PL239120B1 - Układ do włączania napięcia zasilania do urządzeń z klawiaturą matrycową - Google Patents

Abstract

W układzie do włączania napięcia zasilania do urządzeń z klawiaturą matrycową napięcie zasilania (VBAT) dołączone jest do zacisku tranzystora (T1) i rezystora (R1) a trzeci zacisk tranzystora (T1) dołączony jest do napięcia wyjściowego (VOUT). Drugi zacisk tranzystora (T1) dołączony jest do zacisku rezystora (R1) oraz tranzystora (T2). Drugi zacisk tranzystora (T2) dołączony jest do zacisków rezystora (R2) oraz (R3). Drugi zacisk rezystora (R3) oraz pierwszy zacisk tranzystora (T2) dołączony jest do masy (GND). Drugi zacisk rezystora (R2) dołączony jest do katody diody (D1) oraz (D2). Anoda diody (D1) dołączona jest do wyjścia sterującego zasilaniem (ON) układu sterującego (US). Anoda diody (D2) dołączona jest do zacisku kondensatora (C) oraz rezystora (R4), którego drugi zacisk jest dołączony do zacisku kondensatora (C) oraz rezystora (R5), którego drugi zacisk dołączony jest do węzła pierwszego wiersza klawiatury matrycowej (L1), do którego dołączone są zaciski klawiszy pierwszego wiersza klawiatury (S11, S21 ... Sm1) a także tranzystora (T3), którego drugi zacisk dołączony jest do wyjścia indeksującego (L1A) układu (US) a pierwszy zacisk dołączony jest do masy (GND). Do drugiego wyjścia indeksującego (L2) układu (US) dołączone są zaciski klawiszy drugiego wiersza klawiatury (S12, S22 ... Sm2), a wierszy klawiatury jest n, gdzie do ostatniego, n-tego wyjścia indeksującego (Ln) układu sterującego (US) dołączone są zaciski klawiszy n-tego wiersza klawiatury (S1n, S2n ... Smn). Do węzła pierwszej kolumny klawiatury (K1) dołączone są zaciski klawiszy pierwszej kolumny klawiatury (S11, S12 ... S1n) oraz katoda diody (D3) i zacisk rezystora (Rp1), którego drugi zacisk dołączony jest do napięcia zasilania (VBAT) a anoda diody (D3) dołączona jest do wejścia (K1A) układu (US). Do drugiego wejścia (K2) układu (US) dołączone są drugie zaciski klawiszy drugiej kolumny klawiatury (S21, S22 ... S2n) oraz rezystor (Rp2), którego drugi zacisk dołączony jest do napięcia wyjściowego (VOUT). Analogicznie podłączonych kolumn klawiatury jest m, gdzie do m-tego wejścia (Km) układu (US) dołączone są zaciski klawiszy m-tej kolumny klawiatury (Sm1, Sm2 ... Smn) oraz zacisk m-tego rezystora (Rpm), którego drugi zacisk dołączony jest do napięcia wyjściowego (VOUT).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do włączania napięcia zasilania, który może być stosowany w każdym urządzeniu elektronicznym wyposażonym w klawiaturę matrycową, w którym konieczne jest trwałe odłączanie napięcia zasilania. Układ jest szczególnie przydatny w urządzeniach zasilanych bateryjnie.

Znane są urządzenia wyposażone w klawiaturę matrycową, tj. klawiaturę składającą się z n wierszy i m kolumn klawiszy monostabilnych, których dla danej kolumny wszystkie wyprowadzenia pierwsze połączone są wspólnie oraz dla danego wiersza, wszystkie wyprowadzenia drugie klawiszy też połączone są wspólnie. Klawiatura taka działa na zasadzie sekwencyjnego pobudzania danym stanem kolejnych wierszy klawiatury poprzez układ sterujący oraz odczytu poziomów z kolumn klawiatury przez układ sterujący. W przypadku gdy w wierszu, który jest aktualnie pobudzany, wciśnięty jest którykolwiek klawisz, odpowiadająca mu kolumna przyjmuje stan zgodny ze stanem pobudzenia. Dla klawiszy nie wciśniętych, kolumny przyjmują stan wymuszany przez rezystory dołączone do linii kolumn.

Znane są obwody włączania zasilania za pomocą przełączników bistabilnych sterujących kluczem włączającym napięcie zasilania. Wadą takiego rozwiązania jest brak możliwości zastosowania przełącznika monostabilnego, a także możliwość drgania styków przełącznika, konieczna do wyeliminowania przez dodatkowe obwody filtrujące.

