專利名稱：鍵盤裝置的安全系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子鍵盤裝置領域，更詳細地說，本發(fā)明涉及用于加強安全保護、防止對電子鍵盤裝置中數(shù)據輸入的非法譯碼的系統(tǒng)和方法。
背景電子系統(tǒng)和電子電路對現(xiàn)代社會的進步作出了重要貢獻并在許多應用中獲得了優(yōu)秀成果。電子技術，例如數(shù)字計算機、計算器、音頻設備、視頻設備以及電話系統(tǒng)促進了生產率的提高和數(shù)據分析及數(shù)據通信成本的降低，也促進了商業(yè)、科學、教育和娛樂的大多數(shù)領域觀念和趨勢的改變。用來提供這些結果的電子裝置和系統(tǒng)通常都有用來輸入信息的接口。用于將信息輸入到電子系統(tǒng)的最通常的接口之一就是鍵盤。傳統(tǒng)的鍵盤裝置一般提供方便的輸入接口，但是輸入信息常常容易被非法截取。
正如名稱所提示的，鍵盤一般包括若干個鍵或按鈕，它們表示字符或功能(例如，字母表中的字母、數(shù)字、標點字符、回退、刪除、翻頁等等)。這些鍵一般以行和列的矩陣形式排列。通常，每一個鍵與一個開關對應，所述開關由其對應鍵的物理操作(例如，按下所述鍵)激活。鍵盤開關的激活通常表示把字符輸入到裝置中或者輸入指令。用戶通常要激活特定序列中的若干個鍵來完成具體數(shù)據的輸入。


圖1A是通常的鍵盤系統(tǒng)100的框圖說明，其中，鍵盤開關位于在4×4的開關矩陣陣列120的每一個行和列的交叉位置。開關矩陣陣列120包括列焊片131至134和行焊片151至154，并且當開關被激活時，它在行和列之間提供電氣通路。鍵盤掃描器電路110提供鍵盤掃描器輸出信號并且監(jiān)控鍵盤的輸入信號。在傳統(tǒng)的鍵盤系統(tǒng)中，掃描器輸出信號加到列焊片和行焊片作為鍵盤驅動信號。在鍵盤開關矩陣130的行和列上產生的鍵盤信號的變化被反饋給鍵盤掃描器電路110作為鍵盤掃描器輸入信號。傳統(tǒng)的鍵盤系統(tǒng)通常是用數(shù)字接口實現(xiàn)的，在傳統(tǒng)的鍵盤系統(tǒng)中，在接口上使用高電壓電平信號和低電壓電平信號，其中，“高電壓”信號(例如，5伏)表示邏輯1而“低電壓”信號(例如，0伏)表示邏輯0。標準鍵盤系統(tǒng)一般應用鍵盤開關激活檢測算法確定鍵盤矩陣中的鍵是否被激活。所述方法一般包括建立初始鍵盤狀態(tài)；檢測鍵盤開關的激活；以及確定哪一個鍵盤開關被激活。
圖1B是一個典型的傳統(tǒng)鍵盤系統(tǒng)、例如鍵盤100的狀態(tài)圖。通常處在特定邏輯值的缺省的弱電壓(例如，0伏)信號加到鍵盤開關矩陣的各行上，而強電壓(例如，5伏)信號加到鍵盤開關矩陣的每一列上。然后，所述鍵盤掃描器監(jiān)控所述行的所加信號的變化。如果當所述矩陣各行上的電壓由鍵盤掃描器電路讀取時所有行都具有缺省弱電壓的邏輯值的話，那么，，就沒有開關被接通，因而就沒有鍵被按下。如果行出現(xiàn)了強電壓的邏輯值的話，那么那行的開關被接通，并且所述鍵盤系統(tǒng)就處于等待狀態(tài)150。為要確定所述行的哪一個開關被接通，就要在所述鍵盤矩陣上以鍵的活動狀態(tài)170執(zhí)行類似的算法。弱電壓(例如，5伏)被加到矩陣的列中而強電壓(例如，0伏)被加到矩陣的行中。當產生的矩陣列上的電壓值由鍵盤掃描器110讀取時，帶強電壓的列表示接通開關的列。鍵盤掃描器110將表示接通的開關的行和列的信息與識別哪一個鍵被按下相關聯(lián)。
傳統(tǒng)上，鍵盤系統(tǒng)將一個鍵盤驅動信號集(例如，鍵盤掃描器輸出信號)加到列焊片、并且將一個鍵盤驅動信號集加到行焊片。每一個鍵盤驅動信號集構成加到鍵盤開關矩陣行或列的二進制鍵盤驅動字，并且鍵盤驅動字(例如，鍵盤掃描器輸出信號)的每一個信號的邏輯值都相同。例如，加到鍵盤開關矩陣120的列焊片的鍵盤驅動字中每一位的邏輯值都相同(例如，邏輯1)，并且加到鍵盤開關矩陣120的行焊片的鍵盤驅動字中每一位的邏輯值都相同(例如，邏輯0)。
輸入信息常常具有保密和敏感的性質。例如，與用于對單元入口或者訪問存儲在電子裝置中的信息進行保密的系統(tǒng)相關聯(lián)的口令常常是保密的。由于大多數(shù)系統(tǒng)都具有其信息容易被非法竊取的特性，因此敏感信息的保密是很重要的。輸入裝置，例如，鍵盤裝置常常是“不被保護”的，而且傳統(tǒng)鍵盤具有若干使得它們的輸入信息易于被未授權竊取的特點。傳統(tǒng)鍵盤對保密信息的內容保密是顯而易見的。例如，當用戶實際激活鍵盤上的鍵時別人可以觀察到所按下的鍵。防止視覺竊取敏感信息的較好方法是屏蔽其它人對鍵盤的視覺接近。鍵盤的特別麻煩和脆弱的特點是電磁場輻射，后者是在鍵盤矩陣中的開關被激活時產生的。電磁輻射的性質使得它很難防止非法的竊取，并且傳統(tǒng)鍵盤裝置出現(xiàn)的有限數(shù)目的各種電磁場輻射特征使得截獲輻射相當容易。
傳統(tǒng)鍵盤系統(tǒng)的電磁場輻射用電磁感應(EMI)技術很容易截獲。通常，當傳統(tǒng)鍵盤掃描器執(zhí)行鍵盤掃描時，傳統(tǒng)鍵盤矩陣中的每一個被激活的開關將產生唯一的電磁輻射。一般地說，檢測由按鍵產生的電磁場的變化相當簡單，并且在鍵盤接口中特別容易區(qū)分按鍵的EMI特征，其中，包含在一個鍵盤驅動信號(例如，掃描器輸出信號)集中的每一個信號的邏輯值都相同。每一個鍵盤開關的激活將導致不同的電磁輻射，這取決于行和列交叉點開關中的信號值。然而，由于包含在鍵盤驅動信號(例如，掃描器的輸出信號)集中的每一個信號都相同，因此存在有限數(shù)目的電磁輻射特征，使得特定鍵與特定EMI的聯(lián)結非常容易讀取。因此，截獲傳統(tǒng)鍵盤上的高度機密的鍵序列相當簡單，并在以后復原那些鍵序列也是一個簡單過程。
這就需要一種提高解釋來自鍵盤系統(tǒng)的電磁輻射的難度的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法應該能夠降低非法地把電磁輻射與高度機密的鍵序列相聯(lián)系的慨率。
發(fā)明慨要本發(fā)明是一種提高解釋來自鍵盤系統(tǒng)的電磁輻射的難度的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法通過促進與具體的鍵激活相關聯(lián)的電磁輻射的隨機性來降低非法地將高度機密的鍵序列與電磁輻射相聯(lián)系的慨率。在本發(fā)明的一個實施例中，鍵盤掃描器電路使用一個數(shù)字值集，所述數(shù)字值集的變化遍及包含在加到鍵盤屬性(例如，行和列)的數(shù)字字中的時間和位。所述隨機數(shù)字值集存放在寄存器文件中并且按順序傳送給列焊片和行焊片。在本發(fā)明的一個實施例中，數(shù)字值集是由軟件或硬件隨機數(shù)發(fā)生器產生的，并且裝入寄存器文件中。本發(fā)明的鍵盤安全系統(tǒng)將強變化鍵盤驅動字傳送給鍵盤開關矩陣(例如，行或列)的屬性、而將弱驅動字加到鍵盤開關矩陣的相反的屬性，從鍵盤開關矩陣的相反屬性檢索結果字，并且解譯所述結果以便確定包含在鍵盤系統(tǒng)中的開關是否被激活(例如，是接通或斷開)。
