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KR940001107B1 - 용량성 키보드의 스위칭 상태 결정 방법 및 그의 스캐닝 장치 - Google Patents

용량성 키보드의 스위칭 상태 결정 방법 및 그의 스캐닝 장치 Download PDF

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KR940001107B1
KR940001107B1 KR1019850009717A KR850009717A KR940001107B1 KR 940001107 B1 KR940001107 B1 KR 940001107B1 KR 1019850009717 A KR1019850009717 A KR 1019850009717A KR 850009717 A KR850009717 A KR 850009717A KR 940001107 B1 KR940001107 B1 KR 940001107B1
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Abstract

내용 없음.

Description

용량성 키보드의 스위칭 상태 결정 방법 및 그의 스캐닝 장치
제1도는 단지 두개의 키만을 구비하는 본 발명의 한 실시예에 따른 매우 간단한 용량성 키패드의 장치의 계통 회로도.
제2도는 교차점에 접속된 키들의 다수의 행과 열을 구비하며, 폐쇄 확인 처리를 위해 상기 키와 관련된 회로를 도시하는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 용량성 키패드 장치의 간략화된 계통 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10,24 : 키패드 12 : 반전 입력 포트
14,32 : 연산 증폭기 16 : 스캐닝 펄스 발생기
22 : 출력 포트 26 : 비반전 입력
28 : 비교기 30 : 반전 입력 포트
49 : 스위치 제어기
본 발명은 키(keys)의 스위칭 상태(switching states)를 검출하고 확인하기 위한 용량성 키패드(capacitive keypad)의 키 스캐닝(the scanning of keys)에 관한 것이다.
키보드는 계산기, 타자기, 컴퓨터 단말기등을 포함하는 각종형의 사용자 인터페이스 장비에 필수적이다. 가장 기본적 형태의 전자 키보드는 사용자에 의해 물리적 운동을 전기적 신호로 변환하도록 작동될 수 있는 간단한 스위치의 배열이다. 이 스위치들은 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 개폐용 기계적 접촉 스위치는 기계적 마모 및 오염에 의해 질이 떨어지게 되며, 게다가, 상기 스위치는 "접촉 바운스(contact bounce)"의 경향이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 용량성 스위치(capacitive switches)를 개발하게 되었다. 이것은 키를 누름으로써 이동할 수 있는 한개의 핀(plate)을 갖는 캐패시턴스를 포함한다.
캐패시턴스 값의 변화가 감지되므로써 키누름이 확인될 수 있다. 캐패시턴스 값을 감지하는 통상의 방법은 전유원에 의해 캐패시터를 기준 전압으로 충전하는 것이다. 충전하는데 요구되는 시간은 캐패시턴스 값을 어떤 기준값과 비교함으로써 캐패시턴스 값이 높은지 또는 낮은지를 결정하는데 사용될 수 있다. 실례로, 기준값(reference value)은 유사한 전류에 의해 충전된 기준 캐패시터의 값일 것이다. 용량성 키보드의 키에 대한 각 리드의 수는 키 스캐닝(key scanning) 기술을 이용함으로써 감소될 수 있다. 이것은 키의 전체 행 및 열의 캐패시턴스 값을 감지하여 그들의 공통 교차부에서 폐쇄 키를 식별함으로써 키 폐쇄의 위치를 정하는 것을 포함한다. 용량성 키보드 및 이에 대한 스캐닝 기술의 예들이 다음과 같은 문헌에 나타나있다.
