專利名稱：用于光耦合檢測的電路和過程的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及光耦合檢測，更具體地，涉及創(chuàng)建用于正確檢測光耦合的參考信號。
背景技術：
光耦合信號檢測廣泛應用于計算機接口。例如，用于移動在計算機屏幕上的光標的滾球鼠標，其一般包括兩組或三組光電二極管-光電晶體管組合。每組通常包括一個光電二極管和兩個光電晶體管。機械連接到滾球的光柵輪(grid wheel)將每組光電二極管-光電晶體管組合中的光電晶體管與光電二極管分開。當鼠標在一表面上移動時，滾球轉動光柵輪。轉動的光柵輪交替地阻擋和讓出從光電二極管到相應的光電晶體管的光路，從而斷開和導通光電晶體管，以生成波信號。信號處理電路檢測和處理光電晶體管的波信號，以確定鼠標的運動。
信號處理電路通常將在光電晶體管的輸出端的電壓電平與參考電壓電平相比較，以確定光電晶體管是導通的還是斷開的。由于制造過程的偏差，光電二極管的輸出電平和光電晶體管的靈敏度常常變化范圍很大。該偏差可能造成錯誤信號檢測，例如，當鼠標未移動時檢測到鼠標運動，或者當鼠標移動時未檢測到鼠標運動。該不一致性可能造成用戶沒有移動鼠標時光標移動，或用戶移動鼠標時光標不移動。
為了獲得一致和可靠的性能，選擇和匹配光電二極管和光電晶體管，使得高輸出光電二極管與低靈敏度光電晶體管配對以及低輸出光電二極管與高靈敏度光電晶體管配對。另外，應該調整或校準光電二極管與光電晶體管之間的距離以及它們的相對方位，以獲得一致和可靠的性能。
這些匹配和調整過程耗時且成本低效。而且，器件參數(shù)，諸如光電二極管的輸出電平和光電晶體管的靈敏度可能隨著器件年齡而改變。因此，鼠標的操作條件和性能將變差，即使對于最優(yōu)匹配和調整過的器件也是如此。
檢測鼠標運動的另一種方法是通過光電晶體管的輸出端在測量時間間隔上的電壓電平來檢測波信號的前沿和后沿。該方法不必將光電晶體管輸出電壓電平與參考電壓比較。然而，用于檢測波沿的電路復雜且能量低效。
因此，如果具有一種電路和過程用于檢測發(fā)光器件與感光器件之間的耦合狀態(tài)，這將是有利的。人們期望檢測電路簡單和省電。人們還期望檢測過程能夠一致和可靠地檢測在具有變化的輸出電平的發(fā)光器件與具有變化的靈敏度的感光器件之間的光耦合狀態(tài)。如果電路能夠對多組發(fā)光和感光器件檢測光耦合，這也是有利的。


圖1、圖2、和圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的多個實施例的光耦合檢測電路的示意圖；以及圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的光耦合檢測過程的流程圖。
具體實施例方式
下文將參照附圖描述本發(fā)明的多個實施例，附圖中用相同參考數(shù)字表示圖中相似結構或功能的部分。應該注意，附圖的目的僅僅是幫助描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。它們的目的不是無遺漏地描述本發(fā)明或對本發(fā)明的范圍加以限制。而且，圖不一定按比例畫出。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的光耦合檢測電路10的示意圖。舉例來說，可使用光耦合檢測電路10用于檢測滾球鼠標內的光耦合。光耦合檢測電路10包括發(fā)光器件11和感光器件12，這兩個器件被柵14分開。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，發(fā)光器件11是光電二極管，感光器件12是光電晶體管，以及柵14是機械連接到通常稱作鼠標(未示出)的計算機指示器件中的滾球的旋轉柵輪。光電晶體管12與電阻器18串聯(lián)在電源電壓VCC和地16之間。光電晶體管12的導電電極，例如發(fā)射極，連接到比較器22的輸入端，例如非反相輸入端。比較器22的輸出端連接到光耦合檢測電路10的輸出端25。比較器22的輸出端也連接到信號電平邏輯電路24。信號電平邏輯電路24也連接到信號電平寄存器庫(signal levelregister bank)26。信號電平寄存器庫26還經(jīng)由數(shù)模轉換器(DAC)28連接到比較器22的另一輸入端，例如反相輸入端。
在操作中，光電二極管11向光電晶體管12發(fā)射光束，可以是可見光、紅外線光、紫外線光等。柵輪14位于從光電二極管11到光電晶體管12的光路上。當柵輪14轉動時，它交替地阻擋和讓出光路。根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，信號電平寄存器庫26具有三個數(shù)據(jù)寄存器，每個寄存器存儲相應的信號電平。舉例來說，三個信號電平被稱作最大電壓寄存器(Vmax)、最小電壓寄存器(Vmin)、和參考電壓寄存器(Vref)。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，最大電壓寄存器Vmax具有低初始值，例如零，最小電壓寄存器Vmin具有高初始值，例如VCC，以及參考電壓寄存器Vref的初始值是Vmin和Vmax中存儲的高電壓值和低電壓值的平均值。根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例，信號電平寄存器庫26具有存儲最大電壓寄存器(Vmax)和最小電壓寄存器(Vmin)的兩個數(shù)據(jù)寄存器。在該實施例中，參考電壓寄存器(Vref)被動態(tài)地計算為Vmax和Vmax的平均值。
當柵輪14讓開光電二極管11與光電晶體管12之間的光路時，來自光電二極管11的光束照射到光電晶體管12。該照射使光電晶體管12導通。在比較器22的非反相輸入端的電壓被拉升到高電壓值。實際電壓值取決于光電晶體管12的導通電阻，該電阻又取決于光電二極管11的功率、光電晶體管12的靈敏度、光電二極管11與光電晶體管12之間的距離、以及它們的相對方位。信號電平寄存器庫26在三個時鐘信號階段中順序地向DAC 28傳送Vref、Vmax、和Vmin。將高電壓與經(jīng)由DAC 28所順序地施加在比較器22的反相輸入端的Vref、Vmax、和Vmin相比較。
在第一時鐘信號階段中，比較器22將光電晶體管12的高電壓輸出與Vref相比較。如上所述，Vref可以是存儲在信號電平寄存器庫26中或根絕要求由Vmax和Vmin計算出。響應于非反相輸入端處的高電壓高于反相輸入端處的Vref，比較器22在光耦合檢測電路10的輸出端25生成邏輯高信號。邏輯高信號表示在光電二極管11和光電晶體管12之間創(chuàng)建了光耦合狀態(tài)。
在第二時鐘信號階段中，比較器22將光電晶體管12的高電壓輸出與初始設置為零的Vmax相比較。響應于非反相輸入端處的高電壓高于反相輸入端處的Vmax值，比較器22生成邏輯高信號。響應于該邏輯高信號，信號電平邏輯電路24將信號電平寄存器庫26中的Vmax的設置值增加預定值，例如0.05伏特。
在第三時鐘信號階段中，比較器22將光電晶體管12的高電壓輸出與初始設置為VCC的Vmin相比較。響應于非反相輸入端處的高電壓低于反相輸入端處的Vmin值，比較器22生成邏輯低信號。響應于該邏輯低信號，信號電平邏輯電路24將信號電平寄存器庫26中的Vmin的設置值減少預定值，例如0.05伏特。
