MAX7359：低 EMI 按鍵開關(guān)控制器的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，按鍵開關(guān)的控制是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其是在追求低電磁干擾（EMI）和低功耗的應(yīng)用場(chǎng)景下。MAX7359 作為一款 2 線接口的低 EMI 按鍵開關(guān)控制器/通用輸出（GPO），為工程師們提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。下面將詳細(xì)介紹 MAX7359 的特點(diǎn)、應(yīng)用以及使用中的注意事項(xiàng)。

文件下載：MAX7359.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX7359 是一款 I2C 接口的外設(shè)，能為微處理器提供多達(dá) 64 個(gè)按鍵開關(guān)的管理功能。它會(huì)為每次按鍵的按下和釋放生成鍵碼，方便實(shí)現(xiàn)多鍵輸入。而且，它采用靜態(tài)監(jiān)測(cè)按鍵輸入的方式，確保了低 EMI 運(yùn)行。該設(shè)備支持金屬或電阻（碳）開關(guān)，最大電阻可達(dá) 5kΩ。

二、關(guān)鍵特性

低功耗設(shè)計(jì)

• 自動(dòng)睡眠和自動(dòng)喚醒：這兩個(gè)特性進(jìn)一步降低了設(shè)備的功耗。自動(dòng)睡眠功能會(huì)在睡眠超時(shí)后將設(shè)備置于低功耗狀態(tài)（典型值為 1μA），而自動(dòng)喚醒功能則能讓設(shè)備在按鍵按下時(shí)從睡眠模式恢復(fù)到正常工作模式。
• 超低睡眠電流：睡眠模式下的電源電流低至 0.6μA（典型值），最大不超過 5μA。

按鍵管理

• 按鍵消抖和 FIFO 隊(duì)列：按鍵控制器對(duì)按鍵按下和釋放事件進(jìn)行消抖處理，并維護(hù)一個(gè) FIFO 隊(duì)列，最多可存儲(chǔ) 16 個(gè)消抖后的按鍵事件。如果啟用了自動(dòng)重復(fù)功能，還能處理自動(dòng)重復(fù)按鍵事件。
• 可配置的消抖時(shí)間：用戶可以將按鍵消抖時(shí)間從 9ms 配置到 40ms，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

其他特性

• 低 EMI 設(shè)計(jì)：采用靜態(tài)矩陣監(jiān)測(cè)，減少了按鍵開關(guān)布線的 EMI 輻射。
• 硬件中斷：可在 FIFO 級(jí)別或可定義的時(shí)間段結(jié)束時(shí)觸發(fā)硬件中斷。
• 通用輸出功能：最多有七個(gè)開漏邏輯輸出，可用于驅(qū)動(dòng) LED。
• 高速串行接口：支持 400kbps、5.5V 耐壓的 2 線串行接口，并有可選的 2 線串行總線超時(shí)功能。
• 多種 I2C 地址選擇：提供四種 I2C 地址選擇，方便多個(gè)設(shè)備共享總線。
• 小封裝：提供 24 引腳 TQFN（3.5mm x 3.5mm）和 25 凸點(diǎn) WLP（2.31mm x 2.31mm）兩種小封裝，適用于手機(jī)、掌上電腦等便攜式消費(fèi)電子應(yīng)用。

三、電氣特性

電源和電流

• 工作電源電壓：范圍為 1.62V 至 3.6V。
• 工作電源電流：所有按鍵開關(guān)打開、振蕩器運(yùn)行且 COL2 - COL7 配置為按鍵開關(guān)時(shí)，典型值為 25μA，最大為 60μA。每按下 N 個(gè)按鍵，電流增加 (25 + 20 x N)μA。
• 睡眠模式電源電流：典型值為 0.6μA，最大為 5μA。

其他參數(shù)

• 按鍵開關(guān)源電流：典型值為 20μA，最大為 35μA。
• 按鍵開關(guān)源電壓：工作模式下，典型值為 0.42V，最大為 0.55V。
• 按鍵開關(guān)電阻：最大為 5kΩ。
• 啟動(dòng)時(shí)間：從關(guān)機(jī)狀態(tài)啟動(dòng)的時(shí)間典型值為 2ms，最大為 2.4ms。

四、引腳配置

MAX7359 的引腳分為 TQFN 和 WLP 兩種封裝，不同引腳具有不同的功能，如行輸入、列輸出、地址輸入、I2C 接口、中斷輸出等。在使用時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行合理的連接。例如，未使用的行輸入引腳可以不連接或連接到地，未使用的列輸出引腳可以不連接。

五、寄存器功能

按鍵 FIFO 寄存器（0x00）

包含按鍵 FIFO 的狀態(tài)信息以及經(jīng)過消抖處理的按鍵事件。通過讀取該寄存器，可以獲取按鍵的狀態(tài)和 FIFO 中的數(shù)據(jù)。

