利用PSoC的灵活性解决触摸式遥控器设计中的问题

Apple公司的iPod、LG的巧克力手机的一个共同特点就是在人机交互上有了革命性的创新，将传统的机械式按键替换为电容感应的触摸式按键。帮助它们实现飞跃的是同一种功能强大，使用灵活的芯片，即Cypress公司的可编程片上系统PSOC。触摸感应技术为MP3、手机带来了惊喜，当Cypress的销售人员想把类似的触摸概念推广到上海老牌电视生产商东杰电气时，东杰公司的工程师认识到将这一应用推广到他们的附属产品-电视机遥控器上可能意义更大。

传统的电视机遥控器一般都是欧美半导体芯片的禁区，由于量大且设计成熟，里面电子芯片的价格已经杀到几乎无利可图的境地。虽然成本低廉，技术成熟，但也存在产品严重同质化、按键易磨损、寿命不长、键缝容易吸灰尘、不易清洁等一系列缺点。正是基于对这些不足的深切体会，在初步了解了PSoC的功能和实现触摸的基本原理后，东杰公司决定先以遥控器产品而非很多人都能想到的TV产品来尝试PSoC带来的触摸感觉，从而实现产品外观设计和使用方式的突破。

遥控器对价格非常敏感，而PSoC肯定会比现在使用的国产遥控芯片贵一些，但考虑到省去的几十个机械按键的成本，仅仅用稍高一点的BOM成本，却做出了外观精致很多、无磨损、极易清扫的全新遥控器，此外用户终生不需要重新购买替换遥控器。

从机械键改为触摸键，并不仅仅是换一个主控芯片的问题。在实现这一转换过程中，自然会面临一些问题。下面将讨论如何利用PSoC的可编程性和高灵活性来解决这些问题。

多键问题

PSoC的工作原理是一个I／O口可以控制一个感应键。对于少于28个触摸键的应用(绝大多数应用属于这种)，PSoC较便宜的Neutron系列可以很容易地实现(Apple公司和LG公司的产品都是用这个系列)。但遥控器上面的键动辄就是四五十个，难道非要动用比较高端的I／O资源更多的Radon系列吗?I／O口虽然足够，但成本的增加和Radon系列芯片自带的USB接口让人感觉有点杀鸡用牛刀。对于像遥控器这种阵列式的按键，虽然可以利用双层感应区域提供纵横坐标的方式来大大减少I／O资源的消耗，但这样的结果是由原来的两层PCB变为四层PCB，对于成本敏感的遥控器来说也几乎不可能接受。

但如果将每一个键的触摸感应区域一分为二，这样在同一个表面上，一个键就将有纵横两个坐标；而由于PSoC的核心是具有处理能力的单片机，而非固定功能的ASIC，这样就可以很方便地根据两个坐标来判断出按键的位置(图1)。于是，50多个I／O的需求一下锐减到17个(十三行四列)，Neutron系列的每颗芯片都可以很容易地完成此任务。

触摸键灵敏度的问题

把一个键一分为二的做法虽然很完美地解决了I／O资源问题，但设计者很快就有了另外一个担心，即感应面积是决定感应灵敏度的一个很重要的因素，这样将一个本来就不大的感应区域一分为二，而且彼此还要有一定空隙，这样存在灵敏度大大下降的可能。此外，这种遥控器是一个按键密度较高的很有挑战的应用。

幸运的是，就在这个方案要实施的时候，Cypress又推出了一套全新的算法CSD(具体原理可参考Cypress相关文档)来测知手指的触摸。这套算法较早先的CSR算法虽然只有一个字母的差别，却在性能上有了质的飞跃，灵敏度提高了4倍，噪声抑制改善了60％，另外适应电源和温度变化的稳定性也有了很大改善。正是由于这些质的飞跃，设计者仅仅调用了Cypress刚刚发布的CSD用户模块放在设计中，便轻而易举地攻克了这个本来很有挑战的技术难题。CSD模块的实际效果也令所有感受过这些按键的人赞不绝口。

集成红外调制功能

由于是红外遥控，自然要实现将红外信号调制发射的过程。这是一个很简单的功能，只需要模拟普通遥控芯片的发射端口发出38K的红外调制波形就行。乍一看，这与触摸按键似乎是风马牛不相及的两个功能，而且使用其它专用触摸IC时，集成这个功能几乎是一条不可逾越的鸿沟，必须为这一小小功能再添加一颗控制芯片。双芯片方案自然会有美中不足。 然而，同样一个问题对PSOC来讲则非常简单。这也是Cypress公司一直在大力提倡的Capsense Plus(集成触摸感应和其它控制功能于一身)的概念，即实现触摸功能只占用了PSoC的部分资源，而PSoC内部其余的资源(包括程序控制，可编程模块以及I／O口)仍然可以为客户所用。这样的一"芯"二用，既可以集成简化设计，同时在成本上也会带来很大优势。

对于集成红外信号的调制，在PSoC里仅仅增加了一个高速PWM调制端口。别小看这不太起眼的功能的增加，也仅仅用到了很少的芯片资源，但东杰电气在进行方案评估的时候，市面上别的专用触摸芯片由于功能固定，对于这一小小的"额外"需求都可能难以实现。

由于PSoC的灵活性，它不仅可以做出简单的按键功能，而且同一个芯片在经过程序处理后，在不增加任何硬件成本的情况下，可以很容易实现滑动条和类似iPod滑动圈的造型。如果将这些造型有机地融入遥控器外观的设计，用来调节电视的音量或者频道的选择，既可使外观更加时尚，同时也可以方便用户使用。