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作者: Vairamuthu Ramasamy和Shruti Hanumanthaiah，賽普拉斯半導體 我們在第二部分中介紹了PWM（脈沖寬度調制）的不用實現方法。在第三部分中，我們將探討設計具有電容式感應和LED照明的系統時所遇到的常見挑戰，以及應對方法。 布局設計 本節我們將討論在設計具有電容式傳感器和開關線路（例如LED、通信）的系統時所需遵循的重要布局設計規則。開關跡線與電容式傳感器跡線并行布置會使感應系統的開關噪聲結合在一起。由于我們試圖以毫微微法拉級（fF）的分辨率測量電容，因此感應模塊對串擾噪聲就會很敏感。只要傳感器跡線具有固定參考（例如并行的地線），感應系統就會具有恒定電容，但是，開關跡線會在接地與高阻抗或VDD間快速切換，從而改變參考值，進而導致電容變化。因此，在布線時應遵循的方法是決不能讓開關跡線與感應跡線并行放置。圖1給出了推薦的布局布線圖。 
圖1：推薦的布線圖 我們應該可以并行布置多條傳感器跡線以防止進一步增加布線復雜性。讓我們看一看并行布置兩條傳感器線路時會出現的問題。假設當掃描一條線路時，另一條線路為浮動狀態。那么觸摸浮動線路將導致與另一條線路間的電容變化。解決這個問題的辦法是將所有未被掃描的傳感器引腳接地。之所以能這樣做是因為控制器通常具有可多路復用傳感器引腳的電容式傳感模塊。但是，如果器件支持對多條線路同時掃描，那么需要同時掃描的引腳不應并行布線。例如，賽普拉斯的PsoC器件 支持雙通道同時掃描。 設計原理圖時將開關引腳與感應引腳的隔離（見圖2）有助于在布局過程中避免并行布線。我們注意到在固件實現方案中可為PWM驅動選擇任意引腳，這種優勢能實現更方便的引腳分配。
圖2：傳感器與開關線路的隔離引腳分配 考慮到電子系統正變得越來越復雜，可能不一定總能完全避免并行布線。這種情況下可以采用一個電容器來降低LED線路的轉換率，進而減少串擾，如圖3所示。電容器的取值通常是0.1μF。
圖3：串擾解決方案 驅動電流強度 務必要選擇可滿足應用中電流驅動要求的控制器，以減少BOM成本。端口引腳通常具有較高的吸入電流能力和較低的輸出電流能力。應把需要高電流的LED連接在吸入結構中。這些引腳的驅動模式應該能夠在開漏模式下進行配置。這樣，寫入0可將引腳驅動到高阻抗狀態，從而關閉LED；寫入1可將引腳驅動至低阻抗狀態，從而打開LED。當與電容式感應相結合時，電流的吸入可能產生一個不良效果，會限制器件所能吸入的最大電流。我們將在第4部分具體介紹這個問題。 如果LED連接在多路復用結構中，那么輸出能力就比較重要。需要更高驅動電流的應用必須使用外部MOSFET開關來驅動LED。 負載瞬變噪聲 可以執行電容式感應并驅動LED的SoC屬于混合信號IC，具有模擬和數字模塊。模擬和數字電路必須盡可能地進行分離，以防止數字噪聲降低電容式感應系統的性能。常見的挑戰在于，當在吸入模式下連接LED的輸出引腳并在邏輯高電平與邏輯低電平之間切換時，感應系統會拾取接地噪聲。 為減少引腳數量，有些混合信號IC將芯片的模擬接地導體片和數字接地導體片共同連接到封裝的共用接地引腳上。該接合線電阻通常是幾十毫歐姆。圖4給出了這種引腳分配方式。
圖4：地端結合原理圖 現在考慮LED被配置為吸入模式的情況。輸出引腳將LED電流吸入到IC地端，同時驅動至低阻抗并打開LED。吸入的電流因接線的電阻產生IR壓降，并改變相對于電路板地端的IC接地電勢。盡管偏移量僅為幾毫伏，但感應系統非常敏感，它需要在fF精度范圍內測量電容。這對接地偏移比較敏感的感應方法來說是個問題。 當多個輸出引腳同時吸入電流時，這個問題會變嚴重。這會導致相當于一個手指觸摸的傳感器原始計數有高偏移量，從而引起誤觸發。圖5給出了由LED切換引起的原始計數偏移。
圖5：LED電流吸入引起的原始計數偏移 克服這個問題的一些常見技術包括： 1. 如果IC的模擬和數字接地接出到不同的引腳，應使它們分開，并在電源端將它們短路。 2. 依照正確的布局原則減小電路板接地與IC接地之間的電阻，以減小寄生的IR壓降。 3. 減小連接LED的輸出引腳上的吸入電流，以減小寄生的IR壓降。 4. 在原理圖設計過程中一定要進行引腳分配，以便將LED分配給遠離IC接地引腳的引腳，并將傳感器分配給距接地引腳最近的引腳。這樣就能把寄生的IR壓降降到最小。 在這個部分中，我們探討了如何應對具有電容式感應和LED照明的系統的常見設計挑戰。在第4部分，我們將介紹針對此類應用的低功耗設計考慮因素。 |