為了支持每一個矩陣屬性的隨機位數(shù)值，要獨立地配置弱鍵盤驅動信號。在本發(fā)明的一個實施例中，弱驅動信號被獨立地上拉或下拉。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，通過暫時啟動各個相反屬性的驅動器(例如，行或列的驅動器)將弱驅動信號獨立地預充電到一個邏輯值。當在短的暫時時間間隔后未確定相反屬性驅動器的啟動信號時，連接到相反屬性的總線保通片保持所述弱信號。除非由于鍵盤開關激活的緣故、強驅動信號壓倒了弱信號，否則獨立的弱信號將保持不變。在本發(fā)明的一個實施例中，弱驅動信號值與強驅動信號值的比較給出了鍵盤開關激活的指示。在另一個示范的實施方案中對在兩個采樣周期中得到的信號值進行了比較。在一個示范的實施方案中，以隨機次數(shù)或通過有效事件、例如按鍵來更新寄存器文件中的隨機數(shù)值。
附圖介紹圖1A是典型的鍵盤系統(tǒng)的方框圖說明，其中開關位于4乘4開關矩陣陣列的每一個交叉點。
圖1B是傳統(tǒng)鍵盤系統(tǒng)的狀態(tài)圖。
圖2是本發(fā)明一個實施例的鍵盤安全系統(tǒng)的方框圖。
圖3是本發(fā)明一個實施例的鍵盤掃描器300的方框圖。
圖4是本發(fā)明鍵盤安全電路一個實施例的鍵盤安全電路400的方框圖。
圖5是本發(fā)明安全電路一個實施例的鍵盤安全電路500的方框圖。
圖6A是本發(fā)明一個實施例的鍵盤安全電路500的狀態(tài)圖。
圖6B是說明在本發(fā)明一個示范的實施方案中、從空閑狀態(tài)到消抖動和寄存器更新的按鍵序列的時序圖。
圖7是本發(fā)明一個實施例中，包括按順序發(fā)送到列輸出端和行輸出端的一個示范的數(shù)字值集的表格。
圖8是本發(fā)明一個實施例的鍵盤保密方法800的流程圖。
詳細說明下面將詳細涉及本發(fā)明的最佳實施例、鍵盤安全系統(tǒng)和方法，附圖中舉例說明它們的實例。當結合最佳實施例對本發(fā)明進行說明時，要理解它們不是用來將本發(fā)明限制于這些實施例。相反，本發(fā)明將覆蓋包含在由所附權利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍之內的各種供選擇的方案、修改和等同物。而且，在以下對本發(fā)明的詳細說明中，闡述了許多具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，對于本專業(yè)的技術人員而言，很顯然沒有這些具體的細節(jié)也可以實現(xiàn)本發(fā)明。在其它例子中，已知的方法、過程、部件和電路都沒有詳細介紹，以免不必要地使本發(fā)明的各個方面模糊不清。
本發(fā)明的鍵盤安全系統(tǒng)通過改變加到鍵盤的行或列的信號來改變與鍵盤系統(tǒng)的鍵盤開關電磁干擾(EMI)的特征序列相關聯(lián)的電磁輻射。本發(fā)明的鍵盤安全系統(tǒng)將變化的鍵盤驅動字加到鍵盤開關矩陣，從鍵盤開關矩陣檢索行和列結果字、并解釋所述結果以便確定包含在變化了的鍵盤系統(tǒng)中的開關是否被激活(例如，是接通還是斷開)。在本發(fā)明的一個實施例中，所述變化的鍵盤驅動字的變化遍及包含在關鍵字中的時間和位。
圖2是本發(fā)明一個實施例的鍵盤安全系統(tǒng)200的方框圖。鍵盤安全系統(tǒng)200包括鍵盤掃描器電路210、鍵盤安全電路220及鍵盤矩陣230。鍵盤掃描器電路210與鍵盤安全電路220連接，鍵盤安全電路220與鍵盤矩陣230連接。鍵盤掃描器電路210適合于控制鍵盤掃描操作并檢測信號何時指明包含在鍵盤矩陣230中的開關的激活或狀態(tài)改變。鍵盤安全電路220促進鍵盤驅動信號的改變，所述改變增加了利用未授權的EMI截獲來解釋鍵盤開關序列的難度。在本發(fā)明的一個實施例中，鍵盤安全電路220實行保密措施以這樣的方式改變來自鍵盤開關矩陣的電磁輻射序列、即、將隨機性引入輻射圖案、使得特定的電磁輻射更難以與特定的鍵操作相關。鍵盤矩陣230包括鍵和對應的開關，所述開關響應開的關激活(例如，接通、斷開、打開、閉合等)而在開關矩陣的列和行之間提供傳送信號的通路。在本發(fā)明的一個實施例中，通過對鍵的物理操作(例如，按下)來激活所述開關。
在本發(fā)明的一個實施例中，鍵盤安全系統(tǒng)200提高了信息輸入操作的保密性，其方法是采用一種數(shù)字值，后者的隨機變化遍及加到鍵盤行或列的每一個數(shù)字鍵盤驅動字的時間和位。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，發(fā)送到列焊片或行焊片的隨機變化的數(shù)字值集(例如，代替?zhèn)鹘y(tǒng)掃描器列輸出和行輸出信號集)存儲在寄存器文件(例如，包含在掃描器中的鍵盤寄存器文件)中。在圖2中，以來自寄存器文件的單獨的位的形式顯示變化的掃描器列的輸出和變化的掃描器行輸出。在本發(fā)明的一個實施例中，來自所述寄存器文件的相同的位既提供變化的掃描器列驅動信號、又提供變化的掃描器行驅動信號。在本發(fā)明的一個實施例中，由系統(tǒng)中另一處的軟件的或硬件的隨機數(shù)發(fā)生器產生所述數(shù)字值集并且將其裝入寄存器文件中。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，以隨機次數(shù)或通過有效事件、例如按鍵來更新所述寄存器文件。
鍵盤矩陣230由兩個矩陣屬性集(行和列)確定。第一集矩陣屬性和第二集矩陣屬性的每一個交叉點(例如，行或列的交叉點)包括開關。為了建立一個初始的鍵盤狀態(tài)，處在變化邏輯值的強信號加到第一矩陣屬性(例如列)集，而處在另一個邏輯值的弱信號加到第二矩陣屬性(例如行)集。當兩個矩陣屬性的交叉點上的鍵盤開關被激活時，在第一矩陣屬性和第二矩陣屬性之間(例如，行和列之間)就建立一條電子通道，并且強信號將取代弱信號。第二矩陣屬性集中的每一個(例如行)被采樣，并通過分析第二矩陣屬性(例如行)集中的一個上的弱信號的邏輯值是否發(fā)生變化，來確定強信號是否已經壓倒弱信號。邏輯值的變化表示第二矩陣屬性(例如，行)集中的一個上的開關被激活。在確定第二矩陣屬性(例如，行)集中的一個上的開關被激活后，進行關于第一矩陣屬性集中哪一個與被激活的開關相關聯(lián)的分析。
在本發(fā)明的一個實施例中，關于第一矩陣屬性集(例如，列)與被激活的開關相關聯(lián)的分析與確定第二矩陣屬性集(例如，行)中的一個上的哪一個開關被激活類似。處在變化的邏輯值的強信號加到第二矩陣屬性集中的每一個(例如，行)上，而弱信號加到第一矩陣屬性集(例如，列)上。第一矩陣屬性集(例如，列)中的每一個都被采樣，并通過分析是否在第一矩陣屬性集(例如，行)中的一個上發(fā)生弱信號邏輯值的變化來確定強信號是否已經壓倒弱信號。所述邏輯值的變化表示第一矩陣屬性集(例如，列)中的一個上的開關被激活。在確定第一矩陣屬性集(例如，列)中的一個上的開關被激活后，由鍵盤掃描器210進行關于哪一個鍵被激活的相關操作。
