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)控制器的報告率
3. 根據(jù)手指觸控事件優(yōu)化報告率
4. 使用優(yōu)先級規(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
只有在使用一個或少數(shù)幾個特定傳感器將系統(tǒng)從待機(jī)模式中喚醒時，優(yōu)先級規(guī)則(第一部分中討論的第4種方法)才起作用。對于其他大多數(shù)情況，任何傳感器被激活，系統(tǒng)都會被喚醒。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)動傳感器采樣技術(shù)可用于解決這一問題，而且不會增加平均功耗。在系統(tǒng)待機(jī)模式下使用這種方法時， 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)計中組成了一個單一的虛擬聯(lián)動傳感器。只掃描聯(lián)動傳感器所消耗時間比掃描所有傳感器所消耗的時間短;因此，電容式控制器可以更長時間的處于睡眠模式，從而降低了平均功耗(詳細(xì)內(nèi)容請參考本系列文章第一部分中的方法2)。
如果任何一個物理傳感器被觸摸，聯(lián)動傳感器的電容就會增加，同時可檢測到這一觸摸事件。然而，當(dāng)感應(yīng)到聯(lián)動傳感器有觸摸時，卻無法確定具體哪個按鈕在待機(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，電容式控制器此時應(yīng)該被喚醒并進(jìn)入活動模式。需要將物理傳感器從聯(lián)動傳感器斷開，并對其進(jìn)行逐個掃描以確認(rèn)被觸摸的傳感器。
這種方式能夠?qū)⒍鄠€物理傳感器整合到單個虛擬聯(lián)動傳感器中，利用聯(lián)動傳感器來確保電容式控制器僅在檢測到觸控事件時才恢復(fù)到活動模式，從而有助于優(yōu)化平均功耗。如果電容式控制器進(jìn)入活動模式后，在一段時間內(nèi)未在用戶界面面板上檢測到手指觸摸活動，那么電容式控制器就會恢復(fù)到聯(lián)動傳感器模式。
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傳感器動態(tài)連接到一起，組成一個聯(lián)動傳感器，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)動傳感器。
電容式接近傳感器是PCB板上的一個銅質(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就可以喚醒系統(tǒng)。下圖1對這種方式進(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間，從而降低平均功耗。當(dāng)用戶手部接近用戶界面面板時，接近傳感器就會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，電容式控制器就會進(jìn)入活動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，背光燈就會關(guān)閉以表明設(shè)備處于非活動狀態(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作，背光燈就會打開以輔助用戶準(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)計平均功耗的方法，尤其是采用高級電容式控制器的方法將在下一部分中加以介紹。
