一种低功耗机械键盘驱动芯片和机械键盘的制作方法

1.本发明主要涉及机械键盘领域，尤其指一种低功耗机械键盘驱动芯片和机械键盘。


背景技术：

2.对于传统的机械键盘，led和按键都采用动态矩阵扫描工作模式，led驱动采用m行n列的矩阵，每一个led工作的时间为1/n，led工作电流为i
l1
，led开启亮度为l
um1
，led的平均亮度l
umavg
= l
um1
/n，led的平均工作电流i
avg
= i
l1
/n。led动态矩阵扫描模式，led开启时亮度高，电流大。附图1为led电流与亮度的曲线，工作电流小于i1，亮度随led电流线性上升，电流大于i1，led趋于饱和，亮度与led电流呈非线性。led动态矩阵扫描模式下，led工作电流大，位于图中a1点。附图2为led发光效率与驱动电流的曲线，led发光效率定义为单位电流的led亮度，当电流大于i1时，led趋于饱和，led发光效率逐渐降低，led动态矩阵扫描模式下，led工作电流大，位于图中a2点，其发光效率小于图中b2点。附图3为led工作电流与压降的曲线，led动态矩阵扫描模式下，led工作电流大，位于图中a3点，led的压降越大，系统工作的电源电压要求越高。其中蓝色led的工作电流30ma时，led压降4v，导致采用led动态矩阵扫描模式的键盘无法使用锂电池直接供电。
3.传统的机械键盘，按键采用动态矩阵扫描工作模式，按键检测采用a行b列的矩阵，为防止按键抖动带来的检测错误，每列检测时间超过200us，完成整个键盘扫描的时间b*200us，动态矩阵扫描工作模式限制了按键检测速度的提升，使机械键盘不能实现更高的汇报率。
4.因此，有必要提供一种改进的机械键盘驱动芯片来克服上述缺陷。
5.为解决上述技术问题，本发明提出了一种低功耗机械键盘驱动芯片，包括led恒流驱动模块（100）、时钟模块（101）、数字逻辑（102）、串口通讯模块（103）、按键检测模块（104）；时钟模块（101）为数字逻辑（102）提供时钟；按键检测模块（104）检测按键状态，将检测到的按键状态存储到数字逻辑（102）；数字逻辑（102）根据串口通讯模块（103）接收到的命令和数据，控制led恒流驱动模块（100）的输出电流和占空比，并将数字逻辑（102）中存储的按键状态上传到控制器；led恒流驱动模块（100）每个通道驱动一个led，led工作电流小，led工作在发光效率最高的区间，功耗低，led压降低，可以工作在低电源电压，有更宽的工作电压范围；串口通讯模块（103）信号电平及驱动强度可调，降低通讯时的emi电磁干扰；使用在本专利提出的机械键盘驱动芯片的机械键盘，具有低功耗、良好的emi抑制能力、宽的工作电压范围，能够很好的应用于消费类机械键盘领域。
6.最终，通过上述片内技术，提高了led的发光效率，降低了led的导通压降，提高了机械按键的检测速度，降低了芯片工作过程中出现emi效应。实现降低机械键盘整体功耗、降低工作电压，简化硬件设计复杂度，提高应用方案和产品的竞争力。


