原创 PSoC在LG“巧克力”手机中的应用探密

如果您正在设计一款手机，您必须解决的关键问题就是能将多少功能集成到尽可能小的空间中。手机的功能是否越多越好？这可不一定。很多人常常碰到难用的手机，就是因为这些手机在过小的空间内塞进了过多的功能。

如何将多种功能整合在一个较小空间内是手机设计工程师必须面对的问题，但同时又要避免将过多功能整合在过小的空间内。拥有独特设计的LG“巧克力”手机在这方面的做法值得借鉴，它采用电容式触摸传感器来处理大部分手机的用户输入，如图1中所示。

LG“巧克力”手机开发过程

本文“拆卸”的是一款特殊型号的“巧克力”手机，也被称作LG VX8500，它是为Verizon Wireless公司所生产的一款手机。LG电子公司与赛普拉斯半导体(Cypress Semiconductor)公司联手开发了这款手机的固件部分，随后相关代码还用在了这款手机的其它几种演变型号之中。在这个过程中，LG所进行的多数变更都与所用的按钮和接口数量有关，而整体技术及其实现细节保持不变。

赛普拉斯的设计团队在2005年5月开始与LG接触，他们极力向LG推荐其可编程系统级芯片(PSoC)架构的优点。两个团队经历几个回合的协商，提出了最终的设计要求。实际开发工作于2005年8月开始，并以在2005年10月将产品推向生产阶段作为目标。

“客户最初的要求往往不很明确，”赛普拉斯公司的固件与应用工程师Greg Virge表示，“通常客户第一次采用电容传感器时，我们要做的事情就是通过了解客户各方面的要求来最终确定他们实际的设计需求，这个过程通常需要花费几个月的时间。但是完成这一步之后，我们就能够做到有的放矢了。”

PSoC是一个带可编程逻辑的混合信号阵列。因此它可以针对包括电容传感在内的各种不同功能进行配置。Cypress的出发点在于创建一个能够轻松更改的固件平台。这已经通过“用户模块”实现，用户模块是负责特定功能的经过预配置的模拟和数字模块。例如，数字模块变成8位或16位脉宽调制器，模拟和数字模块可以整合在一起形成数模转换器。这些模块可以通过编程成为通信接口，如SPI或者半双工和全双工UART接口。电容传感在这种用户模块中进行，包括所有的传感、基准更新和决策过程。

“在推进LG项目的同时，我们也在围绕CapSense用户模块展开工作，”Virge表示，“我们仔细地将LG做这个应用所需的所有要求全部适当地放在了用户模块中。同一个用户模块及其附带的所有参考代码后来还被其它几款LG手机采用。”

该用户模块的知识产权属于LG公司，因此LG可以进行自行更改并拥有这些更改的知识产权，从而使模块符合他们的特定要求。LG实际上在公司内部的其它部门(如开发白家电的部门)采用了这个经过修改的用户模块版本。

图1：LG“巧克力”手机的大部分用户输入都由电容触摸传感器来处理。

主要器件及功能架构分析

图2所示的这个手机中的Cypress IC是采用32引脚5×5mm封装的CY8C21434-24LFXI。这个传感器在电路板对面包含九个铜焊盘。每个焊盘中都有一个孔，来自LED的光可以通过这个孔发光。每个焊盘都与PSoC I/O相连。由于PSoC实际上是微控制器，因此除了CapSense之外，它还能够执行一些其它功能。在“巧克力”手机中，LG集成了LED驱动器。

图2：这款手机采用了型号为CY8C21434-24LFXI、采用32引脚5×5mm封装的赛普拉斯IC。

由IC在板上所处的位置可见，集成这种控制功能或者与传感器相关的任何其它功能是明智的选择。其中一种功能就是确定按压按键的优先级的能力。换言之，在不同的情况下，你可能希望根据之前按下的某些按钮，更方便地按压其他一些按钮。当用户因为手指较大而同时按下两个按钮时这种功能就会起作用。因此，PSoC有能力判断出用户本来想按哪个按钮。

LG公司的设计工程师还要注重ESD保护功能。满足新机型不断变化的电子和机械设计所带来的不同，ESD要求是一个挑战。当ESD问题在传感器上发生时，会影响接收数据的完整性。避免这种负面影响的方法是采用合适算法区分ESD事件和有效按压行为。

因此，PSoC必须能识别ESD事件，与数据相比，ESD事件往往具有相当具体的签名。PSoC会等待几个周期，然后再次检查传感器。

另一个必须进行调整的设计更改是从FR4板向柔性PCB的转变。FR4比较厚，可以更好地隔离来自板背面的接地信号，因此采用FR4更容易进行设计。但其结果是原生电容(native capacitance)更低，从而导致更多的设计修改。当然，FR4成本也较低。但柔性PCB能给系统设计工程师提供更多的机械设计选择，而这正是LG“巧克力”手机这类紧凑型方案所需要的。

图3：这款CDMA手机采用了数款高通IC，其中包括MSM6500基带、RFT6150收发器和RFR6500接收差分器件。

就像我拆解的众多CDMA手机一样，这款手机中也采用了多个高通IC，如图3所示。“巧克力”手机采用了一个MSM6500基带、一个RFT6150收发器和一个RFR6500接收差分器件。其它一些可确认的元器件包括一个Wolfson 8973G音频均衡器、一个东芝多芯片封装存储器和一个美信的电源管理控制器。

作者：Richard Nass