디. 이. 밀러 등에게 1980년 7월 8일 허여된 미합중국 특허 제4,211,915호, 제이. 피. 달 등에게 1981년 12월 8일 허여된 미합중국 특허 제4,305,135호, 티. 와이. 채에게 1983년 9월 20일 허여된 미합중국 특허 제4,405,917호, 시니즈레인에게 1983년 11월 8일에 허여된 미합중국 특허 제4,414,538호, 존 더블유, 볼페에 의하여, 1973년 1월, (미합중국) 컴퓨터 디자인, 볼륨 12, 번호 1 84~88에 있는 "용량성 스위칭 키보드에 대한 매트릭스 스캐닝 논리", 이. 지. 크라브트리 등에 의하여, 1981년 10월, IBM 기술 발표 보고서 볼륨 24, 번호 5에 있는 "용량성 키보드 FET 감지 회로"
상업적으로 특히 중요한 용량성 키보드의 한 형태가 박막(film) 또는 막 키패드(membrane keypad)이며, 상기 키패드는 각 키 영역과 관련된 구멍(perforation)을 포함한 절연막으로 분리되는 인쇄회로 패턴을 지지하는 두개의 막의 적층 구조(laminated structure)로 되어 있다. 이 막의 회로 패턴은 구멍에 정합된 상호 대향된 캐패시턴스 판을 포함한다. 회로 패턴막중의 하나를 구멍내로 압착함으로써 대향된 판에 대한 캐패시턴스를 증가시킨다.
막 키패드의 제조에 대한 한가지 문제점은 구멍 절연막 두께의 치수 변화 또는, 대향된 캐패시턴스 판 사이에 있는 다른 절연층 두께의 변화가 한 키패드로부터 다른 키패드까지의 캐패시턴스 값을 상당히 변화시킨다는 것이다. 결과적으로, 키 폐쇄의 확인에 이용할 수 있도록 기준값을 각 키패드에 대하여 각각 조정해야할 필요성이 있게 된다. 이것은 생산의 제조 비용을 상당히 가중시키게 한다.
[본 발명의 요약]
본 발명의 신규 방법 및 장치에 따르면, 용량성 키보드는 주어진 키의 캐패시턴스가 동일한 키보드의 하나 또는 그이상의 다른 키의 캐패시턴스와 비교되는 방식으로 스캐닝(scanning)된다. 키 폐쇄에 대한 확인(verification)은 기준값에 의존하기 보다는 오히려 상대적인 캐패시턴스 값으로 결정된다. 막 키패드에 대한 절연층 두께 등이 제조상에서 변화하게 되는 경우에도 불구하고 상대적인 캐패시턴스 값은 키보드마다 사실상 동일함을 유지한다. 이런 점에서, 한 키보드에서 다른 키보드까지의 캐패시턴스에 대한 어떠한 변화에도 개별 키보드에 대한 기준값의 조정은 불필요하게 된다.
[상세한 설명]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
제1도의 키패드(10)의 회로는 본 발명에 따른 키 폐쇄처리(key closure process)의 특성을 예증한 것이다. 단지 두개의 키만이 키패드(10)내에 있으며, 이들 키들은 그들의 캐패시턴스 C1,C2로 식별된다. 키C1은연산 증폭기(14)의 반전 입력단자(12)와 스캐닝 펄스 발생기(scanning pulse generator ; 16) 사이에 접속되어 있으며, 상기 발생기의 다른 측은 접지 전위(ground potential)에 접속된다. 키 C2는 증폭기(14)의 반전 입력 단자(12)와 출력 단자(22) 사이에서 제로 스위치(zeroing swithch ; So)와 병렬로 접속되어 있다. 기준 전압원(18)은 접지 전위와 증폭기(14)의 비반전 입력 단자(20) 사이에 접속된다. 키패드(10)가 구성됨에 따라, 키 C1은 펄스 발생기(16)로부터의 펄스에 의해 스캐닝(scanning) 된다. 증폭기(14)의 출력 포트(22)에 발생될 출력 펄스는 비율 C1/C2과 펄스 발생기(16)로부터 발생된 반전 펄스의 곱의 크기를 가질 것이다. 이렇게, 전압원(18)으로부터의 기준전압 크기는 이러한 값에 중요하지 않은 요인임을 알 수 있다. 발생기로부터의 스캐닝 펄스 크기는 전력의 통상 기대 변이에 관계없이 쉽게 정해질 수 있다. 그러므로 증폭기(14)의 출력은 기준값에 비교될 수 있는 키(key)에 대한 캐패시턴스 비를 제공하여 키 C1이 폐쇄되었는지의 여부를 결정하도록 한다. 이 비교 기준값을 다른 값의 키패시턴스를 갖는 키패드에 대해서도 동일할 수 있다. 캐패시턴스 C1 및 C2 모두가 같은 정도(same degree)로 변화되는한, 비율 C1/C2는 변하지 않는다. 키 C2를 스캐닝하게 되는 경우, C2의 캐패시턴스 C1의 캐패시턴스와 비교되어지도록, 키패드(10)는 C1 및 C2의 접속을 효과적으로 교환하기 위해 재배치되어야 한다. 이러한 재배치는 적절한 스위치 및 제어 설비로 쉽게 구성된다.
