XPT2046芯片用户手册V2.0

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1 V 年 9 月销售电话 : 传真 : 第 1 页, 共 27 页

2 目录 1 功能说明主要特性应用领域典型应用电路极限参数电气特性芯片引脚描述引脚分配图 QFN-16 封装 TSSOP-16 封装 VFBGA-16 封装引脚功能描述 XPT2046 典型参考特性工作原理基本原理描述模拟输入特性内部参考电压外部参考电压输入单端工作模式差分工作模式触摸屏应用建议温度测量电池电压测量压力测量数字接口笔中断输出转换周期时钟周期转换数字时序时钟周期转换数据格式位转换模式功耗应用注意事项芯片封装物理尺寸 QFN-16 封装 TSSOP-16 封装 VFBGA-48 封装销售电话 : 传真 : 第 2 页, 共 27 页

3 图目录图 1 XPT2046 典型应用电路... 4 图 2 XPT2046 的 QFN-16 封装管脚 ( 产品代号 :XPT2046IRGVR)... 8 图 3 XPT2046 的 TSSOP-16 封装管脚 ( 产品代号 :XPT2046IPW)... 8 图 4 XPT2046 的 VFBGA-16 封装管脚 ( 产品代号 :XPT2046IZQCR)... 8 图 5 XPT2046 模拟输入简图图 6 内部电压源示意图图 7 单端模式工作示意图 (SER/ DFR =1,Y 开关闭合,XP 作为模拟输入 ) 图 8 差分参考源工作模式简图 (SER/ DFR =0,Y 开关闭合,XP 作为模拟输入 ) 图 9 温度测量功能示意图图 10 电池电压测量功能模块图图 11 压力测量模块图图 12 8 位总线接口, 无 DCLK 时钟延迟,24 时钟周期转换时序图 13 PEN IRQ 功能模块图图 14 8 位总线接口, 无 DCLK 时钟延迟 16 时钟周期转换时序图 15 详细时序图图 16 最快转换速率,15 时钟周期转换图 17 理想情况输入电压和输出编码对应关系图 18 工作电流与采样率的关系图 19 QFN-16 封装尺寸图 20 TSSOP-16 封装尺寸图 21 VFBGA-48 封装尺寸表目录表 1 芯片极限参数表... 5 表 2 XPT2046 电气特性表... 6 DFR DFR 表 3 单端模式输入配置 (SER/ =1) 表 4 差分模式输入配置 (SER/ =0) 表 5 制字的控制位命令表 6 控制字节各位描述表 7 掉电和内部参考电压选择表 8 时序规范说明销售电话 : 传真 : 第 3 页, 共 27 页

4 1 功能说明 XPT2046 是一款 4 线制电阻式触摸屏控制器, 内含 12 位分辨率 125KHz 转换速率逐步逼近型 A/D 转换器 XPT2046 支持从 1.5V 到 5.25V 的低电压 I/O 接口 XPT2046 能通过执行两次 A/D 转换查出被按的屏幕位置, 除此之外, 还可以测量加在触摸屏上的压力内部自带 2.5V 参考电压, 可以作为辅助输入温度测量和电池监测之用, 电池监测的电压范围可以从 0V 到 6V XPT2046 片内集成有一个温度传感器在 2.7V 的典型工作状态下, 关闭参考电压, 功耗可小于 0.75mW XPT2046 采用微小的封装形式 :TSSOP-16,QFN-16 和 VFBGA-48 工作温度范围为 -40 ~+85 与 ADS7846 TSC2046 AK4182A 完全兼容 2 主要特性工作电压范围为 1.5V~5.25V 支持 1.5V~5.25V 的数字 I/O 口内建 2.5V 参考电压源电源电压测量 (0V~6V) 内建结温测量功能触摸压力测量采用 3 线制 SPI 通信接口具有自动省电功能 3 应用领域移动电话 ( 手机等 ) 触摸屏显示器, 个人数字助理 (PDA) 便携式仪器, 收款终端设备, 等等 4 典型应用电路图 1 XPT2046 典型应用电路销售电话 : 传真 : 第 4 页, 共 27 页

5 5 极限参数名称 VCC 和 IOVDD 电压模拟输入信号电压数字输入信号电压功耗表 1 芯片极限参数表参数 -0.3V 至 +6V -0.3V 至 +VCC+0.3V -0.3V 至 IOVDD+0.3V 250mW 最大结温 +150 工作温度贮存温度 -40 ~ ~+150 焊接温度 ( 小于 10 秒 ) +300 注 : 在极限值之外或任何其他条件下, 芯片的工作性能不予保证销售电话 : 传真 : 第 5 页, 共 27 页