當柵輪14阻擋光電二極管11與光電晶體管12之間的光路時，光電晶體管12斷開且不導電。在比較器22的非反相輸入端的電壓被拉低到接近地電壓電平的低電壓值。實際電壓值取決于光電晶體管12的斷開電阻。如上所述，信號電平寄存器庫26在三個時鐘信號階段中順序地向DAC 28傳送Vref、Vmax、和Vmin。低電壓與經(jīng)由DAC 28所順序地施加在比較器22的反相輸入端的Vref、Vmax、和Vmin相比較。
在第一時鐘信號階段中，比較器22將光電晶體管12的低電壓輸出與Vref相比較。如上所述，Vref可以是存儲在信號電平寄存器庫26中或根絕要求由Vmax和Vmax計算出。響應于非反相輸入端處的低電壓低于反相輸入端處的Vref，比較器22在光耦合檢測電路10的輸出端25生成邏輯低信號。邏輯低信號表示在光電二極管11和光電晶體管12之間的光路被阻擋。
在第二時鐘信號階段中，比較器22將光電晶體管12的低電壓輸出與初始設置為零的Vmax相比較。響應于非反相輸入端處的低電壓高于反相輸入端處的Vmax值，比較器22生成邏輯高信號。響應于該邏輯高信號，信號電平邏輯電路24將信號電平寄存器庫26中的Vmax的設置值增加預定值，例如0.05伏特。
在第三時鐘信號階段中，比較器22將光電晶體管12的低電壓輸出與初始設置為VCC的Vmin比較。響應于非反相輸入端處的低電壓低于反相輸入端處的Vmin值，比較器22生成邏輯低信號。響應于該邏輯低信號，信號電平邏輯電路24將信號電平寄存器庫26中的Vmin的設置值減少預定值，例如0.05伏特。
這三步信號檢測和調整過程按以時鐘信號的頻率所確定的速率重復。對于每個時鐘信號周期，將在比較器22的非反相輸入端的電壓電平與存儲在信號電平寄存器庫26中的Vmax和Vmin相比較。如果在比較器22的非反相輸入端的電壓電平高于Vmax，則信號電平寄存器庫26中的設置值Vmax被向上調整。同樣，如果在比較器22的非反相輸入端的電壓電平低于Vmin，則信號電平寄存器庫26中的設置值Vmin被向下調整。另一方面，如果在比較器22的非反相輸入端的電壓電平高于Vmin且低于Vmax，則設置值Vmin和Vmax保持不被調整。每次Vmin或Vmax被調整時，設置值Vref被更新到新設置值Vmin和Vmax的平均值。
根據(jù)本發(fā)明，使用光電晶體管12的實際最大電壓電平和最小電壓電平來調整信號電平寄存器庫26中的參考電壓設置值Vref，該最大和最小電壓電平可取決于如下因素光電二極管11的功率、光電晶體管12的靈敏度、光電晶體管12與光電二極管11之間的距離、光電晶體管12相對于光電二極管11的方位、光電晶體管12的導通電阻和斷開電阻。所以，光耦合檢測電路10的信號電平寄存器庫26中的參考電壓設置值Vref為檢測光電二極管11和光電晶體管12的光耦合和去耦狀態(tài)提供了可靠的參考信號。該檢測可靠性不受器件參數(shù)和裝置幾何形狀變化的影響。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，信號電平邏輯電路24周期性地或在某些預定條件下重新初始化信號電平寄存器庫26中的設置值Vmix和Vmin。例如，根據(jù)一實施例，信號電平邏輯電路24在每次光耦合檢測電路10被導通時重新初始化設置值Vmax和Vmin。根據(jù)另一實施例，信號電平邏輯電路24每十萬個時鐘信號周期重新初始化設置值Vmax和Vmin。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，Vmax重新初始化后的值低于重新初始化之前的Vmax值，而Vmin重新初始化后的值高于重新初始化之前的Vmin值。根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，Vmax和Vmin重新初始化后的值分別為零和VCC。重新初始化設置值Vmax和Vmin使得即使器件參數(shù)和電路特性隨時間漂移，光耦合檢測電路10也能夠可靠地檢測光耦合狀態(tài)和去耦狀態(tài)。
應該注意，緊接著初始化之后，比較器22可能生成相對于光耦合和去耦狀態(tài)而言是不正確的數(shù)字信號，這是因為由新初始化的Vmax和Vmin計算出的參考信號設置值Vref可能在導通狀態(tài)會高于光電晶體管12的輸出電壓電平，或在斷開狀態(tài)會低于光電晶體管12的輸出電壓電平。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，在每次初始化之后忽略比較器22預定數(shù)量的時鐘信號周期，例如五個周期的輸出數(shù)字信號，因此避免了可能生成不正確的光耦合檢測信號。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的多通道光耦合檢測電路30的示意圖。舉例來說，光耦合檢測電路30是滾球鼠標中使用的四通道光耦合檢測電路。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，四個通道跟蹤鼠標滾球在表面上的運動，其被稱作通道X1、X2、Y1、和Y2。具體而言，鼠標內的滾球機械連接到兩個柵輪，一個用于檢測鼠標在+x和-x方向上的運動，另一個用于檢測鼠標在+y和-y方向上的運動。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，兩個柵輪基本上相互垂直。發(fā)光器件，例如紅外線光電二極管，位于每個柵輪的一邊。在每個光柵輪的另一邊，存在兩個相互靠近的感光器件，例如光電晶體管。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，發(fā)光器件和感光器件以及柵輪的布置類似于上面參照圖1所述的布置。
當柵輪轉動時，它交替地阻擋和讓開從光電二極管到兩個光電晶體管的光路。當柵輪朝一個方向例如+x方向轉動時，兩個光電晶體管被按一種順序或次序照射。當柵輪朝相反方向例如-x方向轉動時，兩個光電晶體管被按相反順序或次序照射。光耦合檢測電路30檢測四個光電晶體管被照射的順序，以確定鼠標的運動。
如圖2所示，光耦合檢測電路30包括經(jīng)由信號通道X1、X2、Y1、和Y2連接到四個感光器件例如光電晶體管(未示出)的多路復用器31。多路復用器31的輸出端連接到比較器32的輸入端，例如非反相端。輸出控制邏輯電路模塊35連接到比較器32的輸出端。比較器32的輸出端還連接到四通道信號電平邏輯電路34。信號電平寄存器庫36連接到信號電平邏輯電路34。DAC 38的輸入端連接到信號電平寄存器庫36，而其輸出端連接到比較器32的另一輸入端，例如反相輸入端。有限狀態(tài)機(finite state machine)39被連接用于向多路復用器31、輸出邏輯電路模塊35、通道信號電平邏輯電路34、以及通道信號電平寄存器庫36發(fā)送通道輪轉信號。
