KR100971580B1

KR100971580B1 - 스위칭매트릭스의 키입력장치

Info

Publication number: KR100971580B1
Application number: KR1020080043778A
Authority: KR
Inventors: 한상현; 나도연
Original assignee: 주식회사 포인칩스; (주)미내사시스템
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2010-07-20
Also published as: WO2009139568A2; WO2009139568A3; US20110078476A1; CN102027432A; KR20090118157A

Abstract

본 발명은 스위칭매트릭스의 키입력장치에 관한 것이다. 본 발명은 상기 주제어기의 열주사신호와 인에이블신호(EN)에 따라 상기 열주사방향의 라인들과 일대일 대응되는 스위칭부를 포함하며, 정상주사모드에서 각 열마다 두 가지 입력전압(Vup, VA)중의 하나를 선택적으로 입력받고, 전원절약모드에서 대기전압(Vh)을 입력받는 스위칭부의 스위칭동작에 따라 열주사 동작을 상기 모드별로 수행하는 열주사제어장치; 및 정상주사모드에서 상기 열주사제어장치의 열주사신호에 동기하여 상기 주제어기의 행주사신호에 따라 행주사를 수행하고 상기 인에이블신호(EN)에 따라 전원절약모드로 동작하는 행주사제어장치를 포함한다. 따라서, 본 발명의 키입력장치는 간단한 구성의 스위치를 이용하여 스위치메트릭스를 제어하여 고스트키를 제거함은 물론 전원절약모드로 동작가능하며, 제조비용을 낮추는 효과를 제공한다.

스위칭 매트릭스, 키입력, 스위치

Description

스위칭매트릭스의 키입력장치{Apparatus for detecting input operation in a switching matrix}

본 발명은 키보드와 같은 다수의 스위치가 구비된 스위칭 매트릭스내의 스위칭 동작을 검출하는 키입력장치에 관한 것이다.

일반적으로, 컴퓨터 시스템에서 키보드는 외부로부터의 입력을 받기 위한 주요한 수단에 하나이다.

많은 컴퓨터 시스템에 있어서, 중앙 처리 시스템에 대한 데이터입력은 키보드상의 키펀치에 의해 행해진다.

키보드에는 통상적으로 키로부터 입력 정보를 제어하기 위한 컨트롤 조직을 포함하는 키보드 인터페이스가 설치되어 있으며, 키보드 인터페이스는 마이컴(micom)으로부터 출력되는 스캔 아웃 라인(Scan out line)과, 마이컴으로 입력되는 스캔 인 라인(Scan in line)이 인터페이스에 연결된다.

시스템 인터페이스는 스캔 아웃 라인을 통해 키보드 인터페이스에 상태 신호 를 전송하고, 키입력에 따라 스캔 아웃 라인과 스캔 인 라인이 연결되어 키입력을 판단한다.

상기한 입력 방식에 의해 키보드는 고스트 키(Ghost Key) 또는 팬텀 키(Phantom Key)라 불리는 현상이 발생하는 문제가 있는데, 고스트 키 현상은 키보드에서 동시에 3개의 키가 눌려졌을 때, 4개의 키가 눌려진 것처럼 인식하는 현상을 말한다.

이러한 고스트 키 현상은 매우 빨리 타이핑을 하는 사람의 경우, 하나씩 키를 누른다 해도 한꺼번에 3개의 눌리는 것으로 인식할 수 있으므로, 사용자가 누르지 않은 키의 입력이 발생되는 것이다.

이를 방지하기 위하여 두 번째 누른 키 이후에 눌려진 세 번째 키가 눌린 것을 감지하면, 이 키가 눌리지 않은 것으로 처리하는 방법을 이용한다.

또한, 시프트키(Shift), 컨트롤키(Ctrl), 알트키(Alt)와 같이 3개의 키 조합이 동시에 눌려야 동작이 되는 경우에는 키 배치를 특별하게 하여 3개의 키가 동시에 눌려도 고스트 현상이 나타나지 않도록 하는 방법을 이용한다.

그러나 상기한 방식을 이용한다 해도, 현재 계속하여 발달하는 게임과 같은 프로그램에서 특정키가 아닌, 일반키가 3개 이상 조합되어 눌려져야 하는 경우에는 동작이 불가능하게 되는 문제가 있다.

즉, PC에서 즐기는 게임 중에서 슈팅게임과 같은 경우, 컨트롤키(Ctrl), 알트키(Alt) 등의 특별한 키와의 조합이 아니라 일반적인 키만으로 조합하여 3개의 키 눌림을 요구한다.

예를 들어, 'W'는 위의 방향 이동, 'E'는 좌측 이동, 'P'는 발사 등으로 정해서 위쪽 좌측 방향으로 이동하면서 발사를 원하게 된다면, 세 개의 키가 동시에 눌려야만 한다.

그러나 종래의 고스트 키 제거 방식에 의해 세 개의 키는 동작이 불가능하게 될 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 고스트키 제거를 위한 스위칭매트릭스의 키입력장치의 개략도이다.

도 1에서는 직렬로 연결된 저항(6)과 스위칭소자(5)를 각각 포함하는 다수의 스위칭장치들(S1...)을 스위칭매트릭스(3)내에 구성한다(이 실시예에서는 49개의 스위칭장치들이 제조된다).

스위칭매트릭스(3)내의 각각의 스위칭장치(S1...)의 일단은 제1그룹의 라인(1₀~1₆)(X라인)중 한 라인에 연결되어 있다. 그의 타단은 제2그룹의 라인들(3₀~3₆)(Y라인)중 한 라인에 연결되어 있다.

제1그룹의 라인(1₀~1₆)의 일단은 디코더(2)에 연결되어 있다.

