采用電容式感應(yīng)技術(shù)的用戶界面已被廣泛接受，常用于代替原有的機(jī)械開關(guān)和按鈕。此外，也被用于電池供電的手持和便攜式電子設(shè)備中。便攜式和手持電子設(shè)備要求較長的電池使用壽命且必須持續(xù)注重綠色環(huán)保技術(shù)，電容式用戶界面向這些領(lǐng)域進(jìn)軍進(jìn)一步突顯低功耗應(yīng)用的重要性。
本系列文章將介紹有助于構(gòu)建低功耗電容式用戶界面面板的多種技巧與方法。本文的第一部分，即《優(yōu)化電容式觸控應(yīng)用的平均功耗：第1部分》探討了以下4種方法：
1. 利用最佳電路板布局方式優(yōu)化傳感器寄生電容(CP)
2. 使用睡眠模式并優(yōu)化電容式感應(yīng)控制器的報(bào)告率
3. 根據(jù)手指觸控事件優(yōu)化報(bào)告率
4. 使用優(yōu)先級(jí)規(guī)則將電容式控制器從睡眠模式中喚醒
本部分將重點(diǎn)介紹下面三種功耗優(yōu)化技術(shù)：
5. 使用聯(lián)動(dòng)電容式傳感器模型將電容式控制器從待機(jī)模式中喚醒
6. 使用接近傳感器將電容式控制器從待機(jī)模式中喚醒
7. 使用外部穩(wěn)壓器關(guān)閉用戶界面單元的電源
5. 使用聯(lián)動(dòng)電容式傳感器模型將電容式控制器從待機(jī)模式中喚醒
只有在使用一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)特定傳感器將系統(tǒng)從待機(jī)模式中喚醒時(shí)，優(yōu)先級(jí)規(guī)則(第一部分中討論的第4種方法)才起作用。對(duì)于其他大多數(shù)情況，任何傳感器被激活，系統(tǒng)都會(huì)被喚醒。一般來說，能夠喚醒系統(tǒng)的按鈕數(shù)量越多，系統(tǒng)平均功耗就越大。
聯(lián)動(dòng)傳感器采樣技術(shù)可用于解決這一問題，而且不會(huì)增加平均功耗。在系統(tǒng)待機(jī)模式下使用這種方法時(shí)， 所有可以喚醒系統(tǒng)的物理傳感器都被連接到一起，在設(shè)計(jì)中組成了一個(gè)單一的虛擬聯(lián)動(dòng)傳感器。只掃描聯(lián)動(dòng)傳感器所消耗時(shí)間比掃描所有傳感器所消耗的時(shí)間短;因此，電容式控制器可以更長時(shí)間的處于睡眠模式，從而降低了平均功耗(詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考本系列文章第一部分中的方法2)。
如果任何一個(gè)物理傳感器被觸摸，聯(lián)動(dòng)傳感器的電容就會(huì)增加，同時(shí)可檢測到這一觸摸事件。然而，當(dāng)感應(yīng)到聯(lián)動(dòng)傳感器有觸摸時(shí)，卻無法確定具體哪個(gè)按鈕在待機(jī)模式下被觸摸。
為了檢測到在待機(jī)模式下被觸摸的按鈕，電容式控制器此時(shí)應(yīng)該被喚醒并進(jìn)入活動(dòng)模式。需要將物理傳感器從聯(lián)動(dòng)傳感器斷開，并對(duì)其進(jìn)行逐個(gè)掃描以確認(rèn)被觸摸的傳感器。
這種方式能夠?qū)⒍鄠€(gè)物理傳感器整合到單個(gè)虛擬聯(lián)動(dòng)傳感器中，利用聯(lián)動(dòng)傳感器來確保電容式控制器僅在檢測到觸控事件時(shí)才恢復(fù)到活動(dòng)模式，從而有助于優(yōu)化平均功耗。如果電容式控制器進(jìn)入活動(dòng)模式后，在一段時(shí)間內(nèi)未在用戶界面面板上檢測到手指觸摸活動(dòng)，那么電容式控制器就會(huì)恢復(fù)到聯(lián)動(dòng)傳感器模式。
