艾为推出超高精度、微低功耗线性Hall磁轴键盘解决方案

 

在科技日新月异的今天，机械键盘作为电脑外设的重要一员，其性能与品质不断提升，满足着玩家们日益增长的需求。常见的原厂樱桃轴有：青、红、黑、茶、银等。2023年外设圈被磁轴惊起了一片波澜，周更新、月换代，各种新品出现，加上下半年瓦罗兰特的爆火，让磁轴+RT（Rapid Trigger)组合在电竞圈起飞，传统厂家纷纷入局。  

什么是磁轴？磁轴键盘的解决方案是什么？  

谈到磁轴键盘之前我们先了解一下机械键盘的工作原理，机械键盘可以说是电脑键盘中历史最为久远的种类之一，键盘上的每一个按键，都是由弹簧和金属簧片组成的独立封装电气开关。基于金属接触式开关的原理，使触点导通或断开。  

具体来说，机械键盘的每一颗按键都有一个单独的开关来控制闭合，这个开关也被称为“轴”，轴有很多分类，按压力度和行程也不尽相同，主要根据轴体颜色来进行区分。当用户按下按键时，轴体内部的两个弹簧互相接触，然后产生触发信号。    

 

图1 机械键盘结构图

图2 机械键盘工作示意图

通过对机械键盘工作原理的解读，我们不难发现机械键盘采用了金属接触式开关，触发和抬起位置都是固定的，只有到了触发点才可以触发按键功能，只有开和关两种状态，在物理层面上由于机械键盘的按压与抬起整个行程较大，因此触发响应较慢，并且机械摩擦存在一定噪声，机械寿命也会相应缩短。  

而磁轴键盘是一种创新设计的键盘，它采用了磁性轴心技术，与传统的机械键盘和薄膜键盘有所不同。磁性轴心能够让按键更加顺畅地运动，同时提供了更加精准和自动调节的触发点，让按键更加轻松高效。没有金属触点的设计可以降低机械故障和误触的概率，磁轴的压力曲线近乎一条直线，配合驱动可以自动调节触发键程，使得用户操作更加顺畅，实现快速触发。      

什么是磁轴？

磁轴利用电磁原理，通过霍尔感应器与永磁铁感应来实现触发，从而提供更快速和更精准的触发体验。磁轴的构造相当简单，其核心组件包括轴芯、磁铁、霍尔传感器和弹簧。当轴体被按下时，磁铁会靠近霍尔传感器，导致霍尔电压超过阈值并触发相应的动作。            



图3 磁轴键盘结构图

图4 磁轴键盘安装示意图

磁轴键盘的RT(Rapid Trigger)技术

RT技术简单理解就是，可以利用磁轴通过磁力与霍尔传感器磁力连接的特性（无物理链接），调节触发和抬起位置与行程长度，让极短行程实现触发与断开，从而实现比机械轴更快速的触发按键。            

图5 RT技术原理图

磁轴键盘的优势

自动调节触发键程，达到快速触发的效果，反应速度远超传统轴体十倍有余。

无弹片接触的设计，使其线性触感更加顺滑，能承受超亿次的按压，提升耐用性。

触发过程中没有延时，初始接触的同时就能触发相应的动作。

在电竞游戏中，速度是永恒不变的热题，磁轴+RT 技术的应用提升了机械键盘手感，更突显出在按压时可调节行程的导通技术。轴体可以允许玩家在0.4mm的超短键程与4.0mm的长键程之间自动调整触发距离，用户可自动调节磁轴键盘的触发键程，缩短行程达到快速触发，让游戏玩家开启竞技游戏的巅峰之旅。  

在办公环境中，效率是优先思考的话题，因为磁轴的键程很短，可以理解为它是更短更快的银轴，磁轴能够实现更轻巧的按键、更顺滑的回弹，提升码字效率，让码农和办公人员事半功倍。

艾为超高精度、微低功耗线性

Hall磁轴键盘系统解决方案

基于磁轴键盘实现方式，艾为电子推出超高精度、微低功耗线性Hall 磁轴键盘解决方案。该方案集成了高精度磁场强度检测模块、微低功耗处理模块、数据采集行程线型拟合三大核心单元。  

图6 艾为磁轴键盘解决方案架构图

针对高精度磁场信号采集，微低功耗，高信噪比磁轴键盘和电磁遥感应用场景，艾为电子推出磁传感器AW86560DNR产品，该产品灵敏度为1.25mV/G，满足磁轴键盘不同磁场范围下的应用场景的位置精确检测。另外该系列产品支持-40℃~125℃工作环境，宽电压2.5~5.5V供电，20KHZ采样带宽和Sleep Mode等功能.  



图7 AW86560DNR典型应用电路    

AW86560DNR系列典型特性

输入工作电压2.5V至5.5V

Sleep Mode Current <1uA，相比传统产品功耗降低3000倍

输出静态工作点Vout=(VREF/2)

Sensitivity Selection 

AW86560DNR:1.25mV/G

AW86561DNR:2.50mV/G

输出线性度 <±1.3%

支持温度-40℃~125℃

Package: DFN2*3*0.75-6L

AW8656XDNR产品特性实测

 

（a） Sleep Current VS Temperature

(b) IQ Current VS Temperature  

 

(c)VOUT Range VS Magnetic File

(d) VOUT Linearity VS Temperature

线性Hall AW86560DNR拥有超高的稳定性，响应速度高达20KHZ，优越的线性度和宽温度响应和微安级待机功耗，极大提升了产品的应用范围和精度检测控制要求。另外针对客户前期设计开发阶段，艾为电子提供磁仿真服务，有效减少前期开发和设计难度，为产品高效量产保驾护航。  

磁轴模组位置检测结构堆叠参考

图8 结构参考示意图  

随着全球数字化进程的加速和电脑外设的广泛普及，磁轴键盘这一创新型产品在全球市场上逐渐崭露头角，展现出强劲的增长势头，磁轴键盘独特的灵敏度控制功能受到了消费者极大追捧。它能够为每个按键单独设置灵敏度，充分满足个性化需求，为用户带来极致的使用体验。艾为电子在智能传感器方面已为多家终端制定该方案并实现量产，并为客户提供完善的软硬件系统级解决方案帮助终端实现智能升级。      

艾为灯语赋能磁轴键盘酷炫灯效

随着电竞行业的持续下沉，高品质的电竞氛围灯效已成为电竞外设不可或缺的元素。艾为灯语系列赋能电竞外设充满灯语艺术和电竞氛围。AW20216SQNR作为艾为灯语系列的重磅产品，驱动多达216路LED（72颗RGB灯珠），支持1680万全彩混色和256级细腻亮度调节。AW20216SQNR采用高性能消鬼影、低EMI、啸叫抑制等技术， 同时支持10MHz高速SPI接口，为电竞外设打造高端灯效提供优异的解决方案。  

图9 电竞外设示例图

来源：Corsair官网

图10 AW20216SQNR应用图

AW20216SQNR关键特性

•216路（18 x 12）矩阵LED驱动

•256级全局电流，全局亮度同步易控

•256级独立恒流，1680万真彩混色

•256级独立PWM，超细腻亮度调节

•电流可达120mA, 灯效更“靓”

•高电流精度，匹配精度±5%

•3组自主呼吸，无需主控控制

•62.5KHz PWM, 解决电容啸叫

•相位控制&扩频功能，实现超低EMI 

•Open/Short检测

•过温、UVLO保护

•De-ghost鬼影消除

•接口：10MHz SPI

•封装：QFN 5mmx5mm-44L          

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审核编辑：刘清