觸摸屏低功耗設(shè)計(jì)

觸摸屏低功耗設(shè)計(jì)

應(yīng)用于智能手機(jī)的低功耗觸摸屏接口設(shè)計(jì)

在智能電話中，液晶觸摸屏接口最受歡迎，用戶通過(guò)它來(lái)使用各種應(yīng)用程序，或者用手指滾動(dòng)訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)，這樣在節(jié)約時(shí)間、預(yù)算和功耗的情況下，開(kāi)發(fā)這類復(fù)雜的接口，Altera MAX IIZ CPLD會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

定制或者自行觸摸屏低功耗設(shè)計(jì)

任何觸摸屏方案都包括兩部分：2D觸摸傳感器和計(jì)算應(yīng)用程序，后者將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為用戶意圖。

AD7142 CDC用于監(jiān)測(cè)電容變化，只有14個(gè)電容傳感器通道。參考設(shè)計(jì)是完整的傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以進(jìn)行定制，也可以原樣使用。參考設(shè)計(jì)有一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)解釋程序，演示并測(cè)試多觸點(diǎn)傳感器的工作。應(yīng)用處理器通過(guò)SPI或者I2C總線訪問(wèn)AD7142的CDC寄存器文件，將MAX IIZ CPLD的SRC信號(hào)控制設(shè)置在合適的軸上。

它提供銦錫氧化物(ITO)屏以及簡(jiǎn)單的雙面PCB用作多觸點(diǎn)導(dǎo)航板。在這一參考設(shè)計(jì)中，MAX IIZ CPLD擴(kuò)展了AD7142 CDC的功能，使其能夠處理兩維ITO薄膜和PCB觸摸傳感器。長(zhǎng)時(shí)間暫停后，觸摸屏監(jiān)測(cè)到一次觸摸時(shí)，MAX IIZ CPLD會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)。

圖1(a)所示的2D多觸點(diǎn)參考設(shè)計(jì)基于MAX IIZ EPM240Z CPLD以及ADI的AD7142 集成電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)，支持片內(nèi)環(huán)境校準(zhǔn)以及ITO屏。

圖1：(a) 基于Altera MAX IIZ EPM240Z CPLD的多觸點(diǎn)觸摸屏參考設(shè)計(jì)

理想情況下，x走線在下面，y走線在上面，連接至AD7142輸入。ITO 觸摸傳感器有兩個(gè)被絕緣體分開(kāi)的互相垂直的層，上面分別是x和y走線。如此布置的原因是CDC在監(jiān)視靠近手指的走線時(shí)更敏感。走線陣列較寬，間距為5至10mm。

圖1(b)中左側(cè)為觸摸屏交叉部分，右側(cè)是觸摸屏。在實(shí)際的顯示觸摸屏中，走線是透明的。

圖1：(b) ITO觸摸屏或者PCB觸摸板的側(cè)視圖(左)以及正視圖(右)

圖1(b)中的傳感器可實(shí)現(xiàn)計(jì)算導(dǎo)航板，從而避免了使用普通導(dǎo)航板所需要的選擇按鈕。如圖2所示，中指移動(dòng)光標(biāo)，食指和無(wú)名指觸摸屏幕，指示鼠標(biāo)左鍵或者右鍵點(diǎn)擊。去掉移動(dòng)部分后，電容觸摸屏傳感器比按鍵和按鍵開(kāi)關(guān)更耐用。

圖2：用手指控制無(wú)開(kāi)關(guān)導(dǎo)航板

ADI的AD7142 CDC

AD7142 CDC非常靈敏，應(yīng)用處理器利用這一詳細(xì)的電容矢量值，確定手指位于9.3傳感器位置，即在傳感器9和10之間。AD7142 CDC連續(xù)進(jìn)行14次可尋址電容測(cè)量。AD7142 CDC精度達(dá)到12位，因此，只需要14個(gè)傳感器就可以精確測(cè)量手指的位置。AD7142 CDC并不是設(shè)計(jì)用作觸摸屏解碼器，而是用于測(cè)量電容以及PCB上傳感器線陣的電容變化。每個(gè)測(cè)量周期結(jié)束后，通過(guò)I2C或者SPI總線來(lái)訪問(wèn)這些數(shù)值。

AD7142 CDC電氣特性比較完備，能校準(zhǔn)特定的PCB布局，然后針對(duì)14個(gè)傳感器輸入的每一輸入進(jìn)行電容測(cè)量，精度為12位。AD7142 CDC在SRC信號(hào)上發(fā)送一個(gè)250kHz方波，驅(qū)動(dòng)靠近傳感器板的走線，然后測(cè)量接收到的SRC信號(hào)強(qiáng)度。由于觸摸屏電容和SRC信號(hào)接收強(qiáng)度成正比，因此AD7142 CDC探測(cè)并量化用戶手指接觸觸摸屏?xí)r的電容變化。

圖3顯示當(dāng)沒(méi)有手指接觸時(shí)基線條件下的寄存器值，下面的圖顯示了手指觸摸傳感器9時(shí)的寄存器值。

圖3：線性AD7142 CDC采樣示意圖

MAX IIZ中大量的I/O (5x5mm封裝支持54個(gè)I/O，7x7mm封裝支持116個(gè)I/O)結(jié)合AD7142的高分辨率電容數(shù)字測(cè)量能力，使這一解決方案能夠適用于面積較大的觸摸屏和面板。AD7142 CDC可以測(cè)量14個(gè)傳感器相對(duì)于一條SRC走線的電容。增加MAX IIZ CPLD后，可在串行接口的控制下，獲得AD7142 CDC的SRC方波信號(hào)，并選擇驅(qū)動(dòng)觸摸屏的某一條垂直x走線，從而支持多條SRC走線。

