NOTA DE APLICACIÓN 4666
Por:
Walter Chen, miembro Principio del Personal Técnico, Aplicaciones
10 de mayo 2012
Resumen: Esta nota de aplicación describe y compara dos métodos de análisis clave de uso común en teléfonos inteligentes teclados. Se demuestra el beneficio de eliminar el uso de filtros EMI para la baja método de EMI. La asignación de carga capacitiva asociada con el diodo de protección ESD, se estima.
Introducción
El cerebro de un teléfono inteligente es la de banda base (BB), el controlador con microprocesador incorporado y de propósito especial circuitos de procesamiento de señales. Dependiendo de la complejidad del controlador de BB, por lo general hay de propósito general de entrada / salida ( GPIO ) pines disponibles para la ejecución interruptor con llave.
Más recientemente, con fines especiales interruptor de llave chips controladores se han utilizado en muchos de los teléfonos celulares inteligentes. Una tecla dedicada-switch chip controlador se utiliza en un teléfono celular, a veces porque no hay suficientes pines GPIO están disponibles. Esto sucede comúnmente cuando un controlador de BB diseñado para una función de teléfono se utiliza para un teléfono inteligente para evitar la infraestructura del sistema de costos de reconstrucción. En otras ocasiones, se utiliza para minimizar los cables entre el controlador BB y el teclado. Esto es especialmente cierto para deslizables teclados donde se encuentra el controlador de BB y el teclado en diferentes PCB o en el chasis. Un controlador de interruptor con llave suele estar relacionado con el controlador de BB por un I ² C o de la interfaz SPI ™.
Un dedicado interruptor del controlador se puede implementar con una astilla de la plataforma de GPIO o un pequeño microcontrolador utilizando el teclado convencional de exploración método. Unos pocos dedicados para fines especiales interruptor de llave chips controladores también usan el teclado convencional de exploración método. En este artículo, los métodos convencionales y de bajo EMI llave magnética: se comparan para mostrar la ventaja adicional de eliminar el uso de filtros EMI.
Convencional Key-Método de escaneado
La Figura 1 muestra el enfoque general de la llave convencional de exploración método. Este método es válido tanto para el controlador de BB "GPIO pins" puesta en práctica y algunos dedicados interruptor con llave los controladores.Algunos pines GPIO se utilizan como puertos de salida de las columnas para conducir la matriz de conmutación; otros pines GPIO se utilizan como puertos de entrada de fila para detectar el contacto de los interruptores.Generalmente, no hay tensión aplicada a los interruptores de llave, mientras que ellos no están siendo tocadas. Una vez que se pulsa una tecla, la tecla del controlador empieza a buscar todas las claves. La exploración se lleva a cabo elevando la columna tensiones de uno a la vez durante la comprobación, también uno a la vez, el nivel de entrada de cada fila. Un niño de 8 x 8 matriz de conmutación se pueden escanear en 64 reloj de los ciclos . La frecuencia de reloj puede variar desde unas pocas decenas de kHz a unos pocos MHz . Los niveles de la columna de salida oscilan entre la lógica de baja y alta durante el análisis fundamental. La tensión puede variar entre 1,8 V a 3,3 V, dependiendo de la fuente de alimentación del controlador de tecla.
Figura 1. El método convencional de exploración clave.
Debido a las repentinas subidas y caídas de estas señales de la columna de exploración, la emisión electromagnética correspondiente puede afectar a la calificación de las pruebas de EMI, sobre todo cuando cableados largos se extienden desde los terminales del controlador GPIO de BB para el teclado. Filtros EMI se requieren generalmente en estos puertos de las columnas para minimizar el efecto de la emisión electromagnética.Un filtro EMI puede ser un RC de primer orden o de segundo orden CRC filtro de paso bajo ( Figuras 2a y 2b ). Un filtro EMI se puede implementar utilizando componentes pasivos discretos o está disponible en una pequeña TDFN o CSP paquete. El uso de filtros EMI, añade el componente de costo y consume espacio en la placa.
La Figura 2a y 2b. Configuraciones de filtro EMI.
