專利名稱：按鍵檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按鍵檢測電路，尤其涉及一種雙模式按鍵檢測電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，存在采用單一按鍵來執(zhí)行兩種功能的應(yīng)用程序。例如， 一些移 動電話上的電源鍵既能執(zhí)行電源開/關(guān)又能執(zhí)行其他功能，如"退出"功倉巨。 當移動電話處于上電模式時，如果用戶按壓電源鍵的時間少于某一預(yù)定時 間閾值，該鍵將觸發(fā)"退出"功能。如果用戶按壓電源鍵的時間長于預(yù)定 時間閾值，該鍵將關(guān)閉移動電話。
在單一按鍵上實現(xiàn)這些多功能的傳統(tǒng)方式是采用電源管理芯片或微 控制器或微計算機。然而，這種傳統(tǒng)電路既復(fù)雜又昂貴。
美國專利US5140178描述了一種雙功能鍵，尤其是一種微計算機的復(fù) 位電路。 -

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面本發(fā)明提供了一種按鍵檢測電路，用于檢測按鍵的狀
態(tài)。該按鍵檢測電路包括放電電路，由電阻-電容電路組成，連接到按鍵 并且當按下按鍵時進行放電；和電壓檢測電路，連接到所述放電電路，并
且包括第一晶體管和第二晶體管的組合，其中當所述放電電路放電一預(yù)定時間時，第一晶體管導(dǎo)通并且輸出一個電壓以導(dǎo)通第二晶體管，使得第二 晶體管輸出用于第二功能的第二信號。
在前述的按鍵檢測電路中，預(yù)定時間至少是由電阻和電容確定。
在前述的按鍵檢測電路中，其中按鍵的第一端子接地并且按鍵的第二 端子與電阻-電容電路連接。
上述的按鍵檢測電路迸一步包括一個充電電路，當釋放按鍵時，為放 電電路的電容充電。其中，該充電電路包括一個晶體管，當釋放按鍵時， 該晶體管導(dǎo)通，從而對電容進行充電。
在上述的按鍵檢測電路中，當電容的電壓被充電到不低于第一晶體管 的閾值時，第一晶體管和第二晶體管截止。
在前述的按鍵檢測電路中，第一晶體管是PNP晶體管或是PMOS晶 體管。
在上述的按鍵檢測電路中，第二晶體管是PNP晶體管或PMOS晶體 管，或是NPN晶體管，或是NMOS晶體管。
在上述的按鍵檢測電路中，當?shù)谝痪w管和第二晶體管都是PNP晶體 管時，通過連接第二 PNP晶體管的基極到第一 PNP晶體管的發(fā)射極來形 成組合。第二信號由第二PNP晶體管的發(fā)射極產(chǎn)生。當?shù)谝痪w管是一個 PNP晶體管并且第二晶體管是一個NPN晶體管時，該組合通過連接NPN 晶體管的基極到PNP晶體管的集電極來形成。
在上述的按鍵檢測電路中，第二信號由NPN晶體管的集電極產(chǎn)生。
在前述的按鍵檢測電路中，如果按下按鍵的時間少于預(yù)定時間，按鍵 的第一端子將發(fā)出一個第一信號。在上述的按鍵檢測電路中，該第一信號輸出給一個按鍵矩陣掃描電路 作為其輸入。
在上述的按鍵檢測電路中，存在與第一按鍵并聯(lián)連接的第二按鍵，從 而共享放電電路、電壓檢測電路和充電電路。


圖1示出了能夠執(zhí)行兩種功能的按鍵電路的原理方框圖； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例，能夠執(zhí)行兩種功能的按鍵電路的 電路圖3示出了能夠執(zhí)行兩種功能并能與矩陣按鍵掃描電路或I/O端口一 起工作的按鍵電路的原理方框圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例，其中雙功能鍵與矩陣按鍵掃描電
