(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
旧来、このような複数の機能を1つのキーで実現する方法は、電源管理チップ又はマイクロコントローラ又はマイクロコンピュータを使用することである。しかし、このような旧来の回路は複雑且つ高価である。
【0006】
本発明は、複数の機能を1つのキーで実現させる場合に実施される、ハードウェアに基づくキー操作検出回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
1つの態様で、キーの状態を検出するキー操作検出回路が記載される。キー操作検出回路は、キーが押される場合に放電する放電回路と、PNPトランジスタ及びNPNトランジスタの結合を有する電圧検出回路とを有し、放電回路が所定の期間放電するとき、PNPトランジスタはオンして、NPNトランジスタをオンさせ、第1の機能のための第1の信号を出力させる。
【0008】
更に、キー操作検出回路で、放電回路は抵抗−キャパシタ回路である。
【0009】
詳細な実施形態で、前記所定の期間は、少なくとも、抵抗−キャパシタ回路の抵抗及びキャパシタによって決定される。
【0010】
他の実施形態で、キー操作検出回路は、キーが放されるときに放電回路のキャパシタを充電する充電回路を有する。
【0011】
更なる他の実施形態で、充電回路は、キーが放されるときにキャパシタを充電するようオンされる第3のトランジスタを有する。
【0012】
一実施形態に従って、キーが押されるならば、第2の信号が第2の機能のために送出される。
【0013】
他の実施形態に従って、第1の信号は、キー走査回路によって検出され得る。
【発明の効果】
【0014】
本開示の実施形態によれば、複数の機能を1つのキーで実現させる場合に実施される、ハードウェアに基づくキー操作検出回路を提供することが可能である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
図1を参照すると、2つの機能を実行することができるキー回路のブロック図が示されている。この回路は、主として、キーと、放電回路1と、電圧検出回路2と、急速充電回路3とを有する。第1の機能は通常のキー機能であり、第2の機能は、例えば、リセット機能である。
【実施例1】
【0017】
ここで
図2を参照して、
図1の原理が更に詳しく説明される。
図2には、2つの機能を実行することができる2機能キーのキー操作検出回路を表す詳細な実施例が示されている。1つの機能は、通常のキー機能である。例えば、携帯電話では、通常のキー機能は、数字入力である。他の機能は、例えば、携帯電話のリセット機能である。この場合に、携帯電話は、単に、本原理を説明するために紹介されているにすぎず、如何なる限定としても解されるべきではない。本原理は、他の装置に、あるいは、2又はそれ以上の機能を実行するよう意図されているキーに使用されてよい。
【0018】
図2の回路で、K1は2機能キーである。回路は、主として3つの部分、すなわち、放電部、電圧検出部、及び急速充電部を有する。放電部回路1は、抵抗R1及びキャパシタC1を有する。急速充電部回路3は、2つの抵抗R2及びR3並びにトランジスタT1を有する。そして、電圧検出部回路2は、トランジスタT2及びT3並びに抵抗R4、R5及びR6を有する。
【0019】
2機能キーK1の第1の端子は接地されており、K1の第2の端子OUTPUT1は、抵抗R2を介して電源電圧Vccへ接続され、且つ、キャパシタC1に直列に接続されている抵抗R1を介して接地されている。K1の第2の端子は、また、トランジスタT1のベースに接続されている。トランジスタT1のコレクタ端子は、抵抗R3を介して電源電圧Vccに接続され、そのエミッタ端子は、キャパシタC1を通して接地されている。電源電圧Vccと接地との間には、抵抗R5と直列に接続されているPNPトランジスタT2が存在しており、T2のエミッタは電源電圧Vccへ接続され、PNPトランジスタT2のコレクタは抵抗R5へ接続されている。そして、T2のベースは、抵抗R4を介してT1のエミッタへ結合されている。T2のコレクタは、また、トランジスタT3のベースへ接続されている。T3のコレクタは抵抗R6を介して電源電圧Vccへ接続され、一方、そのエミッタは接地されている。
