电容式感应键实现方法、 感应键电路及键盘 技术领域 本发明涉及电子产品用的感应键、 键盘的设计技术， 特别是一种电容式感应键实 现方法， 以及感应键电路、 键盘， 以满足电子产品对高速感应键、 键盘的需要。
背景技术
普通电容式感应键、 键盘是许多电子产品必需的输入配件， 随着技术的进步， 不少 电子产品需要配用输入速度高的感应键及键盘。但目前的感应键技术， 只能适应单键一个 一个输入， 速度低， 在快速点触感应键、 双键或多键滚 (N-keyrollover) 输入时， 灵敏度低， 误操作增加。且， 普通电容式感应按键， 易受环境影响。当温度和湿度等环境因素发生改变 时， 会引起电容式感应键的不稳定甚至漂移， 导致按键无效或者误动作。 发明内容为了克服现有感应键和键盘技术存在的上述不足， 本发明提供一种电容式感应键 实现方法， 以及感应键电路、 键盘， 具有快速点触感应键、 滑键、 双键或多键滚输入功能， 能 够满足电子产品对高速感应键盘的需要。
本发明电容式感应键实现方法， 包括以下步骤 ：
CPU 控制高频信号发生器向感应信号检测电路馈送 50KHz-4MHz 的高频信号， 通过 ADC 采集、 存储无手指触按时所述检测电路输出的直流电压值作为参考电压 ；
当有手指触按时， 所述检测电路的感应电极和地之间形成一个作为高频信号旁路 通道的感应电容， 使所述检测电路输出端的直流电压值降低， ADC 检测到该变化后的电压 值， 由 CPU 与已存储的参考电压比较确认有手指触按动作 ；
其中， 所述感应信号检测电路包括 ： 一感应电极， 连接于感应电极的第一电阻， 连 接于第一电阻的另一端和地之间的滤波电容， 并联于滤波电容的第二电阻， 以及一个整流 二极管， 该整流二极管的负、 正端分别接感应电极和地， 感应电极通过一耦合电容连接至高 频信号。
实现上述方法的感应键电路， 包括 ：
一内置 CPU、 ADC 以及高频信号发生器的 SoC(System on a Chip) 芯片， CPU 与高 频信号发生器、 ADC 连接 ； 以及，
一感应信号检测电路， 该检测电路包括一感应电极， 连接于感应电极的第一电阻， 连接于第一电阻的另一端和地之间的滤波电容， 并联于滤波电容的第二电阻， 以及一个整 流二极管， 该整流二极管的负、 正端分别接感应电极和地， 感应电极通过一耦合电容连接至 高频信号发生器， 该检测电路的输出接 ADC 的一输入端 ； 当有手指触按时， 所述检测电路的 感应电极和地之间形成一个作为高频信号旁路通道的感应电容， 使所述检测电路输出端的 直流电压降低， 进而 CPU 与已在先存储的参考电压比较确认有手指触按动作。
采用上述感应键电路的具有多键快速输入功能的感应键盘， 包括 ：
一内置 CPU、 ADC 以及高频信号发生器的 SoC(System on a Chip) 芯片， CPU 与高
频信号发生器、 ADC 连接 ； 以及，
至少两个感应信号检测电路， 每一个感应信号检测电路的输出分别连接 ADC 的一 输入端， 输入端均连接高频信号发生器的输出 ； 其中，
所述检测电路包括一感应电极， 连接于感应电极的第一电阻， 连接于第一电阻的 另一端和地之间的滤波电容， 并联于滤波电容的第二电阻， 以及一个整流二极管， 该整流二 极管的负、 正端分别接感应电极和地， 感应电极通过一耦合电容连接至高频信号发生器 ； 高 频信号发生器向所述检测电路馈送 50KHz-4MHz 的高频信号， 通过 ADC 检测所述检测电路的 输出电压变化， 进而 CPU 与已在先存储的相应参考电压比较， 确定有无手指触按的单键信 号、 滑键、 双键或多键滚输入的多个键信号。
本发明采用了内置高速 CPU、 ADC、 能提供 50KHz-4MHz 高频信号的发生器以及高速 计数器等的 SoC 芯片， 其通过提高高频信号频率和改进感应信号检测电路的响应速度等技 术措施， 使感应键、 键盘输入速度大幅提高， 不仅可以做传统的单键位置判断， 也可进行滑 动 ( 或移动 ) 变化判断， 高速分析处理滑键、 双键滚输入、 多键滚输入的多个感应键信号。
CPU 运行中， 间隔一定时间通过 ADC 采集无手指触按时感应信号检测电路输出的 直流电压值作为新参考电压， 并更新前一次存储的参考电压。 该措施避免了环境温度、 湿度 等变化引起的感应键不稳定甚至漂移， 出现的按键无效或者误动作。 附图说明
图 1 为本发明感应键电路原理框图 ； 图 2 为本发明感应键盘原理框图 ； 图 3 为图 1、 2 的实施例 SoC 芯片部分电路图 ； 图 4 为图 1、 2 的一感应信号检测电路图。具体实施方式
以下结合实施例图详细说明。
