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hejisuanyingyongchengxu，houzhejiangchuanganqishujuzhuanhuanweiyonghuyitu。cankaoshejishiwanzhengdechuanganqiheshujucaijixitong，keyijinxingdingzhi，yekeyiyuanyangshiyong。tatigongyinxiyanghuawu(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。