根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，信號電平寄存器庫36具有至少十二個數(shù)據(jù)寄存器，為每個通道存儲代表三個信號電平的數(shù)據(jù)。舉例來說，三個信號電平被稱作最大電壓寄存器(Vmax)、最小電壓寄存器(Vmin)、和參考電壓寄存器(Vref)。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，最大電壓寄存器Vmax具有低初始值，例如零，最小電壓寄存器Vmin具有高初始值，例如VCC，以及參考電壓寄存器Vref具有等于Vmin和Vmax中存儲的高電壓值和低電壓值的平均值的初始值。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，信號電平寄存器庫36具有至少八個數(shù)據(jù)寄存器，為每個通道存儲代表兩個信號電平的數(shù)據(jù)，例如最大電壓寄存器(Vmax)和最小電壓寄存器(Vmin)。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，最大電壓寄存器Vmax具有低初始值，例如零，最小電壓寄存器Vmin具有高初始值，例如VCC。在該實施例中，參考電壓寄存器Vref被計算為Vmin和Vmax中存儲的電壓值的平均值。
有限狀態(tài)機39生成通道輪轉信號，以使多路復用器31、輸出控制邏輯電路模塊35、通道信號電平邏輯電路34、以及信號電平寄存器庫36同步。在操作中，有限狀態(tài)機39的通道輪轉信號順序地將多路復用器31、輸出控制邏輯電路模塊35、通道信號電平邏輯電路34、以及信號電平寄存器庫36置于四個通道狀態(tài)X1、X2、Y1、和Y2之一中。在每個通道內，光耦合檢測電路30以類似上面參照圖1所述的方式操作并調整信號電平寄存器數(shù)據(jù)。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的光耦合檢測過程40的流程圖。舉例來說，光耦合檢測過程40描述可以在圖2所示的光耦合檢測電路30上實施的，用于檢測滾球鼠標的運動的四通道光耦合檢測過程。
同時參照圖2和圖3，在有限狀態(tài)機39的控制下，光耦合檢測過程40順序地進入步驟41、42、43、和44，以檢測相應通道X1、X2、Y1、和Y2中的光耦合狀態(tài)。在步驟41、42、43、和44中的每一步驟中，過程40執(zhí)行子過程50。
在子過程50的步驟51中，有限狀態(tài)機39進入通道，例如通道X1。多路復用器31將通道X1光電晶體管的電壓信號發(fā)送給比較器32的非反相輸入端。有限狀態(tài)機39還將輸出控制邏輯電路模塊35、信號電平邏輯電路34、以及信號電平寄存器庫36置于通道X1的相關聯(lián)信號的處理狀態(tài)中。
在子過程50中步驟51之后的步驟52中，比較器32將來自通道X1的電壓信號與從信號電平寄存器庫36經(jīng)由DAC 38發(fā)送的X1參考電壓電平相比較。如上面參照圖1所述，X1參考電壓電平被設置為X1最大電壓電平和X1最小電壓電平的平均值。另外，X1參考電壓電平可以是存儲在信號電平寄存器庫36中或可以由X1最大電壓電平和最小電壓電平動態(tài)地計算出。X1最大電壓電平的初始值被設置為低電壓電平，例如零，以及X1最小電壓電平的初始值被設置為高電壓電平，例如電源電壓電平VCC。響應于比較器32的非反相輸入端處的X1電壓信號高于X1參考電壓電平，比較器32在步驟53中生成邏輯高數(shù)字信號，表示通道X1的光耦合狀態(tài)。另一方面，響應于比較器32的非反相輸入端處的X1電壓信號低于X1參考電壓電平，比較器32在步驟53中生成邏輯低數(shù)字信號，表示通道X1的光去耦狀態(tài)。比較器32的數(shù)字信號輸出被發(fā)送到輸出控制邏輯電路模塊35。
子過程50下一步前進到步驟54。比較器32將來自通道X1的電壓信號與從信號電平寄存器庫36經(jīng)由DAC 38發(fā)送的X1最大電壓電平相比較。如上面參照圖1所述，X1最大電壓電平的初始值被設置為低電壓電平，例如零。響應于比較器32的非反相輸入端處的X1電壓信號高于X1最大電壓電平，比較器32生成邏輯高數(shù)字信號。在步驟55中，響應于該邏輯高信號，信號電平邏輯電路34將信號電平寄存器庫36中的X1最大電壓電平的設置值增加預定值，例如0.1伏特。另一方面，響應于比較器32的非反相輸入端處的X1電壓信號低于X1最大電壓電平，比較器32生成邏輯低數(shù)字信號。在步驟55中，響應于該邏輯低信號，信號電平邏輯電路34保持X1最大電壓電平的設置值不變。在步驟54中，輸出控制邏輯電路模塊35忽略比較器32的數(shù)字信號輸出。
在子過程50中的步驟54和55之后的步驟56中，比較器32將來自通道X1的電壓信號與從信號電平寄存器庫36經(jīng)由DAC 38發(fā)送的X1最小電壓電平相比較。如上面參照圖1所述，X1最小電壓電平的初始值被設置為高電壓電平，例如電源電壓電平VCC。響應于比較器32的非反相輸入端處的X1電壓信號高于X1最小電壓電平，比較器32生成邏輯高數(shù)字信號。在步驟57中，響應于該邏輯高信號，信號電平邏輯電路34將信號電平寄存器庫36中的X1最小電壓電平的設置值保持不變。另一方面，響應于比較器32的非反相輸入端處的X1電壓信號低于X1最小電壓電平，比較器32生成邏輯低數(shù)字信號。響應于該邏輯低信號，信號電平邏輯電路34將在步驟57中不變的X1最小電壓電平的設置值減少預定值，例如0.1伏特。在步驟56中，輸出控制邏輯電路模塊35忽略比較器32的數(shù)字信號輸出。
在步驟42中，光耦合檢測過程40針對通道X2中的信號執(zhí)行子過程50。接下來，有限狀態(tài)機39在步驟43中切換到通道Y1以及在步驟44中切換到通道Y2。在步驟43中，光耦合檢測過程40針對通道Y1中的信號執(zhí)行子過程50。同樣，在步驟44中，光耦合檢測過程40針對通道Y2中的信號執(zhí)行子過程50。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，子過程50中的步驟52、53、54、55、56、和57在有限狀態(tài)機39前進到下一步驟(例如步驟42)以處理與下一通道(例如通道X2)相關聯(lián)的信號之前，被重復地執(zhí)行多次，例如五次、十次、二十次等。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，有限狀態(tài)機39在子過程50一旦完成用于通道的相關聯(lián)信號的步驟52、53、54、55、56、和57一次時，就進入切換到下一通道。
輸出邏輯電路模塊35處理比較器32的數(shù)字信號輸出，確定鼠標運動的方向、距離、和速度。處理過的信號被傳送到主機，以控制計算機顯示器上的光標。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，過程40在每個通道駐留的持續(xù)時間可以為幾微秒到幾毫秒的范圍。持續(xù)時間短一般導致對鼠標運動的變化方向作出快速響應。另一方面，持續(xù)時間長一般導致功率效率高。一般地，少于一毫秒的響應時間對于鼠標應用而言，足夠快了。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，信號電平邏輯電路34周期性地或在某些預定條件下重新初始化信號電平寄存器庫36中的設置值Vmax和Vmin。例如，根據(jù)一實施例，信號電平邏輯電路34每當光耦合檢測電路30導通時，就重新初始化設置值Vmax和Vmin。根據(jù)另一實施例，信號電平邏輯電路34每一萬個時鐘信號周期，就重新初始化設置值Vmax和Vmin。如上面提到的，根據(jù)本發(fā)明，Vmax重新初始化的值優(yōu)選地低于重新初始化之前的Vmax值，以及Vmin重新初始化的值優(yōu)選地高于重新初始化之前的Vmin值。Vmax和Vmin重新初始化的值分別為零和VCC，也在本發(fā)明的范圍之內。重新初始化設置值Vmax和Vmin使得即使器件參數(shù)和電路特性隨時間漂移，光耦合檢測電路30也能夠可靠地檢測光耦合狀態(tài)和去耦狀態(tài)。