제2그룹의 라인(3₀~3₆)의 일단은 각각 디코더(1)에 연결되며 또한 타단은 검출회로(4)의 선택기(7)(아날로그 스위칭 시스템을 갖는 데이타선택기)에 연결되어 있다.

디코더(1)는 제2그룹의 라인(3₀~3₆)으로 부터 선택된 한 라인을 개방시키는 역할을 하는 한편, 나머지 라인들에 소정의 정전압을 걸어주는 역할을 한다.

상술한 바와 같은 정전압을 예를 들어 3V로 세트되는 것이 좋다.

과전류 방지용 저항(r4)과 역방향 전류 방지용 다이오드(Di) 및 정전압 제공용 제너다이오드(ZDi)가 디코더(1)와 제2그룹의 라인들(3₀~3₆)의 각각의 일단간에 제공되어 있다. 여기서, 디코더(1)로부터의 전압과 비교기의 비교전압을 출력하기 위해서는 도 1에 도시된 바대로 고가의 다이오드를 다량 사용해야하고였다. 그 중 디코더(1)와 연결된 다이오드는 스위치의 숫자만큼 다량을 사용해야함을 알 수 있다.

제2그룹의 라인들(3₀~3₆)의 각각의 타단은 선택기(7)에 연결되어 있다. 선택기(7)는 제2그룹의 라인들중 하나를 연속으로 선택하여 스위칭동작을 위한 전압검출회로인 비교기(8)에 연결한다.

디코더(1)와 선택기(7)는 클록펄스신호와 동기하여 라인들(3₀~3₆)상에서 주사동작을 수행한다. 그러므로, 디코더(1)에 의해 제2그룹의 라인들(3₀~3₆)로부터 선택된 라인, 예를 들어 라인(3₀)은 선택기(7)에 의해 동시에 선택되어 비교기(8)에 연결된다.

다른 한편, 비교기(8)의 입력단자(N1)에는 임피던스(R)를 통해 전원 Vcc(예, 5V)로 부터 적당한 전압이 걸린다. 선택기(7)에 의해 선택되는 제2그룹에 속하는 라인의 전압들 또한 단자(N1)에 걸린다.

검출기준전압(예를 들어 2.5~3.0V)을 한정하기 위한 저항(r3)과 제너다이오드(ZDi)는 다른 입력단(N2)에 연결되어 있다.

이 실시예에서, 기준전압은 2.6V로 설정된다.

제1그룹의 라인들(1₀~1₆)의 각각의 일단은 디코더(2)에 연결되어 있다. 디코더(2)는 상술한 바와 같은 선택기(7)와 디코더(1)의 주사동작과 동기하여 주사동작을 수행하며 또한 제1그룹의 라인들(1₀~1₆)로 부터 선택된 라인의 전압을 OV로 설정시키는 한편, 나머지 라인들을 개방상태로 두는 역할을 한다.

제2그룹으로 라인들중 라인(3₀)이 선택기(7)와 디코더(1)에 의해 선택되고 또한 제1그룹의 라인들 중 라인(1₀)이 디코더(2)에 의해 선택될때 제2그룹의 라인들중 라인(3₀)의 전압은 5V에 유지되는 한편, 제2그룹에 속하는 라인들(3₁~3₆)의 나머지 라인의 전압은 3V에 유지된다.

다른 한편, 제1그룹의 라인(1₀)이 디코더(2)에 의해 선택될 때 라인(1₀)의 전압은 OV에 설정되고 라인들(1₀~1₆)의 나머지 라인들은 개방된다.

그러한 상황에서 스위치(Sⓛ)를 누르면 라인(3₀)과 라인(1₀)이 연결되며, Vcc(5V)에 유지되는 라인(3₀)의 전압은 OV로 강하하고, 거의 OV의 전압이 비교기(8)의 입력단자(N1)에 걸린다.

엄격히 말해 입력단자(N2)의 전압의 완전히 OV까지 떨어지지 않는다. 왜냐하 면 스위칭 장치(S)내에 저항(6)의 저항성분(r)과 라인(3₀)의 내부저항성분이 존재하기 때문이다. 그러나, 저항(6)의 저항성분(r)이 임피던스(R)의 것보다 작은 값, 예를 들어 R의 1/10의 값에 설정되면 입력단자(N1 )에 대한 입력전압은 OV로 생각될 수 있다.

이는 임피던스(R)의 값과 저항(6)의 저항성분(r)이 후술되는 바와 같이 본 발명에 독립적으로 변동될 수 있다는 사실에 근거한다.

따라서, 그러한 구성을 갖는 입력검출장치에서는 단하나의 스위치 예를 들어 스위치(S①)만을 누르면 스위칭장치가 연결되는 제2그룹내의 라인의 검출전압은 OV로서 나타나므로, 상기 사실이 검출될 수 있다. 왜냐하면 검출전압 OV는 2.6V의 검출기준전압보다 낮기 때문이다.

다른 한편, 스위치(S①)를 누르지 않고, 다른 스위칭장치들(S②~④)을 동시에 잘못 누르면 비교기(8)의 입력단자(N1 )에 대한 입력전압이 적어도 3V이상으로 나타난다.

그러므로, 누설통과 신호전류의 발생이 검출될 수 있다.

따라서, 스위칭장치들(S②~S④)은 스위칭 장치(S①)대신 잘못 눌려짐에 의해 누설통과 신호전압이 발생하는 것을 마치 스위칭장치(S①)를 잘못 눌러서 된 것 같은 에러를 방지하는 것이 가능하다.

그러나, 원하는 스위칭장치와 다수의 다른 스위칭장치를 동시에 누르면 누설통과 신호전압이 다른 스위칭장치가 연결된 제2그룹에 속하는 라인을 통해 발생되 므로 검출전압이 증가하게 된다.

그러므로, 원하는 스위칭장치의 동작을 검출할 수 없는 문제점이 발생한다.

