一种触摸按键休眠唤醒电路及唤醒方法与流程

1.本发明涉及一种触摸按键技术领域，尤其涉及一种触摸按键休眠唤醒电路及唤醒方法。

背景技术：

2.相较于传统机械按键，电容式触摸传感器具有使用寿命长，不易磨损，时尚美观，成本低等突出优点。但是在电池供电的低功耗设备上，相比常规按键可以提供电平变化来唤醒mcu，触摸按键通常需要通过mcu定时唤醒来检测实现按键检测，为了防止漏检按键，唤醒频率不能太低，带来额外功耗。
3.触摸按键原理示意图如图1所示，在没有人体触摸的情况下，触摸按键模块所检测到的电容为触摸传感器的寄生电容c
x
，在人体触摸的情况下，会产生额外电容，c
t
为人体电容，cf为系统地和大地之间等效电容，根据触摸设备的接地情况差异，cf有所差异。
4.通常电池供电设备为了节约功耗，mcu会进入休眠状态，但是为了响应可能存在的人体触摸操作，现有技术一般采用数百毫秒唤醒一次mcu，进行触摸按键扫描，主晶振稳定和扫描时间往往需要数个毫秒时间，而实际应用中数个小时甚至更长时间才可能产生触摸，所以这种方法会极大浪费mcu的功耗。
5.为了解决定时唤醒方案浪费大量功耗的问题，现有技术存在两种唤醒电路。（1）需要对触摸按键传感器进行精确的定时充电，使其电容上电压能够进行比较，但是定时充电需要时钟模块，且对时钟模块的精度要求较高，因为充电时长直接决定了电压值，进而影响唤醒效果，成本也随之增加了。（2）另一种如申请人在专利cn210274025u中公开的唤醒电路，触摸点与唤醒引脚连接，唤醒引脚通过上拉电阻连接到单片机电源或通过下拉电阻连接到单片机的地，通过人体触碰触摸点引入人体感应的杂波信号（低频），杂波信号的峰峰值可达到触发单片机唤醒的条件，实现唤醒。但是该方法利用了人体感应的杂波，离散性较高，不太方便定量分析，当触摸按键传感器上增加盖板时，或者由于人体差异，可能会导致引入的杂波信号幅值不能达到唤醒条件，没有完善的自适应机制，存在误触发或触发难的可能性。

