一种热插拔轴座接触退化逐键预警的键盘的制作方法

本发明涉及键盘输入装置和低电阻测量，具体涉及一种能够在正常按键使用过程中区分轴体内部触点电阻与热插拔轴座界面接触电阻，并按键位给出接触退化预警的键盘。

背景技术：

1、热插拔机械键盘允许用户不经过焊接直接更换轴体。轴体的两根金属插脚插入轴座后，由轴座内的弹片夹持并形成电连接。反复插拔、插脚镀层磨损、灰尘进入以及弹片应力松弛都会使接触斑点的数量和位置发生变化。接触状态退化的早期阶段，按键通常仍能被扫描电路识别，只在按压方向、温度或振动条件改变时偶发漏报。待故障表现为连续断键时，轴座往往已经需要更换。

2、已有键盘检测设备可在生产或维修工位向按键触点施加恒定电流，通过压降判断按键是否开路、短路或接触不良；也有设备采用四线测量减小测试引线电阻带来的误差。这类设备测到的是从键盘接口看进去的整段闭合通路。对于热插拔键盘，该通路至少串联第一处轴座—插脚界面、轴体内部的固定触片和动触片、第二处插脚—轴座界面。轴体内部触点的弹跳、按压力变化或触点污染同样会改变压降。仅凭整段电阻上升，不能判断需要维护的是轴体还是焊接在电路板上的轴座。

3、另一类结构方案在轴座端子上增加弹片或接触点，以提高夹持力并降低初始接触电阻。多个接触点通常属于同一金属端子，电气上等电位。该结构可以延缓接触不良，但不能在使用中给出哪一个键位的轴座已经开始退化。若直接在行列扫描线上增加模数采样，扫描开关导通电阻、供电变化以及同一轴体内部触点的变化仍会耦合至测量结果。

4、在实际维护中，轴体更换容易，轴座返修则需要拆开键盘并进行焊接。若不能在失灵前把退化归因到轴座，用户可能反复换轴仍未排除故障，也可能把一次触点弹跳误作轴座损坏。

5、因此，热插拔键盘的闭合回路中多处接触电阻串联、普通压降测量不能把退化归因到轴座界面的问题，是急需解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对热插拔键盘的闭合回路中多处接触电阻串联、普通压降测量不能把退化归因到轴座界面的问题，本发明提供一种热插拔轴座接触退化逐键预警的键盘。

2、该键盘包括电路板、键盘控制器、测量切换电路和多个按键单元。每个按键单元包括可拆卸轴体以及与可拆卸轴体的两根插脚插接的轴座。所述轴座的两个插接位分别设置负载触片和感测触片。同一插接位内的负载触片与感测触片接触同一根插脚，但二者在轴座内和电路板上保持电绝缘。负载触片接入按键扫描回路，承担按键扫描电流和诊断电流；感测触片接入差分采样回路，采样期间流过感测触片的电流不大于诊断电流的千分之一。

3、当某一按键闭合并越过消抖区间后，键盘控制器在按键释放前选取触点稳定时段。测量切换电路在该时段把诊断电流接到该按键的两个负载触片，诊断电流依次流过一侧负载触片与插脚的接触界面、轴体内部闭合通路以及另一侧插脚与负载触片的接触界面。差分采样回路取得两个负载触片电路侧节点之间的第一压降，同时经两个感测触片取得两根插脚之间的第二压降。

4、由于感测支路的输入电流远小于诊断电流，感测触片与插脚之间即使存在接触电阻，其压降相对于诊断电流通路仍可忽略。第一压降包含两处负载界面压降和轴体内部通路压降，第二压降主要对应轴体内部通路压降。在同一按键闭合事件中以第一压降减去第二压降，再结合诊断电流，可得到对应键位的轴座界面电阻量。该量指两个负载触片与对应插脚之间接触电阻的合成量，不把两处界面强行拆成单端结果。

5、键盘控制器按键位保存轴座界面电阻量的基准量和事件样本。一次按键闭合事件内的多个采样值只形成一个事件样本，且只有在压降波动未超出稳定限、按键未提前释放时才纳入趋势判断。控制器把分属多个按键闭合事件的事件样本与对应按键的基准量比较，在增量持续满足退化判据时，控制对应键位的提示单元输出预警。