圖4：電容數(shù)字采樣2D陣列表示：基線(左)和觸摸后的結(jié)果(右)

AD7142 CDC可以進(jìn)行相對(duì)于垂直走線軸或者本地的電容測(cè)量。左側(cè)是基線電容測(cè)量，而右側(cè)是兩個(gè)手指觸摸傳感器后的結(jié)果。圖中藍(lán)色和紅色采樣行表示哪一SRC走線被激活。圖4為AD7142 CDC和MAX IIZ CPLD相結(jié)合后的2D電容測(cè)量結(jié)果，顯示了16條走線，即，對(duì)x軸進(jìn)行了16次劃分。最低功耗級(jí)可以將應(yīng)用處理器和AD7142 CDC置于關(guān)斷模式。采用外部32kHz時(shí)鐘以及每秒一次的采樣率，典型的MAX IIZ CPLD待機(jī)電流只有50μA。

在更低的功耗級(jí)中，需要用戶觸摸屏幕中心來(lái)喚醒器件，這要求應(yīng)用處理器只采樣一條水平走線和一條垂直走線。MAX IIZ CPLD和AD7142 CDC觸摸屏解碼參考設(shè)計(jì)的功效非常高，正常全速工作和正常分辨率下一般只需要1.5mA電流。它還支持三種其它功效級(jí)別。

在第一低功耗級(jí)中，應(yīng)用處理器降低采樣率，只采集一部分水平和垂直走線，或者使用精確的AD7142 CDC來(lái)確定走線之間的觸摸點(diǎn)。當(dāng)MAX IIZ CPLD的高功效電容探測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到屏幕被觸摸時(shí)，它通過(guò)中斷信號(hào)喚醒處理器。處理器被喚醒后，系統(tǒng)以更高的精度來(lái)讀取觸摸位置。

使用I2C總線，采集所有數(shù)據(jù)的時(shí)間大約為375 ms，而使用SPI總線的時(shí)間為300ms。(降低CDC采樣分辨率可以減少采樣周期)。應(yīng)用處理器通過(guò)串行接口設(shè)置MAX IIZ CPLD驅(qū)動(dòng)傳感器S1列和SRC信號(hào)，讀取來(lái)自AD7142 CDC的14個(gè)電容值。

然后，應(yīng)用處理器通知MAX IIZ CPLD將SRC移至下一垂直走線，進(jìn)行另一次14個(gè)電容測(cè)量，不斷重復(fù)，直至應(yīng)用處理器獲得了觸摸傳感器2D區(qū)域內(nèi)所有244個(gè)(14x16)電容測(cè)量值。然后，應(yīng)用處理器處理原始數(shù)據(jù)，確定用戶意圖。

觸摸屏低功耗設(shè)計(jì)小結(jié)

為使產(chǎn)品得到消費(fèi)者的更多青睞，單點(diǎn)觸摸屏方案需要采用兩點(diǎn)或者多點(diǎn)觸摸屏。并且單點(diǎn)觸摸屏和面板已經(jīng)廣泛的被認(rèn)為是手機(jī)必備功能。現(xiàn)在應(yīng)用的多觸點(diǎn)解決方案還不多，利用現(xiàn)有元件，Altera MAX IIZ CPLD 實(shí)現(xiàn)了靈活的多觸點(diǎn)用戶接口，相信該技術(shù)在不久的將來(lái)定會(huì)有大作為。

AK4186：低功耗觸摸屏控制設(shè)計(jì)方案

AKM公司的AK4186是一個(gè)4線/5線電阻觸摸屏控制器，內(nèi)部集成了一個(gè)12位的SAR A/D轉(zhuǎn)換器。AK4186可以利用兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換探測(cè)屏幕上被按壓的位置，還可以測(cè)量觸摸壓力。AK4186具有自動(dòng)持續(xù)測(cè)量和測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算功能。這兩項(xiàng)功能通常需要外加配件，例如計(jì)算平均屏幕輸入值，可以通過(guò)AK4186進(jìn)行處理。此外，新的時(shí)序模式實(shí)現(xiàn)了短的協(xié)調(diào)測(cè)量時(shí)間，同時(shí)極大降低了微處理器的開(kāi)支。AK4186的電源電壓低至1.6V，從而可以連接一個(gè)低電壓微處理器。AK4186非常適用于便攜式電話、DSC、DVC、智能手機(jī)以及其它便攜式設(shè)備。

AK4186主要特性

• 4線或5線觸摸屏界面

• I2C串行接口

• 帶有S/H電路的12位SAR A/D轉(zhuǎn)換器

• 采樣速率：22.2kHz

• 筆壓力測(cè)量(4線)

• 連續(xù)讀取功能

• 集成內(nèi)部Osc(時(shí)序模式)

• 集成平均中值濾波

• 低電壓運(yùn)行：VDD=1.6V~3.6V

• PENIRQN緩沖輸出

• 低功耗：1.8V時(shí)為60μA

• 自動(dòng)關(guān)機(jī)

• 封裝：12引腳CSP(1.7mm×1.3mm，0.4mm引腳間距)

AK4186評(píng)估板Rev.1 AKD4186-A

AKD4186-A是一塊評(píng)估觸摸屏控制器AK4186的電路板。它采用了CSP小型封裝，適用于手機(jī)及手持式游戲設(shè)備。由于AKD4186-A擁有一塊觸摸屏I/F和數(shù)字I/O電源輸入終端，很容易與低功率/電壓驅(qū)動(dòng)的目標(biāo)系統(tǒng)相連接。此外，由于配備了模擬輸入終端，因此模擬電壓也可以被測(cè)出。

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