Znane są układy w postaci gotowych układów scalonych realizujących włączanie napięcia zasilania za pomocą dołączonego zewnętrznie przycisku monostabilnego. Takie rozwiązanie nie może być zastosowane w urządzeniach z klawiaturą matrycową.

Znane są układy do włączania zasilania, które na podstawie poziomu napięcia na wyjściu przycisku monostabilnego lub bistabilnego podłączonego do wejścia odczytującego stan przycisku i obwodu sterującego kluczem włączającym napięcie zasilania. Znany jest także układ do włączania napięcia zasilania, przedstawiony w patencie WO2012012255 oraz w patencie WO2012012331. Wadą tego układu jest brak możliwości zastosowania go w układach z klawiaturą matrycową.

Znane są z polskich opisów patentowych PL222370 oraz PL230054 układy do włączania napięcia zasilania. Wadą tych rozwiązań jest również brak możliwości zastosowania ich w urządzeniach z klawiaturą matrycową bez stosowania dodatkowych, dedykowanych klawiszy zasilania.

W układzie do włączania napięcia zasilania do urządzeń z klawiaturą matrycową według wynalazku napięcie zasilania dołączone jest do jednego zacisku tranzystora załączającego oraz do jednego zacisku rezystora pierwszego a trzeci zacisk tranzystora załączającego dołączony jest do napięcia wyjściowego. Drugi zacisk tranzystora załączającego dołączony jest do drugiego zacisku rezystora pierwszego oraz trzeciego zacisku tranzystora drugiego a drugi zacisk tranzystora drugiego dołączony jest do zacisków rezystora drugiego oraz rezystora trzeciego. Drugi zacisk rezystora trzeciego oraz pierwszy zacisk tranzystora drugiego dołączony jest do masy. Drugi zacisk rezystora drugiego dołączony jest do katody diody pierwszej oraz katody diody drugiej. Anoda diody pierwszej dołączona jest do wyjścia sterującego zasilaniem układu sterującego. Anoda diody drugiej dołączona jest do zacisku kondensatora oraz jednego zacisku rezystora czwartego, którego drugi zacisk jest dołączony do drugiego zacisku kondensatora oraz jednego zacisku rezystora piątego. Drugi zacisk rezystora piątego dołączony jest do węzła pierwszego wiersza klawiatury matrycowej, do którego dołączone są pierwsze zaciski klawiszy pierwszego wiersza klawiatury matrycowej od pierwszego do m-tego a także trzeci zacisk tranzystora trzeciego. Drugi zacisk tranzystora trzeciego dołączony jest do pierwszego wyjścia indeksującego układu sterującego a pierwszy zacisk dołączony jest do masy. Do drugiego wyjścia indeksującego układu sterującego dołączone są pierwsze zaciski klawiszy drugiego wiersza klawiatury matrycowej od pierwszego do m-tego, przy czym analogicznie podłączonych wierszy klawiatury matrycowej jest n, gdzie do ostatniego, n-tego wyjścia indeksującego układu sterującego dołączone są pierwsze zaciski klawiszy n-tego wiersza klawiatury matrycowej od pierwszego do m-tego. Do węzła pierwszej kolumny klawiatury matrycowej dołączone są drugie zaciski klawiszy pierwszej kolumny klawiatury matrycowej od pierwszego do n-tego a także katoda diody trzeciej i pierwszy zacisk rezystora podciągającego pierwszego, którego drugi zacisk dołączony jest do napięcia zasilania. Anoda diody trzeciej dołączona jest do pierwszego wejścia sprawdzającego układu sterującego. Do drugiego wejścia sprawdzającego układu sterującego dołączone są drugie zaciski klawiszy drugiej kolumny klawiatury matrycowej od pierwszego do n-tego oraz drugi rezystor podciągający, którego drugi zacisk dołączony jest do napięcia wyjściowego. Analogicznie podłączonych kolumn klawiatury matrycowej jest m, gdzie do ostatniego, mtego wejścia sprawdzającego układu sterującego dołączone są drugie zaciski klawiszy m-tej kolumny

PL 239 120 B1 klawiatury matrycowej od pierwszego do n-tego oraz pierwszy zacisk m-tego rezystora podciągającego, którego drugi zacisk dołączony jest do napięcia wyjściowego.

Zaletą wynalazku jest to, że umożliwia włączanie zasilania urządzenia wyposażonego w klawiaturę matrycową za pomocą wybranego klawisza klawiatury matrycowej bez konieczności stosowania dodatkowych klawiszy monostabilnych bądź bistabilnych.

