触摸屏控制器辅助输入的应用

1 引言  

德州仪器(TI)公司的ADS7843/45/46、TSC2046及TSC2003/4/5/6/7型触摸屏控制器(TSC)具有触摸屏输入引脚和一个或多个非触摸屏或辅助模拟输入引脚，诸如TSC2046的电池电压监测(VBAT)或TSC2007的AUX等辅助输入引脚。在触摸屏输入工作的同时，或在未触碰触摸屏期间，可借助于这些辅助输入引脚监测系统的电池电压或其他电压信号。  

TI公司的各款TSC的辅助模拟输入具有不同的输入范围和不同等级的静电放电(ESD)保护功能，所以应用时必须考虑某些规定或限制条件。这里论述了TSC辅助输入(包括电池电压引脚)的一般功能、特殊功能和限制条件。  

2 辅助模拟输入  

TI公司目前所提供的TSC内部通过SPI或I2C接口发送指令，可使MUX选择一个模拟输入并将其连接至A／D转换器。图1给出一个示例电路。  


  

3 辅助输入模式  

TI公司的TSC可工作在差分或单端(SE)输入模式下，但只有在SE模式下才可以对辅助模拟输入测量及转换，如图2所示。工作在差分模式下时TSC无需参考电压，这是由于信号驱动直接连接到+REF和一REF。然而，工作在SE模式下时参考电压VREF是必需的，因此测量辅助输入如AUX或VBAT时始终需要参考电压。  

ADS7846、TSC2046及TSC2003的参考电压可由TSC的A／D转换器内部或外部电源提供。采用外部参考电压时，通过向这些器件的Vcc引脚施加2．2～5．25 V电源使其上电，或提供1．0 V至Vcc的外部VREF。当采用TSC内部参考电压时，ADS7846、TSC2046或TSC2003应通过2．7"5.25V电源上电，以保证内部VREF达到约2．5 V(2．45～2．55 V)。TI公司的其他TSC无内置参考电压。实际应用中，可以简单地将TSC电源同参考电压连接起来。  


  

4 辅助输入电压范围  

辅助输入信号范围始终为0 V～VREF。若该信号超出此范围将使A／D转换器饱和，甚至可能导致温度升高，输入电路损坏。电池监测输入即VBAT的信号范围可以大大超过VREF范围，因为每个VBAT引脚都带有分压器，如图3所示。输入分压电路可将A/D转换器信号范围限制在0 V～VREF。由图3可看出A/D转换器信号仅为VBAT引脚信号的25％。  


  

ADS7846、TSC2046及TSC2003有一个或两个电池监测输入，可监测/测量高达6.0 V信号，而器件的供电电压低至2．7V。  

5 辅助输入特性  

TSC辅助输入(包括电池监测输入)的主要特性如下：仅在SE模式下测量辅助输入信号；测量辅助输入时参考电压VREF必须提供给A／D转换器；辅助输入的信号范围必须为0 V至VREF；电池输入VBAT范围为0V至4×VREF，最高可达6．0 V。  

6 特殊应用  

下面重点讨论TSC辅助模拟输入引脚的特殊应用。  

(1)未用的输入引脚 如果TSC的模拟输入引脚未用，建议将其直接连接到模拟地层。  

(2)利用AUX输入引脚监测VBAT TI公司一些型号的TSC没有电池电压监测引脚(VBAT)。一般的辅助输入不能直接用于监测电池，只是因为电池电压高于TSC电源电压(高于VREF)。如果在电池和AUX之间加外部分压器，TSC辅助引脚(如AUX)仍然可用于测量，监控电池电压，如图4所示。选择R1和R2的阻值时应留有足够大的余量，以确保AUX引脚的信号范围为O V"VREF。注意，由于电池漏电流为VCC/(R1+R2)，因此，图4中的分压器会额外消耗功率，可采用大阻抗来降低功耗。  


  

由于分压器和电源(地)之间有一个开关，只有在电池测量的短暂周期内才为内部分压器供电，因此TI公司的TSC的VBAT输入电路不消耗额外的电池电量。同样，在利用TSCAUX引脚监测电池电压时，增加了图5所示的可控开关，可以降低功耗并确保TSC掉电时信号从AUX引脚断开。  


  

7 掉电期间的ESD保护及辅助输入要求  

实际应用中，在无需TSC减少系统功耗时通常关闭电源。但将产生TSC电源断开时能否仍可将模拟信号连到TSC的问题。  

图6为TSC掉电前模拟输入断开时其中的一种情况。如果TSC掉电时(Vcc=0 V)模拟输入信号为正(AUX是非零信号)，模拟信号可通过ESD保护二极管到达Vcc(图6中的红线)。这可能会使TSC部分或全部上电，具体取决于输入信号振幅，功率消耗多，并可能导致TSC故障。因此，应避免采用图6电路配置。  


  

另一种方案是简单地采用图7所示的ESD保护电路。静电电压非常大时，由于流经ESD保护二极管的电流受到了限制，因此图7(a)电路的效率与图7(b)不同。另一方面，图7(b)电路不对称，因此不能为ESD正、负脉冲提供平等保护。TI公司的TSC2004／5／6／7型TSC采用先进的片上ESD保护设计，简化电路如图8所示。显然，对于这些器件，TSC的AUX辅助输入信号应在TSC的Vcc电源关闭之前断开。AUX信号断开的示例电路如图9所示。  




  

8 特殊应用总结  

未使用的模拟输入引脚应直接连接模拟地层；用AUX监测电池电压时应重视分压器的电阻值和功率消耗；在断开TSC电源之前，始终采用软件命令禁用TSC辅助输入；对于ADS7846、TSC2046及TSC2003，当TSC电源断开时，AUX或VBAT引脚可始终连接至非零信号；对于TSC2004／5／6／7，在TSC电源关闭之前应从AUX模拟输入引脚将非零信号断开。