触摸屏低功耗设计

时间：2012-08-16 15:38:47

关键字： CD 低功耗设计触摸屏 DC

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[导读]触摸屏低功耗设计应用于智能手机的低功耗触摸屏接口设计在智能电话中，液晶触摸屏接口最受欢迎，用户通过它来使用各种应用程序，或者用手指滚动访问网页，这样在节约时间、预算和功耗的情况下，开发这类复杂的接口，

触摸屏低功耗设计

应用于智能手机的低功耗触摸屏接口设计

在智能电话中，液晶触摸屏接口最受欢迎，用户通过它来使用各种应用程序，或者用手指滚动访问网页，这样在节约时间、预算和功耗的情况下，开发这类复杂的接口，Altera MAX IIZ CPLD会是一个不错的选择。

定制或者自行触摸屏低功耗设计

任何触摸屏方案都包括两部分：2D触摸传感器和计算应用程序，后者将传感器数据转换为用户意图。

AD7142 CDC用于监测电容变化，只有14个电容传感器通道。参考设计是完整的传感器和数据采集系统，可以进行定制，也可以原样使用。参考设计有一个简单的数据解释程序，演示并测试多触点传感器的工作。应用处理器通过SPI或者I2C总线访问AD7142的CDC寄存器文件，将MAX IIZ CPLD的SRC信号控制设置在合适的轴上。

它提供铟锡氧化物(ITO)屏以及简单的双面PCB用作多触点导航板。在这一参考设计中，MAX IIZ CPLD扩展了AD7142 CDC的功能，使其能够处理两维ITO薄膜和PCB触摸传感器。长时间暂停后，触摸屏监测到一次触摸时，MAX IIZ CPLD会产生一个中断信号。

图1(a)所示的2D多触点参考设计基于MAX IIZ EPM240Z CPLD以及ADI的AD7142 集成电容数字转换器(CDC)，支持片内环境校准以及ITO屏。

图1：(a) 基于Altera MAX IIZ EPM240Z CPLD的多触点触摸屏参考设计

理想情况下，x走线在下面，y走线在上面，连接至AD7142输入。ITO 触摸传感器有两个被绝缘体分开的互相垂直的层，上面分别是x和y走线。如此布置的原因是CDC在监视靠近手指的走线时更敏感。走线阵列较宽，间距为5至10mm。

图1(b)中左侧为触摸屏交叉部分，右侧是触摸屏。在实际的显示触摸屏中，走线是透明的。

图1：(b) ITO触摸屏或者PCB触摸板的侧视图(左)以及正视图(右)

图1(b)中的传感器可实现计算导航板，从而避免了使用普通导航板所需要的选择按钮。如图2所示，中指移动光标，食指和无名指触摸屏幕，指示鼠标左键或者右键点击。去掉移动部分后，电容触摸屏传感器比按键和按键开关更耐用。

图2：用手指控制无开关导航板

ADI的AD7142 CDC

AD7142 CDC非常灵敏，应用处理器利用这一详细的电容矢量值，确定手指位于9.3传感器位置，即在传感器9和10之间。AD7142 CDC连续进行14次可寻址电容测量。AD7142 CDC精度达到12位，因此，只需要14个传感器就可以精确测量手指的位置。AD7142 CDC并不是设计用作触摸屏解码器，而是用于测量电容以及PCB上传感器线阵的电容变化。每个测量周期结束后，通过I2C或者SPI总线来访问这些数值。

AD7142 CDC电气特性比较完备，能校准特定的PCB布局，然后针对14个传感器输入的每一输入进行电容测量，精度为12位。AD7142 CDC在SRC信号上发送一个250kHz方波，驱动靠近传感器板的走线，然后测量接收到的SRC信号强度。由于触摸屏电容和SRC信号接收强度成正比，因此AD7142 CDC探测并量化用户手指接触触摸屏时的电容变化。

