基于下一代人机界面的传感器接口设计

基于下一代人机界面的传感器接口设计

自动背光控制：接近感测信号路径的一部分是使用环境光传感器（ALS）来减少来自外部光源的噪声。同样的传感器还可用于监控背景照明条件，并自动适当调整显示屏背光以降低功耗。

隐形入侵检测：反射系统内门表面的红外光，使开发人员可以部署“隐形”入侵机制，避免了用于同一目的的机械开关的不可靠性和费用。

健康和安全的好处：自助服务终端，结账台和其他公共计算机存在健康风险通过键盘或触摸屏传播疾病。例如，在中国的部分地区，法律要求每小时擦拭一次电梯面板，以防止SARS蔓延。非接触式面板可以避免和缓解这些公共健康问题。

卸载接口控制

图1：基于硬件的CDC可实现高性能，16位分辨率，高可靠性和DC偏移抗扰度 - 无需外部元件。

无与伦比的系统响应能力

接近感应子系统的主要功耗是红外LED。 Silicon Labs的QuickSense开发环境可帮助开发人员定义配置参数，以优化准确度，检测范围和功耗。例如，高级控制功能允许开发人员动态调整LED电流，以针对特定应用和检测范围进行调整。开发人员还可以控制刷新选通率，以进一步降低LED功耗。对于超低功耗操作，开发人员可以使用创新的单脉冲接近感应来最小化LED导通时间并实现高达4000倍的功耗改善，如图2所示。

背景扫描：由于CDC采用硬件实现，因此可以自主完成信道扫描的电容测量CPU在省电挂起模式下工作。

图2：QuickSense MCU提供创新的单脉冲接近感应，最大限度地减少LED导通时间，最多可将功耗降低4000倍。

自动自动扫描：不扫描和转换所有电容式感应通道，只扫描和转换有源通道。

通道绑定：使用单个输入扫描多个通道消耗的功率更少处理多次转换以单独检查通道。例如，系统可以使用单个输入扫描整个滑块，并在触摸任何活动通道时唤醒CPU。一旦唤醒，CPU就可以分别扫描每个通道以确定触摸了哪些通道并开始解释待处理手势。

灵活的工作电压：对于许多MCU，CPU必须以较低的频率工作，因为工作电压为减少，从而增加操作时间和功耗。使用AA/AAA电池时，限制为2.2 V操作的MCU也会浪费20％的电池寿命。凭借25 MHz至1.8 V的全面运行能力，F99x可最大限度地提高各种应用的电池供电效率。

模式电流消耗有效150μA/MHz *禁用欠压检测的睡眠10 nA睡眠与欠压检测内部RTC工作在300 nA时启用50 nA睡眠时间表1：F99x有效和睡眠模式功耗。

*当工作在0.9至1.8 V时，C8051F99x MCU通过内部升压实现更高的功效转换器。

快速触摸唤醒

降低功耗的一项重要技术是在设备不使用时关闭设备的显示和控制接口，然后将整个系统置于睡眠模式。界面设计的一个关键要素是系统在睡眠和活动模式之间转换时对用户的响应程度（即它可以多快唤醒）。使用基于电容感应的系统，当系统处于睡眠状态时，没有背光向用户指示每个电容式按钮或滑块当前所代表的功能。因此，第一次按下按钮仅限于简单地唤醒系统当接近感应可用时，系统可以检测距离最远一米的用户。此功能允许接近传感器在用户接近或到达设备时唤醒系统，以便系统可以唤醒并且在用户准备按下按钮时显示器可以完全起作用。在实际应用中，通过使系统更加智能和友好，这改变了用户与设备交互的方式。例如，诸如汽车立体声或机顶盒之类的设备可以具有黑色面板，其在不使用时从视线“消失”，但是当用户的手靠近时以完全意识打开。

为了使评估唤醒时间变得复杂，供应商使用不同的标准来测量唤醒时间。某些MCU唤醒以触发中断服务程序（ISR），并且必须在进行模拟测量之前等待。在这些情况下，唤醒时间是从唤醒事件到相应引脚上有效的MCLK或获取中断向量时测量的。为了获得唤醒时间，相当于在执行第一条代码指令之前进行的测量，开发人员必须在测量中增加几μs/CPU周期。

F99x MCU的唤醒时间已经过速度优化，从睡眠中唤醒2μs的唤醒时间。此外，其模拟建立时间仅为1.7μs，比竞争对手的MCU快15倍。因此，从事件到第一次模拟测量的有效唤醒时间小于4μs，比最接近的竞争对手快7倍。

图3：开发人员可以动态调整有效和无效阈值适应不断变化的环境因素，提高传感可靠性。

Silicon Labs的QuickSense产品组合包括各种传感设备。除了F99x MCU之外，Silicon Labs的F8xx和F7xx MCU系列还为各种应用提供先进的电容式感应功能，最佳性能，高效功耗和低成本。对于接近感应，开发人员可以使用Silicon Labs的Si114x红外接近和环境光传感器。这些接近感应设备提供省电，单脉冲技术和无触摸手势支持。 Silicon Labs的红外接近传感器是市场上速度最快的传感器件，提供最长的传感范围而不会降低功耗或效率。

高级开发环境

随着嵌入式应用程序不断变得越来越复杂，设计强大的实现不仅需要经过验证的硬件，还需要生产就绪的软件和世界一流的开发工具。为了帮助开发人员，Silicon Labs提供了QuickSense Studio，这是一套全面的硬件，软件和开发工具，使开发人员能够快速，轻松地将电容和接近感应引入任何应用。

QuickSense Studio是市场上唯一支持电容和接近感应的开发工具，使开发人员能够使用单个设计完整的用户界面发展环境。除配置向导外，QuickSense Studio还可加速以下设计：

红外接近感应

环境光感应

电容式按钮和滑块

电容式接近感应

复杂算法

手势识别

MCU控制和通信

电容式触摸屏

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