探索LDC2112/LDC2114：低功耗HMI按钮应用的电感式触摸解决方案

在当今的电子设备设计中，人机交互界面（HMI）的设计至关重要，尤其是对于触摸按钮的应用。德州仪器（TI）的LDC2112和LDC2114为低功耗HMI按钮应用提供了出色的电感式触摸解决方案。今天，我们就来详细了解一下这两款产品。

文件下载：LDC2114YFDR.pdf

一、产品特性亮点

低功耗优势

LDC2112/LDC2114在功耗方面表现出色。单按钮在0.625 SPS时仅消耗6 µA电流，双按钮在20 SPS时电流为72 µA。这种低功耗特性使得它们非常适合电池供电的设备，能够有效延长设备的续航时间。大家在设计可穿戴设备或者小型手持设备时，低功耗的优势就显得尤为关键，你是否在以往的设计中也特别关注功耗问题呢？

可配置的按钮扫描速率

扫描速率可在0.625 SPS至80 SPS之间进行配置，这为不同的应用场景提供了灵活性。例如，对于一些对响应速度要求不高的设备，可以选择较低的扫描速率以进一步降低功耗；而对于游戏手柄等需要快速响应的设备，则可以提高扫描速率。你在实际设计中，会如何根据具体应用来选择合适的扫描速率呢？

触摸按钮力级测量

该产品能够实现触摸按钮的力级测量，这为设计更具交互性的HMI提供了可能。通过力级测量，可以实现不同力度按下对应不同功能的操作，增加了设备的趣味性和实用性。

独立通道操作

LDC2112有两个独立通道，LDC2114则有四个独立通道。独立通道的设计使得每个通道可以独立工作，互不干扰，方便进行多按钮的设计。

集成算法

集成了多种算法，包括可调节每个按钮的力阈值、环境偏移补偿以及同时按钮按下检测。这些算法能够提高设备的稳定性和可靠性，减少误操作。

无需MCU独立运行

支持独立操作，无需微控制器（MCU），这在一些简单应用场景中可以简化设计，降低成本。

强大的EMI性能

符合CISPR 22和CISPR 24标准，具有良好的电磁干扰（EMI）抗性，能够在复杂的电磁环境中稳定工作。

宽工作电压和温度范围

工作电压范围为1.8 V ± 5%，温度范围为–40 °C至+85 °C，适应各种恶劣的工作环境。

丰富的接口

提供I2C接口和每个通道的专用逻辑输出，方便与其他设备进行通信和连接。

二、广泛的应用领域

消费电子

在智能手机、智能手表、智能音箱、平板电脑/PC、虚拟现实头盔和条形音箱等设备中，触摸按钮和力级测量功能可以为用户带来更加便捷和丰富的交互体验。例如，智能手表上的触摸按钮可以根据按下的力度实现不同的功能切换，增强了用户与设备之间的互动性。

工业应用

在电视、手持设备、家用电器、HMI面板和键盘等工业设备中，也能发挥重要作用。其稳定的性能和低功耗特性，能够满足工业设备长时间稳定运行的需求。

三、技术实现原理

电感式传感技术通过测量导电目标的微小偏转，实现了在多种材料（如金属、玻璃、塑料和木材）上的触摸按钮设计。电感式触摸系统的传感器是一个线圈，可安装在面板后面的小PCB上，并且对湿度或非导电污染物（如油和污垢）不敏感，还能自动校正导电目标的任何变形。

LDC2112/LDC2114是多通道低噪声电感数字转换器，采用创新的LC谐振器，具有高抗噪声和干扰能力，能够可靠地检测小于200 nm的材料偏转。

四、产品规格参数

绝对最大额定值

• 电源电压（(V_{DD})）最大为2.2 V。
• SCL、SDA引脚电压最大为3.6 V，其他引脚最大电压为2.2 V（任意两引脚间最大电压为(V_{DD}+0.3 V)）。
• 结温（(T{J})）最大为85 °C，存储温度（(T{STG})）最大为125 °C。

ESD评级

• 人体模型（HBM）为±1000 V。
• 带电设备模型（CDM）为±250 V。

推荐工作条件

• 电源电压在1.71 V至1.89 V之间。
• 结温在–40 °C至85 °C之间。

电气特性

• 正常功率模式下，四通道（LDC2114）在特定条件下的电源电流典型值为0.49 mA，两通道（LDC2112）典型值为0.26 mA。
• 低功率模式下，单通道电源电流典型值为9 µA。
• 待机电源电流在无按钮激活时典型值为5 µA，最大值为7 µA。

五、功能详细描述

多通道和单通道操作

LDC2112有两个独立通道，在正常功率模式下始终启用，按配置的扫描速率顺序采样；在低功率模式下，可通过设置寄存器独立启用任一通道。LDC2114有四个独立通道，可通过设置寄存器独立启用任意通道，每个通道在低功率模式和正常功率模式下都能独立工作。

按钮输出接口

按钮事件可以通过两种方式报告：一是通过监测OUTn引脚（推挽输出），可作为中断信号连接到微控制器，引脚极性可通过寄存器编程；另一种是使用I2C接口，通过读取相关寄存器来获取按钮按下信息，还可以实现多级别按钮功能。

可编程按钮灵敏度

通过GAINn寄存器可以增强单个按钮的灵敏度，有64级增益因子，增益范围在1至232之间，每个增益步长平均增加9%的增益，以确保不同机械结构的按钮具有一致的行为。

基线跟踪

内置基线跟踪算法，可自动补偿因环境变化（如温度漂移）导致的传感器输出缓慢变化，并且在正常功率模式和低功率模式下可独立配置。

集成按钮算法

多种算法可减少因机械不理想导致的误按钮检测，通过查找相关按钮响应来判断是否存在不良机械串扰。

I2C接口

支持通过I2C接口对内部寄存器进行编程和读取通道数据。读取数据前需先读取状态寄存器锁定数据，支持突发模式和寄存器地址自动递增。在写操作时，有特殊的握手过程确保数据完整性。LDC2112的I2C地址可通过ADDR引脚选择，连接到地为0x2A，连接到(V_{DD})为0x2B；LDC2114的I2C地址固定为0x2A。

六、总结

LDC2112和LDC2114以其低功耗、可配置性强、功能丰富等特点，为低功耗HMI按钮应用提供了优秀的解决方案。无论是在消费电子还是工业应用领域，都能满足不同的设计需求。电子工程师在进行相关设计时，不妨考虑这两款产品，充分发挥它们的优势，创造出更加出色的人机交互界面。大家在实际应用中是否还有其他疑问或者经验可以分享呢？欢迎在评论区留言交流。