一种低功耗触摸按键应用的设计方法
作者：陈晓霖 胡泊
引言
触摸式按键随着iPod等消费类电子的流行而迅速发展，这一方面因为相关技术的不断进步，可以提供更加稳定的性能；另一方面也因为同类电子产品的基本功能趋同，生产商更加关注如何为用户提供舒适、便捷、具有创意的人机交互界面。在这一点上，与传统机械式按键相比，触摸式按键有着其无法比拟的巨大优势。
现有市场上的触摸式按键方案，其工作原理都是检测手指触摸引起的电路微小变化量，进而将其转化为逻辑上的按键开关操作。在诸多检测方法中，又以电容式检测居多，这种检测方法在扫描时需对电容的充放电，因此不可避免会增加产品功耗。对于一些功耗敏感的应用来说，如何实现低功耗的触摸按键是关键技术环节。
Cypress作为电容式触摸按键芯片领域的领导者，一直致力提供高效、可靠、贴近用户需求的芯片与解决方案。本文即基于Cypress的CY8C22x45系列芯片，介绍了一种低功耗触摸按键应用设计方法。
2.低功耗设计方法
如图 1所示，对于电容式触摸按键，手指的触摸会改变感应电容Cx，当检测电路对Cx充放电时，Cx值的变化会引起电路信号变化，通过一定的检测电路可以测量出该变化，从而判断手指是否存在。不过，系统整体功耗因为频繁的扫描Cx的大小而增加。
对于输入电压一定的系统来说，其功耗主要取决于平均工作电流，即
Powerave = Vdd * Iave[2] 公式1
其中，Vdd是系统工作电压，Iave是系统平均工作电流。从公式1中可以看出，系统的功耗由系统的平均工作电流决定。降低平均工作电流的方法通常有两种：第一种是在不改变系统有效工作时间的前提下降低系统的工作电流；第二种减少系统的有效工作时间，增加系统的休眠时间。往往只采用第一种办法不能将平均工作电流降低到一个理想的水平，所以需要结合第二种的方法。在触摸按键系统的实际工作中将，相当一部分时间系统处于无任何按键按下的空闲状态。在这段时间内可以用软件将系统配置为休眠模式。触摸按键芯片一般都提供休眠模式，该模式具有很低工作电流。因此，如果能够合理安排系统工作时间，令其空闲时进入休眠模式，就可降低平均工作电流，从而减少系统功耗。
图 2是一个具有休眠功能的典型系统软件流程图。
系统初始化后进入休眠模式，经过一段时间的延时后唤醒扫描按键模块，进行按键扫描。如果有按键按下，软件判断是否有效。如果无效按键按下，那么系统继续进入休眠模式。如果软件判断按键有效，那么唤醒系统，触发任务处理进程。当处理完所有任务后，系统又重新进入休眠状态。这是个典型的具有休眠功能的系统工作流程图，它的优点就是此软件流程简单易懂、容易实现，一般可以满足大多数场合的应用。但是，如果系统任务处理消耗了较多的CPU处理时间，那么为了达到目标平均工作电流，就需要相应增加休眠时间。同时降低了按键扫描的频率，从而加长了系统唤醒的响应时间。因此，此方法适合比较简单的、系统任务不复杂的应用。