Bajo-EMI (pasivo-Scan) Método
Llave-interruptor Maxim controladores, tales como la MAX7347/MAX7348/MAX7349 , MAX7359 , y MAX7360 utilizar una técnica única exploración pasiva. La técnica utiliza fuentes de corriente para conducir la matriz de conmutación y los sentidos que pasan corrientes para detectar contactos del interruptor. Figura 3 muestra la configuración general de esta clave de exploración pasiva método. Una vez que se pulsa una tecla, la tecla del controlador empieza a buscar todas las claves. La exploración se lleva a cabo mediante la aplicación de fuentes de corriente constante con un voltaje de salida del puerto de aproximadamente 0.5V a todas las salidas de las columnas, mientras que detectar la corriente seguir a través de las filas que se convierten en una a la vez. Para esta técnica pasiva de exploración, una matriz de 8 x 8 conmutador también puede ser escaneadas en 64 ciclos de reloj, porque el flujo de corriente constante se detecta una columna a la vez. Durante el rastreo de claves, todas las tensiones de la columna son estáticos en el 0,5 V, excepto el que tiene una tecla pulsada, que reduce cerca de 0V en la ranura del puerto de la fila correspondiente análisis en tiempo.
Figura 3. Bajo EMI Maxim clave del método de exploración.
Cada puerto columna es impulsado por una corriente constante fuente de aproximadamente 20μA. Esta cantidad de corriente sólo sigue a través de la columna y los puertos de fila donde un interruptor está haciendo un contacto para un período de tiempo muy corto. Por lo tanto, el consumo de energía para este método de exploración pasiva puede ser mucho menor en comparación con el enfoque convencional, donde los cambios de voltaje de control de cargas capacitivas y resistivas.
Emisión electromagnética (EMI) Comparación
Para una fuente de alimentación de 1,8 V, una oscilación de voltaje de 0.5V en vez de el carril entero se pueden reducir las emisiones electromagnéticas en más de 11dB. El swing menos frecuente del método de bajo EMI también puede ayudar a reducir el nivel de emisión electromagnética. La figura 4 muestra simulados densidad de potencia del espectro (PSD) para los niveles de los métodos convencionales y de bajo EMI clave de exploración. Las pruebas supone una frecuencia de reloj de 1 MHz, una tensión de alimentación de 1,8 V, y subiendo / bajando los tiempos de 0.2μs. La curva azul representa el método convencional y la curva verde muestra pasiva-scan de Maxim método. Los resultados de la simulación muestran que bajo EMI Maxim método tiene un nivel más bajo 15dB PSD. En resumen, el método de bajo EMI produce una emisión electromagnética de aproximadamente 15 dB menor que la de un método convencional. Con tal reducción significativa de la emisión electromagnética, el uso de filtros EMI pueden ser evitados.
Figura 4. Simulación de los principales niveles de análisis del PSD. La curva azul representa el método convencional y la curva verde muestra pasiva-scan de Maxim método.
Un ejemplo de forma de onda
La traza de azul oscuro (canal 1) en la figura 5 muestra el puerto de la columna y la luz azul (canal 2) muestra las tensiones de puerta de filas de un interruptor con llave MAX7359 controlador. Una de las claves de cruzar estos puertos de filas y columnas que se pulsa en torno a 26 ms. El controlador clave se despierta con un retraso de ~ 2 ms. Se aplica una fuente de corriente en el puerto de la columna, dando lugar a una tensión de aproximadamente 0.5V, y comienza a escanear. Analiza elegido dos veces en el rebote de tiempo antes de decidir si una tecla está siendo presionada o ha sido puesto en libertad. Por un par de pulsos de exploración adyacentes, la una a la derecha es el análisis original y el otro a la izquierda es la exploración de rebote secundario.
Figura 5. Simulación de los niveles clave de análisis PSD. Canal 1 muestra el puerto de la columna y el canal 2 se muestran las tensiones de puerta de fila de un MAX7359.