제2도의 키패드(24)의 회로는 본 발명에 따른 키패드의 스캐닝 처리를 더욱 상세히 예증한 것이다. 키패드(24)의 키들은 그들과 관련된 캐패시턴스로 식별된다. 이들은 "C"와 두개의 숫자로 표시된다. 첫번째 숫자는 행(row)을 나타내고, 두번째 숫자는 키가 위치되는 열(column)을 나타낸다. 특정 열의 모든 캐패시터의 제1측면은 크기 Vref1의 문의 펄스(interrogation pulse)의 소스에 선택적으로 접속되거나, 또는 각 열에 관련하는 토글 스위치 셋(toggle switches ; SC1내지 SC4) 중의 상응하는 스위치 작동에 의해 비교기(28)의 비반전 입력(26)에 선택적으로 접속될 수 있다. 특정 행의 모든 캐패시터의 제2측면은 연산 증폭기(32)의 반전 입력 단자(30)에 선택적으로 접속되거나, 또는 각 행에 관련하는 토글 스위치 셋(SR1내지SR4) 중의 상응하는스위치 작동에 의해 양(positive)의 공급 전압 VDD에 선택적으로 접속된다. 증폭기(32)의 비반전 입력 포트(34)는 제2기준 전압 Vref2에 접속된다. 증폭기(32)의 출력 단자(36)는 비교기(28)의 비반전 입력 단자(26)에 접속된다. 비교기(28)의 반전 입력 단자(38)는 제3기준 전압 Vref3에 접속된다. 제로 스위치(zeroing switch) So는 증폭기(32)의 반전 입력 단자(30)와 출력 단자(36) 사이에 접속된다. 스위치 SC1내지 SC4, SR1내지 SR4및, So는 제어기(40)에 의해 작동된다. 이들은 해당하는 특정 회로 실행에 대하여 가장 적합한 형태가 어떤 형태가 되더라도 얻어질 수 있으며, 실례로 MOS 회로에 대하여, 스위치는 전송 게이트의 형태로서 잇점이 있게 된다. 스위치 기능에 적합한 모든 방법으로 스위치를 작동하기 위한 제어기는 당 기술 분야에 공지되어 있다.
키패드(24)의 동작에 있어서, 각 행의 한 캐패시터는 그 동일 행의 모든 잔여 캐패시터와 비교된다. 제2도의 키패드(24)가 형성됨에 따라, C41의 값은 캐패시터 C42,C43,C44의 합에 비교된다. 제로 스위치는 So는 증폭기(32)의 반전 입력 단자(30)를 출력 단자(36)와 동일한 전압이 되도록 초기에는 폐쇄된다. 다음에, 제로 스위치 So는 개방되며, 기준 전압 VDD이하의 크기 Vref1의 폴스가 제1열(column)의 모든 캐패시터의 제1측면에 공급된다. 이때에, 잔여 열의 캐패시터의 제1측면은 비교기(28)의 비반전 입력 단자(26)에 접속된다. 또한 이때에, 제4행 캐패시터의 다른 측면은 증폭기(32)의 반전 입력 포트(30)에 접속되는 반면에, 모든 다른 행의 캐패시터의 다른 측면은 양의 공급 전압 VDD에 접속된다. 모든 다른 행의 캐패시터의 다른 측면으로부터의 캐패시턴스 합이 그 출력에 역으로 영향을 미치지 못하게 하도록 증폭기의 루프 이득이 충분히 높다고 추정하는 것이 타당하다. 증폭기의 출력은 Vref2 이상의 크기 VX의 펄스이며, 이는 Vref2－Vref1*C41/(C42＋C43＋C44)로 표시될 수 있다. 이때, 출력 VX는 비교기(28)에 의하여 키 폐쇄 임계 기준 전압 Vref3와 비교되어 비교기(28)의 출력 포트(42)에서의 출력 HL을 유발시킨다.