【0020】
キーK1の第1の機能のための第1の信号は、直接的に、キーK1の第2の端子、すなわち、OUTPUT1から取り出される。そして、第2の機能のための第2の信号は、T3のコレクタから取り出される端子、すなわち、OUTPUT2を通じて出力される。キーK1が所定の時間期間よりも短い期間押される場合は、OUTPUT1を介して第1の信号が送出される。そして、キーK1が所定の時間期間よりも長い期間押される場合は、回路は、また、OUTPUT2を介して第2の信号を出力する。本実施例で、出力は、低電圧レベルにある場合、すなわち、実質的に接地Gに接続される場合に、アクティブであると考えられる。
【0021】
この場合に、2機能回路の動作工程について以下に記載する。最初に、キャパシタC1は、抵抗R2及びR3を通して電源電圧Vccによって十分に充電されている。キーK1が押されるとき、キャパシタC1は抵抗R1及びキーK1を通して接地へ放電する。キャパシタC1を放電し、続いて第2の機能をトリガーするまでの所定の時間閾値は、基本的に、抵抗R1の抵抗値と、キャパシタC1のキャパシタンス値とによって決定される。従って、放電回路1は、タイミング回路としても考えられ得る。所定の時間は、トランジスタT2の特性とともに、抵抗R1、キャパシタC1及び抵抗R4の各々の値に基づいて計算され得る。
【0022】
所定の時間が長い場合は、トランジスタT2のエミッタと電源電圧Vccとの間に抵抗が付加され得る。所定の時間を計算するときに、この付加された抵抗も考慮されるべきである。このことは、本明細書での教示を通じて当業者に理解され得るであろう。抵抗はトランジスタT2のエミッタの電圧を低下させ、このようにして、キャパシタC1の電圧は、T2をオンするよう更に放電する。これにより、所定の時間閾値は遅延しうる。そして、安全上の理由によりキャパシタC1を再充電する電流を制御するために、抵抗R3が使用される。なお、順方向電流がトランジスタT1の必要条件の範囲内である場合は、抵抗R3は省略され得る。
【0023】
キーK1が所定の時間閾値よりも短い期間押される場合は、検出回路2は、OUTPUT2で低レベル信号を出力することはできず、従って、第2の機能はトリガーされない。この状態で、もともと充電されていたキャパシタC1の電圧は、PNPトランジスタT2をオンするほど十分には低くなく、一方、トランジスタT2がオフ状態にある場合に、トランジスタT3のベースでの電位は低電位(“Low”)であり、トランジスタT3はオンせず、従って、トランジスタT3のコレクタでの電圧は、第2の機能信号をトリガーするほど十分には低くない。従って、通常のキーの状態のみがコントローラによってOUTPUT1からモニタされ、第1の機能のみがアクティブにされる。ここで示されているコントローラは、あらゆる種類の環境で信号を処理するCPU、マイクロプロセッサ、又は他のプロセッサであってよい。
【0024】
キーK1が所定の時間閾値より長い期間押される場合は、キャパシタC1は放電し、その電圧は、トランジスタT2をオンさせるほど十分に低くなりうる。後に、電流が抵抗R5を流れ、抵抗R5の電圧レベルは上昇する。これにより、トランジスタT3のベースでの電位は高電位(“High”)となり、トランジスタT3はオンされる。トランジスタT3がオンされると、第2の機能のための第2の信号、例えば、低レベルリセット信号がOUTPUT2で生成される。
【0025】
上記の記載から、第2の機能のための第2の信号は、ソフトウェアに依存せず、ハードウェアに基づいて生成されるということが結論づけられる。その利点は、ソフトウェアに何らかの不具合があり、コントローラが遮断される場合にも、依然として第2の機能が実行可能である点である。例えば、PCコンピュータでは、プログラムが正常に動かなくなった場合でさえ、依然として、ハードウェアのリセットボタンによってシステム全体を手動で外的にリセットすることができる。
【0026】
