智能手機(jī)鍵盤控制器的一種實(shí)現(xiàn)方法

　　簡(jiǎn)介

　　智能手機(jī)的大腦是基帶處理器(Baseband)，內(nèi)置微型處理器和專用信號(hào)處理電路。依靠基帶控制器的先進(jìn)設(shè)計(jì)，通用輸入/輸出口(GPIO)可用來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵開關(guān)功能。

　　目前，專用鍵盤控制器IC已廣泛用于智能手機(jī)。這些專用鍵盤控制器之所以派上用場(chǎng)，原因在于基帶芯片的GPIO資源非常有限。比如，有時(shí)為了節(jié)約成本，用戶將本來(lái)用于功能電話的基帶芯片應(yīng)用到了智能手機(jī)的設(shè)計(jì);有時(shí)則是為了減少基帶控制器與鍵盤之間的連接線數(shù)量，特別是對(duì)于滑蓋手機(jī)，基帶處理器和鍵盤分布在不同的PCB上。鍵盤控制器通常由I2C總線或SPI總線連接到基帶處理器。

　　鍵盤控制器的功能可用現(xiàn)有的GPIO芯片或使用傳統(tǒng)的按鍵掃描微型單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。一些專有的鍵盤控制器也采用傳統(tǒng)的按鍵掃描方式。這篇應(yīng)用筆記則對(duì)傳統(tǒng)的按鍵掃描和低EMI按鍵掃描方案進(jìn)行了比較，并列舉了省去EMI濾波器件帶來(lái)的益處。

　　傳統(tǒng)的按鍵掃描方案

　　圖1所示是傳統(tǒng)的按鍵掃描方案，基帶處理器的GPIO鍵盤控制或某些專用的鍵盤控制器都采取了這個(gè)方式。有些GPIO引腳設(shè)計(jì)成“列”輸出端口，驅(qū)動(dòng)開關(guān)矩陣;有些GPIO引腳設(shè)計(jì)成“行”輸入端口，檢測(cè)按鍵開關(guān)的閉合。通常，沒有按鍵按下時(shí)，每個(gè)按鍵上都沒有電壓。一旦某個(gè)按鍵按下，鍵盤控制器開始掃描所有的按鍵。掃描動(dòng)作通過逐漸升高“列”電壓的同時(shí)，來(lái)輪詢監(jiān)測(cè)每“行”的輸入電平。一個(gè)8*8的開關(guān)矩陣可經(jīng)過64個(gè)時(shí)鐘周期完成一遍掃描。時(shí)鐘頻率的范圍可以設(shè)定在幾十KHz到幾MHz之間，“列”輸出電平在系統(tǒng)的邏輯高和邏輯低之間切換。依據(jù)鍵盤控制器的供電電壓，邏輯高電平可以從1.8V到3.3V變化?！　?/p>

 

　　因?yàn)?ldquo;列”掃描信號(hào)的突然上升和下降造成的電磁輻射可能會(huì)影響EMI測(cè)試，尤其是那些基帶處理器GPIO與鍵盤之間有較長(zhǎng)布線的設(shè)計(jì)。通常，在“列”輸出端口需要EMI濾波器件來(lái)降低EMI輻射。EMI濾波器可以是一級(jí)RC濾波或者二級(jí)CRC低通濾波(見圖2a和2b)。EMI濾波可以使用分立的無(wú)源器件，也可使用小尺寸TDFN/CSP封裝的EMI濾波器。這顯然會(huì)增加成本并占用空間。

　　低EMI (無(wú)源掃描)

　　Maxim的鍵盤控制器，如MAX7347、MAX7348、MAX7359和MAX7360采用一種獨(dú)特的無(wú)源掃描方式，利用電流源驅(qū)動(dòng)開關(guān)矩陣，并通過檢測(cè)電流來(lái)檢測(cè)按鍵動(dòng)作。圖3說明了無(wú)源按鍵掃描的工作原理。一旦按下一個(gè)按鍵，控制器便開始掃描所有按鍵。掃描時(shí)，在所有“列”端口施加電壓約為0.5V的恒流源，控制器監(jiān)測(cè)流過依次使能的每“行”電流。因?yàn)槊恳粫r(shí)刻只有一“列”檢測(cè)到電流流過，所以，對(duì)于一個(gè)8*8開關(guān)矩陣，這種無(wú)源掃描方式也需要經(jīng)過64個(gè)時(shí)鐘周期完成掃描。在按鍵掃描期間，所有“列”電壓都是靜態(tài)的0.5V (有按鍵按下的列除外)，在其對(duì)應(yīng)的“行”端口處于掃描期間，該“列”電壓降低到0V。