专利名称：用于光耦合检测的电路和过程的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及光耦合检测，更具体地，涉及创建用于正确检测光耦合的参考信号。
背景技术：
光耦合信号检测广泛应用于计算机接口。例如，用于移动在计算机屏幕上的光标的滚球鼠标，其一般包括两组或三组光电二极管-光电晶体管组合。每组通常包括一个光电二极管和两个光电晶体管。机械连接到滚球的光栅轮(grid wheel)将每组光电二极管-光电晶体管组合中的光电晶体管与光电二极管分开。当鼠标在一表面上移动时，滚球转动光栅轮。转动的光栅轮交替地阻挡和让出从光电二极管到相应的光电晶体管的光路，从而断开和导通光电晶体管，以生成波信号。信号处理电路检测和处理光电晶体管的波信号，以确定鼠标的运动。
信号处理电路通常将在光电晶体管的输出端的电压电平与参考电压电平相比较，以确定光电晶体管是导通的还是断开的。由于制造过程的偏差，光电二极管的输出电平和光电晶体管的灵敏度常常变化范围很大。该偏差可能造成错误信号检测，例如，当鼠标未移动时检测到鼠标运动，或者当鼠标移动时未检测到鼠标运动。该不一致性可能造成用户没有移动鼠标时光标移动，或用户移动鼠标时光标不移动。
为了获得一致和可靠的性能，选择和匹配光电二极管和光电晶体管，使得高输出光电二极管与低灵敏度光电晶体管配对以及低输出光电二极管与高灵敏度光电晶体管配对。另外，应该调整或校准光电二极管与光电晶体管之间的距离以及它们的相对方位，以获得一致和可靠的性能。
这些匹配和调整过程耗时且成本低效。而且，器件参数，诸如光电二极管的输出电平和光电晶体管的灵敏度可能随着器件年龄而改变。因此，鼠标的操作条件和性能将变差，即使对于最优匹配和调整过的器件也是如此。
检测鼠标运动的另一种方法是通过光电晶体管的输出端在测量时间间隔上的电压电平来检测波信号的前沿和后沿。该方法不必将光电晶体管输出电压电平与参考电压比较。然而，用于检测波沿的电路复杂且能量低效。
因此，如果具有一种电路和过程用于检测发光器件与感光器件之间的耦合状态，这将是有利的。人们期望检测电路简单和省电。人们还期望检测过程能够一致和可靠地检测在具有变化的输出电平的发光器件与具有变化的灵敏度的感光器件之间的光耦合状态。如果电路能够对多组发光和感光器件检测光耦合，这也是有利的。
图1、图2、和图4是示出根据本发明的多个实施例的光耦合检测电路的示意图；以及图3是示出根据本发明的光耦合检测过程的流程图。
具体实施例方式
下文将参照附图描述本发明的多个实施例，附图中用相同参考数字表示图中相似结构或功能的部分。应该注意，附图的目的仅仅是帮助描述本发明的优选实施例。它们的目的不是无遗漏地描述本发明或对本发明的范围加以限制。而且，图不一定按比例画出。
图1是示出根据本发明的一实施例的光耦合检测电路10的示意图。举例来说，可使用光耦合检测电路10用于检测滚球鼠标内的光耦合。光耦合检测电路10包括发光器件11和感光器件12，这两个器件被栅14分开。根据本发明的一优选实施例，发光器件11是光电二极管，感光器件12是光电晶体管，以及栅14是机械连接到通常称作鼠标(未示出)的计算机指示器件中的滚球的旋转栅轮。光电晶体管12与电阻器18串联在电源电压VCC和地16之间。光电晶体管12的导电电极，例如发射极，连接到比较器22的输入端，例如非反相输入端。比较器22的输出端连接到光耦合检测电路10的输出端25。比较器22的输出端也连接到信号电平逻辑电路24。信号电平逻辑电路24也连接到信号电平寄存器库(signal levelregister bank)26。信号电平寄存器库26还经由数模转换器(DAC)28连接到比较器22的另一输入端，例如反相输入端。
在操作中，光电二极管11向光电晶体管12发射光束，可以是可见光、红外线光、紫外线光等。栅轮14位于从光电二极管11到光电晶体管12的光路上。当栅轮14转动时，它交替地阻挡和让出光路。根据本发明的一具体实施例，信号电平寄存器库26具有三个数据寄存器，每个寄存器存储相应的信号电平。举例来说，三个信号电平被称作最大电压寄存器(Vmax)、最小电压寄存器(Vmin)、和参考电压寄存器(Vref)。根据本发明的一优选实施例，最大电压寄存器Vmax具有低初始值，例如零，最小电压寄存器Vmin具有高初始值，例如VCC，以及参考电压寄存器Vref的初始值是Vmin和Vmax中存储的高电压值和低电压值的平均值。根据本发明的另一具体实施例，信号电平寄存器库26具有存储最大电压寄存器(Vmax)和最小电压寄存器(Vmin)的两个数据寄存器。在该实施例中，参考电压寄存器(Vref)被动态地计算为Vmax和Vmax的平均值。
当栅轮14让开光电二极管11与光电晶体管12之间的光路时，来自光电二极管11的光束照射到光电晶体管12。该照射使光电晶体管12导通。在比较器22的非反相输入端的电压被拉升到高电压值。实际电压值取决于光电晶体管12的导通电阻，该电阻又取决于光电二极管11的功率、光电晶体管12的灵敏度、光电二极管11与光电晶体管12之间的距离、以及它们的相对方位。信号电平寄存器库26在三个时钟信号阶段中顺序地向DAC 28传送Vref、Vmax、和Vmin。将高电压与经由DAC 28所顺序地施加在比较器22的反相输入端的Vref、Vmax、和Vmin相比较。
在第一时钟信号阶段中，比较器22将光电晶体管12的高电压输出与Vref相比较。如上所述，Vref可以是存储在信号电平寄存器库26中或根绝要求由Vmax和Vmin计算出。响应于非反相输入端处的高电压高于反相输入端处的Vref，比较器22在光耦合检测电路10的输出端25生成逻辑高信号。逻辑高信号表示在光电二极管11和光电晶体管12之间创建了光耦合状态。
在第二时钟信号阶段中，比较器22将光电晶体管12的高电压输出与初始设置为零的Vmax相比较。响应于非反相输入端处的高电压高于反相输入端处的Vmax值，比较器22生成逻辑高信号。响应于该逻辑高信号，信号电平逻辑电路24将信号电平寄存器库26中的Vmax的设置值增加预定值，例如0.05伏特。
在第三时钟信号阶段中，比较器22将光电晶体管12的高电压输出与初始设置为VCC的Vmin相比较。响应于非反相输入端处的高电压低于反相输入端处的Vmin值，比较器22生成逻辑低信号。响应于该逻辑低信号，信号电平逻辑电路24将信号电平寄存器库26中的Vmin的设置值减少预定值，例如0.05伏特。
