ot;display: block;">如果您正在設(shè)計(jì)一款手機(jī),您必須解決的關(guān)鍵問題就是能將多少功能集成到盡可能小的空間中。手機(jī)的功能是否越多越好？這可不一定。很多人常常碰到難用的手機(jī),就是因?yàn)檫@些手機(jī)在過小的空間內(nèi)塞進(jìn)了過多的功能。
如何將多種功能整合在一個(gè)較小空間內(nèi)是手機(jī)設(shè)計(jì)工程師必須面對(duì)的問題,但同時(shí)又要避免將過多功能整合在過小的空間內(nèi)。擁有獨(dú)特設(shè)計(jì)的LG“巧克力”手機(jī)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(jī)的用戶輸入,如圖1中所示。
LG“巧克力”手機(jī)開發(fā)過程
本文“拆卸”的是一款特殊型號(hào)的“巧克力”手機(jī),也被稱作LG VX8500,它是為Verizon Wireless公司所生產(chǎn)的一款手機(jī)。LG電子公司與賽普拉斯半導(dǎo)體(Cypress Semiconductor)公司聯(lián)手開發(fā)了這款手機(jī)的固件部分,隨后相關(guān)代碼還用在了這款手機(jī)的其它幾種演變型號(hào)之中。在這個(gè)過程中,LG所進(jìn)行的多數(shù)變更都與所用的按鈕和接口數(shù)量有關(guān),而整體技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)保持不變。
賽普拉斯的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(tǒng)級(jí)芯片(PSoC)架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。兩個(gè)團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷幾個(gè)回合的協(xié)商,提出了最終的設(shè)計(jì)要求。實(shí)際開發(fā)工作于2005年8月開始,并以在2005年10月將產(chǎn)品推向生產(chǎn)階段作為目標(biāo)。
“客戶最初的要求往往不很明確,”賽普拉斯公司的固件與應(yīng)用工程師Greg Virge表示,“通常客戶第一次采用電容傳感器時(shí),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(shí)際的設(shè)計(jì)需求,這個(gè)過程通常需要花費(fèi)幾個(gè)月的時(shí)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(gè)帶可編程邏輯的混合信號(hào)陣列。因此它可以針對(duì)包括電容傳感在內(nèi)的各種不同功能進(jìn)行配置。Cypress的出發(fā)點(diǎn)在于創(chuàng)建一個(gè)能夠輕松更改的固件平臺(tái)。這已經(jīng)通過“用戶模塊”實(shí)現(xiàn),用戶模塊是負(fù)責(zé)特定功能的經(jīng)過預(yù)配置的模擬和數(shù)字模塊。例如,數(shù)字模塊變成8位或16位脈寬調(diào)制器,模擬和數(shù)字模塊可以整合在一起形成數(shù)模轉(zhuǎn)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(jìn)行,包括所有的傳感、基準(zhǔn)更新和決策過程。
“在推進(jìn)LG項(xiàng)目的同時(shí),我們也在圍繞CapSense用戶模塊展開工作,”Virge表示,“我們仔細(xì)地將LG做這個(gè)應(yīng)用所需的所有要求全部適當(dāng)?shù)胤旁诹擞脩裟K中。同一個(gè)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(jī)采用。”
該用戶模塊的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于LG公司,因此LG可以進(jìn)行自行更改并擁有這些更改的知識(shí)產(chǎn)權(quán),從而使模塊符合他們的特定要求。LG實(shí)際上在公司內(nèi)部的其它部門(如開發(fā)白家電的部門)采用了這個(gè)經(jīng)過修改的用戶模塊版本。
圖1:LG“巧克力”手機(jī)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(gòu)分析
圖2所示的這個(gè)手機(jī)中的Cypress IC是采用32引腳5×5mm封裝的CY8C21434-24LFXI。這個(gè)傳感器在電路板對(duì)面包含九個(gè)銅焊盤。每個(gè)焊盤中都有一個(gè)孔,來自LED的光可以通過這個(gè)孔發(fā)光。每個(gè)焊盤都與PSoC I/O相連。由于PSoC實(shí)際上是微控制器,因此除了CapSense之外,它還能夠執(zhí)行一些其它功能。在“巧克力”手機(jī)中,LG集成了LED驅(qū)動(dòng)器。
圖2:這款手機(jī)采用了型號(hào)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(guān)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(yōu)先級(jí)的能力。換言之,在不同的情況下,你可能希望根據(jù)之前按下的某些按鈕,更方便地按壓其他一些按鈕。當(dāng)用戶因?yàn)槭种篙^大而同時(shí)按下兩個(gè)按鈕時(shí)這種功能就會(huì)起作用。因此,PSoC有能力判斷出用戶本來想按哪個(gè)按鈕。
LG公司的設(shè)計(jì)工程師還要注重ESD保護(hù)功能。滿足新機(jī)型不斷變化的電子和機(jī)械設(shè)計(jì)所帶來的不同,ESD要求是一個(gè)挑戰(zhàn)。當(dāng)ESD問題在傳感器上發(fā)生時(shí),會(huì)影響接收數(shù)據(jù)的完整性。避免這種負(fù)面影響的方法是采用合適算法區(qū)分ESD事件和有效按壓行為。
因此,PSoC必須能識(shí)別ESD事件,與數(shù)據(jù)相比,ESD事件往往具有相當(dāng)具體的簽名。PSoC會(huì)等待幾個(gè)周期,然后再次檢查傳感器。
另一個(gè)必須進(jìn)行調(diào)整的設(shè)計(jì)更改是從FR4板向柔性PCB的轉(zhuǎn)變。FR4比較厚,可以更好地隔離來自板背面的接地信號(hào),因此采用FR4更容易進(jìn)行設(shè)計(jì)。但其結(jié)果是原生電容(native capacitance)更低,從而導(dǎo)致更多的設(shè)計(jì)修改。當(dāng)然,FR4成本也較低。但柔性PCB能給系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師提供更多的機(jī)械設(shè)計(jì)選擇,而這正是LG“巧克力”手機(jī)這類緊湊型方案所需要的。
收發(fā)器和RFR6500接收差分器件。"/>
圖3:這款CDMA手機(jī)采用了數(shù)款高通IC,其中包括MSM6500基帶、RFT6150收發(fā)器和RFR6500接收差分器件。
就像我拆解的眾多CDMA手機(jī)一樣,這款手機(jī)中也采用了多個(gè)高通IC,如圖3所示。“巧克力”手機(jī)采用了一個(gè)MSM6500基帶、一個(gè)RFT6150收發(fā)器和一個(gè)RFR6500接收差分器件。其它一些可確認(rèn)的元器件包括一個(gè)Wolfson 8973G音頻均衡器、一個(gè)東芝多芯片封裝存儲(chǔ)器和一個(gè)美信的電源管理控制器。
作者:Richard Nass
總編輯
《Embedded Systems Design》
