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CN109474282A - 键盘装置 - Google Patents

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CN109474282A
CN109474282A CN201710799292.3A CN201710799292A CN109474282A CN 109474282 A CN109474282 A CN 109474282A CN 201710799292 A CN201710799292 A CN 201710799292A CN 109474282 A CN109474282 A CN 109474282A
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CN
China
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key
return
line
voltage value
board unit
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CN201710799292.3A
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郭国甫
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Lite On Electronics Guangzhou Co Ltd
Lite On Technology Corp
Original Assignee
Lite On Electronics Guangzhou Co Ltd
Lite On Technology Corp
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Publication date
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Abstract

本发明提供一种键盘装置，其包括按键模块以及检测电路。按键模块包括多个按键、多条扫描线及多条回报线。此些扫描线与此些回报线彼此交会并分别耦接此些按键。检测电路检测此些回报线上的多个回报电压值，并据以产生多个检测信号以指示出此些按键中的每一个的开关是处于导通状态或不导通状态。检测电路包括多个P型晶体管。各P型晶体管的第一端耦接接地端，各P型晶体管的控制端直接耦接对应的回报线，且各P型晶体管的第二端产生并输出对应的检测信号。

Description

键盘装置
技术领域
本发明涉及一种键盘装置，尤其涉及一种可避免发生鬼键及具有低制造成本的键盘装置。
背景技术
为了避免使用过多的接线而致使键盘本身的制造成本增加以及造成实际组装的不便，现有的键盘装置多采用按键矩阵(key matrix)的方式进行设计。对于采用按键矩阵进行设计的键盘装置来说，基于按键矩阵本身物理特性的关系，便容易发生鬼键(ghostkey)现象，其中，台湾专利公告号I485991详细说明了鬼键发生的主要原因。而为了要避免鬼键情况的发生，一般的解决方法例如是增加按键矩阵的规模，或者是以二极管将每个按键加以区隔。然而，如此的作法也将大幅提高键盘装置的制造成本。
因此，台湾专利公告号I485991提出一种鬼键检测电路以避免鬼键现象的发生，并可降低制造成本。以下请参照图1，图1是台湾专利公告号I485991所揭示的鬼键检测电路100的示意图。鬼键检测电路100包括扫描线S1与S2(皆具有阻值RC)、回报线R1与R2、开关元件305a～305d(皆具有预定阻值RB)、电阻元件310a与310b(皆具有阻值RA)、准位检测电路315以及处理器320，其中扫描线S1、扫描线S2、回报线R1与回报线R2彼此交会且分别耦接开关元件305a～305d，形成如图1所示的井字型结构(double cross)。开关元件305a与305b的第一端耦接至扫描线S1。开关元件305a与305b的第二端则分别耦接至回报线R1与回报线R2。开关元件305c与305d的第一端耦接至扫描线S2。开关元件305c与305d的第二端则分别耦接至回报线R1与回报线R2。此外，开关元件305a、305c的第二端经由回报线R1而耦接至电阻元件310a，而开关元件305b、305d的第二端经由回报线R2而耦接至电阻元件310b。电阻元件310a、310b的另一端则耦接至电源端VDD。准位检测电路315耦接回报线R1与R2，用以检测回报线R1与R2上的测量电压值，以指示出扫描线S1与S2上对应于回报线R1与R2的各开关元件305a～305d的状态(处于不导通状态或是导通状态)。
