AD7879-1ACPZ-500R7

低电压触摸屏控制器 AD7879/AD7889 功能框图 特性 VCC/REF X– Y– X+ Y+ X+ X– REF– REF+ AD7879/ AD7879-1/ AD7889/ AD7889-1 SERIAL PORT FILTERING 12-BIT SAR ADC RESULT REGISTERS PENIRQ/INT/DAV TEMPERATURE SENSOR 6-TO-1 MUX Y– GND 应用 CONTROL REGISTERS SEQUENCER AND TIMER TO RESULT REGISTERS 07667-001 个人数字助理 智能型手持设备 触摸屏监控器 POS终端机 医疗设备 蜂窝电话 REF– Y+ AUX/VBAT/GPIO 4线触摸屏接口 工作电压：1.6 V至3.6 V 中值滤波器与均值滤波器，用于降低噪声 自动转换序列器与定时器 用户可编程的转换参数 辅助模拟输入/电池监控器(0.5 V至5 V) 1个可选的通用输入/输出接口(GPIO) 中断输出(INT、PENIRQ) 触摸压力测量 触摸唤醒功能 关断模式：6 µA(最大值) 12引脚1.6 mm × 2 mm WLCSP封装 16引脚、4 mm × 4 mm LFCSP封装 CS/ DIN/ DOUT/ SCL ADD0 ADD1 SDA 图1. INT 概述 AD7879/AD7889是12位逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)， 具有同步串行接口以及用于驱动4线电阻式触摸屏的低导通 电阻开关。AD7879/AD7889工作电源电压极低，采用1.6 V至 3.6 V单电源供电，吞吐速率为105 kSPS。两款器件具有关断 模式，此模式下功耗不足6 µA。 为 了 降 低 来 自 LCD噪 声 以 及 其 它 噪 声 源 的 影 响 ， AD7879/AD7889内置预处理模块。预处理功能包括中值滤波 器及均值滤波器。这两个滤波器的结合提供了更稳定的解 决方案，能滤除信号中的杂散噪声，而只保留有用的数 据。两个滤波器的大小都可以设置。其它用户可编程转换 控制包括可变采集时间及第一次转换延迟。每次转换可利 用多达16个采样点来计算均值。AD7879/AD7889采用自动转 换序列器与定时器，可以在从模式或独立(主)模式下工作。 AD7879/AD7889拥有可编程引脚，可以用作到ADC的辅助 输入、电池监控器或GPIO。此外，可编程中断输出有三 种工作模式：作为新数据可用时的通用中断(DAV)；作为 超出限值时的中断(INT)；或者作为屏幕被触摸时的触控 笔按下中断(PENIRQ)。AD7879/AD7889可提供温度与触摸 压力测量。 AD7879提供12引脚、1.6 mm × 2 mm WLCSP和16引脚、4 mm × 4 mm LFCSP两种封装。AD7889采用背面镀膜WLCSP封 装。两款器件均支持SPI接口(AD7879/AD7889)或I2C接口 (AD7879-1/AD7889-1)。 Rev. C Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2008–2010 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 AD7879/AD7889 目录 特性.....................................................................................................1 应用.....................................................................................................1 功能框图 ............................................................................................1 概述.....................................................................................................1 修订历史 ............................................................................................2 技术规格 ............................................................................................3 SPI时序规格(AD7879/AD7889)...........................................4 I2C时序规格(AD7879-1/AD7889-1)....................................5 绝对最大额定值...............................................................................6 热阻 ............................................................................................6 ESD警告 ....................................................................................6 引脚配置和功能描述 ......................................................................7 