当栅轮14阻挡光电二极管11与光电晶体管12之间的光路时，光电晶体管12断开且不导电。在比较器22的非反相输入端的电压被拉低到接近地电压电平的低电压值。实际电压值取决于光电晶体管12的断开电阻。如上所述，信号电平寄存器库26在三个时钟信号阶段中顺序地向DAC 28传送Vref、Vmax、和Vmin。低电压与经由DAC 28所顺序地施加在比较器22的反相输入端的Vref、Vmax、和Vmin相比较。
在第一时钟信号阶段中，比较器22将光电晶体管12的低电压输出与Vref相比较。如上所述，Vref可以是存储在信号电平寄存器库26中或根绝要求由Vmax和Vmax计算出。响应于非反相输入端处的低电压低于反相输入端处的Vref，比较器22在光耦合检测电路10的输出端25生成逻辑低信号。逻辑低信号表示在光电二极管11和光电晶体管12之间的光路被阻挡。
在第二时钟信号阶段中，比较器22将光电晶体管12的低电压输出与初始设置为零的Vmax相比较。响应于非反相输入端处的低电压高于反相输入端处的Vmax值，比较器22生成逻辑高信号。响应于该逻辑高信号，信号电平逻辑电路24将信号电平寄存器库26中的Vmax的设置值增加预定值，例如0.05伏特。
在第三时钟信号阶段中，比较器22将光电晶体管12的低电压输出与初始设置为VCC的Vmin比较。响应于非反相输入端处的低电压低于反相输入端处的Vmin值，比较器22生成逻辑低信号。响应于该逻辑低信号，信号电平逻辑电路24将信号电平寄存器库26中的Vmin的设置值减少预定值，例如0.05伏特。
这三步信号检测和调整过程按以时钟信号的频率所确定的速率重复。对于每个时钟信号周期，将在比较器22的非反相输入端的电压电平与存储在信号电平寄存器库26中的Vmax和Vmin相比较。如果在比较器22的非反相输入端的电压电平高于Vmax，则信号电平寄存器库26中的设置值Vmax被向上调整。同样，如果在比较器22的非反相输入端的电压电平低于Vmin，则信号电平寄存器库26中的设置值Vmin被向下调整。另一方面，如果在比较器22的非反相输入端的电压电平高于Vmin且低于Vmax，则设置值Vmin和Vmax保持不被调整。每次Vmin或Vmax被调整时，设置值Vref被更新到新设置值Vmin和Vmax的平均值。
根据本发明，使用光电晶体管12的实际最大电压电平和最小电压电平来调整信号电平寄存器库26中的参考电压设置值Vref，该最大和最小电压电平可取决于如下因素光电二极管11的功率、光电晶体管12的灵敏度、光电晶体管12与光电二极管11之间的距离、光电晶体管12相对于光电二极管11的方位、光电晶体管12的导通电阻和断开电阻。所以，光耦合检测电路10的信号电平寄存器库26中的参考电压设置值Vref为检测光电二极管11和光电晶体管12的光耦合和去耦状态提供了可靠的参考信号。该检测可靠性不受器件参数和装置几何形状变化的影响。
根据本发明的一优选实施例，信号电平逻辑电路24周期性地或在某些预定条件下重新初始化信号电平寄存器库26中的设置值Vmix和Vmin。例如，根据一实施例，信号电平逻辑电路24在每次光耦合检测电路10被导通时重新初始化设置值Vmax和Vmin。根据另一实施例，信号电平逻辑电路24每十万个时钟信号周期重新初始化设置值Vmax和Vmin。根据本发明的一优选实施例，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。根据本发明的一具体实施例，Vmax和Vmin重新初始化后的值分别为零和VCC。重新初始化设置值Vmax和Vmin使得即使器件参数和电路特性随时间漂移，光耦合检测电路10也能够可靠地检测光耦合状态和去耦状态。
应该注意，紧接着初始化之后，比较器22可能生成相对于光耦合和去耦状态而言是不正确的数字信号，这是因为由新初始化的Vmax和Vmin计算出的参考信号设置值Vref可能在导通状态会高于光电晶体管12的输出电压电平，或在断开状态会低于光电晶体管12的输出电压电平。根据本发明的一优选实施例，在每次初始化之后忽略比较器22预定数量的时钟信号周期，例如五个周期的输出数字信号，因此避免了可能生成不正确的光耦合检测信号。
图2是示出根据本发明的一实施例的多通道光耦合检测电路30的示意图。举例来说，光耦合检测电路30是滚球鼠标中使用的四通道光耦合检测电路。根据本发明的一优选实施例，四个通道跟踪鼠标滚球在表面上的运动，其被称作通道X1、X2、Y1、和Y2。具体而言，鼠标内的滚球机械连接到两个栅轮，一个用于检测鼠标在+x和-x方向上的运动，另一个用于检测鼠标在+y和-y方向上的运动。根据本发明的一优选实施例，两个栅轮基本上相互垂直。发光器件，例如红外线光电二极管，位于每个栅轮的一边。在每个光栅轮的另一边，存在两个相互靠近的感光器件，例如光电晶体管。根据本发明的一优选实施例，发光器件和感光器件以及栅轮的布置类似于上面参照图1所述的布置。
当栅轮转动时，它交替地阻挡和让开从光电二极管到两个光电晶体管的光路。当栅轮朝一个方向例如+x方向转动时，两个光电晶体管被按一种顺序或次序照射。当栅轮朝相反方向例如-x方向转动时，两个光电晶体管被按相反顺序或次序照射。光耦合检测电路30检测四个光电晶体管被照射的顺序，以确定鼠标的运动。
如图2所示，光耦合检测电路30包括经由信号通道X1、X2、Y1、和Y2连接到四个感光器件例如光电晶体管(未示出)的多路复用器31。多路复用器31的输出端连接到比较器32的输入端，例如非反相端。输出控制逻辑电路模块35连接到比较器32的输出端。比较器32的输出端还连接到四通道信号电平逻辑电路34。信号电平寄存器库36连接到信号电平逻辑电路34。DAC 38的输入端连接到信号电平寄存器库36，而其输出端连接到比较器32的另一输入端，例如反相输入端。有限状态机(finite state machine)39被连接用于向多路复用器31、输出逻辑电路模块35、通道信号电平逻辑电路34、以及通道信号电平寄存器库36发送通道轮转信号。
根据本发明的一具体实施例，信号电平寄存器库36具有至少十二个数据寄存器，为每个通道存储代表三个信号电平的数据。举例来说，三个信号电平被称作最大电压寄存器(Vmax)、最小电压寄存器(Vmin)、和参考电压寄存器(Vref)。根据本发明的一优选实施例，最大电压寄存器Vmax具有低初始值，例如零，最小电压寄存器Vmin具有高初始值，例如VCC，以及参考电压寄存器Vref具有等于Vmin和Vmax中存储的高电压值和低电压值的平均值的初始值。