如图1所示，准位检测电路315包括晶体管Q1～Q4以及电阻RU1与RU2。晶体管Q1的基极耦接回报线R1，晶体管Q1的射极耦接至接地端GND。晶体管Q1的集极与晶体管Q2的基极相耦接并耦接至电阻RU1的一端。电阻RU1的另一端耦接电源端VDD。晶体管Q2的射极耦接至接地端GND。晶体管Q2的集极用以产生逻辑准位信号SL1。类似地，晶体管Q3的基极耦接回报线R2，晶体管Q3的射极耦接至接地端GND。晶体管Q3的集极与晶体管Q4的基极相耦接并耦接至电阻RU2的一端。电阻RU2的另一端耦接电源端VDD。晶体管Q4的射极耦接至接地端GND。晶体管Q4的集极用以产生逻辑准位信号SL2。
当回报线R1的测量电压值大于或等于晶体管Q1的临界电压时，晶体管Q1会被导通并将晶体管Q1的集极电压下拉至接地端GND的电位，由于晶体管Q2的基极与射极之间的跨压未超过晶体管Q2的临界电压，致使晶体管Q2未被导通。此时，逻辑准位信号SL1为高逻辑准位，因此处理器320可根据逻辑准位信号SL1为高逻辑准位而判断回报线R1上的开关元件305a与305c的其中之一所对应到的按键并未被按压。
相对地，当回报线R1的测量电压值小于晶体管Q1的临界电压时，晶体管Q1并不会被导通，致使晶体管Q2的基极与射极之间的跨压超过晶体管Q2的临界电压，而让晶体管Q2被导通。此时，逻辑准位信号SL1为低逻辑准位，因此处理器320可根据逻辑准位信号SL1为低逻辑准位而判断回报线R1上的开关元件305a与305c的其中之一所对应到的按键已被按压。
另外，晶体管Q3与Q4的运作则与晶体管Q1与Q2的运作相似，在此不再赘述。因此，依据晶体管Q1或Q3的导通与否，即可让晶体管Q2或Q4输出具有不同逻辑准位的信号来正确地表示按键是否被按下，以避免鬼键情况的发生。
由于每一条回报线(例如回报线R1)需通过两颗晶体管(例如晶体管Q1与Q2)以及一颗电阻(例如电阻RU1)来检测此回报线(回报线R1)上的按键是否已被按下，一旦回报线的数量增加，准位检测电路315中所采用的晶体管以及电阻的数量势必大幅增加，如此一来，将会大幅增加键盘装置的制造成本。因此，在不发生鬼键的前提之下，如何降低键盘装置的制造成本，乃是本技术领域的重大课题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种键盘装置，不仅可避免发生鬼键，更可降低制造成本。
本发明的键盘装置包括按键模块以及检测电路。按键模块包括多个按键、多条扫描线以及多条回报线。此些扫描线与此些回报线彼此交会并分别耦接到此些按键。检测电路耦接此些回报线，用以检测此些回报线上的多个回报电压值，并据以产生多个检测信号以指示出此些按键中的每一者的开关是处于导通状态或不导通状态。检测电路包括多个P型晶体管。每一个P型晶体管的第一端耦接接地端，每一个P型晶体管的控制端直接耦接对应的回报线，且每一个P型晶体管的第二端产生并输出对应的检测信号。
在本发明的一实施例中，上述的P型晶体管为PNP型双极性接面晶体管(PNPbipolar junction transistor)。
在本发明的一实施例中，上述的P型晶体管为P型金氧半场效晶体管(P-typemetal oxide semiconductor transistor)。
在本发明的一实施例中，当对应的回报线上的回报电压值大于或等于参考电压值时，则耦接在此对应的回报线与被启动的扫描线之间的按键中的开关是处于不导通状态，其中上述的参考电压值与P型晶体管的临界电压值相关联。
在本发明的一实施例中，当对应的回报线上的回报电压值小于参考电压值时，则耦接在此对应的回报线与被启动的扫描线之间的按键中的开关是处于导通状态，其中上述的参考电压值与P型晶体管的临界电压值相关联。
在本发明的一实施例中，键盘装置还包括处理电路。处理电路耦接检测电路以接收此些检测信号，并根据此些检测信号来判断此些按键中的每一者是否被按压。
在本发明的一实施例中，处理电路更耦接此些扫描线，用以依序地启动此些扫描线中的其中一者，并根据上述多个检测信号来判断所启动的扫描线上的各按键是否被按压。
基于上述，本发明实施例的键盘装置可避免发生鬼键。此外，本发明实施例的键盘装置中的每一条回报线仅需采用单颗晶体管进行准位检测，即可让键盘装置判断出此回报线上的按键是否有被按压，故键盘装置的制造成本可有效地被降低。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下