Zaletą wynalazku jest również to, że nie ogranicza on możliwości odczytu wszystkich klawiszy klawiatury matrycowej podczas normalnej pracy urządzenia włącznie z klawiszem służącym do włączania zasilania.

Zaletą wynalazku jest także ograniczenie zużycia prądu przez urządzenie w stanie wyłączonym, nawet gdy klawisz służący do włączania zasilania zostanie trwale wciśnięty w wyniku działania zewnętrznych niepożądanych czynników (np. przyciśnięcie klawiatury przez ciężki przedmiot).

Zaletą wynalazku jest również to, że układ sterujący urządzenia może dokonać samoczynnego wyłączenia napięcia zasilania w celu ograniczenia zużycia energii (np. funkcja wyłączenia po upływie określonego czasu). Ma to szczególne znaczenie w przypadku urządzeń zasilanych bateryjnie.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat ideowy układu.

Napięcie zasilania VBAT dołączone jest do jednego zacisku tranzystora załączającego T1 oraz do jednego zacisku rezystora pierwszego R1. Trzeci zacisk tranzystora załączającego T1 dołączony jest do napięcia wyjściowego VOUT. Drugi zacisk tranzystora załączającego T1 dołączony jest do drugiego zacisku rezystora pierwszego R1 oraz trzeciego zacisku tranzystora drugiego T2. Drugi zacisk tranzystora drugiego T2 dołączony jest do zacisków rezystora drugiego R2 oraz rezystora trzeciego R3. Drugi zacisk rezystora trzeciego R3 oraz pierwszy zacisk tranzystora drugiego T2 dołączony jest do masy GND. Drugi zacisk rezystora drugiego R2 dołączony jest do katody diody pierwszej D1 oraz katody diody drugiej D2. Anoda diody pierwszej D1 dołączona jest do wyjścia sterującego zasilaniem ON układu sterującego US. Anoda diody drugiej D2 dołączona jest do zacisku kondensatora C oraz jednego zacisku rezystora czwartego R4. Drugi zacisk rezystora czwartego R4 jest dołączony do drugiego zacisku kondensatora C oraz jednego zacisku rezystora piątego R5, którego drugi zacisk dołączony jest do węzła pierwszego wiersza klawiatury matrycowej L1, do którego dołączone są pierwsze zaciski klawiszy pierwszego wiersza klawiatury matrycowej od pierwszego do m-tego S11, S21 ... Sm1 a także trzeci zacisk tranzystora trzeciego T3. Drugi zacisk tranzystora trzeciego T3 dołączony jest do pierwszego wyjścia indeksującego L1A układu sterującego US a pierwszy zacisk dołączony jest do masy GND. Do drugiego wyjścia indeksującego L2 układu sterującego US dołączone są pierwsze zaciski klawiszy drugiego wiersza klawiatury matrycowej od pierwszego do m-tego S12, S22 ... Sm2. Analogicznie podłączonych wierszy klawiatury matrycowej jest n, gdzie do ostatniego, n-tego wyjścia indeksującego Ln układu sterującego US dołączone są pierwsze zaciski klawiszy n-tego wiersza klawiatury matrycowej od pierwszego do m-tego S1n, S2n ... Smn. Do węzła pierwszej kolumny klawiatury matrycowej K1 dołączone są drugie zaciski klawiszy pierwszej kolumny klawiatury matrycowej od pierwszego do n-tego S11, S12 ... S1n a także katoda diody trzeciej D3 i pierwszy zacisk rezystora podciągającego pierwszego Rp1, którego drugi zacisk dołączony jest do napięcia zasilania VBAT. Anoda diody trzeciej D3 dołączona jest do pierwszego wejścia sprawdzającego K1A układu sterującego US. Do drugiego wejścia sprawdzającego K2 układu sterującego US dołączone są drugie zaciski klawiszy drugiej kolumny klawiatury matrycowej od pierwszego do n-tego S21, S22 ... S2n oraz drugi rezystor podciągający Rp2, którego drugi zacisk dołączony jest do napięcia wyjściowego VOUT. Analogicznie podłączonych kolumn klawiatury matrycowej jest m, gdzie do ostatniego, m-tego wejścia sprawdzającego Km układu sterującego US dołączone są drugie zaciski klawiszy m-tej kolumny klawiatury matrycowej od pierwszego do n-tego Sm1, Sm2 ... Smn oraz pierwszy zacisk m-tego rezystora podciągającego Rpm, którego drugi zacisk dołączony jest do napięcia wyjściowego VOUT.

