探索LDC2112/LDC2114：低功耗HMI按鈕應(yīng)用的電感式觸摸解決方案

在當(dāng)今的電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，人機(jī)交互界面（HMI）的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，尤其是對(duì)于觸摸按鈕的應(yīng)用。德州儀器（TI）的LDC2112和LDC2114為低功耗HMI按鈕應(yīng)用提供了出色的電感式觸摸解決方案。今天，我們就來詳細(xì)了解一下這兩款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

低功耗優(yōu)勢(shì)

LDC2112/LDC2114在功耗方面表現(xiàn)出色。單按鈕在0.625 SPS時(shí)僅消耗6 μA電流，雙按鈕在20 SPS時(shí)電流為72 μA。這種低功耗特性使得它們非常適合電池供電的設(shè)備，能夠有效延長設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。大家在設(shè)計(jì)可穿戴設(shè)備或者小型手持設(shè)備時(shí)，低功耗的優(yōu)勢(shì)就顯得尤為關(guān)鍵，你是否在以往的設(shè)計(jì)中也特別關(guān)注功耗問題呢？

可配置的按鈕掃描速率

掃描速率可在0.625 SPS至80 SPS之間進(jìn)行配置，這為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了靈活性。例如，對(duì)于一些對(duì)響應(yīng)速度要求不高的設(shè)備，可以選擇較低的掃描速率以進(jìn)一步降低功耗；而對(duì)于游戲手柄等需要快速響應(yīng)的設(shè)備，則可以提高掃描速率。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中，會(huì)如何根據(jù)具體應(yīng)用來選擇合適的掃描速率呢？

觸摸按鈕力級(jí)測(cè)量

該產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)觸摸按鈕的力級(jí)測(cè)量，這為設(shè)計(jì)更具交互性的HMI提供了可能。通過力級(jí)測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)不同力度按下對(duì)應(yīng)不同功能的操作，增加了設(shè)備的趣味性和實(shí)用性。

獨(dú)立通道操作

LDC2112有兩個(gè)獨(dú)立通道，LDC2114則有四個(gè)獨(dú)立通道。獨(dú)立通道的設(shè)計(jì)使得每個(gè)通道可以獨(dú)立工作，互不干擾，方便進(jìn)行多按鈕的設(shè)計(jì)。

集成算法

集成了多種算法，包括可調(diào)節(jié)每個(gè)按鈕的力閾值、環(huán)境偏移補(bǔ)償以及同時(shí)按鈕按下檢測(cè)。這些算法能夠提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，減少誤操作。

無需MCU獨(dú)立運(yùn)行

支持獨(dú)立操作，無需微控制器（MCU），這在一些簡單應(yīng)用場(chǎng)景中可以簡化設(shè)計(jì)，降低成本。

強(qiáng)大的EMI性能

符合CISPR 22和CISPR 24標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的電磁干擾（EMI）抗性，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定工作。

寬工作電壓和溫度范圍

工作電壓范圍為1.8 V ± 5%，溫度范圍為–40 °C至+85 °C，適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。

豐富的接口

提供I2C接口和每個(gè)通道的專用邏輯輸出，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信和連接。

二、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

消費(fèi)電子

在智能手機(jī)、智能手表、智能音箱、平板電腦/PC、虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔和條形音箱等設(shè)備中，觸摸按鈕和力級(jí)測(cè)量功能可以為用戶帶來更加便捷和豐富的交互體驗(yàn)。例如，智能手表上的觸摸按鈕可以根據(jù)按下的力度實(shí)現(xiàn)不同的功能切換，增強(qiáng)了用戶與設(shè)備之間的互動(dòng)性。

工業(yè)應(yīng)用

在電視、手持設(shè)備、家用電器、HMI面板和鍵盤等工業(yè)設(shè)備中，也能發(fā)揮重要作用。其穩(wěn)定的性能和低功耗特性，能夠滿足工業(yè)設(shè)備長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

三、技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

電感式傳感技術(shù)通過測(cè)量導(dǎo)電目標(biāo)的微小偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了在多種材料（如金屬、玻璃、塑料和木材）上的觸摸按鈕設(shè)計(jì)。電感式觸摸系統(tǒng)的傳感器是一個(gè)線圈，可安裝在面板后面的小PCB上，并且對(duì)濕度或非導(dǎo)電污染物（如油和污垢）不敏感，還能自動(dòng)校正導(dǎo)電目標(biāo)的任何變形。

