四键触摸芯片PA104 PA104 四键触摸芯片PA104 PA104

                                                   PA104-1

                                           4键触摸感应芯片

l      4个独立的充放电按键

l      每个按键信道与其它按键完全独立操作

l      透过绝缘的接口传导

l      工作电压为3.4V到5V

l      10秒、60秒固定输出模式

l      可通过脚位选项来设定自动校正时间

l      低功耗模式

l      18脚位SOP无铅封装

应用

•PC外设         •设备控制      •存取系统        •仪器面板

•背景照明旋钮     • **系统      •指示装置        •游戏设备

   PA104触摸芯片内含数字控制器，可以检测靠近或触摸的4个电极的信号。电极能独立穿透类似于玻璃、塑料、石头、陶瓷或木头等绝缘体。此IC也可将金属材质的对象转变成传感器，使其对接近感应或触摸有所响应。这种能力，与连续自我校准特性结合在一起，可产生全新的产品概念。

每个按键信道与其它按键完全独立操作；同时，通过简单地改变取样电容的数值，每一个按键可以调整到一个特定的灵敏度电平。器件支持两种速率，其中一种在4V时消耗的典型电流仅为90μA。

这种装置可以应用于人机界面，如控制面板、器具、游戏装置、照明控制等；也可以应用在一些材料感应和设备控制等场合。

器件中的RISC内核使用了信号处理技术，可以避免诸如“传感器死锁”、元器件老化、湿气和信号漂移等情况的发生。

                  可用选项

1.    概述

PA104是脉冲模式的电荷转移数字传感器芯片，专门用于感应控制场合。它提供所有硬件和信号处理功能，这些功能可以保证在大多数的应用中提供稳定、可靠的感应。每个通道只需连接一个廉价的电容即可应用。

图1-1、1-2介绍了PA104的一些基本应用，表格1-1详细说明了各个引脚功能。

通过使用电荷转移脉冲产生信号。脉冲模式使得电源功率消耗比较低，可以降低RF辐射以适应于RF应用的场合，同时可以提供非常高的速率。在内部，通过数字化处理可以避免噪声干扰。

                  表1-1  引脚说明

1.1  操作模式

PA104可以通过高阻值的电阻的不同连接（连接地或VDD）来决定选用哪种模式。这些电阻在每一个电路中都需要被连接。

在图1-1、1-2中显示了两种基本模式。

                 图1-1 慢速模式电路

               图1-2 快速模式电路

慢速模式：在这种模式下，设备需要100ms的响应时间，同时有着非常低的电流消耗（4.0V时大约90μA）。

快速模式：在这种模式下，只需要40ms的响应时间，但是会产生比较大的电流消耗（4.0V时大约1.5mA）。通过一个可选择的被动器件可以支持模式。

1.2  电极驱动；报警

PA104有4个独立的感应通道。转换程序会将Cs作为一个悬空的传输电容；这样感应电极可以连接到任意一个SNS脚上。然而感应电极需要连接到SNSnK上以减少EMI干扰。

PCB配线、布线或者其他元器件对SNS脚的触碰会导致SNS脚的敏感反应，因此要避免或减少这些触碰。

多种触摸电极可以连接到SNSnK上，例如可以对物体的两面均产生控制作用。

降低连接到SNS端的电容漂移是非常重要的，例如可以通过减少电容的连线长度或尽量使用比较低的容值等。如果连接到按键上一个比较大的电容Cx，会干扰其它的键而产生错误的触发。因此，如果使用了比较大的电容Cx，电极要避免与邻近按键的连接以减少干扰。如果电极通过塑料通道连接就不会产生这种问题。

