KJ-33000-003

KJ‐33000                          MEMS Micro Joystick Specification                  Knowles Acoustics  1151 Maplewood Drive  Itasca, IL 60143  Revision: A   Release Level: ACTIVE  Sheet 1 of 9     ©2011 Knowles Electronics  KJ‐33000            1. DESCRIPTION AND APPLICATION    1.1 DESCRIPTION  KJ‐33000 is an ultra low‐power MEMS (Micro Electro Mechanical System) based input  device, also known as a joystick.  It converts movement of the joystick button up to  1mm from the center into two 4‐bit digital values representing X and Y displacements.    1.2 APPLICATION  Joystick is developed for hand held telecommunication and electronic devices.  Refer to  manufacturer’s website (www.knowles.com) for application notes.    2. PART MARKING    Parts are marked with 2 numbers on the top surface of the case.    1234567 ‐ Job identification number  KJ‐33000 ‐ Joystick assembly part number    3. TEMPERATURE RANGE    Operating Temperature Range: ‐25° to 70°C  Storage Temperature Range: ‐40° to 85°C                    Revision: A   Release Level: ACTIVE  Sheet 2 of 9     ©2011 Knowles Electronics  KJ‐33000              4. THERORY OF OPERATION  The KJ‐33000 is a silicon MEMS Piezo‐resistive sensor with an integrated CMOS  interface.  Piezo‐resistive bridges measure the strain induced in the silicon when a  joystick movement causes internal spring mechanism to place a load on the MEMS.   An A/D converter converts the bridge signal into a 4‐ bit digital code.  This code is  communicated to the user via an I²C interface.  The 4‐ bit signal is encoded as a  sign/magnitude number.  This means that there are two zero values (+/‐0).  A  transfer function that is typical for each axis is depicted in the figure below.                          Revision: A   Release Level: ACTIVE  Sheet 3 of 9     ©2011 Knowles Electronics  KJ‐33000            5. ELECTRICAL SPECIFICATIONS  5.1  SCHEMATIC DIAGRAM OF CIRCUIT      5.2  Absolute Maximum ratings  Parameter   Symbol   Minimum  Maximum  Units  Notes   Power Supply Voltage   AVDD, VDD  ‐0.3  3.6  V      I/O Voltage   ESD   ‐0.3     VDD +0.3  2  V  kV      All pins human body model VIO        5.3  Recommended Operating Conditions  Parameter   Symbol   Minimum  Typical   Maximum  Units   Notes   Power Supply Voltage   AVDD, VDD  2.6  3.3  3.6  V      I/O Voltage   1.5  1.8  VDD  V      VIO      Revision: A   Release Level: ACTIVE  Sheet 4 of 9     ©2011 Knowles Electronics  KJ‐33000            5.4  ELECTRICAL CHARACTERISTICS UNDER RECOMMENDED OPERATING  CONDITIONS  Typical values at 25°C, VDD = 2.8V    Parameter  Symbol  Minimum Typical Maximum  Units  Notes  System Current Operation  IOP     40  100  µA     System Current Low Power  ILP     25  50  µA     System Current Sleep  ISLEEP     3  10  µA     Resolution   RES     16     Counts  Each Axis  Input High Voltage  VIH  0.65 * VIO        V     Input Low Voltage   VIL        0.35 * VIO  V     Output High Voltage  VOH  VIO – 0.3        V     Output Low Voltage  VOL        0.3  V     Input Leakage Current        1.9  9.4  µA     Input Off‐State Leakage Current        0.02  0.04  µA     I²C Clock Rate  fCK        400  kHz  I²C Fast  Mode  Sample Rate – Operation Mode  fSOP     100     Hz     Sample Rate – Low Power Mode  fSLP     10     Hz     Input /  Output  Levels                Revision: A   Release Level: ACTIVE  Sheet 5 of 9     ©2011 Knowles Electronics  KJ‐33000              6. INTERFACE SPECIFICATIONS  6.1  OPERATING MODES:   The KJ‐33000 has three operational modes.  When the device is powered up, it is in the  Sleep Mode.  Only the I2C interface is active and the current draw is minimized.  When  the device is read it wakes up into normal Operation Mode.  In this mode, the sensor is  sampled at 100Hz.  The first read from Sleep Mode contains stale data. A write to the I2C  address will send the device into either Low Power Mode or Sleep Mode depending on  the value of the least significant bit.          6.2 I2C CONTROLLER   The I2C controller can operate up to 400 KHz (fast mode). Seven bit addressing is  implemented. The pre‐programmed I2C address is 0x38. If the Addr line is tied to VDD,  the device will respond to address 0x39.   A read initiated from the device returns two bytes. The first byte contains a left justified  4 bit value for the X axis while the second byte contains a left justified 4 bit value for the  Y axis. The least significant 4 bits of both bytes are zero filled.   