專利名稱：光鼠標的單集成電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及光鼠標的單集成電路，并且特別涉及這樣的光鼠標的單集成電路，其中對圖像傳感器、模擬到數(shù)字轉換器、用于對轉換器輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)進行處理的數(shù)字信號處理器、個人計算機接口等進行集成，從而以硬件方式自動選擇作為個人計算機接口類型的通用串行總線和IBM個人系統(tǒng)/2中的一個。
背景技術：
最近，用于光鼠標的集成電路包括兩個集成電路。圖1示出了傳統(tǒng)的光鼠標集成電路。參照圖1，第一集成電路包括通過根據(jù)表面反射的光量的反應來識別光鼠標之下的表面的光和陰影的圖像像素陣列2、模擬到數(shù)字轉換器(ADC)，它接收來自圖像像素陣列2的模擬信號并且將圖像像素陣列2的圖像像素的模擬數(shù)據(jù)轉換成為數(shù)字數(shù)據(jù)、運動向量單元，它將從模擬到數(shù)字轉換器輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)進行轉換，并且采用在幀數(shù)據(jù)之間的相互關系來計算運動向量、以及正交生成器(quadrature generator)，它為運動向量單元的運動距離產(chǎn)生并且輸出接口格式信號XA、XB、YA、YB。
第二集成電路10包括通用主控制單元(MCU)和用于MCU操作的軟件程序。兩個集成電路1和10通過接口格式信號XA、XB、YA、YB彼此連接，這些信號是矩形信號，所以光鼠標的運動數(shù)據(jù)被從第一集成電路傳送到第二集成電路。此時，X軸方向上的運動數(shù)據(jù)通過接口格式信號XA和XB發(fā)送，并且Y軸方向上的運動數(shù)據(jù)通過接口格式信號YA和YB發(fā)送。此外，在光鼠標的制造過程中，在第二集成電路10中嵌入軟件程序的過程是必要的。此外，在軟件程序中，需要用于解釋接口格式信號XA、XB、YA、YB信號的模塊。
第二集成電路10包括通用串行總線(USB)串行接口引擎(SIE)、PORT0和PORT1、定時器、時鐘振蕩器、只讀存儲器(ROM)和隨機存儲器(RAM)。USB SIE產(chǎn)生用于USB接口需要的信號。PORT0和PORT1是功能被軟件程序限定的端口，因為使用了MCU。定時器使得軟件程序檢查預定的時間。時鐘振蕩器被連接到外部晶體并且用晶體產(chǎn)生主時鐘。ROM和RAM存儲軟件程序和必要的數(shù)據(jù)。
在光鼠標和個人計算機(PC)之間設計了接口以便以軟件的方式對應于USB和IBM個人計算機系統(tǒng)/2(PS/2)。這兩個集成電路都被應用到了光鼠標中。
如上所述，在應用了兩個集成電路的光鼠標中，設計了第二集成電路，以便以軟件的形式選擇USB接口和PS/2接口中的一個來與PC接口。
因此，傳統(tǒng)的用于光鼠標的集成電路的問題在于，在光鼠標的制造過程中，進行在第二集成電路中嵌入軟件程序的過程是很重要的，并且因此提高了光鼠標的制造成本。此外，用于光鼠標的傳統(tǒng)的集成電路的問題還在于，使用了兩個集成電路，并且復雜化了印刷電路板(PCB)的圖形。此外，傳統(tǒng)的用于光鼠標的集成電路的問題在于，光鼠標的兩個集成電路適當?shù)乇舜私涌冢⑶矣捎谠诠馐髽说闹圃熘行枰獌蓚€集成電路，所以消耗了兩個集成電路。

發(fā)明內容
因此，鑒于上述的現(xiàn)有技術中的問題，提出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種用于光鼠標的單集成電路，其中將應用到光鼠標的兩個集成電路集成為一個單集成電路，并且以硬件的形式自動地選擇USB接口和PS/2接口中的一個，從而降低了光鼠標的制造成本，而且提高了光鼠標的功能。