상술한 상황에서의 누설통과 신호전압을 이하에 설명하면 다음과 같다.

도 1에서는 스위칭장치들(S②~⑧)을 원하는 스위칭장치(S①)와 동시에 잘못 누르면 다음과 같은 식에 의해 나타내는 누설통과 신호 전압(V8)은 약 1.9V로서 검출된다.

이 전압은 판별해야 될 검출기준전압 2.6V보다 훨씬 작다.

그러므로, 스위치(S①)를 누르는 동작이 정확히 검출될 수 있다.

원하는 스위칭장치(S①)와 9개의 다른 스위칭장치(S)를 동시에 누르면 예를 들어 스위칭장치(S①)와 스위칭장치(S③~S⑪), 즉 총10스위치는 중복하여 폐쇄되어 다음과 같은 식으로 나타내 누설통과 신호전압(V10)이 약 2.05V로서 검출된다.

이 전압은 판별될 검출기준전압(2.6V)보다 훨씬작다. 그러므로 스위치(S①)를 누르는 동작이 정확히 검출될 수 있다.

하지만 이러한 종래의 고스트키현상을 제거하는 방법은 스위치 매트릭스의 배열중 디코더와 선택기를 따로 구성해야하므로 시스템의 면적이 증가하여 제품의 생산원가가 상승되며 설계에 어려움이 있었다. 또한, 전원절약 상태에 대한 정의 가 없어 상용화에 문제점이 있었다.

또한, 스위치배열상에 제2그룹의 라인들(3₀~3₆)의 숫자만큼 일반 다이오드(Di)와 정전압 공급용 제너다이오드(ZDi)를 다량으로 사용해야 하였으므로 제조비용이 상승하는 문제가 있었으며 제조의 어려움도 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 키입력장치 시스템을 양산적용이 용이한 구성을 제안하여 하나의 반도체 내에 원칩화가 용이하도록 구성을 간단히 하였으며 전원절약이 가능하도록 한 스위칭매트릭스 방식의 키입력장치를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스위칭매트릭스의 키입력장치는 주제어기의 제어에 따라 열주사방향의 라인들 및 행주사방향의 라인들이 연결된 복수개의 스위치를 포함하는 스위칭매트릭스의 키입력장치에 있어서, 상기 주제어기의 열주사신호와 인에이블신호(EN)에 따라 상기 열주사방향의 라인들과 일대일 대응되는 스위칭부를 포함하며, 정상주사모드에서 각 열마다 두 가지 입력전압(Vup, VA)중의 하나를 선택적으로 입력받고, 전원절약모드에서 대기전압(Vh)을 입력받는 스위칭부의 스위칭동작에 따라 열주사 동작을 상기 모드별로 수행하는 열주사제어장치; 및 정상주사모드에서 상기 열주사제어장치의 열주사신호에 동기하여 상기 주제어기의 행주사신호에 따라 행주사를 수행하고 상기 인에이블신호(EN)에 따라 전원절약모드로 동작하는 행주사제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 열주사제어장치는 상기 주제어기의 제어하에 열주사신호와 인에이블신호(EN)를 출력하는 제어부; 상기 제어부의 열주사신호에 의해 선택된 열주사 라인 과 선택되지 않은 나머지 열주사 라인 각각을 입력되는 전압에 따라 스위칭하여 열주사를 수행하도록 상기 열주사라인에 일대일 대응하도록 연결된 복수개의 스위치부; 상기 제어부의 인에이블신호에 따라 선택적으로 인에이블 및 디스에이블되어 입력전압(Vup) 및 공급전압(VA) 및 대기전압(Vh)을 정상주사모드와 전원절약모드에 따라 선택적으로 상기 스위치부로 출력하는 전원공급부; 및 상기 제어부의 인에이블신호에 따라 인에이블되어 정상주사모드로 동작하고, 상기 제어부의 인에이블신호에 따라 디스에이블되어 전원절약모드로 동작하되, 상기 기준전압(VCCB)은 기준전압생성용 저항(R1, R2)의 저항값을 통해 생성하는 전압비교기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전원공급부는 정전압레귤레이터를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전원공급부는 저항분배방식의 전류증폭기를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전원공급부는 정상주사모드에서 상기 주제어기의 제어에 따라 인에이블신호(EN)가 인에이블되면, 입력전압(Vup)과 공급전압(VA)을 상기 스위칭 매트릭스의 각각의 열주사선으로 선택적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전원공급부는 전원절약모드에서 상기 주제어기의 제어에 따라 인에이블신호(EN)가 디스에이블(disable)되었을 경우 대기전압(Vh)을 모든 스위칭 매트릭스의 각각의 열주사선으로 동시에 연결해 주는 것을 특징으로 한다.

또한, 열주사제어장치는 전원절약모드에서 상기 전원공급부로부터 공급되는 대기전원(Vh)이 연결되고, 행주사제어장치가 모든 행주사 제어신호선을 0V에 연결 한 상태에서 사용자에 의해서 키입력이 발생하였을 경우 상기 주제어기로 인터럽트신호(INT)를 발생하는 것을 특징으로 한다.

또한, 인터럽트신호는 정상주사모드인 경우인터럽트신호를 발생시키지 않으며, 전원절약모드에서는 사용자의 키입력이 발생하였을 경우에만 인터럽트신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 행주사제어장치는 정상주사모드에서는 주제어기의 제어를 받아 순차적으로 행주사 신호선을 각각 0V에 연결해 주는 기능을 수행하며, 전원 절약 모드에서는 행주사 신호선을 모두 0V로 연결해 주는 기능을 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제어부는 인에이블신호(EN)가 디스에이블되어 상기 전원공급부와 전압비교기가 디스에이블되어 전원절약모드에서 전원소비를 최소화하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 키입력장치는 간단한 구성의 스위치를 이용하여 스위치메트릭스를 제어하여 고스트키를 제거함은 물론 전원절약모드로 동작가능하며, 제조비용을 낮추는 효과를 제공한다.

