一種低功耗觸摸按鍵應(yīng)用的設(shè)計方法
作者：陳曉霖 胡泊
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(biāo)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。
