智能手机复杂触摸屏接口设计指南

文章摘要： 图2：用手指控制无开关导航板。ADI的AD7142 CDCwww.88dzw.com 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。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。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

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                      图2：用手指控制无开关导航板。

ADI的AD7142 CDC

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    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。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。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。

    AD7142 CDC连续进行14次可寻址电容测量。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。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。

 

                图3：线性AD7142 CDC采样示意图。

AD7142 CDC文档详细介绍了工作过程和校准功能。

MAX IIZ CPLD将线性传感器转换为2D传感器

    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。AD7142 CDC可以进行相对于垂直走线轴或者本地的电容测量。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。

    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。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：电容数字采样2D阵列表示：基线(左)和触摸后的结果(右)。 

    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。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)。然后，应用处理器处理原始数据，确定用户意图。

降低功耗，节省时间，减少处理

    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。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。

    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。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。

本文小结

    单点触摸屏和面板不再是实现电子系统接口的最新手段，而被认为是必备功能。单点触摸屏方案已经广泛应用，因此为使产品得到消费者的青睐，需要采用两点或者多点触摸屏。现在应用的多触点解决方案还不多，Altera MAX IIZ CPLD 利用现有元件实现了灵活的多触点用户接口。

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