6 5.1 电气特性限定条件 :V S =+2.7V~+5.5V,T A =-40 ~+85,VCC=+2.7V,V REF =2.5V 内部电压,f s = 125KHz,f clk =2MHz,12 位模式 ; 数字输入接地或为 IOVDD;VCC 与 IOVDD 相同表 2 XPT2046 电气特性表 XPT2046 参数条件最小值典型值最大值单位模拟输入 : 差分输入正极输入 - 负极输入 0 V REF V 单端输入正极输入 VCC+0.2 V 负极输入 V 输入电容 25 pf 漏电流 0.1 µa ADC 系统性能 : 分辨率 12 Bits 无失码 11 Bits 积分线性误差 ±2 LSB 1 失调误差 ±6 LSB 增益误差外部参考电压 ±4 LSB 噪声性能包括内部参考电压 70 µv rms 电源电压抑制比 70 db 采样性能 : 转换时间 12 时钟周期建立时间 3 时钟周期转换速率 125 KHz 选择器稳定时间 500 ns 延时时间 30 ns 抖动时间 100 ps 通道间隔离 V IN =2.5V pp,fs=50khz 100 db 开关驱动开关导通电阻 YP XP 5 Ω YN XN 6 Ω 2 驱动电流保持 100ms 50 ma 参考电压输出内部参考电压精度 V 内部参考电压温漂 15 ppm/ 参考电压静态电流 500 µa 外部参考电压输入范围 1.0 VCC V 输入阻抗 SER/DFR=0,PD1=0 1 GΩ 内部参考关断内部参考打开 250 Ω 销售电话 : 传真 : 第 6 页, 共 27 页

7 电池电压检测输入电压范围 V 输入阻抗采样电池时关闭电池检测 4 1 KΩ GΩ 精确度 V BAT =0.5V~5.5V, 外部 V REF =2.5V % V BAT =0.5V~5.5V, 使用内部 V REF % 温度测量温度范围分辨率 3 差分方式 1.6 TEMP 精确度 3 差分方式 ±2 TEMP0 4 ±3 数字输入输出逻辑类型 CMOS 电容所有数字控制输入引脚 5 15 pf V IH I IH +5µA IOVDD*0.7 IOVDD+0.3 V V IL I IL +5µA *IOVDD V V OH I OH =-250µA IOVDD*0.8 V V OL I OL =250µA 0.4 V 数据格式直接二进制电源要求 VCC 5 特性 V IOVDD 6 7 静态电流工作范围内部参考关闭 VCC 650 V V µa 内部参考打开 780 µa f 采样 =12.5KHz 220 µa 掉电状态 3 µa (CS=DCLK=DIN=IOVDD) 功耗 VCC=+2.7V 1.8 mw 温度范围说明 : 特性 LSB 表示最低有效位当 V REF = +2.5V 时, 其 LSB 是 610µV 2. 为确保芯片可靠,X Y 的驱动电流不能大于 50mA 3. 测试 TEMP0 和 TEMP1 之差, 不需校正 4. 温漂是 2.1mV/ºC 5. XPT2046 工作于 2.2V 6. IOVDD 必须小于 VCC 7. VCC 和 IOVDD 的总电流典型值包括来自当 PD0 = 0 时的辅助输入转换销售电话 : 传真 : 第 7 页, 共 27 页

8 6 芯片引脚描述 6.1 引脚分配图 QFN-16 封装 TSSOP-16 封装图 2 XPT2046 的 QFN-16 封装管脚 ( 产品代号 :XPT2046IRGVR) VFBGA-16 封装图 3 XPT2046 的 TSSOP-16 封装管脚 ( 产品代号 :XPT2046IPW) 图 4 XPT2046 的 VFBGA-16 封装管脚 ( 产品代号 :XPT2046IZQCR) 销售电话 : 传真 : 第 8 页, 共 27 页

9 6.2 引脚功能描述 QFN 引脚号 TSSOP 引脚号 VFBGA 引脚号名称说明 1 13 A5 BUSY 忙时信号线当 C S 为高电平时为高阻状态 2 14 A4 DIN 串行数据输入端当 C S 为低电平时, 数据在 DCLK 上升沿锁存进来 3 15 A3 C S 片选信号控制转换时序和使能串行输入输出寄存器, 高电平时 ADC 掉电 4 16 A2 DCLK 外部时钟信号输入 5 1 B1 和 C1 VCC 电源输入端 6 2 D1 XP XP 位置输入端 7 3 E1 YP YP 位置输入端 8 4 G2 XN XN 位置输入端 9 5 G3 YN YN 位置输入端 10 6 G4 和 G5 GND 接地 11 7 G6 V BAT 电池监视输入端 12 8 E7 AUX ADC 辅助输入通道 13 9 D7 V REF 参考电压输入 / 输出 C7 IOVDD 数字电源输入端 B7 PENIRQ 笔接触中断引脚 A6 DOUT 串行数据输出端数据在 DCLK 的下降沿移出, 当 C S 高电平时为高阻状态销售电话 : 传真 : 第 9 页, 共 27 页