技术实现要素：

7.本发明主要解决的问题在于：针对传统机械键盘，led和按键的动态矩阵扫描工作模式存在的问题，本发明提供一种低功耗机械键盘驱动芯片，该芯片通过内部集成led恒流驱动模块（100）和按键检测模块（104），为每一个led提供独立的驱动电路，使led持续点亮，相对于传统机械键盘，led为实现相同的亮度，led点亮工作时的亮度为传统机械键盘的1/n，led工作电流小，对应图1中处于b1点，工作电流小于i1，亮度随led电流线性上升，led具有最高的发光效率，对应图2中的b2点，说明在实现相同亮度的条件下，本发明提供的led恒流驱动模块（100）输出的平均电流更小；能有效降低机械键盘的功耗。本发明提供的led恒流驱动模块（100）输出的电流小，对应图3中的b3点，led的压降v
l
更低，蓝灯工作电流3ma时压降2.8v，芯片最低工作电压3.3v，电压范围宽，满足锂电池供电应用。在usb 5v电源应用中，机械键盘驱动芯片用降压dcdc供电可以进一步降低键盘整机功耗。该芯片通过内部集成按键检测模块（104），为每一个机械按键提供独立的按键检测，按键检测模块（104）提供内部上下拉电阻，外围电路简单，检测速度快准确度高。该芯片通过内部集成串口通讯模块（103），信号电平及驱动强度可调，降低串口通讯的emi电磁干扰；采用级联方式，布线简单，扩展方便。
8.为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：包括led恒流驱动模块（100）、时钟模块（101）、数字逻辑（102）、串口通讯模块（103）、按键检测模块（104），其中时钟模块（101）的输出连接到数字逻辑（102）的第一个输入端口，串口通讯模块（103）的输出连接到数字逻辑（102）的第二个输入端口，按键检测模块（104）的输出连接到数字逻辑（102）的第三个输入端口，led恒流驱动模块（100）的输入连接到数字逻辑（102）的输出端口。
9.上述的机械键盘驱动芯片，其特征在于：led恒流驱动模块（100）采用静态驱动，每一个通道驱动一个led，led工作在发光效率最高的区间，led功耗低。
10.上述的机械键盘驱动芯片，其特征在于： led工作在发光效率最高的区间，led工作电流小，压降低，芯片工作电压低，工作电压范围宽。
11.上述的机械键盘驱动芯片，其特征在于：串口通讯模块（103）信号电平及驱动强度可调，降低串口通讯的emi电磁干扰。
12.上述的机械键盘驱动芯片，其特征在于：每一个机械按键采用独立的按键检测模块（104），按键检测模块（104）内部集成上下拉电阻，外围电路简单，按键检测速度快和准确度高。
13.上述的机械键盘驱动芯片，其特征在于：机械键盘驱动芯片串口通讯模块（103）采用级联方式。
14.上述的机械键盘驱动芯片，其特征在于：一颗机械键盘驱动芯片驱动一个机械按键和一组led时，将机械键盘驱动芯片与led合封，减少整机bom。
15.一种机械键盘，其特征在于：包含主控制器，一个或多个机械按键，一个或多个上述的机械键盘驱动芯片。
16.上述的机械键盘，其特征在于：机械键盘驱动芯片可以分布在一条扫描链上，也可以分布在多条扫描链上；每个机械键盘驱动芯片可以驱动一个或多个机械按键；每个机械键盘驱动芯片可以驱动零个或多个led。
17.上述的机械键盘，其特征在于：可以检测每一个led的工作电流，控制器根据测试
的每一个led工作电流，调节led工作电流偏差，校正led工作电流偏差。
18.与现有技术相比，本发明的优点在于：
19.1、具有更低的功耗。与传统的机械键盘led动态矩阵扫描工作模式相比，本发明为每一个led提供独立的驱动电路，led工作在发光效率最高的区间，在维持相同亮度条件下，led工作电流更小，根据实际测试，功耗可以降低10%~30%。
20.2、具有更宽的电压范围。本发明为每一个led提供独立的驱动电路，led工作电流小，led压降低，蓝灯工作电流3ma时压降2.8v，芯片最低工作电压3.3v，电压范围宽，满足锂电池供电应用。在usb 5v电源应用中，机械键盘驱动芯片用降压dcdc供电可以进一步降低键盘整机功耗。
21.3、具有较低的电磁干扰的特性。串口通讯信号电平及驱动强度可调，降低串口通讯的emi电磁干扰；具有较好产品竞争力。
22.4、具有更好的显示一致性。机械键盘可以检测每一个led的工作电流，控制器根据测试的每一个led工作电流，调节led工作电流偏差，校正led工作电流偏差，实现更好的显示一致性。
附图说明
23.图1是led工作电流与亮度的曲线；
24.图2是led发光效率与工作电流的曲线；