路一起工作的電路圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例，其中雙功能鍵與矩陣按鍵掃描電 路一起工作的電路圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1，示出了能夠執(zhí)行兩種功能的按鍵電路的方框圖。該電 路主要包括按鍵、放電電路l、電壓檢測電路2、和快速充電電路3。第一 種功能是標準按鍵功能，第二種功能例如是復(fù)位功能。
現(xiàn)在返回到圖2，進一步詳細描述了圖1的原理。在圖2中，示出了 一個具體實施例，用于說明能夠執(zhí)行兩種功能的雙功能按鍵的按鍵檢測電
路。 一種功能是標準按鍵功能。例如，在移動電話上，標準按鍵功能是用于輸入數(shù)字。另一個功能例如是移動電話上的復(fù)位功能。這里引入移動電 話來說明本發(fā)明原理，并不應(yīng)當認為是對本發(fā)明的任何限定。本發(fā)明原理 能夠應(yīng)用在其他設(shè)備中以及被用于旨在執(zhí)行一個或多個功能的按鍵中。
在圖2的電路中，Kl是雙功能按鍵。該電路主要包括三個部分放
電部、電壓檢測部、和一個快速充電部。放電部電路包括一個電阻R1和 一個電容Cl?？焖俪潆姴侩娐钒▋蓚€電阻R2和R3，以及一個晶體管 Tl。電壓檢測部電路由晶體管T2和T3以及電阻R4， R5和R6組成。
雙功能按鍵K1的第一端子接地，Kl的第二端子OUTPUTl經(jīng)由電阻 R2連接到源電壓Vcc，并且Kl的第二端子0UTPUT1通過串聯(lián)的電阻 Rl和電容Cl接地。Kl的第二端子還連接到晶體管Tl的基極。晶體管 Tl的集電極經(jīng)由電阻R3連接到源電壓Vcc，其中發(fā)射極通過電容Cl接 地。源電壓Vcc和地之間存在著串聯(lián)的PNP晶體管T2和電阻R5，該PNP 晶體管T2的發(fā)射極連接到源電壓Vcc，集電極連接到電阻R5。 T2的基極 經(jīng)由電阻R4耦接到T1的發(fā)射極。T2的集電極還連接到晶體管T3的基極。 而T3的集電極通過電阻R6連接到源電壓Vcc，它的發(fā)射極接地。
用于按鍵Kl第一功能的第一信號直接由Kl的第二端子(也就是， 0UTPUT1)產(chǎn)生。用于第二功能的第二信號通過從T3的集電極的端子(也 就是，OUTPUT2)輸出。如果按壓按鍵K1的時間少于預(yù)定時間閾值，將 通過OUTPUTl輸出第一信號。如果按壓按鍵K1的時間不少于預(yù)定時間 閾值，該電路通過OUTPUT2輸出第二信號。在本實施例中，當處于一個 低電壓電平時，輸出被認為是激活的，也就是，實際上接地"G"。 現(xiàn)在接下來描述雙功能電路的工作進程。首先，電容C1通過電阻R2和R3由源電壓Vcc充滿電。當按下Kl時，Cl將通過Rl和Kl連接到地 端放電。Cl放電的預(yù)定時間閾值以及隨后觸發(fā)第二功能主要由Rl和Cl 的值來確定。因此放電電路也能夠被認為是一個定時電路。預(yù)定時間閾值 能夠基于Rl、 Cl和R4的值以及T2的特性一起計算出來。
如果預(yù)定時間閾值很長，可以在T2的發(fā)射極和Vcc之間增加電阻。 通過本說明書的教導(dǎo)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，當計算該預(yù)定時間閾 值時，也應(yīng)當考慮增加的電阻。電阻會減少T2發(fā)射極的電壓，從而Cl 的電壓會放電更多以導(dǎo)通T2，這會延遲預(yù)定時間閾值。為安全起見，R3 用于控制C1的充電電流。但是如果正向電流在T1要求的范圍內(nèi)，R3可 以忽略。