根据本发明的另一实施例，信号电平寄存器库36具有至少八个数据寄存器，为每个通道存储代表两个信号电平的数据，例如最大电压寄存器(Vmax)和最小电压寄存器(Vmin)。根据本发明的一优选实施例，最大电压寄存器Vmax具有低初始值，例如零，最小电压寄存器Vmin具有高初始值，例如VCC。在该实施例中，参考电压寄存器Vref被计算为Vmin和Vmax中存储的电压值的平均值。
有限状态机39生成通道轮转信号，以使多路复用器31、输出控制逻辑电路模块35、通道信号电平逻辑电路34、以及信号电平寄存器库36同步。在操作中，有限状态机39的通道轮转信号顺序地将多路复用器31、输出控制逻辑电路模块35、通道信号电平逻辑电路34、以及信号电平寄存器库36置于四个通道状态X1、X2、Y1、和Y2之一中。在每个通道内，光耦合检测电路30以类似上面参照图1所述的方式操作并调整信号电平寄存器数据。
图3是示出根据本发明的一优选实施例的光耦合检测过程40的流程图。举例来说，光耦合检测过程40描述可以在图2所示的光耦合检测电路30上实施的，用于检测滚球鼠标的运动的四通道光耦合检测过程。
同时参照图2和图3，在有限状态机39的控制下，光耦合检测过程40顺序地进入步骤41、42、43、和44，以检测相应通道X1、X2、Y1、和Y2中的光耦合状态。在步骤41、42、43、和44中的每一步骤中，过程40执行子过程50。
在子过程50的步骤51中，有限状态机39进入通道，例如通道X1。多路复用器31将通道X1光电晶体管的电压信号发送给比较器32的非反相输入端。有限状态机39还将输出控制逻辑电路模块35、信号电平逻辑电路34、以及信号电平寄存器库36置于通道X1的相关联信号的处理状态中。
在子过程50中步骤51之后的步骤52中，比较器32将来自通道X1的电压信号与从信号电平寄存器库36经由DAC 38发送的X1参考电压电平相比较。如上面参照图1所述，X1参考电压电平被设置为X1最大电压电平和X1最小电压电平的平均值。另外，X1参考电压电平可以是存储在信号电平寄存器库36中或可以由X1最大电压电平和最小电压电平动态地计算出。X1最大电压电平的初始值被设置为低电压电平，例如零，以及X1最小电压电平的初始值被设置为高电压电平，例如电源电压电平VCC。响应于比较器32的非反相输入端处的X1电压信号高于X1参考电压电平，比较器32在步骤53中生成逻辑高数字信号，表示通道X1的光耦合状态。另一方面，响应于比较器32的非反相输入端处的X1电压信号低于X1参考电压电平，比较器32在步骤53中生成逻辑低数字信号，表示通道X1的光去耦状态。比较器32的数字信号输出被发送到输出控制逻辑电路模块35。
子过程50下一步前进到步骤54。比较器32将来自通道X1的电压信号与从信号电平寄存器库36经由DAC 38发送的X1最大电压电平相比较。如上面参照图1所述，X1最大电压电平的初始值被设置为低电压电平，例如零。响应于比较器32的非反相输入端处的X1电压信号高于X1最大电压电平，比较器32生成逻辑高数字信号。在步骤55中，响应于该逻辑高信号，信号电平逻辑电路34将信号电平寄存器库36中的X1最大电压电平的设置值增加预定值，例如0.1伏特。另一方面，响应于比较器32的非反相输入端处的X1电压信号低于X1最大电压电平，比较器32生成逻辑低数字信号。在步骤55中，响应于该逻辑低信号，信号电平逻辑电路34保持X1最大电压电平的设置值不变。在步骤54中，输出控制逻辑电路模块35忽略比较器32的数字信号输出。
在子过程50中的步骤54和55之后的步骤56中，比较器32将来自通道X1的电压信号与从信号电平寄存器库36经由DAC 38发送的X1最小电压电平相比较。如上面参照图1所述，X1最小电压电平的初始值被设置为高电压电平，例如电源电压电平VCC。响应于比较器32的非反相输入端处的X1电压信号高于X1最小电压电平，比较器32生成逻辑高数字信号。在步骤57中，响应于该逻辑高信号，信号电平逻辑电路34将信号电平寄存器库36中的X1最小电压电平的设置值保持不变。另一方面，响应于比较器32的非反相输入端处的X1电压信号低于X1最小电压电平，比较器32生成逻辑低数字信号。响应于该逻辑低信号，信号电平逻辑电路34将在步骤57中不变的X1最小电压电平的设置值减少预定值，例如0.1伏特。在步骤56中，输出控制逻辑电路模块35忽略比较器32的数字信号输出。
在步骤42中，光耦合检测过程40针对通道X2中的信号执行子过程50。接下来，有限状态机39在步骤43中切换到通道Y1以及在步骤44中切换到通道Y2。在步骤43中，光耦合检测过程40针对通道Y1中的信号执行子过程50。同样，在步骤44中，光耦合检测过程40针对通道Y2中的信号执行子过程50。根据本发明的一个实施例，子过程50中的步骤52、53、54、55、56、和57在有限状态机39前进到下一步骤(例如步骤42)以处理与下一通道(例如通道X2)相关联的信号之前，被重复地执行多次，例如五次、十次、二十次等。根据本发明的另一实施例，有限状态机39在子过程50一旦完成用于通道的相关联信号的步骤52、53、54、55、56、和57一次时，就进入切换到下一通道。
输出逻辑电路模块35处理比较器32的数字信号输出，确定鼠标运动的方向、距离、和速度。处理过的信号被传送到主机，以控制计算机显示器上的光标。根据本发明的一优选实施例，过程40在每个通道驻留的持续时间可以为几微秒到几毫秒的范围。持续时间短一般导致对鼠标运动的变化方向作出快速响应。另一方面，持续时间长一般导致功率效率高。一般地，少于一毫秒的响应时间对于鼠标应用而言，足够快了。
根据本发明的一优选实施例，信号电平逻辑电路34周期性地或在某些预定条件下重新初始化信号电平寄存器库36中的设置值Vmax和Vmin。例如，根据一实施例，信号电平逻辑电路34每当光耦合检测电路30导通时，就重新初始化设置值Vmax和Vmin。根据另一实施例，信号电平逻辑电路34每一万个时钟信号周期，就重新初始化设置值Vmax和Vmin。如上面提到的，根据本发明，Vmax重新初始化的值优选地低于重新初始化之前的Vmax值，以及Vmin重新初始化的值优选地高于重新初始化之前的Vmin值。Vmax和Vmin重新初始化的值分别为零和VCC，也在本发明的范围之内。重新初始化设置值Vmax和Vmin使得即使器件参数和电路特性随时间漂移，光耦合检测电路30也能够可靠地检测光耦合状态和去耦状态。