典型工作特性 ...................................................................................9 术语...................................................................................................12 工作原理 .................................................................................13 触摸屏原理 .............................................................................13 触摸屏输入信号测量 ...........................................................14 触摸压力测量.........................................................................15 温度测量 ..........................................................................................15 中值滤波器和均值滤波器 ...........................................................17 修订历史 2010年1月—修订版A至修订版B 更新外形尺寸 .................................................................................37 更改订购指南部分 ........................................................................38 2009年3月—修订版0至修订版A 增加AD7889和背面镀膜WLCSP封装 .................................. 通用 更改电池监控器的输入电压范围参数 .......................................3 更改表4 ..............................................................................................6 增加热阻部分和表5；重新排序 ..................................................6 更改引脚配置和功能描述部分 ....................................................7 增加表7 ..............................................................................................8 更改第一种方法部分 ....................................................................15 更改中值滤波器和均值滤波器部分..........................................17 更改GPIO中断使能(位12、控制寄存器3、地址0x03)部分 ...........................................................................................................19 AUX/VBAT/GPIO引脚.................................................................18 辅助输入..................................................................................18 电池输入..................................................................................18 限值比较..................................................................................18 GPIO.........................................................................................18 寄存器映射......................................................................................20 寄存器详解......................................................................................21 控制寄存器......................................................................................25 控制寄存器1 ...........................................................................25 控制寄存器2 ...........................................................................27 控制寄存器3 ...........................................................................28 中断 ..........................................................................................29 AD7879/AD7889与主机CPU同步......................................30 串行接口 ..........................................................................................31 SPI接口 ....................................................................................31 I2C兼容型接口........................................................................33 接地和布局......................................................................................36 引脚架构芯片规模封装(LFCSP) .......................................36 WLCSP装配考虑....................................................................36 外形尺寸 ..........................................................................................37 订购指南..................................................................................38 更改表13 ..........................................................................................22 更改ADC通道(控制寄存器1位[14:12])部分 ............................26 更改电源管理(控制寄存器2位[15:14])部分...............................7 更改DAV—数据可用中断部分 ..................................................29 更改INT—超限中断部分.............................................................29 更改写入数据部分 ........................................................................31 更改读取数据部分和图40 ...........................................................32 更改图41 ..........................................................................................33 更改通过I2C总线写入数据部分 .................................................34 更改图44 ..........................................................................................35 更新外形尺寸 .................................................................................37 更改订购指南部分 ........................................................................38 2008年10月—修订版0：初始版 Rev. C | Page 2 of 40 AD7879/AD7889 技术规格 除非另有说明，VCC = 1.6 V至3.6 V，TA = −40°C至+85°C。 表1 参数 直流精度 分辨率 无失码 积分非线性(INL)1 微分非线性(DNL)1 负DNL 正DNL 失调误差1, 2 增益误差1, 2 噪声3 电源抑制3 内部时钟频率 开关驱动器 导通电阻1 Y+, X+ Y−, X− 模拟输入 输入电压范围 直流漏电流 输入电容 精度 温度测量 温度范围 分辨率 精度2 电池监控器 输入电压范围 输入阻抗3 精度 逻辑输入(DIN、SCL、CS 、SDA、GPIO) 输入高电压VINH 输入低电压VINL 输入电流IIN 输入电容CIN3 逻辑输出(DOUT、GPIO、SCL、SDA、INT) 输出高电压VOH 输出低电压VOL 浮空态漏电流 浮空态输出电容2 最小值 12 11 转换模式 最大值 单位 ±3 位 位 LSB 12 70 60 2 LSB LSB LSB LSB µV rms dB MHz 6 5 Ω Ω ±2 0 −0.99 2 ±6 ±4 −40 +85 °C °C °C 25°C下校准 V kΩ % 未校准精度 5 16 2 5 0.7 × VCC 0.3 × VCC 0.01 10 VCC − 0.2 V V µA pF VIN = 0 V或VCC ±0.1 5 V V µA pF 9.5 105 µs kSPS 包括2 μs的采集时间 额定性能 数字输入 = 0 V或VCC ADC导通，PM = 10 0.4 1.6 LSB大小 = 390 μV LSB大小 = 390 μV V µA pF % 0.3 ±2 0.5 测试条件/注释 VCC ±0.1 30 0.3 转换速率3 转换时间 吞吐速率 电源要求 VCC ICC 典型值 2.6 3.6 V 480 650 μA Rev. C | Page 3 of 40 AD7879/AD7889 参数 最小值 典型值 静态 406 关断模式 0.5 最大值 6 单位 测试条件/注释 μA ADC和温度传感器禁用；基准电压源 和振荡器启用；PM = 01或11 PM = 00 μA See the Terminology section. Guaranteed by characterization; not production tested. 