1.3  灵敏度

灵敏度可以根据不同的应用场合而变化。*简单、直接的方式是通过改变Cs的容值来改变灵敏度，Cs越大灵敏度越高。每一个通道都有自己的Cs值，可以独立的选择灵敏度。

1.3.1         增加灵敏度的方式

可以通过使用大的电极区域来增加灵敏度，也可以通过减少面板宽度或使用绝缘性好的材质来达到增加灵敏度的目的。

1.3.2         降低灵敏度

有些场合不需要太高的灵敏度，此时可以通过以下方式来降低灵敏度：a）使用比较小的电极b）将电极设置成网状结构c）降低Cs的容值。

1.3.3         按键平衡

一些因素会导致灵敏度失衡。尤其是SNS与电极的连接会对地产生不同的电容漂移。按键大小的不同、与金属表面的靠近都会影响平衡的稳定性。

因此4个按键需要保持平衡来保证灵敏度的稳定性。为了达到这一目的，*好使4个Cs的值保持一致。4个Rs电阻对灵敏度没有影响，不需要改变。

2.    PA104的特性

2.1 信号处理

这些设备使用高效的运算方法来处理数据，这些运算方法在环境比较恶劣的情况下尤其有效。

2.1.1 *长的持续时间

如果大的物体持续对按键进行触摸，信号会触发到检测输出以避免进一步的触摸。为应对此类“粘滞按键”情况，每个通道都有定时器用于检测触摸时间是否过长。如果触摸时间超过*长的定时时间，定时器就会重新校准，这就是*长持续时间特性。

超过*长的持续时间后，感应通道就会恢复正常的检测。有三个*大持续时间供选择：10s、60s、无穷大（见表2-2）。

每个通道的*大持续时间是独立的，一个通道到达*大持续时间并不会影响其他通道。需要注意的是表格2-2给出的时间是受快速模式下晶振频率决定的。如果晶振频率加倍则*大持续时间减半。在慢速模式下，表格给出的时间是不正确的。

在需要对长时间的触摸进行检测的情况下，将*大持续时间设为无穷大是很有必要的。在无穷持续时间情况下，设计者必须确保Cs、Cx和VDD的飘移不会导致在触摸信号已经撤除的情况席发生“粘滞”现象。

*大持续时间是相近的，可以随着VDD和温度的不同发生变化。在快速模式下，*大持续时间还受操作频率影响。

慢速模式下的*大持续时间

在慢速模式下如果采用同步方式，*大持续时间应该与同步信号的周期保持一致。设备假设同步周期是18ms，那么在同步模式下*大持续时间应该与同步周期18ms保持一致，而在其他同步周期下要发生相应的改变。例如，如果同步周期是36ms，那么*大持续时间就要与其保持一致而加倍。

2.1.2 监测合成

避免错误的检测信号是很重要的，这些设备结合每一个按键设置了‘监测合成’计数器，当信号监测超过极限就增加直道达到目标值，此时输出脚有效。如果在达到目标值之前“没有检测到”，则计数器自动被置位成0，输出没有检测到的信号。目标值的极限是6。

在慢速模式下，监测合成强迫设备比较快的运行以便确定是否检测到信号。需要连续进行6次检测才能确定信号是否正确。

2.1.3 强迫感应校正

13脚是复位脚，低有效；如果电源没有干扰，可以将此脚连接到VDD上。在上电情况下，各个通道的感应会自动被校准。

可以由MCU控制13脚，通过对其产生10μs的低电平来强迫其复位。

2.1.4 快速重新校准

如果感应的电容比标准值低5的时间长达2秒钟，感应器就会将此次结果当成错误的检测并强迫重新校准。

                       表2-1 速度/同步选项—SNS1K

                        表2-2OPT选项

2.2 选项

通过不同的选项，这些设备具有很大的灵活性并能被大多数感应场合使用。

这些选项在系统上电的时候被读入，以后若没有通道检测到触摸信号则每隔10s读一次。SNS脚通过一个高阻值的电阻与VDD或VSS连接，连接方式的不同选项的设定也不同。这些选项每个250μs读一次，读25次进而保证不受噪声干扰，而且25次采样必须一致。然而，连接到SNS脚的大容值电容Cx会使得会降低上拉电阻的反应速度，这样就会读到错误的信号。Cx应该小于50pF以防止错误的判断。

选项电容式强制使用的不可以撤除，必须与VDD或VSS连接。

速度选项：跳线选择决定使用大约100ms的慢速响应时间还是大约40ms的快速相应时间。快速模式电源功率消耗比地速模式大很多。响应时间可以通过改变晶振频率来调整。

重新校准：参见表2-2。有三个重新校准时间选项。重新校准选项控制持续监测的时间进而触发重新校准。当出现这样的情况时，只有“粘滞”案件可以被重新校准。S2/S3应该按表2.2所示进行连接，已达到*大的延迟时间10s、60s或无穷大。

2.3 输出

   PA104A-1按键有效时,对应的按键输出高电平

   PA104B-1按键有效时,对应的按键输出低电平

3.    电路指南

3.1  CS采样电容

电荷采样电容Cs可以使任何塑料薄膜或陶瓷电容。通常Cs的值视灵敏度的需要范围可以从4.7nF到47nF；大容值的Cs需要更高的稳定性来保证可靠的感应。电容的材质可以是塑料或X7R陶瓷。不建议使用比X7R等级低的材质。-K的陶瓷由于线性度不好不能保证可靠性。

