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MCU在手机与平板电脑中的应用

宣布时间:2014年08月08日 13:08    宣布者:老电工
要害词: MCU , PSoC , 手机 , 平板电脑 , 电容式触摸感应
MCU在以回扣机与平板电脑应用中主要用作诸如电容式触摸感应接口、触摸屏接口、摄像头接口、不合模拟传感器输入检测、USB接口和电池充电与监控等浩荡功效的协处置赏罚赏罚器。此外,担负互连上述功效的所有逻辑和接口都可以接纳像用于模拟输入的ADC、用于蜂鸣器应用的PWM、段式LCD、字符型LCD、图形化LCD、用于音量控制的DAC、USB接口和电容式触摸屏接口等种种可用组件模块设计而成。
本文将探讨MCU和可编程片上系统(PSoC)在手机与平板电脑应用中的作用,并对此类应用存在的系统限制和设计寻衅阻拦评价。接纳可编程器件既可以经由历程降低BOM资源、延伸设计周期时间来降低所有产物资源,还可以经由历程加速开发历程节约项目资源。

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图1 手机设计框图(注:加亮的模块接纳MCU阻拦操作。)


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图2 平板电脑设计框图(注:加亮的模块接纳MCU阻拦操作。)



以后的手机与平板电脑设计接纳8/16/32位MCU作为不合功效的协处置赏罚赏罚器。例如,MCU可以吸收来自种种模拟传感器的模拟输入旌旗暗记:

热敏电阻温度传感器、RTD与湿度传感器可吸收模拟输入并供应用于MCU的数字电压

可以丈量2轴/3轴运动并将其转换成用于MCU的数字电压的2轴/3轴加速计。

情形光传感器(ALS)可以完成对普遍照明条件下(从阴霾到阳光直射)显示屏背光灯亮度的自动控制。

经由外部ADC与缓冲电路的磁传感器输入。

用于脸部检测与手部运动检测的靠近传感器,以便在用户使手机靠近脸部时使MCU能够关闭键盘。另外,当用户手部靠近键盘时,MCU能够掀开键盘。MCU接纳主机中止功效来激活宽带和应用处置赏罚赏罚器,以便推行脸部检测操作。MCU经由历程检测用户的脸部、耳朵或头部的靠近完成脸部检测,以扫除触摸屏的误触摸。这样经由历程关断触摸屏能够增添电池消耗。此功效接纳IR靠近传感器完成。

用于平板电脑应用中比吸收率(SAR)调治的靠近感应。SAR是指身段裸露于射频(RF)电磁场时吸收能量的比率。器件须要静态调治人体相近的无线电传输。

驱动LCD或图形显示屏的外部缓冲驱动电路。带背光灯的LCD或图形显示屏浅易用于低端手机应用。另外,它还可以控制LCD与图形显示屏的背光灯。

MCU接纳触摸屏控制器处置赏罚赏罚高端手机应用中的触摸屏接口。

MCU接纳机械键盘处置赏罚赏罚低端手机应用中的用户输入。

MCU可以监控锂离子电池电压,并能够治理电池充电,以完成最好充电寿命。

另外,MCU还可以用于手机中的误差检测与数据恢复应用。

MCU接纳Haptics(触觉反映手艺)替换机械按键(其经由历程用力、振动或运动等触摸要领毗连用户)。

MCU可以毗连宽带与应用处置赏罚赏罚器,而且还能够毗连其它板上外设,如:经由历程I2C与SPI接口毗连的摄像头接口控制器。MCU在主机(主)和从形式下毗连宽带与应用处置赏罚赏罚器,以完成数据传输。宽带和应用处置赏罚赏罚器接纳板上USB 2.0/3.0控制器向外部传输数据。

手机应用中的可编程片上系统器件:

可编程片上系统(PSoC)是由MCU与可编程逻辑和高性能模数转换功效和经常应用结实功效外设组合而成。此外,这些器件还集成有闪存、SRAM及EEPROM。

在低功耗形式下,此类器件消耗的电流缺乏1μA,是以使其异常适用于待机形式下的手机操作。为了保持低功耗操作,可编程片上系统器件还应装备一个用于实时丈量的外部RTC组件,这也异常主要,这样就防止应用外部时钟/振荡器电路。异常,USB和安然数字(SD)卡接口对手机战斗板电脑应用也很主要。

在低端手机应用中,接纳外部PWM功效可以简化每次按键操作时蜂鸣器声调的控制与变换。PWM的占空比随用户经由历程GUI界面设置的所需速率变换。外部DAC可以用于控制扬声器音量和推行扬声器的静音功效。