应该注意，紧接着初始化之后，比较器32可能生成相对于光耦合和去耦状态而言是不正确的数字信号，这是因为由初始化的Vmax和Vmin计算出的参考信号设置值Vref可能在导通状态高于光电晶体管的输出电压电平，或在断开状态低于光电晶体管的输出电压电平。根据本发明的一优选实施例，输出控制电路模块35在每次初始化之后，忽略比较器32预定数量的时钟信号周期，例如五个周期的输出数字信号，因此避免了可能生成不正确的光耦合检测信号。根据本发明，优选地，将Vmax的值重新初始化到一个较低的值，但不是像零一样低，以及将Vmin的值重新初始化到一个较高的值，但不是像VCC一样高，这是因为它们使得比较器32能够更快地生成对应于光耦合和去耦状态的正确数字信号。
图4是示出根据本发明的一实施例的多通道光耦合检测电路60的示意图。举例来说，光耦合检测电路60是滚球鼠标中使用的六通道光耦合检测电路。根据本发明的一优选实施例，六个通道中的四个通道用于检测鼠标滚球在表面上的运动，并被称作X1、X2、Y1、和Y2；六个通道中剩余的两个通道用于检测鼠标上的跟踪轮(tracking wheel)向上和向下的转动，并被称作Z1和Z2。特别地，鼠标内的滚球机械连接到两个基本上相互垂直的栅轮，一个栅轮用于检测鼠标在+x和-x方向上的运动，另一个栅轮用于检测鼠标在+y和-y方向上的运动，以及跟踪轮机械连接到第三栅轮，用于检测跟踪轮向上和向下的转动或旋转。一个发光器件，例如红外线发光二极管或光电二极管，位于每个栅轮的一边。在每个栅轮的另一边，存在两个相互接近的感光器件，例如两个光电晶体管。根据本发明的一优选实施例，发光器件和感光器件以及栅轮的布置类似于上面参照图1所示的光耦合检测电路10所述的布置。
当栅轮转动时，它交替地阻挡和让开从光电二极管到两个光电晶体管的光路。当栅轮朝一个方向，例如对应于跟踪轮向上转动或旋转的+z方向转动时，两个光电晶体管被按一种顺序或次序照射。当光栅轮朝相反方向，例如对应于跟踪轮向下转动或旋转的-z方向转动时，两个光电晶体管被按相反顺序或次序照射。光耦合检测电路60检测六个光电晶体管被照射的顺序，以确定鼠标的运动和鼠标上跟踪轮的转动。
如图4所示，光耦合检测电路60包括经由信号通道X1、Y1、和Z1连接到三个光电晶体管(未示出)的三通道多路复用器61。多路复用器61的输出端连接到比较器62的输入端，例如非反相端。输出控制逻辑电路模块65连接到比较器62的输出端。比较器62的输出端还连接到三通道信号电平逻辑电路64。信号电平寄存器库66连接到信号电平逻辑电路64。DAC 68的输入端连接到信号电平寄存器库66，其输出端连接到比较器62的另一输入端，例如反相输入端。
光耦合检测电路60还包括另一经由信号通道X2、Y2和、Z2连接到三个光电晶体管(未示出)的三通道多路复用器71。多路复用器71的输出端连接到比较器72的输入端，例如非反相端。输出控制逻辑电路模块75连接到比较器72的输出端。比较器72的输出端还连接到三通道信号电平逻辑电路74。信号电平寄存器库76连接到信号电平逻辑电路74。DAC 78的输入端连接到信号电平寄存器库76，其输出端连接到比较器72的另一输入端，例如反相输入端。
根据本发明的一具体实施例，信号电平寄存器库66和67中的每个信号电平寄存器库具有至少九个数据寄存器，为三个通道中的每个通道存储代表三个信号电平的数据。举例来说，三个信号电平被称作最大电压电平(Vmax)、最小电压电平(Vmin)、和参考电压电平(Vref)。根据本发明的一优选实施例，最大电压电平Vmax具有低初始值，例如零，最小电压电平Vmin具有高初始值，例如VCC，以及参考电压电平Vref具有等于Vmin和Vmax中存储的高电压值和低电压值的平均值的初始值。
根据本发明的另一具体实施例，信号电平寄存器库66和67中的每个信号电平寄存器库具有至少六个数据寄存器，存储代表两个信号电平例如最大电压电平(Vmax)和最小电压电平(Vmin)的数据。在该实施例中，一旦需要，参考电压寄存器Vref可随时被动态地计算为最大电压电平(Vmax)和最小电压电平(Vmin)的平均值。根据本发明的一优选实施例，最大电压寄存器Vmax具有低初始值，例如零，最小电压寄存器Vmin具有高初始值，例如VCC。
有限状态机69被耦合，以发送通道轮转信号给多路复用器61和71、输出控制逻辑电路模块65和75、通道信号电平逻辑电路64和74、以及通道信号电平寄存器库66和76。在本发明的另一实施例中，输出电路模块65和75被并入导通电路模块中。在操作中，有限状态机69顺序地使多路复用器61和71、输出控制逻辑电路模块65和75、通道信号电平逻辑电路64和74、以及通道信号电平寄存器库66和76轮流经过三个状态。在第一状态中，多路复用器61、输出控制逻辑电路模块65、通道信号电平逻辑电路64、以及通道信号电平寄存器库66处理通道X1中的信号；以及多路复用器71、输出控制逻辑电路模块75、通道信号电平逻辑电路74、以及通道信号电平寄存器库76处理通道X2中的信号。在第二状态中，多路复用器61、输出控制逻辑电路模块65、通道信号电平逻辑电路64、以及通道信号电平寄存器库66处理通道Y1中的信号；以及多路复用器71、输出控制逻辑电路模块75、通道信号电平逻辑电路74、以及通道信号电平寄存器库76处理通道Y2中的信号。在第三状态中，多路复用器61、输出控制逻辑电路模块65、通道信号电平逻辑电路64、以及通道信号电平寄存器库66处理通道Z1中的信号；以及多路复用器71、输出控制逻辑电路模块75、通道信号电平逻辑电路74、以及通道信号电平寄存器库76处理通道Z2中的信号。
根据本发明的一优选实施例，时钟信号控制光耦合检测电路60的各个部件的操作，所以多路复用器61、通道信号电平逻辑电路64、通道信号电平寄存器库66分别与多路复用器71、通道信号电平逻辑电路74、通道信号电平寄存器库76基本同步。时钟信号优选地具有至少三个阶段。
在第一时钟信号阶段中，比较器62将来自通道X1、Y1、或Z1的光电晶体管输出电压信号与从信号电平寄存器库66经由DAC68发送的相应的通道参考电压电平相比较。另外，比较器72将来自通道X2、Y2、或Z2的电压信号与从信号电平寄存器库76经由DAC 78发送的相应的通道参考电压电平相比较。如上面所述，通道参考电压电平被设置为相应的通道最大电压电平和相应的通道最小电压电平的平均值。另外，根据一实施例，参考电压电平是存储在信号电平寄存器库66中，以及根据本发明的另一实施例，其根据要求来计算。最大电压电平的初始值被设置为低电压电平，例如零，最小电压电平的初始值被设置为高电压电平，例如电源电压电平VCC。
如果在比较器62的非反相输入端的光电晶体管输出电压信号高于相应的通道参考电压电平，则比较器62生成逻辑高数字信号，表示通道X1、Y1、或Z1的光耦合状态。另一方面，如果在比较器62的非反相输入端的光电晶体管输出电压信号低于相应的通道参考电压电平，则比较器62生成逻辑低数字信号，表示相应的通道X1、Y1、或Z1的光去耦状态。比较器62的数字信号输出被发送到输出控制逻辑电路模块65。