當按壓按鍵Kl的時間少于預(yù)定時間閾值時，檢測電路不會在 OUTPUT2端輸出低電平信號，從而不會觸發(fā)第二功能。由于這種情況下 處于最初充電的Cl的電壓不足夠低，以至于不能夠?qū)≒NP晶體管T2, 而當T2處于"截止"狀態(tài)時，T3基極的電勢將是"低電平"，并且T3不 導(dǎo)通，從而位于T3集電極的電壓不足夠低，以至于不能夠觸發(fā)第二功能 信號。因而看起來控制器只在OUTPUTl檢測到標準按鍵狀態(tài)，并且只有 第一功能被激活。這里所指的控制器可以是CPU，微處理器，或其他在各 種環(huán)境中用于處理信號的處理器。
當按壓K1的時間不少于預(yù)定時間閾值時，Cl放電，并且Cl的電壓 降低，以至于使得晶體管T2導(dǎo)通。然后，電流流經(jīng)電阻R5，使R5的電 壓電平上升，這使得T3基極上的電勢是"高電平"，晶體管T3導(dǎo)通。當 T3導(dǎo)通時，會在OUTPUT2端產(chǎn)生用于第二功能的第二信號，例如低電平復(fù)位信號。
從上文的描述可以得出以下結(jié)論，用于第二功能的第二信號不會依賴 于軟件，而是基于硬件產(chǎn)生。優(yōu)點在于，如果軟件發(fā)生故障引起控制器阻 塞，第二功能仍然能夠被執(zhí)行。例如，在PC機中，即使當程序損壞時， 仍然能夠手動或從外部通過硬件復(fù)位按鈕重新設(shè)置整個系統(tǒng)。
于是，當釋放K1時，Tl的基極處于高電平且T1導(dǎo)通。電流流經(jīng)電 阻R3和晶體管Tl對電容Cl進行充電。在具體實施例中，R3的阻抗遠 低于R1的阻抗，因此充電時間遠遠短于放電時間。這樣，電路能夠確保 快速充電操作并且確保Kl上的下一個按壓操作能夠正常運行。
在Cl的電壓通過充電電路增加到一個確定值后，位于晶體管T2基極 的電壓電平足夠高，以至于使得晶體管T2截止。當T2截止時，T3也被 截止。從OUTPUT2端獲得的第二信號處于高電平并且第二復(fù)位功能未激 活。
當未按下K1時，電路中所有的晶體管都將被截止。因此，整個復(fù)位 電路基本上不消耗電能。在電路中，電阻R2 R6都是偏壓電阻器。它們 用于控制電流并且使得晶體管正常工作。
在第一實施例的另一種形式中，如果僅存在K1的第二輸出端，也就 是說，不存在OUTPUT1端而僅存在OUTPUT2端，當按壓Kl的時間不 少于預(yù)定時間閾值時，電路仍然能夠?qū)崿F(xiàn)第二功能。
圖3示出了能夠執(zhí)行兩種功能并且能夠與矩陣掃描電路或I/O端口一 起工作的按鍵電路的原理方框圖。按鍵電路主要包括一個按鍵、 一個放電 電路l、 一個電壓檢測電路2、 一個快速充電電路3、以及一個按鍵掃描電路4。第一功能是標準按鍵功能，該功能能夠由1/0端口或通過矩陣按鍵 掃描電路的"掃描輸出"檢測，例如第二功能是復(fù)位功能。
在另一個實施例中，如圖4所示，該實施例說明了圖3原理的具體實 施方式。如圖4所示，雙功能鍵位于按鍵矩陣中，并與矩陣按鍵掃描電路 一起工作。在按鍵矩陣中，K1和K2是用于說明本發(fā)明原理的兩個按鍵， 其中Kl是本發(fā)明的雙功能鍵，K2是傳統(tǒng)的單一功能鍵。這里使用的K2 是為了證明Kl能夠很好地執(zhí)行兩種功能，而不會影響到其他按鍵的性能。 這里我們假設(shè)Kl和K2在按鍵掃描電路中屬于同行而不同列。按鍵掃描 矩陣電路能夠檢測到來自0UTPUT1'端的用于K1第一功能的第一信號。
當在按鍵矩陣中存在多個按鍵時，能夠使用按鍵掃描電路。按鍵驅(qū)動 電路具有兩種類型矩陣按鍵掃描電路和I/O端口直接輸入電路。
根據(jù)矩陣按鍵掃描方法，按鍵矩陣的輸出共享控制器的輸入/輸出 (I/O)端口，從而節(jié)省端口資源。這里的控制器可以是CPU、微計算機、 或其他能夠檢測并處理按鍵狀態(tài)的處理裝置。矩陣按鍵掃描控制器將掃描 所有行，逐一激活掃描輸入引腳，從而將信號輸入給本發(fā)明電路。當行被 激活時，控制器檢測"被激活"列中的每個掃描輸出引腳。指定的行和列 可以互相交換。