技术实现要素：

6.发明目的：为了解决现有技术中触摸按键唤醒电路唤醒功耗较大、电路成本较高的问题，本发明提供一种触摸按键休眠唤醒电路及唤醒方法。
7.技术方案：一种触摸按键休眠唤醒电路，包括第一参考电压、第二参考电压、触摸按键传感器、限流元件、比较器及mcu唤醒控制单元；所述限流元件的一端及触摸按键传感器的一端均连接比较器第一输入端，限流元件的另一端连接第一参考电压，触摸按键传感器的另一端接地；比较器的第二输入端连接第二参考电压；比较器的输出端连接mcu唤醒控制单元，所述第二参考电压与第一参考电压成比例，且第二参考电压小于第一参考电压。
8.进一步地，所述第二参考电压由第一参考电压分压而成。
9.进一步地，还包括第一分压电阻与第二分压电阻，第一参考电压、第一分压电阻、第二分压电阻及地依次连接，第一分压电阻与第二分压电阻的连接处输出第二参考电压。
10.进一步地，所述触摸按键传感器有多个，多个触摸按键传感器并联。
11.进一步地，所述限流元件为电阻。
12.进一步地，所述第一参考电压为内部电压或系统电源电压。
13.一种使用上述触摸按键休眠唤醒电路的触摸按键休眠唤醒方法，包括以下步骤：步骤一：mcu上电，调节第二参考电压为初始值；步骤二：mcu进入休眠状态，等待被唤醒；步骤三：当mcu被唤醒时，检查唤醒源，若唤醒源来自比较器输出通道，则对唤醒通道触摸按键进行逐个扫描，若扫描结果有按键按下，则进行按键处理，若扫描结果无按键按下，则判断为误触发，并返回至步骤二；当出现频繁误触发时，调节第二参考电压使比较器更难跳变，并返回至步骤二；若唤醒源来自rtc，则调节第二参考电压使比较器更易跳变，调整后检测比较器输出是否跳变，若发生跳变则恢复第二参考电压为本次调整前的设置值，并返回至步骤二，若无跳变则直接返回至步骤二。
14.进一步地，设置第一时间阈值，在步骤二中，mcu进入休眠状态持续时间超过第一时间阈值时，rtc启动唤醒，并继续执行步骤三。
15.进一步地，步骤三中，频繁误触发的判断方法为以下其中一种：设置第二时间阈值，若连续两次误触发的时间间隔小于第二时间阈值，则认为出现频繁误触发；设置固定时长及次数阈值，若在固定时长内误触发次数超过次数阈值，则认为出现频繁误触发。
16.进一步地，步骤一中，所述初始值为第二参考电压能够调节的最大值。
17.相比较现有技术，本发明具有以下有益效果：1、本发明通过对唤醒电路进行设计，使触摸按键传感器在充电完成时存在一个稳态电压，并将该稳态电压输入比较器一端，当触摸按键被触摸时，该稳态电压降低，在限流元件的作用下，电压降低能够保持一定时间，在该时间段内实现比较器的比较，只需调整合适的第一参考电压与第二参考电压的比例，即可在按键触摸时使比较器发生跳变，从而唤醒mcu唤醒控制单元。mcu无需定时唤醒，由主动唤醒转换为被动唤醒，大大降低了唤醒功耗。相比较定时唤醒mcu的传统唤醒方法，本专利的唤醒功耗可降低90%以上。
18.2、电路结构简单，元器件少，成本低，无需定时模块对触摸按键传感器进行定时充电，省去控制传感器充电的定时模块，相比较定时充电的唤醒电路可以大大降低成本。
19.3、根据实际情况对第二参考电压进行调整，避免频繁误触发或长时间触发不了的情况，还可以解决多通道并联检测时，电容过大导致v
cmp
变化较小不易唤醒的问题。
20.4、适用于多个触摸按键同时唤醒的情况。将多个触摸按键传感器并联，其中任意一个传感器发生触摸，均会唤醒mcu，并通过后续扫描确定发生触摸的按键。
附图说明
21.图1为触摸按键原理示意图；图2为实施例一触摸按键休眠唤醒电路示意图；
图3为实施例一触摸按键休眠唤醒方法的流程图；图4为触摸按键传感器上的电平在发生触摸后的变化情况。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释说明。
23.实施例一：如图2所示，一种触摸按键休眠唤醒电路，包括第一参考电压v
ref1
、第二参考电压v
ref2