10 7 XPT2046 典型参考特性条件 :T A =25,VCC=+2.7V,IOVDD=+1.8V;V REF =2.5V 外部电压,12 位模式 ;PD0=0, fs=125khz,f clk =2MHz VCC SUPPLY CURRENT vs TEMPERATURE IOVDD SUPPLY CURRENT vs TEMPERATURE Supply Current (A) VCC IOVDD Supply Current (A) Temperature (C) Temperature (C) POWER DOWN SUPPLY CURRENT vs TEMPERATURE VCC SUPPLY CURRENT vs VCC Supply Current (na) VCC Supply Current (A) f SAMPLE = 12.5kHz f SAMPLE = 125kHz Temperature (C) VCC(V) IOVDD Supply Current (A) IOVDD SUPPLY CURRENT vs IOVDD 60 1M VCC IOVDD f SAMPLE = 125kHz 30 Sample Rate (Hz) 100k 20 10k 10 f SAMPLE = 12.5kHz MAXIMUM SAMPLE RATE vs VCC 0 1k IOVDD (V) VCC (V) 销售电话 : 传真 : 第 10 页, 共 27 页

11 0.15 CHANGE IN GAIN vs TEMPERATURE 0.6 CHANGE IN OFFSET vs TEMPERATURE Delta from +25C (LSB) Delta from +25C (LSB) Temperature (C) Temperature (C) 14 REFERENCE CURRENT vs SAMPLE RATE 18 REFERENCE CURRENT vs TEMPERATURE Reference Current (A) Reference Current (A) Sample Rate (khz) Temperature (C) R ON () SWITCH ON RESISTANCE vs VCC (XP, YP: VCC to Pin; XN, YN: Pin to GND) YN XP, YP XN R ON () SWITCH ON RESISTANCE vs TEMPERATURE (XP, YP: VCC to Pin; XN, YN: Pin to GND) XN YN XP, YP VCC (V) Temperature (C) 销售电话 : 传真 : 第 11 页, 共 27 页

12 Max Absolute Delta Error from R IN = 0 (LSB) MAXIMUM SAMPLING RATE vs R IN INL: R IN = 500 INL: R IN = 2k DNL: R IN = DNL: R IN = 2k Sampling Rate (khz) Internal V REF (V) INTERNAL V REF vs TEMPERATURE Temperature (C) INTERNAL V REF vs VCC 100 INTERNAL V REF vs TURN ON TIME Internal V REF (V) Internal V REF (%) No Cap (42s) 12-Bit Settling 1F Cap (124s) 12-Bit Settling VCC(V) Turn-On Time (s) TEMP DIODE VOLTAGE vs TEMPERATURE TEMP0 DIODE VOLTAGE vs VCC TEMP Diode Voltage (mv) mV TEMP0 TEMP mV TEMP0 Diode Voltage (mv) Temperature (C) VCC (V) 销售电话 : 传真 : 第 12 页, 共 27 页

13 8 工作原理 8.1 基本原理描述 XPT2046 是一种典型的逐次逼近型模数转换器 (SAR ADC), 包含了采样 / 保持模数转换串口数据输出等功能同时芯片集成有一个 2.5V 的内部参考电压源温度检测电路, 工作时使用外部时钟 XPT2046 可以单电源供电, 电源电压范围为 2.7V~5.5V 参考电压值直接决定 ADC 的输入范围, 参考电压可以使用内部参考电压, 也可以从外部直接输入 1V~VCC 范围内的参考电压 ( 要求外部参考电压源输出阻抗低 ) X Y Z VBAT Temp 和 AUX 模拟信号经过片内的控制寄存器选择后进入 ADC,ADC 可以配置为单端或差分模式选择 VBAT Temp 和 AUX 时应该配置为单端模式 ; 作为触摸屏应用时, 应该配置为差分模式, 这可有效消除由于驱动开关的寄生电阻及外部的干扰带来的测量误差, 提高转换精度 8.2 模拟输入特性图 5 描述了 XPT2046 片内多路选择器 ADC 的模拟差分输入和差分参考电压基准表 3 和表 4 说明了 A2 A1 A0 和 SER/ DFR 控制位与 XPT2046 的配置关系这些控制位来自 DIN 脚的串行数据 ( 更详细的说明见数字接口部分 ) 图 5 XPT2046 模拟输入简图销售电话 : 传真 : 第 13 页, 共 27 页