I/O端口方法是一種監(jiān)測按鍵狀態(tài)簡單且直接的方法。該方法適用于 每個按鍵使用一個I/O端口，并且檢測每個端口的輸入以獲得每個按鍵的 狀態(tài)。
圖4中的放電電路1、電壓檢測電路2、以及充電電路3與圖2中的 電路相同，因此通過使用與圖2相同的符號來表示這些部件并且為了清楚簡明，這里就不再進行詳細說明。另外，為了執(zhí)行矩陣按鍵掃描功能，Kl 使用第四晶體管T4、兩個電阻R7和R8、電容C2，而K2使用晶體管T5。 從圖4中可以看出，T4的發(fā)射極連接到Kl的第二端子，也就是 0UTPUT1'， T4的基極通過R7耦接到SCAN-IN1端，T4的集電極耦接 到SCAN-0UT1端，SCAN-0UT1端具有要被檢測到的由C2進行平滑的 電壓，其中T4的集電極通過R8連接到電源電壓Vcc并通過電容C2連接 到地G。
在圖4中，SCAN-IN1端是行掃描輸入端口，用于將控制器的信號輸 入給本發(fā)明電路，而SCAN-OUT1端和SCAN-OUT2端是列掃描輸出端口 ， 用于將本發(fā)明電路的按鍵信號輸出給控制器?？刂破骷せ钚袙呙栎斎攵丝?SCAN-IN1端并輸入高電平電壓，從而晶體管T4和T5導(dǎo)通。然后控制器 檢測來自SCAN-OUT1端和SCAN-OUT2端的列輸入端口。當Kl禾卩K2 都沒有被按下時，行SCAN-OUTl端和SCAN-OUT2端都不被激活，并且 保持在高電平。當按下Kl時，SCAN-OUT1端被下拉到低電平而 SCAN-OUT2端保持在高電平。這樣，控制器能夠檢測到哪個按鍵被按下。 晶體管T4和晶體管T5的作用在于提高矩陣中輸出端口的負載容量，這意 味著晶體管T4和晶體管T5被用作放大器，使得控制器能夠在同一時刻驅(qū) 動更多的按鍵電路。如果CPU的I/0端口的負載容量足夠大，可以省略這 些晶體管。
當按下Kl時，Cl將通過Rl和Kl接地釋放電荷。Rl和Cl的值決 定放電的時間。當按壓K1的時間不短于預(yù)定時間閾值時，C1的電壓降低， 以至于使得晶體管T2導(dǎo)通。從而電流流經(jīng)R5并且R5的電壓升高，這使得晶體管T3導(dǎo)通。最后，在晶體管T3的集電極，也就是OUTPUT2'， 觸發(fā)一個低電平復(fù)位信號。
一旦釋放Kl,晶體管T1的基極再次回到高電平。于是晶體管T1導(dǎo) 通，并且電流流經(jīng)R3和T1，從而給電容C1充電。選擇電阻R3，使其阻 抗比R1的小很多，充電時間比放電時間更短。這樣如果在短時間內(nèi)再次 按下K1，將確保相同的放電時間。在C1的電壓提高到確定的數(shù)量后，晶 體管T2和T3截止。當來自T3集電極的復(fù)位信號被觸發(fā)時，T3的集電極 變?yōu)楦唠娖讲⑶覐?fù)位信號未被激活。再次按下Kl之前，所有的晶體管保 持截止。因此，整個復(fù)位電路沒有消耗電能。電阻R2到R8都是晶體管的 偏壓電阻器。它們用于控制晶體管的電流并且使得晶體管正常工作。電容 C2用于過濾電壓并且能夠抑制電壓，從而避免過沖(overshoot)或電壓 抖動(flicker)發(fā)生。
圖5給出了第三實施例，其中Kl和K2都是具有第二功能，例如復(fù)位 功能的按鍵，位于按鍵矩陣中并且和一個矩陣掃描電路一起工作。圖5使 用與圖2和圖4中相同的符號來表示相同的元件。在圖5中，K1和K2共 享放電電路1、電壓檢測電路2、和充電電路3，并且共享SCAN-0UT1 端以發(fā)送信號到控制器。Kl和K2獨立地接收分別來自SCAN-IN1端和 SCAN-IN2端的矩陣掃描電路的信號。
為了確保Kl和K2固有的性能，二極管Dl連接在位于Kl第二端子 的OUTPUT11端和Rl之間，并且電流從Rl流向Kl。類似地，第二二極 管D2連接在位于K2第二端子的OUTPUT12端和Rl之間，并且電流從 R1流向K2。與圖4不同，在圖5中，T5的集電極連接到T4的集電極以共享SCAN-0UT1端。與Kl類似，對于K2，電阻R9連接在T5的基極 和SCAN-IN2端之間。
