引言

　　觸摸式按鍵隨著iPod等消費(fèi)類電子的流行而迅速發(fā)展，這一方面因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以提供更加穩(wěn)定的性能；另一方面也因?yàn)橥愲娮赢a(chǎn)品的基本功能趨同，生產(chǎn)商更加關(guān)注如何為用戶提供舒適、便捷、具有創(chuàng)意的人機(jī)交互界面。在這一點(diǎn)上，與傳統(tǒng)機(jī)械式按鍵相比，觸摸式按鍵有著其無法比擬的巨大優(yōu)勢(shì)。

　　現(xiàn)有市場(chǎng)上的觸摸式按鍵方案，其工作原理都是檢測(cè)手指觸摸引起的電路微小變化量，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)化為邏輯上的按鍵開關(guān)操作。在諸多檢測(cè)方法中，又以電容式檢測(cè)居多，這種檢測(cè)方法在掃描時(shí)需對(duì)電容的充放電，因此不可避免會(huì)增加產(chǎn)品功耗。對(duì)于一些功耗敏感的應(yīng)用來說，如何實(shí)現(xiàn)低功耗的觸摸按鍵是關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

　　Cypress作為電容式觸摸按鍵芯片領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，一直致力提供高效、可靠、貼近用戶需求的芯片與解決方案。本文即基于Cypress的CY8C22x45系列芯片，介紹了一種低功耗觸摸按鍵應(yīng)用設(shè)計(jì)方法。

　　2.低功耗設(shè)計(jì)方法

　　如圖1所示，對(duì)于電容式觸摸按鍵，手指的觸摸會(huì)改變感應(yīng)電容Cx，當(dāng)檢測(cè)電路對(duì)Cx充放電時(shí)，Cx值的變化會(huì)引起電路信號(hào)變化，通過一定的檢測(cè)電路可以測(cè)量出該變化，從而判斷手指是否存在。不過，系統(tǒng)整體功耗因?yàn)轭l繁的掃描Cx的大小而增加。
 

　　對(duì)于輸入電壓一定的系統(tǒng)來說，其功耗主要取決于平均工作電流，即

　　Powerave=Vdd*Iave[2]公式1

　　其中，Vdd是系統(tǒng)工作電壓，Iave是系統(tǒng)平均工作電流。從公式1中可以看出，系統(tǒng)的功耗由系統(tǒng)的平均工作電流決定。降低平均工作電流的方法通常有兩種：第一種是在不改變系統(tǒng)有效工作時(shí)間的前提下降低系統(tǒng)的工作電流；第二種減少系統(tǒng)的有效工作時(shí)間，增加系統(tǒng)的休眠時(shí)間。往往只采用第一種辦法不能將平均工作電流降低到一個(gè)理想的水平，所以需要結(jié)合第二種的方法。在觸摸按鍵系統(tǒng)的實(shí)際工作中將，相當(dāng)一部分時(shí)間系統(tǒng)處于無任何按鍵按下的空閑狀態(tài)。在這段時(shí)間內(nèi)可以用軟件將系統(tǒng)配置為休眠模式。觸摸按鍵芯片一般都提供休眠模式，該模式具有很低工作電流。因此，如果能夠合理安排系統(tǒng)工作時(shí)間，令其空閑時(shí)進(jìn)入休眠模式，就可降低平均工作電流，從而減少系統(tǒng)功耗。

　　圖2是一個(gè)具有休眠功能的典型系統(tǒng)軟件流程圖。
 

　　系統(tǒng)初始化后進(jìn)入休眠模式，經(jīng)過一段時(shí)間的延時(shí)后喚醒掃描按鍵模塊，進(jìn)行按鍵掃描。如果有按鍵按下，軟件判斷是否有效。如果無效按鍵按下，那么系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)入休眠模式。如果軟件判斷按鍵有效，那么喚醒系統(tǒng)，觸發(fā)任務(wù)處理進(jìn)程。當(dāng)處理完所有任務(wù)后，系統(tǒng)又重新進(jìn)入休眠狀態(tài)。這是個(gè)典型的具有休眠功能的系統(tǒng)工作流程圖，它的優(yōu)點(diǎn)就是此軟件流程簡單易懂、容易實(shí)現(xiàn)，一般可以滿足大多數(shù)場(chǎng)合的應(yīng)用。但是，如果系統(tǒng)任務(wù)處理消耗了較多的CPU處理時(shí)間，那么為了達(dá)到目標(biāo)平均工作電流，就需要相應(yīng)增加休眠時(shí)間。同時(shí)降低了按鍵掃描的頻率，從而加長了系統(tǒng)喚醒的響應(yīng)時(shí)間。因此，此方法適合比較簡單的、系統(tǒng)任務(wù)不復(fù)雜的應(yīng)用。

　　圖3是一個(gè)具有休眠功能的復(fù)雜系統(tǒng)軟件流程圖。
 

　　此方法是將以上方法中的任務(wù)處理進(jìn)行分解，分為觸發(fā)新任務(wù)，處理任務(wù)。目的就是減小在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)部執(zhí)行任務(wù)的所花費(fèi)的CPU資源。與上一個(gè)方法的不同在于：系統(tǒng)喚醒掃描按鍵程序，當(dāng)判斷按鍵有效時(shí)，觸發(fā)新任務(wù)，并不是將所有的任務(wù)處理完畢。在當(dāng)前的循環(huán)周期內(nèi)，觸發(fā)的新任務(wù)可能沒有處理完畢，需要下一個(gè)或者更多個(gè)系統(tǒng)循環(huán)的時(shí)間才可以完成。當(dāng)判斷按鍵無效時(shí)，不是馬上進(jìn)入休眠模式，而是判斷是否有沒有處理完畢的任務(wù)。如果有則繼續(xù)處理；如果沒有則進(jìn)入休眠模式。此方法可以處理比較復(fù)雜的任務(wù)，能滿足更多應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

　　如果沒有有效按鍵觸發(fā)，那么系統(tǒng)工作在最大的省電模式。不論哪種方法，系統(tǒng)平均工作電流可由公式2計(jì)算得出。

　　Iave=(Tscan*Iscan+Tsleep*Isleep)/(Tscan+Tsleep)公式2

　　其中，Tscan是一次掃描按鍵所需時(shí)間，Iscan是按鍵掃描時(shí)的工作電流，Tsleep是休眠時(shí)間，Isleep是休眠時(shí)的工作電流。Isleep會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Iscan。一般來說，為了保證一定的按鍵靈敏度，Iscan可調(diào)整的空間有限，因此較快的掃描速度，較小的休眠電流，較長的睡眠時(shí)間是降低系統(tǒng)功耗的關(guān)鍵。
在實(shí)際設(shè)計(jì)中，考慮的因素更為復(fù)雜，除了上述之外，還需考慮按鍵的響應(yīng)時(shí)間和按鍵的靈敏度、等。最大休眠時(shí)間決定了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，對(duì)于相同的Iave，Iscan和Isleep，較長的Tscan會(huì)引起Tsleep的增加，從而無法滿足系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間；如果減少掃描時(shí)間，可能會(huì)無法有效減少系統(tǒng)噪聲影響，降低信噪比，影響按鍵的靈敏度。因此，低功耗觸摸系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要靈敏，可靠，快速的觸摸按鍵掃描技術(shù)。