Nuo 1868 m. mechaninių svirtelių iki matricų multipleksavimo: klaviatūros inžinerinė istorija

1868 metais Christopheris Lathamas Sholesas užpatentavo rašomąją mašinėlę, kurios raidės sėdėjo ant ilgų metalinių svirtelių. Jei greitai spausdavai dvi kaimynines raides, svirtelės susidurdavo ir užstrigdavo. QWERTY išdėstymas yra garsusis apėjimas: dažnos raidžių poros buvo išskirstytos, kad žmogaus rankos sulėtėtų lygiai tiek, kiek reikia, kad mechanizmas išgyventų. Aparatinis apribojimas tapo kultūriniu standartu, ir nuo tada rašome apeidinėdami užstrigusią svirtelę.

Elektroninės klaviatūros svirteles pašalino, bet išdėstymo ne. Jei kiekvieną klavišą jungtum prie atskiro kontakto, prireiktų daugiau nei šimto kojelių, todėl inžinieriai jungiklius sudėjo į eilučių ir stulpelių tinklelį. Valdiklis aktyvuoja po vieną stulpelį ir nuskaito visas eilutes, tai ir yra X/Y multipleksavimas. Visas tinklelio skenavimas trunka mažiau nei milisekundę, todėl žmogui atrodo, kad kiekvienas klavišas stebimas nuolat. Tai gudri iliuzija, o aukščiau esantis testas parodo, kur ji išsilaiko.

„Ghosting“, blokavimas ir NKRO: kodėl biudžetinėms klaviatūroms trūksta diodų

Nuspaudus tris matricos stačiakampio kampuose esančius klavišus, srovė gali prasprukti atgal per nuspaustus jungiklius, ir ketvirtasis kampas atrodo nuspaustas. Tai ghosting: valdiklis praneša apie klavišą, kurio nelietei. Pigios membraninės klaviatūros šią problemą sprendžia grubiai, t. y. blokuoja: kai tik atsiranda dviprasmiškas derinys, trečias ar ketvirtas klavišas tiesiog ignoruojamas. Žaidimo herojus sustoja pačią blogiausią akimirką.

Tinkamas vaistas kainuoja cento dalį už klavišą: Schottky arba mažo signalo diodas, įjungtas nuosekliai su jungikliu. Diodas leidžia srovei tekėti tik viena kryptimi, todėl slaptas kelias nutrūksta ir kiekvienas klavišas nuskaitomas vienareikšmiškai. Būtent tai reiškia tikra NKRO įranga. Atidarykite NKRO ir Ghosting skirtuką, laikykite kuo daugiau klavišų ir pažiūrėkite, ką apie jūsų klaviatūrą pasako piko skaitiklis.

Kontaktų atšokimo fenomenas: kodėl mechaniniai jungikliai miršta

Cherry MX ar Gateron tipo jungiklyje berilio vario lakštinė spyruoklė prispaudžiama prie nejudamo kontakto. Metalas, trenkiantis į metalą, mandagiai nesustoja: lakštas mikroskopiniu mastu atšoka, kelis kartus atidarydamas ir uždarydamas grandinę per kelias milisekundes, kol nurimsta. Programinė įranga tai paslepia debouncing algoritmais: arba kurį laiką ignoruoja pokyčius, arba reikalauja stabilaus rodmens per kelis skenavimus.

Sveikas debouncing susitvarko su sveikais jungikliais. Kai kontaktinis paviršius oksiduojasi, dėvisi ar kaupia dulkes ir išlietą kavą, atšokimas pailgėja ir tampa chaotiškas, kol išeina už debounce lango ribų ir atrodo kaip tikras dvigubas paspaudimas. Todėl bet koks pakartojimas greičiau nei per 50 milisekundžių, greičiau, nei pirštas fiziškai gali, yra stiprus metalo nuovargio, korozijos ar mikrojungiklio gedimo ženklas. Switch Chatter skirtukas skaičiuoja ir paryškina būtent tokius įvykius.

Matricos skenavimo dažnis vs USB Polling: 8000 Hz klaviatūrų mitas

Klasikinės USB HID klaviatūros siunčia 8 baitų paketą: du baitai modifikatoriams ir šeši baitai klavišų kodams, iš čia ir gerai žinoma 6KRO riba. NKRO klaviatūros klavišų sąrašą pakeičia bitmask ataskaita, kurioje kiekvienas klavišas turi savo bitą, todėl paketas gali aprašyti visus klavišus vienu metu. Protokolas nebėra butelio kakliukas, juo tampa grandinė.

Tada ateina rinkodara. Klaviatūra gali reklamuoti 8000 Hz USB polling, tai reiškia, kad kompiuteris ataskaitos prašo kas 0,125 ms. Bet jei vidinė matrica skenuojama tik kas 1 ms, tai yra 1000 Hz KScan, o papildomos užklausos aštuonis kartus grąžina tuos pačius duomenis. Greitesnis prievadas yra didesnė pašto dėžutė su tuo pačiu paštininku. Tikrąją delsą lemia lėčiausia grandinės dalis: skenavimas, debounce, protokolas, operacinė sistema.

Aktyvacijos jėga, eiga ir biomechaninis pirštų nuovargis

Jungikliai skirstomi į tris pagrindines šeimas. Linijiniai (Red) juda sklandžiai be atgalinio ryšio. Taktiliniai (Brown) aktyvacijos taške prideda pakylėjimą. Spragtelintys (Blue) prideda dar ir girdimą spragtelėjimą. Dauguma aktyvuojasi po maždaug 2,0 mm eigos, bet klavišas juda toliau, kol atsitrenkia į plokštę maždaug ties 4,0 mm.

Būtent tie paskutiniai 2 mm yra nuovargio buveinė. Kiekvieną kartą trenkdami klavišą į plieninę plokštę siunčiate smūgį atgal per pirštą į sausgysles ir sąnarius. Lengvas rašymas, sustojantis netoli aktyvacijos taško, kainuoja mažiau energijos ir visą darbo dieną jaučiasi ramiau. Stebėkite paspaudimo trukmės kortelę: trumpi ir vienodi paspaudimai dažniausiai reiškia lengvesnį prisilietimą.