使用這種方式的系統(tǒng)平均電流消耗與使用優(yōu)先級(jí)規(guī)則喚醒方式的平均電流消耗量相當(dāng)，但使用這種方式，系統(tǒng)在任何按鈕被觸摸時(shí)都能被喚醒。
可編程電容式控制器，例如賽普拉斯的CapSense和CapSensePLUS控制器有助于將多個(gè)傳感器動(dòng)態(tài)連接到一起，組成一個(gè)聯(lián)動(dòng)傳感器，可用于優(yōu)化平均功耗。
6. 使用接近傳感器將電容式控制器從待機(jī)模式中喚醒
這種方式與聯(lián)動(dòng)傳感器模式比較類似，但使用的是電容式接近傳感器而不是虛擬聯(lián)動(dòng)傳感器。
電容式接近傳感器是PCB板上的一個(gè)銅質(zhì)線跡環(huán)或者是連接到電容式感應(yīng)控制器的導(dǎo)線環(huán)。這種電容式接近傳感器在手接近但還沒有實(shí)際碰到傳感器時(shí)就可以檢測到手的存在。
與以前討論的所有其他方法都不同，這種方法不需要任何物理接觸就能喚醒系統(tǒng)，而以前的方法都需要實(shí)際觸摸到傳感器才行。電容式接近傳感器被集成到用戶界面面板，這樣當(dāng)用戶手部接近用戶界面面板時(shí)就可以喚醒系統(tǒng)。下圖1對(duì)這種方式進(jìn)行了簡單說明。
在待機(jī)模式下只掃描接近傳感器，這樣能減少總體掃描時(shí)間，從而降低平均功耗。當(dāng)用戶手部接近用戶界面面板時(shí)，接近傳感器就會(huì)檢測到手的存在并喚醒電容式控制器。一旦從待機(jī)模式喚醒，電容式控制器就會(huì)進(jìn)入活動(dòng)模式并掃描所有按鈕傳感器以便檢測是否有觸摸。
這種方法帶來的一個(gè)好處就是可以利用接近傳感器控制用戶界面面板上的背光照明。只要電容式控制器處于待機(jī)模式，背光燈就會(huì)關(guān)閉以表明設(shè)備處于非活動(dòng)狀態(tài)。一旦用戶的手部接近面板，并且接近傳感器檢測到這一動(dòng)作，背光燈就會(huì)打開以輔助用戶準(zhǔn)確觸摸按鈕。這樣還有助于降低終端系統(tǒng)的總功耗。該方法被稱為喚醒方案。
7. 使用外部穩(wěn)壓器關(guān)閉用戶界面單元的電源
這種方法與上面討論過的方法有很大不同。這種方式下，由主機(jī)控制器來控制系統(tǒng)的平均功耗。
由電池供電的應(yīng)用(例如手機(jī))需要在待機(jī)模式下實(shí)現(xiàn)極低的功耗。系統(tǒng)內(nèi)可能還包括多個(gè)其他需要低功耗模式的單元，例如紅外線接收器和環(huán)境光傳感器。
在這些應(yīng)用中，主機(jī)控制器負(fù)責(zé)控制一個(gè)外部穩(wěn)壓器或電源管理集成電路(PMIC)，通過外部穩(wěn)壓器或PMIC來控制和調(diào)整電容式控制器及其他設(shè)備的電源。下圖2給出了典型的實(shí)施方框圖。
主機(jī)控制器在待機(jī)模式下關(guān)閉電容式控制器及其他設(shè)備的電源，這樣可實(shí)現(xiàn)最低的待機(jī)模式功耗，并為電池供電的應(yīng)用帶來更長的電池使用壽命。
本系列文章的第二部分到此結(jié)束。其他用于優(yōu)化電容式感應(yīng)設(shè)計(jì)平均功耗的方法，尤其是采用高級(jí)電容式控制器的方法將在下一部分中加以介紹。