이하, 첨부한 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세 히 기술하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭매트릭스의 키입력장치의 개략도이다.

도 2를 참고하면, 키입력장치는 7열(3₀ 내지 3₆)과 7행(1₀ 내지 1₆)을 예로 한 스위칭매트릭스(12)와 7열(3₀ 내지 3₆)과 연결되어 키스캔의 열주사를 제어하기 위한 열주사제어장치(11)와 7행(1₀ 내지 1₆)과 연결되어 키스캔의 행주사를 제어하기 위한 행주사제어장치(13)를 포함한다.

또한, 도시되지는 않았지만 열주사제어장치(11)와 행주사제어장치(13)를 제어하기 위한 제어신호를 인가하는 주제어기(일반적으로 마이크로 콘트롤러 유닛을 사용함)를 구성한다.

스위칭매트릭스(12)는 직렬로 연결된 스위칭 소자(121)와 스위칭 저항(122)을 각각 포함하는 다수의 스위칭장치들(S1, S2, S3, S4...)이 제조된다(이 실시예에서는 7행과 7열이므로 49개의 스위칭 장치들이 제조된다).

각각의 스위칭장치(S1, S2, S3...)의 일단은 행주사방향의 라인들(1₀~1₆)중 한 라인에 연결되어 있고, 그의 타단의 열주사방향의 라인들(3₀~3₆)중 한 라인에 연결되어 있다.

행주사방향의 라인(1₀~1₆)의 일단은 행주사제어장치(13)에 연결되며, 열주사방향의 라인(3₀~3₆)의 일단은 행주사제어장치(11)에 연결된다.

열주사제어장치(11)는 열주사방향의 라인(3₀~3₆)으로 부터 선택된 한 라인을 개방시키는 역할을 하는 한편, 나머지 라인들에 소정의 정전압을 걸어주는 역할을 한다.

또한, 열주사제어장치(11)는 열주사방향의 라인들중 하나를 연속으로 선택하여 스위칭동작을 위한 전압검출회로인 전압비교기(도 3의 참조번호 16)를 구성한다.

열주사제어장치(11)는 주제어기의 제어하에 열주사방향의 라인들(3₀~3₆)상에서 주사동작을 수행하고, 행주사방향의 라인들(1₀~1₆)의 각각의 일단은 행주사제어장치(13)에 연결되어 열주사제어장치(11)의 주사동작과 동기하여 주사동작을 수행한다. 또한 행주사제어장치(13)는 행주사방향의 라인들(1₀~1₆)중 선택된 라인의 전압을 OV로 설정시키는 한편, 나머지 라인들을 개방상태로 두도록 제어한다.

이하 도 3을 참조하여 열주사제어장치(11)의 동작을 상세히 설명한다.

도 3은 도 2장치의 열주사제어장치의 상세블록도이다.

도 3을 참고하면, 열주사제어장치(11)는 주제어기의 제어하에 열주사신호와 인에이블신호(EN)를 출력하는 제어부(14)와 제어부(14)의 인에이블신호에 따라 인에이블 또는 디스에이블되는 전원공급부(15)와 전압비교기(16)를 포함하며, 제어부(14)의 열주사신호에 의해 선택된 열주사 라인 하나와 선택되지 않은 나머지 열주사 라인 여섯 개를 각각 스위칭하여 열주사를 수행하도록 하는 제 1열스위치 부(17) 내지 제 7열스위치부를 구성한다. 도 3에서는 제 1열 스위치부(17)만을 참조부호로 설명하였으나, 7개의 각 스위치부에는 스위치매트릭스(12)의 7열과 연결되며 각 열의 스위치부에 스위칭되어 차례대로 열주사를 수행할 수 있도록 구성한다. 도 3에서는 제 1열 스위치부(17)와 제 7열 스위치부만을 도시하였으며, 나머지 제 2열 내지 제 6열 스위치부는 생략하여 도시한다.

또한, 열주사제어장치(11)는 각 스위치부와 연결되어 스위치부로부터 입력되는 전압(Vup)과 기준전압(VCCB)을 비교하여 그 결과를 출력하는 전압비교기(16)를 포함한다.

도 4는 도 2장치의 행주사제어장치의 상세블록도이다.

도 4를 참고하면, 행주사제어장치(13)는 주제어기의 제어하에 행주사신호에 따라 스위칭매트릭스(12)가 행주사를 수행하도록제어하는 제어부(18)와 제어부(18)로부터의 행주사신호(SC0 내지 SC6)에 의해 행주사를 수행하도록 7행과 연결된 7개의 스위치(19....)로 구성된다. 도 4에서는 각 스위치중 첫 번째 행의 스위치(19)와 마지막행의 스위치만을 도시하고 나머지 행들의 스위치는 생략하여 도시한다.

제어부(18)는 주제어기의 제어하에 행주사신호를 출력하고, 이때의 행주사신호에 따라 7개 행의 스위치(19....)중에 선택된 행의 스위치(19)의 온저항값을 0옴(ohm)으로 설정하고 나머지 행의 스위치를 개방시켜 열주사에 주사동작에 동기하여 행주사를 수행한다.

여기서, 행주사제어장치(13)의 제어부(18)는 정상주사모드에서는 주제어기의 제어를 받아 순차적으로 행주사 신호선을 각각 0V에 연결해 주는 기능을 수행하 며, 전원 절약 모드에서는 행주사 신호선을 모두 0V로 연결해 주는 기능을 수행한다.

이렇게 구성된 도 3의 열주사제어장치(11)와 도 4의 행주사제어장치(13)의 동작을 좀 더 상세히 설명한다.