配置寄存器（0x01）

控制 I2C 總線超時(shí)功能、啟用按鍵釋放檢測(cè)、啟用自動(dòng)喚醒功能，并確定中斷的斷言方式。通過設(shè)置該寄存器的不同位，可以將設(shè)備置于睡眠模式或工作模式。

消抖寄存器（0x02）

設(shè)置每個(gè)消抖周期的時(shí)間，以及是否啟用 GPO 端口。用戶可以根據(jù)需要調(diào)整消抖時(shí)間和 GPO 端口的啟用狀態(tài)。

中斷寄存器（0x03）

包含中斷請(qǐng)求功能的設(shè)置信息和 INT 輸出的狀態(tài)?？梢耘渲没?FIFO 的中斷和基于時(shí)間的中斷，根據(jù)不同的條件觸發(fā)中斷。

端口寄存器（0x04）

當(dāng)端口配置為開漏 GPO 時(shí)，設(shè)置端口 2 至 7 和 INT 端口的值。對(duì)于未配置為 GPO 的端口，該寄存器的設(shè)置將被忽略。

自動(dòng)重復(fù)寄存器（0x05）

啟用或禁用自動(dòng)重復(fù)功能，設(shè)置按鍵重復(fù)代碼進(jìn)入 FIFO 的延遲時(shí)間和頻率。當(dāng)自動(dòng)重復(fù)功能啟用時(shí)，按住按鍵會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)重復(fù)事件。

自動(dòng)睡眠寄存器（0x06）

將設(shè)備置于睡眠模式以減少電流消耗?？梢栽O(shè)置自動(dòng)睡眠的時(shí)間，當(dāng)在該時(shí)間內(nèi)沒有按鍵按下時(shí)，設(shè)備將進(jìn)入睡眠模式。

六、應(yīng)用信息

幽靈鍵消除

在按鍵開關(guān)矩陣中，可能會(huì)出現(xiàn)幽靈鍵現(xiàn)象。MAX7359 采用了專有方案，能夠檢測(cè)產(chǎn)生幽靈鍵的三鍵組合，并避免報(bào)告導(dǎo)致幽靈鍵事件的第三個(gè)按鍵。在設(shè)計(jì)需要三鍵組合的應(yīng)用時(shí)，需要確保三個(gè)按鍵的布線不會(huì)形成矩形頂點(diǎn)，以避免幽靈鍵的影響。

低 EMI 操作

MAX7359 通過兩種技術(shù)來減少按鍵開關(guān)布線的 EMI 輻射。一是在非睡眠模式下，開關(guān)矩陣兩端的電壓不超過 0.55V，減少了按鍵按下時(shí)節(jié)點(diǎn)的電壓擺動(dòng)；二是采用靜態(tài)監(jiān)測(cè)按鍵，避免了動(dòng)態(tài)掃描帶來的干擾輻射。

電源供應(yīng)考慮

該設(shè)備的工作電源電壓范圍為 +1.62V 至 +3.6V，建議在靠近設(shè)備的位置使用 0.047μF 或更高的陶瓷電容將電源旁路到地，以保證電源的穩(wěn)定性。

開關(guān)導(dǎo)通電阻

MAX7359 對(duì)按鍵開關(guān)或開關(guān)布線的電阻不敏感，最大可承受 5kΩ 的電阻，因此與低成本的薄膜和導(dǎo)電碳開關(guān)兼容。

端口電容

在按鍵掃描過程中，開關(guān)閉合點(diǎn)會(huì)有充放電過程。為了將充電時(shí)間限制在每個(gè)按鍵檢測(cè)的分配時(shí)間內(nèi)，當(dāng)兩個(gè)按鍵同時(shí)按下且共享同一列端口時(shí)，每個(gè)端口的外部電容（包括 ESD 保護(hù)二極管的電容）應(yīng)小于 100pF；如果同時(shí)按下的按鍵不共享同一列端口，允許的外部電容可以放寬到 160pF。

軟件復(fù)位

可以使用 I2C 命令通過軟件對(duì)按鍵檢測(cè)控制的序列機(jī)進(jìn)行復(fù)位。在正常工作模式下，配置寄存器 0x01 的 D7 位為 1。要進(jìn)行軟件復(fù)位，只需發(fā)送兩條 I2C 命令，分別將 D7 位設(shè)置為 0 和 1 即可。

七、總結(jié)

MAX7359 是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的低 EMI 按鍵開關(guān)控制器，適用于各種需要按鍵控制的便攜式消費(fèi)電子設(shè)備。其低功耗、低 EMI 設(shè)計(jì)以及豐富的功能特性，為工程師們提供了一個(gè)可靠的解決方案。在使用過程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求合理配置寄存器和引腳，同時(shí)注意電源供應(yīng)、端口電容等方面的問題，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。你在使用 MAX7359 或其他類似控制器時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。