ET2046(芯片资料).pdf-资料库

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Etek Microelectronics ET2046 低电压 I/O 触摸屏控制电路概述 ET2046 是 4 线触摸屏控制器，支持 1.5V～5.5V 的低压 I/O 接口。ET2046 具有内置 2.5V 电压源，可用于辅助输入、电池监测和温度检测模式的测量。在不使用时，也可将内置电压源关闭以节约电力。内置电压源最低可工作于 2.7V 电源电压，同时可检测 0V～6V 的电池电压。由于 ET2046 有着低功耗（在电源电压为 2.7V 时小于 0.75mW）、高速度（最高采样率可到 125KHz）和内置芯片驱动等特点，使其成为带电阻式触摸屏的个人数字助理（PDAs）、BP 机、移动电话和其它便携式设备的理想选择。ET2046 可工作于-40℃～85℃。功能特点管脚与 ADS7846 兼容工作电压：2.2V～5.25V 1.5V 到 5.25V 数字 I/O 接口内置 2.5V 电压源可直接测量电池电压（0V～6V）片上内置温度测量触摸压力测量 QSPI TM 和 SPI TM 3 线接口自动节电封装形式：SSOP16(ET2046S)，QFN16(ET2046Y) 管脚排列图 +VCC X+ Y+ X- Y- GND VBAT AUX 1 2 3 4 5 6 7 8 ET2046 16 15 14 13 12 11 10 9 DCLK CS DIN BUSY DOUT PENIRQ IOVDD VREF BUSY DIN CS DCLK 1 2 3 4 I Q R N E P 15 D D V O 14 I F E R V 13 T U O D 16 ET2046 12 11 10 9 AUX VBAT GND Y- 6 + X 7 + Y 8 X - 5 C C V + SSOP16(ET2046S) QFN16(ET2046Y) 1/16 Rev 2.0 2007-12-12

管脚说明序号 SSOP16 QFN16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 功能框图 ET2046 管脚名称 +VCC 电源。功能说明 X+输入。 Y+输入。 X-输入。 Y-输入。地。 X+ Y+ X- Y- GND VBAT 电池监测输入。 AUX VREF 电压参考源输入/输出。 IOVDD 数字 I/O 电源输入。 PENIRQ 触摸笔中断。 DOUT 串行数据输出。数据在 DCLK 的下降沿移出。当 CS 为高时，此输出到 ADC 的辅助输入。 BUSY DIN CS 是高阻态。 BUSY 输出。当 CS 为高时，此输出是高阻态。串行数据输入。若 CS 为低，数据在 DCLK 的上升沿被锁入寄存器。片选输入。控制转换时间和使能串行输入/输出寄存器。 CS 为高 =Power-Down 模式(ADC only)。 DCLK 外部时钟输入。此时钟用于 SAR 转换过程和同步串行数据 I/O。 Rev 2.0 2007-12-12 2/16

ET2046 功能说明 ET2046 是一个经典的逐次逼近寄存器模数转换器（SAR ADC）。此架构基于电荷重分配原理，固有采样保持功能。 ET2046 的基本工作原理如下图所示。此器件内置一个 2.5V 的电压源，使用外部时钟，可用 2.7V 到 5.25V 的电源供电。内部源可被外部低阻抗 1V 到+VCC 的电压源所驱动。源电压的值直接决定了转换器的输入范围。转换器的模拟输入（X-，Y-和 Z 坐标，辅助输入，电池电压和芯片温度）通过一个多路选择器提供。一个独特的低导通电阻触摸屏驱动开关允许一个未被选择的 ADC 输入通道为外部器件提供电源，另一个相邻的通道提供地，例如触摸屏。通过维持转换器的差分输入和差分参考结构，可减低触摸屏驱动开关导通电阻所带来的误差（若这是特定测量条件下的一个误差来源）。模拟输入图 1 模拟输入上图展示了 ET2046 上的多路输入选择器，ADC 的差分输入和转换器的差分参考方式。表 1 和表 2 显示了 A2、A1、A0 和 SER/ DFR 控制字之间的关系及 ET2046 的配置。此控制字由串口 DIN 提供。当转换器进入保持模式，+IN 和-IN 输入的电压差由内部的电容阵列所捕获。模拟输入的电流由器件的转换速率所决定。在采样周期，源必须对内部采样电容（典型值为 25pF）充电。在电容完全充电后就不会再有输入电流。从模拟源到转换器的传输速率是一个转换速率的函数。 3/16 Rev 2.0 2007-12-12