如果在比较器72的非反相输入端的光电晶体管输出电压信号高于相应的通道参考电压电平，则比较器72生成逻辑高数字信号，表示通道X2、Y2、或Z2的光耦合状态。另一方面，如果响应于比较器72的非反相输入端处的光电晶体管输出电压信号低于相应的通道参考电压电平，则比较器72生成逻辑低数字信号，表示相应的通道X2、Y2、或Z2的光去耦状态。比较器72的数字信号输出被发送到输出控制逻辑电路模块75。
在第二时钟信号阶段中，比较器62将来自通道X1、Y1、或Z1的光电晶体管输出电压信号与从信号电平寄存器库66经由DAC68发送的相应的通道最大电压电平相比较。另外，比较器72将来自通道X2、Y2、或Z2的光电晶体管输出电压信号与从信号电平寄存器库76经由DAC 78发送的相应的通道最大电压电平相比较。如上面所述，最大电压电平的初始值被设置为低电压电平，例如零。
如果在比较器62的非反相输入端的光电晶体管输出电压信号高于相应的通道最大电压电平，则比较器62生成逻辑高数字信号。响应于该逻辑高信号，信号电平逻辑电路64将信号电平寄存器库66中的相应的通道X1、Y1、或Z1最大电压电平的设置值增加预定值，例如0.02伏特。另一方面，如果在比较器62的非反相输入端的光电晶体管输出电压信号低于相应的通道最大电压电平，则比较器62生成逻辑低数字信号。响应于该逻辑低信号，信号电平逻辑电路64保持相应的通道最大电压电平的设置值不变。在第二时钟信号阶段中，输出控制逻辑电路模块65忽略比较器62的数字信号输出。
如果在比较器72的非反相输入端的光电晶体管输出电压信号高于相应的通道最大电压电平，则比较器72生成逻辑高数字信号。响应于该逻辑高信号，信号电平逻辑电路74将信号电平寄存器库76中的相应的通道X2、Y2、或Z2最大电压电平的设置值增加预定值，例如0.02伏特。另一方面，如果在比较器72的非反相输入端的光电晶体管输出电压信号低于相应的通道最大电压电平，则比较器72生成逻辑低数字信号。响应于该逻辑低信号，信号电平逻辑电路74保持相应的通道最大电压电平的设置值不变。在第二时钟信号阶段中，输出控制逻辑电路模块75忽略比较器72的数字信号输出。
在第三时钟信号阶段中，比较器62将来自通道X1、Y1、或Z1的光电晶体管输出电压信号与从信号电平寄存器库66经由DAC68发送的相应的通道最小电压电平相比较。另外，比较器72将来自通道X2、Y2、或Z2的光电晶体管输出电压信号与从信号电平寄存器库76经由DAC 78发送的相应的通道最小电压电平相比较。如上面所述，最小电压电平的初始值被设置为高电压电平，例如电源电压电平VCC。
如果在比较器62的非反相输入端的光电晶体管输出电压信号低于相应的通道最小电压电平，则比较器62生成逻辑低数字信号。响应于该逻辑低信号，信号电平逻辑电路64将信号电平寄存器库66中的相应的通道X1、Y1、或Z1最小电压电平的设置值减少预定值，例如0.02伏特。另一方面，如果在比较器62的非反相输入端的光电晶体管输出电压信号高于相应的通道最小电压电平，则比较器62生成逻辑高数字信号。响应于该逻辑高信号，信号电平逻辑电路64保持相应的通道最小电压电平的设置值不变。在第三时钟信号阶段中，输出控制逻辑电路模块65忽略比较器62的数字信号输出。
如果在比较器72的非反相输入端的光电晶体管输出电压信号低于相应的通道最小电压电平，则比较器72生成逻辑低数字信号。响应于该逻辑低信号，信号电平逻辑电路74将信号电平寄存器库76中的相应的通道X2、Y2、或Z2最小电压电平的设置值减少预定值，例如0.02伏特。另一方面，如果在比较器72的非反相输入端的光电晶体管输出电压信号高于相应的通道最小电压电平，则比较器72生成逻辑高数字信号。响应于该逻辑高信号，信号电平逻辑电路74保持相应的通道最小电压电平的设置值不变。在第三时钟信号阶段中，输出控制逻辑电路模块75忽略比较器72的数字信号输出。
输出逻辑控制电路模块65和75处理比较器62和72的数字信号输出，以确定鼠标和跟踪轮的运动的方向、距离和速度。处理过的信号被传送到主计算机，以控制计算机显示器上的光标移动和屏幕的上下滚动。根据本发明的一优选实施例，有限状态机69以预定的速率例如几微秒到几毫秒的速率切换通道。快速的切换率一般导致对鼠标运动的变化方向作出快速响应。另一方面，缓慢的转换率一般导致高功率效率。一般地，少于一毫秒的响应时间对于鼠标应用而言足够快了。
根据本发明的一优选实施例，信号电平逻辑电路64和74周期性地或在某些预定条件下重新初始化信号电平寄存器库66和76中的设置值Vmax和Vmin。例如，根据一个实施例，每当光耦合检测电路60导通时，信号电平逻辑电路64和74就重新初始化设置值Vmax和Vmin。根据另一实施例，信号电平逻辑电路64和74每一万个时钟信号周期，就重新初始化设置值Vmax和Vmin。如上面讨论的，根据本发明的一优选实施例，Vmax重新初始化的值低于重新初始化之前的设置值Vmax，以及Vmin重新初始化的值高于重新初始化之前的设置值Vmin。重新初始化设置值Vmax和Vmin使得即使器件参数和电路特性随时间漂移，光耦合检测电路60也能够可靠地检测光耦合状态和去耦状态。
应该注意，紧接着初始化之后，比较器62和72可能生成相对于光耦合状态和去耦状态而言是不正确的数字信号，这是因为由新初始化的最大信号设置值Vmax和最小信号设置值Vmin计算出的参考信号设置值Vref可能在导通状态高于相应的光电晶体管的输出电压电平，或在断开状态低于相应的光电晶体管的输出电压电平。根据本发明的一优选实施例，在每次初始化之后忽略比较器62和72预定数量的时钟信号周期，例如五个周期的输出数字信号，从而避免了可能生成不正确的光耦合检测信号。
光耦合检测电路60具有两个比较器62和72，用于同时处理与一个栅轮相关联的两个通道例如X1和X2、通道Y1和Y2，以及通道Z1和Z2内的信号。这种布置使得即使当用户高速地移动鼠标或旋转跟踪轮时，电路60也能够正确和可靠地检测鼠标运动，而不用增加通道轮换速率。这在多通道和高速光耦合检测应用中是有利的和能量高效的。对于多通道低速光耦合检测来说，具有一个比较器的电路，如图2所示的光耦合检测电路30，由于它的简单，所以是有利的。应该明白，根据本发明，光耦合检测电路不局限于具有一个比较器，类似于如图2所示的电路30，或具有两个比较器，类似于如图4所示的电路60。根据本发明，多通道光耦合检测电路可以具有任意数量的比较器，以及每个比较器可以处理任意数量的通道内的信号。例如，六通道光耦合检测电路可以具有六个比较器以及同时处理所有六个通道内的信号。在这样的电路中，不需要通道轮转。另一方面，六通道光耦合检测电路可以仅包括一个比较器以及具有类似于图2所示的光耦合检测电路30的结构。