在本發(fā)明的一個實施例中，鍵盤安全電路220連接在標準數(shù)字鍵盤掃描器和標準鍵盤矩陣之間。這使得標準鍵盤掃描器可以基本上不改變地工作，同時，在以電磁方式“暴露”的傳統(tǒng)鍵盤接口上提供安全等級。即使掃描器輸出信號被鍵盤安全電路改變而超時變化(to vary over time)，由鍵盤安全電路以鍵盤掃描器的輸入信號的形式提供的邏輯值指示也不會改變。例如，如果所述標準掃描器輸入信號中邏輯1表示行上的開關被激活，那么，鍵盤安全電路對所述變化的結果鍵盤信號進行解釋、并進行相應的調整、使得表示行上的開關被激活的掃描器輸入信號仍然是邏輯1。
圖3是鍵盤掃描器210的一個實施例的方框圖，鍵盤掃描器210包括鍵盤寄存器310、鍵盤接口320、鍵盤狀態(tài)機330及鍵盤消抖動電路340。鍵盤寄存器310連接到鍵盤接口320和鍵盤消抖動電路340，鍵盤接口320和鍵盤消抖動電路340連接到鍵盤狀態(tài)機330。鍵盤寄存器310提供與主處理器(未標出)的接口并存儲信息(例如，變化的鍵盤驅動字)。消抖動計數(shù)電路340計算所述各開關在斷開和接通之間的設定躍遷。狀態(tài)機330利用掃描器行和列輸出啟動信號控制鍵盤接口320的方向。狀態(tài)機330還控制掃描器的行輸入信號和掃描器的列輸入信號的讀取。
圖4是本發(fā)明鍵盤安全電路一個實施例的鍵盤安全電路400的方框圖。鍵盤安全電路400包括比較器410、列驅動器421、行驅動器422、可編程列反向信號構造函數(shù)430、可編程行反向信號構造函數(shù)440。比較器410連接到行驅動器422和列驅動器421，行驅動器422和列驅動器421分別連接到可編程列反向信號構造函數(shù)430和可編程行反向信號構造函數(shù)440。比較器410適合于對列信號和行信號進行比較。列輸出驅動器421適合于驅動列上的列的強驅動信號。行輸出驅動器422適合于驅動行上的行強驅動信號?？删幊塘蟹聪蛐盘枠嬙旌瘮?shù)430適合于提供列弱驅動信號，后者是由行輸出驅動器422驅動的行強驅動信號的邏輯反?？删幊绦蟹聪蛐盘枠嬙旌瘮?shù)440提供行弱驅動信號，后者是由列輸出驅動器421驅動的列的強驅動信號的邏輯反。
在本發(fā)明的一個實施例中，來自寄存器(例如，鍵盤寄存器310)文件的隨機數(shù)字值集被按順序發(fā)送給列驅動器和行驅動器，作為鍵盤掃描器算法的第一狀態(tài)期間的列輸出(col_out)信號以及鍵盤掃描器算法的第二狀態(tài)期間的行輸出(row_out)信號。在本發(fā)明的一個實施例中，行或列上的反向位值被獨立地上拉或下拉。當列的強驅動信號為邏輯1值(例如，上拉的值)時，對應的行的反向弱驅動信號具有邏輯0值(例如，下拉的值)。相反，當列的強驅動信號為邏輯0值時，對應的反向行弱驅動信號則為邏輯1值。當行強驅動信號為邏輯1(例如，上拉的值)值時，對應列的反向弱驅動信號有邏輯0值(例如，下拉的值)。相反，當行強驅動信號為邏輯0值時，對應的反向列弱驅動信號為邏輯1值。為支持這種靈活性，在本發(fā)明的一個實施例中，可編程列反向信號構造函數(shù)430和可編程行反向信號構造函數(shù)440都包括能夠獨立地上拉和下拉的信號。
在本發(fā)明的一個實施例中，列驅動器421由列的輸出(例如col_oen)啟動信號啟動，并且當掃描各行以便檢測哪一行包括被激活的開關時，來自寄存器文件的掃描器列輸出信號起列的強驅動信號的作用。禁止可編程列反向信號構造函數(shù)的上拉和下拉，以避免過分的電流泄漏并且避免爭用列的強驅動信號(例如，掃描器的列輸出信號)。通過禁止行驅動器(例如，行驅動器422)來使這些行進行掃描器輸入。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，來自鍵盤掃描器的行輸出啟動信號為假(例如，邏輯0)，并且所述假的行輸出啟動信號還將啟動路徑選通到行的上拉(例如，行上拉444)和下拉(例如，行下拉445)。當行的上拉和下拉啟動路徑被選通時，掃描器的列輸出信號確定是啟動上拉還是啟動下拉。在本發(fā)明的一個實施例中，如果掃描器的列輸出信號為邏輯0則啟動上拉而如果掃描器的列輸出信號為邏輯1則啟動下拉。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，行焊片上的弱缺省信號的邏輯值與列的強驅動信號的邏輯值相反。
在本發(fā)明的一個實施例中，通過行結果信號與列的強驅動信號的二進制比較(例如，在比較器410中)來進行按鍵檢測。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，當所述行結果信號等于列的強驅動信號時，行檢測比較的輸出為邏輯1，并指明哪一行的鍵被按下，當行結果信號與列的強驅動信號相同時則為邏輯0，表示在所述行沒有鍵被按下。在本發(fā)明的一個實施例中，比較器的輸出與標準鍵盤掃描器所期望的、來自標準數(shù)字接口的形式相同。
掃描各列、以便檢測哪一列包括被激活的開關的操作與掃描各行、以便檢測哪一行包括被激活的開關的操作非常類似。在本發(fā)明的一個實施例中，行驅動器422由行輸出啟動(例如，row_oen)信號啟動，當掃描各列、以便檢測哪一列包括被激活開關時，來自寄存器文件的掃描器的行輸出信號起行強驅動信號的作用?？删幊绦蟹聪蛐盘枠嬙旌瘮?shù)的行上拉和下拉被禁止。通過禁止列輸出驅動器來使所述各列進行掃描輸入，并且選通可編程列反向信號構造函數(shù)的上拉和下拉啟動路徑，使得掃描器的行輸出信號可以或者啟動上拉或者啟動下拉。把鍵盤列結果信號反饋給比較器，在該比較器中將它們與行驅動信號進行比較。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，當列結果信號等于行強驅動信號時，列檢測比較的輸出為邏輯0，而當列結果信號不等于行強驅動信號時，列的檢測比較的輸出為邏輯1。與行檢測比較的情況一樣，在本發(fā)明的一個實施例中，所述結果具有與來自標準數(shù)字接口的、標準鍵盤掃描器所期望的相同的形式。
在本發(fā)明的一個實施例中，鍵盤接口使用數(shù)字信令并且包含模擬性質的附加的安全特征。在本發(fā)明的一個實施例中，使用低電壓信令而不是標準的晶體管到晶體管邏輯(TTL)信令。低電壓信令使電磁感應(EMI)場減弱、從而使非法檢測更加困難。本發(fā)明便于使用低電壓信令，或者，當其它類型的信令有利而不需要低電壓信令時就使用其它類型的信令。