3 Sample tested at 25°C to ensure compliance. 1 2 SPI时序规格(AD7879/AD7889) 除非另有说明，VCC = 1.6 V至3.6 V，TA = −40°C至+85°C。样片在25°C下进行测试，以确保符合标准要求。所有输入信号均指定tR = tF = 5 ns（10%到90%的VCC）并从1.4 V电平起开始计时。 表2 参数1 fSCL t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 单位 MHz(最大值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最大值) ns(最大值) ns(最小值) 描述 CS下降沿到第一个SCL下降沿 SCL高电平脉宽 SCL低电平脉宽 DIN建立时间 DIN保持时间 SCL下降沿后的DOUT访问时间 CS上升沿到DOUT高阻态 SCL上升沿到 高电平 通过设计保证，但未经生产测试。 CS t1 t2 1 SCL t4 DIN t8 t3 2 3 15 16 1 2 15 16 t5 LSB MSB t6 DOUT MSB 图2. SPI详细时序图 Rev. C | Page 4 of 40 t7 LSB 07667-002 1 限值 5 5 20 20 15 15 20 16 15 AD7879/AD7889 I2C时序规格(AD7879-1/AD7889-1) 除非另有说明，VCC = 1.6 V至3.6 V，TA = −40°C至+85°C。样片在25°C下进行测试，以确保符合标准要求。所有输入信号均 从1.4 V电平起开始计时。 表3 参数1 fSCL t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 tR tF 单位 描述 kHz(最大值) μs(最小值) μs(最小值) μs(最小值) ns(最小值) ns(最小值) μs(最小值) μs(最小值) μs(最小值) ns(最大值) ns(最大值) 起始条件保持时间，tHD; STA 时钟低电平周期，tLOW 时钟高电平周期，tHIGH 数据建立时间，tSU; DAT 数据保持时间，tHD; DAT 停止条件建立时间，tSU; STO 起始条件建立时间，tSU; STA 停止条件与起始条件之间的总线空闲时间，tBUF 时钟/数据上升时间 时钟/数据下降时间 通过设计保证，但未经生产测试。 tR t2 tF t1 SCL t3 t1 t5 t7 t6 t4 SDA t8 STOP START START 图3. I 2C详细时序图 Rev. C | Page 5 of 40 STOP 07667-003 1 限值 400 0.6 1.3 0.6 100 300 0.6 0.6 1.3 300 300 AD7879/AD7889 绝对最大额定值 除非另有说明，TA = 25°C。 热阻 表4 θJA针对最差条件，即将器件以表贴封装焊接在电路板上。 1 额定值 -0.3 V至+3.6 V -0.3 V至VCC + 0.3 V -0.3 V至+5 V -0.3 V至VCC + 0.3 V -0.3 V至VCC + 0.3 V 10 mA 表5. 热阻 θJA 75 30.4 封装类型1 12引脚WLCSP 16引脚LFCSP 1 4层电路板. 200µA 15 kV 10 kV TO OUTPUT PIN 4 kV 1 kV 0.2 kV -40℃至+85℃ -65℃至+150℃ 150°C 单位 °C/W °C/W IOL 1.4V CL 50pF 200µA IOH 07667-004 参数 VCC至GND 模拟输入电压至GND AUX/VBAT至GND 数字输入电压至GND 数字输出电压至GND 输入电流至除电源外的任何引脚1 ESD额定值(X+, Y+, X−, Y−) 气隙放电(人体模型) 接触放电(人体模型) ESD额定值(所有其它引脚) 人体放电 场感应带电装置模型 机器模型 工作温度范围 存储温度范围 结温 功耗 WLCSP(4层板) LFCSP(4层板) IR回流焊峰值温度 引脚温度(焊接10秒) 图 4. 用于确定数字时序的电路 ESD警告 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放 电。尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在 遇到高能量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当 采取适当的ESD防范措施，以避免器件性能下降或 功能丧失。 866 mW 2.138 W 260°C (±0.5°C) 300°C 100 mA以下的瞬态电流不会造成SCR闩锁。 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 坏。这只是额定最值，不表示在这些条件下或者在任何其它 超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能够正 常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器件的可 靠性。 