一种静电容开关按键及触发行程可调式静电容键盘的制作方法

本实用新型涉及终端设备输入装置技术领域，尤其是一种静电容开关按键及其所构成的触发行程可调式静电容键盘。

背景技术：

目前，市场的键盘主要有薄膜式键盘和机械式键盘两种类型。其中，机械式键盘的每个按键均采用独立的机械式开关，开关内部采用类似金属接触式开关的原理，内置金属弹簧及弹片来控制按键上下运动使触点接通或断开，再通过开关的金属触脚与硬式线路板焊接的工艺，实现信号通过线路板进行传输并与主控板连接，由于结构复杂、造价高昂，逐步被近年出现的薄膜式键盘所取代；不过由于机械式键盘制造精密、按键行程大、沉稳厚重，有着极佳的手感和超长的寿命，并没有消失而是作为键盘的高端产品一直存在。薄膜式键盘则是采用键帽下压推杆结构，推杆下方设置一个类似于反扣碗状的硅胶弹性体，其内部中间设有凸点，通过硅胶体的弹性变形，使硅胶内部凸点压迫下方的薄膜线路板，以在硅胶弹性体的作用下实现触点接触导通并传输信号，由于造价低廉而大量生产，但其也存在明显的缺点，如导滑行程短、按键稳定性差，容易发生晃动，无法获得一致的手感等等。

虽然两种类型的键盘各有优缺点，但无论是机械式键盘还是薄膜式键盘，其开关原理均是根据物理触点的导通和断开来进行按键的开关判断的；由于现有技术中的键盘触点一般都是采用银浆触点或者黄金触点，金银等重金属材料在遇到空气后(或者在空气中)极易发生氧化反应的，从而使得两种类型的键盘均无法在使用寿命上得到很大的提升；同时，两种类型的键盘的开关触点的位置均采用的是固定的形式，从而无法满足消费者对按键手感多样化的需求；另外，随着近年来游戏竞技的兴起，消费者对键盘的整体性能以及使用寿命等提出了更高的要求。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本实用新型的其中一个目的在于提供一种静电容开关按键；本实用新型的另一个目的在于提供一种由上述静电容开关按键所构成的触发行程可调式静电容键盘。

为了实现上述目的，本实用新型采用的其中一个技术方案为：

一种静电容开关按键，它包括PCB板、并行地设置于PCB板的上方的触压组件以及夹持于PCB板与触压组件之间的压簧，所述PCB板的上表面铺设有两个并排分布的金属感应片，所述压簧的顶端连接于触压组件的下表面、底端连接于PCB板的上表面上，且所述金属感应片位于压簧的圆周轮廓范围内。

优选地，所述金属感应片的材料为铜，且每个所述金属感应片均包括一半圆形的感应部和沿感应部的直径方向朝一端延伸后形成的引脚部，两个所述金属感应片在PCB板上呈镜像分布，所述感应部位于压簧的圆周轮廓范围内。

优选地，所述压簧为圆锥状或圆台状结构体，所述压簧的下底与PCB板的上表面相连，且所述感应部位于压簧的底面的圆周轮廓范围内。

优选地，所述触压组件包括硅胶套、键轴、键套和键帽，所述硅胶套包括与PCB板并行分布的触压板部和形成于触压板部的上表面的连接柱部，所述触压板部处于键套的底端口内，所述键轴固定于连接柱部上并由键套的顶端口穿出，所述键帽位于键套的上方并与键轴套接为一体；所述压簧的顶端连接于触压板部的下表面上。

本实用新型采用的另一个技术方案为：

一种触发行程可调式静电容键盘，它包括主控电路、驱动电路、检测电路以及由若干个按键排列并相互电性连接而成的按键矩阵，所述按键为上述的一种静电容开关按键，且所述按键的两个金属感应片分别定义为第一感应片和第二感应片，若干个所述按键共用一块PCB板或者若干块PCB板，所述主控电路、驱动电路和检测电路均集成于PCB板上；

每个所述按键的第一感应片均通过驱动电路与主控电路相连、第二感应片均通过检测电路与主控电路相连，所述主控电路通过驱动电路调控第一感应片的电压值并通过检测电路读取第一感应片相对应的第二感应片的电压值。

优选地，所述按键矩阵中，位于同一列上的若干个所述按键的第一感应片通过同一根驱动线与驱动电路相连、位于同一行上的若干个所述按键的第二感应片通过同一根检测线与检测电路相连，每个所述第二感应片与对应的检测线之间均连接有一二极管。