到现在应该理解已提供了用于检测光耦合的电路和过程。根据本发明，光耦合检测电路具有可调整的参考电压电平，以检测感光器件的导通状态和断开状态。根据本发明的光耦合检测过程连续和动态地更新分别表示感光器件的导通状态和断开状态的最大电压电平和最小电压电平。已更新的最大电压电平和最小电压电平用于计算参考电压电平。因此，本发明的光耦合检测电路可以提供可靠的参考电压电平，而不管发光功率和感光器件的灵敏度如何变化。所以，不必根据器件的功率和灵敏度来选择和匹配发光器件和感光器件。此外，不必消耗时间调整发光器件与感光器件之间的距离和相对方位。根据本发明，这些优点将极大地降低光耦合检测电路的制造和装配费用。根据本发明的一优选实施例，过程有时例如周期性地或响应预定条件而重新初始化最大电压电平和最小电压电平的设置值。最大电压电平和最小电压电平的重新设置使得即使电路器件的特性发生漂移，光耦合检测电路也能够可靠地检测光耦合状态。根据本发明的光耦合检测电路简单且省电。它可用于检测单通道或多通道光耦合。对于多通道光耦合检测，来自不同通道的信号可以同时处理或顺序地处理。
虽然上面已描述本发明的具体实施例，但是它们的目的不是对本发明的范围加以限制。本发明包括那些对本领域技术人员来说是显而易见的对所述实施例的更改和变化。例如，虽然本说明书将光电晶体管描述为光耦合检测电路中的上拉晶体管，但是它的目的不是对本发明加以限制。根据本发明的实施例，光耦合检测电路具有一个或多个下拉光电晶体管。在该实施例中，低电压信号表示光耦合状态，高电压信号表示光去耦状态。同样地举例来说，光耦合检测电路中的发光器件不局限于是上面所述的光电二极管。根据本发明，其他种类的发光器件可以用于光耦合检测电路。而且，参考信号电平不局限于是最大信号电平和最小信号电平的平均值。根据本发明，参考信号电平的值可以处于清楚而可靠地表示感光器件的导通状态和断开状态的最大信号电平和最小信号电平之间。另外，光耦合检测电路的应用不局限于检测鼠标运动。例如，根据本发明的光耦合检测电路可以用于检测光路上的障碍物。在另一实例中，光耦合检测电路可以用于检测发光器件的导通状态和断开状态。在又一实例中，类似于本说明书中所述的电路但不包括光栅或发光器件的电路可以用于检测环境的照明状况，例如房间内的灯是开的还是关的。
权利要求
1.一种光耦合检测电路，包括第一感光器件，其具有输出端；信号电平寄存器库，其具有存储与所述第一感光器件相关联的第一信号电平的第一寄存器、以及存储与所述第一感光器件相关联的第二信号电平的第二寄存器；比较器，其具有连接到所述第一感光器件的所述输出端的第一输入端、连接到所述信号电平寄存器库的第二输入端、以及输出端，所述比较器将在所述第一输入端的电压电平与所述第一信号电平相比较以生成第一数字信号、将在所述第一输入端的电压电平与所述第二信号电平相比较以生成第二数字信号、以及将在所述第一输入端的电压电平与在所述第一信号电平和所述第二信号电平之间的第三信号电平相比较以生成第三数字信号；以及信号电平逻辑电路，其具有连接到所述比较器的所述输出端的第一接线端、以及连接到所述信号电平寄存器库的第二接线端，所述信号电平逻辑电路用于响应于具有第一逻辑值的所述第一数字信号，增大与所述第一感光器件相关联的所述第一信号电平，以及响应于具有第二逻辑值的所述第二数字信号，减小与所述第一感光器件相关联的所述第二信号电平。
2.根据权利要求1所述的光耦合检测电路，其中，所述比较器的所述第二输入端经由数模转换器连接到所述信号电平寄存器库，所述数模转换器具有连接到所述信号电平寄存器库的输入端、和连接到所述比较器的所述第二输入端的输出端。
3.根据权利要求1所述的光耦合检测电路，还包括第一发光器件，其朝向所述感光器件放置。
4.根据权利要求3所述的光耦合检测电路，还包括第一光栅轮，其位于所述第一发光器件与所述感光器件之间。
5.根据权利要求4所述的光耦合检测电路，还包括多路复用器，其连接于所述第一感光器件与所述比较器的所述第一输入端之间；第二感光器件，其邻近所述第一感光器件，并连接到所述多路复用器；有限状态机，其连接到所述多路复用器、连接到所述信号电平逻辑电路、以及连接到所述信号电平寄存器库，所述有限状态机控制所述多路复用器、所述信号电平逻辑电路、和所述信号电平寄存器库，以顺序地处理与所述第一感光器件和所述第二感光器件相关联的信号。
6.根据权利要求5所述的光耦合检测电路，其中所述信号电平寄存器库还具有分别存储与所述第二感光器件相关联的第一信号电平和第二信号电平的第三寄存器和第四寄存器；所述比较器还将在所述第一输入端的且与所述第二感光器件相关联的电压电平和与所述第二感光器件相关联的所述第一信号电平相比较以生成第四数字信号、将在所述第一输入端的且与所述第二感光器件相关联的电压电平和与所述第二感光器件相关联的所述第二信号电平相比较以生成第五数字信号、以及将在所述第一输入端的且与所述第二感光器件相关联的所述电压电平和在与所述第二感光器件相关联的所述第一信号电平和所述第二信号电平之间的第三信号电平相比较以生成第六数字信号；以及所述信号电平逻辑电路用于响应于具有所述第一逻辑值的所述第四数字信号，增大与所述第二感光器件相关联的所述第一信号电平，以及响应于具有所述第二逻辑值的所述第五数字信号，减小与所述第二感光器件相关联的所述第二信号电平。
7.根据权利要求6所述的光耦合检测电路，还包括第二发光器件；第三感光器件，其与所述第二发光器件相对，并连接到所述多路复用器；第四感光器件，其与所述第二发光器件相对，与所述第三感光器件相邻，并连接到所述多路复用器；第二光栅轮，其位于从所述第二发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；以及其中所述信号电平寄存器库还具有存储与所述第三感光器件相关联的第一信号电平的第五寄存器、存储与所述第三感光器件相关联的第二信号电平的第六寄存器、存储与所述第四感光器件相关联的第一信号电平的第七寄存器、以及存储与所述第四感光器件相关联的第二信号电平的第八寄存器；以及所述有限状态机控制所述多路复用器、所述信号电平逻辑电路、和所述信号电平寄存器库，以顺序地处理与所述第一感光器件、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关联的信号。