Działanie układu polega na tym, że jeżeli tranzystor pierwszy T1 zostanie wysterowany w stan aktywny za pośrednictwem tranzystora drugiego T2, to zostanie załączone napięcia zasilania urządzenia, to znaczy napięcie wejściowe VBAT zostanie podane na węzeł napięcia wyjściowego VOUT. Rezystor R1 zapewnia, by tranzystor pierwszy T1 pozostał wyłączony, gdy tranzystor drugi T2 również jest wyłączony. Tranzystor drugi T2 może zostać wysterowany z dwóch źródeł, które są sumowane logicznie poprzez diody D1 i D2. Pierwszym źródłem jest klawisz klawiatury matrycowej a drugim wyjście układu sterującego US. Klawiatura matrycowa może się składać z dowolnej liczby wierszy i kolumn. Klawisze numerowane są od S11 do Smn, gdzie indeks m stanowi numer kolumny a indeks n stanowi numer wiersza: Kolumna K1, w której znajduje się klawisz służący do włączania zasilania posiada rezystor

PL 239 120 B1 podciągający pierwszy Rp1, który dołączony jest do napięcia wejściowego VBAT. Pozostałe kolumny posiadają rezystory podciągające dołączone do napięcia wyjściowego VOUT. W stanie wyłączonego zasilania, gdy nie jest wciśnięty klawisz włączania zasilania, węzeł kolumny pierwszej K1 znajduje się na potencjale wysokim. Dioda D3 zapobiega przepływowi prądu z węzła kolumny K1 do układu sterującego US, który nie jest w tym stanie zasilany. W momencie wciśnięcia klawisza włączania zasilania S11, węzeł L1 wiersza klawiatury matrycowej zostaje również dołączony do potencjału wysokiego, który następnie poprzez rezystor piąty R5, kondensator C, diodę D2 oraz rezystor R5 wysterowuje tranzystor drugi T2, który z kolei włącza tranzystor pierwszy T1. Następuje załączenie zasilania i uruchomienie układu sterującego US. Układ sterujący US wysterowuje następnie swoje wyjście sterujące zasilaniem ON w stan wysoki co powoduje podtrzymanie włączenia tranzystora drugiego T2 nawet po puszczeniu klawisza włączającego zasilanie S11 klawiatury matrycowej. W przypadku potrzeby wyłączenia zasilania, układ sterujący deaktywuje swoje wyjście sterujące zasilaniem ON, co powoduje wyłączenie, tranzystora drugiego T2 i w konsekwencji, wyłączenie zasilania. W przypadku, gdy klawisz włączający zasilanie S11 klawiatury matrycowej zostanie wciśnięty przez nadmiernie długi czas (np. w wyniku niepożądanego zdarzenia przyciśnięcia klawiatury matrycowej ciężkim przedmiotem), kondensator C naładuje się powodując zatrzymanie przepływu prądu sterującego tranzystorem drugim T2, co spowoduje wyłączenie zasilania. Zabezpiecza to przed niekontrolowanym rozładowaniem baterii urządzenia, w którym zastosowany jest układ według wynalazku. Jeśli klawisz załączający zasilanie S11, który był wcześniej wciśnięty zostanie zwolniony, rezystor R4 zapewni rozładowanie ładunku zgromadzonego w kondensatorze C umożliwiając rozpoczęcie kolejnego cyklu pracy układu.