14 表 3 单端模式输入配置 (SER/ DFR=1) A2 A1 A0 VBAT AUXIN TEMP YN XP YP Y- 位置 X- 位置 Z1- 位置 Z2- 位置 X- 驱动 Y- 驱动 +IN (TEMP0) off off IN 测量 Off On IN Off Off IN 测量 XN, On YP, On IN 测量 XN, On YP, On IN 测量 On Off IN Off Off IN (TEMP1) Off Off 表 4 差分模式输入配置 (SER/ DFR=0) A2 A1 A0 +REF REF YN XP YP Y- 位置 X- 位置 Z1- 位置 Z2- 位置驱动 YP YN +IN 测量 YP, YN YP XN +IN 测量 YP, XN YP XN +IN 测量 YP, XN XP XN +IN 测量 XP, XN 8.3 内部参考电压 XPT2046 的内部 2.5V 参考电压源可通过控制位 PD1( 见表 6 和图 6) 进行关闭或者打开一般地, 内部参考电压只用于单端模式下 V BAT Temp 和 AUX 输入测量使用差分模式, 触摸屏可以获得最佳性能如果要与 ADS7843 兼容,XPT2046 的内部参考电压源必须强行关闭因此, 上电后要对控制位 PD1 置 0 以确保关闭内部参考源 ( 见典型特性中参考电压从掉电到上电时间的关系 ) 图 6 内部电压源示意图 8.4 外部参考电压输入 +REF 和 -REF( 见图 5) 之间的电压差 ( 下文用 V REF 表示 ) 决定了模拟输入的电压范围 XPT2046 的参考电压输入范围为 1V~ VCC 参考电压越低, 则 ADC 输出的二进制数据结果每一个数字位所代表的模拟电压也越低销售电话 : 传真 : 第 14 页, 共 27 页

15 在 12 位工作方式下, 数据结果的最低位所代表的模拟电压为 V REF /4096, 其余位依此类推因此, 参考电压越低, 干扰引入的误差会越大, 此时要求尽可能使用低噪声低波动的参考电压源 ; 在设计电路板时, 尽可能减少干扰, 输入的信号噪音也不能太高, 否则会直接影响转换精度 8.5 单端工作模式 SER/ DFR 置为高电平时,XPT2046 工作在为单端模式, 单端工作模式的应用原理图 7 所示单端模式简单, 在采样过程完成后, 转换过程中可以关闭驱动开关, 降低功耗但这种模式的缺点是精度直接受参考电压源的精度限制, 同时由于内部驱动开关的导通电阻存在, 导通电阻与触摸屏电阻的分压作用, 也会带来测量误差图 7 单端模式工作示意图 (SER/ DFR=1,Y 开关闭合,XP 作为模拟输入 ) 8.6 差分工作模式 SER/ DFR 置为低电平时,XPT2046 为差分工作模式, 如图 8 所示差分模式的优点是 :+REF 和 -REF 的输入分别直接接到 YP YN 上, 可消除由于驱动开关的导通电阻引入的坐标测量误差缺点是 : 无论是采样还是转换过程中, 驱动开关都需要接通, 相对单端模式而言, 功耗增加了图 8 差分参考源工作模式简图 (SER/ DFR=0,Y 开关闭合,XP 作为模拟输入 ) 销售电话 : 传真 : 第 15 页, 共 27 页

16 8.7 触摸屏应用建议在应用中, 建议添加一些外部电容跨接于触摸屏, 以便虑掉触摸屏自身产生的噪声 ( 如 : 由 LCD 和背光电路产生的噪声 ) 电容和电阻形成一个低通滤波器从而抑制了噪声电容值过大可能导致建立时间的增加, 出现增益错误, 因此选择电容时要考虑输入信号的带宽要求 8.8 温度测量 XPT2046 集成温度检测功能, 用于温度的检测 XPT2046 的温度测量有两种方法方法一 : 直接测量利用二极管的 PN 结温度系数相对稳定的特点, 通过测试二极管的 PN 结电压来测量温度, 可以预先测试并存储室温下的 PN 结电压 ( 典型值为 600mV 左右 ),PN 结的温度系数约为 -2mV/, 测试其他温度时的 PN 结电压, 就可以得到温度这种方法测试出的温度随工艺的变化有较大变化, 而且需要校正图 9 温度测量功能示意图方法二 : 间接测量这种方法不要求指定测试温度基准, 精确度可以达到 2 这种方法需要进行二次转换: 第一次, 设置 A2A1A0 = 000, 测试 temp0 电流时的 PN 结电压 V0 第二次, 设置 A2A1A0 = 111, 实现 91 倍 temp0 大的电流, 测试此时的 PN 结电压 V1 第二次和第一次转换的电压差可以通过等式 (1) 表示 : V = kt ln(n) (1) q 其中 : N 电流比率系数, 等于 91; k 伯尔兹曼常数, 等于 q 电荷量, 等于 C 伏特每开 (V K -1 ); T 温度值 ( 开尔文 ) 方法二比方法一提供更精确的测量精度, 可达到 2 绝对温度换算公式为 : V K q (2) ( k ln( N)) 销售电话 : 传真 : 第 16 页, 共 27 页