附图说明
图1是现有的一种鬼键检测电路的示意图；
图2是依照本发明一实施例所显示的键盘装置的示意图；
图3是图2所示的键盘装置的等效电路示意图；
图4为图3的一个按键被按压时的按键装置的等效电路示意图；
图5为图3的三个按键被按压且一个按键未被按压时的按键装置的等效电路示意图；
图6A显示图5的一扫描线被启动时的等效电路示意图；
图6B显示图5的另一扫描线被启动时的等效电路示意图。
附图标号说明：
100：鬼键检测电路
200：键盘装置
220：按键模块
221、222、223、224：按键
240：处理电路
260：检测电路
281、282、310a、310b：电阻元件
305a、305b、305c、305d：开关元件
315：准位检测电路
320：处理器
GND：接地端
Q1、Q2、Q3、Q4：晶体管
Q21、Q22：P型晶体管
R1、R2：回报线
RA、RB、RC：阻值
RU1、RU2：电阻
S1、S2：扫描线
SD1、SD2：检测信号
SL1、SL2：逻辑准位信号
sw：开关
VDD：电源端
VR1、VR2：回报电压值
具体实施方式
现将详细参考本发明的示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。
以下请参照图2，图2是依照本发明一实施例所显示的键盘装置200的示意图。键盘装置200可包括按键模块220、检测电路260以及处理电路240，但本发明不限于此。按键模块220可包括(M乘以N)个按键、N条扫描线以及M条回报线，其中M可为大于或是等于2的正整数，而N也可为大于或是等于2的正整数。但为了方便说明，于本实施例中假设M、N皆为2，而M、N为其他数值的示范性实施例可依据以下说明而类推之。因此，图2所示的按键模块220显示了四个按键221～224、两条扫描线S1、S2(分别具有阻值RC)以及两条回报线R1、R2。扫描线S1、扫描线S2、回报线R1及回报线R2彼此交会且分别耦接按键221～224，以形成如图2所示的井字型(double cross)结构。
按键221及按键222的第一端耦接至扫描线S1。按键221及按键222的第二端分别耦接至回报线R1与回报线R2。按键223及按键224的第一端耦接至扫描线S2。按键223及按键224的第二端分别耦接至回报线R1与回报线R2。此外，按键221及按键223的第二端经由回报线R1而耦接至电阻元件281(具有阻值RA)，而按键222及按键224的第二端经由回报线R2而耦接至电阻元件282(具有阻值RA)。电阻元件281及电阻元件282的另一端则耦接至电源端VDD。
在图2所示的实施例中，按键221～224中的每一键可包括电阻(具有阻值RB)以及开关sw，其中电阻与开关sw串接。每一个按键(例如按键221)中的开关sw可反应于此按键(按键221)被按压而被导通，且每一个按键(例如按键221)中的开关sw可反应于此按键(按键221)未被按压而不导通。
检测电路260耦接回报线R1及R2，用以检测回报线R1及R2上的回报电压值，并据以产生检测信号SD1及SD2，以指示出按键221～224中的每一键的开关sw是处于导通状态或不导通状态。
在图2所示的实施例中，检测电路260可包括两颗P型晶体管Q21及Q22。P型晶体管Q21的第一端耦接至接地端GND，P型晶体管Q21的控制端直接耦接对应的回报线R1，且P型晶体管Q21的第二端可直接产生并输出对应的检测信号SD1。类似地，P型晶体管Q22的第一端耦接至接地端GND，P型晶体管Q22的控制端直接耦接对应的回报线R2，且P型晶体管Q22的第二端可直接产生并输出对应的检测信号SD2。
处理电路240耦接检测电路260以接收检测信号SD1及SD2，并可根据检测信号SD1及SD2来判断按键221～224中的每一键实际上是否被按压。在本发明的一实施例中，处理电路240可具有上拉电路以可将P型晶体管Q21及Q22的射极上拉至高逻辑准位，但本发明并不以此为限。在本发明的一实施例中，处理电路240更可耦接扫描线S1及S2，以依序地启动扫描线S1及S2的其中之一，并根据所接收到的检测信号SD1及SD2来判断所启动的扫描线上的各按键是否被按压。
在本发明的一实施例中，键盘装置200可为薄膜键盘(membrane keyboard)装置，而按键221～224可为薄膜按键，但本发明并不以此为限。
在本发明的一实施例中，P型晶体管Q21及Q22可为PNP型双极性接面晶体管(PNPbipolar junction transistor)，如图2所示，但本发明并不以此为限。在本发明的另一实施例中，P型晶体管Q21及Q22也可采用P型金氧半场效晶体管(P-type metal oxidesemiconductor transistor)来实现。
