用于光敏开关的组合芯片及其于按键开关组的应用

技术领域

本发明涉及开关技术领域，尤其是指利用光敏元件产生信号的光敏开关，具体涉及一种专门用于光敏开关的组合芯片。

背景技术

光敏开关主要是利用光敏元件的光感应原理，通过调节光敏元件接受到来自于发光元件的光量(光的强弱)的变化，使得光敏元件产生不同的电信号，利用该电信号可以生成相应的开关信号。光敏开关相较于传统的触片式机械开关，具有抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长等诸多优点，目前已被行业大量使用，如键盘、鼠标、琴键等产品，当然也适用于其他需要使用到开关信号的按键开关组的各种技术领域，如家电上的按键开关组等。

光敏开关在按键开关组中运用时(诸如在键盘上的运用)，通常需要上百颗光敏开关，而现有技术中，这些数量众多的光敏开关中的发光元件的驱动、光敏元件的电信号处理，甚至是灯效LED的驱动等，都需要光敏开关通过诸如矩阵连接等方式与键盘的中央处理器(主控MCU)连接处理，这不但使得键盘PCB板的电路布局和互连极其复杂，而且加大了对主控MCU的计算能力、多数量端口等要求，MCU的规格无法降低。此外，目前市场对光敏开关的需求不仅仅停留在提供简单的通断信号之需求，而是越来越追求开关能够根据使用者按压的行程提供多信号，也就是需要提供行程信号；具体到光敏开关而言，就是按压开关按键后让光敏元件受到的来自于发光元件的光量的渐变，进而要求光敏元件输出不同的电信号，主控MCU需要根据这些电信号转换为数字信号进而计算输出不同的行程信号，进一步增加了对主控MCU的算力的要求，增加了光敏开关在大量布局时的困难，使得实现相应产品(如键盘)量产的成本和难度都居高不下。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种专门用于光敏开关的组合芯片，用以降低对主控MCU的接口、算力规格等的高需求，降低光敏开关在大量布局时的线路复杂难度。

为实现该技术目的，本发明的方案是：一种用于光敏开关的组合芯片，所述光敏开关包括由光敏元件及发光元件构成的信号发生单元和与之对应的信号触发机构，信号触发机构在外力驱动下使得光敏元件接收到的来自于发光元件的光量发生变化，进而使得光敏元件产生电信号，所述组合芯片与光敏开关为一一对应关系，该组合芯片具有采用串联方式与其他同类组合芯片进行扩展的电连接结构；所述组合芯片内封装有集成设置的发光元件驱动模块、光敏元件模数转换模块、微控制模块，其中，发光元件驱动模块用于驱动与芯片电连接的发光元件发光；光敏元件模数转换模块用于将与芯片电连接的光敏元件产生的电信号转换成数字信号传送给微控制模块；微控制模块用于接收和发送信号以及控制发光元件驱动模块和光敏元件模数转换模块。

进一步的，所述组合芯片的微控制模块采用串联双线传输模式进行数据信号和时钟信号的传输。

优选的，所述组合芯片内还封装有电源管理模块，该模块用于将电源总线输入的供电电源稳定供给组合芯片中的各模块。

优选的，所述组合芯片内还封装有时钟管理模块，用于将芯片接收到的时钟信号进行整形放大以稳定输出至其它芯片。

优选的，所述光敏开关还包括有灯效LED，该灯效LED包括灯珠和驱动该灯珠发光的恒流驱动模块，所述恒流驱动模块封装于所述组合芯片内，所述微控制模块与恒流驱动模块电连接并对恒流驱动模块予以控制。

优选的，所述发光元件采用红外线发射管IR，所述光敏元件采用光敏二极管或红外线接收管PT，所述组合芯片具有如下引脚：用于电连接电源总线的VDD引脚和接地的GND引脚；用于电连接发光元件的IR引脚和电连接光敏元件的PT引脚；用于电连接数据信号线路的SDI引脚和SDO引脚；用于电连接时钟信号线的SCK引脚；用于电连接灯珠的PWM引脚。