そして、次いで、キーK1が放されると、トランジスタT1のベースは高レベルになり、トランジスタT1はオンされる。電流が、抵抗R3及びトランジスタT1を流れて、キャパシタC1を再充電する。詳細な実施例で、抵抗R3の抵抗値は抵抗R1の抵抗値よりもずっと低いので、再充電時間は放電時間よりもずっと短い。このようにして、回路は、高速な再充電動作を確かにし、キーK1の次の押下動作が適切に作動することができることを確かにする。
【0027】
キャパシタC1の電圧が再充電回路3を通して一定量まで増大した後、トランジスタT2のベース端子での電圧レベルはトランジスタT2をオフするほど十分に高くなる。トランジスタT2がオフされると、トランジスタT3もオフされる。OUTPUT2から取り出される第2の信号は高レベルであり、第2のリセット機能は非アクティブである。
【0028】
キーK1が押されない場合は、回路内の全てのトランジスタがオフされている。従って、リセット回路全体は、実質的に電力を消費しない。回路で、抵抗R2〜R6はバイアス抵抗である。それらは、電流を制御し且つトランジスタを適切に動作させるために使用される。
【0029】
第1の実施例の変形例で、キーK1の第2の出力しかない場合、すなわち、OUTPUT1がなく、OUTPUT2のみが存在する場合に、回路は、キーK1が所定の時間期間より長く押される場合に、依然として、第2の機能を実現することができる。
【実施例2】
【0030】
図3は、2つの機能を実行することができ且つマトリクス走査回路又はI/Oポートと協働することができるキー回路の原理のブロック図を示す。キー回路は、主として、キーと、放電回路1と、電圧検出回路2と、急速充電回路3と、キー走査回路4とを有する。第1の機能は、通常のキー機能であり、この機能は、走査出力によってマトリクスキー走査回路又はI/Oポートによって検出され得る。第2の機能は、例えば、リセット機能である。
【0031】
他の実施例で、
図4に示されるように、
図3での原理の詳細な実施が表されている。
図4に示されるように、2機能キーはキーマトリクス内にあり、マトリクスキー走査回路とともに作動している。キーマトリクスで、キーK1及びK2は、本原理を説明するための2つのキーであり、第1のキーK1は目下の2機能キーであり、第2のキーK2は旧来の単一機能キーである。ここで使用される第2のキーK2は、第1のキーK1が他のキーの性能に影響を及ぼすことなく2つの機能を適切に実行することができることを証明することを目的とする。ここで、キーK1及びK2は、キー走査回路の異なる列にあって同じ行に属するとする。キー走査マトリクス回路は、OUTPUT1’から第1のキーK1の第1の機能のための第1の信号を検出することができる。
【0032】
キーマトリクスに複数のキーがある場合に、キー走査回路が使用され得る。2つのタイプのキードライバ回路、すなわち、マトリクスキー走査と、直接に入力されるI/Oポートとがある。
【0033】
マトリクスキー走査は、ポートリソースを節約するようキーマトリクス出力によるコントローラの入力/出力ポートの共有が行われる方法である。ここで、コントローラは、キーの状態を検出/処理して、それらを処理することができるCPU、マイクロコンピュータ、又は他の処理手段であってよい。マトリクスキー走査コントローラは、全ての行を走査して、本回路へ信号を入力するために操作入力ピンで夫々を1つずつアクティブにする。或る行がアクティブにされる場合に、コントローラは、どの列がアクティブであるかを各走査出力ピンから検出する。行及び列の記号表示は交換されてよい。
【0034】
I/Oポート方法は、キーの状態をモニタする簡単且つ直接的な方法である。それは、夫々のキーについてI/Oポートを使用して、夫々のキーの状態を取得するために夫々のポートから入力を検出することを伴う。
【0035】
図4の放電回路1、電圧検出回路2、及び再充電回路3は、
図2に示されているものと同じであるから、これらの部分の素子については、
図2の同じ符号を用いることによって指示され、明りょうさのために詳述しない。更に、マトリクスキー走査機能を実行するよう、第4のトランジスタT4、2つの抵抗R7及びR8、並びにキャパシタC2が第1のキーK1に対して使用され、第5のトランジスタT5が第2のキーK2に対して使用されている。