도 3에서, 제어부(14)는 주제어기의 열주사신호에 의해 차례대로 SL0 내지 SL6의 신호선에 열주사신호를 제 1열스위치부(17) 내지 제 7열스위치부로 인가하도록 인에이블시킨다.

그러면 제 1열스위치부(17) 내지 제 7열스위치부는 인에이블신호(EN)가 인에이블일 경우 SL0 내지 SL6 각각의 신호선의 값에 따라 선택된 신호선에는 Vup신호를, 선택되지 않은 신호선에는 VA신호를 선택적으로 열주사방향의 라인(3₀~3₆)들과 연결되도록 스위칭한다. 여기서, 제 1열스위치부(17) 내지 제 7열스위치부는 세 개의 입력전압을 전원공급부(15)로부터 선택적으로 입력받도록 구성하며, 제어부(14)로부터 열주사신호(SL0 내지 SL6)와 인에이블신호(EN)가 인가된 정상동작 상태에서는 Vup 또는 VA신호를 선택적으로 입력받고, 전원절약모드에서는 Vh신호를 입력받도록 스위칭 동작한다. 여기서 전원공급부(15)는 주제어기의 조정값(adj0)에 의해 출력전압값을 가변할 수 있다.

전압비교기(16)는 기준전압(VCCB)과 입력전압(Vup)을 비교하여 스위치(S1)에 의한 키입력이 발생했는지의 여부를 결정한다. 즉, 스위치(S1)에 의한 키입력이 발생한 경우, 전압비교기(16)에 입력되는 입력전압(Vup)이 기준전압(VCCB)보다 더 낮은 전압이 생성되도록 하고, 키입력이 발생하지 않은 경우는 입력전압(Vup)은 전원전압(VCC)와 등가의 전압이 인가된다. 여기서 입력전압(Vup)이 기준전압(VCCB)보다 낮은 전압으로 생성되도록 각각의 저항값의 비율을 결정한다. 즉, 전압비교기(16)에 입력되는 입력전압(Vup)을 결정하기 위하여는 도 3의 R0저항과 도2의 스위칭저항(122)을 조절하며, 기준전압(VCCB)을 결정하기 위하여는 도 3의 고정된 값을 갖는 R2저항과 가변저항인 R1저항값을 조절하면 된다.

여기서, 기존시스템의 도 1에 비교기(8)의 경우는 전압을 생성하기 위해 고가의 고전력 다이오드와 그 다이오드들의 전류제한용 저항들을 이용해야 하였지만 본원 실시예에서는 전압비교기(16)의 기준전압을 발생하기 위해 고정값을 갖는 저항(R2)과 가변값을 갖는 저항(R1)을 조절하여 간단히 구현한다.

여기서 저항들과 전압과의 관계를 하기 식을 이용하여 좀 더 상세히 설명한다.

전원전압(VCC)의 전압을 5.0V, R0는 10K Ohm, 스위칭저항(15)을 7K Ohm(다음 수식에서는 r로 표현한다), VA를 3.0V로 설정하고 도 4의 스위치(19)의 ON저항값을 0 Ohm(실제는 0 Ohm은 아니지만, 상대적으로 매우 작은 저항값이라 무시할 수 있음)으로 설정할 경우, 행과 열의 주사가 발생할 경우 해당 스위치가 하나 눌릴 경우 입력전압(Vup1)은

Vup1 = 5.0V × ( r / R0 + r)

Vup1 = 5.0V × (7K / 10K + 7K)

Vup1 = 2.059V

이다.

이때 전원공급부(15)의 전압(VA)을 R2와 R1의 비율을 이용하여 전압 비교기의 기준 전압(VCCB)을 2.5V로 설정하면 Vup1의 전압은 2.5V보다 작은 전압 임으로 해당 키(s1)가 눌린 것으로 인지할 수 있다.

만일 아무런 키도 눌리지 않았다면 Vup1의 전압은 전원전압(VCC)과 근접한 값이 발생하게 됨으로 기준 전압(VCCB)보다 높은 전압이 되어 키가 눌리지 않은 것으로 인식 할 수 있다.

따라서 상기 전원전압(VCC)은 가장 높은 전압이 되며, 전원공급부(15)의 공급전압(VA)은 중간 전압, 그리고 기준전압(VCCB)은 세 전압중 가장 낮은 전압이 되며, 본 발명의 구성을 위해서는 늘 다음의 수식(1)을 반드시 만족하도록 설정한다.

VCC > VA > VCCB ------------- 수식(1)

또한 한 개 이상 일정 수량의 키가 눌렸을 때의 입력전압(Vup)은 항상 다음과 같은 관계를 갖는다.

VCCB > Vup ------------ 수식(2)

또한 아무련 키가 눌리지 않았을 때의 입력전압(Vup)은 항상 다음과 같은 관계를 갖는다.

VCCB < Vup, Vup = VCC ------------ 수식(3)

또한 본 발명에 의해서 고스트키 현상을 발생시키는 일정 수량의 키가 동시에 눌렸을 경우에도 눌리지 않은 키가 고스트키 현상에 의해서 눌린 키로 인식되 지 않을 수 있도록 수식(1)~ 수식(3)의 관계식이 유지 될 수 있는 시스템의 유지가 필요하며, 만약 10개의 키정도가 동시에 고스트키 현상을 발생시킬 수 있는 조합으로 눌렸다 하더라도 눌리지 않은 키를 정확하게 판별 할 수 있다.

아울러, 도 2에서 스위치 3개(s2, s3, s4)가 동시에 눌려진 경우 마치 s1이 눌려진 것처럼 발생하는 고스트키 현상에 의한 Vup 신호 전압(Vup3)은 다음과 같이 약 3.39V로 전압 비교기의 기준 전압 2.5V보다 높은 전압이 발생하였음으로 스위치 s1은 눌려진 것으로 인식되지 않는다.