17 其中 : V = V (I91) V (I1) (in mv) K = K/mV V = V(mV) 273 K 注意 : 由于每个测温二极管的偏置电流仅仅工作 3 个采样时钟周期 ( 仅采样期间 ), 因此, 功耗的上升是不明显的, 尤其是温度测量仅仅是偶尔出现, 此时的 XPT2046 内部的结温可以代表环境温度 8.9 电池电压测量如图 11 所示, 电池电压可以从 0V 到 6V 之间变化, 输入电压 (V BAT ) 经过分压 (1/4) 后输入至 ADC, 所以 5.5V 的电池电压被化成 1.375V 输入到 ADC, 这样也简化了复选器和控制逻辑为了降低功耗, 分压电路仅仅工作在当 A2A1A0= 010 ( 具体意义见表 3) 的采样周期图 10 电池电压测量功能模块图 8.10 压力测量 XPT2046 也能对触摸的压力进行处理为了判断触摸物体是笔还是手指, 有必要对触摸压力进行测量一般而言, 这种测量的性能要求不高, 所以采用 8 位分辨率模式 ( 但是, 下面的计算是采用 12 位分辨率模式的 ) 即可有好几种不同的方法实现本测量第一种方法需要知道 X 面板的电阻,X 位置的测量值, 触摸屏两附加面板之间的测量值 (Z1 和 Z2), 如图 12 所示可用公式 (3) 计算该触摸电阻 : X 位置 Z 2 R 触摸 =R X 面板 1 (3) 4096 Z1 第二种方法要求测出 X 面板和 Y 面板的电阻,X 和 Y 的位置, 和 Z1 的位置可采用公式 (4) 计算触摸 R 1 RX 面板 X 位置 4096 Y 位置触摸 = 电阻 : 1 - Y 面板 4096 Z (4) R 图 11 压力测量模块图销售电话 : 传真 : 第 17 页, 共 27 页

18 9 数字接口 XPT2046 数据接口是串行接口, 其典型工作时序如图 12 所示, 图中展示的信号来自带有基本串行接口的单片机或数据信号处理器处理器和转换器之间的的通信需要 8 个时钟周期, 可采用 SPI SSI 和 Microwire 等同步串行接口一次完整的转换需要 24 个串行同步时钟 (DCLK) 来完成前 8 个时钟用来通过 DIN 引脚输入控制字节当转换器获取有关下一次转换的足够信息后, 接着根据获得的信息设置输入多路选择器和参考源输入, 并进入采样模式, 如果需要, 将启动触摸面板驱动器 3 个多时钟周期后, 控制字节设置完成, 转换器进入转换状态这时, 输入采样 - 保持器进入保持状态, 触摸面板驱动器停止工作 ( 单端工作模式 ) 接着的 12 个时钟周期将完成真正的模数转换如果是度量比率转换方式 (SER/ DFR=0), 驱动器在转换过程中将一直工作, 第 13 个时钟将输出转换结果的最后一位剩下的 3 个多时钟周期将用来完成被转换器忽略的最后字节 (DOUT 置低 ) 图 12 8 位总线接口, 无 DCLK 时钟延迟,24 时钟周期转换时序控制字节由 DIN 输入的控制字如表 5 所示, 它用来启动转换, 寻址, 设置 ADC 分辨率, 配置和对 XPT2046 进行掉电控制图 12 表 5 和表 6 给出控制字的各控制位的详细说明起始位第一位, 即 S 位控制字的首位必须是 1, 即 S=1 在 XPT2046 的 DIN 引脚检测到起始位前, 所有的输入将被忽略地址接下来的 3 位 (A2 A1 和 A0) 选择多路选择器的现行通道 ( 见表 3 表 4 和图 6), 触摸屏驱动和参考源输入 MODE 模式选择位, 用于设置 ADC 的分辨率 MODE=0, 下一次的转换将是 12 位模式 ; MODE=1, 下一次的转换将是 8 位模式 SER/ DFR SER/ DFR 位控制参考源模式, 选择单端模式 (SER/ DFR=1), 或者差分模式 (SER/ DFR=0) 在 X 坐标 Y 坐标和触摸压力测量中, 为达到最佳性能, 首选差分工作模式参考电压来自开关驱动器的电压在单端模式下, 转换器的参考电压固定为 VREF 相对于 GND 引脚的电压 ( 更详细的说明, 见表 3 和表 4, 图 5 和图 8) PD0 和 PD1 表 5 展示了掉电和内部参考电压配置的关系 ADC 的内部参考电压可以单独关闭或者打开, 但是, 在转换前, 需要额外的时间让内部参考电压稳定到最终稳定值 ; 如果内部参考源处于掉电销售电话 : 传真 : 第 18 页, 共 27 页