為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提供了一種單集成電路，用于光鼠標。包括圖像像素陣列，用于通過根據(jù)表面反射的光量的反應來識別光鼠標之下的表面的光和陰影；模擬-到-數(shù)字轉換器，它從圖像像素陣列接收模擬信號并且將圖像像素陣列的圖像像素的模擬數(shù)據(jù)轉換成為數(shù)字數(shù)據(jù)；運動向量計算單元，它將從模擬-到-數(shù)字轉換器輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成為一位數(shù)據(jù)，并且計算運動向量；運動向量處理單元，用于累積運動向量計算單元計算出的運動向量，校正運動向量的誤差，并且累積光鼠標的運動距離；定時信號發(fā)生器，用于根據(jù)集成電路的操作狀態(tài)(來基于操作狀態(tài)和時間控制元件的操作)產(chǎn)生控制信號(激活或者阻止集成電路的一些元件)來控制集成電路的整個操作以及控制信號；接口，被設計用來將運動向量處理單元處理的值發(fā)送到個人計算機；以及收發(fā)器，用于激活接口中的USB或者IBM PS/2中的一個。
在本發(fā)明中，包括在傳統(tǒng)的光鼠標中的兩個集成電路被集成到單集成電路中。因此，在傳統(tǒng)的光鼠標中包括的第二集成電路中的與PC通信的MCU可以被取消，并且由于在集成電路中包括了硬件邏輯，而使得不再需要進行下載軟件程序的操作，并且PCB的圖形尺寸分別地變得小和簡單了。


本發(fā)明的上述的目的、特點和其他的優(yōu)點將通過下面結合附圖的說明而變得更加明了，其中圖1示出了傳統(tǒng)的用于光鼠標的集成電路的框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于光鼠標的單集成電路的框圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明通過光鼠標的圖像像素陣列獲得的光鼠標之下的表面的一個圖像；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的用于光鼠標的單集成電路的收發(fā)器的接口選擇部分的硬件結構圖；
圖5示出了在USB接口模式中的接口信號的定時程序的示例；圖6示出了在PS/2接口模式中的接口信號的定時程序的示例；圖7和8示出了根據(jù)本發(fā)明的用于處理圖像數(shù)據(jù)的方法的示例；圖9示出了本發(fā)明的光鼠標的圖像像素陣列的平面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖，其中在不同的圖中相同的參考編號用于表示相同或者相近似的元件。
下面，本發(fā)明的優(yōu)選實施例將結合附圖來具體詳細地說明。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于光鼠標的單集成電路的框圖。
圖像像素陣列20被用來通過根據(jù)表面反射的光量的反應來識別光鼠標之下的表面的光和陰影。
圖像像素陣列20被構造為以便存儲在圖像像素陣列的電荷隨著光鼠標之下的表面反射的光的量和亮度而變化。因此，像素接收預定時間的光量，并且在像素中保留的電荷被檢測。之后，檢測到的電荷數(shù)量被通過模擬到數(shù)字轉換器(ADC)22轉換成為數(shù)字數(shù)據(jù)。此時，圖像像素陣列20的大小是18×18像素，即324像素，像素的每一個的尺寸是53μm×53μm，而且間隔為10μm。因此，圖像像素陣列20可以面對其下的大約1100μm×1100μm的區(qū)域。盡管上述的圖像像素陣列20的像素的尺寸是一個例子，但是圖像像素陣列20的像素的尺寸可以實現(xiàn)為其他的尺寸。
模擬到數(shù)字轉換器22被用于從圖像像素陣列20接收模擬信號并且將圖像像素的模擬數(shù)據(jù)轉換成為數(shù)字數(shù)據(jù)。模擬到數(shù)字轉換器22包括重置發(fā)生器“RESETGEN”，它產(chǎn)生集成電路的重置信號；帶間隙基準器(band gap reference)“bgref”，產(chǎn)生基準電壓；以及時鐘驅動器“clock_drvl”，將外部晶體的輸出信號放大并且將該放大的輸出信號提供到集成電路，并且因此將像素上的模擬數(shù)據(jù)轉換成為數(shù)字數(shù)據(jù)，例如，四位數(shù)字數(shù)據(jù)。
如上所述，對應于像素的數(shù)字數(shù)據(jù)應該被獲得，以便計算光鼠標的移動距離，所以需要模擬到數(shù)字轉換器22來將像素的電荷轉換成為數(shù)字數(shù)據(jù)。圖3中示出了以上述的方式獲得的一個圖像的例子。圖3是根據(jù)本發(fā)明通過光鼠標的圖像像素陣列20獲得的光鼠標之下的表面的一個圖像。
