的座标位置。如步骤304-307中所示，在步骤303中使每个行i驱动至低电平的情况下，在步骤305中监测列1至n的每一列(例如是图1和图2所示例子中3×3开关矩阵里的1至3列)。在步骤306中，通过将当前的列j与最大的列数目n(例如在图1和图2的例子中为3)相比较来作出判定，是否所有各列都已监测(或者读出)。在步骤308中，通过将当前的行i与最大的行数目n(例如在图1和图2的例子中为3)相比较来作出判定，是否所有各行已经驱动至低电平。
在反向扫描步骤310-318期间，将每个列导体32驱动至低电平(也即进入零电位)，并每次监测一个行导体31，如前面所述地检知是否有任一个开关元件KA-KI发生闭合。更具体地，步骤310中，例如将第1行和第1列选择为反向扫描的起始点。本技术领域内的熟练人员显然明白，起始点的座标不必需是(1，1)，而可以是任一个别的座标位置。如步骤312-316中所示，在步骤312中使每列i驱动至低电平的情况下，于步骤314中监测行1至n的每一行(例如是图1和图2所示例子中3×3开关矩阵里的1至3行)。在步骤315中，通过将当前的行j与最大的行数目n(例如在图1和图2的例子中为3)相比较来作出判定，是否所有各行都已监测(或者读出)。在步骤317中，通过将当前的列i与最大的列数目n(例如在图1和图2的例子中为3)相比较来作出判定，是否所有各列已经驱动至低电平。
可以理解到，通过修改图3中所示的扫描算法，容易实现按照本发明之原理的双向扫描开关矩阵。借助于使得图2中任一各别的列内只包含同一类型的开关元件，它们或者都是按钮，或者都是持续连接开关，可以做到对于图2中所示的实施例，扫描算法的额外修改最小。
图4示明按照本发明之原理的另一个开关矩阵实施例，它以硬件来实现扫描算法。
具体地，图4示明一个具有3行和3列的开关矩阵40，也即一个3×3矩阵40。
每个行导体31连接至一个驱动器37的输出端上。驱动器37例如可以是一个线路驱动器或者一个开路集电极放大器等。每个列导体32连接至一个接收器36的输入端上。接收器36例如可以是一个线路接收器或者一个检波放大器。接收器36可以是施密特触发器，能反映出接收器36输入端上信号的跳变方向(也即是高到低的跳变，或是低到高的跳变)。
通过一个上拉电阻38使得每个行导体31和每个列导体32的电压电平拉高到超过接收器36的开关阈值。通常，将行导体和列导体的电压电平上拉到等于设备内电子电路的供电电压，其一般符号为VCC或VDD。
比之导体31和32的内在电阻及按钮35与接触点33和34的预期接触电阻来说，上拉电阻38必须大得多，以使得当键钮按压时能得到正当的检测阈值。在矩阵中多个键钮被同时按压的情况下，多个上拉电阻38实际上将互相关联，这一点也要求上拉电阻38足够大。
与常规开关矩阵不同，对于本发明之开关矩阵的扫描，可以借助于施加低电平电压和高阻抗电平电压这样的电平电压来实现，故而在导体31和导体32中不会出现交流噪波信号。因此，尽管图4和图5的实施例中示出有可选用的EMI电容器39以抗御静电放电(ESD)损害，而对于图4和图5中所示开关矩阵的正常工作来说是不必需有电容器39的。所以，本发明给出的开关矩阵不需要交流耦合电容器就能正常地进行扫描。
行导体31和列导体32的安排和工作类似于前面所述的图6中所示常规开关矩阵那样。
此外，图4中所示的开关矩阵在每个座标位置上有两个按钮和一个阻隔二极管12。因此，图1中的3×3开关矩阵具有18个按钮KA-KI和K1-K9，也即是行数与列数之乘积的两倍。
虽然，图4中示例的阻隔二极管12连接于开关元件KA-KI与各别的行导体31之间，但本技术领域内的熟练人员容易知道，二极管12也可以放在其它位置上，例如是在开关元件KA-KI与各别的列导体32之间，或是在开关元件K1-K9与各别的行导体31或者列导体32之间，条件是当各别的行导体31处于低电平或各别的列导体32处于低电平时，二极管12将变为正向偏置，而当各别的行导体和列导体两者都处于低电平时，二极管12没有正向偏置。
