一種低功耗觸摸按鍵應用的設計方法

圖 4是一個(gè)觸摸按鍵應用中一次典型的按鍵波形，每個(gè)按鍵按下后，系統都需輸出對應的電壓值以供其他系統檢測。該應用要求響應時(shí)間小于等于40ms，當按鍵被長(cháng)按時(shí)，需要一直輸出按鍵電壓，即使按鍵釋放后，仍需250 ms時(shí)間保持原有按鍵電壓，之后停止輸出按鍵電壓，進(jìn)入空閑狀態(tài)。系統共包含12個(gè)觸摸按鍵，當多個(gè)按鍵被同時(shí)按下時(shí)，系統不響應。系統低功耗設計要求為，系統待機時(shí)沒(méi)有按鍵操作的平均電流應至少小于1 mA。

使用示波器可以測出系統掃描12個(gè)按鍵所需時(shí)間大約為1.388 ms。同時(shí)，可以測量到正常工作狀態(tài)下系統的工作電流大約為6mA。根據公式2以及表 1，若一次休眠1.92 ms，需要連續休眠5次（9.6 ms），才可以得到低于1mA的平均待機電流，約為0.875mA；若一次休眠15.6 ms，休眠一次即可滿(mǎn)足要求，平均待機電流約為0.52mA。實(shí)際工程中采用了第二種休眠方式，實(shí)際測量到的平均待機電流值為0.565mA，與計算值相近。
4. 降低功耗和喚醒方式的進(jìn)一步討論
以上實(shí)例中系統的平均待機電流是0.565mA，雖然這個(gè)功耗滿(mǎn)足了系統的設計要求，但是在很多使用電池供電的場(chǎng)合是不行的。這是因為在待機時(shí)，系統掃描全部12個(gè)按鍵，用去了1.388ms的時(shí)間。如果能減小掃描按鍵的時(shí)間，那么還能夠降低系統的待機功耗。
固定按鍵喚醒系統
采用固定按鍵的方式喚醒系統能有效的降低系統掃描按鍵的時(shí)間。系統無(wú)需掃描所有的按鍵，只需掃描固定的一個(gè)按鍵，這可以大大降低在待機狀態(tài)下掃描按鍵的時(shí)間。以上述的應用為例，CY8C22x45系列PSoC支持雙通道并行掃描，12個(gè)按鍵均勻分布在兩個(gè)通道上，因此掃描一個(gè)按鍵約為0.231 ms。 如果休眠15.6 ms， 可以計算出此時(shí)平均待機電流只有0.113 mA，相比之前的0.52 mA的計算值，僅是其21%。如果休眠時(shí)間增加至40ms， 從表 1可以推算出此時(shí)平均休眠電流約為9 uA， 此時(shí)計算出平均待機電流僅為0.043 mA。
任意按鍵喚醒系統
如果系統要求任意按鍵喚醒系統，那么以上介紹的固定按鍵喚醒系統方法不能滿(mǎn)足。Cypress特有的內部模擬總線(xiàn)的方式，可以將全部的按鍵組合成一個(gè)“大按鍵”。這樣系統待機時(shí)，只需要對這個(gè)“大按鍵”掃描一次，就能判斷是否有手指觸摸到任何按鍵上。不論任何一個(gè)按鍵被手指觸摸，都可以喚醒系統。系統喚醒后，將“大按鍵”分解，進(jìn)行正常的按鍵掃描處理，區分哪個(gè)按鍵按下，進(jìn)行任務(wù)處理。使用這種方法，系統的待機平均電流與使用固定按鍵喚醒系統的方法相同。
手指接近喚醒系統
手指接近喚醒系統是Cypress的一項成熟的技術(shù)。此方法是建立在任意按鍵喚醒系統方法基礎之上的。在系統待機時(shí)，也是使用一個(gè)“大按鍵”進(jìn)行掃描。與上個(gè)方法不同的地方在于：不是當手指觸摸到鍵盤(pán)時(shí)喚醒系統，而是當手指靠近鍵盤(pán)時(shí)就喚醒系統。系統喚醒后立即將“大按鍵”分解為正常按鍵，進(jìn)行按鍵掃描。相對于任意按鍵喚醒系統方法，這種方法能加快系統對按鍵的相應速度，還可以使產(chǎn)品增加豐富的功能特性。
5. 結語(yǔ)
應用Cypress的CY8C22x45系列芯片以及獨有的CapSense技術(shù)，設計者可以用更快的時(shí)間掃描大量按鍵，用更長(cháng)的時(shí)間讓系統休眠，結合其較低的休眠電流，在保證系統可靠性能的同時(shí)，可以實(shí)現較低的待機功耗，為觸摸按鍵應用的低功耗設計提供了一種良好的解決方案。