中心議題：

• 智能手機低功耗觸摸屏接口設計

解決方案：

• 采用Altera MAX IIZ CPLD解決方案
• 采用ADI的AD7142 CDC解決方案

支(zhi)持(chi)網(wang)絡(luo)的(de)多(duo)媒(mei)體(ti)智(zhi)能(neng)電(dian)話(hua)改(gai)變(bian)了(le)消(xiao)費(fei)者(zhe)使(shi)用(yong)手(shou)機(ji)的(de)方(fang)式(shi)。在(zai)這(zhe)些(xie)電(dian)話(hua)中(zhong)
，特(te)別(bie)受(shou)歡(huan)迎(ying)的(de)是(shi)液(ye)晶(jing)觸(chu)摸(mo)屏(ping)接(jie)口(kou)，用(yong)戶(hu)通(tong)過(guo)它(ta)來(lai)使(shi)用(yong)各(ge)種(zhong)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)，或(huo)者(zhe)用(yong)手(shou)指(zhi)滾(gun)動(dong)訪(fang)問(wen)網(wang)頁(ye)。如(ru)果(guo)希(xi)望(wang)在(zai)不(bu)花(hua)費(fei)大(da)量(liang)的(de)時(shi)間(jian)
、預算或者功耗的情況下，開發這類複雜的接口，采用零功耗Altera MAX IIZ CPLD是一個理想的選擇。

與 ASSP或者其它競爭技術不同，MAX IIZ CPLD的I/O非常多、使用方便、功耗低
，能靈活突出產品優勢。這些優點大大簡化並加速了個性化手機、便攜式媒體播放器和顯示器的開發，適用於醫療
、汽車和工業等應用領域。Altera基於MAX IIZ EPM240Z器件的最新多點觸摸屏參考設計，有助於設計人員迅速將構思變為實際產品。

定製或者自行設計
任何觸摸屏方案都包括兩部分：2D觸摸傳感器和(he)計(ji)算(suan)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)
，後(hou)者(zhe)將(jiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)據(ju)轉(zhuan)換(huan)為(wei)用(yong)戶(hu)意(yi)圖(tu)。參(can)考(kao)設(she)計(ji)是(shi)完(wan)整(zheng)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)，可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)定(ding)製(zhi)
，也(ye)可(ke)以(yi)原(yuan)樣(yang)使(shi)用(yong)。它(ta)提(ti)供(gong)銦(yin)錫(xi)氧(yang)化(hua)物(wu)(ITO)屏以及簡單的雙麵PCB用作多觸點導航板。圖1(a)所示的2D多觸點參考設計基於MAX IIZ EPM240Z CPLD以及ADI的AD7142 集成電容數字轉換器(CDC)
，支持片內環境校準以及ITO屏。

參考設計有一個簡單的數據解釋程序，演示並測試多觸點傳感器的工作。AD7142 CDC用於監測電容變化
，隻有14個電容傳感器通道。在這一參考設計中
，MAX IIZ CPLD擴展了AD7142 CDC的功能，使其能夠處理兩維ITO薄膜和PCB觸摸傳感器。應用處理器通過SPI或者I2C總線訪問AD7142的CDC寄存器文件
，將MAX IIZ CPLD的SRC信號控製設置在合適的軸上。長時間暫停後，觸摸屏監測到一次觸摸時，MAX IIZ CPLD會產生一個中斷信號。

ITO或者PCB觸摸屏設計
任何觸摸屏設計都從實際的觸摸傳感器開始。雖然這個參考設計主要是針對電容ITO 觸摸屏，但也適用於一麵為水平走線
，另一麵是垂直走線的雙麵PCB。ITO 觸摸屏有兩個被絕緣體分開的透明層，14條y走線連接至AD7142 CDC輸入，16條x走線連接至MAX IIZ CPLD。MAX IIZ CPLD能夠增加更多的I/O，進一步提高分辨率，支持更大的觸摸屏。14x16的設計可支持最高16x14cm的觸摸屏。

ITO 觸摸傳感器有兩個被絕緣體分開的互相垂直的層
，上麵分別是x和y走線。理想情況下，x走線在下麵，y走線在上麵，連接至AD7142輸入。如此布置的原因是CDC在監視靠近手指的走線時更敏感。走線陣列較寬，間距為5至10mm。圖1(b)中左側為觸摸屏交叉部分
，右側是觸摸屏。在實際的顯示觸摸屏中，走線是透明的。[page]

圖1(b)中的傳感器可實現計算導航板
，從而避免了使用普通導航板所需要的選擇按鈕。如圖2所suo示shi
，中zhong指zhi移yi動dong光guang標biao
，食shi指zhi和he無wu名ming指zhi觸chu摸mo屏ping幕mu，指zhi示shi鼠shu標biao左zuo鍵jian或huo者zhe右you鍵jian點dian擊ji。去qu掉diao移yi動dong部bu分fen後hou
，電dian容rong觸chu摸mo屏ping傳chuan感gan器qi比bi按an鍵jian和he按an鍵jian開kai關guan更geng耐nai用yong。
ADI的AD7142 CDC
AD7142 CDC並不是設計用作觸摸屏解碼器
，而是用於測量電容以及PCB上傳感器線陣的電容變化。AD7142 CDC電氣特性比較完備，能校準特定的PCB布局
，然後針對14個傳感器輸入的每一輸入進行電容測量
，精度為12位。每個測量周期結束後，通過I2C或者SPI總線來訪問這些數值。AD7142 CDC在SRC信號上發送一個250kHz方波，驅動靠近傳感器板的走線，然後測量接收到的SRC信號強度。由於觸摸屏電容和SRC信號接收強度成正比，因此AD7142 CDC探測並量化用戶手指接觸觸摸屏時的電容變化。