Vup3 = 3 x r x 5 /(R0+3 x r )

Vup3 = 3 x 7K x 5 /(10K+3 x 7K )

Vup3 = 3.387V

마찬가지로 도 2에서 스위치 6개(s2, s3, s4, s5, s6, s7)가 동시에 눌려진 경우에도 마치 s1이 눌려진 것처럼 발생하는 고스트키현상에 의한 Vup신호 전압(Vup6)은 다음과 같이 약 2.56V로 전압 비교기의 기준 전압 2.5V보다 높은 전압이 발생하였음으로 스위치 s1은 눌려진 것으로 인식되지 않는다.

Vup6 = 5 x 1.5 x r /(R0+1.5 x r )

Vup6 = 5 x 1.5 x 7K /(10K+1.5 x 7K )

Vup6 = 2.561V

따라서, 위와 같이 의도적으로 눌린 키의 경우 기준 전압(VCCB)보다 낮은 입력전압(Vup1)이 발생하여 그 키의 눌림을 인지 할 수 있고 일정 수 량 이상의 주변 키들이 눌려 고스트키가 발생하였다 하더라도 기준전압(VCCB)보다 높은 입력전 압(Vup3, Vup6)이 발생하여 롤오버 전압이 방지가 되어 눌리지 않은 키를 인지할 수 있다.

여기서 전압비교기(16)의 기준전압(VCCB)을 생성하기 위하여 고정된값을 갖는 저항 R2와 가변저항 R1을 이용하는 이유는 대량 양산시에 적용 회사마다 편차가 있는 멤브레인 스위치의 저항값의 변동에 따라 비교 전압을 합리적으로 선택하기 위한 기능을 구현하는데 사용한다.

도 3에서, 전원공급부(15)는 주제어기의 제어에 따라 인에이블신호(EN)가 인에이블되면, 전압(VA, Vup)을 일정하게 공급하나, 전원절약모드에서는 주제어기의 제어에 따라 인에이블신호(EN)가 디스에이블(disable)되고 행주사신호가 모두 온(ON)되었을 경우에는 전원공급부(15)와 전압비교기(16)를 디스에이블상태로 설정한다. 즉, 전원절약모드에서 전원공급부(15)는 제어부(14)로부터의 인에이블신호(EN)가 디스에이블되면 전원공급부(15)의 바이어스(bias)를 해제하고 전류를 전혀 소비하지 않도록 설계된다. 마찬가지로, 전원절약모드에서 전압비교기(16)도 제어부(14)로부터의 인에이블신호(EN)가 디스에이블되면 전압비교기(16)의 바이어스(bias)를 해제하고 전류를 전혀 소비하지 않도록 설계된다.

이때 주제어기의 제어에 따라 전원절약모드에서 제 1열스위치부(19) 내지 제 7열스위치부들은 SL0 내지 SL6제어신호와 무관하게 스위치매트릭스(12)의 열주사방향의 라인들(3₀ 내지 3₆)에 대기전압(Vh)을 연결한다.

이러한 주제어기의 인에이블신호(EN)이 디스에이블되면, 전원공급부(15)가 전원절약모드에서는 회로가 동작하는데 소비되는 전류를 최소화하기 위하여 열주사신호의 주사가 정지되고, 행주사신호의 주사 또한 정지된 상태에서 열주사신호는 모두 제 1내지 제 7열 스위치부에 의해 Vh로 연결되어 대기전압(Vh)을 공급받으며, 행주사방향의 라인들(1₀ 내지 1₆)은 모두 스위치(19...)들이 온되어 0볼트의 전압이 인가된다.

이렇게 하여 전원절약모드가 되면 주제어기의 인터럽트를 인에이블하고 주제어기의 클럭(clock)이 정지되어 최대 전원절약상태가 된다. 이후, 사용자의 키입력이 발생하면 주제어기는 인터럽트신호로 인하여 전원절약모드에서 웨이크업(wake-up)하여 정상주사모드로 클럭을 발생시킨다.

전원공급부(15)는 기존의 도 1의 디코더(1)출력전압을 위해 각각의 열주사 신호선마다 사용되는 고가의 다이오드(Di)와 제너다이오드(ZDi), 그리고 제너 다이오드의 전류 제한용 저항(r4)들을 다수 사용하는 대신, 전원 전압(VCC)을 이용하여 하기의 도 6 및 도 7에 개시된 구조를 갖는 한 개의 전압공급부(15)를 사용하여 제 1열스위치부(17)에 전압(VA)을 공급한다.

즉 스위치부(17)에 공급되는 세 가지 전압중 정상 동작 상태의 두 가지 전압(Vup, VA)은 전원 공급부(15)로부터 출력되는 전압(VA)과 전원전압(VCC)에 연결된 저항(R0)로부터 발생되는 전압(Vup)이 되며, 전원절약모드의 대기 전압(Vh)은 전원전압(VCC)에 연결된 저항(Rh)으로부터 발생하는 전압이 된다. 따라서, Vup과 Vh는 전원전압(VCC)과 직렬로 연결된 각각의 저항(R0, Rh)의 임피던스에 의해 발생 되는 전압으로 스위칭매트릭스(12)의 스위치가 눌려지지 않을 경우 또는 제 1열스위치부(17)로부터 열주사선으로 연결되지 않은 경우에는 모두 전원 전압(VCC)과 동일한 전압을 갖게 되나 스위치부(17)로부터 열주사선으로 연결되어(스위치부(17)의 온저항은 도시하지 않음 매우 작은 값으로 0오옴(ohm)으로 간주하였음) 스위칭매트릭스 (12)내의 스위치가 눌려 졌을 경우에는 제 1열스위치부(17)를 통해 연결된 스위칭매트릭스의 스위칭저항(122)과 스위치의 온저항인 스위칭소자(121) 그리고 행주사 제어기의 스위치(19)의 온 저항을 통해 그라운드와 직렬로 연결이 되어 전원전압(VCC)과 그라운드전위(0V)간의 비례 저항에 의한 전압(Vup, 또는 Vh)이 발생 하게 된다.