25.图3是led工作电流与压降的曲线；
26.图4是本发明提出的机械键盘驱动芯片结构示意图；
27.图5是本发明提出的机械键盘驱动芯片与led合封示意图；
28.图6是本发明提出的机械键盘led校正方案原理图。
具体实施方式
29.以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
30.请参阅图3所示，本发明提出的一种低功耗机械键盘驱动芯片：包括led恒流驱动模块（100）、时钟模块（101）、数字逻辑（102）、串口通讯模块（103）、按键检测模块（104），其中时钟模块（101）的输出连接到数字逻辑（102）的第一个输入端口，串口通讯模块（103）的输出连接到数字逻辑（102）的第二个输入端口，按键检测模块（104）的输出连接到数字逻辑（102）的第三个输入端口，led恒流驱动模块（100）的输入连接到数字逻辑（102）的输出端口；
31.时钟模块（101）为数字逻辑（102）提供时钟；按键检测模块（104）检测按键状态，将检测到的按键状态存储到数字逻辑（102）；数字逻辑（102）根据串口通讯模块（103）接收到的命令和数据，控制led恒流驱动模块（100）的输出电流和占空比，并将数字逻辑（102）中存储的按键状态上传到控制器；led恒流驱动模块（100）每个通道驱动一个led，led工作电流小，led工作在发光效率最高的区间，功耗低，led压降低，可以工作在低电源电压，有更宽的工作电压范围；串口通讯模块（103）信号电平及驱动强度可调，降低通讯时的emi电磁干扰。
32.本发明提供一种低功耗机械键盘驱动芯片，该芯片通过内部集成led恒流驱动模块（100）和按键检测模块（104），为每一个led提供独立的驱动电路，使led持续点亮，相对于
传统机械键盘，led为实现相同的亮度，led点亮工作时的亮度为传统机械键盘的1/n，led工作电流小，对应图1中处于b1点，工作电流小于i1，亮度随led电流线性上升，led具有更高的发光效率，对应图2中的b2点，说明在实现相同亮度的条件下，本发明提供的led恒流驱动模块（100）输出的平均电流更小；能有效降低机械键盘的功耗。本发明提供的led恒流驱动模块（100）输出的电流小，对应图3中的b3点，led的压降v
l
更低，蓝灯工作电流3ma时压降2.8v，芯片最低工作电压3.3v，电压范围宽，满足锂电池供电应用。在usb 5v电源应用中，机械键盘驱动芯片用降压dcdc供电可以进一步降低键盘整机功耗。该芯片通过内部集成按键检测模块（104），为每一个机械按键提供独立的按键检测，按键检测模块（104）提供内部上下拉电阻，外围电路简单，检测速度快准确度高。该芯片通过内部集成串口通讯模块（103），信号电平及驱动强度可调，降低串口通讯的emi电磁干扰；采用级联方式，布线简单，扩展方便。
33.本发明提供一种低功耗机械键盘驱动芯片，可灵活实现一颗芯片控制多个机械按键以及多组led；当一颗芯片仅控制一个机械按键及一组led灯时，可以将芯片和led灯合封，进一步减少整机bom成本。图5是本发明提出的机械键盘驱动芯片与led合封示意图，r、g、b为红、绿、蓝三色led，ic为机械键盘驱动芯片，合封在一个封装体中。
34.本发明提供一种机械键盘可以检测每一个led的工作电流，控制器根据测试的每一个led工作电流，调节led工作电流偏差，校正led工作电流偏差，实现更好的显示一致性；图6是本发明提出的机械键盘led校正方案原理图；以两颗机械键盘驱动芯片为例，每一颗机械键盘驱动芯片驱动n个led，r为电流采样电阻，s1、s2是受控制器控制的开关，机械键盘驱动芯片1与机械键盘驱动芯片2级联，机械键盘驱动芯片1与控制器连接；在led工作电流校正时，s1闭合，s2断开，控制器控制每一个led灯单独点亮，控制器量化ad1、ad2电压得到此电流采样电阻r上的压降，计算各led的工作电流；根据电流偏差，控制器配置每一路led恒流驱动模块（100）的输出电流，使各led的工作电流一致；实现led工作电流校正；完成led工作电流校正后，断开开关s1，闭合开关s2，键盘进入正常工作模式。
35.使用上述技术机械键盘驱动芯片的机械键盘，能有效降低整机功耗，提高键盘的按键检测速度和准确度，较低的emi电磁辐射，更好的显示一致性，提高应用方案和产品的竞争力。
36.以上各模块的示意图和实现是指具有该功能的所有实现方案。以上各图所示的电路仅为示例，将器件简单地替换所引起的电路变化亦属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应以权利要求书为准。