LDC2112/LDC2114是多通道低噪聲電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采用創(chuàng)新的LC諧振器，具有高抗噪聲和干擾能力，能夠可靠地檢測(cè)小于200 nm的材料偏轉(zhuǎn)。

四、產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)

絕對(duì)最大額定值

• 電源電壓（(V_{DD})）最大為2.2 V。
• SCL、SDA引腳電壓最大為3.6 V，其他引腳最大電壓為2.2 V（任意兩引腳間最大電壓為(V_{DD}+0.3 V)）。
• 結(jié)溫（(T{J})）最大為85 °C，存儲(chǔ)溫度（(T{STG})）最大為125 °C。

ESD評(píng)級(jí)

• 人體模型（HBM）為±1000 V。
• 帶電設(shè)備模型（CDM）為±250 V。

推薦工作條件

• 電源電壓在1.71 V至1.89 V之間。
• 結(jié)溫在–40 °C至85 °C之間。

電氣特性

• 正常功率模式下，四通道（LDC2114）在特定條件下的電源電流典型值為0.49 mA，兩通道（LDC2112）典型值為0.26 mA。
• 低功率模式下，單通道電源電流典型值為9 μA。
• 待機(jī)電源電流在無按鈕激活時(shí)典型值為5 μA，最大值為7 μA。

五、功能詳細(xì)描述

多通道和單通道操作

LDC2112有兩個(gè)獨(dú)立通道，在正常功率模式下始終啟用，按配置的掃描速率順序采樣；在低功率模式下，可通過設(shè)置寄存器獨(dú)立啟用任一通道。LDC2114有四個(gè)獨(dú)立通道，可通過設(shè)置寄存器獨(dú)立啟用任意通道，每個(gè)通道在低功率模式和正常功率模式下都能獨(dú)立工作。

按鈕輸出接口

按鈕事件可以通過兩種方式報(bào)告：一是通過監(jiān)測(cè)OUTn引腳（推挽輸出），可作為中斷信號(hào)連接到微控制器，引腳極性可通過寄存器編程；另一種是使用I2C接口，通過讀取相關(guān)寄存器來獲取按鈕按下信息，還可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)別按鈕功能。

可編程按鈕靈敏度

通過GAINn寄存器可以增強(qiáng)單個(gè)按鈕的靈敏度，有64級(jí)增益因子，增益范圍在1至232之間，每個(gè)增益步長平均增加9%的增益，以確保不同機(jī)械結(jié)構(gòu)的按鈕具有一致的行為。

基線跟蹤

內(nèi)置基線跟蹤算法，可自動(dòng)補(bǔ)償因環(huán)境變化（如溫度漂移）導(dǎo)致的傳感器輸出緩慢變化，并且在正常功率模式和低功率模式下可獨(dú)立配置。

集成按鈕算法

多種算法可減少因機(jī)械不理想導(dǎo)致的誤按鈕檢測(cè)，通過查找相關(guān)按鈕響應(yīng)來判斷是否存在不良機(jī)械串?dāng)_。

I2C接口

支持通過I2C接口對(duì)內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程和讀取通道數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)前需先讀取狀態(tài)寄存器鎖定數(shù)據(jù)，支持突發(fā)模式和寄存器地址自動(dòng)遞增。在寫操作時(shí)，有特殊的握手過程確保數(shù)據(jù)完整性。LDC2112的I2C地址可通過ADDR引腳選擇，連接到地為0x2A，連接到(V_{DD})為0x2B；LDC2114的I2C地址固定為0x2A。

六、總結(jié)

LDC2112和LDC2114以其低功耗、可配置性強(qiáng)、功能豐富等特點(diǎn)，為低功耗HMI按鈕應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。無論是在消費(fèi)電子還是工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，都能滿足不同的設(shè)計(jì)需求。電子工程師在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，不妨考慮這兩款產(chǎn)品，充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造出更加出色的人機(jī)交互界面。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否還有其他疑問或者經(jīng)驗(yàn)可以分享呢？歡迎在評(píng)論區(qū)留言交流。