圖5是本發(fā)明一個實施例的安全電路的鍵盤安全電路500的方框圖。鍵盤安全電路500包括列比較器510、行比較器515、可編程列反向信號構造函數(shù)520、可編程行反向信號構造函數(shù)525、列驅動器550、行驅動器555、列預充電電路570、行預充電電路575、列靜態(tài)超越電路(override circuit)590及行靜態(tài)超越電路595?？删幊塘蟹聪蛐盘枠嬙旌瘮?shù)520與列靜態(tài)超越電路590連接，列靜態(tài)超越電路590與列驅動器550連接。列驅動器550與列預充電電路570連接，列預充電電路570與列比較器510連接?？删幊绦蟹聪蛐盘枠嬙旌瘮?shù)525與行靜態(tài)超越電路595連接，行靜態(tài)超越電路595與行驅動器555連接。行驅動器555與行預充電電路575連接，行預充電電路575與行比較器515連接。可編程列反向信號構造函數(shù)520和可編程行反向信號構造函數(shù)525連接到鍵盤寄存器(未標出)。
鍵盤安全電路500的各部件協(xié)同工作使隨機變化的鍵盤驅動信號的應用非常方便，并使截獲與鍵盤開關激活相關聯(lián)的電磁輻射更加困難。鍵盤的寄存器(例如，鍵盤寄存器310)存儲并轉送變化的寄存器輸出信號(reg_out)?？删幊塘蟹聪蛐盘枠嬙旌瘮?shù)520和可編程行反向信號構造函數(shù)525確定變化的寄存器輸出信號是否以相同的邏輯值轉送到開關矩陣的屬性(例如，列或行)，或者所述信號是否首先被倒相。列靜態(tài)超越電路590和行靜態(tài)超越電路595確定變化的寄存器輸出信號是否轉送到開關矩陣的屬性，或者帶有靜態(tài)邏輯值的信號是否被轉送。列驅動器550和行驅動器555將列驅動信號和行驅動信號分別傳送到列和行。當列驅動器550和行驅動器555分別被禁止時，列預充電電路570和行預充電電路575保持預充電值。列比較器510和行比較器515將在列上和行上傳送的驅動信號的值與從列或行掃描結果鍵盤信號的邏輯值進行比較。
在本發(fā)明的一個實施例中，驅動字信號是相互獨立的。鍵盤的強驅動字被轉送給鍵盤開關矩陣的列或行。包含在鍵盤安全電路中的預充電的總線保通片(例如，171或177)支持在反向鍵盤弱驅動字中的每一位的隨機邏輯值。反向弱鍵盤驅動字信號的各個信號都是通過暫時啟動各個反向行或列的驅動器被獨立地預充電到一個邏輯值。當反向行或列驅動器被禁止時，總線保通片維持預充電的弱驅動信號邏輯值。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，系統(tǒng)500的總線保通片將一種類似的功能提供給系統(tǒng)400的可編程上拉和下拉。
當由于按鍵的緣故列焊片與行焊片連接并且所述強結果鍵盤信號不同于由總線保通片維持的預充電值時，所述強結果信號就取代弱的總線保通片信號。在本發(fā)明的一個實施例中，反向驅動信號重復預充電和采樣周期，同時，預充電值的兩個極性使本發(fā)明能夠檢測驅動信號的兩個極性。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，對結果鍵盤信號的采樣使用兩倍于鍵盤時鐘信號(KP_CLK)頻率的時鐘。在本發(fā)明的一個實施例中，鍵盤保密采樣時鐘信號(2X_CLK)是通過對鍵盤時鐘信號的反轉并除以2導出的、使得KP_CLK的上升緣與2X_CLK的下降緣同步。由于在KP_CLK上升緣上的弱驅動信號的躍遷，以及鍵盤結果信號在2X_CLK上升緣(它出現(xiàn)在KP_CLK上升緣后的2X_CLK的半周期上)上被采樣，因此，弱驅動信號被預充電并在2X_CLK的每一個半周期(例如，低周期)中被采樣。在本發(fā)明的一個實施例中，預充電脈沖(prechg)是在2X_CLK的每一個低周期內產生的并且用于控制輸入的預充電。
在本發(fā)明的一個實施例中，弱驅動信號在2X_CLK的低周期的第一部分被預充電，然后在帶有2X_CLK上升緣的2X_CLK的低周期后被采樣。預充電的邏輯值是KP_CLK的高周期中隨機掃描器輸出信號的邏輯值的反轉，并且與KP_CLK的低周期中隨機掃描器的輸出信號的邏輯值相同。在本發(fā)明的一個實施例中，這兩個值通過兩個借助于2X_CLK計時的觸發(fā)器交替地采樣。如果鍵被按下，則觸發(fā)器的各輸出信號在它們的KP_CLK上升緣處相等，而如果鍵沒有被按下，則觸發(fā)器的各輸出信號不相等。
在本發(fā)明的一個實施例中，當對各行掃描以便檢測哪一行包括被激活開關時，列驅動器550被列輸出啟動(例如，col_oen)信號啟動，并且寄存器文件輸出信號(例如，掃描器的列輸出信號)起列的強驅動信號的作用。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，列輸出啟動信號(col_oen)為活動的(低)，而寄存器輸出信號(reg_out)被輸送到非倒相的列驅動器550。低col_oen信號也能在預充電信號的低的不活動周期中啟動輸出驅動器。由于所述各行起掃描輸入信號的作用并且行輸出啟動信號不能斷定(例如，高的)，所以reg_out信號的反向由KP_CLK控制并且列驅動器的啟動出現(xiàn)在預充電信號的高周期中。在預充電的高周期中，如果KP_CLK為高值，則寄存器輸出信號(reg_out)的反向值被排斥，而如果KP_CLK為低值，則reg_out的未反轉值被排斥。在預充電的低周期中，輸出驅動器被禁止，并且總線保通片維持行焊片上的弱缺省值。
在KP_CLK周期中，行焊片的狀態(tài)被兩次采樣。在本發(fā)明的一個實施例中，行焊片的狀態(tài)由借助2X_CLK記時的兩個觸發(fā)器采樣。在KP_CLK的高周期中，當行驅動信號被預充電到reg_out反轉的邏輯值時，所述行第一采樣周期觸發(fā)器(例如，觸發(fā)器517A)處于保持狀態(tài)，而所述行第二采樣周期觸發(fā)器(例如，觸發(fā)器519A)處于采樣狀態(tài)。這是由于選擇輸出到行第一采樣周期觸發(fā)器的輸出信號的行采樣周期觸發(fā)器的復用器(例如，復用器517B)引起的，而行第二采樣周期觸發(fā)器的復用器(例如，復用器519B)選擇引線輸入信號。在KP_CLK的低周期中，當行驅動信號被預充電到reg_out的未反向邏輯值時，行第一采樣周期觸發(fā)器(例如，517A)處于采樣狀態(tài)，而行第二采樣周期觸發(fā)器(例如，519A)處于保持狀態(tài)。如果鍵沒有被按下，那么觸發(fā)器(517A和519A)對預充電值采樣，因此，在KP_CLK的低周期后具有反轉狀態(tài)。如果鍵被按下，那么，列的輸出值在兩個采樣階段被傳送到行(取代弱的預充電信號)，因此，兩個觸發(fā)器(例如，517A和519A)存儲的邏輯值在KP_CLK的低周期后就相同。
在兩個行采樣周期后的KP_CLK周期中，進行行第一采樣周期觸發(fā)器(例如，517A)和行第二采樣周期觸發(fā)器(例如，519A)的狀態(tài)比較。在本發(fā)明的一個實施例中，所述比較由專用的“或非”門(例如，“同”門518)執(zhí)行，當兩個觸發(fā)器的狀態(tài)相反時，其輸出為0，當兩個觸發(fā)器的狀態(tài)相同時輸出為1。當出現(xiàn)鍵按下時，在KP_CLK的上升緣處掃描器的行輸入信號(row_in)為高值(假設stat_kpad信號為低值)。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，所述結果具有與來自標準數(shù)字鍵盤矩陣接口的、標準鍵盤掃描器期望的相同的形式。