参照图 1， 图示感应键电路主要包括 SoC 芯片， 该 SoC 芯片内集成有一个 PWM 发生 模块 2( 即高频信号发生器 )， 一个 ADC( 模数转换器 )3， CPU 1 以及高速计数器 4 等， CPU1 与 PWM 发生模块 2、 ADC3 等连接 ； 在该 SoC 芯片外连接一个感应信号检测电路 5， 感应信号检测 电路 5 的输出接 ADC 3 的一输入端， PWM 发生模块 2 向感应信号检测电路 5 提供 50KHz-4MHz 的高频信号。
当有手指触按时， 所述检测电路 5 的感应电极和地之间形成一个作为高频信号旁 路通道的感应电容， 使所述检测电路 5 输出端的直流电压降低， 进而 CPU 1 与已在先存储的 参考电压比较确认有手指触按动作。
图 2 具有多键快速输入功能的感应键盘包括 ： 一内置 CPU1、 ADC3 以及 PWM 发生模 块 2( 即高频信号发生器 ) 的 SoC 芯片， CPU1 与 PWM 发生模块 2、 ADC3 等连接 ； 以及， 至少两 个感应信号检测电路 5， 每一个感应信号检测电路 5 的输出分别连接 ADC3 的一输入端， 输入 端均连接 PWM 发生模块 2 的输出。
PWM 发生模块 2 向所有检测电路 5 馈送 50KHz-4MHz 的高频信号， 通过 ADC3 检测若 干感应信号检测电路 5 的输出电压变化， 进而 CPU1 与已在先存储的相应参考电压比较， 确定有无手指触按的单键信号、 滑键、 双键或多键滚输入的多个键信号。
图 3 为图 1、 2 的实施例 SoC 芯片部分电路图。U1 为 SoC 芯片部分， U1 内置 CPU1、 ADC3 以及 PWM 发生模块 2( 即高频信号发生器 )， 其 7-14、 19、 20PIN 可以分别连接上述一个 感应信号检测电路 5 输出， 3PIN 为内置 PWM 发生模块 2 的输出端， 可提供频率为 50KHz-4MHz 的脉冲信号 CMPWM。
其感应信号检测电路 5 如图 4 ； 该检测电路 5 包括 ： 一感应电极， 连接于感应电极 的第一电阻 R1， 连接于第一电阻 R1 的另一端和地之间的滤波电容 C7， 并联于滤波电容 C7 的第二电阻 R7， 以及一个整流二极管 D1， 该二极管 D1 的负、 正端分别接感应电极和地， 感应 电极通过一耦合电容 C1 连接至 PWM 发生模块 2 输出 (U1 的 3PIN)， 滤波电容 C7、 第二个电 阻 R7 和第一电阻 R1 的公共端为直流电压信号输出端。
各感应键的感应电极通常为金属片、 导电橡皮等， 它们分布在 PCB 上的各键位处， 上面覆盖绝缘层或面板。当手指接触某感应金属片上面的绝缘层时， 该感应金属片和地之 间形成一个感应电容 ( 与二极管 D1 并联 )， 该感应电容作为旁路电容将部分高频信号向地 泄放 ( 或该感应电容引入了插入损耗 )， 从而导致其输出端的直流电压信号下降。CPU 通过 ADC 检测该变化后的电压值， 与其参考电压比较即可确认有手指触按动作。 根据产品外观要求可对感应键进行多种变形设计， 可以设计成直线、 弧线、 圆形排 列， 还可以设计成不规则排列， 从而给消费者带来使用中各种新颖的使用感受。
参照图 1、 3、 4， 配置 SoC 芯片 U1， 其内置 PWM 发生模块 2、 ADC3、 CPU1 等 ； PWM 发生 模块 2 可提供频率为 50KHz-4MHz 的 PWM 脉冲信号。
电容式感应键实现方法步骤如下 ：
CPU1 控制 PWM 发生模块 2 向感应信号检测电路 5 馈送 688KHz 的 PWM 脉冲信号， 通 过 ADC3 采集、 存储无手指触按时所述检测电路 5 输出的直流电压值作为参考电压， 并存储 该参考电压 ；
当有手指触按时， 所述检测电路 5 的感应电极和地之间形成一个作为 PWM 脉冲信 号旁路通道的感应电容， 使所述检测电路 5 输出端的直流电压值降低， ADC3 检测到该变化 后的电压值， 由 CPU1 与已存储的参考电压比较确认有手指触按动作。
其中， 所述感应信号检测电路 5 包括 ： 一感应电极， 连接于感应电极的第一电阻 R1， 连接于第一电阻 R1 的另一端和地之间的滤波电容 C7， 并联于滤波电容 C7 的第二电阻 R7， 以及一个整流二极管 D1， 该二极管 D1 的负、 正端分别接感应电极和地， 感应电极通过一 耦合电容 C1 连接至上述 PWM 脉冲信号。
开机时， CPU1 通过 ADC3 采集无手指触按时所述检测电路 5 输出的直流电压值作为 参考电压， 并存储。CPU 运行中， 间隔一定时间通过 ADC3 采集无手指触按时所述检测电路 5 输出的直流电压值作为新参考电压， 并更新前一次存储的参考电压。这样可以减少环境温 度、 湿度等变化导致参考电压变化， 出现的误操作。
本发明通过提高高频信号频率和改进感应信号检测电路的响应速度等技术措施， 使感应键、 键盘输入速度大幅提高， 不仅可以做传统的单键位置判断， 也可进行滑动 ( 或移 动 ) 变化判断， 高速分析处理滑键、 双键滚输入、 多键滚输入的多个感应键信号。