基于Cypress Capsense MBR产品的电容触摸按键设计——原理图设计

Cypress电容触摸按键产品CY8CMBR3xxx控制器支持专用引脚上的按键、滑条和接近传感器，无需软件调试、只需要配置参数即可，同时支持防水屏蔽电极、保护电极、中断输出、背光LED调光控制、蜂鸣器驱动等高级功能。为了更好的性能表现，在良好的硬件设计是基础，本期文章将为您介绍Cypress Capsense MBR原理图设计中注意事项。

布局设计注意事项

使用CY8CMBR3xxx控制器设计布局时需要进行下列步骤：

1.特殊输出的引脚选择
2.传感器引脚选择
3.GPO引脚选择
4.电源和地面连接
5.I2C线连接

1、选择特殊输出引脚

屏蔽电极、保护传感器、蜂鸣器和主机中断引脚称为特殊输出引脚（SPO）。这些特性被复用到传感器引脚，且仅在专用的引脚上受支持。因此在连接传感器引脚之前，需要选择特殊输出引脚。

例如，考虑一个需要七个按键、蜂鸣器输出和耐水性特性的CapSense设计。根据选型表可选出CY8CMBR3116和CY8CMBR3110控制器满足该设计的要求，为了更好的理解，选择CY8CMBR3110为例说明。原理图设计中的第一个步骤是选择蜂鸣器（BUZ）、屏蔽（SH）和保护（GUARD）引脚，因为这些引脚被复用到传感器和GPO引脚，如图3-1所示。有关同一个引脚上受支持的各种特性的信息，请参考CY8CMBR3xxx数据手册中的“引脚分布”章节。选择特殊的输出引脚后，继续选择按键传感器CS0、CS1、CS3、CS5、CS6、CS7和CS8如图3-2所示。

图3-1.单引脚上受支持的各种特性

图 3-2.特殊输出（ SPO）的引脚选择

2、选择传感器引脚

当选择传感器引脚时，请尽量不要选择接近GPO或GPO之间的引脚作为传感器引脚（CSx、SLDx、PSx或GUARD），选择接近GPO引脚的传感器引脚可能会导致一个串扰。如果传感器走线和GPO走线彼此并行，那么切换GPO时可能会使接近GPO引脚的传感器进行误触发。

例如，图3-3（a）显示的是一个原理图，其中传感器CS9位于GPO0和GPO2引脚之间。这时，如果CS9走线与GPO0或GPO2走线彼此并行，GPO0或GPO2切换时，传感器CS9会进行误触发。如果不选择接近GPO引脚的传感器引脚CS3，如图3-3（b）所示，或确保传感器走线和GPO走线不彼此并行，则可以避免误触发。

如果您的设计需要一个接近传感器，在选择按键（CSx）引脚之前，需要选择接近传感器引脚（PSx），因为接近传感器仅在两个引脚上受支持。

要想增加抗噪能力，需要将560Ω串联电阻连接到传感器引脚上。如果未使用CapSense引脚，建议将其配置为传感器引脚并连接至地。有关如何将一个引脚配置为CapSense输入的详细信息，请参考传感器配置章节中介绍的内容。

图3-3.传感器引脚选择指南

3、选择滑条引脚

要想选择滑条引脚，请参考表3-1滑条段数量。

表3-1.滑条引脚选择指南

建议CapSense原理图设计小于或等于五多于五从SLD1x组中选择引脚。SLD10作为第一个滑条段并且SLD14为第五个滑条段。从SLD1x组中为前五个滑条段选择五个引脚，然后从SLD2x组中为剩下的滑条段选择引脚。SLD10是滑条的第一段，SLD20是第六段，SLD24是第十段。

图3-4显示的是七段滑条的示例原理图。在该原理图中，滑条段SLD0到SLD4使用控制器SLD1x组中的引脚，SLD5和SLD6段使用SLD2x组中的引脚。

可以将SLD2x组中剩下的各引脚（SLD22、SLD23和SLD24）配置为按键。如果未使用，应该将其配置为按键并连接至地。

图3-4滑条引脚选择

4、选择GPO

如果GPO由主控制器控制，那么任何有效GPO可用于提供触摸反馈。建议根据GPO7到GPO0的顺序选择GPO。

例如，如果您的设计需要八个按键和五个GPO，则选择CS0-CS7用于按键和GPO7-GPO3用于GPO。这样可以避免选择接近GPO引脚的传感器引脚，如图3-5所示。

图3-5.GPO由主机控制时选择GPO引脚

如果禁用了GPO主机控制，那么CS0到CS7传感器将分别映射到GPO0到GPO7。这时，选择相应于已选传感器的GPO。例如，当禁用GPO主机控制而且将CS0、CS1和CS2配置为按键时，选择GPO0、GPO1和GPO2作为GPO引脚，用于驱动LED。

