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將電容式感應(yīng)與LED照明相結(jié)合
作者：Vairamuthu Ramasamy
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晶體管, LED, 二極管, 高壓二極管, 三極管, ...

 
電容式觸摸感應(yīng)是一項(xiàng)用于在智能手機(jī)、平板電腦、液晶和LED電視等各種電子應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)直觀用戶(hù)界面（UI）的流行技術(shù)。觸摸按鍵正在快速取代傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵。不過(guò)，與本身提供用戶(hù)觸覺(jué)反饋的機(jī)械按鍵不同，觸摸按鍵需要額外的組件才能提供反饋。LED廣泛用于實(shí)現(xiàn)視覺(jué)反饋，并為基于觸摸的UI提供背光照明。 

一些應(yīng)用除了簡(jiǎn)單地開(kāi)啟和關(guān)閉LED之外還需要更多視覺(jué)效果。舉例來(lái)說(shuō)，筆記本電腦可在設(shè)備待機(jī)狀態(tài)下讓電源LED閃爍，亮度發(fā)生明暗變化，形成一種所謂的呼吸效應(yīng)，這也是設(shè)備中使用的眾多LED效果（淡入淡出或閃爍）之一。LED效果結(jié)合電容式觸摸按鍵能提高系統(tǒng)的美感并改善用戶(hù)體驗(yàn)。 

我們通常希望使用同一片上系統(tǒng)（SoC）來(lái)實(shí)現(xiàn)多種特性，從而降低BOM成本。在共有四部分的系列文章中，我們將介紹用同一SoC實(shí)現(xiàn)電容式感應(yīng)和LED照明的不同方面，包括： 

●我們將通過(guò)實(shí)際使用案例簡(jiǎn)單介紹電容式感應(yīng)型UI應(yīng)用中所采用的不同LED照明技術(shù)。 

●脈沖寬度調(diào)節(jié)（PWM）是實(shí)現(xiàn)LED效果的常見(jiàn)技術(shù)之一。我們將分析采用PWM技術(shù)的不同LED效果實(shí)現(xiàn)方案，從而探討如何選擇適當(dāng)?shù)腟oC。 

●在同一SoC中整合實(shí)現(xiàn)多種特性肯定會(huì)充滿挑戰(zhàn)。要確保設(shè)計(jì)的高健碩性，就必須解決這些挑戰(zhàn)。我們將討論的常見(jiàn)挑戰(zhàn)包括：LED和電容式傳感器之間的串?dāng)_、驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度功能、導(dǎo)致電容式感應(yīng)子系統(tǒng)內(nèi)部噪聲的LED負(fù)載瞬態(tài)以及避免方法。 

●功耗優(yōu)化對(duì)于任何電子系統(tǒng)都非常重要。我們將討論需要LED效果的應(yīng)用的低功耗設(shè)計(jì)考慮因素。 

LED效果 

的用戶(hù)界面設(shè)計(jì)需要在具備電容式觸摸按鍵情況下提供某種用戶(hù)反饋功能。當(dāng)用戶(hù)按壓機(jī)械按鍵時(shí)，機(jī)械按鍵本身就具備觸覺(jué)反饋功能。然而電容式按鍵則不能提供這種觸覺(jué)反饋。因此，采用電容式觸摸按鍵的UI可以采用不同的反饋形式，包括視覺(jué)、音效、觸覺(jué)等。根據(jù)用戶(hù)界面設(shè)計(jì)，也可組合采用多種不同類(lèi)型的反饋。在這些反饋類(lèi)型中，用LED實(shí)現(xiàn)視覺(jué)反饋是一種常見(jiàn)的選擇。我們?cè)诖藢⒔榻B一些不同類(lèi)型的LED效果及其使用案例。 

傳感器狀態(tài)驅(qū)動(dòng)的LED控制 

為了改進(jìn)對(duì)用戶(hù)的視覺(jué)反饋或模仿機(jī)械開(kāi)關(guān)，LED可在固件中采取多種不同的控制方式。一些常見(jiàn)的方法包括： 

1.LED開(kāi)關(guān) 

這是zui簡(jiǎn)單的LED效果類(lèi)型，通常用來(lái)顯示觸摸狀態(tài)。LED位于傳感器導(dǎo)體片背后作為背光。當(dāng)有觸摸時(shí)，此LED點(diǎn)亮為按鍵提供照明，沒(méi)有觸摸時(shí)LED就關(guān)閉。該應(yīng)用實(shí)例為Samsung Galaxy S4等Android手機(jī)的菜單或后退按鍵。 

2.閃爍 

電視機(jī)制造商通常為不同型號(hào)的電視提供標(biāo)準(zhǔn)的遙控器。遙控器上的某些按鍵可能不支持某些型號(hào)的電視機(jī)。在此情況下，如果觸摸的按鍵無(wú)效，可通過(guò)LED閃爍背光效果來(lái)發(fā)出提示，這是通過(guò)周期性開(kāi)關(guān)LED來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 

3.切換 

設(shè)想一下，房間燈光用機(jī)械開(kāi)關(guān)控制。按下一次開(kāi)關(guān)，燈會(huì)打開(kāi)。只要開(kāi)關(guān)繼續(xù)保持這種狀態(tài)，燈就會(huì)一直開(kāi)著。再按一次開(kāi)關(guān)，燈就會(huì)熄滅。切換特性類(lèi)似于這種機(jī)械切換開(kāi)關(guān)。當(dāng)觸摸電容式按鍵時(shí)，相應(yīng)的LED燈會(huì)點(diǎn)亮。即便用戶(hù)手指離開(kāi)按鍵，LED燈還會(huì)一直亮著。如果用戶(hù)再次觸摸按鍵，LED燈就會(huì)關(guān)閉。也就是說(shuō)，在每個(gè)電容式傳感器狀態(tài)的上升沿，輸出狀態(tài)都會(huì)切換其狀態(tài)，具體如下圖所示。CS0反映傳感器狀態(tài)，而GPO0反映LED狀態(tài)。