PSoC在LG“巧克力”手機中的應用探密

　　如果您正在設計一款手機，您必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題就是能將多少功能集成到盡可能小的空間中。手機的功能是否越多越好？這可不一定。很多人常常碰到難用的手機，就是因為這些手機在過(guò)小的空間內塞進(jìn)了過(guò)多的功能。

　　如何將多種功能整合在一個(gè)較小空間內是手機設計工程師必須面對的問(wèn)題，但同時(shí)又要避免將過(guò)多功能整合在過(guò)小的空間內。擁有獨特設計的LG“巧克力”手機在這方面的做法值得借鑒，它采用電容式觸摸傳感器來(lái)處理大部分手機的用戶(hù)輸入，如圖1中所示。

　　LG“巧克力”手機開(kāi)發(fā)過(guò)程

　　本文“拆卸”的是一款特殊型號的“巧克力”手機，也被稱(chēng)作LG VX8500，它是為Verizon Wireless公司所生產(chǎn)的一款手機。LG電子公司與賽普拉斯半導體(Cypress Semiconductor)公司聯(lián)手開(kāi)發(fā)了這款手機的固件部分，隨后相關(guān)代碼還用在了這款手機的其它幾種演變型號之中。在這個(gè)過(guò)程中，LG所進(jìn)行的多數變更都與所用的按鈕和接口數量有關(guān)，而整體技術(shù)及其實(shí)現細節保持不變。

　　賽普拉斯的設計團隊在2005年5月開(kāi)始與LG接觸，他們極力向LG推薦其可編程系統級芯片(PSoC)架構的優(yōu)點(diǎn)。兩個(gè)團隊經(jīng)歷幾個(gè)回合的協(xié)商，提出了最終的設計要求。實(shí)際開(kāi)發(fā)工作于2005年8月開(kāi)始，并以在2005年10月將產(chǎn)品推向生產(chǎn)階段作為目標。

　　“客戶(hù)最初的要求往往不很明確，”賽普拉斯公司的固件與應用工程師Greg Virge表示，“通?？蛻?hù)第一次采用電容傳感器時(shí)，我們要做的事情就是通過(guò)了解客戶(hù)各方面的要求來(lái)最終確定他們實(shí)際的設計需求，這個(gè)過(guò)程通常需要花費幾個(gè)月的時(shí)間。但是完成這一步之后，我們就能夠做到有的放矢了?！?

　　PSoC是一個(gè)帶可編程邏輯的混合信號陣列。因此它可以針對包括電容傳感在內的各種不同功能進(jìn)行配置。Cypress的出發(fā)點(diǎn)在于創(chuàng )建一個(gè)能夠輕松更改的固件平臺。這已經(jīng)通過(guò)“用戶(hù)模塊”實(shí)現，用戶(hù)模塊是負責特定功能的經(jīng)過(guò)預配置的模擬和數字模塊。例如，數字模塊變成8位或16位脈寬調制器，模擬和數字模塊可以整合在一起形成數模轉換器。這些模塊可以通過(guò)編程成為通信接口，如SPI或者半雙工和全雙工UART接口。電容傳感在這種用戶(hù)模塊中進(jìn)行，包括所有的傳感、基準更新和決策過(guò)程。

　　“在推進(jìn)LG項目的同時(shí)，我們也在圍繞CapSense用戶(hù)模塊展開(kāi)工作，”Virge表示，“我們仔細地將LG做這個(gè)應用所需的所有要求全部適當地放在了用戶(hù)模塊中。同一個(gè)用戶(hù)模塊及其附帶的所有參考代碼后來(lái)還被其它幾款LG手機采用?！?

　　該用戶(hù)模塊的知識產(chǎn)權屬于LG公司，因此LG可以進(jìn)行自行更改并擁有這些更改的知識產(chǎn)權，從而使模塊符合他們的特定要求。LG實(shí)際上在公司內部的其它部門(mén)(如開(kāi)發(fā)白家電的部門(mén))采用了這個(gè)經(jīng)過(guò)修改的用戶(hù)模塊版本。

　　圖1：LG“巧克力”手機的大部分用戶(hù)輸入都由電容觸摸傳感器來(lái)處理。

　　主要器件及功能架構分析

　　圖2所示的這個(gè)手機中的Cypress IC是采用32引腳5×5mm封裝的CY8C21434-24LFXI。這個(gè)傳感器在電路板對面包含九個(gè)銅焊盤(pán)。每個(gè)焊盤(pán)中都有一個(gè)孔，來(lái)自L(fǎng)ED的光可以通過(guò)這個(gè)孔發(fā)光。每個(gè)焊盤(pán)都與PSoC I/O相連。由于PSoC實(shí)際上是微控制器，因此除了CapSense之外，它還能夠執行一些其它功能。在“巧克力”手機中，LG集成了LED驅動(dòng)器。

　　圖2：這款手機采用了型號為CY8C21434-24LFXI、采用32引腳5×5mm封裝的賽普拉斯IC。

　　由IC在板上所處的位置可見(jiàn)，集成這種控制功能或者與傳感器相關(guān)的任何其它功能是明智的選擇。其中一種功能就是確定按壓按鍵的優(yōu)先級的能力。換言之，在不同的情況下，你可能希望根據之前按下的某些按鈕，更方便地按壓其他一些按鈕。當用戶(hù)因為手指較大而同時(shí)按下兩個(gè)按鈕時(shí)這種功能就會(huì )起作用。因此，PSoC有能力判斷出用戶(hù)本來(lái)想按哪個(gè)按鈕。

　　LG公司的設計工程師還要注重ESD保護功能。滿(mǎn)足新機型不斷變化的電子和機械設計所帶來(lái)的不同，ESD要求是一個(gè)挑戰。當ESD問(wèn)題在傳感器上發(fā)生時(shí)，會(huì )影響接收數據的完整性。避免這種負面影響的方法是采用合適算法區分ESD事件和有效按壓行為。

　　因此，PSoC必須能識別ESD事件，與數據相比，ESD事件往往具有相當具體的簽名。PSoC會(huì )等待幾個(gè)周期，然后再次檢查傳感器。

　　另一個(gè)必須進(jìn)行調整的設計更改是從FR4板向柔性PCB的轉變。FR4比較厚，可以更好地隔離來(lái)自板背面的接地信號，因此采用FR4更容易進(jìn)行設計。但其結果是原生電容(native capacitance)更低，從而導致更多的設計修改。當然，FR4成本也較低。但柔性PCB能給系統設計工程師提供更多的機械設計選擇，而這正是LG“巧克力”手機這類(lèi)緊湊型方案所需要的。

　　圖3：這款CDMA手機采用了數款高通IC，其中包括MSM6500基帶、RFT6150收發(fā)器和RFR6500接收差分器件。

　　就像我拆解的眾多CDMA手機一樣，這款手機中也采用了多個(gè)高通IC，如圖3所示?！扒煽肆Α笔謾C采用了一個(gè)MSM6500基帶、一個(gè)RFT6150收發(fā)器和一個(gè)RFR6500接收差分器件。其它一些可確認的元器件包括一個(gè)Wolfson 8973G音頻均衡器、一個(gè)東芝多芯片封裝存儲器和一個(gè)美信的電源管理控制器。