超越智能的觸摸傳感解決方案

電容式的感應(yīng)產(chǎn)品正在以非?？斓乃俣冗M(jìn)入觸摸感應(yīng)的整體技術(shù)市場(chǎng)。據(jù)預(yù)測(cè)顯示，2011年的單年觸摸感應(yīng)半導(dǎo)體需求將達(dá)到30億美元。到2011年僅手機(jī)應(yīng)用中的觸摸感應(yīng)份額將增長(zhǎng)到4億件。這是一個(gè)非?？捎^的數(shù)字。

　　電容式觸摸感應(yīng)

　　應(yīng)用最廣的是電阻式的觸摸感應(yīng)方案，但是電容式的觸摸感應(yīng)方案擁有增長(zhǎng)最快的份額。電容式觸摸感應(yīng)方案之所以是增長(zhǎng)最快的方案的原因有一下幾點(diǎn)：第一，在各種各樣的便攜式設(shè)備中，觸摸感應(yīng)的方案的應(yīng)用會(huì)越來越廣;第二，隨著制造成本的降低，電容式的方案會(huì)越來越多，電容式的方案的可制造性也會(huì)越來越強(qiáng)，體現(xiàn)在無論是工業(yè)應(yīng)用還是便攜式產(chǎn)品的應(yīng)用;第三，由IPOD效應(yīng)引發(fā)的其他供應(yīng)商大量跟進(jìn)電容式觸摸感應(yīng)方案。

　　硬件方案和軟件方案

　　觸摸感應(yīng)的方案一般用在觸摸面板、觸摸按鍵、觸摸屏這類方面。醫(yī)療設(shè)備、工廠自動(dòng)化、家用電器、汽車、手持通信設(shè)備、電腦外設(shè)等等都是飛思卡爾觸摸感應(yīng)方案包括專用芯片和軟件方案適用的領(lǐng)域。

　　硬件方案

　　在選用芯片時(shí)，可以針對(duì)不用領(lǐng)域進(jìn)行選擇，比如消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)和汽車級(jí)的芯片等。

　　飛思卡爾的芯片硬件方案主要有MPR121：性能較高，1.71V至3.6V、12 個(gè)電極，鍵盤、I2C、3mmx3 mm 20QFN封裝;MPR031 ：小型方案，1.71V至2.75V、2 或 3 個(gè)電極，鍵盤、I2C、2 mmx2 mm 8UDFN 封裝;MPR083/084：基于MCU，1.8V至3.6V、8 個(gè)電極，轉(zhuǎn)輪和鍵盤、I2C， 5 mmx5 mm 16QFN;MC33941 ：電場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)品。

　　MPR121是飛思卡爾較新的專用的觸摸傳感器。它的明顯優(yōu)勢(shì)是功耗比較低，可以到29μA，低電源電流為便攜式應(yīng)用提供強(qiáng)大的低功耗優(yōu)勢(shì)。

　　達(dá)12個(gè)電極的檢測(cè)，每個(gè)電極和獨(dú)立設(shè)置，也可以把12個(gè)電極在內(nèi)部連接起來合成一個(gè)虛擬電極，進(jìn)行接近檢測(cè)，比如可以把手機(jī)拿起來貼近自己的臉。它可以同時(shí)具備按鍵檢測(cè)和接近檢測(cè)，工作電壓在1.71V至3.6V，具有在MPR031基礎(chǔ)之上第二代優(yōu)化的內(nèi)部算法，有獨(dú)立的自動(dòng)算法和獨(dú)立校準(zhǔn)和自動(dòng)配置功能。使用起來非常簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)外部元器件，一個(gè)濾波電容就可以工作了。不需要加其他的元器件就可以工作，使用方便簡(jiǎn)單。

　　作為飛思卡爾觸電容式摸傳感器芯片第二代產(chǎn)品MPR121，有智能、靈活、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，有獨(dú)立的校準(zhǔn)功能，可以簡(jiǎn)化觸摸應(yīng)用設(shè)計(jì)。隨著采樣率的降低，功耗也可進(jìn)一步降低。智能方面表現(xiàn)在可以對(duì)產(chǎn)品自動(dòng)校驗(yàn)維護(hù)。靈活性表現(xiàn)在用戶使用上功能都是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，不需要設(shè)置，會(huì)根據(jù)電極的變化自動(dòng)調(diào)整，比如環(huán)境溫度濕度變化時(shí)，并且走線簡(jiǎn)單，使用起來方便靈活。