在本发明的一实施例中，处理电路240可以是硬件、韧件或是存储在存储器而由微处理器或是数码信号处理器所载入执行的软件或机器可执行的程序码。若是采用硬件来实现，则处理电路240可以是由单一整合电路芯片所达成，也可以由多个电路芯片所完成，但本发明并不以此为限。上述多个电路芯片或单一整合电路芯片可采用特殊功能集成电路(ASIC)或可程序化逻辑闸阵列(FPGA)来实现。而上述存储器可以是例如随机存取存储器、只读存储器或是快闪存储器等等。在本发明的另一实施例中，P型晶体管Q21及Q22可整合于处理电路240中。
为了正确地判断出按键221～224中的每一键的实际按压状态，检测电路260中的P型晶体管Q21及Q22可分别对回报线R1及R2上的回报电压值进行准位检测运作，藉此，处理电路240可判断出各按键221～224的实际按压状态。具体来说，当回报线R1的回报电压值大于或等于参考电压值时，P型晶体管Q21的射极与基极之间的跨压未超过P型晶体管Q21的临界电压，致使P型晶体管Q21未被导通。此时，检测信号SD1的电位为高逻辑准位，而表示出回报线R1上的按键221及223的其中之一并未被按压。相对地，当回报线R1的回报电压值小于参考电压值时，P型晶体管Q21的射极与基极间的跨压超过P型晶体管Q21的临界电压，致使P型晶体管Q21被导通。此时，检测信号SD1的电位因P型晶体管Q21被导通而为接地端GND的电位，亦即为低逻辑准位，从而表示回报线R1上的按键221与223的其中之一已被按压。另外，P型晶体管Q22的运作则与上述P型晶体管Q21的运相似，在此不再赘述。因此，依据P型晶体管Q21或Q22的导通与否，即可输出具有不同逻辑准位的检测信号SD1、SD2来表示对应的按键是否被按压。
以下请参照图3，图3是图2所示的键盘装置200的等效电路示意图，其中图3省略显示处理电路240。如图3所示，当扫描线S1被启动以检测按键221及222是否被按压时，扫描线S1被施加的电压为低逻辑准位(例如接地端GND的电位)，而扫描线S2被施加的电压则为高逻辑准位(例如电源端VDD的电位)。类似地，当扫描线S2被启动以检测按键223及224是否被按压时，扫描线S2被施加的电压为低逻辑准位(例如接地端GND的电位)，而扫描线S1被施加的电压则为高逻辑准位(例如电源端VDD的电位)。如图3所示，当按键221～224皆未被按压时，按键221～224中的开关sw皆处于不导通的状态。因此，当扫描线S1被启动时，回报线R1上的回报电压值VR1以及回报线R2上的回报电压值VR2皆为电源端VDD的电压值(大于或等于参考电压值)。于此情况下，P型晶体管Q21的射极与基极之间的跨压未超过P型晶体管Q21的临界电压，以及P型晶体管Q22的射极与基极之间的跨压未超过P型晶体管Q22的临界电压，致使P型晶体管Q21及Q22皆未被导通，因此检测信号SD1、SD2皆为高逻辑准位。如此一来，处理电路240即依据所启动的扫描线S1以及高逻辑准位的检测信号SD1、SD2而分别判断出扫描线S1上的按键221及222未被按压。另外，扫描线S2被启动时的相关检测运作类似于上述扫描线S1被启动时的相关检测运作，故可参酌上述的相关说明，在此不再赘述。
以下将针对仅有一个按键被按压的情况进行说明。为了简化说明书的内容，在此以按键221被按压而按键222～224未被按压的情况进行说明，而其余的情况则可依此类推。请参照图4，图4为图3的按键221被按压时的按键装置的等效电路示意图。由于仅有按键221被按压而其余按键222～224未被按压，因此按键221中的开关sw为导通的状态，而按键222～224中的开关sw皆处于不导通的状态。当扫描线S1被启动时，扫描线S1被施加的电压为低逻辑准位(例如接地端GND的电位)，故回报线R1上的回报电压值VR1可由式(1)所决定，而回报线R2上的回报电压值VR2则为电源端VDD的电压值。
VR1＝VDD×(RB+RC)/(RA+RB+RC) 式(1)
一般来说，可将阻值RA设计为极大于阻值RB及阻值RC，以使式(1)的回报电压值VR1小于参考电压值，如此一来，P型晶体管Q21的射极与基极间的跨压将超过P型晶体管Q21的临界电压，致使P型晶体管Q21被导通而产生低逻辑准位的检测信号SD1。因此，图2的处理电路240即可根据被启动的扫描线S1以及低逻辑准位的检测信号SD1而判断出按键221确实被按压。另一方面，由于回报电压值VR2为电源端VDD的电压值(大于或等于参考电压值)，因此P型晶体管Q22的射极与基极之间的跨压未超过P型晶体管Q22的临界电压，致使P型晶体管Q22未被导通而使检测信号SD2为高逻辑准位。如此一来，图2的处理电路240即可根据被启动的扫描线S1以及高逻辑准位的检测信号SD2而判断出按键222未被按压。