應該注意，緊接著初始化之后，比較器32可能生成相對于光耦合和去耦狀態(tài)而言是不正確的數(shù)字信號，這是因為由初始化的Vmax和Vmin計算出的參考信號設置值Vref可能在導通狀態(tài)高于光電晶體管的輸出電壓電平，或在斷開狀態(tài)低于光電晶體管的輸出電壓電平。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，輸出控制電路模塊35在每次初始化之后，忽略比較器32預定數(shù)量的時鐘信號周期，例如五個周期的輸出數(shù)字信號，因此避免了可能生成不正確的光耦合檢測信號。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，將Vmax的值重新初始化到一個較低的值，但不是像零一樣低，以及將Vmin的值重新初始化到一個較高的值，但不是像VCC一樣高，這是因為它們使得比較器32能夠更快地生成對應于光耦合和去耦狀態(tài)的正確數(shù)字信號。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的多通道光耦合檢測電路60的示意圖。舉例來說，光耦合檢測電路60是滾球鼠標中使用的六通道光耦合檢測電路。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，六個通道中的四個通道用于檢測鼠標滾球在表面上的運動，并被稱作X1、X2、Y1、和Y2；六個通道中剩余的兩個通道用于檢測鼠標上的跟蹤輪(tracking wheel)向上和向下的轉動，并被稱作Z1和Z2。特別地，鼠標內的滾球機械連接到兩個基本上相互垂直的柵輪，一個柵輪用于檢測鼠標在+x和-x方向上的運動，另一個柵輪用于檢測鼠標在+y和-y方向上的運動，以及跟蹤輪機械連接到第三柵輪，用于檢測跟蹤輪向上和向下的轉動或旋轉。一個發(fā)光器件，例如紅外線發(fā)光二極管或光電二極管，位于每個柵輪的一邊。在每個柵輪的另一邊，存在兩個相互接近的感光器件，例如兩個光電晶體管。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，發(fā)光器件和感光器件以及柵輪的布置類似于上面參照圖1所示的光耦合檢測電路10所述的布置。
當柵輪轉動時，它交替地阻擋和讓開從光電二極管到兩個光電晶體管的光路。當柵輪朝一個方向，例如對應于跟蹤輪向上轉動或旋轉的+z方向轉動時，兩個光電晶體管被按一種順序或次序照射。當光柵輪朝相反方向，例如對應于跟蹤輪向下轉動或旋轉的-z方向轉動時，兩個光電晶體管被按相反順序或次序照射。光耦合檢測電路60檢測六個光電晶體管被照射的順序，以確定鼠標的運動和鼠標上跟蹤輪的轉動。
如圖4所示，光耦合檢測電路60包括經(jīng)由信號通道X1、Y1、和Z1連接到三個光電晶體管(未示出)的三通道多路復用器61。多路復用器61的輸出端連接到比較器62的輸入端，例如非反相端。輸出控制邏輯電路模塊65連接到比較器62的輸出端。比較器62的輸出端還連接到三通道信號電平邏輯電路64。信號電平寄存器庫66連接到信號電平邏輯電路64。DAC 68的輸入端連接到信號電平寄存器庫66，其輸出端連接到比較器62的另一輸入端，例如反相輸入端。
光耦合檢測電路60還包括另一經(jīng)由信號通道X2、Y2和、Z2連接到三個光電晶體管(未示出)的三通道多路復用器71。多路復用器71的輸出端連接到比較器72的輸入端，例如非反相端。輸出控制邏輯電路模塊75連接到比較器72的輸出端。比較器72的輸出端還連接到三通道信號電平邏輯電路74。信號電平寄存器庫76連接到信號電平邏輯電路74。DAC 78的輸入端連接到信號電平寄存器庫76，其輸出端連接到比較器72的另一輸入端，例如反相輸入端。
根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，信號電平寄存器庫66和67中的每個信號電平寄存器庫具有至少九個數(shù)據(jù)寄存器，為三個通道中的每個通道存儲代表三個信號電平的數(shù)據(jù)。舉例來說，三個信號電平被稱作最大電壓電平(Vmax)、最小電壓電平(Vmin)、和參考電壓電平(Vref)。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，最大電壓電平Vmax具有低初始值，例如零，最小電壓電平Vmin具有高初始值，例如VCC，以及參考電壓電平Vref具有等于Vmin和Vmax中存儲的高電壓值和低電壓值的平均值的初始值。
根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例，信號電平寄存器庫66和67中的每個信號電平寄存器庫具有至少六個數(shù)據(jù)寄存器，存儲代表兩個信號電平例如最大電壓電平(Vmax)和最小電壓電平(Vmin)的數(shù)據(jù)。在該實施例中，一旦需要，參考電壓寄存器Vref可隨時被動態(tài)地計算為最大電壓電平(Vmax)和最小電壓電平(Vmin)的平均值。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，最大電壓寄存器Vmax具有低初始值，例如零，最小電壓寄存器Vmin具有高初始值，例如VCC。
有限狀態(tài)機69被耦合，以發(fā)送通道輪轉信號給多路復用器61和71、輸出控制邏輯電路模塊65和75、通道信號電平邏輯電路64和74、以及通道信號電平寄存器庫66和76。在本發(fā)明的另一實施例中，輸出電路模塊65和75被并入導通電路模塊中。在操作中，有限狀態(tài)機69順序地使多路復用器61和71、輸出控制邏輯電路模塊65和75、通道信號電平邏輯電路64和74、以及通道信號電平寄存器庫66和76輪流經(jīng)過三個狀態(tài)。在第一狀態(tài)中，多路復用器61、輸出控制邏輯電路模塊65、通道信號電平邏輯電路64、以及通道信號電平寄存器庫66處理通道X1中的信號；以及多路復用器71、輸出控制邏輯電路模塊75、通道信號電平邏輯電路74、以及通道信號電平寄存器庫76處理通道X2中的信號。在第二狀態(tài)中，多路復用器61、輸出控制邏輯電路模塊65、通道信號電平邏輯電路64、以及通道信號電平寄存器庫66處理通道Y1中的信號；以及多路復用器71、輸出控制邏輯電路模塊75、通道信號電平邏輯電路74、以及通道信號電平寄存器庫76處理通道Y2中的信號。在第三狀態(tài)中，多路復用器61、輸出控制邏輯電路模塊65、通道信號電平邏輯電路64、以及通道信號電平寄存器庫66處理通道Z1中的信號；以及多路復用器71、輸出控制邏輯電路模塊75、通道信號電平邏輯電路74、以及通道信號電平寄存器庫76處理通道Z2中的信號。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，時鐘信號控制光耦合檢測電路60的各個部件的操作，所以多路復用器61、通道信號電平邏輯電路64、通道信號電平寄存器庫66分別與多路復用器71、通道信號電平邏輯電路74、通道信號電平寄存器庫76基本同步。時鐘信號優(yōu)選地具有至少三個階段。