3.2     电源供应，PCB布线

系统电压的范围是3.9~5.5V。如果电压受温度影响不大，系统会自动根据这些变化自动进行调整。但是如果电源电压波动较大，系统自动的补偿可能达不到要求会引起灵敏度的变化和错误的侦测。PA104可以适应VDD发生小的波动，但如果VDD发生比较大的波动，系统性能就会受到影响。

如果系统电源同时供给其他系统使用，必须保证不会产生干扰，否则会产生负面影响。电源电压*好控制在4.0V到5V范围内。

为了减少干扰必须在VDD和VSS之间放置一个0.1微法或更大的旁路电容，且这个旁路电容要放在靠近VDD和VSS之间的位置上。

如果可能尽量将IC附近敷铜，但是SNS的连接线不要敷铜。

3.3     晶振；扩展频谱

在快速模式下，振荡器是靠外部网络产生的内部振荡。通常情况下，VDD=4.0V、R=62K时，振荡频率可达到大约100KHz，误差大约在上���20%左右。

在快速模式下振荡器可以通过外部RC网络扩展频谱，而不必仅仅固定在单一的频率上。通过电流调整振荡偏置来调整每个脉冲里的毛刺。这可以有效地帮助RF发射和提高感应灵敏度。具体描述可参照图1-2。SYNC/SS依据脉冲的周期会输出相应的包络。在每个脉冲序列结束的时候SYNC/SS会输出低电平，这样就可以形成锯齿波（图3-1）。

这种调制的典型波段是在中心频率上下7%变化。

振荡器的频率可以使用示波器对任意一个通道测试来获得。如果示波器的设置正确那么在前两个包络里的脉冲周期大约是10微秒（没有频谱扩展）。当然有一些包络的周期比较宽，这些都是正常的。

在快速模式下，如果有需要可以通过改变振荡器的频率来调整相应时间。只需要改变偏置电阻的阻值，就可以使中心频率从20kHz到150kHz变化，电阻阻值越小频率越高，阻值越大频率越低且电源消耗也比较少。

在慢速模式下，内部RC的时间无法靠改变偏置电阻的阻值来更改，此时默认的频率是100kHz。

未使用到的通道

没有用到的SNS脚不应该悬空，应该通过一个2.2K的电阻和一个容值比较小的Cs相连来保证内部电路正常工作。一个10nF的X7R陶瓷电容即可。未使用的通道不应该与电极连接，但如果需要可以连接到选项电阻，这个选项电阻要连到VDD或VSS上。

3.4     ESD保护

通常情况下需要电阻来防止ESD破坏，在大多数情况下需要使用22K的Rsns电阻，且Rsns电阻要放置在离芯片比较近的位置。

3.5     预防干扰

如果需要得到高的灵敏度或Cx比较大，邻近的感应通道需要干扰地线来减少电容de干扰。  无论电极以何种方式进行连接，在塑料屏蔽下的普通触摸不会有这种问题的顾虑。电容Rsns的阻值过大会增加干扰，要尽量将Rsns的阻值控制在22K或更小。

尽量避免PA104与电极靠的太近并尽量使感应线离敷铜的地、其它信号线远一点，这样可以降低Cx值并减少干扰获得比较强的信号。

4.    规格

4.1      极限参数

工作温度..............................................................................................………………...……......由后缀决定
储存温度............................................................................................................................-55ºC~+105ºC
VDD.........................................................................................................................................-0.3~+5.5V
*大电流..........................................................................................................................................±20mA
引脚承受电压………………..................................................................................-0.3V~(Vdd + 0.3) Volts

4.2  推荐工作条件

工作温度……………………….................................................................................................-40~+85ºC
VDD.......................................................................................................................................+3.4~+5.0V
瞬间承受干扰电压..............................................................................................................................±5mV
长期供应稳定性…………………...................................................................................................±100mV
Cs 范围..................................................................................................................................4.7nF~47nF
Cx 范围................................................................................................................................................50pF

4.3  交流特性

Vdd =4.0, Ta = recommended, Cx = 10pF, Cs =10nF,Rosc=62Kohms

4.4  直流特性

Vdd=5.0,Ta = recommended, Cx = 5pF, Cs = 4.7nF; 参见图1.1

4.5  信号处理

VDD=4.0V,Cx=10pF,Cs=10nF,Fosc=推荐的范围

4.6  18-SOP封装

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