図4から明らかなように、トランジスタT4のエミッタは、第1のキーK1の第2の端子、すなわち、OUTPUT1’に接続され、トランジスタT4のベースは、抵抗R7を通してSCAN−IN1に結合され、トランジスタT4のコレクタは、キャパシタC2によって平滑化された検出電圧を有するSCAN−OUT1に結合されている。この場合に、トランジスタT4のコレクタは、抵抗R8を通して電源電圧Vccに接続され、キャパシタC2を通して接地Gに接続されている。
【0036】
図4で、SCAN−IN1は、コントローラから本回路へ信号を入力する行走査入力ポートであり、SCAN−OUT1及びSCAN−OUT2は、本回路からコントローラへキー操作信号を出力する列走査出力ポートである。コントローラは、行走査入力ポートSCAN−IN1をアクティブにし、高レベル電圧を入力する。このようにして、トランジスタT4及びT5はオンされる。次いで、コントローラは、SCAN−OUT1及びSCAN−OUT2からその列入力ポートを確認する。キーK1及びK2のいずれも押されない場合は、行SCAN−OUT1及びSCAN−OUT2のいずれもアクティブにされず、高レベルに保たれる。第1のキーK1が押される場合は、SCAN−OUT1は低レベルにプルダウンされ、SCAN−OUT2は高レベルに留まる。このようにして、コントローラは、どのキーが押されたかを検出することができる。トランジスタT4及びT5の目的は、マトリクス内の出力ポートの負荷容量を改善することであり、これは、トランジスタT4及びT5が増幅器として使用されることを意味する。これにより、コントローラは、同時により多くのキー回路を駆動することができる。CPUのI/Oポートの負荷容量が十分である場合は、これらのトランジスタは省略されてよい。
【0037】
第1のキーK1が押されると、キャパシタC1は抵抗R1及びキーK1を通して接地へ放電する。抵抗R1及びキャパシタC1の値は放電時間を決定する。第1のキーK1が所定の時間閾値より長い期間押される場合は、キャパシタC1の電圧は十分に低くなり、トランジスタT2はオンされる。このようにして、電流は抵抗R5を流れ、抵抗R5の電圧は上昇する。これにより、トランジスタT3はオンされる。最後に、低レベルリセット信号が、トランジスタT3のコレクタ、すなわち、OUTPUT2’でトリガーされる。
【0038】
第1のキーK1が放されると、トランジスタT1のベースは再び高レベルに戻る。従って、トランジスタT1はオンされ、電流は抵抗R3及びトランジスタT1を通ってキャパシタC1を充電する。抵抗R3が抵抗R1よりずっと小さい抵抗値を有するように選択されるならば、充電時間は放電時間よりもずっと短い。このようにして、回路は、第1のキーK1が短い時間期間内に再び押される場合にも、同じ放電時間を確保する。キャパシタC1の電圧が一定量まで増大した後、トランジスタT2及びT3はオフされる。リセット信号がトリガーされるトランジスタT3のコレクタは高レベルになり、リセット信号は非アクティブとなる。第1のキーK1が再び押される前は、全てのトランジスタはオフされたままである。従って、リセット回路全体は電力を消費しない。抵抗R2乃至R8は、トランジスタ用のバイアス抵抗である。それらは、電流を制御し且つトランジスタを適切に作動させるために使用される。キャパシタC2は、電圧をフィルタリングするために使用され、電圧を抑制して、オーバーシュートやフリッカの発生を防ぐことができる。
【実施例3】
【0039】
図5は、キーK1及びK2が両方とも、例えばリセット機能等の第2の機能を有し且つキーマトリクス内にあって、マトリクス走査回路と協働する第3の実施例を与える。
図5は、
図2及び
図4と同じ要素については同じ符号を使用する。
図5で、キーK1及びK2は、放電回路1、電圧検出回路2、及び再充電回路3を共有し、コントローラへ信号を送るSCAN−OUT1を共有する。キーK1及びK2は、SCAN−IN1及びSCAN−IN2の夫々から、マトリクス走査回路からの信号を独立して受信する。
【0040】