ET2046 表 1 输入配置（DIN），单端参考源模式（SER/ DFR 为高）内部参考表 2 输入配置（DIN），差分参考源模式（SER/ DFR 为低） ET2046 内置一个 2.5V 的电压参考源，可通过控制字 PD1 开启和关闭。一般此参考源只用于单端模式下的电池监测、温度测量和辅助输入的测量。而差分模式下可优化对触摸屏的测量。为了与 ADS7843 兼容，内部参考电压源必须关闭。因此，在上电后，必须写入一个 PD1=0 来保证源的关闭。图 2 内部源的简化图参考输入在+REF 和-REF 之间的电压差决定了模拟输入的工作范围。ET2046 在 1V～+VCC 电压源下工作。有几处与电压源输入和其宽电压范围相关的关键点需要注意。当源电压下降时，每一个数字输出码所对应的模拟输入值也相应下降。这与最低有效位（LSB）相关，1LSB 对应于在 12Bit 模式下的源电压除以 4096 的值。当源电压下降时，由于 LSB 的值也降低，导致此 ADC 固有的失调误差和增益误差将上升。例如，在 2.5V 电压源下转换器的失调误差为 2LSBs，而在 1V 的电压源下其误差可达 5LSBs。但在两种情况下，器件失调误差的绝对值是相同的，都为 1.22mV。在较低的参考电压下，其版图必须仔细设计，有增加足够的滤波电容，使用低噪声、低 ripple 的电源供电，若使用外部电压参考源，必须使用低噪声参考源，并且要用低噪声的输入信号。输入 VREF 口的电压直接驱动数模转换器（CDAC）的电容部分。故输入电流极低（典型值<13μA）。这儿有几个有关屏蔽测量但开关驱动导通时的参考源的关键点需要注意。为便于说明，请参见图 1。此应用图表示了 ET2046 用于测量电阻式触摸屏。为测量设备在 Y 方向上的当前值，需要将 X+输入连接到 ADC，打开 Y+和 Y-驱动，再量化 X+上的电压（见图 3 所示的模块图）。对这一测量，X+引线电阻并不影响转换（它影响建立时间，但此阻值一般很小其影响可忽略）。但是由于 Y+和 Y-间的电阻相当低，Y 驱动的导通电阻会有一些影响。综上所述，不管触摸屏上的触点设备指在哪儿都不能使输入为 0V 或全量程，因为一些电压已经损失在内部开关上了。另外，内部的开关电阻并不会和触摸屏的电阻联动，因此增加了一个额 4/16 Rev 2.0 2007-12-12

ET2046 外的误差源。图 3 单端参考源的简化框图（SER/ DFR =1，Y 开关使能，X+模拟输入）这一情况可由图 5 所示来补救。在置 SER/ DFR =0 后，+REF 和-REF 直接连在了 Y+和 X+上，相应地使模数转换器进入比率转换状态。转换的结果将是外部电阻的百分比，而与外部电阻和内部开关导通电阻比率的变化无关。注意在使用比率模式时要考虑到功耗问题。图 4 差分参考源的简化框图（SER/ DFR =0，Y 开关使能，X+模拟输入）差分模式下需要注意的最后一点是必须使用+VCC 而不是 VREF 作为+REF 的源。在不需要用比率模式时，可以使用高精度的参考源和单端模式来测量。在特定情况下，可以从一个高精度参考源来启动转换器。大多数的参考源都可以为 ET2046 提供足够的电力，但可能不能为外部负载（如电阻式触摸屏）提供足够的电力。触摸屏的建立在某些情况下，可能需要在触摸屏上跨接电容来消除触摸屏工作时产生的噪声（例如从背光电路或 LCD 面板上产生的噪声）。这些电容提供了一个低通滤波器来减小噪声，但在屏被触摸时会引起建立时间的问题，通常会表现为一个增益误差。要消除或减轻这一影响有几种方法。问题的症结在于输入和（或）参考源在 ADC 采样输入并提供数字输出时并没有达到最终的稳定值。另外，参考源在转换过程中可能还 5/16 Rev 2.0 2007-12-12