8.根据权利要求4所述的光耦合检测电路，还包括第一多路复用器，其连接于所述第一感光器件与所述比较器的所述第一输入端之间；第二感光器件，其与所述第一感光器件相邻；第二发光器件；第三感光器件，其与所述第二发光器件相对，并连接到所述第一多路复用器；第四感光器件，其与所述第二发光器件相对，并与所述第三感光器件相邻；第二光栅轮，其位于从所述第二发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；第二多路复用器，其连接到所述第二感光器件和所述第四感光器件；第二比较器，其具有连接到所述第二多路复用器的第一输入端、第二输入端、以及输出端；第二信号电平逻辑电路，其连接到所述第二比较器的所述输出端；第二信号电平寄存器库，其具有连接到所述第二信号电平逻辑电路的第一端、和连接到所述第二比较器的所述第二输入端的第二端；数字信号输出控制电路模块，其连接到所述比较器的所述输出端、和连接到所述第二比较器的所述输出端；以及有限状态机，其连接到所述第一和第二多路复用器、连接到所述信号电平逻辑电路和所述第二信号电平逻辑电路、以及连接到所述信号电平寄存器库和所述第二信号电平寄存器库，所述有限状态机在同时处理与所述第一和第二感光器件相关联的信号的第一状态和同时处理与所述第三和第四感光器件相关联的信号的第二状态之间轮转。
9.根据权利要求8所述的光耦合检测电路，还包括滚球，机械连接到所述第一光栅轮和所述第二光栅轮，其中所述第一光栅轮和所述第二光栅轮基本上相互垂直。
10.根据权利要求9所述的光耦合检测电路，其中响应于计算机指示器件在表面上移动，所述滚球滚动；响应于所述滚球沿第一维滚动，所述第一光栅轮转动，以及响应于所述滚球沿基本上垂直于所述第一维的第二维滚动，所述第二光栅轮转动；以及响应于所述第一光栅轮和所述第二光栅轮转动，所述数字信号输出控制电路模块处理所述比较器和所述第二比较器的数字信号输出，以生成用于移动在计算机显示器上的光标的控制信号。
11.一种计算机指示器件，包括滚球，其响应于所述器件在表面上移动而滚动；第一光电二极管，其被连接用于发射光束；第一对光电晶体管，其彼此相邻，用于接收所述第一光电二极管的所述光束；第一光栅轮，其机械连接到所述滚球，并位于所述第一光电二极管与所述第一对光电晶体管之间的光路上；第二光电二极管，其被连接用于发射光束；第二对光电晶体管，其彼此相邻，用于接收所述第二光电二极管的所述光束；第二光栅轮，其机械连接到所述滚球、基本上垂直于所述第一光栅轮，并位于所述第二光电二极管与所述第二对光电晶体管之间的光路上；感光电路，其连接到所述第一和第二对光电晶体管，并包括至少一个信号电平寄存器库，其存储用于所述第一和第二对光电晶体管中的每个光电晶体管的最大信号电平和最小信号电平；至少一个比较器，其具有连接到所述第一和第二对光电晶体管的第一输入端、连接到所述至少一个信号电平寄存器库的第二输入端、以及输出端；以及至少一个信号电平逻辑电路，其连接到所述至少一个比较器以及连接到所述至少一个信号电平寄存器库，所述至少一个信号电平逻辑电路控制所述至少一个信号电平寄存器库，以更新所述最大信号电平和所述最小信号电平、以及计算参考信号电平为相应的光电晶体管的所述最大信号电平和最小信号电平的平均值；以及输出控制电路模块，其连接到所述感光电路中所述至少一个比较器的所述输出端，处理所述至少一个比较器的数字输出信号，以生成用于控制计算机显示器上的光标的数字信号。
12.根据权利要求11所述的计算机指示器件，所述感光电路还包括至少一个多路复用器，其连接到所述第一和第二对光电晶体管；以及有限状态机，其连接到所述至少一个多路复用器、所述至少一个信号电平寄存器库、以及所述至少一个信号电平逻辑电路，所述有限状态机顺序地将所述至少一个多路复用器、所述至少一个信号电平寄存器库、以及所述至少一个信号电平逻辑电路置于处理来自所述第一和第二对光电晶体管中的不同光电晶体管的信号的不同状态。
13.根据权利要求12所述的计算机指示器件，其中所述至少一个多路复用器包括一个连接到所述第一和第二对光电晶体管的多路复用器；所述至少一个信号电平寄存器库包括一个信号电平寄存器库，其具有至少八个存储对应于所述第一和第二对光电晶体管中四个光电晶体管的所述最大信号电平和最小信号电平的寄存器；所述至少一个比较器包括一个比较器，其具有连接到所述一个多路复用器的第一输入端、连接到所述一个信号电平寄存器库的第二输入端、以及输出端；所述至少一个信号电平逻辑电路包括一个信号电平逻辑电路，其连接到所述一个比较器的所述输出端、和连接到所述一个信号电平寄存器库；以及所述有限状态机顺序地将所述一个多路复用器、所述一个信号电平寄存器库、以及所述一个信号电平逻辑电路置于处理与所述第一对光电晶体管中第一光电晶体管相关联的信号的第一状态、置于处理与所述第一对光电晶体管中第二光电晶体管相关联的信号的第二状态、置于处理与所述第二对光电晶体管中第一光电晶体管相关联的信号的第三状态、以及置于处理与所述第二对光电晶体管中第二光电晶体管相关联的信号的第四状态。
14.根据权利要求12所述的计算机指示器件，其中所述至少一个多路复用器包括第一多路复用器，其连接到所述第一对光电晶体管中第一光电晶体管、和连接到所述第二对光电晶体管中第一光电晶体管；以及第二多路复用器，其连接到所述第一对光电晶体管中第二光电晶体管、和连接到所述第二对光电晶体管中第二光电晶体管；所述至少一个信号电平寄存器库包括第一信号电平寄存器库，其具有至少六个存储对应于所述第一和第二对光电晶体管中所述第一光电晶体管的最大、最小、和参考信号电平的寄存器；以及第二信号电平寄存器库，其具有至少六个存储对应于所述第一和第二对光电晶体管中所述第二光电晶体管的最大、最小、和参考信号电平的寄存器；所述至少一个比较器包括第一比较器，其具有连接到所述第一多路复用器的第一输入端、连接到所述第一信号电平寄存器库的第二输入端、以及输出端；以及第二比较器，其具有连接到所述第二多路复用器的第一输入端、连接到所述第二信号电平寄存器库的第二输入端、以及输出端；所述至少一个信号电平逻辑电路包括第一信号电平逻辑电路，其连接到所述第一比较器的所述输出端、和连接到所述第一信号电平寄存器库；以及第二信号电平逻辑电路，其连接到所述第二比较器的所述输出端、和连接到所述第二信号电平寄存器库；以及所述有限状态机顺序地将所述第一和第二多路复用器、所述第一和第二信号电平寄存器库、以及所述第一和第二信号电平逻辑电路置于同时处理与所述第一对光电晶体管中所述第一和第二光电晶体管相关联的信号的第一状态、以及置于同时处理与所述第二对光电晶体管中所述第一和第二光电晶体管相关联的信号的第二状态。
