探秘 MAX7347/MAX7348/MAX7349：低 EMI 按鍵開(kāi)關(guān)與發(fā)聲器控制器

在電子設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中，按鍵開(kāi)關(guān)和發(fā)聲器的控制是常見(jiàn)且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。今天，我們就來(lái)深入了解 Maxim 推出的 MAX7347/MAX7348/MAX7349 這三款 2 線接口的低 EMI 按鍵開(kāi)關(guān)與發(fā)聲器控制器，看看它們有哪些獨(dú)特之處。

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一、產(chǎn)品概述

MAX7347/MAX7348/MAX7349 是微處理器外設(shè)，將低噪聲按鍵開(kāi)關(guān)接口與壓電發(fā)聲器控制器相結(jié)合。其中，MAX7347 最多可監(jiān)控 24 個(gè)按鍵，MAX7348 最多可監(jiān)控 40 個(gè)按鍵，MAX7349 最多可監(jiān)控 64 個(gè)按鍵。這些按鍵輸入采用靜態(tài)監(jiān)控方式，而非動(dòng)態(tài)掃描，有效確保了低 EMI 運(yùn)行。

二、關(guān)鍵特性

2.1 按鍵監(jiān)控與 FIFO 隊(duì)列

• 能夠?qū)Π存I輸入進(jìn)行去抖處理，并維護(hù)一個(gè)最多可存儲(chǔ) 8 個(gè)去抖按鍵事件的 FIFO 隊(duì)列。按鍵去抖時(shí)間可由用戶在 9ms 至 40ms 之間進(jìn)行配置。
• 可配置中斷輸出（INT），在按鍵按下時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，還能根據(jù)需求設(shè)置最大速率，避免過(guò)多中斷對(duì)微處理器造成過(guò)載。

2.2 發(fā)聲器功能

• MAX7348/MAX7349 具備音調(diào)發(fā)生器，可在處理器控制下生成自動(dòng)按鍵點(diǎn)擊音或警報(bào)音。發(fā)聲器頻率覆蓋第 5 個(gè)音樂(lè)八度（523.25Hz 至 987.77Hz），還有另外七個(gè)高達(dá) 2637Hz 的音符。
• 發(fā)聲器輸出還可被編程為在發(fā)聲期間保持高電平或低電平，以驅(qū)動(dòng)電子發(fā)聲器、繼電器或燈。

2.3 低 EMI 設(shè)計(jì)

采用靜態(tài)矩陣監(jiān)控技術(shù)，按鍵輸入僅在開(kāi)關(guān)狀態(tài)改變時(shí)切換，減少了按鍵開(kāi)關(guān)布線產(chǎn)生的 EMI 輻射。同時(shí)，開(kāi)關(guān)矩陣兩端的電壓始終不超過(guò) 0.65V，進(jìn)一步降低了 EMI。

2.4 多種接口與配置選項(xiàng)

• 擁有 400kbps、5.5V 耐壓的 2 線串行接口，支持 2.4V 至 3.6V 的工作電壓。
• 提供四種 I2C 地址選擇，方便多個(gè)設(shè)備共享總線。
• 具備可選的 2 線串行總線超時(shí)功能，防止在讀取事務(wù)中因 SCL 掛起而導(dǎo)致 SDA I/O 保持低電平。

三、電氣特性

3.1 電源與電流

• 工作電源電壓范圍為 2.4V 至 3.6V，典型工作電源電流為 75μA，關(guān)機(jī)電源電流低至 6.44μA。

  3.2 發(fā)聲器輸出

• 發(fā)聲器輸出高電壓在輸出電流為 10mA 時(shí)為 V+ - 0.45V，輸出低電壓在輸出電流為 10mA 時(shí)為 0.15V。

  3.3 按鍵開(kāi)關(guān)參數(shù)

• 按鍵開(kāi)關(guān)源電流典型值為 28μA，源電壓典型值為 0.35V，按鍵開(kāi)關(guān)電阻最大為 1kΩ。

  3.4 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 57μs，最大值為 200μs。

四、串行接口

4.1 接口類(lèi)型與通信方式

MAX7347/MAX7348/MAX7349 通過(guò) I2C 兼容的 2 線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，使用串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時(shí)鐘線（SCL）實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備之間的雙向通信。