AD7142 CDC連續進行14次可尋址電容測量。圖3顯示當沒有手指接觸時基線條件下的寄存器值，下麵的圖顯示了手指觸摸傳感器9時的寄存器值。AD7142 CDC非常靈敏
，應用處理器利用這一詳細的電容矢量值，確定手指位於9.3傳感器位置，即在傳感器9和10之間。AD7142 CDC精度達到12位
，因此，隻需要14個傳感器就可以精確測量手指的位置。
AD7142 CDC文檔詳細介紹了工作過程和校準功能。

MAX IIZ CPLD將線性傳感器轉換為2D傳感器
AD7142 CDC可以測量14個傳感器相對於一條SRC走線的電容。增加MAX IIZ CPLD後，可在串行接口的控製下，獲得AD7142 CDC的SRC方波信號，並選擇驅動觸摸屏的某一條垂直x走線
，從而支持多條SRC走線。AD7142 CDC可以進行相對於垂直走線軸或者本地的電容測量。MAX IIZ中大量的I/O (5x5mm封裝支持54個I/O
，7x7mm封裝支持116個I/O)結合AD7142的高分辨率電容數字測量能力，使這一解決方案能夠適用於麵積較大的觸摸屏和麵板。

圖4為AD7142 CDC和MAX IIZ CPLD相結合後的2D電容測量結果，顯示了16條走線，即，對x軸進行了16次劃分。左側是基線電容測量
，而右側是兩個手指觸摸傳感器後的結果。圖中藍色和紅色采樣行表示哪一SRC走線被激活。
應用處理器通過串行接口設置MAX IIZ CPLD驅動傳感器S1列和SRC信號
，讀取來自AD7142 CDC的14個電容值。然後，應用處理器通知MAX IIZ CPLD將SRC移至下一垂直走線
，進行另一次14個電容測量

，不斷重複，直至應用處理器獲得了觸摸傳感器2D區域內所有244個(14x16)電容測量值。使用I2C總線
，采集所有數據的時間大約為375 ms，而使用SPI總線的時間為300ms。(降低CDC采樣分辨率可以減少采樣周期)。然後，應用處理器處理原始數據，確定用戶意圖。

降低功耗，節省時間


，減少處理
MAX IIZ CPLD和AD7142 CDC觸摸屏解碼參考設計的功效非常高

，正常全速工作和正常分辨率下一般隻需要1.5mA電流。它還支持三種其它功效級別。在第一低功耗級中
，應用處理器降低采樣率，隻采集一部分水平和垂直走線
，或者使用精確的AD7142 CDC來(lai)確(que)定(ding)走(zou)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)觸(chu)摸(mo)點(dian)。在(zai)更(geng)低(di)的(de)功(gong)耗(hao)級(ji)中(zhong)，需(xu)要(yao)用(yong)戶(hu)觸(chu)摸(mo)屏(ping)幕(mu)中(zhong)心(xin)來(lai)喚(huan)醒(xing)器(qi)件(jian)，這(zhe)要(yao)求(qiu)應(ying)用(yong)處(chu)理(li)器(qi)隻(zhi)采(cai)樣(yang)一(yi)條(tiao)水(shui)平(ping)走(zou)線(xian)和(he)一(yi)條(tiao)垂(chui)直(zhi)走(zou)線(xian)。

最低功耗級可以將應用處理器和AD7142 CDC置於關斷模式。采用外部32kHz時鍾以及每秒一次的采樣率
，典型的MAX IIZ CPLD待機電流隻有50μA。當MAX IIZ CPLD的高功效電容探測係統監測到屏幕被觸摸時，它通過中斷信號喚醒處理器。處理器被喚醒後，係統以更高的精度來讀取觸摸位置。

本文小結
單(dan)點(dian)觸(chu)摸(mo)屏(ping)和(he)麵(mian)板(ban)不(bu)再(zai)是(shi)實(shi)現(xian)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)接(jie)口(kou)的(de)最(zui)新(xin)手(shou)段(duan)
，而(er)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)必(bi)備(bei)功(gong)能(neng)。單(dan)點(dian)觸(chu)摸(mo)屏(ping)方(fang)案(an)已(yi)經(jing)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，因(yin)此(ci)為(wei)使(shi)產(chan)品(pin)得(de)到(dao)消(xiao)費(fei)者(zhe)的(de)青(qing)睞(lai)
，需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)兩(liang)點(dian)或(huo)者(zhe)多(duo)點(dian)觸(chu)摸(mo)屏(ping)。現(xian)在(zai)應(ying)用(yong)的(de)多(duo)觸(chu)點(dian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)還(hai)不(bu)多(duo)，Altera MAX IIZ CPLD 利用現有元件實現了靈活的多觸點用戶接口。