、触摸按键传感器、限流元件、比较器及mcu唤醒控制单元。第一参考电压v
ref1
可以是芯片内部电压，也可以是系统电源电压等。限流元件采用限流电阻r1，限流电阻r1为大电阻，阻值r1≥1mω，例如可取r1=5mω，且对限流电阻的精度无要求，也可以用l尺寸远大于w尺寸的mos管实现限流作用。限流电阻r1的一端及触摸按键传感器的一端均连接比较器第一输入端，限流电阻r1的另一端连接第一参考电压v
ref1
，触摸按键传感器的另一端接地。比较器的第二输入端连接第二参考电压v
ref2
，比较器的输出端连接mcu唤醒控制单元。第二参考电压v
ref2
与第一参考电压v
ref1
成比例，可以分别独立产生，也可以将第一参考电压v
ref1
分压得到第二参考电压v
ref2
，只需要满足v
ref2
=a*v
ref1
，0＜a＜1即可，如a可取0.9。但是若采用两个独立的参考电压，其相对比例可能存在误差，比如在温度改变的情况下，两个独立的参考电压会产生不同程度的偏差，造成比例结果不准确。而选择从第一参考电压中分压得到第二参考电压的方式更优，因为两者存在精确的相对比例关系，不会因温度改变形成比例误差。
24.其具体分压方法不限，比如本实施例选择采用一组分压电阻进行分压，分压电阻包含r2、r3，用于对第一参考电压v
ref1
分压得到第二参考电压v
ref2
。还可以用l尺寸远大于w尺寸的mos多管串联实现分压。本实施例中，比较器的第一输入端为同相输入端，第二输入端为反相输入端，其两个输入端连接方式不限，只要在触摸按键传感器上的电平变化时能使比较器产生跳变即可实现唤醒目的。
25.所述分压电阻r2、r3的分压比例可为固定值，也可为可调值，固定值时无法调整参考电压的大小，这就需要产品在出厂前就确定好参考电压的大小，使得参考电压刚好处于使比较器跳变的临界状态，比如，r2=0.1*r3。为了能够在工作过程中根据使用情况对参考电压进行调整，分压电阻r2、r3中至少一个采用可调电阻，以便随时应对特殊环境下频繁误触发或者无法唤醒的问题。此外，可以通过选择较大的r2和r3的阻值，来进一步限制唤醒电路的功耗。
26.与传统的定时充电的触摸按键唤醒电路不同的是，传统定时充电的触摸按键传感器需要定时对其充电，需要使用定时模块，进行精准充电，但是本实施例的唤醒电路无需充电的定时模块，仅需要为了避免长期不唤醒使用rtc唤醒一次，但这里使用的rtc对精度无太高要求，相比较控制触摸按键传感器充电的定时模块来说精度大大降低，成本也大大降低。
27.使用上述触摸按键休眠唤醒电路的触摸按键休眠唤醒方法，如图3所示，包括以下步骤：步骤一：mcu上电，调节第二参考电压为初始值。
28.本实施例第二参考电压的初始值为可以调节的最大值，后续将第二参考电压不断从大往小调，直到刚好不再产生误触发时，此时的第二参考电压为临界值。尤其对于电池供
电的设备来说，无强电供电干扰，在无人体触摸时，测量波动较小，所以尽量通过该方式让第二参考电压逼近临界值，并且不产生误触发。逼近临界值的好处是使得真正的人体触摸时响应灵敏，不被漏过。
29.需要说明的是，这里之所以选择将第二参考电压从大往小调，因为该方式最优，是针对触摸按键唤醒的应用场景下，要求尽可能避免发生了触摸但是没有唤醒的情况，但是至于调整过程中产生的误触发，最多只是多消耗了一点功耗，而且次数有限的误触发多消耗的一点功耗对整个电池耗电周期的影响非常小，并不会对产品使用造成影响。
30.步骤二：mcu进入休眠状态，等待被唤醒。
31.在此步骤中，为了防止因外界原因（如盖板受力形变等）造成在一个较长的时间内（可以是数分钟或数个小时）无法唤醒的情况，可以设置第一时间阈值（如5~10分钟），mcu进入休眠状态持续时间超过第一时间阈值时，rtc启动唤醒，并继续执行步骤三。设置rtc唤醒的目的是为了防止第二参考电压取值不合适，无法唤醒时，通过rtc来唤醒，并对第二参考电压进行调整，使比较器更易触发，以便唤醒电路恢复正常，比如本实施例中应调大第二参考电压。所述第一时间阈值与现有技术定时唤醒方法中的定时有本质区别，现有技术定时唤醒一般为数百毫秒，而所述第一时间阈值是分钟级别，可根据外部环境调整，远远长于现有技术定时唤醒中的时长。