運動向量計算單元24存儲當前輸入到其中的像素數(shù)據(jù)，例如在線緩沖器(line buffer)中的四位數(shù)據(jù)，它是存儲像素數(shù)據(jù)的緩沖器序列，并且運動向量計算單元24通過將存儲在線緩沖器中的像素數(shù)據(jù)與接下來輸入到線緩沖器中的像素數(shù)據(jù)進行比較，并且檢測例如18×18像素之外的具有在當前像素數(shù)據(jù)和下一個像素數(shù)據(jù)之間的最小差異的坐標，來計算移動距離。如果輸入到緩沖器線的像素數(shù)據(jù)的位數(shù)是四，線緩沖器的大小是4位×18×18，即1296位，所以圖像像素陣列20占據(jù)了用于光鼠標的實際的集成電路的較大的面積。因此，集成電路的面積是直接與集成電路的價格相關的，所以，應該進行減小集成電路的面積的任務。
運動向量計算單元24用于減少線緩沖器的尺寸，通過采用在將要轉換的數(shù)據(jù)和周圍像素數(shù)據(jù)之間的相互關系來將輸入到線緩沖器的四位數(shù)據(jù)轉換成為一位數(shù)據(jù)；并且用于采用大小為18×18像素的幀數(shù)據(jù)之間的相互關系來計算光鼠標的移動距離和方向(運動向量)。之后，運動向量計算單元24將計算出的數(shù)據(jù)，即，運動向量，連同在18×18像素的每一幀產(chǎn)生的幀同步信號“sync”和用于同步像素數(shù)據(jù)的運動向量激活信號“mven”一起發(fā)送到運動向量處理單元25，以便同步計算的數(shù)據(jù)，即，運動向量。
運動向量處理單元25采用計算的運動向量，為PC要求的預定的時間來累積光鼠標的移動距離，并且將計算的移動距離發(fā)送到USB接口或者PS/2接口。此時，運動向量計算單元24可能獲得錯誤的運動向量，因為像素數(shù)據(jù)隨著光鼠標之下的表面的狀態(tài)而改變，所以需要運動向量處理單元25來執(zhí)行檢測和消除運動向量的錯誤值的任務。為此，如果運動向量的值在運動向量處理單元25為預定的時間計算運動向量的同時是不正常的，則運動向量處理單元25不計算運動向量。例如，這種不正確的情況是當運動向量的值的符號是連續(xù)的正、正、負、正和正的情況。其原因在于，當鼠標正常運動的時候不能夠真正地獲得負的符號。
定時信號發(fā)生器TGEN26產(chǎn)生控制信號來控制集成電路的整個操作，并且提供操作信號以對應集成電路的操作狀態(tài)。該控制信號激活或者禁止集成電路的一些元件，并且操作信號基于操作狀態(tài)和時間來控制元件的操作。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，讀出一個18×18像素的圖像所需要的時間被設定為1/1700秒，即，大約588μs。因此，移動像素的數(shù)量是使用在每588μs中獲得的圖像數(shù)據(jù)計算出來的?？傊?，可以確定，用戶不能夠在一秒中操作光鼠標移動多于35cm的距離。
因此，參照光鼠標的一般標準，光鼠標的最大速度被控制在14inch/sec，即，大約35cm/sec。當在t＝0的時候，具有18×18像素的圖像與在時間間隔中輸入的圖像相比，可以獲得具有最小的兩個圖像之間的差的位置的坐標值。坐標值可以單獨地在X軸和Y軸計算，所以只要獲得了一個圖像，就計算X軸和Y軸的值，并且積累預定的時間。在輸入的坐標值積累預定的時間之后，積累的坐標值在PC要求的時間被發(fā)送到PC。
USB28和PS/2 30中的一個從將被激活的收發(fā)器32接收激活信號，處理在運動向量處理單元25中計算的值，以便服從于接口格式，并且將處理的值發(fā)送到PC。
收發(fā)器32是一個模塊，用來把將要發(fā)送到PC的數(shù)據(jù)根據(jù)USB28的電特性來進行轉換，確定選擇USB28和PS/2中的哪一個，并且隨后激活它們中的一個。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的用于光鼠標的單集成電路的收發(fā)器的接口選擇部分的硬件結構圖。如圖所示，有兩個USB接口模式中的接口信號D+和D-，以及兩個在PS/2接口模式中的接口信號Data和Clock。在本發(fā)明的單集成電路中，兩種類型的接口中的每一個都具有兩個引腳PIN，D+和Clock信號使用相同的引腳PIN，并且D-和Data信號使用另一個相同的引腳PIN。即，根據(jù)接口的模式，D+和D-信號或者Clock和Data信號分別使用兩個引腳PIN。兩個引腳PIN的結構如圖4所示。兩個引腳PIN的功能被改變以根據(jù)PC中使用的接口模式輸出D+和D-信號或者Clock和Data。