掃描所述各列以便檢測哪一列包括激活的開關的操作與掃描所述各行以便檢測哪一行包括激活的開關的操作非常相似。行驅動器550由行輸出啟動(例如，col_oen)信號啟動，寄存器文件的輸出信號(例如，掃描器的列輸出信號)起行強驅動信號的作用。這些列通過禁止所述列輸出啟動來使所述各列進行掃描輸入，使所述高周期或預充電信號可以控制驅動器的啟動，并且使KP_CLK可以控制寄存器文件輸出信號(reg_out)的反轉。列驅動信號的預充電及應用總線保通片來維持采樣周期中的預充電數(shù)值，與關于行的過程基本上相同。在兩個觸發(fā)器中對列結果信號采樣(當KP_CLK為高值時，首先在列第一采樣周期觸發(fā)器(例如，觸發(fā)器511A)中，然后當KP_CLK為低值時，在列第二采樣周期觸發(fā)器(例如，觸發(fā)器513A))適合于對所述兩個行結果信號的采樣。在兩個采樣周期后的KP_CLK周期中進行列采樣周期觸發(fā)器(例如，511A和513A)的比較。在本發(fā)明的一個實施例中，所述比較是用“異”門(例如，“異”門514)實現(xiàn)的，使得當列采樣周期觸發(fā)器(例如，511A和513)相同時掃描器的輸入信號為0。因此，當出現(xiàn)鍵按下時，在KP_CLK上升緣，掃描器的列輸入信號(col_in)為低。與行輸入的情況一樣，在本發(fā)明的一個實施例中，所述結果具有與來自標準數(shù)字接口的、標準鍵盤掃描器所期望的相同的形式。
在本發(fā)明的一個實施例中，保密鍵盤接口提供一種靜態(tài)數(shù)據操作方式，后者是通過確證靜態(tài)鍵盤信號(例如，stat_kpad)來啟動的。在所述方式中，列驅動信號維持在1的邏輯值(例如，高值)上，行驅動信號維持在另一個邏輯值(例如，低值)上。在所述方式中變化的鍵盤保密信息(例如，寄存器文件的數(shù)據)被忽略，接口以與傳統(tǒng)的非保密鍵盤掃描器相關聯(lián)的方式起作用。
空閑狀態(tài)的專門處理支持靜態(tài)數(shù)據方式。通過確證空閑狀態(tài)(例如，idle_state)信號來指示所述空閑狀態(tài)，并且是在沒有按下鍵及鍵盤掃描器等待按下新鍵時出現(xiàn)的。如前所述，當進入空閑狀態(tài)時啟動行強驅動信號。列弱驅動信號被預充電并且象在其它狀態(tài)下那樣被采樣，但是，鍵盤掃描器只監(jiān)控按鍵信號的狀態(tài)，所述狀態(tài)為所有列結果信號的邏輯“或”。當靜態(tài)數(shù)據方式被啟動時，列引線一直維持低值到鍵被按下為止。因此，按鍵檢測可以直接通過引線信號、而不是通過保密邏輯電路的輸出信號進行。當stat_kpad信號保持不變時，列的驅動信號選自引線而不是保密邏輯電路。直接使用引線信號的優(yōu)點在于能夠檢測異步按鍵，這就允許按鍵檢測用于系統(tǒng)的叫醒事件。靜態(tài)的配置位(stat_kpad)將輸出信號從隨機位切換到列引線上的靜態(tài)1和行引線上的靜態(tài)0。這使按鍵檢測可以在低功率狀態(tài)下進行。
圖6A是本發(fā)明一個實施例的鍵盤安全電路500的狀態(tài)圖。在空閑狀態(tài)601中，鍵盤安全電路500處于等待檢測按鍵標志的空閑狀態(tài)。在消抖動狀態(tài)602中，鍵盤安全電路500對表示存在按下的鍵的信號進行消抖動。在靜態(tài)掃描狀態(tài)603中，如果靜態(tài)鍵盤信號(例如，stat_kpad)表示帶靜態(tài)數(shù)值而不是變化數(shù)值時，鍵盤安全電路500執(zhí)行帶設置數(shù)據信號而不是變化數(shù)據信號的鍵盤矩陣掃描。在行更新狀態(tài)604中，鍵盤安全電路500確定在哪一行中包含被激活的開關。在行列更新狀態(tài)605中，鍵盤安全電路500確定在哪一列中包含被激活的開關。在下一個鍵狀態(tài)606中，鍵盤安全電路500確定是否存在另一個鍵盤開關被激活的指示。
圖6B中示出的時序圖解說明從空閑狀態(tài)到消抖動和寄存器更新的按鍵序列的實例。空閑狀態(tài)由idle_state信號的確證來表示并從周期0開始。消抖動狀態(tài)由圖中“消抖動”記號表示并且出現(xiàn)d+3周期，其中d為時序圖“輸出”的周期數(shù)。在周期d+6和d+7中，兩個掃描采樣更新狀態(tài)緊緊跟隨在消抖動狀態(tài)之后。圖中示出的按鍵將列的0信號(KCOL
)與行的6信號(KROW[6])連接。在下面的討論中，周期的象限指的是形式“cycle c.q”，其中c是周期數(shù)而q是象限。
在圖6A的當前實例的時序圖中，只示出兩個8位寬度的寄存器文件中隨機數(shù)據的兩個最不重要的位。在時序圖中示出的二進制數(shù)據的實例為周期[3，4，...，d+5，d+6，d+7]的[11，10，...，00，10]。在時序圖中，兩個變化的鍵盤驅動器的位顯示為reg_out
和reg_out[1]。數(shù)據表示為V[b]，其中[b]為位的位置(0或1)，而V為所述周期中位的值(H＝高，L＝低)。在所述例子中，所述隨機數(shù)據在空閑狀態(tài)期間是靜態(tài)的而在周期0到3中是恒定的。
空閑狀態(tài)是在KP_CLK的上升緣進入的。在空閑狀態(tài)中，鍵盤控制器(例如，鍵盤掃描器)在等待任何一個掃描行輸入信號的高值[7:0]時確證col_oen并且撤銷(de-assert)row_oen。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，寄存器文件數(shù)據的變化在進入空閑狀態(tài)的同一時間出現(xiàn)，并state_kpad信號的確證迫使KCOL
為高值(例如，邏輯1值)，使KROW[6]預充電到低值(例如，邏輯0值)。在周期0.1中，總線保通片被預充電到強制的低值。在所述周期中將再次出現(xiàn)預充電，但是僅僅作為本示范性設計的無害的假信號。周期1顯示無活動性，所述系統(tǒng)維持空閑狀態(tài)。
按鍵出現(xiàn)在周期2中，在KCOL
上導出的高電平連接到KROW[6]并且通過行空閑狀態(tài)復用器555連接到掃描器的行輸入信號(例如，row_in[6])。通過鍵盤控制器可以在周期3的起始處觀察所述按鍵。這將使控制器脫離空閑狀態(tài)并進入消抖動狀態(tài)。由于狀態(tài)變化的結果，Idle_state信號變?yōu)榧伲鴖tat_kpad信號同時被撤消，但是寄存器文件的輸出一直到下一個KP_CLK才改變。
在消抖動狀態(tài)中，列保持在強驅動方式下，而行保持在弱驅動方式(例如，行為掃描輸入信號)下，正如由col_oen和row_oen看到的，它們分別保持低值和高值?，F(xiàn)在KCOL