스캐닝될 다음 키가 C42인 경우, 그때 스위치 SC1는 그들의 교번 위치로 변화되며, 펄스 과정이 반복된다. 이런 식으로, 전체 키패드(24)는 스캐닝될 수 있으며, 폐쇄 결정을 위한 가변 파라미터가 기준 전압 레벨과는 부관하므로, 키의 캐패시턴스 값의 상당한 변이에도 관계없이 기준 전압 Vref3과의 정확한 비교로써 각 키의 상태가 결정되어 확인될 수 있다.
키패드(24)에 있어서 측정 대상인 키 C41이 그 행의 다른 잔여 키와 비교되는 동안, 상기 키는 또한 키패드상의 어느 하나 또는 그 이상의 다른 키와 비교될 수 있으며, 이러한 비교가 각 키에 대하여 단일의 스캐닝 펄스로만 이루어지게 된다면 역시 본 발명의 범주내에 속하게 된다. 이러한 경우, 행의 다른 키에 대한 비교는 스캐닝 처리에 대한 최소량의 스위칭을 요구한다는 점에서 상당한 잇점을 가지게 된다.
키패드(24)를 스캐닝하는데 대한 특히 유리한 논리 순차는 폐쇄 위치에 있는 것으로 검출되었던 키가 다시 개방 상태인 것으로 검출될때까지 스캐닝을 계속하는 것이다. 잡음 또는 키 바운스로부터 유발된 에러의 효과는 그 상태의 확인이 확정되기 전에 구성될 키의 폐쇄 또는 개방 위치에 대한 다수의 연속적 검출을 요구함으로써 감소될 수 있게 된다.
키패드(24)에 대한 상기 스캐닝 처리 과정은 개별적인 키 폐쇄를 검출하기 위한 것이며, 다중의 키 폐쇄를 검출하는 것은 아니다. 다중 키 폐쇄의 검출에 대하여는, 각 키가 부가된 행에 비교되고 나서 열 키에 비교되는 것을 제외하면, 기본 작동은 상기 기술된 것과 유사하다. 어느쪽이든 양쪽 비교의 검출은 3번의 연속적 스캐닝이 키 폐쇄를 확인할때까지 키의 연속적인 스캐닝이 있게 된다. 일단 검색될 키가 개방 또는 폐쇄된 것으로 확인되면, 키패드 스캐닝은 다시 시작된다. 확인시에, 행 열 정보는 제2스테이지의 정보에 비교되며, 이러한 비교는 독립적으로 키 폐쇄의 발생을 가능하게 하는데 이용된다. 다음에 키패드 정보는 또다른 비교를 위해 제2스테이지로 전달된다.
