一種低功耗觸摸按鍵應用的設計方法
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此外，該系列PSoC®芯片包含8個數(shù)字模塊和6個模擬模塊，提供最多38個通用I/O, 16Kbyte Flash，1Kbyte的SRAM以及其它一些片上資源，包括10位SAR ADC，電壓參考源(VDAC)，I2C通信模塊，硬件實時時鐘(RTC)[5]。硬件實現(xiàn)的觸摸按鍵掃描模塊和豐富的數(shù)字、模擬模塊資源，使得可以用一塊CY8C22x45芯片實現(xiàn)觸摸按鍵功能和系統(tǒng)主控操作。
CY8C22x45系列芯片休眠時的工作電流僅有3 uA[5]，芯片內包含一個休眠計數(shù)器，系統(tǒng)進入休眠后計數(shù)器開始遞減，當計數(shù)值為零時產(chǎn)生中斷喚醒系統(tǒng)。喚醒系統(tǒng)后可以不做任何處理再次進入休眠模式。這樣周而復始，達到所需要的整個休眠時間。在實際設計中，常常使用平均休眠電流替代公式2中的Isleep，即在每次休眠結束后，僅讓系統(tǒng)正常工作最短時間，該時間內完成所有必須操作（僅是一次循環(huán)判斷），此時的電流即為該休眠時間下的平均休眠電流。表 1 列出了常用休眠時間的平均休眠電流。
表 1 常用休眠時間的平均休眠電流
本文引用地址：http://2s4d.com/article/181193.htm圖 4是一個觸摸按鍵應用中一次典型的按鍵波形，每個按鍵按下后，系統(tǒng)都需輸出對應的電壓值以供其他系統(tǒng)檢測。該應用要求響應時間小于等于40ms，當按鍵被長按時，需要一直輸出按鍵電壓，即使按鍵釋放后，仍需250 ms時間保持原有按鍵電壓，之后停止輸出按鍵電壓，進入空閑狀態(tài)。系統(tǒng)共包含12個觸摸按鍵，當多個按鍵被同時按下時，系統(tǒng)不響應。系統(tǒng)低功耗設計要求為，系統(tǒng)待機時沒有按鍵操作的平均電流應至少小于1 mA。
使用示波器可以測出系統(tǒng)掃描12個按鍵所需時間大約為1.388 ms。同時，可以測量到正常工作狀態(tài)下系統(tǒng)的工作電流大約為6mA。根據(jù)公式2以及表 1，若一次休眠1.92 ms，需要連續(xù)休眠5次（9.6 ms），才可以得到低于1mA的平均待機電流，約為0.875mA；若一次休眠15.6 ms，休眠一次即可滿足要求，平均待機電流約為0.52mA。實際工程中采用了第二種休眠方式，實際測量到的平均待機電流值為0.565mA，與計算值相近。
4. 降低功耗和喚醒方式的進一步討論
以上實例中系統(tǒng)的平均待機電流是0.565mA，雖然這個功耗滿足了系統(tǒng)的設計要求，但是在很多使用電池供電的場合是不行的。這是因為在待機時，系統(tǒng)掃描全部12個按鍵，用去了1.388ms的時間。如果能減小掃描按鍵的時間，那么還能夠降低系統(tǒng)的待機功耗。
固定按鍵喚醒系統(tǒng)
采用固定按鍵的方式喚醒系統(tǒng)能有效的降低系統(tǒng)掃描按鍵的時間。系統(tǒng)無需掃描所有的按鍵，只需掃描固定的一個按鍵，這可以大大降低在待機狀態(tài)下掃描按鍵的時間。以上述的應用為例，CY8C22x45系列PSoC支持雙通道并行掃描，12個按鍵均勻分布在兩個通道上，因此掃描一個按鍵約為0.231 ms。 如果休眠15.6 ms， 可以計算出此時平均待機電流只有0.113 mA，相比之前的0.52 mA的計算值，僅是其21%。如果休眠時間增加至40ms， 從表 1可以推算出此時平均休眠電流約為9 uA， 此時計算出平均待機電流僅為0.043 mA。
任意按鍵喚醒系統(tǒng)
如果系統(tǒng)要求任意按鍵喚醒系統(tǒng)，那么以上介紹的固定按鍵喚醒系統(tǒng)方法不能滿足。Cypress特有的內部模擬總線的方式，可以將全部的按鍵組合成一個“大按鍵”。這樣系統(tǒng)待機時，只需要對這個“大按鍵”掃描一次，就能判斷是否有手指觸摸到任何按鍵上。不論任何一個按鍵被手指觸摸，都可以喚醒系統(tǒng)。系統(tǒng)喚醒后，將“大按鍵”分解，進行正常的按鍵掃描處理，區(qū)分哪個按鍵按下，進行任務處理。使用這種方法，系統(tǒng)的待機平均電流與使用固定按鍵喚醒系統(tǒng)的方法相同。
手指接近喚醒系統(tǒng)
手指接近喚醒系統(tǒng)是Cypress的一項成熟的技術。此方法是建立在任意按鍵喚醒系統(tǒng)方法基礎之上的。在系統(tǒng)待機時，也是使用一個“大按鍵”進行掃描。與上個方法不同的地方在于：不是當手指觸摸到鍵盤時喚醒系統(tǒng)，而是當手指靠近鍵盤時就喚醒系統(tǒng)。系統(tǒng)喚醒后立即將“大按鍵”分解為正常按鍵，進行按鍵掃描。相對于任意按鍵喚醒系統(tǒng)方法，這種方法能加快系統(tǒng)對按鍵的相應速度，還可以使產(chǎn)品增加豐富的功能特性。
5. 結語
應用Cypress的CY8C22x45系列芯片以及獨有的CapSense技術，設計者可以用更快的時間掃描大量按鍵，用更長的時間讓系統(tǒng)休眠，結合其較低的休眠電流，在保證系統(tǒng)可靠性能的同時，可以實現(xiàn)較低的待機功耗，為觸摸按鍵應用的低功耗設計提供了一種良好的解決方案。
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