6、在一种实现方式中，负载触片和感测触片由两片分开的弹性金属片构成，分别从轴座底部引出独立焊接端。两片金属片在插脚周向的不同位置与插脚抵接，二者之间设绝缘肋。这样的布置既避免感测支路分担诊断电流，也给两片触片各自保留弹性位移空间。

7、在一种实现方式中，键盘控制器在同一触点稳定时段内先后施加方向相反的诊断电流。每个方向均取得第一压降和第二压降，并按电流方向统一压降符号。两个方向所得轴座界面电阻量取平均，可削弱放大器失调电压、热电势和模数转换零点偏移的影响。

8、在一种实现方式中，触点稳定时段位于消抖确认之后、按键释放之前。控制器在该时段取得多组压降。当第一压降或第二压降的极差超出稳定限，或者按键在采样结束前释放时，本次闭合事件不产生事件样本；其余情况下，以多组轴座界面电阻量的中位数作为该事件的代表值。

9、在一种实现方式中，电路板设置校准电阻和温度检测元件。测量切换电路按测量轮次把诊断电流切换到校准电阻，控制器据此修正电流源幅值。温度检测元件给出按键所在区域的板温，控制器将事件样本换算到基准温度后再与基准量比较。

10、在一种实现方式中，控制器检测到轴体由断开转为插入，或者收到更换轴体后的维护复位指令时，把对应键位置为待建基准状态。待积累到预定数量的合格事件样本后，以稳健统计值形成基准量。预警输出后，基准量保持不变，避免退化值被缓慢吸收到基准中而使预警自行消失。

11、在一种实现方式中，退化判据分为观察判据和维护判据。观察判据使用较低的增量阈值和较长的事件观察窗，提示轴座接触已偏离装配后的状态；维护判据使用较高的增量阈值，在较少事件内确认接触已接近漏报风险。逐键发光器件可以与键盘原有背光复用，以不同的闪烁时序区分两个级别。

12、所述提示单元复用逐键背光器件，是指由键盘控制器在预警时调用目标键位已有的背光发光器件，不另设占用键盘表面的警示灯；正常背光显示和预警闪烁通过不同时序区分。

13、在一种实现方式中，测量切换电路还具有感测支路自检状态。在该状态下，诊断电流与两个负载触片断开，限流支路向感测触片提供较小的自检电流。若自检响应不在通路范围内，控制器记录感测支路故障，不更新轴座界面电阻量。这样可避免把感测触片开路或模拟开关故障误写入轴座退化记录。

14、在一种实现方式中，一次诊断在下一行扫描激励到来前结束。若稳定时段内有其他按键新闭合，控制器暂停当前诊断并继续正常扫描上报。诊断调度只占用已有按键闭合后的短时空隙，不改变按键码的产生条件。

15、在一种实现方式中，控制器按键位保存基准量、最近若干事件样本和预警级别。维护报告经键盘通信接口输出，至少包括键位坐标、相对于基准量的增量和预警级别。键盘仍可按普通输入设备使用，维护报告通过独立查询命令读取。

16、本发明把同一按键闭合事件中的轴体内部通路压降作为当次实测公共项，而不是把轴体电阻视为固定值。该公共项从包含轴座界面的第一压降中被扣除后，按压力和轴体内部触点状态对结果的影响减小，轴座预警的对象较为明确。

17、趋势判断以按键闭合事件为计数单位，而不是以模数转换采样点为计数单位。一次按压期间的多个相关尖峰只可能影响一个事件样本，且不稳定事件会被舍弃。由此能够在保留早期退化敏感性的同时，减少触点弹跳造成的连续误计数。

18、逐键基准、基准冻结和位置提示使维护结果与实际轴座一一对应。对于只需更换轴体的故障，第一压降和第二压降会发生相近变化，差量不必然上升；对于轴座负载界面逐渐恶化的键位，差量跨独立事件积累，提示单元指向该键位。维护人员不必逐个拆焊排查。