智能手機鍵盤控制器的實現方法介紹與比較

簡介

智能手機的大腦是基帶處理器（Baseband），內置微型處理器和專用信號處理電路。依靠基帶控制器的先進設計，通用輸入/輸出口（GPIO）可用來實現按鍵開關功能。

目前，專用鍵盤控制器IC已廣泛用于智能手機。這些專用鍵盤控制器之所以排上用場，原因在于基帶芯片的GPIO資源非常有限。比如，有時為了節(jié)約成本，用戶將本來用于功能電話的基帶芯片應用到了智能手機的設計；有時則是為了減少基帶控制器與鍵盤之間的連接線數量，特別是對于滑蓋手機，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有的GPIO芯片或使用傳統(tǒng)的按鍵掃描微型單片機實現。一些專有的鍵盤控制器也采用傳統(tǒng)的按鍵掃描方式。這篇應用筆記則對傳統(tǒng)的按鍵掃描和低EMI按鍵掃描方案進行了比較，并列舉了省去EMI濾波器件帶來的益處。

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方式。有些GPIO引腳設計成“列”輸出端口，驅動開關矩陣；有些GPIO引腳設計成“行”輸入端口，檢測按鍵開關的閉合。通常，沒有按鍵按下時，每個按鍵上都沒有電壓。一旦某個按鍵按下，鍵盤控制器開始掃描所有的按鍵。掃描動作通過逐漸升高“列”電壓的同時，來輪詢監(jiān)測每“行”的輸入電平。一個8 x 8的開關矩陣可經過64個時鐘周期完成一遍掃描。時鐘頻率的范圍可以設定在幾十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。



圖1.傳統(tǒng)鍵盤掃描電路。

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