在第一時鐘信號階段中，比較器62將來自通道X1、Y1、或Z1的光電晶體管輸出電壓信號與從信號電平寄存器庫66經(jīng)由DAC68發(fā)送的相應的通道參考電壓電平相比較。另外，比較器72將來自通道X2、Y2、或Z2的電壓信號與從信號電平寄存器庫76經(jīng)由DAC 78發(fā)送的相應的通道參考電壓電平相比較。如上面所述，通道參考電壓電平被設置為相應的通道最大電壓電平和相應的通道最小電壓電平的平均值。另外，根據(jù)一實施例，參考電壓電平是存儲在信號電平寄存器庫66中，以及根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，其根據(jù)要求來計算。最大電壓電平的初始值被設置為低電壓電平，例如零，最小電壓電平的初始值被設置為高電壓電平，例如電源電壓電平VCC。
如果在比較器62的非反相輸入端的光電晶體管輸出電壓信號高于相應的通道參考電壓電平，則比較器62生成邏輯高數(shù)字信號，表示通道X1、Y1、或Z1的光耦合狀態(tài)。另一方面，如果在比較器62的非反相輸入端的光電晶體管輸出電壓信號低于相應的通道參考電壓電平，則比較器62生成邏輯低數(shù)字信號，表示相應的通道X1、Y1、或Z1的光去耦狀態(tài)。比較器62的數(shù)字信號輸出被發(fā)送到輸出控制邏輯電路模塊65。
如果在比較器72的非反相輸入端的光電晶體管輸出電壓信號高于相應的通道參考電壓電平，則比較器72生成邏輯高數(shù)字信號，表示通道X2、Y2、或Z2的光耦合狀態(tài)。另一方面，如果響應于比較器72的非反相輸入端處的光電晶體管輸出電壓信號低于相應的通道參考電壓電平，則比較器72生成邏輯低數(shù)字信號，表示相應的通道X2、Y2、或Z2的光去耦狀態(tài)。比較器72的數(shù)字信號輸出被發(fā)送到輸出控制邏輯電路模塊75。
在第二時鐘信號階段中，比較器62將來自通道X1、Y1、或Z1的光電晶體管輸出電壓信號與從信號電平寄存器庫66經(jīng)由DAC68發(fā)送的相應的通道最大電壓電平相比較。另外，比較器72將來自通道X2、Y2、或Z2的光電晶體管輸出電壓信號與從信號電平寄存器庫76經(jīng)由DAC 78發(fā)送的相應的通道最大電壓電平相比較。如上面所述，最大電壓電平的初始值被設置為低電壓電平，例如零。
如果在比較器62的非反相輸入端的光電晶體管輸出電壓信號高于相應的通道最大電壓電平，則比較器62生成邏輯高數(shù)字信號。響應于該邏輯高信號，信號電平邏輯電路64將信號電平寄存器庫66中的相應的通道X1、Y1、或Z1最大電壓電平的設置值增加預定值，例如0.02伏特。另一方面，如果在比較器62的非反相輸入端的光電晶體管輸出電壓信號低于相應的通道最大電壓電平，則比較器62生成邏輯低數(shù)字信號。響應于該邏輯低信號，信號電平邏輯電路64保持相應的通道最大電壓電平的設置值不變。在第二時鐘信號階段中，輸出控制邏輯電路模塊65忽略比較器62的數(shù)字信號輸出。
如果在比較器72的非反相輸入端的光電晶體管輸出電壓信號高于相應的通道最大電壓電平，則比較器72生成邏輯高數(shù)字信號。響應于該邏輯高信號，信號電平邏輯電路74將信號電平寄存器庫76中的相應的通道X2、Y2、或Z2最大電壓電平的設置值增加預定值，例如0.02伏特。另一方面，如果在比較器72的非反相輸入端的光電晶體管輸出電壓信號低于相應的通道最大電壓電平，則比較器72生成邏輯低數(shù)字信號。響應于該邏輯低信號，信號電平邏輯電路74保持相應的通道最大電壓電平的設置值不變。在第二時鐘信號階段中，輸出控制邏輯電路模塊75忽略比較器72的數(shù)字信號輸出。
在第三時鐘信號階段中，比較器62將來自通道X1、Y1、或Z1的光電晶體管輸出電壓信號與從信號電平寄存器庫66經(jīng)由DAC68發(fā)送的相應的通道最小電壓電平相比較。另外，比較器72將來自通道X2、Y2、或Z2的光電晶體管輸出電壓信號與從信號電平寄存器庫76經(jīng)由DAC 78發(fā)送的相應的通道最小電壓電平相比較。如上面所述，最小電壓電平的初始值被設置為高電壓電平，例如電源電壓電平VCC。
如果在比較器62的非反相輸入端的光電晶體管輸出電壓信號低于相應的通道最小電壓電平，則比較器62生成邏輯低數(shù)字信號。響應于該邏輯低信號，信號電平邏輯電路64將信號電平寄存器庫66中的相應的通道X1、Y1、或Z1最小電壓電平的設置值減少預定值，例如0.02伏特。另一方面，如果在比較器62的非反相輸入端的光電晶體管輸出電壓信號高于相應的通道最小電壓電平，則比較器62生成邏輯高數(shù)字信號。響應于該邏輯高信號，信號電平邏輯電路64保持相應的通道最小電壓電平的設置值不變。在第三時鐘信號階段中，輸出控制邏輯電路模塊65忽略比較器62的數(shù)字信號輸出。
如果在比較器72的非反相輸入端的光電晶體管輸出電壓信號低于相應的通道最小電壓電平，則比較器72生成邏輯低數(shù)字信號。響應于該邏輯低信號，信號電平邏輯電路74將信號電平寄存器庫76中的相應的通道X2、Y2、或Z2最小電壓電平的設置值減少預定值，例如0.02伏特。另一方面，如果在比較器72的非反相輸入端的光電晶體管輸出電壓信號高于相應的通道最小電壓電平，則比較器72生成邏輯高數(shù)字信號。響應于該邏輯高信號，信號電平邏輯電路74保持相應的通道最小電壓電平的設置值不變。在第三時鐘信號階段中，輸出控制邏輯電路模塊75忽略比較器72的數(shù)字信號輸出。
輸出邏輯控制電路模塊65和75處理比較器62和72的數(shù)字信號輸出，以確定鼠標和跟蹤輪的運動的方向、距離和速度。處理過的信號被傳送到主計算機，以控制計算機顯示器上的光標移動和屏幕的上下滾動。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，有限狀態(tài)機69以預定的速率例如幾微秒到幾毫秒的速率切換通道。快速的切換率一般導致對鼠標運動的變化方向作出快速響應。另一方面，緩慢的轉換率一般導致高功率效率。一般地，少于一毫秒的響應時間對于鼠標應用而言足夠快了。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，信號電平邏輯電路64和74周期性地或在某些預定條件下重新初始化信號電平寄存器庫66和76中的設置值Vmax和Vmin。例如，根據(jù)一個實施例，每當光耦合檢測電路60導通時，信號電平邏輯電路64和74就重新初始化設置值Vmax和Vmin。根據(jù)另一實施例，信號電平邏輯電路64和74每一萬個時鐘信號周期，就重新初始化設置值Vmax和Vmin。如上面討論的，根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，Vmax重新初始化的值低于重新初始化之前的設置值Vmax，以及Vmin重新初始化的值高于重新初始化之前的設置值Vmin。重新初始化設置值Vmax和Vmin使得即使器件參數(shù)和電路特性隨時間漂移，光耦合檢測電路60也能夠可靠地檢測光耦合狀態(tài)和去耦狀態(tài)。
應該注意，緊接著初始化之后，比較器62和72可能生成相對于光耦合狀態(tài)和去耦狀態(tài)而言是不正確的數(shù)字信號，這是因為由新初始化的最大信號設置值Vmax和最小信號設置值Vmin計算出的參考信號設置值Vref可能在導通狀態(tài)高于相應的光電晶體管的輸出電壓電平，或在斷開狀態(tài)低于相應的光電晶體管的輸出電壓電平。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，在每次初始化之后忽略比較器62和72預定數(shù)量的時鐘信號周期，例如五個周期的輸出數(shù)字信號，從而避免了可能生成不正確的光耦合檢測信號。
