MCU在手机与平板电脑中的应用

MCU在当前手机与平板电脑应用中主要用作诸如电容式触摸感应接口、触摸屏接口、摄像头接口、不同模拟传感器输入检测、USB接口以及电池充电与监控等众多功能的协处理器。此外，负责互连上述功能的所有逻辑和接口都可以采用像用于模拟输入的ADC、用于蜂鸣器应用的PWM、段式LCD、字符型LCD、图形化LCD、用于音量控制的DAC、USB接口以及电容式触摸屏接口等各种可用组件模块设计而成。

本文将探讨MCU和可编程片上系统（PSoC）在手机与平板电脑应用中的作用，并对此类应用存在的系统限制和设计挑战进行评估。采用可编程器件既可以通过降低BOM成本、缩短设计周期时间来降低整体产品成本，还可以通过加快开发进程节约项目成本。

图1手机设计框图（注：加亮的模块采用MCU进行操作。）


图2平板电脑设计框图（注：加亮的模块采用MCU进行操作。）

当前的手机与平板电脑设计采用8/16/32位MCU作为不同功能的协处理器。例如，MCU可以接收来自各种模拟传感器的模拟输入信号：

热敏电阻等温度传感器、RTD与湿度传感器可接收模拟输入并提供用于MCU的数字电压。

可以测量2轴/3轴运动并将其转换成用于MCU的数字电压的2轴/3轴加速计。

环境光传感器（ALS）可以实现对宽泛照明条件下（从黑暗到阳光直射）显示屏背光灯亮度的自动控制。

经过外部ADC与缓冲电路的磁传感器输入。

用于面部检测与手部运动检测的接近传感器，以便在用户使手机接近面部时使MCU能够关闭键盘。另外，当用户手部接近键盘时，MCU能够打开键盘。MCU采用主机中断功能来激活宽带和应用处理器，以便执行面部检测操作。MCU通过检测用户的面部、耳朵或头部的接近实现面部检测，以消除触摸屏的误触摸。这样通过关断触摸屏能够减少电池消耗。此功能采用IR接近传感器实现。

用于平板电脑应用中比吸收率（SAR）调节的接近感应。SAR是指身体暴露于射频（RF）电磁场时吸收能量的比率。器件需要动态调节人体附近的无线电传输。

驱动LCD或图形显示屏的外部缓冲驱动电路。带背光灯的LCD或图形显示屏一般用于低端手机应用。另外，它还可以控制LCD与图形显示屏的背光灯。

MCU采用触摸屏控制器处理高端手机应用中的触摸屏接口。

MCU采用机械键盘处理低端手机应用中的用户输入。

MCU可以监控锂离子电池电压，并能够管理电池充电，以实现最佳充电寿命。

另外，MCU还可以用于手机中的故障检测与数据恢复应用。

MCU采用Haptics（触觉反馈技术）替代机械按键（其通过用力、振动或运动等触摸方式连接用户）。

MCU可以连接宽带与应用处理器，而且还能够连接其它板上外设，如：通过I2C与SPI接口连接的摄像头接口控制器。MCU在主机（主）和从模式下连接宽带与应用处理器，以实现数据传输。宽带和应用处理器采用板上USB 2.0/3.0控制器向外部传输数据。

手机应用中的可编程片上系统器件：

可编程片上系统（PSoC）是由MCU与可编程逻辑和高性能模数转换功能以及常用固定功能外设组合而成。此外，这些器件还集成有闪存、SRAM及EEPROM.

在低功耗模式下，此类器件消耗的电流不足1μA，因此使其非常适用于待机模式下的手机操作。为了保持低功耗操作，可编程片上系统器件还应配备一个用于实时测量的内部RTC组件，这也非常重要，这样就避免使用外部时钟/振荡器电路。同样，USB和安全数字（SD）卡接口对手机和平板电脑应用也很重要。

在低端手机应用中，采用内部PWM功能可以简化每次按键操作时蜂鸣器音调的控制与变化。PWM的占空比随用户通过GUI界面设置的所需速度变化。内部DAC可以用于控制扬声器音量和执行扬声器的静音功能。

内部运算放大器、比较器和ADC可进一步简化设计。例如，赛普拉斯的PSoC系列器件将12位1MSPS逐次逼近ADC与差分及单端模式集成在一起，其中包括采样-保持（S/H）功能，其可以用于测量不同传感器输入，包括监控电池以及采用热敏电阻或RTD等温度感应装置感应温度。这样就避免使用外部放大器、ADC及比较器，从而可以最大限度地减少手机应用的PCB需求。

灵活的工作范围（如：从1.71V~5.5V）使其更便于与外设相连，以实现其它应用。由于工作电压低至1.71V以及具有超低功耗，再加上提供能够平衡唤醒时间与功耗的休眠模式和深度睡眠模式，因此可以在支持快速响应的同时确保更长电池使用寿命。

由于手机或平板电脑连接众多外设，因此可编程片上系统需要支持多种灵活的接口。例如，配备可重新配置I2C、SPI或UART功能的两个独立的运行时间可重配置串行通信模块（SCB）可以在手机解决方案中用于内部与外部外设通信。

对于需要触摸接口的高端手机而言，支持电容式感应技术至关重要。在支持手动和自动调校基础上，开发人员能够支持防水触摸接口等高级功能。

为了进一步简化设计，关键是对LCD及图形显示屏的直接驱动，以显示不同菜单选项。采用适当设计工具可以实现灵活的实施方案，如：PSoC Creator IDE工具，其支持用于设计接口和逻辑（如：用于模拟传感器及其它模拟输入的SARADC和PGA）的组件模块。PWM、CLK、MUX和比较器组件可以用于手机应用。字符型LCD和段式LCD组件可以直接（也就是说无需外部缓冲器）驱动LCD/图形LCD.另外还具有用于实时测量的RTC组件。PSoC Creator具有内部系统时钟，因此无需外部时钟/振荡器电路。其他组件包括定时器、蜂鸣器、CapSense电容式触摸感应、段式LCD、字符型LCD、图形LCD等。

PSoC Creator另外允许用户使用配备集成编译器工具链、RTOS解决方案和生产编程器的完整工具系统。利用PSoC Creator和PSoC Designer IDE，客户能够创建和共享采用分层级方案设计的用户自定义定制外设。客户可以对所选组件自动进行布局布线，并集成简单的胶合逻辑，其一般位于分立器件中。