外部运算镌汰年夜器较量器和ADC可进一步简化设计。例如,赛普拉斯的PSoC系列器件将12位1MSPS逐次切远亲近ADC与差分及单端形式集成在一起,其中网罗采样-保持(S/H)功效,其可以用于丈量不合传感器输入,网罗监控电池和接纳热敏电阻或RTD等温度感应装配感应温度。这样就防止应用外部镌汰年夜器、ADC及较量器,从而可以最年夜限制地增添手机应用的PCB需求。

无邪的使命规模(如:从1.71V~5.5V)使其更便于与外设相连,以完成其它应用。由于使命电压低至1.71V和具有超低功耗,再加上供应能够平衡叫醒时间与功耗的休眠形式和深度睡眠形式,是以可以在支持快速照顾的同时确保更长电池应用寿命。

由于手机或平板电脑毗连浩荡外设,是以可编程片上系统须要支持多种无邪的接口。例如,装备可重新装备I2C、SPI或UART功效的两个自力的运转时间可重装备串行通讯模块(SCB)可以在手机处置赏罚赏罚妄图中用于外部与外部外设通讯。

关于须要触摸接口的高端手机而言,支持电容式感应手艺相当主要。在支持手动和自动调校基础上,开发职员能够支持防水触摸接口等高等功效。

为了进一步简化设计,要害是对LCD及图形显示屏的直接驱动,以显示不合菜单选项。接纳适当设计工具可以完整无邪的实验妄图,如:PSoC Creator IDE工具,其支持用于设计接口和逻辑(如:用于模拟传感器及其它模拟输入的SARADC和PGA)的组件模块。PWM、CLK、MUX和较量器组件可以用于手机应用。字符型LCD和段式LCD组件可以直接(也就是说无需外部缓冲器)驱动LCD/图形LCD。另外还具有用于实时丈量的RTC组件。PSoC Creator具有外部系统时钟,是以无需外部时钟/振荡器电路。其他组件网罗准时器、蜂鸣器、CapSense电容式触摸感应、段式LCD、字符型LCD、图形LCD等。

PSoC Creator另外允许用户应用装备集成编译器工具链、RTOS处置赏罚赏罚妄图和临盆编程器的完全工详细系。应用PSoC Creator和PSoC Designer IDE,客户能够培植和共享接纳分层级妄图设计的用户自界说定制外设。客户可以对所选组件自动阻拦结构布线,并集成质朴的胶合逻辑,其浅易位于分立器件中。


手机中基于不合电容式感应手艺的处置赏罚赏罚妄图:

电容式按键与应用:
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电容式滑条与应用:
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手套触摸应用:
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无源触笔输入应用:
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靠近应用:
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脸部检测应用:
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平板电脑SAR调治应用:
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Haptics应用:
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系统限制

电容式触摸感应手艺可以用触摸式键盘替换机械按键。接纳电容式感应手艺可以智能手机战斗板电脑上完成安卓/Windows按键,而且可以同时用于内嵌式(On-Cell)和外嵌式(In-Cell)拓扑。这不只能够增添机械按键招致的误差,而且还可前进产物可靠性。此外,接纳可以赓续赔偿系统、临盆和情形变换的静态感应算法能够自动调校迅速度,从而防止手动调剂。移动装备所接纳的有源矩阵无机发光二极管(AMOLED)显示屏上的虚拟按键增添了可用屏幕空间占用。

PSoC支持手机的防水应用。它不会检测水滴组成的误判的触发,而且按键在有水滴情形下能够正常运转。

为了确保可靠操作,CSD PLUS和具有更高抗噪性的电容式逐次切远亲近手艺(CSA EMC)等触摸感应算法可保证手机的可靠操作。为了前进轻盈易用性,这些算法还须要支持手套触摸和触控笔,同时还须要用基于电容按键的脸部检测系统替换现有基于IR的脸部检测手艺。它完成对SAR调治和Haptics的支持,以刷新事实产物用户体验,而且用SmartSense自动调校功效扫除系统调校。其纵然在高噪声操作条件下也能保证可靠的按键性能。

手机战斗板电脑在赓续变薄,小巧而名贵的空间须要包容所有必备的电子组件。是以设计职员须要占用最少板级空间的组件,经由历程完成现成的组件来降低组件数目。

SmartSense自动调校功效可以设置、监控和一连保持最能手机性能。有了该功效,无需系统调校,是以可增添设计使命量。自动调校功效适用于PCB和笼罩层,并可增添影响触摸感应性能的制造误差。它可以完成接纳不合笼罩、按键形状和线迹长度的平台设计措施,而且可以应对系统情形的变换,网罗EMI噪声源,如:RF和AC线路。