优选的，所述灯珠为三颗，分别是红灯珠R、绿灯珠G、蓝灯珠B，所述PWM引脚对应于每色灯珠分为PWMR引脚、PWMG引脚、PWMB引脚。

优选的，所述灯效LED的灯珠封装于所述芯片内。

优选的，所述发光元件采用红外线发射管IR，所述光敏元件采用光敏二极管或红外线接收管PT所述芯片具有如下引脚：用于电连接电源总线的VDD引脚和接地的GND引脚；用于电连接发光元件的IR引脚和电连接光敏元件的PT引脚；用于电连接数据信号线路的SDI引脚和SDO引脚；用于电连接时钟信号线的SCK引脚。

本发明还提供了一种组合芯片于按键开关组中的应用，所述按键开关组包括多个按键和一主控MCU，每个按键都包括一光敏开关，每一光敏开关均配置有一如权利要求2-9中任一项所述的组合芯片，所述组合芯片之间采用串联方式连接形成芯片链，位于芯片链首的第一组合芯片与MCU电连接接收MCU发出的数据信号和时钟信号，位于芯片链尾的最后一个组合芯片与MCU电连接向MCU传回数据信号。

本发明的有益效果是，通过对每个光敏开关配设对应的组合芯片，该组合芯片封装有各模组能对与其连接的发光元件、灯效LED进行驱动控制，能将与其连接的光敏元件渐变产生的复杂电信号转换为数字信号输出，这就使得主控MCU得以以最简单的串联方式对若干光敏开关实现电控，有效的解决了对多个光敏开关的布局布线难度，更是降低了对主控MCU的要求，有利于提高产品的稳定性和准确性，缩小产品的设计空间，本发明方案必将对光敏开光行业产生深远的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所涉及光敏开关的工作原理示意图；

图2为本发明具体实施例的组合芯片的功能模块框图；

图3为本发明优选实施例一的组合芯片封装结构主视图；

图4为本发明优选实施例一的组合芯片封装结构后视图；

图5为本发明优选实施例一的组合芯片在按键开关组应用中的连接电路图；

图6为本发明优选实施例二的组合芯片封装结构后视图；

图7为本发明优选实施例二的组合芯片在按键开关组应用中的连接电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所述涉及的光敏开关属于现有技术，一般而言，光敏开关主要包括由光敏元件41及发光元件42(也通常称为光对管)构成的信号发生单元和与之对应的信号触发机构，信号触发机构可以是按键60驱动的光栅61、反光镜等，其作用是在外力驱动下使得光敏元件接收到的来自于发光元件的光量发生变化，进而使得光敏元件产生电信号，如图1所示的就是常见的光敏元件结构之一，本发明中对此不展开叙述。

本发明所提供的组合芯片在使用时与光敏开关为一一对应关系，通常是贴片在光敏开关装配的PCB板上，本发明的组合芯片具有采用串联方式与其他组合芯片进行扩展的电连接结构，即采用菊花链的方式进行扩展，如附图5和7所示出的；所述组合芯片内封装有集成设置的发光元件驱动模块、光敏元件模数转换模块、微控制模块，如图2和3所示的，这些功能模块集成为模组10，其中，发光元件驱动模块用于驱动与芯片电连接的发光元件发光；光敏元件模数转换模块用于将与芯片电连接的光敏元件产生的电信号转换成数字信号传送给微控制模块；微控制模块用于接收和发送信号以及控制发光元件驱动模块和光敏元件模数转换模块。在优选的方案中，组合芯片的微控制模块采用串联双线传输模式进行数据信号和时钟信号的传输。

为了提高组合芯片的工作稳定性，所述组合芯片内还封装有电源管理模块，该模块用于将电源总线输入的供电电源稳定供给组合芯片中的各模块。

考虑到在特殊运用场景时，光敏开关的数量特别多导致形成的芯片链过长而导致时钟信号传送不稳定，在优选的方案中，所述组合芯片内还封装有时钟管理模块，用于将芯片接收到的时钟信号进行整形放大以稳定输出至其它芯片。

