發布日期：2022-07-14 點擊率：76
如何將多種功能整合在一個較小空間內是手機設計工程師必須面對的問題,但同時又要避免將過多功能整合在過小的空間內。擁有獨特設計的LG“巧克力”手機在這方面的做法值得借鑒,它采用電容式觸摸傳感器來處理大部分手機的用戶輸入,如圖1中所示。
LG“巧克力”手機開發過程
本文“拆卸”的是一款特殊型號的“巧克力”手機,也被稱作LG VX8500,它是為Verizon Wireless公司所生產的一款手機。LG電子公司與賽普拉斯半導體(Cypress Semiconductor)公司聯手開發了這款手機的固件部分,隨后相關代碼還用在了這款手機的其它幾種演變型號之中。在這個過程中,LG所進行的多數變更都與所用的按鈕和接口數量有關,而整體技術及其實現細節保持不變。
賽普拉斯的設計團隊在2005年5月開始與LG接觸,他們極力向LG推薦其可編程系統級芯片(PSoC)架構的優點。兩個團隊經歷幾個回合的協商,提出了最終的設計要求。實際開發工作于2005年8月開始,并以在2005年10月將產品推向生產階段作為目標。
“客戶最初的要求往往不很明確,”賽普拉斯公司的固件與應用工程師Greg Virge表示,“通常客戶第一次采用電容傳感器時,我們要做的事情就是通過了解客戶各方面的要求來最終確定他們實際的設計需求,這個過程通常需要花費幾個月的時間。但是完成這一步之后,我們就能夠做到有的放矢了。”
PSoC是一個帶可編程邏輯的混合信號陣列。因此它可以針對包括電容傳感在內的各種不同功能進行配置。Cypress的出發點在于創建一個能夠輕松更改的固件平臺。這已經通過“用戶模塊”實現,用戶模塊是負責特定功能的經過預配置的模擬和數字模塊。例如,數字模塊變成8位或16位脈寬調制器,模擬和數字模塊可以整合在一起形成數模轉換器。這些模塊可以通過編程成為通信接口,如SPI或者半雙工和全雙工UART接口。電容傳感在這種用戶模塊中進行,包括所有的傳感、基準更新和決策過程。
“在推進LG項目的同時,我們也在圍繞CapSense用戶模塊展開工作,”Virge表示,“我們仔細地將LG做這個應用所需的所有要求全部適當地放在了用戶模塊中。同一個用戶模塊及其附帶的所有參考代碼后來還被其它幾款LG手機采用。”
該用戶模塊的知識產權屬于LG公司,因此LG可以進行自行更改并擁有這些更改的知識產權,從而使模塊符合他們的特定要求。LG實際上在公司內部的其它部門(如開發白家電的部門)采用了這個經過修改的用戶模塊版本。
圖1:LG“巧克力”手機的大部分用戶輸入都由電容觸摸傳感器來處理。
主要器件及功能架構分析
圖2所示的這個手機中的Cypress IC是采用32引腳5×5mm封裝的CY8C21434-24LFXI。這個傳感器在電路板對面包含九個銅焊盤。每個焊盤中都有一個孔,來自LED的光可以通過這個孔發光。每個焊盤都與PSoC I/O相連。由于PSoC實際上是微控制器,因此除了CapSense之外,它還能夠執行一些其它功能。在“巧克力”手機中,LG集成了LED驅動器。
圖2:這款手機采用了型號為CY8C21434-24LFXI、采用32引腳5×5mm封裝的賽普拉斯IC。
由IC在板上所處的位置可見,集成這種控制功能或者與傳感器相關的任何其它功能是明智的選擇。其中一種功能就是確定按壓按鍵的優先級的能力。換言之,在不同的情況下,你可能希望根據之前按下的某些按鈕,更方便地按壓其他一些按鈕。當用戶因為手指較大而同時按下兩個按鈕時這種功能就會起作用。因此,PSoC有能力判斷出用戶本來想按哪個按鈕。
LG公司的設計工程師還要注重ESD保護功能。滿足新機型不斷變化的電子和機械設計所帶來的不同,ESD要求是一個挑戰。當ESD問題在傳感器上發生時,會影響接收數據的完整性。避免這種負面影響的方法是采用合適算法區分ESD事件和有效按壓行為。
因此,PSoC必須能識別ESD事件,與數據相比,ESD事件往往具有相當具體的簽名。PSoC會等待幾個周期,然后再次檢查傳感器。
另一個必須進行調整的設計更改是從FR4板向柔性PCB的轉變。FR4比較厚,可以更好地隔離來自板背面的接地信號,因此采用FR4更容易進行設計。但其結果是原生電容(native capacitance)更低,從而導致更多的設計修改。當然,FR4成本也較低。但柔性PCB能給系統設計工程師提供更多的機械設計選擇,而這正是LG“巧克力”手機這類緊湊型方案所需要的。
收發器和RFR6500接收差分器件。"/>
圖3:這款CDMA手機采用了數款高通IC,其中包括MSM6500基帶、RFT6150收發器和RFR6500接收差分器件。
就像我拆解的眾多CDMA手機一樣,這款手機中也采用了多個高通IC,如圖3所示。“巧克力”手機采用了一個MSM6500基帶、一個RFT6150收發器和一個RFR6500接收差分器件。其它一些可確認的元器件包括一個Wolfson 8973G音頻均衡器、一個東芝多芯片封裝存儲器和一個美信的電源管理控制器。
作者:Richard Nass
總編輯
《Embedded Systems Design》