4.2 地址與數(shù)據(jù)傳輸

每個(gè)設(shè)備有兩個(gè) 7 位的從地址，分別用于按鍵掃描控制器和發(fā)聲器控制器。數(shù)據(jù)傳輸由主設(shè)備發(fā)起，包括起始條件、從地址、寄存器地址、數(shù)據(jù)字節(jié)和停止條件。

4.3 總線超時(shí)

具備 20ms 的最小總線超時(shí)功能，可防止在串行事務(wù)未完成時(shí) SCL 掛起導(dǎo)致 SDA I/O 保持低電平。

五、寄存器配置

5.1 按鍵掃描寄存器

• Keys FIFO 寄存器：包含按鍵 FIFO 的狀態(tài)信息和去抖后的按鍵事件。讀取該寄存器可清除中斷 INT。
• Debounce 寄存器：設(shè)置去抖周期時(shí)間和通用輸出端口（GPO）的啟用狀態(tài)。
• Autorepeat 寄存器：設(shè)置按鍵自動(dòng)重復(fù)頻率和延遲。
• Interrupt 寄存器：包含中斷請(qǐng)求功能的設(shè)置和 INT 輸出的狀態(tài)信息。
• Configuration 寄存器：反映發(fā)聲器狀態(tài)，控制 I2C 總線超時(shí)、警報(bào)輸入中斷等功能。
• Ports 寄存器：設(shè)置端口 2 至 7 和 INT 端口作為 GPO 時(shí)的值。
• Key - Sound 寄存器：指定按鍵去抖時(shí)發(fā)聲器執(zhí)行的聲音持續(xù)時(shí)間和頻率。
• Alert Sound 寄存器：指定警報(bào)輸入下降沿時(shí)發(fā)聲器執(zhí)行的聲音持續(xù)時(shí)間和頻率。

5.2 發(fā)聲器寄存器

存儲(chǔ)發(fā)聲器要執(zhí)行的聲音頻率和持續(xù)時(shí)間，以及其 2 級(jí) FIFO 的狀態(tài)。

六、應(yīng)用注意事項(xiàng)

6.1 幽靈鍵消除

幽靈鍵是按鍵開(kāi)關(guān)矩陣固有的現(xiàn)象，MAX7347/MAX7348/MAX7349 采用專(zhuān)有方案檢測(cè)并避免報(bào)告幽靈鍵。在設(shè)計(jì)需要三鍵組合的應(yīng)用時(shí)，要確保三個(gè)按鍵的布線位置不會(huì)構(gòu)成矩形的頂點(diǎn)。

6.2 低 EMI 操作

通過(guò)限制開(kāi)關(guān)矩陣兩端的電壓和采用靜態(tài)監(jiān)控方式，有效降低了 EMI 輻射。

6.3 電源供應(yīng)

使用 2.4V 至 3.6V 的電源電壓，并在靠近設(shè)備處使用 0.047μF 或更高的陶瓷電容對(duì)電源進(jìn)行旁路。

6.4 開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻

對(duì)按鍵開(kāi)關(guān)或開(kāi)關(guān)布線中的電阻不敏感，最大可承受 1kΩ 的電阻，適用于低成本的薄膜和導(dǎo)電碳開(kāi)關(guān)。

6.5 音頻換能器

發(fā)聲器輸出可直接驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的低成本壓電換能器。若使用電阻性或電感性發(fā)聲器，需在發(fā)聲器輸出和換能器之間添加耦合電容。還可通過(guò)添加低通濾波器將方波音調(diào)轉(zhuǎn)換為更接近正弦波的信號(hào)。

七、總結(jié)

MAX7347/MAX7348/MAX7349 憑借其低 EMI 設(shè)計(jì)、豐富的按鍵監(jiān)控和發(fā)聲器功能、靈活的寄存器配置以及廣泛的應(yīng)用適應(yīng)性，為電子工程師在按鍵開(kāi)關(guān)和發(fā)聲器控制方面提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在醫(yī)療儀器、儀表面板、安全門(mén)禁和工業(yè)控制等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中不妨考慮使用這幾款控制器，相信會(huì)給你的項(xiàng)目帶來(lái)不少驚喜。你在使用類(lèi)似控制器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。