이러한 전원공급부와 스위치부의 동작중에서 전원절약상태에 대해 도 5를 참고하여 좀 더 상세히 살펴본다.

도 5는 도 3의 동작중의 전원절약상태를 설명하기 위한 참고도 이다.

전원절약모드는 일정시간 사용자의 스위칭매트릭스(12)의 키입력이 없거나 유에스비(USB) 키보드의 경우 서스펜드(suspend) 모드로 진입하는 경우에 발생한다. 전원절약모드가 되면, 제어부(14)의 인에이블신호(EN)가 디스에이블되어 전원공급부(15)와 전압비교기(16)를 디스에이블하여 최대 전원절약상태로 변경한다. 또한, 제 1열스위치부(17)내지 제 7열스위치부는 모든 열주사방향의 라인(3₀ 내지 3₆)에 전원전압(VCC 와 높은 저항값을 같는 저항(Rh)를 연결하여 모든 모든 열주사방향의 라인(3₀ 내지 3₆)에 전원전압(VCC) 수준의 전압이 유지되도록 설정한다. 그 리고 행주사제어장치(13)의 모든 스위치(19...)를 온(ON)상태로 하여 행주사방향의 라인(1₀ 내지 1₆)을 0볼트로 유지한다. 이렇게 하면 전원절약모드에서 최대의 전원절약상태에 진입하게 되어 주제어기는 인터럽트를 인에이블하고 클럭발생을 정지한다.

도 5를 참고하면, 전원절약모드의 간단한 회로적 구성을 살펴보면, 스위치소자(121) rs0(도 2의 스위칭매트릭스(12)내의 물리적 스위칭소자(121)들의 상징화 된 상태)가 개방된 상태로 열주사방향의 라인(3₀ 내지 3₆)은 모두 Rh저항에 의한 풀업 상태가 되고, 행주사방향의 라인(1₀ 내지 1₆)은 모두 NMOS TR(19)에 의한 N채널 오픈드레인(N-channel Open Drain) 이 인에이블(Enable)된 상태로 0V 부근의 전압을 갖게 된다. 이때 인터럽트신호(INT)는 열 주사선의 전압과 동일하게 전원전압(VCC)부근의 값을 갖게 되어 "H"신호의 로직레벨을 갖는다.

또한, 도 5에서 전원 절약 상태에서 사용자에 의해서 키입력이 발생하게 되면 스위칭소자(rs0, 또는 도 2의 121)가 연결된 상태가 되며, 풀업 저항 Rh와 스위칭저항(rm, 또는 도 2의 122) 그리고 행주사방향의 라인 스위치(19)의 ON저항(rs1)의 직렬 저항들이 전원 전압(VCC)과 0V전압 사이에 배치가 되며, 이때 Vh값은 Rh저항의 저항값이 스위칭 매트릭스(12)내의 스위칭저항(도 2의 122 : rm)에 비해서 충분히 큰 값을 갖고, 스위치들의 온(On)저항(rs0, rs1)값이 Rh저항이나 rm저항에 비해서 충분히 작을 경우 Vh전압은 0V부근의 값을 갖게 되어 "L"신호의 로직레벨을 갖게 된다.

이때 인터럽트신호(INT)는 Vh 전압이 0V부근의 값을 갖게 되어 주제어기로 인터럽트신호(INT)를 출력하여 웨이크업(wake-up: 정상상태로 변경)임을 주제어기로 알린다.

이러한 인터럽트신호에 의해 주제어기는 다시 클럭을 발생하고 열주사제어와 행주사제어를 수행하도록 열주사제어장치(11)와 행주사제어장치(13)를 제어한다.

이와 같이 전원 절약 상태에서 사용자의 키 입력에 의해서 도 3의 대기전압(Vh)이 "H"신호에서 "L"신호로 변경되어, 도 3의 버퍼(B)에 의해 주제어기로 출력되는 인터럽트신호(INT)를 발생하게 된다. 이때 주제어기는 버퍼(B)로 부터 인터럽트신호(INT)를 입력 받아 전원 절약 상태에서 탈출하여 일반 키 입력 검출 상태로 동작 하게 되어, 키입력을 확인하기 위한 열 주사와 행 주사를 실시하여 사용자로 부터 눌려진 키의 위치를 파악하여 눌려진 키값을 인식 하게 된다.

이러한 전원공급부(15)는 정전압레귤레이터방식과 저항분배방식에 의한 전류중폭기방식을 이용하여 구성할 수 있다.

도 6은 도 3의 전원공급부의 일실시예를 나타내는 상세블록도이다.

도 6은 정전압레귤레이터방식의 전원공급부(15)의 일례로, 앰프(21)는 기준 전압 생성회로(20)로 부터 출력하고자 하는 VA전압의 기준 전압(Vref)을 공급 받으며, 전압 출력을 위한 피모스트랜지스터(PMOS Tr)과 그라운드 사이에 연결된 직렬 저항 Rr과 Rv의 분배 전압과 전압(Vref)과의 비교를 이용하여 적절한 피모스트랜지스터의 게이트-소스간 전압(Vgs)을 제어하여 피모스트랜지스터 양단에 흐르는 전류를 제어함으로써 원하는 공급전압(VA)을 발생 시킨다.

도 7은 도 3의 전원공급부의 다른 실시예를 나타내는 상세블록도이다.

도 7은 저항분배방식에 의한 전류증폭기방식의 전류공급부(15)의 일예로, 전원전압(VCC)로부터 저항 Rr과 Rv에 의해 분배되는 전압(Vref)을 증폭률 1을 갖는 앰프(22)의 음의궤환을 통해 공급전압(VA)는 전압(Vref)과 동일하지만 전류의 공급 능력만을 증폭하여 공급전압(VA)를 생성하여 출력한다.