信號從強制的高電平改變?yōu)镠
，后者在周期3中也可能為高值。當?shù)偷膇dle_state信號切換行的空閑狀態(tài)復用器535來比較行的采樣周期觸發(fā)器(例如，517A和519A)時，row_in[6]信號改變?yōu)榈椭?。由于只有行第一采樣周期觸發(fā)器(例如，517A)用KROW[6]的信號更新為1(在周期2、3結束時)，所以KP_CLK的高值就出現(xiàn)H[1]反轉的預充電值，(例如，邏輯值為0的低值)。在預充電周期后，高電平的列的強驅動信號將再次占優(yōu)勢，并且在2X_CLK的低周期剩余時間期間KROW[6]變?yōu)楦咧怠Ｔ?X_CLK的下一個上升緣(在周期3.1結束時)，行第二采樣周期觸發(fā)器(例如，219A)被更新為1，row_in[6]的信號回到高值。在周期3.3期間，弱驅動信號輸入被預充電到H[1]的值，所以KROW[6]維持高值。在周期3.3結束時，KROW[6]通過行第一采樣周期觸發(fā)器(例如，217A)采樣，但是由于觸發(fā)器的值已為1，掃描器的行輸入信號row_in[6]維持不變。最后，在周期3結束時，row_in[6]由KP_CLK記錄到鍵盤控制器，寄存器文件進到下一個輸出，使所述隨機數(shù)據發(fā)生變化。
在周期4期間，KCOL
跟隨L
并變成低值。在周期4.1結束時，用KCOL
上的新值更新列第二采樣周期觸發(fā)器(例如，513A)。正如圖6中掃描器的輸入信號col_in
所示，這將使兩個列采樣觸發(fā)器(例如，511A和513A)相反并且使所述結果比較“異”(例如，514)為高值。在周期4.3結束時，2X_CLK的下一個上升緣將使列的第二周期觸發(fā)器(513A)被更新，使所述兩個列采樣周期觸發(fā)器(例如，511A和513A)再次相等，并恢復掃描器的列輸入信號col_in
的值。在周期4.1期間，行的輸入被預充電到H[1]反轉， 在采樣方式中，KCOL
被傳送到KROW[6]里，使它為低值。在周期4.1結束時，在行第二采樣周期觸發(fā)器(例如，519A)對KROW[6]進行采樣，使所述行采樣周期觸發(fā)器(例如，517A和519A)相反并且使掃描器的行輸入信號row_in[6]為低值。周期4.3首先將KROW[6]預充電到H[1]值，將KROW[6]改變?yōu)楦咧?，然后將KCOL
的低值恢復為KROW[6]。在周期4.3結束時，行第一采樣周期觸發(fā)器(例如，517A)以KROW[6]計時，將所述觸發(fā)器改變?yōu)?，并且將row_in[6]恢復為高值。最后，在周期4的結束時，KP_CLK以row_in[6]計時，并且由于row_in[6]在當前示范的時序圖中仍然為的高值，所以消抖動將繼續(xù)。
最新的消抖動周期d+5開始隨機數(shù)據變化，從H
和H[1]到L
和L[1]。正如周期4中所討論的，改變到L
將在掃描器列輸入信號col_in上產生高脈沖。在周期d+5.1期間，KROW[6]被預充電到L[1]反轉，使它為高值，然后被KCOL
驅動為低值。在周期d+5.1結束時，行第二采樣周期觸發(fā)器(例如，519A)以KROW[6]計時，并從1轉變?yōu)槭箳呙杵鞯男行盘杛ow_in[6]變?yōu)榈椭档?狀態(tài)。在周期d+5.3期間，KROW[6]被預充電到L[1]值，使它為低值，然后被KCOL
驅動為低值。在周期d+5.3結束時，行第一采樣周期觸發(fā)器(例如，517A)以KROW[6]計時，從1改變?yōu)?，并使掃描器的行輸入信號row_in[6]回到高值。最后，在周期d+5結束時，KP_CLK以row_in[6]計時。由于row_in[6]仍然為高值，并且消抖動計數(shù)器已經終止，所以鍵盤控制器從消抖動狀態(tài)移動到更新狀態(tài)。
更新狀態(tài)在周期d+6開始，從L
變化到H
。與周期d+5類似，改變到H
將在col_in
上產生高脈沖。在周期d+6.1期間，KROW[6]通過L[1]的反轉被預充電到高值，使它為高值，然后被KCOL
驅動為高值。在周期d+6.1結束時，行第二采樣周期觸發(fā)器(例如，513A)以KROW[6]計時，從0改變?yōu)?，并使掃描器的行輸入信號row_in[6]改變?yōu)榈椭?。在周期d+6.3期間，KROW[6]被預充電到L[1]的值，使它為低值，然后再次被KROW[6]驅動為高值。在周期d+6.3結束時，行第一采樣周期觸發(fā)器(例如，511A)以KROW{6}計時，從0改變?yōu)?，并使row_in[6]回到高值。最后，在周期d+6結束時KP_CLK以row_in[6]計時，并且用它來更新行數(shù)據寄存器。
第二更新周期d+7以從H
變化到L
以及從L[1]變化到H[1]開始。此外，各列被切換到輸入方式，而各行被切換到輸出方式，使列啟動信號(col_oen)變?yōu)楦?，并且使行啟動信?row_oen)變?yōu)榈汀，F(xiàn)在，由于確證row_oen，所以，以非反向的(non_inverted)H[1]值驅動KROW[6](例如，將其驅動為高)。在周期d+7.1期間，KCOL
被預充電到L
的反轉值，使它為高值，然后通過KROW[6]將其驅動為高值。在周期d+7.1結束時，列第二采樣周期觸發(fā)器(例如，513A)以KCOL
計時、并且在col_in
保持低值時它保持1。在周期d+7.3期間，KCOL
被預充電到L
的值，使它為低值，然后通過KROW[6]將其驅動為高值。在周期d+7.3結束時，列第一采樣周期觸發(fā)器(例如，511A)以KCOL
計時，保持1，而col_in
保持低值。最后，在周期d+7結束時KP_CLK以col_in
計時，并用它更新列的數(shù)據寄存器。
圖7是本發(fā)明一個實施例中包括一組示范的數(shù)字值的表，所述數(shù)字值按順序發(fā)送到列和行。所述數(shù)字值集來自寄存器文件(例如，包含在鍵盤寄存器310中的文件)，并且其隨機變化遍及每一個數(shù)字字中的位系列和時間。在本發(fā)明的一個實施例中，列焊片連接到寄存器文件的對應的位，而行焊片連接到寄存器文件對應位的鏡像。例如，列的位
以非鏡像次序連接到寄存器文件的位
，而行的位
以鏡像次序連接到寄存器文件的位[7，6，5，4，3，2，1，0]。當鍵盤等于或小于列或行的接口上的8位寬時，鏡像能更全面地利用隨機數(shù)據的位。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，數(shù)字值集是通過硬件的隨機數(shù)發(fā)生器的任意軟件在系統(tǒng)外產生的，并加到寄存器文件中。在本發(fā)明的一個實施例中，寄存器文件以隨機次數(shù)或通過重要事件(例如，按鍵)更新。