手套触摸须要支持不合类型的手套,如:滑雪手套、橡胶手套、毛线手套、皮手套、布手套等。另外,其针对手机应用还须要分分辨指触摸和手套触摸。它使装备能够用于用户须要佩带手套的不合情形条件(如:酷冷天气、医院等),而且还支持厚度到达4毫米的手套而不泛起误检。

现实上系统能够经由历程触控笔在草图、菜单和按键之间无缝切换。对3毫米无源触控笔的支持使支持触控笔的装备更质朴易用,而之前用户须要用手指触摸按键,即就是在应用触控笔使命时也须要手指合营。另外它还可以分分辨指和触控笔输入。

系统还支持接纳PCB线迹、单线、联动按键或单按键完成妄图的靠近检测。是以,用户手部靠近键盘时激活前键盘。

相关应用能够须要防水性,特殊是用户在湿润情形下使命时。电容式感应算法须要接纳樊篱电极扫除水滴和薄雾组成的误判的触摸,同时接纳掩护传感器扫除蒸汽或吞没组成的误判的触摸。

在前面板而非LCD显示屏与键盘上完成基于触摸屏的设计可给用户供应更好的界面和更高的无邪性。

电容式脸部检测可以低资源替换其他MCU接纳的IR靠近传感器。它可以在种种光照与反射条件下供应可靠的性能。

检测用户膝部或手部靠近条记本电脑/平板电脑无线电能够调治RF功率,以切合SAR划定。其可以经由历程两种要领完成:

● 在器件周边接纳单线/线迹限制所有没有线电发射。

● 接纳浩荡传感器有选择性地限制无线电在人体相近的发射。

靠近检测功效还可以用于完成手机与平板电脑的以下功效:

1.叫醒措施:在手部靠近装备时手机自动关闭铃声。

2.用前隐藏:在手部靠近装备之前关闭背光灯。

3.机械控制杆支持:检测手指接触控制杆,同时告诉主机忽视对相邻按键的意外触摸。

4.手势识别:识别基本的手部/手指姿势。

5.设置控制:凭证手机是处于用户手中照样口袋中来控制手机的设置(静音、振动、响铃等)。

6.脸部检测(替换IR靠近传感器)。

7.SAR调校。

随着电路板外部和外部接口的赓续增多,入侵者破损系统的要领也层见叠出。误差剖析和退回质料是这类嵌入式系统的最年夜局限性之一,而单芯片处置赏罚赏罚妄图可以处置赏罚赏罚尔效果。



设计寻衅:

使CapSense性能(信噪比)切合前面板上相近的LED(基于PWM)是系统设计职员面临的设计寻衅。

完成防水性也是系统设计职员面临的设计寻衅。

凭证线迹电容变换和CapSense按键与滑块年夜小及形状的变换完成自动调校、应用更厚的玻璃质料(显示屏玻璃)完成CapSense感应、和使CapSense迅速度切合相关质料类型异常是系统设计职员面临的设计寻衅。

显示屏、触摸屏和按键接纳柔性印刷电路(FPC)接口是系统设计职员的设计难题。

由于此处置赏罚赏罚妄图触及电机结构,是以设计紧凑的低资源电机处置赏罚赏罚妄图是系统设计职员面临的一年夜设计寻衅。验证电机设计能否切合EMI/EMC尺度是系统设计职员面临的设计寻衅。

手机应用须要误差检测和恢复机制。手机应用须要具有电池掩护、过流、过热、启动误差条件等功效的电源设计。在手机应用中完成自我诊断功效是系统设计职员面临的设计寻衅。

由于此处置赏罚赏罚妄图能够会全天候不一连运转,是以组件选择及其可靠性是系统设计职员面临的设计寻衅。

完成电压摇动防护是系统设计职员面临的设计寻衅。完成通用的电源和系统是系统设计职员面临的设计寻衅。

具有一次性可编程(OTP)特点的微控制器可以防止竞争对手和黑客对固件实验逆向工程。

手机战斗板电脑接纳微控制器作为以后设计中的协处置赏罚赏罚器。PSoC由微控制器和ASIC组合而成。PSoC可以在手机应用中供应质朴易用的情形。在这些应用中接纳PSoC既可经由历程降低BOM资源和延伸设计周期时间来降低产物资源,又可经由历程接纳PSoC Creator和PSoC Designer完成妄图来节俭项目资源。

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