도 6과 도 7에서 개시한 전원공급부(15)는 전원절약모드의 동작을 위해서 모두 인에이블신호(EN)의 입력을 받아 동작을 디스에이블할 수 있도록 하여 디스에이블시에는 전류소비를 극소화할 수 있는 기능을 구비하고 있으며, 주제어기로부터 입력되는 조정값(adj0)에 의해 생성해 내는 출력전압의 값을 가변할 수 있는 기능을 갖는다.

도 1은 도 1은 종래의 고스트키 제거를 위한 스위칭매트릭스의 키입력장치의 개략도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭매트릭스의 키입력장치의 개략도,

도 3은 도 2장치의 열주사제어장치의 상세블록도,

도 4는 도 2장치의 행주사제어장치의 상세블록도,

도 5는 도 3의 전원공급부의 동작상태를 설명하기 위한 참고도,

도 6은 도 3의 전원공급부의 일실시예를 나타내는 상세블록도,

도 7은 도 3의 전원공급부의 다른 실시예를 나타내는 상세블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 열주사제어장치 12 : 스위칭매트릭스

13 : 행주사제어장치 121 : 스위칭소자

122 : 스위칭저항

Claims

주제어기의 제어에 따라 열주사방향의 라인들 및 행주사방향의 라인들이 연결된 복수개의 스위치를 포함하는 스위칭매트릭스의 키입력장치에 있어서,

상기 주제어기의 열주사신호와 인에이블신호(EN)에 따라 상기 열주사방향의 라인들과 일대일 대응되는 스위칭부를 포함하며, 정상주사모드에서 각 열마다 두 가지 입력전압(Vup, VA)중의 하나를 선택적으로 입력받고, 전원절약모드에서 대기전압(Vh)을 입력받는 스위칭부의 스위칭동작에 따라 열주사 동작을 상기 모드별로 수행하는 열주사제어장치; 및

정상주사모드에서 상기 열주사제어장치의 열주사신호에 동기하여 상기 주제어기의 행주사신호에 따라 행주사를 수행하고 상기 인에이블신호(EN)에 따라 전원절약모드로 동작하는 행주사제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭매트릭스의 키입력장치.
제 1항에 있어서,

상기 열주사제어장치는

상기 주제어기의 제어하에 열주사신호와 인에이블신호(EN)를 출력하는 제어부;

상기 제어부의 열주사신호에 의해 선택된 열주사 라인과 선택되지 않은 나머지 열주사 라인 각각을 입력되는 전압에 따라 스위칭하여 열주사를 수행하도록 상기 열주사라인에 일대일 대응하도록 연결된 복수개의 스위치부;

상기 제어부의 인에이블신호에 따라 선택적으로 인에이블 및 디스에이블되어 입력전압(Vup) 및 공급전압(VA) 및 대기전압(Vh)을 정상주사모드와 전원절약모드에 따라 선택적으로 상기 스위치부로 출력하는 전원공급부; 및

상기 제어부의 인에이블신호에 따라 인에이블되어 정상주사모드로 동작하고, 상기 제어부의 인에이블신호에 따라 디스에이블되어 전원절약모드로 동작하되, 기준전압생성용 저항(R1, R2)의 저항값을 기준전압을 생성하는 전압비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭매트릭스의 키입력장치.
제 2항에 있어서,

상기 전원공급부는

정전압레귤레이터를 사용하는 것을 특징으로 하는 스위칭매트릭스의 키입력장치.
제 2항에 있어서,

상기 전원공급부는

저항분배방식의 전류증폭기를 사용하는 것을 특징으로 하는 스위칭매트릭스 의 키입력장치.
제 2항에 있어서,

상기 전원공급부는

정상주사모드에서 상기 주제어기의 제어에 따라 인에이블신호(EN)가 인에이블되면, 입력전압(Vup)과 공급전압(VA)을 상기 스위칭 매트릭스의 각각의 열주사선으로 선택적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 스위칭매트릭스의 키입력장치.
제 2항에 있어서,

상기 전원공급부는

전원절약모드에서 상기 주제어기의 제어에 따라 인에이블신호(EN)가 디스에이블(disable)되었을 경우 대기전압(Vh)을 모든 스위칭 매트릭스의 각각의 열주사선으로 동시에 연결해 주는 것을 특징으로 하는 스위칭매트릭스의 키입력장치.
제 6항에 있어서,

상기 열주사제어장치는

전원절약모드에서 상기 전원공급부로부터 공급되는 대기전원(Vh)이 연결되 고, 행주사제어장치가 모든 행주사 제어신호선을 0V에 연결한 상태에서 사용자에 의해서 키입력이 발생하였을 경우 상기 주제어기로 인터럽트신호(INT)를 발생하는 것을 특징으로 하는 스위칭매트릭스의 키입력장치.
제 7항에 있어서,

상기 인터럽트신호는

정상주사모드인 경우인터럽트신호를 발생시키지 않으며, 전원절약모드에서는 사용자의 키입력이 발생하였을 경우에만 인터럽트신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 스위칭매트릭스의 키입력장치.
제 7항에 있어서,

상기 행주사제어장치는

정상주사모드에서는 주제어기의 제어를 받아 순차적으로 행주사 신호선을 각각 0V에 연결해 주는 기능을 수행하며, 전원 절약 모드에서는 행주사 신호선을 모두 0V로 연결해 주는 기능을 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭매트릭스의 키입력장치.
제 2항에 있어서,

제어부는

인에이블신호(EN)가 디스에이블되어 상기 전원공급부와 전압비교기가 디스에이블되어 전원절약모드에서 전원소비를 최소화하는 것을 특징으로 하는 스위칭매트릭스의 키입력장치.