图3显示当没有手指接触时基线条件下的寄存器值，下面的图显示了手指触摸传感器9时的寄存器值。

图3：线性AD7142 CDC采样示意图

MAX IIZ中大量的I/O (5x5mm封装支持54个I/O，7x7mm封装支持116个I/O)结合AD7142的高分辨率电容数字测量能力，使这一解决方案能够适用于面积较大的触摸屏和面板。AD7142 CDC可以测量14个传感器相对于一条SRC走线的电容。增加MAX IIZ CPLD后，可在串行接口的控制下，获得AD7142 CDC的SRC方波信号，并选择驱动触摸屏的某一条垂直x走线，从而支持多条SRC走线。

图4：电容数字采样2D阵列表示：基线(左)和触摸后的结果(右)

AD7142 CDC可以进行相对于垂直走线轴或者本地的电容测量。左侧是基线电容测量，而右侧是两个手指触摸传感器后的结果。图中蓝色和红色采样行表示哪一SRC走线被激活。图4为AD7142 CDC和MAX IIZ CPLD相结合后的2D电容测量结果，显示了16条走线，即，对x轴进行了16次划分。最低功耗级可以将应用处理器和AD7142 CDC置于关断模式。采用外部32kHz时钟以及每秒一次的采样率，典型的MAX IIZ CPLD待机电流只有50μA。

在更低的功耗级中，需要用户触摸屏幕中心来唤醒器件，这要求应用处理器只采样一条水平走线和一条垂直走线。MAX IIZ CPLD和AD7142 CDC触摸屏解码参考设计的功效非常高，正常全速工作和正常分辨率下一般只需要1.5mA电流。它还支持三种其它功效级别。

在第一低功耗级中，应用处理器降低采样率，只采集一部分水平和垂直走线，或者使用精确的AD7142 CDC来确定走线之间的触摸点。当MAX IIZ CPLD的高功效电容探测系统监测到屏幕被触摸时，它通过中断信号唤醒处理器。处理器被唤醒后，系统以更高的精度来读取触摸位置。

使用I2C总线，采集所有数据的时间大约为375 ms，而使用SPI总线的时间为300ms。(降低CDC采样分辨率可以减少采样周期)。应用处理器通过串行接口设置MAX IIZ CPLD驱动传感器S1列和SRC信号，读取来自AD7142 CDC的14个电容值。

然后，应用处理器通知MAX IIZ CPLD将SRC移至下一垂直走线，进行另一次14个电容测量，不断重复，直至应用处理器获得了触摸传感器2D区域内所有244个(14x16)电容测量值。然后，应用处理器处理原始数据，确定用户意图。

触摸屏低功耗设计小结

为使产品得到消费者的更多青睐，单点触摸屏方案需要采用两点或者多点触摸屏。并且单点触摸屏和面板已经广泛的被认为是手机必备功能。现在应用的多触点解决方案还不多，利用现有元件，Altera MAX IIZ CPLD 实现了灵活的多触点用户接口，相信该技术在不久的将来定会有大作为。

AK4186：低功耗触摸屏控制设计方案

AKM公司的AK4186是一个4线/5线电阻触摸屏控制器，内部集成了一个12位的SAR A/D转换器。AK4186可以利用两个A/D转换探测屏幕上被按压的位置，还可以测量触摸压力。AK4186具有自动持续测量和测量数据计算功能。这两项功能通常需要外加配件，例如计算平均屏幕输入值，可以通过AK4186进行处理。此外，新的时序模式实现了短的协调测量时间，同时极大降低了微处理器的开支。AK4186的电源电压低至1.6V，从而可以连接一个低电压微处理器。AK4186非常适用于便携式电话、DSC、DVC、智能手机以及其它便携式设备。

AK4186主要特性

• 4线或5线触摸屏界面

• I2C串行接口

• 带有S/H电路的12位SAR A/D转换器

• 采样速率：22.2kHz

• 笔压力测量(4线)

• 连续读取功能

• 集成内部Osc(时序模式)

• 集成平均中值滤波

• 低电压运行：VDD=1.6V~3.6V

• PENIRQN缓冲输出

• 低功耗：1.8V时为60μA