智能手机键盘控制器的实现方法介绍与比较

简介

智能手机的大脑是基带处理器（Baseband），内置微型处理器和专用信号处理电路。依靠基带控制器的先进设计，通用输入/输出口（GPIO）可用来实现按键开关功能。

目前，专用键盘控制器IC已广泛用于智能手机。这些专用键盘控制器之所以排上用场，原因在于基带芯片的GPIO资源非常有限。比如，有时为了节约成本，用户将本来用于功能电话的基带芯片应用到了智能手机的设计；有时则是为了减少基带控制器与键盘之间的连接线数量，特别是对于滑盖手机，基带处理器和键盘分布在不同的PCB上。键盘控制器通常由I2C总线或SPI总线连接到基带处理器。

键盘控制器的功能可用现有的GPIO芯片或使用传统的按键扫描微型单片机实现。一些专有的键盘控制器也采用传统的按键扫描方式。这篇应用笔记则对传统的按键扫描和低EMI按键扫描方案进行了比较，并列举了省去EMI滤波器件带来的益处。

传统的按键扫描方案

图1所示是传统的按键扫描方案，基带处理器的GPIO键盘控制或某些专用的键盘控制器都采取了这个方式。有些GPIO引脚设计成“列”输出端口，驱动开关矩阵；有些GPIO引脚设计成“行”输入端口，检测按键开关的闭合。通常，没有按键按下时，每个按键上都没有电压。一旦某个按键按下，键盘控制器开始扫描所有的按键。扫描动作通过逐渐升高“列”电压的同时，来轮询监测每“行”的输入电平。一个8 x 8的开关矩阵可经过64个时钟周期完成一遍扫描。时钟频率的范围可以设定在几十kHz到几MHz之间，“列”输出电平在系统的逻辑高和逻辑低之间切换。依据键盘控制器的供电电压，逻辑高电平可以从1.8V到3.3V变化。



图1.传统键盘扫描电路。

因为“列”扫描信号的突然上升和下降造成的电磁辐射可能会影响EMI测试，尤其是那些基带处理器GPIO与键盘之间有较长布线的设计。通常，在“列”输出端口需要EMI滤波器件来降低EMI辐射。EMI滤波器可以是一级RC滤波或者二级CRC低通滤波（见图2a和2b）。EMI滤波可以使用分立的无源器件，也可使用小尺寸TDFN/CSP封装的EMI滤波器。这显然会增加成本并占用空间。