19 状态, 还要确保有足够的唤醒时间 ADC 要求是即时使用, 无唤醒时间的另外还得注意, 当 BUSY 是高电平的时候, 内部参考源禁止进入掉电模式 XPT2046 的通道改变后, 如果要关闭参考源, 则要重新对 XPT2046 写入命令表 5 制字的控制位命令位 7 (MSB) 位 6 位 5 位 4 位 3 位 2 位 1 位 0(LSB) S A2 A1 A0 MODE SER/ DFR PD1 PD0 表 6 控制字节各位描述位名称功能描述 7 S 开始位为 1 表示一个新的控制字节到来, 为 0 则忽略 PIN 引脚上数据 6-4 A2-A0 通道选择位参见表 1 和表 2 3 MODE 12 位 /8 位转换分辨率选择位为 1 选择 8 位为转换分辨率, 为 0 选择 12 位分辨率 2 SER/ DFR 单端输入方式 / 差分输入方式选择位为 1 是单端输入方式, 为 0 是差分输入方式 1-0 PD1-PD0 低功率模式选择位若为 11, 器件总处于供电状态 ; 若为 00, 器件在变换之间处于低功率模式如果采用单端模式测量 X 坐标 Y 坐标和触摸压力, 则需要添加一个外部参考电压, 并且 XPT2046 的电源也必须来自这个外部参考源需要特别注意的一点是, 当使用单端模式时, 输入 ADC 的电压不能超过内部参考电压, 尤其是当工作电压大于 2.7V 的时候注意 : 差分模式仅用于 X 坐标 Y 坐标和触摸压力的测量, 其它测量要求采用单端模式表 7 掉电和内部参考电压选择 PD1 PD0 PEN IRQ 功能说明 0 0 使能在两次 A/D 转换之间掉电, 下次转换一开始, 芯片立即进入完全上电状态, 而无需额外的延时在这种模式下,YN 开关一直处于 ON 状态 0 1 禁止参考电压关闭,ADC 打开 1 0 使能参考电压打开,ADC 关闭 1 1 禁止芯片处于上电状态, 参考电压和 ADC 总是打开 10 笔中断输出笔中断输出功能如图 13 所示在 PD0=0 的掉电状态下,Y 驱动器工作, 触摸屏的 Y- 面板被连到 GND PEN IRQ 输出通过两个开关和 XP 输入连在一起当屏幕上有触摸动作时,XP 输入通过触摸屏下拉到地在 XPT2046 的绝大部分工作方式下, 内部上拉电阻标称值是 50KΩ, 但它的实际值可随温度的变动而在 36 KΩ~67 KΩ 之间波动为了确保出现在 PEN IRQ 电路中的逻辑 0 电平电压低于 0.35 VCC,XP 和 YN 之间的总电阻必须小于 21KΩ 点需要注意的是, 上拉电阻越高, PEN IRQ 对触摸屏的反应也就也越慢, 所以, 编写软件时要考虑到这一销售电话 : 传真 : 第 19 页, 共 27 页

20 图 13 PEN IRQ 功能模块图由于电流通过触摸屏流到地, PEN IRQ 变低并作为处理器的中断信号在测量 X Y 和 Z 坐标的过程中,XP 输入将与 PEN IRQ 内部上拉电阻分离, 这样可以避免来自这个内部上拉电阻的漏电流流过触摸屏, 同时也避免了误差此外, 在 X Y 和 Z 坐标测量中, PEN IRQ 被禁止, 输出为低电平 ; 在测量 VBAT AUX 和 temp 过程中, PEN IRQ 被禁止, 输出为高电平如果最后写进 XPT2046 的控制字包含了 PD0=1, 笔中断输出功能禁止, 不能监测触摸屏上触摸动作在这些情况下, 要重新使能笔中断输出功能, 需把带有 PD0=0 的控制字写入 XPT2046 如果在最后写入的控制字中包含了 PD0=0, 笔中断输出将在这次转换结束后使能转换结束发生在输出转换数据位 1 时的 DCLK 时钟的下降沿建议无论在任何时候, 处理器在发控制字给 XPT2046 之前都要屏蔽 PEN IRQ 的中断, 以避免错误的中断的触发 11 转换周期时钟周期转换第 n+1 次转换的控制位可以与第 n 次转换部分重叠, 所以可以用 16 个时钟周期完成一次转换, 如图 15 所示图 14 也说明了处理器和转换器之间的串行通信是可以双向独立进行的此时, 每次转换必须在开始后 ( 接收到 start) 的 1.6mS 内完成, 否则输入采样保持电路取样的信号会逐渐被放电衰减, 影响转换结果另外, 在转换过程中另一串行通信的存在会使 XPT2046 工作于全功耗状态下图 14 8 位总线接口, 无 DCLK 时钟延迟 16 时钟周期转换时序销售电话 : 传真 : 第 20 页, 共 27 页

