深入理解應(yīng)用廣泛的QMatrix技術(shù)

　　完善的內(nèi)部信號(hào)處理：QMatrix含有所有的信號(hào)濾波，放反跳邏輯，以及要求可靠工作壽命長(zhǎng)達(dá)幾十年所需的自動(dòng)漂移補(bǔ)償。這些器件中有許多包括FMEA(失效模式和影響分析)自檢子程序，報(bào)告任何類型的電路故障，例如用于fail-safe操作的短路和開(kāi)路，從而使得這些器件特別適合于廚房和汽車應(yīng)用。

　　設(shè)計(jì)故障診斷：QMatrix器件還有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的特性，即能夠?qū)崟r(shí)地將實(shí)際的鍵盤(pán)信號(hào)和診斷信號(hào)通過(guò)一個(gè)采用QmBtn軟件的USB接口發(fā)送到任意一臺(tái)電腦上進(jìn)行觀察分析，QmBtn軟件可以從量研集團(tuán)的網(wǎng)站上免費(fèi)下載。能夠?qū)崟r(shí)觀察鍵盤(pán)信號(hào)的能力為設(shè)計(jì)增添了高度的信心。

　　發(fā)光和背光鍵始終都是設(shè)計(jì)師頗感興趣的。通過(guò)簡(jiǎn)單地將PCB開(kāi)口，并將驅(qū)動(dòng)/接收電極環(huán)繞表面貼裝LED及其焊盤(pán)和連線，即可把LED放置到QMatrix鍵盤(pán)的中央。甚至這可以在單面PCB上來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)被印刷到一片像PET膠片這類的清晰透明的基片上時(shí)，可以采用來(lái)自Agfa N.V的Orgacon?以及可印刷的ITO這類清晰的導(dǎo)體材料來(lái)實(shí)現(xiàn)清晰的背光分離按鍵。用透明的薄膠膜將PET膠片粘合到前面板的背面。將帶有LED的PCB放置到這一層的后面，產(chǎn)生所需的背光?？梢圆捎霉鈱?dǎo)和散射來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的背光性能。

　　觸摸屏：利用QMatrix的特殊器件(與量研協(xié)商)還可以驅(qū)動(dòng)帶有1層或2層ITO(Indium Tin Oxide  PET上的氧化銦錫，圖6)的容性觸摸屏。利用一片QMatrix芯片可以兼容驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)的鍵盤(pán)和觸摸屏兩種鍵盤(pán)，從而可以實(shí)現(xiàn)與用于整個(gè)前面板的主處理器的無(wú)縫接口。將ITO連接到掃描矩陣并提供覆蓋LCD顯示器的大量分離按鍵。Whirlpool Velos微波爐在一層固態(tài)的、完整的玻璃后面采用了這一方法，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的設(shè)計(jì)。用這種方式實(shí)現(xiàn)的觸摸屏不可能損壞，并具有比阻性屏高得多的透明度。

　　接近式感應(yīng)限制：由于電極間的電場(chǎng)的封閉特性，這類器件不適用于接近式感應(yīng)設(shè)計(jì)，除非采用間隔距離較遠(yuǎn)的大電極，使場(chǎng)線能夠輻射到面板前方的自由空間。QTouch器件通常可以更好地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的接近式感應(yīng)，因?yàn)槠鋱?chǎng)線能夠更好地輻射到自由空間。但與Q觸摸技術(shù)不一樣，QMatrix電極更能容忍與接地面以及附近其他印制導(dǎo)線之間的雜散電容的存在。

器件特殊說(shuō)明

　　Quantum QT6xxxx系列的器件都是QMatrix IC，用的幾乎都是同一器件，即QT60645，可以實(shí)現(xiàn)的鍵盤(pán)數(shù)量從16到64。器件編號(hào)中間的3位代表器件的鍵盤(pán)數(shù)量，而末位數(shù)字則代表變更碼。QT60160和QT60240是專門(mén)為低成本應(yīng)用設(shè)計(jì)的，不過(guò)沒(méi)有FMEA(安全自檢)功能，非常適用于像MP3和手機(jī)這類便攜式應(yīng)用，以及像洗衣機(jī)這類的非廚房類應(yīng)用。這兩種器件都采用I2C接口，而在其他絕大多數(shù)的Q系列中用的都是SPI接口。