在圖5中，假設(shè)Kl和K2位于相同的列，但是位于不同的行。SCAN-IN1 端和SCAN-IN2端信號交替被激活。當SCAN-IN1端輸出一個高電平掃描 信號時，由于SCAN-IN2端位于低電平，晶體管T4導(dǎo)通而T5保持截止 (off)。如果未按下K1， SCAN-0UT1端將顯示一個高電平，即使如果在 這時按下K2。當按下Kl時，位于SCAN-0UT1端的低電平激活信號被監(jiān) 測到。相同的原理適用于K2。 Kl和K2不存在交互作用(interaction)。 如果處理器的I/O端口不能夠維持足夠電流，則T4和T5用于改進負載容
當按下按鍵K1時，C1放電并且對按鍵K1的第二功能開始計時。盡 管C1上的電壓減少，由于二極管D2提供了絕緣，這不會影響監(jiān)測K2的 狀態(tài)。例如，如果按下K1且未按下K2， 二極管D1的陰極跟隨著D1的 陽極轉(zhuǎn)到低電平。由于二極管的單向傳導(dǎo)，D2的陰極仍然是高電平。因 而由于高電平信號輸出，控制器能夠檢測到K2未被按壓。如果K2也被 按下，將輸出激活低電平信號到控制器。因此Kl和K2不存在交互作用 (intemction)。所有按鍵能夠共享定時電路。由于一旦按下按鍵，就能夠 認為這些按鍵接地，并且二極管不會影響Cl放電，因此能夠同時按壓多 個按鍵而不會顯著影響觸發(fā)第二功能所需的時間。同時，定時功能不會影 響按鍵掃描功能。
在上述實施例中，當電路在OUTPUT2端(參見圖2)或OUTPUT2' 端(參見圖4)或OUTPUT22端(參見圖5)輸出一個低電平時，第二功能被激活;當電路在OUTPUT2端(參見圖2)或OUTPUT2'端(參見 圖4)或OUTPUT22端(參見圖5)輸出一個高電平時，第二功能不被激 活。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解第二功能能夠被激活，而在相反的 條件下不能夠被激活。
在上述實施例中，T3和T4之間的連接也能夠顛倒。即，首先NPN 晶體管T4導(dǎo)通，其次PNP晶體管T3導(dǎo)通。在這種情況中，其他相關(guān)電 路相應(yīng)地改變。
在所有上述實施例中，這些實施例中的PNP和NPN晶體管也能夠由 PMOS和NMOS代替。此外，盡管在上述實施例中，T3是一個NPN晶體 管，它也能夠是一個PNP晶體管。如果這樣，T3的基極應(yīng)當連接到T2 的發(fā)射極，并且第二信號來自T3的發(fā)射極。
有利地，由于當按鍵打開時晶體管截止，因此幾乎沒有消耗電能。 除了復(fù)位功能以外，具有按鍵掃描和定時功能的多個按鍵電路能夠使 用在某一時間按壓任何一個按鍵之后要求觸發(fā)一個信號的所有情況中。例 如，這能夠應(yīng)用于當按鍵中的任何一個被長時間按壓時開啟警報燈。
權(quán)利要求
1.一種按鍵檢測電路，用于檢測按鍵(K1)的狀態(tài)，特征在于它包括放電電路(1)，由電阻-電容(R1，C1)電路組成，連接到按鍵(K1)并且當按下按鍵(K1)時進行放電，和電壓檢測電路(2)，連接到所述放電電路(1)并且包括第一晶體管(T2)和第二晶體管(T3)的組合，其中當所述放電電路放電一預(yù)定時間時，第一晶體管(T2)導(dǎo)通并且輸出一個電壓以導(dǎo)通第二晶體管(T3)，使得第二晶體管(T3)輸出用于第二功能的第二信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的按鍵檢測電路，其中該預(yù)定時間至少是由電阻(Rl)和電容(Cl)確定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