Rev. C | Page 6 of 40 AD7879/AD7889 引脚配置和功能描述 BALL A1 INDICATOR 1 2 AUX/ VBAT/ GPIO VCC/REF BALL A1 INDICATOR 1 2 3 AUX/ VBAT/ GPIO VCC/REF X+ A 3 X+ A PENIRQ/ INT/DAV CS PENIRQ/ INT/DAV ADD0 Y+ B Y+ B DOUT DIN X– C SDA ADD1 X– SCL GND Y– C SCL GND Y– D TOP VIEW (BALL SIDE DOWN) Not to Scale 07667-005 TOP VIEW (BALL SIDE DOWN) Not to Scale 图5. AD7879/AD7889 WLCSP引脚配置 07667-006 D 图6. AD7879-1/AD7889-1 WLCSP引脚配置 表6. 引脚功能描述(WLCSP) 引脚编号 AD7879/ AD7879-1/ AD7889 AD7889-1 1A 1A AUX/VBAT/GPIO 1B 1B PENIRQ/INT/DAV 1C N/A 1D 2A 2B N/A N/A 1C 1D 2A N/A 2B DOUT SDA SCL VCC/REF CS ADD0 2C N/A N/A 2C DIN ADD1 2D 2D GND 3A 3B 3C 3D 3A 3B 3C 3D X+ Y+ X− Y− 引脚名称 描述 此引脚可配置为ADC的辅助输入(AUX)、ADC的电池测量输入(VBAT)或 通用数字输入/输出(GPIO)。 中断输出。当屏幕被触摸时(PENIRQ)，当测量结果超过预编程的限值 时(INT)，或者当寄存器中有新数据可用时(DAV)，此引脚有效。低电平 有效，内置50 kΩ上拉电阻。 AD7879/AD7889的SPI串行数据输出。 AD7879-1/AD7889-1的I2C串行数据输入和输出。 串行接口时钟输入。 电源输入和ADC基准电压。 AD7879/AD7889上SPI串行接口的片选引脚。低电平有效。 AD7879-1/AD7889-1的I2C地址位0。此引脚可连接高电平或低电平，以 决定AD7879-1/AD7889-1的地址(见表25）。 AD7879/AD7889的SPI串行数据输入。 AD7879-1/AD7889-1的I2C地址位1。此引脚可连接高电平或低电平，以 决定AD7879-1/AD7889-1的地址(见表25）。 地。AD7879/AD7889上所有电路的地基准点。所有模拟输入信号和任 何外部基准信号都应以此电压为参考。 触摸屏输入通道。 触摸屏输入通道。 触摸屏输入通道。 触摸屏输入通道。 Rev. C | Page 7 of 40 PIN 1 INDICATOR 11 NC NC 2 AD7879-1 10 NC NC 3 9 X– 4 10 NC 9 SDA SCL 8 Y– 5 11 NC NOTES 1. NC = NO CONNECT 2. THE EXPOSED PAD IS NOT CONNECTED INTERNALLY. FOR INCREASED RELIABILITY OF THE SOLDER JOINTS AND MAXIMUM THERMAL CAPABILITY, IT IS RECOMMENDED THAT THE PAD BE SOLDERED TO THE GROUND PLANE. 07667-007 NOTES 1. NC = NO CONNECT 2. THE EXPOSED PAD IS NOT CONNECTED INTERNALLY. FOR INCREASED RELIABILITY OF THE SOLDER JOINTS AND MAXIMUM THERMAL CAPABILITY, IT IS RECOMMENDED THAT THE PAD BE SOLDERED TO THE GROUND PLANE. GND 7 DOUT TOP VIEW (Not to Scale) 12 PENIRQ/INT/DAV 图7. AD7879 LFCSP引脚配置 图8. AD7879-1 LFCSP引脚配置 表7. 引脚功能描述(LFCSP) 引脚编号 AD7879 AD7879-1 1 1 2, 3, 10, 11 2, 3, 10, 11 4 4 5 5 6 N/A N/A 6 引脚名称 Y+ NC X− Y− DIN ADD1 7 7 GND 8 9 N/A 12 8 N/A 9 12 SCL DOUT SDA PENIRQ/INT/DAV 13 13 AUX/VBAT/GPIO 14 N/A N/A 14 CS ADD0 15 16 15 16 VCC/REF X+ EP 描述 触摸屏输入通道。 不连接。 触摸屏输入通道。 触摸屏输入通道。 AD7879的SPI串行数据输入。 AD7879-1的I 2 C地址位1。此引脚可连接高电平或低电平，以决定 AD7879-1的地址(见表25)。 地。AD7879上所有电路的地基准点。所有模拟输入信号和任何外部基 准信号都应以此电压为参考。 串行接口时钟输入。 AD7879的SPI串行数据输出。 AD7879-1的I2C串行数据输入和输出。 中断输出。当屏幕被触摸时(PENIRQ)，当测量结果超过预编程的限值 时(INT)，或者当寄存器中有新数据可用时(DAV)，此引脚有效。低电平 有效，内置50 kΩ上拉电阻。 此引脚可配置为ADC的辅助输入(AUX)、ADC的电池测量输入(VBAT)或 通用数字输入/输出(GPIO)。 AD7879上SPI串行接口的片选引脚。低电平有效。 AD7879-1的I 2 C地址位0。此引脚可连接高电平或低电平，以决定 AD7879-1的地址(见表25)。 电源输入和ADC基准电压。 触摸屏输入通道。 裸露焊盘。裸露焊盘不在内部连接。