一种机械按键检测芯片和机械键盘

技术领域

本发明专利涉及一种芯片，主要涉及一种机械按键检测芯片。

背景技术

目前的键盘主要分为薄膜键盘和机械键盘，机械键盘具有可靠性高，采样速度快，手感一致性好的特点，所以在高端键盘领域，机械键盘一直是主流。

目前的机械键盘的按键采样方式是利用机械按键按下和抬起时导通阻抗的不同区分按键状态，机械按键按下后，金属触点连接到一起，按键处于低阻抗状态，控制器识别按键按下，机械按键抬起后，金属触点分离，按键处于高阻状态，控制器识别按键抬起。但随着使用时间的增加，按键的金属触点会逐步氧化、阻抗增高，导致按键按下去后按键阻抗仍然很高，主机有可能无法识别出按键被按下。而且这种基于两点式阻抗区分的方法，在按键下去的过程中随着按键角度和按键力度的不同，都会导致按键阻抗产生很大的变化，按键阻抗会有一个比较大的抖动，需要开发比较复杂的“防抖算法”。

目前的机械键盘主要是基于矩阵的布局和控制方式，矩阵控制的缺点是键盘上的按键不能同时检测，需要分区检测，这便限制了键盘的扫描速度，并且存在同时按下多个按键时产生按键冲突的问题，导致有些按键不能被识别，业内俗称“鬼影”。键盘上除了按键布局外，还有RGB LED布局，RGB LED也是基于矩阵的方式布局和控制，在一个键盘上布局两个矩阵阵列，增加了布局的难度和实现成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械按键检测芯片，旨在解决机械键盘的“鬼影”问题，和按键抖动问题，并且集成LED驱动，解决了键盘布局复杂和成本高昂的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种机械按键检测芯片，所述机械按键检测芯片包含按键检测模块，通信模块和发光二极管驱动模块，所述机械按键检测芯片可以以串联连接的方式级联扩展使用；

所述按键检测模块，用于检测机械按键的通断状态，根据按键导通阻抗的大小，转换出对应的多bit数字值；

所述串行通信模块，用于与前一级机械按键检测芯片或主控制器通信以及与后一级机械按键检测芯片或主控制器通信，将主控制器的控制信息发送给机械按键检测芯片，并将按键检测模块转换出的数字值或者芯片的状态信息发送至主控制器；

所述发光二极管驱动模块，用于驱动片外发光二极管；

在一个实施例中，所述机械按键检测芯片引脚包含时钟输入引脚，时钟输出引脚，数据输入引脚和数据输出引脚，时钟输入引脚用于从主控芯片或者前一级机械按键检测芯片处接收时钟信号，时钟输出引脚用于将从主控芯片接收到的时钟信号传输至下一级机械按键检测芯片，数据输入引脚用于接收从主控芯片或者前一级机械按键检测芯片处接受数据信号，数据输出引脚用于将数据信号发送至后一级机械按键检测芯片或者主控制器。

在一个实施例中，所述机械按键检测芯片的电源端用于为芯片提供供电电源电压，所述机械按键检测芯片的地端用于为芯片提供接地电压。

在一个实施例中，所述机械按键检测芯片的发光二极管驱动模块可以驱动一个或多个发光二极管，也可以不驱动发光二极管。

在一个实施例中，机械按键检测芯片通过通信接口将机械检测模块转换出的数字值发送到主控制器，主控制器将该数字值与设定的触发阈值进行比较，判断按键是否被按下，不同按键的触发阈值可以不同，每个按键的触发阈值也可以任意设定。

本发明实施例的第二方面提供了一种机械键盘，键盘包含主控制器，一个或多个机械按键，一个或多个如上所述的机械按键检测芯片。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面附图结合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示出了本发明机械按键检测芯片的系统框图；

图2示出了本发明机械按键检测芯片的引脚示意图；

图3示出了本发明机械按键键盘的原理示意图；

附图标记：

100，100_1，100_2，100_3——机械按键检测芯片；

101，101_1，101_2，101_3——机械按键检测芯片电源引脚；

102，102_1，102_2，102_3——机械按键检测芯片地引脚；

103，103_1，103_2，103_3——机械按键检测芯片时钟输入引脚；

104，104_1，104_2，104_3——机械按键检测芯片时钟输出引脚；

105，105_1，105_2，105_3——机械按键检测芯片数据输入引脚；

106，106_1，106_2，106_3——机械按键检测芯片数据输出引脚；

107，107_1，107_2，107_3——机械按键检测芯片发光二极管驱动引脚1；

108，108_1，108_2，108_3——机械按键检测芯片发光二极管驱动引脚2；

109，109_1，109_2，109_3——机械按键检测芯片发光二极管驱动引脚3；

110，110_1，110_2，110_3——机械按键检测芯片按键检测引脚；

120——机械按键检测芯片通信模块；

121——机械按键检测芯片按键检测模块；

122——机械按键检测芯片发光二极管驱动模块；

130_1，130_2，130_3——机械按键；

140——主控制器；

141——主控制器时钟输出引脚；

142——主控制器数据输出引脚；

143——主控制器数据输入引脚；

150——系统地；

151——系统电源。

具体实施方式

为了让本发明的上述目的、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。

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，但是本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本发明。

