觸摸屏低功耗設計

觸摸屏低功耗設計

應用于智能手機的低功耗觸摸屏接口設計

在智能電話中，液晶觸摸屏接口最受歡迎，用戶通過它來使用各種應用程序，或者用手指滾動訪問網(wǎng)頁，這樣在節(jié)約時間、預算和功耗的情況下，開發(fā)這類復雜的接口，Altera MAX IIZ CPLD會是一個不錯的選擇。

定制或者自行觸摸屏低功耗設計

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

AD7142 CDC用于監(jiān)測電容變化，只有14個電容傳感器通道。參考設計是完整的傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以進行定制，也可以原樣使用。參考設計有一個簡單的數(shù)據(jù)解釋程序，演示并測試多觸點傳感器的工作。應用處理器通過SPI或者I2C總線訪問AD7142的CDC寄存器文件，將MAX IIZ CPLD的SRC信號控制設置在合適的軸上。

它提供銦錫氧化物(ITO)屏以及簡單的雙面PCB用作多觸點導航板。在這一參考設計中，MAX IIZ CPLD擴展了AD7142 CDC的功能，使其能夠處理兩維ITO薄膜和PCB觸摸傳感器。長時間暫停后，觸摸屏監(jiān)測到一次觸摸時，MAX IIZ CPLD會產(chǎn)生一個中斷信號。

圖1(a)所示的2D多觸點參考設計基于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)境校準以及ITO屏。

圖1：(a) 基于Altera MAX IIZ EPM240Z CPLD的多觸點觸摸屏參考設計

理想情況下，x走線在下面，y走線在上面，連接至AD7142輸入。ITO 觸摸傳感器有兩個被絕緣體分開的互相垂直的層，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)中的傳感器可實現(xiàn)計算導航板，從而避免了使用普通導航板所需要的選擇按鈕。如圖2所示，中指移動光標，食指和無名指觸摸屏幕，指示鼠標左鍵或者右鍵點擊。去掉移動部分后，電容觸摸屏傳感器比按鍵和按鍵開關更耐用。

圖2：用手指控制無開關導航板

ADI的AD7142 CDC

AD7142 CDC非常靈敏，應用處理器利用這一詳細的電容矢量值，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)進行14次可尋址電容測量。AD7142 CDC精度達到12位，因此，只需要14個傳感器就可以精確測量手指的位置。AD7142 CDC并不是設計用作觸摸屏解碼器，而是用于測量電容以及PCB上傳感器線陣的電容變化。每個測量周期結(jié)束后，通過I2C或者SPI總線來訪問這些數(shù)值。

AD7142 CDC電氣特性比較完備，能校準特定的PCB布局，然后針對14個傳感器輸入的每一輸入進行電容測量，精度為12位。AD7142 CDC在SRC信號上發(fā)送一個250kHz方波，驅(qū)動靠近傳感器板的走線，然后測量接收到的SRC信號強度。由于觸摸屏電容和SRC信號接收強度成正比，因此AD7142 CDC探測并量化用戶手指接觸觸摸屏時的電容變化。

圖3顯示當沒有手指接觸時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I/O，7x7mm封裝支持116個I/O)結(jié)合AD7142的高分辨率電容數(shù)字測量能力，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可以測量14個傳感器相對于一條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，并選擇驅(qū)動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可以進行相對于垂直走線軸或者本地的電容測量。左側(cè)是基線電容測量，而右側(cè)是兩個手指觸摸傳感器后的結(jié)果。圖中藍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電容測量結(jié)果，顯示了16條走線，即，對x軸進行了16次劃分。最低功耗級可以將應用處理器和AD7142 CDC置于關斷模式。采用外部32kHz時鐘以及每秒一次的采樣率，典型的MAX IIZ CPLD待機電流只有50μA。

在更低的功耗級中，需要用戶觸摸屏幕中心來喚醒器件，這要求應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觸摸屏解碼參考設計的功效非常高，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別。

在第一低功耗級中，應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來確定走線之間的觸摸點。當MAX IIZ CPLD的高功效電容探測系統(tǒng)監(jiān)測到屏幕被觸摸時，它通過中斷信號喚醒處理器。處理器被喚醒后，系統(tǒng)以更高的精度來讀取觸摸位置。

使用I2C總線，采集所有數(shù)據(jù)的時間大約為375 ms，而使用SPI總線的時間為300ms。(降低CDC采樣分辨率可以減少采樣周期)。應用處理器通過串行接口設置MAX IIZ CPLD驅(qū)動傳感器S1列和SRC信號，讀取來自AD7142 CDC的14個電容值。

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

觸摸屏低功耗設計小結(jié)

為使產(chǎn)品得到消費者的更多青睞，單點觸摸屏方案需要采用兩點或者多點觸摸屏。并且單點觸摸屏和面板已經(jīng)廣泛的被認為是手機必備功能。現(xiàn)在應用的多觸點解決方案還不多，利用現(xiàn)有元件，Altera MAX IIZ CPLD 實現(xiàn)了靈活的多觸點用戶接口，相信該技術在不久的將來定會有大作為。

AK4186：低功耗觸摸屏控制設計方案

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

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

• 筆壓力測量(4線)

• 連續(xù)讀取功能

• 集成內(nèi)部Osc(時序模式)

• 集成平均中值濾波

• 低電壓運行：VDD=1.6V~3.6V

• PENIRQN緩沖輸出

• 低功耗：1.8V時為60μA

• 自動關機

• 封裝：12引腳CSP(1.7mm×1.3mm，0.4mm引腳間距)

AK4186評估板Rev.1 AKD4186-A

AKD4186-A是一塊評估觸摸屏控制器AK4186的電路板。它采用了CSP小型封裝，適用于手機及手持式游戲設備。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)動的目標系統(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出。

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