W czasie normalnej pracy układu, gdy zasilanie jest złączone i podtrzymywane poprzez wyjście ON układu sterującego US, układ sterujący skanuje stan klawiszy klawiatury matrycowej. Odbywa się to poprzez wystawianie stanu niskiego na węzły wierszy L1, L2 ... Ln klawiatury matrycowej. Dla węzłów od L2 do Ln odbywa się to poprzez wystawienie stanu niskiego na wyjściach układu sterującego US. Natomiast dla węzła L1 stan niski wymuszany jest poprzez tranzystor trzeci T3 sterowany wyjściem L1A układu sterującego US. Zastosowanie tranzystora pośredniczącego jest tu konieczne, by węzeł L1 mógł przybierać stan wysoki, podczas gdy zasilanie jest wyłączone. Przy braku tranzystora trzeciego T3, prąd płynący poprzez układy zabezpieczające wyjścia układu sterującego US powodowałby brak możliwości uzyskania stanu wysokiego na tym węźle. Stan klawiszy w aktualnie wysterowanym wierszu klawiatury matrycowej jest odczytywany przez układ sterujący US za pomocą wejść K1A, K2 ... Km. Wejścia od K2 do Km są połączone bezpośrednio do węzłów kolumn klawiatury matrycowej natomiast wejście K1A dołączone jest do węzła K1 za pomocą diody, która zabezpiecza przed przepływem prądu do wejścia K1A w momencie, gdy zasilanie jest wyłączone. Dzięki takiej konstrukcji, układ sterujący US może odczytywać stan wszystkich klawiszy klawiatury matrycowej włączenie z klawiszem włączającym zasilanie S11, który może podczas pracy urządzenia pełnić odmienną rolę.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Układ do włączania napięcia zasilania do urządzeń z klawiaturą matrycową zawierający klawiaturę matrycową o n wierszach i m kolumnach, rezystory, kondensator, diody i tranzystory, znamienny tym, że napięcie zasilania (VBAT) dołączone jest do jednego zacisku tranzystora załączającego (T1) oraz do jednego zacisku rezystora pierwszego (R1) a trzeci zacisk tranzystora załączającego (T1) dołączony jest do napięcia wyjściowego (VOUT), przy czym drugi zacisk tranzystora załączającego (T1) dołączony jest do drugiego zacisku rezystora pierwszego (R1) oraz trzeciego zacisku tranzystora drugiego (T2) a drugi zacisk tranzystora drugiego (T2) dołączony jest do zacisków rezystora drugiego (R2) oraz rezystora trzeciego (R3), drugi zacisk rezystora trzeciego (R3) oraz pierwszy zacisk tranzystora drugiego (T2) dołączony jest do masy (GND), drugi zacisk rezystora drugiego (R2) dołączony jest do katody diody pierwszej (D1) oraz katody diody drugiej (D2), anoda diody pierwszej (D1) dołączona jest do wyjścia sterującego zasilaniem (ON) układu sterującego (US), anoda diody drugiej (D2) dołączona jest do zacisku kondensatora (C) oraz jednego zacisku rezystora czwartego (R4), którego drugi zacisk jest dołączony do drugiego zacisku kondensatora (C) oraz jednego zacisku rezystora piątego (R5), którego drugi zacisk dołączony jest do węzła pierwszego wiersza klawiatury matrycowej (L1), do którego dołączone są pierwsze zaciski klawiszy pierwszego wiersza klawiatury matrycowej od pierwszego do m-tego (S11, S21 ... Sm1) a także trzeci

   PL 239 120 B1 zacisk tranzystora trzeciego (T3), którego drugi zacisk dołączony jest do pierwszego wyjścia indeksującego (L1A) układu sterującego (US) a pierwszy zacisk dołączony jest do masy (GND), do drugiego wyjścia indeksującego (L2) układu sterującego (US) dołączone są pierwsze zaciski klawiszy drugiego wiersza klawiatury matrycowej od pierwszego do m-tego (S12, S22 ... Sm2), przy czym analogicznie podłączonych wierszy klawiatury matrycowej jest n, gdzie do ostatniego, n-tego wyjścia indeksującego (Ln) układu sterującego (US) dołączone są pierwsze zaciski klawiszy n-tego wiersza klawiatury matrycowej od pierwszego do m-tego (S1n, S2n ... Smn), przy czym do węzła pierwszej kolumny klawiatury matrycowej (K1) dołączone są drugie zaciski klawiszy pierwszej kolumny klawiatury matrycowej od pierwszego do n-tego (S11, S12 ... S1n) a także katoda diody trzeciej (D3) i pierwszy zacisk rezystora podciągającego pierwszego (Rp1), którego drugi zacisk dołączony jest do napięcia zasilania (VBAT) a anoda diody trzeciej (D3) dołączona jest do pierwszego wejścia sprawdzającego (K1A) układu sterującego (US), do drugiego wejścia sprawdzającego (K2) układu sterującego (US) dołączone są drugie zaciski klawiszy drugiej kolumny klawiatury matrycowej od pierwszego do n-tego (S21, S22 ... S2n) oraz drugi rezystor podciągający (Rp2), którego drugi zacisk dołączony jest do napięcia wyjściowego (VOUT), przy czym analogicznie podłączonych kolumn klawiatury matrycowej jest m, gdzie do ostatniego, m-tego wejścia sprawdzającego (Km) układu sterującego (US) dołączone są drugie zaciski klawiszy m-tej kolumny klawiatury matrycowej od pierwszego do n-tego (Sm1, Sm2 ... Smn) oraz pierwszy zacisk m-tego rezystora podciągającego (Rpm), którego drugi zacisk dołączony jest do napięcia wyjściowego (VOUT).