优选地，所述主控电路包括一集成有A/D转换单元、信号控制单元和按键映射处理单元的微处理器，所述检测电路包括一多路复用电路以及若干个由第一电阻和第二电阻构成的电流电压转换电路，每根所述检测线均对应有一个电流电压转换电路，且每根所述检测线均连接于对应的第一电阻与第二电阻之间；每个所述按键的第二感应片的电压值均通过多路复用电路输送至微处理器的A/D转换单元，所述微控制器通过按键映射处理单元将按键变化参数转换为标准的按键值对外发送。

优选地，所述微控制器还连接有一用于对按键的参数进行存储的参数存储电路。

由于采用了上述方案，本实用新型中的开关按键以及由按键所构成的键盘可通过两个金属感应片与压簧组合后形成一个可变容量的等效电容，利用检测到的感应片的电压值作为判断按键的下压或弹起的信号基础；由于按键不存在物理触点，可有效避免因物理触点容易氧化而出现使用寿命短的问题；同时，触发的行程取决于对金属感应片的电压值的具体设置，触发行程的可调性以及可控性很强，有利于满足消费者对按键及键盘手感多样化的需求；其结构简单、触发行程大且可调节性强、无物理触点，弥补了目前市面上的键盘的固有技术缺陷，具有很强的实际应用价值和市场推广价值。

附图说明

图1是本实用新型实施例的静电容开关按键的结构分解示意图；

图2是本实用新型实施例的静电容键盘的控制原理图(一)；

图3是本实用新型实施例的静电容开关按键的电流走向示意图；

图4是本实用新型实施例的静电容开关按键在触发过程中的第二感应片的电压变化图；

图5是本实用新型实施例的静电容键盘的控制原理图(二)。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示并结合图2至图5，本实用新型实施例提供的一种静电容开关按键，它包括PCB板1、并行地设置于PCB板1的上方的触压组件以及夹持于PCB板1与触压组件之间的压簧2，在PCB板1的上表面铺设有两个并排分布的金属感应片s，压簧2的顶端连接于触压组件的下表面、底端连接于PCB板1的上表面上，且金属感应片s位于压簧2的圆周轮廓范围内。由此，可利用两个金属感应片s与压簧2组合后形成一个可变容量的等效电容，在实际应用时，将两个金属感应片s分别进行电连接后，当下压触压组件时，压簧2处于压缩状态，等效电容的电容值会发生变化，从而可通过检测金属感应片s的电压来判断触压组件是否下压或者下压是否到位，以此，为判断按键的下压或弹起提供了信号基础；由于整个开关按键不存在传统键盘中按键所使用的物理触点，故可有效避免传统键盘因物理触点容易氧化而出现使用寿命短的问题，同时，触发的行程取决于对金属感应片s的电压值的具体设置，触发行程的可调性以及可控性很强，有利于满足消费者对按键手感多样化的需求。

为优化整个按键的结构，尤其是保证金属感应片s与压簧2所组合而成的具有可变容量的等效电容的整体性能，同时兼顾金属感应片s本身的抗氧化能力，本实施例的金属感应片s的材料优选为铜(作为一个优选方案，可在铜的表面覆盖绝缘漆)，且每个金属感应片s均包括一半圆形的感应部3和沿感应部3的直径方向朝一端延伸后形成的引脚部4，两个金属感应片s在PCB板1上呈镜像分布，感应部3则位于压簧2的圆周轮廓范围内。由此可利用两个径向分布且中间介质为空气的感应部3形成主感应区(即构成电容的基本结构)，在压簧2压缩时，中间介质发生一定的变化(如体积变化等)，从而实现整个等效电容的容量变化。

为进一步优化等效电容的性能，同时保证触压组件动作的平稳性，本实施例的压簧2优选圆锥状或圆台状结构体，压簧2的下底与PCB板1的上表面相连，且感应部3位于压簧2的底面的圆周轮廓范围内。

作为一个优选方案，本实施例的触压组件包括硅胶套5、键轴6、键套7和键帽8，其中，硅胶套5包括与PCB板1并行分布的触压板部51和形成于触压板部51的上表面的连接柱部52，触压板部51处于键套7的底端口内，键轴6固定于连接柱部52上并由键套7的顶端口穿出，键帽8则位于键套7的上方并与键轴6套接为一体；压簧2的顶端连接于触压板部51的下表面上。由此，通过触压板部51与压簧2进行直接接触，以利用其材料特性来避免硅胶套5因长期与压簧2的硬性接触而造成触压组件的损坏。