21 11.2 数字时序图 12 图 15 和表 8 指明了 XPT2046 数字接口的详细时序符号说明图 15 详细时序图表 8 时序规范说明 +VCC 2.7V, +VCC IOVDD 1.5V, C LOAD = 50pF 最小值典型值最大值 tacq 获取时间 1.5 μs tds DIN 在 DCLK 上升沿前生效 100 ns tdh DIN 保持在 DCLK 高电平后 50 ns tdo DCLK 下降沿到 DOUT 生效 200 ns tdv CS 下降沿到 DOUT 使能 200 ns ttr CS 上升沿到 DOUT 禁止 200 ns tcss CS 下降沿到第一个 DCLK 上升沿 100 ns tcsh CS 上升沿到 DCLK 被忽略 10 ns tch DCLK 高电平 200 ns tcl DCLK 低电平 200 ns tbd DCLK 下降沿到 BUSY 上升 / 下降 200 ns tbdv CS 下降沿到 BUSY 使能 200 ns tbtr CS 上升沿到 BUSY 禁止 200 ns 时钟周期转换图 16 给出了 XPT2046 的最快时序这种方法不支持大部分的微控制器和数字信号处理器的串行接口, 因为它们一般都不提供 15 周期的串行传输方式但是, 这种方法适用于 FPGA 和 ASIC 需要注意的是, 这样有效地提高了转换器的最大转换速率单位 11.4 数据格式图 16 最快转换速率,15 时钟周期转换 XPT2046 的输出数据格式是标准二进制格式图 17 给出了不同电压对应的理想输出编码销售电话 : 传真 : 第 21 页, 共 27 页

22 FS = Full Scale Voltage = VREF 1LSB = VREF/ LSB Output Code V FS 1LSB Input Voltage (V) 图 17 理想情况输入电压和输出编码对应关系位转换模式在不影响输出精度的前提下提高数据吞吐量,XPT2046 可以采用 8 位的转换模式切换到 8 位转换模式, 完成提前 4 个时钟完成一次转换不仅每次转换缩短了都 4 位 ( 数据吞吐量提高了 25%), 而且由于精度的降低, 可以工作在更快的转换速率下, 时钟速度可以提高 50%, 时钟速度的提高和转换周期的减少, 共同可以使转换速率提高 2 倍 12 功耗 XPT2046 存在两种功耗模式 : 全功耗 (PD0=1) 和自动掉电 (PD0=0) 在频繁转换时,XPT2046 花大部分时间在捕捉或转换上, 所以即使进入自动掉电模式, 也是很少有时间停留在掉电状态的因此, 在这种情况下的全功耗和自动掉电之间的差别可以忽略但在不频繁转换时, 每次转换间隔很久, 自动掉电模式可以节省很多功耗图 18 展示了降低 DCLK 时钟频率 ( 正比于转换速率 ) 或者保持 DCLK 时钟频率最高 (2MHz) 与减少每秒钟转换次数之间的差别后者进入省电模式的时间明显比前者的要多 ( 假定自动省电模式被激活 ) 另一种有关功耗的重要因素是转换器的参考源模式单端模式下, 仅当在采集模拟输入电压 ( 图 8 和表 3) 时触摸面板驱动器工作因此, 仅在在采集周期为外部设备 ( 如, 电阻式触摸屏 ) 提供电源差分模式下, 整个采集和转换周期 ( 见图 9 ) 都得提供电源给外部设备在频繁转换时, 这将导致功耗大幅度增长 CS 信号也可以让 XPT2046 进入掉电模式当 CS 置高时,XPT2046 立即进入掉电模式, 当前转换终止, 但内部参考源并没有关闭如果要关闭内部参考源, 则要在 CS 置高前写入命令 (PD1=0) 对其进行关闭在 XPT2046 首次上电时, 芯片将吸取大约 20µA 的电流, 直到写入 PD0=0 的命令字让其进入掉电模式在 CS =0 DCLK=IOVDD 时, 不会有这种情况销售电话 : 传真 : 第 22 页, 共 27 页