图1是机械按键检测芯片的主要功能模块图，机械按键检测芯片100包含通信模块120，按键检测模块121和发光二极管驱动模块122， VDD引脚101是芯片的电源端口，VSS引脚102是芯片的地端口，SCK_I引脚103是芯片的时钟输入端口，SCK_O引脚104是芯片的时钟输出端口，SDI引脚105是芯片的数据输入端口，SDO引脚106是芯片的数据输出端口，LED1引脚107、LED2引脚108和LED3引脚109是芯片的三个发光二极管驱动引脚，CIO引脚110是芯片的按键检测引脚。SCK_I引脚103和SDI引脚106与通信模块120连接为芯片提供通信时钟和输入通信数据；SCK_O引脚104和SDO引脚106与通信模块120连接，将通信时钟和输出数据送到芯片外；通信模块120与按键检测模块121连接，为按键检测模块121提供控制信息，并读出按键检测模块121的输出信息；通信模块120与发光二极管驱动模块122连接，为发光二极管驱动模块122提供控制信息；CIO引脚110与按键检测模块连接；LED1引脚107、LED2引脚108和LED3引脚109与发光二极管驱动模块122连接，控制芯片外的LED灯效。

实施例一：

图2示出了本发明机械按键检测芯片的引脚示意图。

如图2所示，机械按键检测芯片具有以下引脚：电源引脚VDD——101，地引脚VSS——102，时钟输入引脚SCK_I——103，时钟输出引脚SCK_O——104，数据输入引脚SDI——105，数据输出引脚SDO——106，发光二极管1驱动引脚LED1——107，发光二极管2驱动引脚LED2——108，发光二极管3驱动引脚LED3——109和按键检测引脚CIO——110。

在本实施例中，机械按键连接到CIO引脚110，机械按键检测芯片100根据机械按键的阻抗值，转换出相应的多bit数字值。通过时钟输入引脚SCK_I 103，数据输入引脚SDI105和输出引脚SDO 106可以控制或查询机械按键检测芯片100的工作状态，读取转换结果，控制LED1引脚107、LED2引脚108和LED3引脚109的工作状态，从而控制其驱动的LED灯的工作状态。时钟输出引脚SCK_O 104将时钟输入引脚SCK_I 103的时钟信号缓冲后输出。

在另一实施例中，可以只有一个或n个发光二极管驱动引脚，也可以没有发光二极管驱动引脚。

在另一实施例中，可以取消SCK_O引脚106。

实施例二：

图3示出了本发明的机械键盘示意图，图中以三个机械按键，三个机械按键检测芯片和一个主控制器为例说明机械键盘的工作原理。

如图3所示，机械按盘200包含了一个主控制器140，三个机械按键130_1、130_2、130_3，三个机械按键检测芯片100_1、100_2、100_3；三个机械按键检测芯片100_1、100_2、100_3的电源引脚101_1、101_2、101_3连接到系统电源VDD 151；三个机械按键检测芯片100_1、100_2、100_3的地引脚102_1、102_2、102_3连接到系统地VSS 150；三个机械按键130_1、130_2、130_2分别连接到机械按键检测芯片100_1的CIO引脚110_1，100_2的CIO引脚110_2，100_3的CIO引脚110_3；主控制器140的时钟SCK_O连接到机械按键检测芯片100_1的时钟输入引脚SCK_I 103_1，机械按键检测芯片100_1的时钟输出引脚SCK_O 104_1连接到机械按键检测芯片100_2的时钟输入引脚SCK_I 103_2，

机械按键检测芯片100_2的时钟输出引脚SCK_O 104_2连接到机械按键检测芯片100_3的时钟输入引脚SCK_I 103_3；主控制器140的数据输出引脚SDO 142连接到机械按键检测芯片100_1的数据输入引脚SDI 105_1，机械按键检测芯片100_1的数据输出引脚SDO106_1连接到机械按键检测芯片100_2的数据输入引脚SDI 105_2，机械按键检测芯片100_2的数据输出引脚SDO 106_2连接到机械按键检测芯片100_3的数据输入引脚SDI 105_3，机械按键检测芯片100_3的数据输出引脚SDO 106_3连接到主控制器140的数据输入引脚SDI143；三个机械按键检测芯片100_1、100_2、100_2的发光二极管驱动引脚107_1、108_1、109_1、107_2、108_2、109_2、107_3、108_3、109_3分别连接到一个发光二极管的负极，发光二极管的正极连接到系统电源VDD 151。

实施例二中，机械按键检测芯片100_2和100_3的时钟输入引脚SCK_I 103_2和103_3分别连接到前一级机械按键检测芯片的时钟输出引脚，在另一实施例中，所有机械按键检测芯片的时钟输入引脚SCK_I可以直接连接到主控制器的时钟输出引脚，而不是来在于前一级机械按键检测芯片的时钟输出引脚。

在实施例二中，三个机械按键检测芯片100_1、100_2和100_3组成了一条扫描链，在另一实施例中，多个机械按键检测芯片可以组成多条扫描链。

在实施例二中，每个机械按键检测芯片分别驱动了三个发光二极管，在另一实施例中，每个机械按键检测芯片可以只驱动一个发光二极管，也可以不驱动发光二极管。

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。