基于上述的开关按键的结构，如图2至图5所示并结合图1，本实用新型实施例还提供了一种触发行程可调式静电容键盘，它包括主控电路a、驱动电路b、检测电路c以及由若干个按键排列并相互电性连接而成的按键矩阵d，按键为上述的一种静电容开关按键，且为便于后续的技术方案的描述，按键的两个金属感应片s分别定义为第一感应片s1和第二感应片s2，若干个按键可根据具体情况共用一块PCB板1或者若干块PCB板2，主控电路a、驱动电路b和检测电路c均集成于PCB板1上；每个按键的第一感应片s1均通过驱动电路b与主控电路a相连、第二感应片s2均通过检测电路c与主控电路a相连，主控电路a通过驱动电路b调控第一感应片s1的电压值并通过检测电路c读取第一感应片s1相对应的第二感应片s2的电压值。如此，由于按键本身具有可变容量的等效电容的性能，当按键被按下或者弹起后，第一感应片s1与第二感应片s2之间的电容量会发生变化(如按键被按下后，等效电容变大，弹起时则等效电容变小)，利用检测电路c检测第二感应片s2的电压值，可实现主控电路a对此电压值的读取，以通过将预设的电压值与此电压值进行对比即可判断按键是否按下或弹起；同时，可利用主控电路a通过控制驱动电路b调控第一感应片s1的电压(如在按键被按下的过程中，使第一感应片s1的电压由高到低变化，此时按键的电流流向如图3所示，第二感应片s2的电压(即P点电压)被拉低，P点电压的变化可参考图4)，从而通过主控电路a的调控并配合等效电容本身的变化可实现对触发行程的调控，即：按键的触发行程达到最大或者完全弹起时时，等效电容的变化值是固定的(即静电容存在最大量和最小量)，所以通过在最大静电容量与最小静电容量之间设置多个触发点，就可以实现对触发行程的调节控制，以满足消费者对按键手感多样化的需求，实现DIY的设置功能。当然，本实施例的各个电路可根据具体情况采用现有技术中常用的电路结构，其只需要具备上述的驱动以及检测、读取等功能即可。

为避免按键矩阵中各个按键之间出现相互干扰，如图5所示，在按键矩阵中，位于同一列上的若干个按键的第一感应片s1通过同一根驱动线e与驱动电路b相连、而位于同一行上的若干个按键的第二感应片s2则通过同一根检测线f与检测电路c相连，每个第二感应片s2与对应的检测线f之间均连接有一二极管D。设置二极管D的作用在于：当按键矩阵中的同一条检测线f上的两个及两个以上的按键被同时按下时，对应的二极管D可起到单向通电的作用，以防止按键之间出现相互干扰。当然，本实施例的按键矩阵可根据键盘的键数进行扩展(如图5所示)。

为优化整个键盘的性能，本实施的主控电路a包括微处理器a1以及分别与微处理器a1相连的A/D转换单元a2、信号控制单元a3和按键映射处理单元a4，检测电路c则采用目前市面上主流的多路复用电路，检测电路c将检测到的第二感应片s2的电压值通过A/D转换单元a2进行转换后输送给微控制器a1，微控制器a1通过信号控制单元a3向驱动电路b下发调控指令，同时，微控制器a1通过按键映射处理单元a4将按键变化参数对外发送(如发送至PC终端)。

为优化整个按键的性能，本实施例的主控电路a包括一集成有A/D转换单元a1、信号控制单元a2和按键映射处理单元a3的微处理器，检测电路c包括一多路复用电路c1以及若干个由第一电阻R1和第二电阻R2构成的电流电压转换电路，每根检测线f均对应有一个电流电压转换电路，且每根检测线f均连接于对应的第一电阻R1和第二电阻R2之间；每个按键的第二感应片s2的电压值均通过电流电压转换电路的处理后(如分压等)再通过多路复用电路c1输送至微处理器的A/D转换单元a1，微控制器通过按键映射处理单元a3将按键变化参数转换为标准的按键值对外发送(如发送至PC终端)，且微控制器可通过信号控制单元a2向驱动电路b下发电压调控指令。

另外，微控制器a1还连接有一用于对按键的参数进行存储的参数存储电路g。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。