为提高焊接的可靠性并实现最佳 散热效果，建议将焊盘焊接到地平面。 Rev. C | Page 8 of 40 07667-008 14 ADD0 13 AUX/VBAT/GPIO 16 X+ 15 VCC/REF Y+ 1 SCL 8 GND 7 Y– 5 X– 4 TOP VIEW (Not to Scale) DIN 6 NC 3 AD7879 12 PENIRQ/INT/DAV ADD1 6 PIN 1 INDICATOR Y+ 1 NC 2 13 AUX/VBAT/GPIO 16 X+ 15 VCC/REF 14 CS AD7879/AD7889 AD7879/AD7889 典型工作特性 除非另有说明，TA = 25°C，VCC = 2.6 V，fSCL = 2 MHz。 1.0 470 0.8 465 0.6 GAIN ERROR VARIATION (LSB) 475 455 450 445 440 435 430 0.2 2.6V 0 –0.2 3.6V –0.4 1.6V –0.6 –0.8 –40 –25 –10 10 25 40 TEMPERATURE (°C) 55 70 85 –1.0 07667-009 425 0.4 –40 –25 –10 10 25 40 TEMPERATURE (°C) 55 70 85 07667-011 CURRENT (µA) 460 图12. ADC增益变化与温度的关系 图9. 电源电流与温度的关系 1.0 700 0.8 600 OFFSET VARIATION (LSB) 0.6 CURRENT (µA) 500 400 300 200 0.4 1.6V 0.2 2.6V 0 –0.2 3.6V –0.4 –0.6 100 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 VCC (V) 3.0 3.2 3.4 3.6 –1.0 –40 3.5 1.5 3.0 1.0 2.5 0.5 INL (LSB) 2.0 2.0 –0.5 1.0 –1.0 0.5 –1.5 –25 –10 10 25 50 TEMPERATURE (°C) 10 25 40 TEMPERATURE (°C) 55 70 85 0 1.5 75 100 –2.0 07667-012 CURRENT (µA) 4.0 –40 –10 图13. ADC失调变化与温度的关系 图10. 电源电流与VCC 的关系 0 –25 07667-013 1.8 0 512 1024 1536 2048 CODE 2560 图14. ADC INL 图11. 完全掉电IDD 与温度的关系 Rev. C | Page 9 of 40 3072 3584 4096 07667-014 1.6 07667-010 0 –0.8 AD7879/AD7889 1.0 6.0 0.8 5.5 0.6 5.0 0.2 RON ( ) 0 –0.2 4.5 4.0 –0.4 –0.6 X+ TO VCC Y+ TO VCC X– TO GND Y– TO GND 3.5 –0.8 1 501 1001 1501 2001 2501 CODE 3001 3501 4001 3.0 07667-015 –1.0 图15. ADC DNL –40 –25 –10 10 25 40 TEMPERATURE (°C) 55 70 85 07667-017 DNL (LSB) 0.4 图17. 开关导通电阻与温度的关系 （X+、Y+引脚接VCC ；X−、Y−引脚接GND) 7 2370 2369 6 2368 ADC CODE (Decimal) 4 3 X+ TO VCC Y+ TO VCC X– TO GND Y– TO GND 2 2366 2365 2364 2363 2361 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 VCC (V) 3.0 3.2 3.4 3.6 2360 –40 –25 –15 –5 5 15 25 35 45 TEMPERATURE (°C) 55 65 75 图18. ADC码字与温度的关系(固定模拟输入) 图16. 开关导通电阻与VCC 的关系 (X+、Y+引脚接VCC ；X−、Y−引脚接GND) Rev. C | Page 10 of 40 85 07667-018 0 2367 2362 1 07667-016 RON ( ) 5 AD7879/AD7889 1400 1000 NUMBER OF UNITS 800 600 200 150 100 400 50 200 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 VCC (V) 0 07667-019 0 –20 –40 –60 –80 –100 –120 –140 07667-020 –160 0 1603 3206 4809 6412 8015 9618 11221 12824 14427 16030 17633 19236 20839 22442 24045 25648 27251 28854 30457 32060 33663 35266 36869 –2 –1 0 图21. 电池通道的典型精度(25°C，未校准) SNR = 61.58dB THD = 72.34dB FREQUENCY (Hz) –3 ERROR (%) 图19. 温度码字与VCC 的关系(25°C) 0 –4 图20. 25 kHz采样速率和1 kHz输入频率下辅助通道的典型FFT图 Rev. C | Page 11 of 40 07667-021 TEMPERATURE (Code) 1200 INPUT TONE AMPLITUDE (dB) MEAN: –1.98893 SD: 0.475534 250 AD7879/AD7889 术语 微分非线性(DNL) DNL指ADC中任意两个相邻码字之间所测得变化值与理想 的1 LSB变化值之间的差异。 