的按鍵檢測電路，其中按鍵(Kl)的第一端子接地并且按鍵(Kl)的第二端子與電阻-電容(Rl， Cl)電路連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的按鍵檢測電路，其中進一步包括充電電路(3),當釋放按鍵(Kl)時，為放電電路(1)的電容(Cl)充電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的按鍵檢測電路，其中該充電電路包括晶體管(Tl)，當釋放按鍵(Kl)時，晶體管(Tl)導(dǎo)通，從而對電容(Cl)進行充電。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的按鍵檢測電路，其中當電容(Cl)的電壓被充電到不低于第一晶體管(T2)的閾值時，第一晶體管(T2)和第二晶體管(T3)截止。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求任意一項權(quán)利要求的按鍵檢測電路，其中第一晶體管(T2)是PNP晶體管或是PMOS晶體管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的按鍵檢測電路，其中第二晶體管(T3)是PNP晶體管或PMOS晶體管，或是NPN晶體管，或是NMOS晶體管。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的按鍵檢測電路，其中當?shù)谝痪w管(T2)和第二晶體管(T3)都是PNP晶體管時，通過連接第二PNP晶體管的基極到第一PNP晶體管的發(fā)射極來形成組合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的按鍵檢測電路，其中第二信號由第二PNP晶體管的發(fā)射極產(chǎn)生。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8的按鍵檢測電路，其中當?shù)谝痪w管(T2)是PNP晶體管并且第二晶體管(T3)是NPN晶體管時，該組合通過連接NPN晶體管的基極到PNP晶體管的集電極來形成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的按鍵檢測電路，其中第二信號由NPN晶體管的集電極產(chǎn)生。
13. 根據(jù)權(quán)利要求3、 10和12任意一個的按鍵檢測電路，其中如果按下按鍵的時間少于預(yù)定時間，按鍵(Kl)的第一端子將發(fā)出第一信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的按鍵檢測電路，其中該第一信號輸出給一個按鍵矩陣掃描電路作為其輸入。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的按鍵檢測電路，其中存在與第一按鍵并聯(lián)連接的第二按鍵，從而共享放電電路(1)、電壓檢測電路(2)和充電電路(3)。
全文摘要
一種按鍵檢測電路，用于檢測按鍵的狀態(tài)。該按鍵檢測電路包括一個放電電路，當按下按鍵(K1)時進行放電；和一個電壓檢測電路，它包括一個PNP晶體管(T2)和一個NPN晶體管(T3)的組合，其中當放電電路放電一預(yù)定時間時，PNP晶體管(T2)導(dǎo)通，使得NPN(T3)導(dǎo)通并且輸出用于第二功能的第二信號。
文檔編號G01R19/00GK101581764SQ20091014295
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者孫愛華, 廖志君, 羅伯特·沃倫·施密特 申請人:湯姆遜許可公司