Protección de la EDS y la Asignación de carga de la capacitancia
Los puertos conectados a las almohadillas de clave están expuestos a la descarga eléctrica estática (ESD) y necesitan ser protegidos, a veces hasta 15 kV. El built-in de protección ESD es que el MAX73447, MAX7348, MAX7349, MAX7359 y ± 2 kV y ± 8 kV para el MAX7360. Externos diodo de ESD se utilizan generalmente con la protección integrada para proporcionar la protección adecuada. Diodos de protección ESD añadir carga capacitiva a los puertos conectados.
Con distintivo "tecla pulsada" y "clave de libertad" los códigos, es posible reconocer múltiples pulsaciones simultáneas clave y sus secuencias. Sin embargo, la carga capacitiva se multiplica en los puertos de columna y fila implicados. Cada puerto columna es impulsado por una fuente de corriente constante de 20μA ± 30%. Cada puerto fila se tira a tierra mediante la aplicación de un impulso positivo en la puerta de salida del puerto fila transistor .Cuando el puerto de la columna se tira a tierra a través del cierre de un interruptor de llave, mientras que el puerto de la fila se encuentra en el nivel del suelo, una acción de pulsación de tecla que se detecte.
Mientras que el pulso positivo se aplica a la puerta del transistor de salida del puerto fila y poco después, hay una descarga y el proceso de carga en el punto de cierre del interruptor. Justo después del pulso positivo, el punto del interruptor de cierre se descarga rápidamente a cero a partir de 0.5V. Después de que el pulso positivo desaparece, el interruptor de punto de cierre se carga a 0.5V, basado en la fórmula siguiente:
Donde C es la capacitancia total en el punto de cierre del interruptor. Para una capacidad de pF, que tomará 
para llegar a 0.5V. El período de exploración es 
.
En un circuito de aplicación de las capacitancias de los puertos de columna y fila, incluidos los de diodos conectados de protección ESD, están implicados en el proceso de carga. Cuando el tiempo de carga es más largo que el período de exploración, la detección de una falsa "presionada" ocurrencia que podría suceder. La clave falsamente detectado puede ser aquel cuya fila exploración sigue la tecla pulsada en la misma columna.
Para limitar el tiempo de carga a menos de 13μs mientras que da al circuito de 2.625μs para la "tecla presionada" detección, y teniendo en cuenta la tolerancia de corriente constante de código de 30%, la capacitancia total debe ser inferior a 364pF de acuerdo con la siguiente fórmula :
La capacitancia en cada puerto, incluidos los de protección ESD adjunto diodo , debe ser inferior a C puerto = C totales/ 3 = 121pF, suponiendo que dos teclas, una tecla de desplazamiento y una tecla de ordinario, se presionan. Las capacitancias de dos puertos de fila y una columna de puertos son considerados en el cálculo anterior. Con una capacitancia de 20pF puerto, la capacitancia permitido externa es 101pF.
El enfoque anterior se aplica sólo cuando las llaves, que se presionan, comparten el puerto misma columna. El problema capacitancia excesiva también puede evitarse mediante la reasignación de una tecla presionada con frecuencia en un múltiplo clave de prensado en acción, tal como la tecla de cambio, a un puerto columna separada donde capacitancias sólo desde el puerto columna uno y un puerto fila se consideran. Por una sola tecla que se presione en cada caso el puerto de columna, la capacidad permitida en cada puerto se puede aliviar a C del puerto C =total de / 2 = 182pF. Con una capacitancia de 20pF puerto, la capacitancia resultante externa, por lo tanto, ser 162pF.
Conclusión
Las ventajas de usar un dedicado de bajo EMI interruptor de llave del controlador para los teléfonos inteligentes han sido examinados. En comparación con el enfoque convencional, los datos muestran que el uso de filtros EMI pueden ser evitados. En cambio, con baja EMI interruptor de llave del controlador de dispositivos puede mejorar el diseño general del sistema y un menor costo. Los derechos de emisión de carga capacitiva estimados aquí son razonables para la mayoría del hardware del teclado del teléfono móvil. Sin embargo, el uso de dispositivos de ESD con carga capacitiva pesada debe ser evitado.
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