图4上还示明在行导体31和列导体32两者上的接收器36，可以监测行导体31和列导体32两者的电压电平。
此外，图4的开关矩阵中包括有连接至行导体31和列导体32上的驱动器37的输出，它可以驱动行导体31和列导体32两者。
因此，按照本发明之原理的开关矩阵中的行导体31和列导体32两者都是双向的，在任一给定的时间上既可以是输入线，也可以是输出线。
每个驱动器37有一个三态输出端，并包括一个激励输入端(图中如小圆圈所示)，通过输入端可以激励驱动器37使之输出一个预定的电压，或者不激励它而使之输出一个高阻抗信号，这一高阻抗使得行导体或列导体不与该输出端相连接。也就是，当驱动器37不激励时，它呈现为不与有关的行导体或列导体相连接，或即它呈现为开路状态。
当一个开关元件KA-KI和K1-K9闭合时，在使图1中开关矩阵实现扫描的扫描算法控制下，例如产生出选择信号SEL(0)、SEL(1)和SEL(2)之每一个，由之选定哪一个驱动器37被激励。
正向或反向信号FOR/REV连同选择信号一起用来选定哪个驱动器37被激励，并将低电平信号提供给驱动器37的输入端。由或门13确保，仅当FOR/R4EV信号和有关的选择信号都为低电平时各个行驱动器37才被激励，仅当FOR/REV信号之反相及有关的选择信号都为低电平时各个列驱动器37方被激励。反相器11使FOR/REV信号反转，以确保同一时间上不会使行驱动器和列驱动器都激励。关于某个驱动器被激励时FOR/REV信号和选择信号的真值表，示于下面的表1中。表1
扫描算法按照上面表1中所示的FOR/REV、SEL(0)、SEL(1)和SEL(2)的信号顺序进行循环。
当有关的行导体驱动至低电平，并且相应的开关元件比如相应的按钮KA-KI接通时，阻隔二极管12为反向偏置。因此，即使有关的开关元件KA-KI接通，相庆的行导体31与列导体32之间仍然互不连接。
然而，当有关的列导体驱动至低电平，并且相应的开关元件KA-KI接通时，二极管12为正向偏置。因此，相应的行导体31与列导体32相互连接。当各列被驱动时，如果相应的开关元件KA-KI接通，则列导体32上的驱动电压将置定于行导体31上(二极管上的正向偏置压降较小，通常约为0.5伏)。因此，监测有关行导体上的电压电平，可检知一个开关元件KA-KI的闭合。
所以，可以理解到，借助于每次驱动每一行，并监测每一列，便能检知一个开关元件K1-K9的闭合。由于一个行导体31驱动至低电平时二极管12将反向偏置，所以任何开关元件KA-K9的闭合在任一个列导体32的监测电压上将没有任何效应。因此，在这种正向扫描期间(“正向”的称谓只是为了方便，它是指只是行导体被驱动至低电平时的扫描，而只是列导体被驱动至低电平时的扫描则称为反向扫描)，能检知开关元件K1-K9之中任一个的闭合。
在反向扫描期间，当一个列导体驱动至低电平，并当相应的开关元件KA-KI接通时，相应的二极管12将正向偏置，于是如前面所述，能检测到任一个开关元件KA-KI的闭合。
因此，在正向扫描期间，象常规开关矩阵那样，座标位置可以表示成(ROW，COL.)，然而，在反向扫描期间，座标位置可由(COL.，ROW)给出。不象常规开关矩阵那样，在按照本发明之原理的开关矩阵中，座标(ROW，COL.)是独立于座标(COL.，ROW)的。
例如，在常规开关矩阵中，座标(ROW=2，COL.=3)和座标(COL.=3，ROW=2)表示同一个开关元件，即K6，也就是存在于第2个行导体和第3个列导体之交叉点上的开关元件。在按照本发明之原理的开关矩阵中，座标(ROW=2，COL.=3)和座标(COL.=3，ROW=2)表示两个不同的开关元件，也即它们分别是K6和KF。
借助于在图4A中所示的一个扫描周期内交替进行正向扫描和反向扫描，可以对全部18个开关元件监测它们是否闭合。