积分非线性(INL) INL指与一条通过ADC传递函数两个端点的直线的最大偏 差。传递函数端点是指，比第一个码字跃变点低1 LSB的在 零点，以及比最后一个编字跃变点高1 LSB的满量程点。 增益误差 增益误差指在失调误差校准之后，最后一个转换码字跃变 点(从111 … 110到111 … 111)与其理想点(VREF − 1 LSB)之间 的偏差。 失调误差 失调误差指第一个码字跃变点(从00 … 000到00 … 001)与其 理想点(AGND + 1 LSB)之间的偏差。 导通电阻 导通电阻用于衡量开关驱动器的漏极与源极之间的欧姆电 阻。 Rev. C | Page 12 of 40 AD7879/AD7889 工作原理 CONDUCTIVE ELECTRODE ON BOTTOM SIDE Y+ AD7879/AD7889的内核是一个高速、低功耗、12位模数转 换器(ADC)，它内置输入多路复用器、片内采样保持器和 片内时钟。转换结果存储在片内结果寄存器中。来自辅助 输入或电池输入的结果可以与限值寄存器中存储的上下限 值进行比较，超限时产生超限中断( INT)。 AD7879/AD7889还内置低阻值模拟开关，可将X和Y激励电 压切换到触摸屏和片内温度传感器。高速SPI串行总线用 于控制器件以及与器件通信。AD7879-1/AD7889-1提供一 个I2C接口。 AD7879/AD7889采用1.6 V至3.6 V的单电源供电，吞吐速率 为105 kHz，提供两种封装：1.6 mm × 2 mm、12引脚晶圆 级芯片规模封装(WLCSP)和4 mm × 4 mm、16引脚引脚架 构芯片规模封装(LFCSP)。 AD7879/AD7889具有片内序列器，用于设定预编程转换的 顺序。利用片内定时器，转换序列在屏幕被触摸时自动启 动或以预设的间隔自动启动。 为确保AD7879/AD7889能够有效应用于不同的触摸屏，用 户可以选择采集时间。可编程延迟用于确保触摸屏上的电 压在测量之前完成建立。 为了更好地降低系统中的噪声，ADC从每个通道采集最多 16个转换结果，并将这些结果的平均值写入寄存器。为了 进一步提高AD7879/AD7889的性能，还可以使用中值滤波 器来降低系统中的噪声。 PLASTIC FILM WITH TRANSPARENT, RESISTIVE COATING ON BOTTOM SIDE X– Y– X+ CONDUCTIVE ELECTRODE ON TOP SIDE PLASTIC FILM WITH TRANSPARENT, RESISTIVE COATING ON TOP SIDE LCD SCREEN 07667-022 AD7879/AD7889是完整的12位数据采集系统，用于对4线 电阻式触摸屏中的位置输入进行数字化处理。为支持此功 能，AD7879/AD7889的数据采集是高度可编程的，以确保 从触摸屏获得精确、无噪声的结果。 图22. 触摸屏的基本结构 在Y层的上下边缘具有导电电极，可以在Y层从上至下施加 激励电压。 假设这两层具有均匀的电阻特性，则两个电极之间任何一 点的电压都与X层的水平位置和Y层的垂直位置成正比。 触摸屏幕时，这两层便会发生接触。如果仅激励X层，则 接触点的电压(水平位置)可以通过Y层的一个电极检测。同 样，如果仅激励Y层，则接触点的电压(垂直位置)可以通过 X层的一个电极检测。通过交替切换X和Y层激励并测量电 压，便可以确定接触点的X和Y轴坐标。 除了测量X和Y轴坐标以外，还可以通过测量X与Y层之间 的接触电阻来估算触摸压力。AD7879/AD7889的设计为这 种测量提供了便利。 触摸屏原理 4线触摸屏由两个柔性、透明的电阻涂层组成，两层之间 一般通过很小的空气间隙隔开(见图22)。在X层的左右边缘 具有导电电极，可以在X层从左至右施加激励电压。 Rev. C | Page 13 of 40 AD7879/AD7889 图23显示了AD7879/AD7889模拟输入结构的等效电路，其 中包括触摸屏开关、主模拟多路复用器、ADC和用于选择 ADC基准电压源的双通道3:1多路复用器。 VCC 图24中的ADC输入端电压为： VIN  VCC × RY − RYTOTAL (1) 单端方法的优势在于当采集到信号时，触摸屏激励电压 即关闭。由于屏幕的功耗超过1 mA，因此对于电池供电 系统，这是一个重要考虑因素。 X+ 单端方法的缺点在于开关的压降可能引起误差。触摸屏的 端到端总电阻从200 Ω到900 Ω不等。以最低屏幕电阻200 Ω 和典型开关电阻14 Ω为例，视在激励电压会下降为实际值 的200/228 × 100 = 87%。此外，低边开关上的压降会增加 ADC输入电压，导致输入电压产生失调，因此输入电压永 远不会达到0。 X– Y+ Y– X– Y– GND X+ Y+ VCC DUAL 3-TO-1 MUX AUX/VBAT/GPIO REF– TEMPERATURE SENSOR REF+ 12-BIT SUCCESSIVE APPROXIMATION ADC WITH TRACK-AND-HOLD 比率方法 07667-023 IN+ 图23. 模拟输入结构 AD7879/AD7889可以设置成自动转换特定输入通道或顺序 转换一系列通道。ADC转换结果存储在结果寄存器中。 图25所示为比率方法，其中ADC基准电压源的负输入端连 接到Y−，正输入端连接到Y+。因此，屏幕激励电压为 ADC提供基准电压。ADC的输入端连接到X+以确定Y位 置。 VCC Y+ 在测量辅助模拟输入(AUX、TEMP或VBAT)时，ADC使用 VCC基准源，测量结果以GND为参考。 X+ 触摸屏输入信号测量 在测量触摸屏输入时，可以使用VCC作为基准电压，或者 使用触摸屏激励电压作为基准电压，并执行比率式差分测 量。差分方法是默认方法，通过将SER/DFR位(控制寄存器 2的位9)清0来选择。单端方法通过将此位置1来选择。 单端方法 图24显示了测量Y位置的单端方法。