CY8CMBR3xxx控制器支持源极和漏极配置，以便可以在GPO引脚上驱动LED。由于GPO的灌电流比其的源电流更高，因此建议将LED连接到灌电流。有关源电流和灌电流的最大限制，请参考CY8CMBR3xxx数据手册中介绍的直流I/O端口规范。

要想限制该电流，需要根据供电电压添加合适的串联电阻值。如果您的设计需要灌电流超过最大限制，则将外部晶体管连接到GPO引脚并通过使用EZ-Click将GPO配置为强驱动模式。

原理图检查表

请使用表3-2中的检查表验证您的原理图设计。

表3-2.原理图设计检查表序号类别建议/备注

示例原理图

1、手机的触摸按键

通过手机的触摸按键可以快速访问各种应用。一个典型的手机可拥有四个触摸按键并需要LED背光。图3-6中显示了一个示例原理图，说明如何在手机中实现各触摸按键。

在图3-6中，CY8CMBR3108控制器的配置如下：

CS0-CS3：CapSense按键，每个CapSense引脚必须有大小为560Ω的串联电阻（放置在接近芯片的位置），以提高抗噪能力。

GPO0-GPO3：连接至外部LED，在灌电流模式中连接LED，因为CY8MBR3xxx控制器具有高灌电流能力。对各个串联电阻进行连接，以使GPO电流受IIL的限制。

CMOD引脚：通过大小为2.2nF的电容连接至地。

VCC引脚：通过大小为0.1μF的电容连接至地。供电电压为3.3V，所以，VCC引脚和VDD引脚并没有短接。

VDD引脚：连接至外部供电电压，1μF和0.1μF去耦电容连接至VDD引脚。

VDDIO引脚：连接至供电电压（≤VDD）,VDDIO给I2C和HI线供电。

I2C_SCL和I2C_SDA引脚：通过大小为330ohms的电阻连接至I2C插座。

HI引脚：连接至主机，提示主机启动一个I2C数据操作，以读取已被更改的传感器状态。

图3-6.手机触摸按键的原理图

注意：

请将电容C1、C2、C3、C4、C5、C6与560Ω串联电阻尽可能放在CapSense芯片的近处,I2C线（SDA和SDL）和HI要求主机端上的外部上拉电阻。

2、家用电器中的触摸按键

家用电器中使用了触摸按键来取代机械按键。这些应用中的关键要求是耐水性CapSense按键和音频反馈。图3-7中显示的原理图为电磁炉中实现触摸按键的示例。

在图3-7中，CY8CMBR3110控制器的配置如下：

CS0、CS1、CS3、CS5、CS6、CS7、CS8：CapSense按键：每个CapSense引脚必须有大小为560Ω的串联电阻（放置在接近芯片的位置），以便提高抗噪能力。

SH：屏蔽电极引脚,每个屏蔽电极引脚必须有大小为560Ω的串联电阻（放置在接近芯片的位置），以便提高抗噪能力。

GUARD：保护传感器,每个保护传感器必须有大小为560Ω的串联电阻（放置在接近芯片的位置），以便提高抗噪能力。

BUZZER：连接到单引脚蜂鸣器。

CMOD引脚：通过大小为2.2nF的电容连接至地。

VCC引脚：通过大小为0.1μF的电容连接至地（器件），供电电压为5V，所以，VCC引脚和VDD引脚并没有短接。

VDD引脚：连接至外部供电电压，1μF和0.1μF去耦电容连接至VDD引脚。

I2C_SCL和I2C_SDA引脚：通过大小为330Ω的电阻连接至I2C接头。

图3-7.电磁炉中触摸按键的原理图

注意：

请将电容C1、C2、C3、C4和560Ω串联电阻放置的尽可能接近CapSense芯片。

该原理图中所示的LED由主机控制器根据传感器状态来驱动。

I2C线路（SDA和SDL）要求主机端上的外部上拉电阻。

3、接近感应

接近感应被用于手机/平板电脑，以便当用户正在通话并手机贴近耳朵时，将关闭显示屏/禁用键盘。接近感应也用于移动手机/平板电脑中的吸收辐射率（SAR）控制。图3-8中的原理图显示的是移动手机/平板电脑中实现接近感应的示例。

在图3-8中，CY8CMBR3102控制器的配置如下：

PS0：接近传感器，每个接近感应传感器引脚必须有大小为560Ω的串联电阻（放置在接近芯片的位置），以便提高抗噪能力。

GPO0：连接至主机，GPO用于向主机控制器报告接近传感器状态。

CMOD引脚：通过大小为2.2nF的电容连接至地。

VCC引脚：短接VDD引脚，以便实现1.8V的操作。

VDD引脚：连接至外部供电电压，。1μF和0.1μF去耦电容连接至VDD引脚。

I2C_SCL和I2C_SDA引脚：通过大小为330Ω的电阻连接至I2C。

图3-8.接近感应应用的原理图

注意：

请将电容C1、C2、C3、C4和560Ω串联电阻放置的尽可能接近CapSense芯片。

I2C线路（SDA和SDL）要求主机端上的外部上拉电阻。