有必要在開始的階段就確定接口模式，以便確定連接到光鼠標的PC是否使用USB或者PS/2接口模式。當最初施加了電能后，在USB接口模式的情況下D+和D-信號是LOW。因此，如果D+和D-信號在預定的時間，例如，100ms之后是LOW，則收發(fā)器32將信號狀態(tài)檢測為LOW，并且將接口模式識別為USB接口模式。之后，收發(fā)器32激活上拉電阻控制信號“pct 2”，以控制連接到D-信號線的上拉電阻來上拉D-信號，以便執(zhí)行USB接口操作。
當在PS/2接口模式的情況下，上拉電阻基本被設計為連接到Clock和Data信號線。因此，在開始提供電能之后，Clock和Data這兩個信號是HIGH或者Data信號是HIGH。如果Clock和Data信號在預定的時間，例如，100ms之后是HIGH或者Data信號是HIGH，則收發(fā)器32將信號狀態(tài)檢測為HIGH，并且將接口模式識別為PS/2接口模式。
圖5示出了在USB接口模式中的接口信號的定時程序的示例。在重置信號RESET被產(chǎn)生之后，在100ms時檢測D+和D-信號的狀態(tài)。如果D+和D-信號的狀態(tài)被確定為LOW，則用于控制連接到D-信號線的上拉電阻的上拉電阻控制信號在0.5ms之后被激活以便D-信號是HIGH。結果，USB接口模式被因此操作了。反之，則用于控制連接到D-信號線的上拉電阻的上拉電阻控制信號被禁止。
圖6示出了在PS/2接口模式中的接口信號的定時程序的示例。在重置信號RESET被產(chǎn)生之后，在100ms時檢測Clock和Data信號的狀態(tài)。如果Clock和Data信號的狀態(tài)被確定為HIGH，則用于控制連接到Data信號線的上拉電阻的上拉電阻控制信號被激活，并且在0.5ms之后用于控制連接到Clock信號線的上拉電阻的上拉電阻控制信號被激活以便兩個信號被上拉。結果，PS/2接口模式被因此操作了。
此外，在本發(fā)明中，為了減少集成電路的面積，像素數(shù)據(jù)被轉換了，以便減少與集成電路的其他元件相比占了較大面積的線緩沖器的尺寸。優(yōu)選地，在減小像素數(shù)據(jù)的同時，保持在每個預定的時間輸入的圖像的特性。有各種減小像素數(shù)據(jù)的方法，并且它們可以隨著圖像像素陣列20的特性的變化而變化，圖7和8中示出了例子。
圖7和8示出了根據(jù)本發(fā)明的用于處理圖像數(shù)據(jù)的方法的示例。如圖7所示，對之前的四個像素的平均值“a”和當前像素的值“b”進行比較，如果當前像素的值“b”大于之前的四個像素的平均值“a”，則將當前像素的值“b”識別為“1”，并存儲在寄存器中；否則，如果當前像素的值“b”等于或者小于之前的四個像素的平均值“a”，則將當前像素的值“b”識別為“0”。
在圖8中，對之前的三個像素的平均值“c”和當前像素的值“d”進行比較，如果當前像素的值“d”大于之前的三個像素的平均值“c”，則將當前像素的值“d”識別為“1”，并存儲在寄存器中；否則，如果當前像素的值“d”等于或者小于之前的三個像素的平均值“c”，則將當前像素的值“d”識別為“0”。
盡管在圖7和8中示出了減小像素數(shù)據(jù)的簡單的例子，但是可以實施除了上述的例子之外的各種例子，但是這里就不說明了。如果采用上述的方法對18×18像素進行計算，則需要數(shù)量為18×18的寄存器，所以與使用四位像素數(shù)據(jù)的情況相比，寄存器的數(shù)量可以被減少。
因此，在本發(fā)明中，寄存器的數(shù)量可以從1296減少到324。在像素數(shù)據(jù)的計算完成之后，具有18×18像素的圖像像素陣列可以被表示為如圖9所示。
在圖9中，“e”部分被設定為1或者0，因為它不具有計算的基礎，并且圖像像素陣列的剩余部分“f”在比較結果的基礎上被設定為1或者0。
如上所述，在本發(fā)明中，兩個在傳統(tǒng)的光鼠標中安裝的集成電路被集成為了一個集成電路。因此，硬件邏輯被包括在了單集成電路中以便選擇與PC的接口，而不使用將光鼠標與PC接口所需要的具有MCU的第二集成電路，所以在制造光鼠標中不需要進行下載軟件的過程。此時，加入了允許以硬件方式自動選擇USB接口模式或者PS/2接口模式的收發(fā)機。此外，用單集成電路替代兩個集成電路使光鼠標的制造成本降了下來。此外，集成電路的面積可以通過數(shù)據(jù)轉換來減小。