光耦合檢測電路60具有兩個比較器62和72，用于同時處理與一個柵輪相關聯(lián)的兩個通道例如X1和X2、通道Y1和Y2，以及通道Z1和Z2內的信號。這種布置使得即使當用戶高速地移動鼠標或旋轉跟蹤輪時，電路60也能夠正確和可靠地檢測鼠標運動，而不用增加通道輪換速率。這在多通道和高速光耦合檢測應用中是有利的和能量高效的。對于多通道低速光耦合檢測來說，具有一個比較器的電路，如圖2所示的光耦合檢測電路30，由于它的簡單，所以是有利的。應該明白，根據(jù)本發(fā)明，光耦合檢測電路不局限于具有一個比較器，類似于如圖2所示的電路30，或具有兩個比較器，類似于如圖4所示的電路60。根據(jù)本發(fā)明，多通道光耦合檢測電路可以具有任意數(shù)量的比較器，以及每個比較器可以處理任意數(shù)量的通道內的信號。例如，六通道光耦合檢測電路可以具有六個比較器以及同時處理所有六個通道內的信號。在這樣的電路中，不需要通道輪轉。另一方面，六通道光耦合檢測電路可以僅包括一個比較器以及具有類似于圖2所示的光耦合檢測電路30的結構。
到現(xiàn)在應該理解已提供了用于檢測光耦合的電路和過程。根據(jù)本發(fā)明，光耦合檢測電路具有可調整的參考電壓電平，以檢測感光器件的導通狀態(tài)和斷開狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的光耦合檢測過程連續(xù)和動態(tài)地更新分別表示感光器件的導通狀態(tài)和斷開狀態(tài)的最大電壓電平和最小電壓電平。已更新的最大電壓電平和最小電壓電平用于計算參考電壓電平。因此，本發(fā)明的光耦合檢測電路可以提供可靠的參考電壓電平，而不管發(fā)光功率和感光器件的靈敏度如何變化。所以，不必根據(jù)器件的功率和靈敏度來選擇和匹配發(fā)光器件和感光器件。此外，不必消耗時間調整發(fā)光器件與感光器件之間的距離和相對方位。根據(jù)本發(fā)明，這些優(yōu)點將極大地降低光耦合檢測電路的制造和裝配費用。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，過程有時例如周期性地或響應預定條件而重新初始化最大電壓電平和最小電壓電平的設置值。最大電壓電平和最小電壓電平的重新設置使得即使電路器件的特性發(fā)生漂移，光耦合檢測電路也能夠可靠地檢測光耦合狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的光耦合檢測電路簡單且省電。它可用于檢測單通道或多通道光耦合。對于多通道光耦合檢測，來自不同通道的信號可以同時處理或順序地處理。
雖然上面已描述本發(fā)明的具體實施例，但是它們的目的不是對本發(fā)明的范圍加以限制。本發(fā)明包括那些對本領域技術人員來說是顯而易見的對所述實施例的更改和變化。例如，雖然本說明書將光電晶體管描述為光耦合檢測電路中的上拉晶體管，但是它的目的不是對本發(fā)明加以限制。根據(jù)本發(fā)明的實施例，光耦合檢測電路具有一個或多個下拉光電晶體管。在該實施例中，低電壓信號表示光耦合狀態(tài)，高電壓信號表示光去耦狀態(tài)。同樣地舉例來說，光耦合檢測電路中的發(fā)光器件不局限于是上面所述的光電二極管。根據(jù)本發(fā)明，其他種類的發(fā)光器件可以用于光耦合檢測電路。而且，參考信號電平不局限于是最大信號電平和最小信號電平的平均值。根據(jù)本發(fā)明，參考信號電平的值可以處于清楚而可靠地表示感光器件的導通狀態(tài)和斷開狀態(tài)的最大信號電平和最小信號電平之間。另外，光耦合檢測電路的應用不局限于檢測鼠標運動。例如，根據(jù)本發(fā)明的光耦合檢測電路可以用于檢測光路上的障礙物。在另一實例中，光耦合檢測電路可以用于檢測發(fā)光器件的導通狀態(tài)和斷開狀態(tài)。在又一實例中，類似于本說明書中所述的電路但不包括光柵或發(fā)光器件的電路可以用于檢測環(huán)境的照明狀況，例如房間內的燈是開的還是關的。
權利要求
1.一種光耦合檢測電路，包括第一感光器件，其具有輸出端；信號電平寄存器庫，其具有存儲與所述第一感光器件相關聯(lián)的第一信號電平的第一寄存器、以及存儲與所述第一感光器件相關聯(lián)的第二信號電平的第二寄存器；比較器，其具有連接到所述第一感光器件的所述輸出端的第一輸入端、連接到所述信號電平寄存器庫的第二輸入端、以及輸出端，所述比較器將在所述第一輸入端的電壓電平與所述第一信號電平相比較以生成第一數(shù)字信號、將在所述第一輸入端的電壓電平與所述第二信號電平相比較以生成第二數(shù)字信號、以及將在所述第一輸入端的電壓電平與在所述第一信號電平和所述第二信號電平之間的第三信號電平相比較以生成第三數(shù)字信號；以及信號電平邏輯電路，其具有連接到所述比較器的所述輸出端的第一接線端、以及連接到所述信號電平寄存器庫的第二接線端，所述信號電平邏輯電路用于響應于具有第一邏輯值的所述第一數(shù)字信號，增大與所述第一感光器件相關聯(lián)的所述第一信號電平，以及響應于具有第二邏輯值的所述第二數(shù)字信號，減小與所述第一感光器件相關聯(lián)的所述第二信號電平。
2.根據(jù)權利要求1所述的光耦合檢測電路，其中，所述比較器的所述第二輸入端經(jīng)由數(shù)模轉換器連接到所述信號電平寄存器庫，所述數(shù)模轉換器具有連接到所述信號電平寄存器庫的輸入端、和連接到所述比較器的所述第二輸入端的輸出端。
3.根據(jù)權利要求1所述的光耦合檢測電路，還包括第一發(fā)光器件，其朝向所述感光器件放置。
4.根據(jù)權利要求3所述的光耦合檢測電路，還包括第一光柵輪，其位于所述第一發(fā)光器件與所述感光器件之間。
5.根據(jù)權利要求4所述的光耦合檢測電路，還包括多路復用器，其連接于所述第一感光器件與所述比較器的所述第一輸入端之間；第二感光器件，其鄰近所述第一感光器件，并連接到所述多路復用器；有限狀態(tài)機，其連接到所述多路復用器、連接到所述信號電平邏輯電路、以及連接到所述信號電平寄存器庫，所述有限狀態(tài)機控制所述多路復用器、所述信號電平邏輯電路、和所述信號電平寄存器庫，以順序地處理與所述第一感光器件和所述第二感光器件相關聯(lián)的信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的光耦合檢測電路，其中所述信號電平寄存器庫還具有分別存儲與所述第二感光器件相關聯(lián)的第一信號電平和第二信號電平的第三寄存器和第四寄存器；所述比較器還將在所述第一輸入端的且與所述第二感光器件相關聯(lián)的電壓電平和與所述第二感光器件相關聯(lián)的所述第一信號電平相比較以生成第四數(shù)字信號、將在所述第一輸入端的且與所述第二感光器件相關聯(lián)的電壓電平和與所述第二感光器件相關聯(lián)的所述第二信號電平相比較以生成第五數(shù)字信號、以及將在所述第一輸入端的且與所述第二感光器件相關聯(lián)的所述電壓電平和在與所述第二感光器件相關聯(lián)的所述第一信號電平和所述第二信號電平之間的第三信號電平相比較以生成第六數(shù)字信號；以及所述信號電平邏輯電路用于響應于具有所述第一邏輯值的所述第四數(shù)字信號，增大與所述第二感光器件相關聯(lián)的所述第一信號電平，以及響應于具有所述第二邏輯值的所述第五數(shù)字信號，減小與所述第二感光器件相關聯(lián)的所述第二信號電平。