본 발명은 특히 막 키패드에 유리하지만, 한 키보드로부터 다음 키보드까지의 키 캐패시턴스 값에 변화가 있는 어느 용량성 키보드에도 적용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 용량성 키보드(capacitive keyboard ; 24)의 행(rows) 및 열(columns)의 다수 키 캐패시터중 한 캐패시터(C41)의 스위칭 상태를 결정하는 방법에 있어서, 문의 펄스(interrogation pulse)를 한 행의 한 키 캐패시터(C41)의 한 측면에 인가하는 동시에, 키보드(24)의 적어도 다른 한 키 캐패시터의 한 측면에 인가하고, 한 키 캐패시터(C41)의 다른 측면에서 결과의 응답 펄스를 감지하여, 결합된 펄스를 얻도록 하기 위해 상기 펄스를 다른 키 캐패시터(C42,C43,C44)의 다른 측면에서의 결과의 응답 펄스에 곱하며, 이후, 한 키(C41)가 폐쇄되었는지의 여부를 나타내는 고－저 출력(high－low output ; HL)을 발생시키기 위하여, 결합된 펄스를 기준 임계(Vref3)와 비교하는 것을 특징으로 하는 스위칭 상태 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 문의 펄스는 한 행의 모든 다른 키 캐패시터에 인가되는 것을 특징으로 하는 스위칭 상태 결정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 한 행의 한 키(C41)의 검출로 인한 결합된 펄스를 다른 행 및 열의 검출의 결합된 펄스와 비교하는 부가적 단계를 특징으로 하는 스위칭 상태 결정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 부가적 단계는 한 행의 한 키(C41)의 검출로 인한 고저 출력(HL)을 다른 행의 모든 키의 검출로 인한 고저 출력(HL)과의 비교를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 상태 결정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 다른 행은 한 행에 인접하여 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 상태 결정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 한 키의 폐쇄(closure)를 확인하기 위해 한개의 키(C41)를 적어도 세번 연속하여 스캐닝(scanning)하는 것을 특징으로 하는 스위칭 상태 결정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 한 키의 복귀된 개방 상태를 확인하기 위하여 한개의 키(C41)를 적어도 세번 연속하여 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 스위칭 상태 결정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 부가적 단계는 모든 행 및 열의 모든 키의 검출의 결고로서 기억된 고저 출력과 비교하는 것을 특징으로 하는 스위칭 상태 결정 방법.
  9. 행 및 열의 배열로 구성된 다수의 키 캐패시터와, 캐패시터의 스위칭 상태를 나타내는 고저 출력을 발생하도록 상기 캐패시터를 전자적으로 스캐닝하기 위한 수단을 구비하고 있는 형태의 용량성 키보드(24)에 있어서, 상기 스캐닝 수단은, 제1(34) 및 제2(30) 입력 노드와 출력 노드(36)를 구비하며, 상기 제1입력 노드는 제1기준 전위 노드(Vref2)에 접속되는 연산 증폭기(32), 제1(26) 및 제2(38) 입력 노드와 출력 노드(42)를 구비하며, 상기 제1입력 노드는 증폭기(32)의 출력 노드에 접속되고, 상기 제2입력 노드는 제2기준 전위 노드(Vref3)에 접속되는 비교기(28), 여러 행중 한 행의 어느 한 캐패시터(c41)의 한 측면을 문의 펄스원 노드(Vref1)와 비교기(28)의 제1입력 노드(26)에 선택적으로 접속하기 위한 제1스위칭 수단(SC1－SC4), 한 행의 어느 하나의 캐패시터(C41)의 다른 측면을 증폭기(32)의 제2입력 노드(30)와 공급 전압 노드(VDD)에 선택적으로 접속하기 위한 제2스위칭 수단(SR1－SR4). 증폭기(32)의 제2입력 노드(30)를 증폭기(32)의 출력 노드(36)에 주기적으로 접속하기 위한 제3스위칭 수단(So)과, 제1 및 제2 스위칭 장치를 작동하기 위해 비교기(28)의 출력 노드에 접속된 입력 노드를 갖는 제어 장치(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량성 키보드.
  10. 제9항에 있어서, 주어진 열의 각 캐패시터의 상기 한 측면은 서로가 전기적으로 접속되어 있으며, 주어진 행의 각 캐패시터의 상기 다른 측면도 서로가 전기적으로 접속된 것을 특징으로 하는 용량성 키보드.
  11. 제10항에 있어서, 제1스위칭 수단(SC1－SC4)은 주어진 열의 모든 캐패시터의 한 측면을 펄스원 노드(Vref1) 또는 비교기(28)의 제1입력 노드(26)에 선택적으로 접속하며, 제2스위칭 수단(SR1－SR4)은 주어진 행의 모든 캐패시터의 다른 측면을 증폭기(32)의 제2입력 노드(30) 또는 공급 전압 노드(VDD)에 선택적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 용량성 키보드.
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