对于测量X位置，激励 电压施加于X+和X−，并在Y+测量电压。 VCC Y+ X+ INPUT (VIA MUX) ADC REF– Y– 图25. 触摸屏输入的比率转换 在提高精度方面，比率方法有两大优势。其一是ADC的基 准电压由屏幕上的实际电压提供，因此开关上的任何压降 不会有影响。其二是由于测量是比率式的，因此屏幕上的 电压是否在长时间内发生变化并不重要。不过，该电压在 采集到信号之后不得改变。 比率方法的缺点在于屏幕必须始终保持上电状态，因为它 需要为ADC提供基准电压。 REF+ ADC REF– Y– GND REF+ GND 07667-024 TOUCH SCREEN VREF TOUCH SCREEN INPUT (VIA MUX) 07667-025 INPUT MUX 图24. 触摸屏输入的单端转换 Rev. C | Page 14 of 40 AD7879/AD7889 触摸压力测量 第二种方法 利用AD7879/AD7889和一些简单的计算，还可以测量触控 笔或手指施加于触摸屏的压力。X与Y板之间的接触电阻测 量结果可以很好地指示按压面积的大小，由此可推算出所 施加的压力。触摸点的面积与触摸屏幕的物体大小成正 比。此电阻的值(RTOUCH)可以通过以下两种不同的方法计 算得出。 若要使用第二种方法，用户必须知道X板和Y板各自的电 阻。需要进行三次触摸屏转换：测量X位置(XPOSITION)、Y位 置(YPOSITION)和Z1位置。 然后通过下式计算触摸电阻(RTOUCH)： 第一种方法 温度测量 若要使用第一种方法，用户必须知道X板的总电阻(RX)。需 要进行三次触摸屏转换：测量X位置XPOSITION（Y+输入）； 在 激 励 电 压 施 加 于 Y+和 X−的 条 件 下 测 量 X+输 入 ( Z1测 量)；在激励电压施加于Y+和X−的条件下测量Y−输入(Z2 测量)。 图26显示了这三种测量。 AD7879/AD7889有两个特殊ADC通道设置，用于针对Z1和 Z2的测量配置X和Y开关，结果存储在Z1和Z2结果寄存器 中。将控制寄存器1(地址0x01)的CHNL ADD[2:0]位设为101 可选择Z1测量，结果存储在X+(Z1)结果寄存器(地址0x0A) 中。将控制寄存器1(地址0x01)的CHNL ADD[2:0]位设为100 可选择Z2测量，结果存储在Y−(Z2)结果寄存器(地址0x0B) 中。 这样，触摸电阻(RTOUCH)就可以通过下式计算得出： AD7879/AD7889提供了一个称为单次转换方法的温度测量 选项。该转换方法只需在ADC通道001上进行一次测量， 结 果 存 储 在 温 度 转 换 结 果 寄 存 器 ( 地 址 0x0D) 中 。 AD7879/AD7889不提供温度读数的输出，系统必须执行某 些外部计算。此方法基于片内二极管测量。 温度测量的采集时间固定为16 ms。 RTOUCH = (RXPLATE) × (XPOSITION/4096) × [(Z2/Z1) − 1] X+ Y+ (2) RTOUCH = RXPLATE × (XPOSITION/4096) × [(4096/Z1) − 1] − RYPLATE × [1 − (YPOSITION/4096)] 转换方法 转换方法利用了硅二极管的温度系数约为−2.1 mV/°C这一 事实。然而，这种小变化会叠加于二极管正向电压上，其 容差很大。因此，必须在某一已知温度测量二极管电压进 行校准，以提供一个基准值，由此便可测量正向电压随温 度的变化。此方法的分辨率约为0.3°C，预测精度为±2°C。 利用温度转换结果寄存器(地址0x0D)中的结果，即二极管 的正向电压测量结果进行温度限值比较。为了进行精确的 限值比较，所设置的上下限值应以校准后的二极管正向电 压为参考。 MEASURE X POSITION TOUCH RESISTANCE X– Y– Y+ X+ MEASURE Z1 POSITION TOUCH RESISTANCE Y– X– Y+ X+ TOUCH RESISTANCE X– MEASURE Z2 POSITION 07667-026 Y– (3) 图26. 触摸压力所需的三种测量 Rev. C | Page 15 of 40 AD7879/AD7889 温度计算 示例 对于单次测量方法，如果需要获得明确的温度读数(摄氏 度)，应进行如下计算步骤： 1. 计算ADC的比例因子，即每LSB的度数。每LSB度数= ADC LSB大小/−2.1 mV = (VCC/4096)/−2.1 mV 2. 保存校准温度TCAL下的ADC输出DCAL。 3. 获取待测温度TAMB下的ADC读数DAMB。 4. 通 过 下 式 计 算 T CAL 与 T AMB 之 间 的 差 值 ： ΔT=(D AMB − DCAL)× 每LSB度数 5. 将ΔT与TCAL相加。 使用VCC = 2.5 V作为基准电压， 每LSB度数 = (2.5/4096)/−2.1 × 10−3 = −0.291 25°C下的ADC输出为983(十进制)，相当于0.6 V的二极管正 向电压。 TAMB下的ADC输出为880。 ΔT = (880 − 983) × −0.291 = 30°C TAMB = 25 + 30 = 55°C Rev. C | Page 16 of 40 AD7879/AD7889 中值滤波器和均值滤波器 表8. 中值滤波器大小 MED1 0 0 1 1 MED0 0 1 0 1 测量次数 中值滤波器禁用 4 8 16 当两个滤波器值均为00时，仅传输一个测量结果到寄存器 映射。 MED1和MED0设置所指定的数值必须大于或等于AVG1和 AVG0设置所指定的数值。如果两种设置指定的数值相 同，则中值滤波器关闭。 表10. 中值/均值滤波器(MAVF)设置 设置 M=A 功能 中值滤波器禁用；输出为A个转换结果的平均值 M>A 输出为由M个测量结果组成的数组中的中间A个 值的平均值 不可能，因为中值滤波器大小始终大于等于均值 窗口大小 M