浅谈瑞萨触摸芯片低功耗功能的实际应用

相比于传统的机械按键，触摸按键更加美观时尚，因此应用场景非常广泛。瑞萨基于CTSU2新一代触摸IP的触控芯片推出以来，得到了很多客户的青睐，尤其在白色家电产品上。本文基于RL78系列的G23，G22产品，谈一谈触摸按键结合低功耗功能的具体实际应用。

从2019年开始，瑞萨推出了新一代的触摸IP CTSU2，和上一代的CTSU相比，主要是在抗噪性能，灵敏度，低功耗等方面做了优化和性能提升。增加了三频率检测功能，共用屏蔽电极技术，支持并行高速扫描，通过MEC多电极连接功能和Auto judgement自动判断功能降低整体功耗等，更加适合客户的各种应用场景。

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接下来，我们再介绍一下瑞萨芯片的各种工作模式。除了正常运行模式，芯片还支持各种不同的低功耗模式，比如轻度睡眠模式，待机模式，深度待机模式等。下图做了具体汇总。

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我们可以看到，以上各种系列的触摸芯片都支持SNOOZE模式。在该模式下，部分外设模块可以在不唤醒CPU的情况下运行，比如UART，AD，触摸，定时器等。通过配置请求和结束条件，可以在待机模式下进入或者退出SNOOZE模式。通过配置取消条件，SNOOZE模式也可以返回到正常运行模式。可以说，SNOOZE模式在触摸低功耗应用场景中是不可或缺的模式。下图是一个典型的SNOOZE模式配合触摸功能的应用图示。

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下面，我们就不同的触摸应用场景如何选择低功耗功能进行分类分析。

01以G22芯片为例，该芯片支持MEC多电极连接功能和Auto judgement自动判断功能，因此可以最大程度的降低整体平均功耗。MEC多电极连接功可以通过连接MCU内部的多个自容电极作为一个电极进行测量，该功能最大好处在于触摸任意按键既可以唤醒低功耗，无需去按特定按键。同时可以一次测量多个电极，因此可以缩短测量时间，并且可以降低功耗。下图是MEC多电极连接+硬件自动判断与传统触摸的工作流程对比：

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那么，如何去设置MEC和SMS功能呢？硬件上没有任何特殊操作，只需要软件配置就可。瑞萨触摸芯片使用QE for touch的软件插件进行配置，具体操作如下图。

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实测数据如下：

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G22芯片在6M主频下，低功耗周期100ms，12个按键采用SMS+MEC功能，平均功耗：9.68uA

02对于G23等触控芯片，本身不支持MEC功能，仅支持SMS功能，客户使用该系列芯片使用时需注意这一点。同样，SMS功能也是通过QE for touch来设置。具体见下图：

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实测数据如下：

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G23芯片在12M主频下，低功耗周期100ms，独立一个按键，采用SMS功能，平均功耗为10.78uA。

03需要注意的是，使用SMS功能能显著降低功耗，但是SNOOZE模式有个限制，就是主频Fclk必须选择内部高速晶振或者内部中速晶振。如果，客户开发时采用了外置高速晶振或者陶振，是不能使用SMS这种功能的。

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如果客户部分功能必须采用高精度的外置晶振，则需要具体分析客户的需求。比如说，洗衣机开发时，水位监测要求计时非常精准，必须使用外部晶振，但是又要求功耗低于0.5W，甚至更低的功耗。这时就要考虑如何使用SMS功能。

我们做如下设计：外置晶振专门给特定定时器TML模块使用，而其他外设和CPU仍然使用内部高速晶振，就可以解决该问题。

时钟源配置

TML模块配置

04如果客户功能要求必须选择外部高速晶振作为主频，那么SMS功能不可用，我们可以采取软件触摸的方式。选择TML模块，时钟源选择内部低速时钟，根据需要设定唤醒周期，采用中断来定时唤醒，唤醒后进行按键扫描，根据按键状态来判断是否进入正常运行模式。

而这种方式则会带来一个问题，如果按键过多的话，那么扫描时间会很长，对应功耗就会很大。为了降低功耗，可采取分组按键的方式。可选取电源键单独一组，其他所有按键单独一组。每次解除低功耗状态后直接扫描电源键，这样只需要扫描一个按键就可以判断是否进入正常运行状态。通过这种方式，可以降低平均功耗。在QE for touch组件配置如下：

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这样生成的触摸参数会有两组不同参数，我们只需要不同的逻辑调用不同的触摸参数就可以实现。

以上几种情况，几乎囊括了所有触摸应用场景低功耗功能的使用，可以根据用户不同的需求进行选择使用。

此外，如果客户电路板功耗过高的情况，首先需要检查IO引脚设置，尤其检查是否存在输入脚悬空的情况；另外还需检查进入低功耗之前外围模块是否没有关闭，尤其是AD等模拟模块，触摸模块等。

如果在某一场景下，电路板功耗仍未达到客户的要求。还可以采取更换主频速率，减少触摸扫描次数，将触摸三频扫描修改为单频扫描等方式来降低功耗。上述方法需以实际测试为准，仅供参考。

综上，瑞萨触摸芯片本身功耗比较低，同时包含了SMS，MEC等降低功耗的措施，只要我们根据客户的需求，选择合理的降低功耗的策略，就能实现客户的需求，达到业界最低功耗水平。