　　所有QMatrix器件都采用AKS(Adjacent Key Suppression)專利技術(shù)。該技術(shù)允許將所有按鍵都密集地布置到鍵盤(pán)上，且一定程度上解決了由于手指觸摸在交疊位置引起對(duì)多按鍵同時(shí)觸摸引發(fā)的模糊觸摸問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)方法是對(duì)來(lái)自同時(shí)被觸摸的各鍵的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度分析。該技術(shù)還可以支持便攜式設(shè)備的“頭部和口袋誤觸摸檢測(cè)”，例如手機(jī)，在用戶手持聽(tīng)電話時(shí)可能會(huì)碰觸頭部，或者在口袋里會(huì)被誤觸摸。實(shí)現(xiàn)的方法是在鍵盤(pán)附近策略地安置了“保護(hù)鍵”，當(dāng)保護(hù)鍵被觸發(fā)后，可以鎖住任何一個(gè)鍵或者所有鍵，以防止誤操作。該技術(shù)還可以用來(lái)防止面板表面水膜的影響。定制：超過(guò)一半的QMatrix器件可以定制，來(lái)滿足特定的應(yīng)用。定制過(guò)程很簡(jiǎn)單，因?yàn)檫@些芯片都內(nèi)含帶有閃存的微控制器。在量研集團(tuán)的零件表中，從‘QT6C’開(kāi)始往后的都是定制器件，這些在公司的網(wǎng)站上沒(méi)有詳細(xì)介紹。

圖5  QMatrix按鍵和觸摸屏的一體式設(shè)計(jì)。利用一片QT6定制單芯片同時(shí)驅(qū)動(dòng)PCB電極以及ITO膠片上的鍵盤(pán)

應(yīng)用

　　自從1999年研發(fā)出來(lái)后，QMatrix器件的主要應(yīng)用集中在廚房領(lǐng)域，主要的客戶包括Whirlpool, Miele和Electrolux。主要用的都是按鍵數(shù)量較多的器件，例如QT60326或其他定制器件。從Whirlpool Velos Speedcook微波爐(圖6)開(kāi)始，對(duì)觸摸屏的興趣大增，該設(shè)備采用了QT6系列的器件。從此，采用該技術(shù)的大量觸摸屏設(shè)計(jì)開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。


圖6  Whirlpool Velos微波爐采用單芯片QMatrix來(lái)驅(qū)動(dòng)21個(gè)傳統(tǒng)的觸摸按鍵，以及構(gòu)成LCD觸摸屏的10個(gè)透明式ITO膠片式按鍵。該設(shè)計(jì)采用了單層CEM-1 PCB，成本很低

　　后來(lái)利用QMatrix實(shí)現(xiàn)了手機(jī)和其他便攜式應(yīng)用中的設(shè)計(jì)，其成功的原因主要在于該技術(shù)相對(duì)于其他老式方案的技術(shù)優(yōu)越性，并能減小封裝尺寸，另外就是能夠?qū)崿F(xiàn)較多的按鍵數(shù)量。此外，該技術(shù)還贏得了汽車領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗跇O為惡劣的環(huán)境條件下具有工業(yè)級(jí)的魯棒性。

圖7  量研集團(tuán)銷售像E6240這類的QMatrix演示版，為用戶提供該技術(shù)的評(píng)估手段。該評(píng)估板可以支持各種鍵盤(pán)尺寸和布局，演示了QT6系列器件的強(qiáng)大功能。為了能夠?qū)崟r(shí)信號(hào)的全景觀測(cè)，該評(píng)估板還配有QmBtn電腦軟件