キーK1及びK2の適切な性能を確かにするよう、第1のキーK1の第2の端子にあるOUTPUT11と抵抗R1との間には、ダイオードD1が接続されており、それは、抵抗R1から第1のキーK1の方向で導通する。同様に、第2のダイオードD2は、第2のキーK2の第2の端子にあるOUTPUT12と抵抗R1との間に接続されており、それは、抵抗R1から第2のキーK2の方向で導通する。
図4とは異なり、
図5では、トランジスタT5のコレクタは、SCAN−OUT1を共有するようトランジスタT4のコレクタに接続されている。第1のキーK1と同様に、第2のキーK2に関して、抵抗R9がトランジスタT5のベースとSCAN−IN2との間に接続されている。
【0041】
図5で、キーK1及びK2は異なる行にあって同じ列に属するとする。SCAN−IN1及びSCAN−IN2の信号は、交互にアクティブになる。SCAN−IN1が高レベル走査信号を入力すると、トランジスタT4はオンする。SCAN−IN2は低レベルであるから、トランジスタT5はオフのままである。SCAN−OUT1は、第1のキーK1が押されない場合は、第2のキーK2がこの時点で押されているとしても、高レベルを示す。第1のキーK1が押下されると、低レベルアクティブ信号がSCAN−OUT1でモニタされる。同じ原理は第2のキーK2についても使用される。キーK1及びK2は相互作用を有さない。トランジスタT4及びT5は、プロセッサのI/Oポートが十分な電流をサポートすることができない場合に負荷容量を改善するために使用される。
【0042】
第1のキーK1が押されると、キャパシタC1は放電され、第1のキーK1の第2の機能のタイミングを開始する。キャパシタC1にかかる電圧が下がりつつあるとしても、そのことは、ダイオードD2によって与えられる分離により第2のキーK2の状態のモニタリングに影響を及ぼさない。例えば、第1のキーK1が押され、第2のキーK2が押されない場合に、ダイオードD1のカソードはD1のアノードに従い、低レベルとなる。しかし、ダイオードD2のカソードは、ダイオードの一方向導通のために、依然として高レベルである。このようにして、コントローラは、高レベル信号出力により、第2のキーK2が押されていないことを検出することができる。第2のキーK2も押される場合は、アクティブ低レベル信号がコントローラへ出力される。従って、キーK1及びK2は相互作用を有さない。全てのキーはタイミング回路を共有することができる。幾つかのキーは、キーが押下されると接地されると考えられ得、且つ、ダイオードはC1の放電にほとんど影響を及ぼさないので、第2の機能をトリガーするのに必要とされる時間に実質的に影響を及ぼすことなく同時に押下され得る。また、タイミング機能は、キー動作機能に影響を与えない。
【0043】
上記の実施例では、第2の機能は、回路がOUTPUT2(
図2参照)又はOUTPUT2’(
図4参照)又はOUTPUT22(
図5参照)で低レベルを出力する場合にアクティブにされ、回路がOUTPUT2又はOUTPUT2’又はOUTPUT22で高レベルを出力する場合に非アクティブにされる。しかし、当業者には当然のことながら、第2の機能が反対の条件下でアクティブ及び非アクティブにされ得る。
【0044】
上記の実施例では、トランジスタT3及びT4の間の接続も反対にされ得る。すなわち、最初にNPNトランジスタT4がオンされ、次いでPNPトランジスタT3がオンされる。この条件で、他の関連する回路は然るべく変更されるべきである。
【0045】
全ての記載されている実施形態で、これらの実施形態におけるPNPトランジスタ及びNPNトランジスタは、PMOS及びNMOSによっても置換され得る。更に、上記の実施例でトランジスタT3はNPNトランジスタであるが、それはPNPトランジスタであってもよい。その場合に、トランジスタT3のベースはトランジスタT2のエミッタへ接続されるべきであり、第2の信号はトランジスタT3のエミッタから取り出される。
【0046】
有利に、トランジスタは、キーが開いている場合にオフされるので、ほとんど電力消費はない。
【0047】
リセット機能に加えて、キー走査及びタイミング機能を備える複数キー回路は、ある時点でキーのいずれか1つを押した後に信号をトリガーすることを要求する全ての場合で使用され得る。例えば、これは、キーのいずれか1つがあまりに長く押されている場合にオンされるべき警報ライトへ適用され得る。