32.步骤三：当mcu被唤醒时，检查唤醒源，唤醒源可能来自比较器输出通道，也可能来自rtc，甚至还有可能包含其他唤醒源（因与本专利无关，不对其做过多说明）；若唤醒源来自比较器输出通道，则对唤醒通道触摸按键进行逐个扫描，若扫描结果有按键按下，则进行按键处理，若扫描结果无按键按下，则判断为误触发，并返回至步骤二；当出现频繁误触发时，调节第二参考电压使比较器更难跳变，并返回至步骤二；若唤醒源来自rtc，则调节第二参考电压，使比较器更易跳变，调整后检测比较器输出是否跳变，若发生跳变则恢复第二参考电压为本次调整前的设置值，并返回至步骤二，若无跳变则直接返回至步骤二。
33.之所以会产生误触发的情况，可能是无按键按下时检测值就已经小于参考值，也可能是因为检测值太过接近参考值时因存在干扰造成。因此在遇到频繁误触发的情况时，需要对第二参考电压进行相应调整，在本实施例中应调小第二参考电压，以使得比较器更难触发，可以每次调整步进设为一个分辨率单位。当然，具体应调大还是调小，需要结合比较器输入端的连接方式进行灵活选择。
34.对于频繁误触发的判定，可以采用但不限于以下两种方法中其中一种实现：（1）设置第二时间阈值，若连续两次误触发的时间间隔小于第二时间阈值，则认为出现频繁误触发。
35.（2）设置固定时长及次数阈值，若在固定时长内误触发次数超过次数阈值，则认为出现频繁误触发。
36.以上过程中，调节第二参考电压的方法为：通过调节分压电阻r2、r3的分压比例实现，具体可调r2，也可调r3，比如调大r3或调小r2就是调大参考电压，调小r3或调大r2就是调小参考电压。本实施例中，r2=k
×
r3，r2可调，通过将k调为最小值使得r2最小、第二参考电压最大。
37.根据实际情况对第二参考电压进行调整，可以避免频繁误触发和不唤醒的问题，
也可以解决多个触摸按键通道并联检测时，电容过大导致触摸时v
cmp1
变化较小而产生的唤不醒问题。
38.工作原理：在本实施例中，c
all
为触摸传感器上的总等效电容，比较器第一输入端电压及第二输入端电压分别为v
cmp1
和v
ref2
。v
ref2
由一组分压电阻r2、r3对第一参考电压v
ref1
分压而来，设r2=k
×
r3。通过调节k值调节第二参考电压v
ref2
与第一参考电压v
ref1
的比例，使得v
ref2
处于临界值，比如v
ref2
=0.9* v
ref1
。当无触摸时，触摸传感器上的总等效电容为c
all
，其主要包括芯片内部pad对地、外部pin引脚对地等寄生电容，v
cmp1
进入稳态时电压值等于v
ref1
。当触摸按键产生触摸时，相当于原来的等效电容上会额外并入一个增量电容，使得总等效电容c
all
变大，导致短时间内v
cmp1
下降，由v
cmp1
＞v
ref2
变为v
cmp1
＜v
ref2
，由于大电阻r1的限流作用，v
cmp1
会在v
ref2
以下保持一段时间，该时间足够比较器进行比较，从而输出发生跳变，mcu唤醒控制单元接收有效唤醒信号，mcu唤醒，进行后续精确扫描，以确定是哪个通道触摸按键传感器触发了唤醒。v
ref2
与v
ref1
的比例的选择主要取决于触摸后v
cmp1
的电压变化以及比较器的灵敏度，触摸后v
cmp1
的电压变化如图4所示。
39.实施例二：实施例二与实施例一的区别在于，实施例二中触摸按键传感器有多个，多个触摸按键传感器并联，可以根据实际需要在每个传感器与比较器第一输入端之间设置开关，以方便选择哪些触摸按键参与唤醒电路的唤醒。也可以不需要开关，凡是连接在电路中的触摸按键传感器均参与唤醒电路的唤醒。
40.在参与该唤醒电路唤醒的所有触摸按键传感器中，只要其中任意按键被触摸，v
cmp1
就会变小，从而使比较器进行跳变，唤醒mcu，以实现多通道触摸按键同时唤醒的效果。

