手持式觸摸屏系統(tǒng)的低功耗設(shè)計

　　2.休眠模式：這是控制器另一種常見的電源模式。這種電源模式主要是CPU進入休眠(沒有時鐘了)，這時CPU對總功耗產(chǎn)生的影響僅來源于靜態(tài)功耗，因為這時沒有了時鐘開關(guān)，也不存在動態(tài)功耗。

　　3.深度休眠：在這種電源模式下，系統(tǒng)時鐘被禁用，高頻資源也不可用。然而，電流狀態(tài)不受影響，也就是說CPU寄存器、SRAM等還保持不變。由于高頻時鐘被禁用，因此跟開關(guān)相關(guān)的許多功耗都不存在了。通常情況下，深度休眠模式具有一個選項，可讓一個低頻時鐘保持運行，用來驅(qū)動定時器等一些低頻資源。此外，這種模式也允許用戶使用I2C從設(shè)備等通信協(xié)議模塊，它不需要器件本身生成任何時鐘。由于進入這種模式的主要方式就是禁用到系統(tǒng)的主時鐘，因此這點是可以做到的，但模塊還有功耗。所以說，這種模式的功耗主要是芯片上所有模塊的靜態(tài)功耗。

　　4.冬眠模式(Hibernate)：在這種模式中，所有時鐘都關(guān)閉，芯片上除了用作外部事件觸發(fā)時的喚醒源以外的所有資源都不使用。由于在此模式下幾乎所有資源都斷電了，因此這種模式可減少靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗組件，從而產(chǎn)生最低的功耗。

　　系統(tǒng)的平均電流消耗可由以下方程式計算得出： 
           

　　分析電源模式，我們可看到工作模式的功耗最大。如果我們考慮移動設(shè)備的電池使用壽命，那么電池耗電最大的情況就是大多數(shù)資源都在運行的時候。

　　根據(jù)手持移動設(shè)備的一般要求，類似于賽普拉斯所推出的觸摸屏控制器可為設(shè)備工作提供多種狀態(tài)(見圖2)?！　?/p>

 

　　圖2 如電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖所示，類似于賽普拉斯TrueTouch Gen4等觸摸屏控制器可支持設(shè)備工作的各種電源狀態(tài)。

　　通常說來，系統(tǒng)保持在工作模式和其它低功耗模式的時間具體取決于應(yīng)用。有些應(yīng)用可能需要控制器一直運行，有些則可能需要控制器只是偶爾運行。系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)分析系統(tǒng)在特定模式下運行的功耗，從而最大限度地提高工作時間，確保實現(xiàn)高電源效率。

　　某些應(yīng)用希望系統(tǒng)以更高的速度運行，從而能更快地完成工作，并盡快返回低功耗模式。而在其它某些應(yīng)用中，CPU以較低速度運行，這樣工作模式下的功耗就比較低，也不必進入低功耗模式。因此，系統(tǒng)設(shè)計人員必須分析最佳應(yīng)用案例，充分考慮到不同工作速度上的電流消耗情況，包括低功耗模式下喚醒所需的時間、低功耗模式下的電流消耗以及系統(tǒng)在工作和休眠模式之間切換所需的頻率。

　　觸摸屏控制器降低系統(tǒng)總功耗的方法主要有兩種：

　　1. 縮短系統(tǒng)保持在工作模式的時間。這具體又分為幾種方法：

　　a) 提高信噪比(SNR)：毫無疑問，SNR是影響觸摸屏可靠性的最主要參數(shù)之一。顯示屏或充電器的噪聲會顯著影響觸摸屏的性能，包括增加誤判的觸摸概率。器件的SNR越高，其在噪聲環(huán)境下的觸摸屏性能就越強。為了確保避免誤觸發(fā)，測量數(shù)據(jù)經(jīng)濾波后可實現(xiàn)更高的SNR，從而減少濾波所需的采樣數(shù)量。這就意味著要實現(xiàn)相同的準(zhǔn)確度，處理采樣的時間相對于SNR較低的情況可以有所縮短。這樣，控制器需要保持在工作模式下支持特定刷新率的時間也能縮短。比方說，賽普拉斯的TrueTouch Gen4控制器提供10V電壓傳輸，SNR較高。觸摸屏面板電壓的驅(qū)動與SNR成正比，10V Tx能實現(xiàn)實際應(yīng)用中同類最佳的性能，減少噪聲情況下的誤判觸摸，同時縮短濾波周期，從而降低功耗。

　　b) 強大的CPU：賽普拉斯Gen4觸摸屏控制器采用32位ARM Cortex-M內(nèi)核，這是首款完全采用ARM 32位內(nèi)核的產(chǎn)品系列，也堪稱處理器的市場標(biāo)準(zhǔn)。

　　有了上述增強功能，賽普拉斯觸摸控制器在60Hz刷新率、雙指觸摸情況下工作模式耗電為2mW，實現(xiàn)了同類最佳的性能。

　　2. 系統(tǒng)設(shè)計人員加強控制，改變控制器保持在某種特定電源模式下的時間：這是系統(tǒng)設(shè)計最重要的方面之一。系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)根據(jù)移動設(shè)備運行的應(yīng)用類型以及用戶對電池使用壽命的偏好選擇最佳的刷新率。比方說，控制器上的寄存器可配置芯片能讓系統(tǒng)設(shè)計人員修改電源模式以及系統(tǒng)需要保持在該電源模式下的時間。寄存器可由主機控制器進行配置。

　　改善手持設(shè)備整體功耗的關(guān)鍵就是提高處理速度，讓控制器縮短保持在工作模式下的時間。此外，延長控制器在低功耗模式下的時間也有助于降低平均功耗。面板的刷新率決定著控制器在工作模式和較低功耗模式下所處的時間，此外，刷新率要求針對不同應(yīng)用也有所差異，比方說游戲應(yīng)用所需的刷新率要高于撥打電話的應(yīng)用。根據(jù)應(yīng)用不同，設(shè)計人員必須確保刷新率可實現(xiàn)動態(tài)控制，從而延長電池使用壽命。在多點觸摸下保持較高刷新率、又能實現(xiàn)較低工作功耗的觸摸屏控制器是系統(tǒng)設(shè)計人員的最佳選擇，有助于盡最大限度地延長手持設(shè)備的電池使用壽命。