簡介
智能手機(jī)的大腦是基帶處理器(Baseband)，內(nèi)置微型處理器和專用信號處理電路。依靠基帶控制器的先進(jìn)設(shè)計，通用輸入/輸出口(GPIO)可用來實現(xiàn)按鍵開關(guān)功能。
目前，專用鍵盤控制器IC已廣泛用于智能手機(jī)。這些專用鍵盤控制器之所以排上用場，原因在于基帶芯片的GPIO資源非常有限。比如，有時為了節(jié)約成本，用戶將本來用于功能電話的基帶芯片應(yīng)用到了智能手機(jī)的設(shè)計;有時則是為了減少基帶控制器與鍵盤之間的連接線數(shù)量，特別是對于滑蓋手機(jī)，基帶處理器和鍵盤分布在不同的PCB上。鍵盤控制器通常由I2C總線或SPI總線連接到基帶處理器。
鍵盤控制器的功能可用現(xiàn)有的GPIO芯片或使用傳統(tǒng)的按鍵掃描微型單片機(jī)實現(xiàn)。一些專有的鍵盤控制器也采用傳統(tǒng)的按鍵掃描方式。這篇應(yīng)用筆記則對傳統(tǒng)的按鍵掃描和低EMI按鍵掃描方案進(jìn)行了比較，并列舉了省去EMI濾波器件帶來的益處。
傳統(tǒng)的按鍵掃描方案
圖1所示是傳統(tǒng)的按鍵掃描方案，基帶處理器的GPIO鍵盤控制或某些專用的鍵盤控制器都采取了這個方式。有些GPIO引腳設(shè)計成“列”輸出端口，驅(qū)動開關(guān)矩陣;有些GPIO引腳設(shè)計成“行”輸入端口，檢測按鍵開關(guān)的閉合。通常，沒有按鍵按下時，每個按鍵上都沒有電壓。一旦某個按鍵按下，鍵盤控制器開始掃描所有的按鍵。掃描動作通過逐漸升高“列”電壓的同時，來輪詢監(jiān)測每“行”的輸入電平。一個8 x 8的開關(guān)矩陣可經(jīng)過64個時鐘周期完成一遍掃描。時鐘頻率的范圍可以設(shè)定在幾十kHz到幾MHz之間，“列”輸出電平在系統(tǒng)的邏輯高和邏輯低之間切換。依據(jù)鍵盤控制器的供電電壓，邏輯高電平可以從1.8V到3.3V變化。
圖1. 傳統(tǒng)鍵盤掃描電路。
因為“列”掃描信號的突然上升和下降造成的電磁輻射可能會影響EMI測試，尤其是那些基帶處理器GPIO與鍵盤之間有較長布線的設(shè)計。通常，在“列”輸出端口需要EMI濾波器件來降低EMI輻射。EMI濾波器可以是一級RC濾波或者二級CRC低通濾波(見圖2a和2b)。EMI濾波可以使用分立的無源器件，也可使用小尺寸TDFN/CSP封裝的EMI濾波器。這顯然會增加成本并占用空間。
圖2a和2b. EMI濾波器。
低EMI (無源掃描)
Maxim的鍵盤控制器，如MAX7347/MAX7348/MAX7349、MAX7359和MAX7360采用一種獨特的無源掃描方式，利用電流源驅(qū)動開關(guān)矩陣，并通過檢測電流來檢測按鍵動作。圖3說明了無源按鍵掃描的工作原理。一旦按下一個按鍵，控制器便開始掃描所有按鍵。掃描時，在所有“列”端口施加電壓約為0.5V的恒流源，控制器監(jiān)測流過依次使能的每“行”電流。因為每一時刻只有一“列”檢測到電流流過，所以，對于一個8 x 8開關(guān)矩陣，這種無源掃描方式也需要經(jīng)過64個時鐘周期完成掃描。在按鍵掃描期間，所有“列”電壓都是靜態(tài)的0.5V (有按鍵按下的列除外)，在其對應(yīng)的“行”端口處于掃描期間，該“列”電壓降低到0V。
圖3. Maxim的低EMI鍵盤掃描架構(gòu)。
每“列”端口是由大約20μA的恒流源驅(qū)動，“行”、“列”端口只在開關(guān)接觸的很短時間消耗電流。因此，與傳統(tǒng)掃描方式相比，無源掃描因電壓高、低電平變化驅(qū)動容性和阻性負(fù)載產(chǎn)生的功耗大大降低。