如图4A中所示，一个完整的扫描周期中包括时间段t1-t18，在特定的行导体31或列导体32驱动至低电平的同时，每一个时间段对应于由相应的接收器36读出特定的行导体31或列导体32的电压电平。
例如，在时间段t1-t9期间，FOR/REV为低电平，来自反相器11的信号为高电平，因此全部列驱动器37不被激励，在列导体32上呈现为它们似乎整个地并不存在。因此，在时间段t1-t9期间实施正向扫描，也就是各个行导体被驱动而各个列导体被监测。
在时间段t1-t3期间，通过使选择信号保持于011上以便仅仅激励ROW1的驱动器37，将ROW1驱动至低电平上，由有关的接收器36读出每一列的电压电平；例如，在时间段t1期间读出COL.1，时间段t2期间读出COL.2，等等。这样，在正向扫描期间，也即t1-t9期间，全部9个开关元件K1-K9的状态都受到检验。
紧随着正向扫描之后，也即在时间段t10-t18期间，由扫描算法产生出一个高电平的FOR/REV信号，它不激励所有的行驱动器37，各个行驱动器37将输出高阻抗信号。如图4A中所示，每次一个地将列驱动器37驱动至低电平，由每一个行接收器36加以读出。由于各个二极管12的阴极上有低电平信号，所以当相应的开关元件也即相应的一个按钮KA-KI闭合时，一个二极管12将得到正向偏置。因此，当开关元件KA-KI之一闭合时，一个对应的列导体被驱动至低电平时相应的行接收器36将读出低电平电压(比之列导体低电平高出一个二极管的正向压降)。
同样，在反向扫描时间段t10-t18期间监测开关元件KA-KI。因此，在一个完整的扫描周期t1-t18内，全部开关元件K1-K9和KA-KI都受到监测。
图5表明按照本发明之原理的另一个示例性的、具有集成或持续连接开关之开关矩阵的硬件实施例。
具体地，图5示明的开关矩阵50在各方面都与图4所示的开关矩阵类同，只是它在COL.1中的三个座标点上具有持续连接开关SWA-SWC，而不是图4中那样的按钮KA、KD和KG。
开关矩阵50中虽然包含开关SWA-SEC，但它的工作实质上如同图4中的开关矩阵40。
例如，正向扫描期间，由于象开关矩阵40那样地二极管12反向偏置，持续连接开关将与行导体和列导体分隔开，因而开关SWA-SWC对于开关矩阵50没有任何影响。
反向扫描期间，由于一次只是一列驱动器37被激励，并且一次只是读出一个行的接收器，所以能独特地监测每一个开关SWA-SWC，以检知它们的闭合。
例如，当COL.1驱动至低电平并且ROW1的接收器上读出低电平时，则判定开关SWA必是闭合的，而不论其它开关SWB和SWC为何种状态。
因此，可以理解到，在相同扫描算法的扫描下，除了短暂连接式开关元件之外，可以将持续连接式开关元件集成入同一开关矩阵中，而不需要对持续连接式开关元件或短暂连接式开关元件有专门的扫描或检测机构。
虽然，具体地参照一个用作为示例电路实现方式的优选实施例，对此说明了按照本发明之原理的开关矩阵及其扫描方法，但可以用任何种类的电路变型来实现本发明，它们能在容许开关矩阵进行双向扫描的同时，确保对行导体和列导体作出交替的驱动和读出，也即确保行导体和列导体不在同一时间上都被驱动。
此外，虽然对于按照本发明之原理的开关矩阵由一个包括三个集成化持续连接式开关元件的示例性实施例进行了说明，但本发明的实现中可以在开关矩阵内用任何数目的此种持续连接式开关元件，安排在开关矩阵内的任一位置上，或是放在正向扫描组中，或是放在反向扫描组中，又或者由一个处理器监测存储器的存取，并可以在一个快速存储器中叠放系统信息和/或用户定义信息。
尽管参照示例性实施例已说明了本发明，但本技术领域内的熟练人员能对这里叙述的本发明实施例作出各种修改，而它们偏离不开本发明的精神实质和范畴。
权利要求
1．一种开关矩阵，包括至少一个行导体；以及至少一个列导体；其中，所述至少一个行导体至少之一与所述至少一个列导体之一能驱动至一个预定的电压电平上，并有一个能从中读出的电压电平。
