引言
觸摸式按鍵隨著iPod等消費類電子的流行而迅速發(fā)展，這一方面因為相關(guān)技術(shù)的不斷進步，可以提供更加穩(wěn)定的性能；另一方面也因為同類電子產(chǎn)品的基本功能趨同，生產(chǎn)商更加關(guān)注如何為用戶提供舒適、便捷、具有創(chuàng)意的人機交互界面。在這一點上，與傳統(tǒng)機械式按鍵相比，觸摸式按鍵有著其無法比擬的巨大優(yōu)勢。
現(xiàn)有市場上的觸摸式按鍵方案，其工作原理都是檢測手指觸摸引起的電路微小變化量，進而將其轉(zhuǎn)化為邏輯上的按鍵開關(guān)操作。在諸多檢測方法中，又以電容式檢測居多，這種檢測方法在掃描時需對電容的充放電，因此不可避免會增加產(chǎn)品功耗。對于一些功耗敏感的應(yīng)用來說，如何實現(xiàn)低功耗的觸摸按鍵是關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。
Cypress作為電容式觸摸按鍵芯片領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，一直致力提供高效、可靠、貼近用戶需求的芯片與解決方案。本文即基于Cypress的CY8C22x45系列芯片，介紹了一種低功耗觸摸按鍵應(yīng)用設(shè)計方法。
2.低功耗設(shè)計方法
如圖1所示，對于電容式觸摸按鍵，手指的觸摸會改變感應(yīng)電容Cx，當(dāng)檢測電路對Cx充放電時，Cx值的變化會引起電路信號變化，通過一定的檢測電路可以測量出該變化，從而判斷手指是否存在。不過，系統(tǒng)整體功耗因為頻繁的掃描Cx的大小而增加。
對于輸入電壓一定的系統(tǒng)來說，其功耗主要取決于平均工作電流，即
Powerave=Vdd*Iave[2]公式1
其中，Vdd是系統(tǒng)工作電壓，Iave是系統(tǒng)平均工作電流。從公式1中可以看出，系統(tǒng)的功耗由系統(tǒng)的平均工作電流決定。降低平均工作電流的方法通常有兩種：第一種是在不改變系統(tǒng)有效工作時間的前提下降低系統(tǒng)的工作電流；第二種減少系統(tǒng)的有效工作時間，增加系統(tǒng)的休眠時間。往往只采用第一種辦法不能將平均工作電流降低到一個理想的水平，所以需要結(jié)合第二種的方法。在觸摸按鍵系統(tǒng)的實際工作中將，相當(dāng)一部分時間系統(tǒng)處于無任何按鍵按下的空閑狀態(tài)。在這段時間內(nèi)可以用軟件將系統(tǒng)配置為休眠模式。觸摸按鍵芯片一般都提供休眠模式，該模式具有很低工作電流。因此，如果能夠合理安排系統(tǒng)工作時間，令其空閑時進入休眠模式，就可降低平均工作電流，從而減少系統(tǒng)功耗。
圖2是一個具有休眠功能的典型系統(tǒng)軟件流程圖。
系統(tǒng)初始化后進入休眠模式，經(jīng)過一段時間的延時后喚醒掃描按鍵模塊，進行按鍵掃描。如果有按鍵按下，軟件判斷是否有效。如果無效按鍵按下，那么系統(tǒng)繼續(xù)進入休眠模式。如果軟件判斷按鍵有效，那么喚醒系統(tǒng)，觸發(fā)任務(wù)處理進程。當(dāng)處理完所有任務(wù)后，系統(tǒng)又重新進入休眠狀態(tài)。這是個典型的具有休眠功能的系統(tǒng)工作流程圖，它的優(yōu)點就是此軟件流程簡單易懂、容易實現(xiàn)，一般可以滿足大多數(shù)場合的應(yīng)用。但是，如果系統(tǒng)任務(wù)處理消耗了較多的CPU處理時間，那么為了達到目標平均工作電流，就需要相應(yīng)增加休眠時間。同時降低了按鍵掃描的頻率，從而加長了系統(tǒng)喚醒的響應(yīng)時間。因此，此方法適合比較簡單的、系統(tǒng)任務(wù)不復(fù)雜的應(yīng)用。
圖3是一個具有休眠功能的復(fù)雜系統(tǒng)軟件流程圖。
此方法是將以上方法中的任務(wù)處理進行分解，分為觸發(fā)新任務(wù)，處理任務(wù)。目的就是減小在每個循環(huán)周期內(nèi)部執(zhí)行任務(wù)的所花費的CPU資源。與上一個方法的不同在于：系統(tǒng)喚醒掃描按鍵程序，當(dāng)判斷按鍵有效時，觸發(fā)新任務(wù)，并不是將所有的任務(wù)處理完畢。在當(dāng)前的循環(huán)周期內(nèi)，觸發(fā)的新任務(wù)可能沒有處理完畢，需要下一個或者更多個系統(tǒng)循環(huán)的時間才可以完成。當(dāng)判斷按鍵無效時，不是馬上進入休眠模式，而是判斷是否有沒有處理完畢的任務(wù)。如果有則繼續(xù)處理；如果沒有則進入休眠模式。此方法可以處理比較復(fù)雜的任務(wù)，能滿足更多應(yīng)用領(lǐng)域的需求。
如果沒有有效按鍵觸發(fā)，那么系統(tǒng)工作在最大的省電模式。不論哪種方法，系統(tǒng)平均工作電流可由公式2計算得出。
Iave=(Tscan*Iscan+Tsleep*Isleep)/(Tscan+Tsleep)公式2
其中，Tscan是一次掃描按鍵所需時間，Iscan是按鍵掃描時的工作電流，Tsleep是休眠時間，Isleep是休眠時的工作電流。Isleep會遠遠小于Iscan。一般來說，為了保證一定的按鍵靈敏度，Iscan可調(diào)整的空間有限，因此較快的掃描速度，較小的休眠電流，較長的睡眠時間是降低系統(tǒng)功耗的關(guān)鍵。
在實際設(shè)計中，考慮的因素更為復(fù)雜，除了上述之外，還需考慮按鍵的響應(yīng)時間和按鍵的靈敏度、等。最大休眠時間決定了系統(tǒng)的響應(yīng)時間，對于相同的Iave，Iscan和Isleep，較長的Tscan會引起Tsleep的增加，從而無法滿足系統(tǒng)的響應(yīng)時間；如果減少掃描時間，可能會無法有效減少系統(tǒng)噪聲影響，降低信噪比，影響按鍵的靈敏度。因此，低功耗觸摸系統(tǒng)設(shè)計需要靈敏，可靠，快速的觸摸按鍵掃描技術(shù)。