ET2046 在变化。第一种选择是在要求的触摸屏建立时间内停止或减慢 ET2046 的 DCLK 信号。这就使得输入和参考源在确认周期（ET2046 中为 3 个时钟周期，见图 8）中能达到稳定值。这在单端模式和差分模式下都可以使用。第二种选择是使 ET2046 只在测量触摸屏时工作在差分模式下并配置 ET2046 使其始终处于工作状态（触摸屏驱动开启）而不进入 Power-Down 状态（PD0=1）。根据建立时间得要求和 ET20460 的速率进行数次转换。一旦达到需要的转换次数，则处理器命令 ET2046 在进行最后一次转换后进入 Power-Down 状态。这一过程可在 X 方向，Y 方向和 Z 方向的测量中实现。第三种选择是使器件工作在 15 个时钟每转换周期的模式下，以此可使 ADC 保持连续工作状态，保持触摸屏驱动始终打开直到从处理器收到停止指令。温度的测量在某些应用下（如电池充电时）需要测量绝对温度。ET2046 的温度测量技术源自一个工作在固定电流下的半导体结的特性。二极管结的正向电压（VBE）与温度有着很好的相关性。在实际应用时，可通过已知 25℃时 VBE 的值并监测 VBE 随温度变化时的偏移值就可得到此时的绝对温度。ET2046 提供了两种工作方式。第一种模式需要有一个在已知温度下的电压值作为标准，但只需要一次测量就可得到绝对温度值。在这一测量过程中会使用一个二极管（开启）。在 20℃并有 20μA 的电流流过二极管时，此电压的典型值为 600mV。此二极管电压的绝对值会有 mV 级的偏差。然而，此电压的温度系数（TC）是很固定的，为 2.1mV/℃。在最终的产品测试中，为了记忆用作标准的此特定电压，器件将会被存储在一个已知室温的房间中。此种方式下可使测量的结果精度达到 0.3℃/LSB（在 12-Bit 模式下）。图 5 温度测试模式的原理图第二种测量方法不需要测试温度标准，但要用两次温度测量过程来消除无温度标准的影响，可达到 2℃ 的精度。此模式下需要有第二次转换，此时流过二极管的电流将是第一次的 91 倍。第一次和第二次转换的压差由下式(1)所表示： KT ·ln(N) (1) q 其中： N 为电流比值=91 K=玻尔兹曼常数（1.38054·10-23 电子伏/开尔文温度） q=电子电量（1.602189·10-19C） T=开氏温度这一模式以降低精度为代价提供了一个测量温度的改进方法。求解开氏温度的方程为： 6/16 Rev 2.0 2007-12-12

ET2046 开氏温度＝q· VΔ ln(N)) *k( (2) 其中： △V=V(I91)-V(I1)(单位为 mV) 开氏温度=2.573 开尔文/mV·△V ℃＝2.573·△V(mV)-273 开尔文电池电压的测量 ET2046 具有在稳压器（DC/DC 转换器）的一边监测电池电压的能力，见图 6。电池电压可从 0V 变化到 6V，同时保持供给 ET2046 的电压为 2.7V 或 3.3V 等。输入电压被除以 4 故 5.5V 的电池电压输入到 ADC 中是 1.375V。这样就简化了多路选择器和控制逻辑。为了使功耗达到最小，此分压器只在 A2=0，A1=1 和 A0=0 时的采样周期中才工作。图 6 电池监测功能框图压力监测使用 ET2046 同样也可以监测触摸的压力。为了区别是用手还是用笔触屏，需要测量触摸的力度。一般情况下，此测量不需要很高的精度，故推荐使用 8-Bit 精度模式（但现所示的计算过程以 12-Bit 精度模式为例）。有多种方法来测量压力。ET2046 支持其中的两种方法。第一种方法需要已知 X 平面的电阻，测量 X 的位置并加测触摸屏上的两个额外平面位置（Z1 和 Z2），如图 7 所示。利用方程(3)即可计算触摸电阻： R TOUCH ＝R Plate X− · X − Position 4096 Z( 2 − Z 1 )1 (3) 第二种方法需要已知 X 平面和 Y 平面的电阻，测量 X 方向，Y 方向的位置和 Z1。利用方程(4)也能得到触摸电阻： R R TOUCH = X − Plate X −• 4096 Position ( 4096 Z 1 R)1 −− Y − Plate Y1( − − Position 4096 ) (4) 7/16 Rev 2.0 2007-12-12

ET2046 数字接口 ET2046 数字接口的典型工作方式见图 8。图 7 压力测量的框图图 8 转换时序图，每转换周期 24 个时钟，8 位总线接口。 8/16 Rev 2.0 2007-12-12

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