　　MPR121特性有：支持多達(dá) 12 個(gè)觸摸電極，1.71 V 至 3.6 V 的工作電壓，29μA 的平均電源電流。在 64ms 的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)對(duì)所有 12 個(gè)電極進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)每個(gè)電極進(jìn)行連續(xù)的獨(dú)立自動(dòng)校準(zhǔn)，每個(gè)電極有各自的觸摸和釋放跳變閾值，可提供回差以及各電極的獨(dú)立性。可驅(qū)動(dòng)多達(dá) 8 個(gè) LED，或8 個(gè)任意組合的邏輯 I/O。具有3μA 的最大關(guān)斷電流。帶有終端口，可通知主機(jī)，比如有按鍵等，帶有 IRQ 輸出的 I2C 接口，可提示電極狀態(tài)的變化3mm×3mm×0.6 mm 20 腳QFN封裝，-40℃到+85℃的工業(yè)級(jí)工作溫度范圍。

　　MPR121如圖1所示。

　　圖1 MPR121

　　與此同時(shí)，MPR121還有配套的 Sensor Toolbox 開發(fā)工具，如圖2所示。包括MPR121 評(píng)估和開發(fā)板;基于經(jīng)過驗(yàn)證的 KITMPR03x 評(píng)估板;無鉛封裝的 DIP轉(zhuǎn)換器;一組帶有標(biāo)準(zhǔn)電極連接器的電極樣本。套件中還有評(píng)估軟件和下載。

　　軟件方案

　　軟件方案可以靈活應(yīng)用，因?yàn)檐浖桨覆⒉会槍?duì)某一個(gè)特定的芯片，可以選用任一個(gè)MCU，只要是MCU適合這個(gè)應(yīng)用，那這個(gè)軟件方案就可以適合這個(gè)應(yīng)用，所以是非常靈活的。

　　觸摸感應(yīng)軟件套件特征有：1.8V至5.5V，64 個(gè)電極，鍵盤、滑條、轉(zhuǎn)輪、矩陣與觸摸板、I2C、LIN、CAN、SPI、USB、所有的 S08 封裝選項(xiàng)。

　　圖2 MPR121配套的Sensor Toolbox開發(fā)工具

　　目前使用的是觸摸感應(yīng)軟件版本1.0，還會(huì)推出觸摸感應(yīng)軟件版本2.0，3.0，4.0。還陸續(xù)會(huì)推出薄膜概念方案、電感式概念方案、電阻式觸摸屏方案、多點(diǎn)觸摸概念方案等。

　　由于是用MCU實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的，所以MCU的其他功能就能得到充分使用，并與感應(yīng)檢測(cè)同時(shí)協(xié)同工作，比如外部的LCD驅(qū)動(dòng)、LED驅(qū)動(dòng)、其他的外設(shè)，比如蜂鳴器、ADC和其他的傳感器，都可以同時(shí)用來工作。

　　飛思卡爾觸摸軟件感應(yīng)套件可將任何8位S08 MCU用作觸摸傳感器。TSS (Touch Sensing Software)能簡(jiǎn)化用戶對(duì)接口的設(shè)計(jì)，讓客戶能夠在 10 分鐘內(nèi)從零開始，開發(fā)出一個(gè)應(yīng)用。TSS 能夠讓用戶界面獲得提升，可避免機(jī)械損耗和破壞的影響，增加產(chǎn)品的使用壽命，而且還讓設(shè)計(jì)人員獲得更大的靈活性，因?yàn)樗麄兛梢噪S意選擇使用任意一款的飛思卡爾MCU。TSS 是免費(fèi)的軟件，帶有低成本的開發(fā)工具，允許設(shè)計(jì)人員針對(duì)其應(yīng)用選擇最佳的 MCU 器件，并為他們多節(jié)省一個(gè)傳感器 IC 的成本。

　　觸摸感應(yīng)軟件套件解決方案的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。可以選擇不同的鍵盤類型、鍵盤數(shù)量和不同的MCU。若MCU的引腳有多余就可以利用來做電極。

　　圖3 觸摸感應(yīng)軟件套件解決方案結(jié)構(gòu)框圖

　　主要是用到MCU的內(nèi)部的一些運(yùn)算，用軟件的方法實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，主要結(jié)構(gòu)在軟件算法，包括按鍵矩陣、轉(zhuǎn)輪、滑條、鍵盤，有各種各樣不同的算法來實(shí)現(xiàn)不同的按鍵類型檢測(cè)。軟件界面更加炫目，能以較低功耗實(shí)現(xiàn)接口方案。軟件的解決方案面向應(yīng)用，所以對(duì)API的接口設(shè)計(jì)充分，用戶可以簡(jiǎn)單地應(yīng)用到這些軟件方案，與庫(kù)文件進(jìn)行接口。在方案中，考慮到各種按鍵的使用中情況，包括噪聲抑制的算法，有內(nèi)部的優(yōu)化的緩存結(jié)構(gòu)，支持64個(gè)電極任意排列的組合。可以在運(yùn)行的同時(shí)開啟或關(guān)閉任一個(gè)按鍵，并有自動(dòng)重復(fù)等自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的算法，比如對(duì)粘滯按鍵、斷路按鍵、亂按鍵的情況都有響應(yīng)的自動(dòng)算法處理。