7.根據(jù)權利要求6所述的光耦合檢測電路，還包括第二發(fā)光器件；第三感光器件，其與所述第二發(fā)光器件相對，并連接到所述多路復用器；第四感光器件，其與所述第二發(fā)光器件相對，與所述第三感光器件相鄰，并連接到所述多路復用器；第二光柵輪，其位于從所述第二發(fā)光器件到所述第三感光器件和所述第四感光器件的光路上；以及其中所述信號電平寄存器庫還具有存儲與所述第三感光器件相關聯(lián)的第一信號電平的第五寄存器、存儲與所述第三感光器件相關聯(lián)的第二信號電平的第六寄存器、存儲與所述第四感光器件相關聯(lián)的第一信號電平的第七寄存器、以及存儲與所述第四感光器件相關聯(lián)的第二信號電平的第八寄存器；以及所述有限狀態(tài)機控制所述多路復用器、所述信號電平邏輯電路、和所述信號電平寄存器庫，以順序地處理與所述第一感光器件、所述第二感光器件、所述第三感光器件、和所述第四感光器件相關聯(lián)的信號。
8.根據(jù)權利要求4所述的光耦合檢測電路，還包括第一多路復用器，其連接于所述第一感光器件與所述比較器的所述第一輸入端之間；第二感光器件，其與所述第一感光器件相鄰；第二發(fā)光器件；第三感光器件，其與所述第二發(fā)光器件相對，并連接到所述第一多路復用器；第四感光器件，其與所述第二發(fā)光器件相對，并與所述第三感光器件相鄰；第二光柵輪，其位于從所述第二發(fā)光器件到所述第三感光器件和所述第四感光器件的光路上；第二多路復用器，其連接到所述第二感光器件和所述第四感光器件；第二比較器，其具有連接到所述第二多路復用器的第一輸入端、第二輸入端、以及輸出端；第二信號電平邏輯電路，其連接到所述第二比較器的所述輸出端；第二信號電平寄存器庫，其具有連接到所述第二信號電平邏輯電路的第一端、和連接到所述第二比較器的所述第二輸入端的第二端；數(shù)字信號輸出控制電路模塊，其連接到所述比較器的所述輸出端、和連接到所述第二比較器的所述輸出端；以及有限狀態(tài)機，其連接到所述第一和第二多路復用器、連接到所述信號電平邏輯電路和所述第二信號電平邏輯電路、以及連接到所述信號電平寄存器庫和所述第二信號電平寄存器庫，所述有限狀態(tài)機在同時處理與所述第一和第二感光器件相關聯(lián)的信號的第一狀態(tài)和同時處理與所述第三和第四感光器件相關聯(lián)的信號的第二狀態(tài)之間輪轉。
9.根據(jù)權利要求8所述的光耦合檢測電路，還包括滾球，機械連接到所述第一光柵輪和所述第二光柵輪，其中所述第一光柵輪和所述第二光柵輪基本上相互垂直。
10.根據(jù)權利要求9所述的光耦合檢測電路，其中響應于計算機指示器件在表面上移動，所述滾球滾動；響應于所述滾球沿第一維滾動，所述第一光柵輪轉動，以及響應于所述滾球沿基本上垂直于所述第一維的第二維滾動，所述第二光柵輪轉動；以及響應于所述第一光柵輪和所述第二光柵輪轉動，所述數(shù)字信號輸出控制電路模塊處理所述比較器和所述第二比較器的數(shù)字信號輸出，以生成用于移動在計算機顯示器上的光標的控制信號。
11.一種計算機指示器件，包括滾球，其響應于所述器件在表面上移動而滾動；第一光電二極管，其被連接用于發(fā)射光束；第一對光電晶體管，其彼此相鄰，用于接收所述第一光電二極管的所述光束；第一光柵輪，其機械連接到所述滾球，并位于所述第一光電二極管與所述第一對光電晶體管之間的光路上；第二光電二極管，其被連接用于發(fā)射光束；第二對光電晶體管，其彼此相鄰，用于接收所述第二光電二極管的所述光束；第二光柵輪，其機械連接到所述滾球、基本上垂直于所述第一光柵輪，并位于所述第二光電二極管與所述第二對光電晶體管之間的光路上；感光電路，其連接到所述第一和第二對光電晶體管，并包括至少一個信號電平寄存器庫，其存儲用于所述第一和第二對光電晶體管中的每個光電晶體管的最大信號電平和最小信號電平；至少一個比較器，其具有連接到所述第一和第二對光電晶體管的第一輸入端、連接到所述至少一個信號電平寄存器庫的第二輸入端、以及輸出端；以及至少一個信號電平邏輯電路，其連接到所述至少一個比較器以及連接到所述至少一個信號電平寄存器庫，所述至少一個信號電平邏輯電路控制所述至少一個信號電平寄存器庫，以更新所述最大信號電平和所述最小信號電平、以及計算參考信號電平為相應的光電晶體管的所述最大信號電平和最小信號電平的平均值；以及輸出控制電路模塊，其連接到所述感光電路中所述至少一個比較器的所述輸出端，處理所述至少一個比較器的數(shù)字輸出信號，以生成用于控制計算機顯示器上的光標的數(shù)字信號。
12.根據(jù)權利要求11所述的計算機指示器件，所述感光電路還包括至少一個多路復用器，其連接到所述第一和第二對光電晶體管；以及有限狀態(tài)機，其連接到所述至少一個多路復用器、所述至少一個信號電平寄存器庫、以及所述至少一個信號電平邏輯電路，所述有限狀態(tài)機順序地將所述至少一個多路復用器、所述至少一個信號電平寄存器庫、以及所述至少一個信號電平邏輯電路置于處理來自所述第一和第二對光電晶體管中的不同光電晶體管的信號的不同狀態(tài)。
13.根據(jù)權利要求12所述的計算機指示器件，其中所述至少一個多路復用器包括一個連接到所述第一和第二對光電晶體管的多路復用器；所述至少一個信號電平寄存器庫包括一個信號電平寄存器庫，其具有至少八個存儲對應于所述第一和第二對光電晶體管中四個光電晶體管的所述最大信號電平和最小信號電平的寄存器；所述至少一個比較器包括一個比較器，其具有連接到所述一個多路復用器的第一輸入端、連接到所述一個信號電平寄存器庫的第二輸入端、以及輸出端；所述至少一個信號電平邏輯電路包括一個信號電平邏輯電路，其連接到所述一個比較器的所述輸出端、和連接到所述一個信號電平寄存器庫；以及所述有限狀態(tài)機順序地將所述一個多路復用器、所述一個信號電平寄存器庫、以及所述一個信號電平邏輯電路置于處理與所述第一對光電晶體管中第一光電晶體管相關聯(lián)的信號的第一狀態(tài)、置于處理與所述第一對光電晶體管中第二光電晶體管相關聯(lián)的信號的第二狀態(tài)、置于處理與所述第二對光電晶體管中第一光電晶體管相關聯(lián)的信號的第三狀態(tài)、以及置于處理與所述第二對光電晶體管中第二光電晶體管相關聯(lián)的信號的第四狀態(tài)。
14.根據(jù)權利要求12所述的計算機指示器件，其中所述至少一個多路復用器包括第一多路復用器，其連接到所述第一對光電晶體管中第一光電晶體管、和連接到所述第二對光電晶體管中第一光電晶體管；以及第二多路復用器，其連接到所述第一對光電晶體管中第二光電晶體管、和連接到所述第二對光電晶體管中第二光電晶體管；所述至少一個信號電平寄存器庫包括第一信號電平寄存器庫，其具有至少六個存儲對應于所述第一和第二對光電晶體管中所述第一光電晶體管的最大、最小、和參考信號電平的寄存器；以及第二信號電平寄存器庫，其具有至少六個存儲對應于所述第一和第二對光電晶體管中所述第二光電晶體管的最大、最小、和參考信號電平的寄存器；所述至少一個比較器包括第一比較器，其具有連接到所述第一多路復用器的第一輸入端、連接到所述第一信號電平寄存器庫的第二輸入端、以及輸出端；以及第二比較器，其具有連接到所述第二多路復用器的第一輸入端、連接到所述第二信號電平寄存器庫的第二輸入端、以及輸出端；所述至少一個信號電平邏輯電路包括第一信號電平邏輯電路，其連接到所述第一比較器的所述輸出端、和連接到所述第一信號電平寄存器庫；以及第二信號電平邏輯電路，其連接到所述第二比較器的所述輸出端、和連接到所述第二信號電平寄存器庫；以及所述有限狀態(tài)機順序地將所述第一和第二多路復用器、所述第一和第二信號電平寄存器庫、以及所述第一和第二信號電平邏輯電路置于同時處理與所述第一對光電晶體管中所述第一和第二光電晶體管相關聯(lián)的信號的第一狀態(tài)、以及置于同時處理與所述第二對光電晶體管中所述第一和第二光電晶體管相關聯(lián)的信號的第二狀態(tài)。