2．按照权利要求1的开关矩阵，还包括至少一个开关元件，它适合于使所述至少一个行导体与所述至少一个列导体相连接。
3．按照权利要求2的开关矩阵，其中，所述至少一个开关元件的总数超过了所述至少一个行导体的数目与所述至少一个列导体的数目之相乘所得的数目。
4．按照权利要求2的开关矩阵，其中，所述至少一个开关元件是一个短暂连接式开关元件。
5．按照权利要求2的开关矩阵，其中，所述至少一个开关元件是一个按钮。
6．按照权利要求2的开关矩阵，其中，所述至少一个开关元件是一个持续连接式开关元件。
7．按照权利要求2的开关矩阵，其中，所述至少一个开关元件是一个开关。
8．按照权利要求2的开关矩阵，其中，所述至少一个开关元件的总数是所述至少一个行导体的数目与所述至少一个列导体的数目之相乘所得数目的两倍。
9．一种开关矩阵，包括多个行导体；多个列导体；以及多个开关元件，它们适合于使所述多个行导体之至少一个导体与所述多个列导体之至少一个导体相连接；其中，所述多个开关元件之开关元件总数超过了所述多个行导体的行导体总数与所述多个列导体的列导体总数之乘积。
10．按照权利要求9的开关矩阵，其中所述开关元件的总数是所述行导体总数与所述列导体总之乘积的两倍。
11．按照权利要求9的开关矩阵，其中，所述多个开关元件是多个按钮。
12．按照权利要求9的开关矩阵，其中，所述多个开关元件是多个开关。
13．按照权利要求9的开关矩阵，其中，所述多个开关元件是多个按钮和多个开关。
14．一种开关矩阵，包括多个行导体；多个列导体；至少一个开关元件，它适合于使所述多个行导体之至少一个导体与所述多个列导体之至少一个导体短暂地连接；以及至少一个开关元件，它适合于使所述多个行导体之至少一个导体与所述多个列导体之至少一个导体持续地连接。
15．按照权利要求14的开关矩阵，其中，适合于使所述多个行导体之至少一个导体与所述多个列导体之至少一个导体短暂地连接的所述至少一个开关元件，至少是一个按钮；以及适合于使所述多个行导体之至少一个导体与所述多个列导体之至少一个导体持续地连接的所述至少一个开关元件，至少是一个开关。
16．一种对开关矩阵进行扫描的方法，包括对多个行导体之至少一个，每次一个地以一个预定的电压电平进行驱动；在以所述预定的电压电平驱动所述多个行导体之一个导体时，对多个列导体之每个导体进行监测；对多个列导体之至少一个，每次一个地以一个预定的电压电平进行驱动；以及在以所述预定的电压电平驱动所述多个列导体之一个导体时，对多个行导体之每个导体进行监测。
17．按照权利要求16的开关矩阵扫描方法，还包括在监测所述多个行导体期间，根据所述预定电压电平的出现来检知多个开关元件之第一个的闭合；以及在监测所述多个列导体期间，根据所述预定电压电平的出现来检知多个开关元件之第二个闭合，检知其闭合的所述多个开关元件之第二个，并不是所述多个开关元件之上述的第一个。
18．按照权利要求17的开关矩阵扫描方法，其中，所述多个开关元件是多个按钮。
19．按照权利要求17的开关矩阵扫描方法，其中，所述多个开关元件是多个开关。
20．按照权利要求17的开关矩阵扫描方法，其中，所述多个开关元件是多个按钮和多个开关。
全文摘要
在例如键钮板之类的用户接口装置中可预应用的一种灵活、高效的开关矩阵扫描装置和扫描方法,键钮板上可有多个例如是按钮和/或开关之类的开关元件,其数目可高达行导体数与列导体数之乘积的两倍。在扫描开关矩阵以检知是否存在闭合的开关元件期间,可以驱动和监测开关矩阵中的每一行和每一列。此开关矩阵装置和扫描方法还容许在开关矩阵中集成入一个或多个开关,而不需要有专用于这种开关的附加检测机构。
文档编号H03M11/22GK1296279SQ0013374
公开日2001年5月23日 申请日期2000年10月27日 优先权日1999年10月28日
发明者塞德·O·伯尔哈 申请人:朗迅科技公司