基于用户的需求，目前大多数的按键都会配设相应的灯效LED以使按键使用起来有炫彩效果，为此，在优选的实施例中，本发明所涉的光敏开关还包括有灯效LED，该灯效LED包括灯珠和驱动该灯珠发光的恒流驱动模块，在本发明的方案中，所述恒流驱动模块也一并封装于组合芯片内，所述微控制模块与恒流驱动模块电连接并对恒流驱动模块予以控制。针对灯珠而言，本发明的具体实施例有两种方案，具体实施例一，是将灯珠全部封装于组合芯片上，如图3、4和5所示的，组合芯片上就不再设置相关的PWM引脚；具体实施例二是灯珠不封装于组合芯片上，如图6和7所示的，组合芯片上设置有外接灯珠的PWM引脚，通常为了获取炫彩效果，所述灯珠一般采用三颗，分别是红灯珠R 21、绿灯珠G 22、蓝灯珠B 23，则PWM引脚对应于每色灯珠分为PWM R引脚、PWM G引脚、PWM B引脚。

在具体实施中，发光元件和光敏元件可以根据需求选用任意的市面上具有该功能的元件，在优选的实施例中，所述发光元件采用红外线发射管IR，所述光敏元件采用光敏二极管或红外线接收管PT，在本发明的具体实施例二中，如图6和7所示的，所述组合芯片具有如下引脚：用于电连接电源总线的VDD引脚31和接地的GND引脚32；用于电连接发光元件的IR引脚33和电连接光敏元件的PT引脚34；用于电连接数据信号线路的SDI引脚35和SDO引脚36；用于电连接时钟信号线的SCK引脚37；用于电连接灯珠的PWM引脚。

在本发明的具体实施例一中，如图3和4、5所示的，灯效LED的灯珠封装于所述芯片内，这种情况下，芯片具有如下引脚：用于电连接电源总线的VDD引脚31和接地的GND引脚32；用于电连接发光元件的IR引脚33和电连接光敏元件的PT引脚34；用于电连接数据信号线路的SDI引脚35和SDO引脚36；用于电连接时钟信号线的SCK引脚37。

本发明通过对每个光敏开关配设对应的组合芯片，该组合芯片封装有各模组能对与其连接的发光元件、灯效LED进行驱动控制，能将与其连接的光敏元件渐变产生的复杂电信号转换为数字信号输出，这就使得主控MCU 50得以以最简单的串联方式对若干光敏开关实现电控，有效的解决了对多个光敏开关的布局布线难度，更是降低了对主控MCU的要求，有利于提高产品的稳定性和准确性，缩小产品的设计空间，本发明方案必将对光敏开光行业产生深远的影响。

此外，本发明还提供了一种组合芯片于按键开关组中的应用方案，所述按键开关组包括多个按键和一主控MCU，每个按键都包括一光敏开关，每一光敏开关均配置有一本发明所提供的组合芯片，所述组合芯片之间采用串联方式连接形成芯片链，如图5和7所示出的，位于芯片链首的第一组合芯片与MCU 50电连接接收MCU 50发出的数据信号和时钟信号，位于芯片链尾的最后一个组合芯片与MCU电连接向MCU传回数据信号，其余的组合芯片仅与各自相邻的组合芯片串联，相较于传统的矩阵连接，大幅降低了布线布局的难度，使得相应的PCB板的设计和加工成本和加工难度都大幅降低。尤其是，这种连接方式所采用的主控MCU所需的引脚非常少，通常只要VDD、GND、MOSI、MISO、SCK这几个常用引脚即可，相较于传统的矩阵连接，大幅降低了对MCU的规格要求。此外，因每个光敏开关的组合芯片具有完成光敏元件电信号转化为数字信号之功能，以及对相应发光元件和灯效LED的驱动控制，大大降低了对MCU的处理需求。本方案中所指的按键开关组可以是作为计算机外设的键盘，也可以是诸如家电的操作按键组合或其他诸如此类的按键组合。

在本发明中，采用电源总线对各芯片供电及相关接地等技术，对于本领域普通技术人员而言，均属于公知技术，本文对此不具体叙述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。