15.根據(jù)權利要求14所述的計算機指示器件，還包括第三光電二極管，其被連接用于發(fā)射光束；第三對光電晶體管，其彼此相鄰，用于接收所述第三光電二極管的光束；跟蹤輪、和第三光柵輪，所述第三光柵輪位于所述第三光電二極管與所述第三對光電晶體管之間的光路上，并機械連接到所述跟蹤輪；以及其中所述第一和第二多路復用器還分別連接到所述第三對光電晶體管中第一和第二光電晶體管；所述第一信號電平寄存器庫具有至少九個存儲對應于所述第一、第二、和第三對光電晶體管中所述第一光電晶體管的最大、最小、和參考信號電平的寄存器；所述第二信號電平寄存器庫具有至少九個存儲對應于所述第一、第二、和第三對光電晶體管中所述第二光電晶體管的最大、最小、和參考信號電平的寄存器；以及所述有限狀態(tài)機順序地將所述第一和第二多路復用器、所述第一和第二信號電平寄存器庫、以及所述第一和第二信號電平邏輯電路置于同時處理與所述第一對光電晶體管中所述第一和第二光電晶體管相關聯(lián)的信號的第一狀態(tài)、置于同時處理與所述第二對光電晶體管中所述第一和第二光電晶體管相關聯(lián)的信號的第二狀態(tài)、以及置于同時處理與所述第三對光電晶體管中所述第一和第二光電晶體管相關聯(lián)的信號的第三狀態(tài)。
16.一種光耦合檢測過程，所述光耦合檢測過程包括以下步驟存儲第一信號電平和第二信號電平；生成第三信號電平，其值處于所述第一信號電平和所述第二信號電平之間；將來自第一感光器件的電壓信號與第一、第二、和第三信號電平相比較；響應于來自所述第一感光器件的所述電壓信號高于所述第一信號電平，增大所述第一信號電平；響應于來自所述第一感光器件的所述電壓信號低于所述第二信號電平，減小所述第二信號電平；響應于來自所述第一感光器件的所述電壓信號高于所述第三信號電平，生成具有第一邏輯值的第一數(shù)字輸出信號，以及響應于來自所述第一感光器件的所述電壓信號低于所述第三信號電平，生成具有第二邏輯值的第一數(shù)字輸出信號；以及重新生成所述第三信號電平，其值處于所述第一信號電平和所述第二信號電平之間。
17.根據(jù)權利要求16所述的光耦合檢測過程，其中所述生成第一數(shù)字輸出信號的步驟包括響應于來自所述第一感光器件的所述電壓信號高于所述第三信號電平，表示光耦合狀態(tài)，以及響應于來自所述第一感光器件的所述電壓信號低于所述第三信號電平，表示光去耦狀態(tài)。
18.根據(jù)權利要求16所述的光耦合檢測過程，還包括以下步驟將所述第一信號電平重新初始化為較低值；以及將所述第二信號電平重新初始化為較高值。
19.根據(jù)權利要求16所述的光耦合檢測過程，還包括以下步驟創(chuàng)建第一光路，其從第一發(fā)光器件到彼此相鄰的所述第一感光器件和第二感光器件；將第一柵輪置于第一光路上；存儲第四信號電平和第五信號電平；生成第六信號電平，其等于所述第四信號電平和所述第五信號電平的平均值；將來自所述第二感光器件的電壓信號與所述第四、第五、和第六信號電平相比較；響應于來自所述第二感光器件的所述電壓信號高于所述第四信號電平，增大所述第四信號電平；響應于來自所述第二感光器件的所述電壓信號低于所述第五信號電平，減小所述第五信號電平；響應于來自所述第二感光器件的所述電壓信號高于所述第六信號電平，生成具有所述第一邏輯值的第二數(shù)字輸出信號，以及響應于來自所述第二感光器件的所述電壓信號低于所述第六信號電平，生成具有所述第二邏輯值的第二數(shù)字輸出信號；重新生成所述第六信號電平，其等于所述第四信號電平和所述第五信號電平的平均值；以及通過處理所述第一數(shù)和第二數(shù)字輸出信號，生成表示所述第一柵輪的轉動的第一轉動信號。
20.根據(jù)權利要求19所述的光耦合檢測過程，還包括以下步驟創(chuàng)建第二光路，其從第二發(fā)光器件到彼此相鄰的第三感光器件和第四感光器件；將第二柵輪置于第二光路上、且基本上垂直于所述第一柵輪；將所述第一柵輪和所述第二柵輪機械連接到計算機指示器件中的滾球；存儲第七信號電平和第八信號電平；生成第九信號電平，其等于所述第七信號電平和所述第八信號電平的平均值；存儲第十信號電平和第十一信號電平；生成第十二信號電平，其等于所述第十信號電平和所述第十一信號電平的平均值；將來自所述第三感光器件的電壓信號與所述第七、第八、和第九信號電平相比較；響應于來自所述第三感光器件的所述電壓信號高于所述第七信號電平，使所述第七信號電平增大預定值；響應于來自所述第三感光器件的所述電壓信號低于所述第八信號電平，使所述第八信號電平減小預定值；響應于來自所述第三感光器件的所述電壓信號高于所述第九信號電平，生成具有所述第一邏輯值的第三數(shù)字輸出信號，以及響應于來自所述第三感光器件的所述電壓信號低于所述第九信號電平，生成具有所述第二邏輯值的第三數(shù)字輸出信號；重新生成所述第九信號電平，其等于所述第七信號電平和所述第八信號電平的平均值；將來自所述第四感光器件的電壓信號與所述第十、第十一、和第十二信號電平比較；響應于來自所述第四感光器件的所述電壓信號高于所述第十信號電平，使所述第十信號電平增大預定值；響應于來自所述第四感光器件的所述電壓信號低于所述第十一信號電平，使所述第十一信號電平減小預定值；響應于來自所述第四感光器件的所述電壓信號高于所述第十二信號電平，生成具有所述第一邏輯值的第四數(shù)字輸出信號，以及響應于來自所述第四感光器件的所述電壓信號低于所述第十二信號電平，生成具有所述第二邏輯值的第四數(shù)字輸出信號；重新生成所述第十二信號電平，其等于所述第十信號電平和所述第十一信號電平的平均值；通過處理所述第三和第四數(shù)字輸出信號，生成表示所述第二柵輪的轉動的第二轉動信號；以及通過結合所述第一和第二數(shù)字轉動信號，生成表示所述計算機指示器件在表面上移動的數(shù)字滾動信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種計算機鼠標內的光耦合信號檢測電路(30)，其包括比較器(32)、信號電平邏輯電路(34)、以及信號電平寄存器庫(36)。比較器(32)將光電晶體管電壓信號與參考信號相比較，以生成表示鼠標的運動的數(shù)字信號。比較器(32)還將光電晶體管電壓信號與信號電平寄存器庫(36)內存儲的相應的最大信號和最小信號相比較。如果電壓信號超出該范圍，則信號電平邏輯電路(34)調整相應的最大信號電平或最小信號電平。那么，相應的參考信號電平被更新和計算為最大信號電平和最小信號電平的平均值。具有光耦合檢測信號電路(30)的鼠標可以高度可靠地操作而無須匹配的光電二極管和光電晶體管。
文檔編號G06F3/033GK101019093SQ200580013931
公開日2007年8月15日 申請日期2005年9月27日 優(yōu)先權日2005年9月27日
發(fā)明者馬青江, 梁少峰, 李碧洲, 歐召輝 申請人:埃派克森微電子有限公司