15.根据权利要求14所述的计算机指示器件，还包括第三光电二极管，其被连接用于发射光束；第三对光电晶体管，其彼此相邻，用于接收所述第三光电二极管的光束；跟踪轮、和第三光栅轮，所述第三光栅轮位于所述第三光电二极管与所述第三对光电晶体管之间的光路上，并机械连接到所述跟踪轮；以及其中所述第一和第二多路复用器还分别连接到所述第三对光电晶体管中第一和第二光电晶体管；所述第一信号电平寄存器库具有至少九个存储对应于所述第一、第二、和第三对光电晶体管中所述第一光电晶体管的最大、最小、和参考信号电平的寄存器；所述第二信号电平寄存器库具有至少九个存储对应于所述第一、第二、和第三对光电晶体管中所述第二光电晶体管的最大、最小、和参考信号电平的寄存器；以及所述有限状态机顺序地将所述第一和第二多路复用器、所述第一和第二信号电平寄存器库、以及所述第一和第二信号电平逻辑电路置于同时处理与所述第一对光电晶体管中所述第一和第二光电晶体管相关联的信号的第一状态、置于同时处理与所述第二对光电晶体管中所述第一和第二光电晶体管相关联的信号的第二状态、以及置于同时处理与所述第三对光电晶体管中所述第一和第二光电晶体管相关联的信号的第三状态。
16.一种光耦合检测过程，所述光耦合检测过程包括以下步骤存储第一信号电平和第二信号电平；生成第三信号电平，其值处于所述第一信号电平和所述第二信号电平之间；将来自第一感光器件的电压信号与第一、第二、和第三信号电平相比较；响应于来自所述第一感光器件的所述电压信号高于所述第一信号电平，增大所述第一信号电平；响应于来自所述第一感光器件的所述电压信号低于所述第二信号电平，减小所述第二信号电平；响应于来自所述第一感光器件的所述电压信号高于所述第三信号电平，生成具有第一逻辑值的第一数字输出信号，以及响应于来自所述第一感光器件的所述电压信号低于所述第三信号电平，生成具有第二逻辑值的第一数字输出信号；以及重新生成所述第三信号电平，其值处于所述第一信号电平和所述第二信号电平之间。
17.根据权利要求16所述的光耦合检测过程，其中所述生成第一数字输出信号的步骤包括响应于来自所述第一感光器件的所述电压信号高于所述第三信号电平，表示光耦合状态，以及响应于来自所述第一感光器件的所述电压信号低于所述第三信号电平，表示光去耦状态。
18.根据权利要求16所述的光耦合检测过程，还包括以下步骤将所述第一信号电平重新初始化为较低值；以及将所述第二信号电平重新初始化为较高值。
19.根据权利要求16所述的光耦合检测过程，还包括以下步骤创建第一光路，其从第一发光器件到彼此相邻的所述第一感光器件和第二感光器件；将第一栅轮置于第一光路上；存储第四信号电平和第五信号电平；生成第六信号电平，其等于所述第四信号电平和所述第五信号电平的平均值；将来自所述第二感光器件的电压信号与所述第四、第五、和第六信号电平相比较；响应于来自所述第二感光器件的所述电压信号高于所述第四信号电平，增大所述第四信号电平；响应于来自所述第二感光器件的所述电压信号低于所述第五信号电平，减小所述第五信号电平；响应于来自所述第二感光器件的所述电压信号高于所述第六信号电平，生成具有所述第一逻辑值的第二数字输出信号，以及响应于来自所述第二感光器件的所述电压信号低于所述第六信号电平，生成具有所述第二逻辑值的第二数字输出信号；重新生成所述第六信号电平，其等于所述第四信号电平和所述第五信号电平的平均值；以及通过处理所述第一数和第二数字输出信号，生成表示所述第一栅轮的转动的第一转动信号。
20.根据权利要求19所述的光耦合检测过程，还包括以下步骤创建第二光路，其从第二发光器件到彼此相邻的第三感光器件和第四感光器件；将第二栅轮置于第二光路上、且基本上垂直于所述第一栅轮；将所述第一栅轮和所述第二栅轮机械连接到计算机指示器件中的滚球；存储第七信号电平和第八信号电平；生成第九信号电平，其等于所述第七信号电平和所述第八信号电平的平均值；存储第十信号电平和第十一信号电平；生成第十二信号电平，其等于所述第十信号电平和所述第十一信号电平的平均值；将来自所述第三感光器件的电压信号与所述第七、第八、和第九信号电平相比较；响应于来自所述第三感光器件的所述电压信号高于所述第七信号电平，使所述第七信号电平增大预定值；响应于来自所述第三感光器件的所述电压信号低于所述第八信号电平，使所述第八信号电平减小预定值；响应于来自所述第三感光器件的所述电压信号高于所述第九信号电平，生成具有所述第一逻辑值的第三数字输出信号，以及响应于来自所述第三感光器件的所述电压信号低于所述第九信号电平，生成具有所述第二逻辑值的第三数字输出信号；重新生成所述第九信号电平，其等于所述第七信号电平和所述第八信号电平的平均值；将来自所述第四感光器件的电压信号与所述第十、第十一、和第十二信号电平比较；响应于来自所述第四感光器件的所述电压信号高于所述第十信号电平，使所述第十信号电平增大预定值；响应于来自所述第四感光器件的所述电压信号低于所述第十一信号电平，使所述第十一信号电平减小预定值；响应于来自所述第四感光器件的所述电压信号高于所述第十二信号电平，生成具有所述第一逻辑值的第四数字输出信号，以及响应于来自所述第四感光器件的所述电压信号低于所述第十二信号电平，生成具有所述第二逻辑值的第四数字输出信号；重新生成所述第十二信号电平，其等于所述第十信号电平和所述第十一信号电平的平均值；通过处理所述第三和第四数字输出信号，生成表示所述第二栅轮的转动的第二转动信号；以及通过结合所述第一和第二数字转动信号，生成表示所述计算机指示器件在表面上移动的数字滚动信号。
全文摘要
本发明公开了一种计算机鼠标内的光耦合信号检测电路(30)，其包括比较器(32)、信号电平逻辑电路(34)、以及信号电平寄存器库(36)。比较器(32)将光电晶体管电压信号与参考信号相比较，以生成表示鼠标的运动的数字信号。比较器(32)还将光电晶体管电压信号与信号电平寄存器库(36)内存储的相应的最大信号和最小信号相比较。如果电压信号超出该范围，则信号电平逻辑电路(34)调整相应的最大信号电平或最小信号电平。那么，相应的参考信号电平被更新和计算为最大信号电平和最小信号电平的平均值。具有光耦合检测信号电路(30)的鼠标可以高度可靠地操作而无须匹配的光电二极管和光电晶体管。
文档编号G06F3/033GK101019093SQ200580013931
公开日2007年8月15日 申请日期2005年9月27日 优先权日2005年9月27日
发明者马青江, 梁少峰, 李碧洲, 欧召辉 申请人:埃派克森微电子有限公司