盡管以說明為目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是本領域中的普通技術人員可以理解，在不脫離所附的權利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內，可以對本發(fā)明進行各種修改、添加和替換。
權利要求
1.一種用于光鼠標的單集成電路，包括圖像像素陣列，用于通過根據(jù)表面反射的光量的反應來識別光鼠標之下的表面的光和陰影；模擬-到-數(shù)字轉換器，它將圖像像素陣列的圖像像素的每個模擬數(shù)據(jù)轉換成為數(shù)字數(shù)據(jù)；運動向量計算單元，它將從模擬-到-數(shù)字轉換器輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成為一位數(shù)據(jù)，并且計算運動向量；運動向量處理單元，用于積累運動向量計算單元計算出的運動向量，校正運動向量的誤差，并且積累光鼠標的運動距離；定時信號發(fā)生器，用于根據(jù)集成電路的操作狀態(tài)，產(chǎn)生控制信號來控制集成電路的整個操作以及操作信號；接口，被設計用來將運動向量處理單元處理的值發(fā)送到計算機；以及收發(fā)器，用于激活接口中的通用串行總線(USB)或者IBM個人系統(tǒng)/2(PS/2)中的一個。
2.根據(jù)權利要求1所述的單集成電路，其中收發(fā)器通過在電能施加后，對兩個接口信號檢測預定的時間來確定接口模式是否為USB接口模式或者PS/2接口模式，并且根據(jù)確定的接口模式，產(chǎn)生用于控制連接到兩個接口信號線的兩個引腳的上拉電阻的上拉電阻控制信號，以便使得信號的狀態(tài)對應于預定的接口模式。
3.根據(jù)權利要求2所述的單集成電路，其中收發(fā)器檢測兩個接口信號的狀態(tài)，并且如果兩個接口信號在初始的時候是低，并且在預定的時間后保持了低，則將接口模式識別為USB接口模式。
4.根據(jù)權利要求2所述的單集成電路，其中如果接口模式被確定為USB接口模式，則收發(fā)器激活或者禁止上拉電阻控制信號以便允許D-接口信號線的引腳被上拉。
5.根據(jù)權利要求2所述的單集成電路，其中收發(fā)器檢測兩個接口信號的狀態(tài)，并且如果一個或者更多的接口信號在初始的時候是高，并且在預定的時間后保持了高，則將接口模式識別為PS/2接口模式。
6.根據(jù)權利要求2所述的單集成電路，其中如果接口模式被確定為PS/2接口模式，則收發(fā)器激活或者禁止上拉電阻控制信號以便允許Clock接口信號和Data接口信號的兩個引腳被上拉。
7.根據(jù)權利要求1所述的單集成電路，其中模擬到數(shù)字轉換器包括重置發(fā)生器，用于產(chǎn)生集成電路的重置信號；帶間隙基準器，產(chǎn)生基準電壓；以及時鐘驅動器，用于將晶體的輸出信號放大并且將該放大的輸出信號提供到集成電路。
8.根據(jù)權利要求1所述的單集成電路，還包括線緩沖器，其尺寸通過將模擬到數(shù)字轉換器輸出的數(shù)字數(shù)據(jù)轉換為一位數(shù)據(jù)，通過減小幀數(shù)據(jù)，從18×18×4位或者18×18×8位的尺寸減小到18×18×1位尺寸。
全文摘要
這里公開了一種用于光鼠標的單集成電路。該電路包括圖像像素陣列，用于通過根據(jù)表面反射的光量的反應來識別光鼠標之下的表面的光和陰影；模擬到數(shù)字轉換器，用于從圖像像素陣列接收模擬信號并且將模擬數(shù)據(jù)轉換成為數(shù)字數(shù)據(jù)；運動向量計算單元，它將數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成為一位數(shù)據(jù)，并且計算運動向量；運動向量處理單元，用于積累運動向量，校正運動向量的誤差，并且積累光鼠標的運動距離；定時信號發(fā)生器，用于根據(jù)集成電路的操作狀態(tài)產(chǎn)生控制信號來控制集成電路的整個操作和操作信號；接口，被設計用來將處理單元處理的值發(fā)送到個人計算機；以及收發(fā)器，用于激活接口中的通用串行總線或者IBM個人系統(tǒng)/2中的一個。
文檔編號G06F3/03GK1487402SQ0314065
公開日2004年4月7日 申請日期2003年6月2日 優(yōu)先權日2002年10月2日
發(fā)明者鄭宗植, 崔原太, 樸根佑, 閔庚重, 黃炳元, 金江柱 申請人:三星電機株式會社