在本發(fā)明的一個實施例中，寄存器文件的地址是由在鍵盤時鐘(KP_CLK)上升緣改變其輸出的線性反饋移位寄存器(LFSR)產生的。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，LFSR為16位寬，并將16位中的4位作為寄存器文件的地址。由于LFSR為16位寬，所以編址序列不會重復65536時鐘周期。為了支持低功率狀態(tài)，可以通過將啟動LFST(ENLFST)配置位寫成0來禁止LFSR。所述LFSR排序停止并將輸出維持不變。
在本發(fā)明的一個實施例中，電路是一個16位的偽隨機序列發(fā)生器(lfsr16_prn_r12)，它提供發(fā)送到鍵盤開關矩陣的列和行的變化的數(shù)字值。設置活動低值異步復位引線(CDN)，并且所述CDN是“ClearDirect Not”的縮略詞。一旦確證CDN引線，觸發(fā)器的輸出就將轉到0×1。設置活動高值引線、例如LFSR的啟動(LFSTEN)引線，并且啟動并行數(shù)據加載能力。如果LOAD為高值則選擇并行數(shù)據加載方式并且設置DATAIN引線(16位并行數(shù)據加載輸入引線)。本發(fā)明的一些實施例具有各種不同的具體的優(yōu)先次序的運算。在本發(fā)明的異步復位、并行數(shù)據加載的一個示范的實施方案中，lfsr啟動是以從高到低的優(yōu)先次序進行的。
圖8是本發(fā)明一個實施例的鍵盤保密方法800的流程圖。鍵盤保密方法800通過隨機地改變加到行和列的信號來改變鍵盤系統(tǒng)的電磁特征序列。在本發(fā)明的一個實施例中，鍵盤保密方法800將變化的鍵盤驅動字加到鍵盤開關矩陣、檢索結果鍵盤掃描字、以及解釋結果鍵盤掃描字的邏輯值以便確定包含在鍵盤系統(tǒng)中的開關是否改變了狀態(tài)(例如，接通或斷開)。在本發(fā)明的一個實施例中，變化的鍵盤驅動字的變化遍及包含在關鍵字中的時間和位。
在步驟810中，變化很強的驅動信號被傳送到鍵盤開關矩陣的第一屬性。在本發(fā)明的一個實施例中，鍵盤開關矩陣的第一屬性為列，而在另一個實施例中則是行。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，變化的驅動信號是數(shù)字值集中的一個，其隨機變化遍及數(shù)字鍵盤驅動字中的時間和位。變化的強驅動信號是由隨機數(shù)發(fā)生器產生的并且裝入本發(fā)明的一個示范的實施方案中的寄存器文件中。所述寄存器文件以隨機次數(shù)或通過重要事件、例如按鍵更新。
在步驟820中，變化的弱驅動信號被傳送到鍵盤開關矩陣的第二屬性。在本發(fā)明的一個實施例中，鍵盤開關矩陣的第二屬性為列，而在另一個實施例中為行。上拉和下拉用來將弱驅動信號提供給鍵盤開關矩陣的第二屬性，并且在本發(fā)明的一個實施例中，上拉和下拉是獨立地啟動的。在本發(fā)明的一個實施例中，變化的弱驅動信號被預充電到特定值。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，預充電的變化的弱驅動信號被保持在存儲電路(例如，總線保通片)中。在本發(fā)明的一個實施例中，變化的弱驅動信號在一個鍵盤時鐘周期內被預充電兩次。在鍵盤時鐘周期的一部分期間，變化的弱驅動信號被預充電到第一邏輯值，而在鍵盤時鐘周期的另一部分期間，變化的弱驅動信號被預充電到第二邏輯值。
在步驟830中，從鍵盤開關矩陣的第二屬性檢索結果信號。在本發(fā)明的一個實施例中，結果鍵盤信號在鍵盤時鐘周期內被采樣兩次。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，采樣結果信號被存儲在列的第一采樣周期的觸發(fā)器和列的第二采樣周期的觸發(fā)器中，或者行第一采樣周期觸發(fā)器和行第二采樣周期觸發(fā)器中。
在步驟840中，轉發(fā)表示第二屬性上開關的激活狀態(tài)的掃描器輸入信號。在本發(fā)明的一個實施例中，按鍵檢測是通過對鍵盤開關矩陣的第一屬性上變化的驅動器強信號邏輯值與鍵盤開關矩陣的第二屬性上的結果鍵盤信號的邏輯值進行二進制比較來實現(xiàn)的。
在步驟850中，變化的強驅動信號是所述鍵盤開關矩陣的所述第二屬性的驅動程序。
在步驟860中，變化的弱驅動信號加到鍵盤開關矩陣的所述第一屬性。在本發(fā)明的一個實施例中，變化的弱驅動信號用來形成相反的屬性驅動字(例如，在步驟820中行的弱驅動字或在步驟860中列的弱驅動字)。在本發(fā)明的一個實施例中，相反的弱驅動字是強驅動字的按位的反轉。例如，根據強驅動字將弱驅動字序列中的每一位按位反轉。
在步驟870中，從鍵盤開關矩陣的所述第一屬性檢索結果信號。在本發(fā)明的一個實施例中，結果鍵盤信號在鍵盤時鐘周期內采樣兩次。在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，采樣結果信號被存儲在列第一采樣周期觸發(fā)器和列第二采樣周期觸發(fā)器中，或者行第一采樣周期觸發(fā)器和行第二采樣周期觸發(fā)器中。
在步驟880中，轉發(fā)表示所述第一屬性上開關的激活狀態(tài)的掃描器輸入信號。在本發(fā)明的一個實施例中，開關的激活(按鍵檢測)是通過將結果信號與強驅動信號進行二進制比較實現(xiàn)的。在本發(fā)明的一個實施例中(在本發(fā)明的一個示范的實施方案中)，開關的激活是通過把第一采樣周期中結果信號邏輯值與第二采樣周期中結果信號邏輯值進行二進制比較的結果。
在本發(fā)明的一個示范的實施方案中，當行結果信號等于列的強驅動信號時，行的檢測比較結果為邏輯1、并且表明所述行按了鍵，而當行結果信號不等于列的強驅動信號時，邏輯值為0，表明所述行沒有按鍵。當列結果信號等于行強驅動信號時，列檢測比較的結果為0，而當列結果信號不等于行強驅動信號時，邏輯值為1。在本發(fā)明的另一個實施例中，如果在兩個采樣周期中采樣獲得的值相同的話，比較結果為一個邏輯值(例如，邏輯1)，這表明鍵盤開關被激活(鍵被按下)。在本發(fā)明的一個實施例中，所述結果具有與來自標準數(shù)字鍵盤矩陣接口的、標準鍵盤掃描器期望的相同的形式。
鍵盤保密方法800的一些實施例包括其它特征。鍵盤保密方法800的一個實施例包括消抖動步驟，在所述步驟中，結果鍵盤信號在確定哪一個鍵盤矩陣開關是活動的之前進行消抖動。本發(fā)明的一個示范的實施方案應用靜態(tài)信號表示哪一種靜態(tài)的或變化的驅動信號加到鍵盤開關矩陣的屬性。
因此，本發(fā)明是一種提高了解釋來自鍵盤系統(tǒng)的電磁輻射的難度的系統(tǒng)和方法。由于驅動信號值的變化遍及鍵盤開關矩陣焊片和時間，因此所述系統(tǒng)和方法降低了電磁輻射與高度機密的鍵序列相關聯(lián)的慨率。在本發(fā)明的一個實施例中，鍵盤上的信號能量低，因此EMI檢測更加困難。通過提供在格式上與標準裝置兼容的鍵盤掃描器信息，本發(fā)明以最小限度的設計和裝置沖擊提供這些附加的安全措施。