另外，图4的扫描线S2被启动时的相关检测运作类似于图3的扫描线S2被启动时的相关检测运作，故可参酌上述的相关说明，在此不再赘述。
以下请合并参照图5、图6A及图6B，图5为图3的按键222～224被按压且按键221未被按压时的按键装置的等效电路示意图，图6A为图5的扫描线S1被启动时的等效电路示意图，而图6B为图5的扫描线S2被启动时的等效电路示意图，其中图6A及图6B皆省略显示P型晶体管Q21及Q22。如图5及图6B所示，当扫描线S2被启动以检测按键223及224是否被按压时，扫描线S2被施加的电压为低逻辑准位(例如接地端GND的电位)，而扫描线S1被施加的电压则为高逻辑准位(例如电源端VDD的电位)，此时的回报电压值VR1以及VR2分别如上述式(1)以及下列式(2)所示。如同先前所述，透过式(1)及式(2)所决定的回报电压值VR1以及VR2将小于参考电压值，因此处理电路240可正确地判断出按键223及224有被按压。
VR2＝VDD×(RB+RC)/(RA+RB+RC) 式(2)
另一方面，如图5及图6A所示，当扫描线S1被启动以检测按键221及222是否被按压时，扫描线S1被施加的电压为低逻辑准位(例如接地端GND的电位)，而扫描线S2被施加的电压则为高逻辑准位(例如电源端VDD的电位)，此时的回报电压值VR1与VR2并不相同，其中回报电压值VR2因电阻分压的关系如同上述式(2)所示，而此时的回报电压值VR1因电阻分压的关系而由下列式(3)所决定。
VR1＝VDD×(3×RB+RC)/(RA+3×RB+RC) 式(3)
因此，可适当地对阻值RA、RB及RC进行设计，以使式(3)的回报电压值VR1大于或等于参考电压值，且使式(2)的回报电压值VR2小于参考电压值，如此一来，处理电路240即可正确地判断出按键221未被按压以及按键222有被按压。
可以理解的是，只要适当地对阻值RA、RB及RC进行设计，以及透过检测电路260中的P型晶体管Q21及Q22的准位检测运作，本发明实施例的键盘装置的设计可避免发生鬼键。
综上所述，本发明实施例的键盘装置可避免发生鬼键。此外，本发明实施例的键盘装置中的每一条回报线仅需采用单颗晶体管进行准位检测，即可让键盘装置判断出此回报线上的按键是否有被按压，故键盘装置的制造成本可更有效地被降低。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种键盘装置，其特征在于，包括：
按键模块，包括多个按键、多条扫描线以及多条回报线，其中所述多个扫描线与所述多个回报线彼此交会并分别耦接到所述多个按键；以及
检测电路，耦接所述多个回报线，用以检测所述多个回报线上的多个回报电压值，并据以产生多个检测信号以指示出所述多个按键中的每一者的开关是处于导通状态或不导通状态，
其中所述检测电路包括：
多个P型晶体管，所述多个P型晶体管中的每一个的第一端耦接接地端，所述多个P型晶体管中的每一个的控制端直接耦接所述多个回报线的其中一对应者，且所述多个P型晶体管中的每一个的第二端产生并输出所述多个检测信号的其中一对应者。
2.根据权利要求1所述的键盘装置，其特征在于，所述多个P型晶体管的每一个为PNP型双极性接面晶体管。
3.根据权利要求1所述的键盘装置，其特征在于，所述多个P型晶体管的每一个为P型金氧半场效晶体管。
4.根据权利要求1所述的键盘装置，其特征在于，
当所述对应的回报线上的所述回报电压值大于或等于参考电压值时，则耦接在所述对应的回报线与被启动的所述扫描线之间的所述按键中的所述开关是处于不导通状态，其中所述参考电压值与所述P型晶体管的临界电压值相关联。
5.根据权利要求1所述的键盘装置，其特征在于，
当所述对应的回报线上的所述回报电压值小于参考电压值时，则耦接在所述对应的回报线与被启动的所述扫描线之间的所述按键中的所述开关是处于导通状态，其中所述参考电压值与所述P型晶体管的临界电压值相关联。
6.根据权利要求1所述的键盘装置，其特征在于，还包括：
处理电路，耦接所述检测电路以接收所述多个检测信号，并根据所述多个检测信号来判断所述多个按键中的每一个是否被按压。
7.根据权利要求6所述的键盘装置，其特征在于，所述处理电路还耦接所述多个扫描线，用以依序地启动所述多个扫描线中的其中一个，并根据所述多个检测信号来判断所启动的所述扫描线上的各所述按键是否被按压。
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