23 1000 f CLK = 16 f SAMPLE Supply Current (A) fclk = 2MHz S upp ly Cu rre nt from VCC and IO VD D TA = 25ºC VCC = 2.7V IOVDD = 1.8V 1 1k 10k 100k 1M fsample (Hz) 图 18 工作电流与采样率的关系 13 应用注意事项遵循以下规则, 可以让 XPT2046 的优越性能得到充分发挥大多数便携系统设计中都存在着有关功耗成本尺寸和重量之间的矛盾一般来说, 绝大部分便携系统的芯片需要有相当干净的电源和地, 这是因为其内部大部分器件的功耗非常低这将意味着更少的旁路和更少的共地况且, 情况各不尽相同, 所以应注意下面的建议与要求为使芯片的性能得以最优发挥, 必须特别小心处理好 XPT2046 电路的物理连线基本的 SAR 结构对脉冲干扰, 电源电压参考电压地线连接的突变, 和仅发生在模拟比较器输出锁存之前的数字输入是相当敏感的因此, 在 n 位的 SAR 转换器的任何一次转换中, 都将有 n 个由外部瞬态电压变化形成的窗口影响着转换结果类似这样的脉冲干扰还有可能来源于开关电源, 数字逻辑电路附近, 和大功率器件这些干扰对数字逻辑输出造成的误差取决于参考电压布局布线和外部时序 DCLK 输入时序的变化同样也对数字逻辑输出的误差存在影响出于上述的干扰影响考虑, 供给 XPT2046 的电源必须是干净的, 并且是有很好的旁路在尽量紧靠芯片旁边, 加一个 0.1µF 的瓷介电容如果 VCC( 或者 IOVDD) 与电源之间呈高阻抗, 那么还应该添加一个 1µF~10µF 的电容所有电容的漏电流务必足够小, 避免在 XPT2046 掉电时给系统带来额外的功耗一般地,VREF 管脚不需要加旁路电容, 因为内部参考电压已经通过内部运算放大器缓冲输出但是, 如果使用外部参考电压源, 需加旁路电容, 并确保不引起振荡 XPT2046 对外部参考电压源输入没有噪声抑制能力, 如果参考电压源输入直接与电源连在一起, 电源上的噪声和纹波将直接影响转换数值精度尽管高频噪声可以滤除, 但工频信号干扰的滤除相当困难, 这是在设计中需要高度注意的 XPT2046 的 GND 一般地认为模拟地 GND, 管脚必须接到相当干净的接地点上去, 避免与微控制器或者数字信号处理器的接地点靠近如果有可能, 最好将转换器的地单独连线至电源内部 ( 或者电池 ) 的接地点最理想的布局将转换器和其他模拟电路置于同一个模拟地平面上销售电话 : 传真 : 第 23 页, 共 27 页

24 特别地, 在使用电阻式触摸屏时要留意触摸屏与 XPT2046 之间的连接因为电阻式触摸屏的电阻比较小, 所以屏与 XPT2046 之间的连线要尽量短, 连线的电阻要尽量小长连线会带来更多的误差, 这正像开关的导通电阻另外, 焊接点松弛以及接触点不牢固也会给应用带来误差除了前面所说的, 另外在触摸屏应用 ( 例如, 应用中使用了 LCD 背光板 ) 中噪声也是造成误差的重要原因 EMI 噪声可以通过 LCD 面板耦合给触摸屏面板, 造成数据输出不稳定有毛刺无法校准等等尽量减少这些误差, 有几种可行的方法 : 在触摸屏底部加一个金属屏蔽罩, 屏蔽罩要接地 ; 在 YP YN XP 和 XN 引脚上分别对地接滤波电容 ; 但必须注意到, 这些设置会对触摸屏的响应时间带来影响, 特别是在单端模式同时数据传输速度又比较高的应用场合销售电话 : 传真 : 第 24 页, 共 27 页

25 14 芯片封装物理尺寸 14.1 QFN-16 封装图 19 QFN-16 封装尺寸销售电话 : 传真 : 第 25 页, 共 27 页

26 14.2 TSSOP-16 封装图 20 TSSOP-16 封装尺寸销售电话 : 传真 : 第 26 页, 共 27 页

27 14.3 VFBGA-48 封装图 21 VFBGA-48 封装尺寸销售电话 : 传真 : 第 27 页, 共 27 页

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×××芯片用户手册用户手册通讯地址 : 深圳市南山区蛇口南海大海 1079 号花园城数码大厦 A 座 9 楼邮政编码 :518057 公司电话 :+(86 755)86169257 传真 :+(86 755)86169057 公司网站 :www.chipsea.com 第 1 页, 共 13 页历史修改记录历史修改记录时间记录版本号 2012-12-19 更换新 LOGO, 重新发布 1.0 第 2 页,