為了舉例說明和描述的目的，以上已經給出對本發(fā)明的具體實施例的介紹。它們并非詳盡的或者用來將本發(fā)明限制在所公開的精細形式，顯然，按照以上說明能夠進行許多修改和變化。為了更好地說明本發(fā)明的原理及其實際應用，我們選擇和介紹了這些實施例，因而，使本專業(yè)的其他技術人員能夠將本發(fā)明和進行過修改的各個實施例更好地應用到期望的具體應用中。我們希望本發(fā)明的范圍由附加的權利要求書和它們的等價意義確定。
權利要求
1.一種鍵盤安全電路，它包括比較器，它適合于對驅動信號和結果信號進行按位比較；列輸出驅動器，它連接到所述比較器，所述列輸出驅動器適合于驅動列上的鍵盤強驅動信號；行輸出驅動器，它連接到所述比較器，所述行輸出驅動器適合于驅動行上的鍵盤強驅動信號；可編程列的字構造函數(shù)，它連接到所述行輸出驅動器，所述可編程列的字構造函數(shù)適合于提供列上的弱驅動信號；以及可編程行的字構造函數(shù)，它連接到所述列輸出驅動器，所述可編程行的字構造函數(shù)適合于提供行上的弱驅動信號。
2.如權利要求1所述的鍵盤安全電路，其特征在于數(shù)字值集的隨機變化既遍及每一個數(shù)字字中的位又遍及時間。
3.如權利要求2所述的鍵盤安全電路，其特征在于隨機數(shù)字值集來自寄存器文件，并且被按順序發(fā)送到所述各列和各行、作為所述列的強驅動信號和所述行強驅動信號。
4.如權利要求2所述的鍵盤安全電路，其特征在于所述列的強驅動信號和所述行強驅動信號都連接到來自所述寄存器文件的相同位。
5.如權利要求2所述的鍵盤安全電路，其特征在于以隨機的次數(shù)或通過重要事件、例如按鍵來更新所述寄存器文件。
6.如權利要求2所述的鍵盤安全電路，其特征在于改變所述弱驅動信號、將其獨立地上拉或下拉以便支持所述每一行和每一列上的隨機位值。
7.如權利要求2所述的鍵盤安全電路，其特征在于當相反的行弱驅動信號為邏輯1值時，所述列的強驅動信號為邏輯0值。
8.如權利要求2所述的鍵盤安全電路，其特征在于當相反的列弱驅動信號為邏輯0值時，所述行強驅動信號為邏輯1值。
9.如權利要求2所述的鍵盤安全電路，其特征在于所述可編程列的字構造函數(shù)和所述可編程行的字構造函數(shù)既包括上拉又包括下拉，所述上拉和下拉是獨立地啟動的。
10.一種鍵盤安全系統(tǒng)，它包括鍵盤矩陣，它包括鍵和對應的開關，隨著由所述鍵的操作引起的所述開關的激活、所述開關在開關矩陣中選中的各列和各行之間提供導電通路；鍵盤安全電路，它連接到所述鍵盤矩陣，所述鍵盤安全電路適合于提供保密措施、以保護所述鍵盤矩陣的切換序列；以及鍵盤掃描器電路，它連接到所述鍵盤安全電路，所述鍵盤掃描器電路適合于檢測何時鍵盤矩陣掃描信號指明包含開關的鍵盤狀態(tài)的改變。
11.如權利要求10所述的鍵盤安全系統(tǒng)，其特征在于所述鍵盤掃描器電路是標準鍵盤掃描器電路，而所述鍵盤矩陣是標準的鍵盤矩陣。
12.如權利要求11所述的鍵盤安全系統(tǒng)，其特征在于所述鍵盤掃描器電路利用數(shù)字值集來提供保密措施、以保護切換序列，所述數(shù)字值集的隨機變化遍及輸入到鍵盤行和列的每一個數(shù)字字中的時間和位。
13.如權利要求11所述的鍵盤安全系統(tǒng)，其特征在于所述隨機數(shù)字值集存儲在寄存器文件中并且被順序地發(fā)送到所述鍵盤矩陣的所述列和行。
14.如權利要求11所述的鍵盤安全系統(tǒng)，其特征在于所述各列和各行都連接到來自所述寄存器文件的相同位。
15.如權利要求11所述的鍵盤安全系統(tǒng)，其特征在于所述鍵盤掃描器包括鍵盤寄存器，它適合于提供連接到主處理器的接口；鍵盤接口，它連接到所述鍵盤寄存器，所述鍵盤接口適合于提供用于輸入和輸出信號的通信路徑；鍵盤狀態(tài)機，它連接到所述鍵盤接口，利用行和列輸出啟動信號控制所述鍵盤接口的方向；以及鍵盤消抖動裝置，它連接到所述鍵盤寄存器，所述鍵盤消抖動裝置適合于提供使所述開關在斷開和接通之間的轉變穩(wěn)定下來的方法。
16.一種鍵盤保密方法，它包括以下步驟將變化的強驅動信號引入到鍵盤開關矩陣的第一屬性；將變化的弱驅動信號加到鍵盤開關矩陣的第二屬性；從所述鍵盤開關矩陣的第二屬性檢索結果信號；以及發(fā)送表示所述第二屬性中開關的激活狀態(tài)的掃描器輸入信號。
17.如權利要求16所述的鍵盤保密方法，其特征在于還包括以下步驟將變化的強驅動信號引入到所述鍵盤開關矩陣的所述第二屬性；將變化的弱驅動信號加到所述鍵盤開關矩陣的所述第一屬性；從所述鍵盤開關矩陣的所述第一屬性檢索結果信號；以及發(fā)送表示所述第一屬性中開關的激活狀態(tài)的掃描器輸入信號。
18.如權利要求16所述的鍵盤保密方法，其特征在于所述鍵盤開關矩陣的所述第一屬性是列，而所述鍵盤開關矩陣的所述第二屬性是行。
19.如權利要求16所述的鍵盤保密方法，其特征在于所述變化的驅動信號是數(shù)字值集中的一個，其變化遍及數(shù)字鍵盤驅動字中的時間和位。
20.如權利要求16所述的鍵盤保密方法，其特征在于所述變化的強驅動信號由隨機數(shù)發(fā)生器產生，并裝入寄存器文件中。
21.如權利要求16所述的鍵盤保密方法，其特征在于還包括以下步驟利用上拉和下拉向鍵盤開關矩陣的第二屬性提供所述弱驅動信號，所述上拉和下拉是獨立啟動的。
22.如權利要求16所述的鍵盤保密方法，其特征在于還包括以下步驟進行按鍵檢測，其方法是將在所述鍵盤開關矩陣的所述第一屬性上的所述變化的強驅動信號邏輯值和在所述鍵盤開關矩陣的所述第二屬性上所述結果鍵盤信號的邏輯值進行二進制比較。
23.如權利要求16所述的鍵盤保密方法，其特征在于還包括對所述變化的弱驅動信號進行預充電的步驟。
24.如權利要求16所述的鍵盤保密方法，其特征在于還包括以下步驟在一個鍵盤時鐘周期內兩次對所述變化的弱驅動信號進行預充電，其中，在所述鍵盤時鐘周期的一部分期間、將所述變化的弱驅動信號預充電到第一邏輯值，而在所述鍵盤時鐘周期的另一部分期間、將所述變化的弱驅動信號預充電到第二邏輯值。
25.如權利要求16所述的鍵盤保密方法，其特征在于還包括以下步驟在所述鍵盤時鐘周期內，對所述結果鍵盤信號采樣兩次。
26.如權利要求16所述的鍵盤保密方法，其特征在于還包括以下步驟對所述結果鍵盤信號進行消抖動。
全文摘要
本發(fā)明通過促進與特定鍵激活相聯(lián)系的電磁輻射的隨機性來提高解釋來自鍵盤系統(tǒng)的電磁輻射的難度。鍵盤安全電路利用其變化遍及時間和位的數(shù)字值組、作為加到鍵盤屬性(例如，行或列)的鍵盤驅動字。本發(fā)明的鍵盤安全系統(tǒng)將變化的強鍵盤驅動信號引入到鍵盤開關矩陣的屬性(例如，行或列)，將獨立地配置的弱驅動信號加到鍵盤開關矩陣的相反的屬性，從所述相反屬性檢索結果信號，并且解譯所述結果以便確定包含在鍵盤系統(tǒng)中的開關是否被激活(例如，鍵被按下)。
文檔編號G06F1/00GK1527964SQ02802302
公開日2004年9月8日 申請日期2002年4月29日 優(yōu)先權日2001年5月8日
發(fā)明者R·賽蒂亞, M·布爾, F·斯托里, R 賽蒂亞, 欣 申請人:皇家菲利浦電子有限公司