A write initiated to the device will send it into either Low Power Mode or Sleep Mode  depending on the value of the least significant bit. A ‘1’ corresponds to Low Power  Mode while a ‘0’ corresponds to Sleep Mode.   The open drain interrupt line is asserted (low level) on a change in either the X or Y  value.  No interrupts are generated when there are consecutive zeros on both axes.    Revision: A   Release Level: ACTIVE  Sheet 6 of 9     ©2011 Knowles Electronics  KJ‐33000              7. MECHANICAL SPECIFICATIONS    ITEM   LENGTH (L)   WIDTH (W)   HEIGHT (H)   POST HEIGHT (P)   DIMENSION   TOLERANCE   UNITS   9.85  9.85  1.65  1.55  ±0.10   ±0.10   ±0.05   ±0.05   mm   mm   mm   mm     PIN #  PIN NAME   TYPE   1  2  AVDD   Vio   Source  Source  Analog power supply: 3.3V typical  I/O power supply: either 1.8V or connect to Vdd   3  TEST  Digital I  Test mode select: normally connect to ground  4  Addr   Digital I  Even/Odd address select line  5  SCL  Digital I  I²C clock line  6  INT  Digital O  Open drain interrupt line  7  SDA  8  Vpp   Source  Programming power supply: Connect to Vdd   Digital I/O  Open drain I²C data line  9  Vss   Source  Digital Ground  10  Vdd   Source  Digital power supply: 3.3V typical  11  N/C   ‐‐‐‐  No Connection  12  AVss   Source  Analog Ground  13  N/C   ‐‐‐‐  No Connection  A   Case  ‐‐‐‐  Ground  B   Case  ‐‐‐‐  Ground  C   Case   ‐‐‐‐  Ground  D   Case   ‐‐‐‐  Ground  Revision: A   Release Level: ACTIVE  Sheet 7 of 9     DESCRIPTION   ©2011 Knowles Electronics  KJ‐33000            8. PACKAGE DETAIL           Part Number  Reel Width (mm)  Reel Diameter (inches)  Joystick Quantity on Reel  KJ‐33000‐004  24  13 1500    9. RECOMMENDED REFLOW TEMPERATURE PROFILE      Stage   Temperature Profile   Time (Maximum)  Pre‐Heat   170 ~ 180 C  120 sec.   Melt   Above 230 C  100 sec.   Peak   260 C Maximum  30 sec.   Notes   1. Do not board wash after reflow process.   Board     washing and cleaning agents can  damage the device.  2. Do not expose to ultrasonic processing or  cleaning.  3. Number of Reflows = Recommended no  more than 3 cycles.     Revision: A   Release Level: ACTIVE  Sheet 8 of 9     ©2011 Knowles Electronics  KJ‐33000            10.RELIABILITY SPECIFICATIONS  Test   Thermal Shock   Description   100 cycles air‐to‐air thermal shock from ‐40oC to +85oC with 15  minutes shock. (IEC 68‐2‐4)   High Temperature Operating    500 hours at 85oC under bias. (IEC 68‐2‐2 Test Ba)   Low Temperature Operating   500 hours at ‐40oC under bias. (IEC 68‐2‐1 Test Aa)  Humidity Operating   85oC/85% R.H. for 500 hours under bias. (JESD22‐A101A‐B)  Sinusoidal Vibration   Random Vibration   Electrostatic Discharge   20G, 20 to 2,000 Hz Sinusoidal sweep; 16 minutes in each  orientation (vertical and horizontal).  Mil‐Std‐883E, method  2007.2, condition A; IEC 60068‐2‐6  Acceleration Spectral Densities (m2/s3): 0.10 at 5 Hz, 2.20 at 12  Hz, 2.20 at 20 Hz, and 0.04 at 200 Hz and 500 Hz.  10 minutes in  each orientation (vertical and horizontal).  IEC 60068‐2‐34  3 discharges of 8kV direct contact discharge to the case (IEC  6100‐4‐2) and 3 discharges of 2kV direct contact to I/O terminals.  (MIL 883E, Method 3015.7)  Reflow   3 passes through reflow oven with peak temperature of 260oC  Tumble   0.5m for 300 tumbles.  Travel Life Cycles  500,000 Cycles Full Axis Travel.  Max Overload   50N for 5 seconds in the X and Y directions. 100N for 5 seconds in  the Z direction when load is applied to case corner.    11. RELIABILITY SPECIFICATIONS  Stress above the Absolute Maximum Ratings may cause permanent damage to the  device.  These are stress ratings only.  The device may not function when operated at  these or any other conditions beyond those indicated under “Electrical Specifications”.   Exposure beyond those indicated under “Electrical Specifications” for extended periods  may affect device reliability.  The information contained in this literature is based on our experience to date and is believed to be reliable and it is subject to  change without notice. It is intended as a guide for use by persons having technical skill at their own discretion and risk. We do  not guarantee favorable results or assume any liability in connection with its use. Dimensions contained herein are for reference  purposes only. For specific dimensional requirements consult factory. This publication is not to be taken as a license to operate  under, or recommendation to infringe any existing patents. This supersedes and voids all previous literature.  Revision: A   Release Level: ACTIVE  Sheet 9 of 9     ©2011 Knowles Electronics