技术特征：

1.一种触摸按键休眠唤醒电路，其特征在于，包括第一参考电压、第二参考电压、触摸按键传感器、限流元件、比较器及mcu唤醒控制单元；所述限流元件的一端及触摸按键传感器的一端均连接比较器第一输入端，限流元件的另一端连接第一参考电压，触摸按键传感器的另一端接地；比较器的第二输入端连接第二参考电压；比较器的输出端连接mcu唤醒控制单元，所述第二参考电压与第一参考电压成比例，且第二参考电压小于第一参考电压。2.根据权利要求1所述的触摸按键休眠唤醒电路，其特征在于，所述第二参考电压由第一参考电压分压而成。3.根据权利要求2所述的触摸按键休眠唤醒电路，其特征在于，还包括第一分压电阻与第二分压电阻，第一参考电压、第一分压电阻、第二分压电阻及地依次连接，第一分压电阻与第二分压电阻的连接处输出第二参考电压。4.根据权利要求1-3任一所述的触摸按键休眠唤醒电路，其特征在于，所述触摸按键传感器有多个，多个触摸按键传感器并联。5.根据权利要求1-3任一所述的触摸按键休眠唤醒电路，其特征在于，所述限流元件为电阻。6.根据权利要求1-3任一所述的触摸按键休眠唤醒电路，其特征在于，所述第一参考电压为内部电压或系统电源电压。7.一种使用权利要求1-6任一所述的触摸按键休眠唤醒电路的触摸按键休眠唤醒方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：mcu上电，调节第二参考电压为初始值；步骤二：mcu进入休眠状态，等待被唤醒；步骤三：当mcu被唤醒时，检查唤醒源，若唤醒源来自比较器输出通道，则对唤醒通道触摸按键进行逐个扫描，若扫描结果有按键按下，则进行按键处理，若扫描结果无按键按下，则判断为误触发，并返回至步骤二；当出现频繁误触发时，调节第二参考电压使比较器更难跳变，并返回至步骤二；若唤醒源来自rtc，则调节第二参考电压使比较器更易跳变，调整后检测比较器输出是否跳变，若发生跳变则恢复第二参考电压为本次调整前的设置值，并返回至步骤二，若无跳变则直接返回至步骤二。8.根据权利要求7所述的触摸按键休眠唤醒方法，其特征在于，设置第一时间阈值，在步骤二中，mcu进入休眠状态持续时间超过第一时间阈值时，rtc启动唤醒，并继续执行步骤三。9.根据权利要求7或8所述的触摸按键休眠唤醒方法，其特征在于，步骤三中，频繁误触发的判断方法为以下其中一种：设置第二时间阈值，若连续两次误触发的时间间隔小于第二时间阈值，则认为出现频繁误触发；设置固定时长及次数阈值，若在固定时长内误触发次数超过次数阈值，则认为出现频繁误触发。10.根据权利要求7或8所述的触摸按键休眠唤醒方法，其特征在于，步骤一中，所述初始值为第二参考电压能够调节的最大值。

技术总结

本发明公开了一种触摸按键休眠唤醒电路及唤醒方法，包括第一参考电压、第二参考电压、触摸按键传感器、限流元件、比较器及MCU唤醒控制单元；所述限流元件的一端及触摸按键传感器的一端均连接比较器第一输入端，限流元件的另一端连接第一参考电压，触摸按键传感器的另一端接地；比较器的第二输入端连接第二参考电压；比较器的输出端连接MCU唤醒控制单元，所述第二参考电压与第一参考电压成比例，且第二参考电压小于第一参考电压。本发明无需MCU定时唤醒，仅在触摸按键产生触摸时才唤醒，大大降低了唤醒功耗，降低产品能耗。降低产品能耗。降低产品能耗。