LM8323：一款功能强大的移动I/O伴侣芯片解析

在电子设备的设计中，一款合适的I/O伴侣芯片能极大地提升设备的性能和功能。今天我们就来深入了解一下德州仪器（TI）的LM8323，这是一款专门为减轻主机扫描矩阵键盘负担而设计的芯片，同时还具备通用I/O扩展、旋转编码器接口和PWM输出等实用功能。

文件下载：lm8323.pdf

一、LM8323的特性亮点

1. 按键扫描能力

LM8323支持最大8×12的键盘矩阵，再加上8个特殊功能（SF）键，总共能处理104个按键。SF键直接将键盘扫描输入拉到地，而不是连接到键盘扫描输出，这种设计使得按键处理更加灵活。而且，它还能将按键扫描事件存储在FIFO缓冲区中，最多可存储15个事件，方便主机后续处理。

2. 通信接口

芯片采用了与I2C兼容的ACCESS.bus接口，在从模式下支持高达400 kHz的通信速率（快速模式），能与主机进行高效稳定的通信。同时，它还具备硬件IRQ中断输出，可向主机发送键盘、旋转编码器、错误和状态等事件信号，让主机及时响应。

3. PWM输出

提供三个主机可编程的PWM输出，可用于平滑的LED亮度调制。这对于一些需要灯光控制的设备来说非常实用，比如智能手持设备的背光灯调节。

4. 通用I/O扩展

在未用于键盘或旋转编码器接口的引脚上，支持通用I/O扩展，增加了芯片的使用灵活性，能满足不同设备的多样化需求。

5. 低功耗模式

具备休眠模式，当检测到一段时间内没有按键按下、释放事件、旋转编码器计数器值变化或ACCESS.bus活动时，芯片会自动进入休眠模式，以降低功耗。而且，在任何矩阵按键扫描事件、SF键使用、ACCESS.bus接口活动或旋转编码器计数器值变化（如果启用）时，芯片都能从休眠模式中唤醒。

二、引脚分配与信号描述

LM8323采用36引脚的csBGA封装，每个引脚都有其特定的功能。例如，KP-Xx引脚为键盘扫描输入，同时也是唤醒输入；KP-Yx引脚为键盘扫描输出；GPIO引脚则可用于通用I/O扩展。此外，还有一些特殊功能引脚，如ACB_SDA和ACB_SCL用于ACCESS.bus通信，PWM0 - PWM2用于PWM输出等。

在使用未使用的信号引脚时，需要注意正确的端接方式。比如，RESET引脚若不连接外部监控电路，应连接到VCC；CONFIG_1和PWM_2/CONFIG2引脚需通过上拉或下拉电阻连接到VCC或GND，以选择从地址；XTAL_IN引脚若未使用，必须连接到VCC或GND等。

三、时钟与复位

1. 时钟系统

LM8323有多种时钟源，包括约21 MHz的系统时钟（mclk），用于驱动I2C兼容的串行ACCESS总线和其他功能模块；2MHz的处理和命令执行时钟（tC），由系统时钟派生而来；内部PWM时钟是处理和命令执行时钟的固定分频（÷ 64），接近32 kHz，也可使用外部32.768 kHz时钟或晶体作为PWM的时基。

通过WRITE_CLOCK命令可以配置时钟，该命令在系统初始化时只需执行一次，用于覆盖默认设置。

2. 复位操作

芯片可以通过外部复位、RESET命令或内部产生的上电复位（POR）信号进行复位。外部RESET输入必须保持低电平至少700 ns以确保有效复位；POR电路在VCC上升到POR阈值电压（约1.2 - 1.5V）时会产生复位信号，VCC上升时间必须大于20 μs且小于10 ms。

复位后，芯片的引脚和内部配置会有相应的默认状态。例如，部分引脚处于高阻抗模式，PWM时钟源为片上时钟除以64，键盘大小默认为3×3等。

四、应用示例与配置

1. 典型应用

在典型应用中，LM8323可以支持8×9的标准按键和8个具有唤醒功能的SF键。通过ACCESS.bus接口与主机通信，使用硬件IRQ中断向主机发送事件信号。同时，还可以通过PWM输出驱动两个LED，并实现可编程的上升和下降斜坡，PWM_2还可用于控制第三个外部LED。旋转编码器接口与KP-Y9、KP-Y10和KP-Y11引脚共用，不过在较大的键盘配置中可能无法使用。

2. 初始化配置

芯片初始化时，需要主机发送一系列命令进行配置，如WRITE_CFG、SET_KEY_SIZE、WRITE_CLK等。以一个具体的初始化示例来说，可将键盘矩阵配置为8×4，启用旋转编码器接口，设置GPIO引脚的输入输出状态和上拉下拉电阻等。通过执行READ_CONF、READ_PORT_SEL等命令可以验证这些设置。

五、按键扫描与处理

1. 按键事件编码

LM8323对按键事件进行了编码，每个矩阵位置都有对应的代码。按键按下事件的编码与释放事件的编码通过最高位（MSB）区分，按下时MSB置1，释放时MSB清零。这些编码会按发生顺序加载到FIFO缓冲区中。

2. 扫描周期

芯片以约4毫秒的固定时间间隔开始新的扫描周期。当检测到键盘状态变化时，会在消抖延迟后重新扫描键盘，确认状态变化后将其编码并写入FIFO缓冲区。在扫描周期内，只有一个KP-Yx输出引脚会被拉低，其他引脚为高电平或未驱动。

3. 多按键处理

当同时按下多个按键时，芯片会将所有按键按下和释放事件按解码顺序存储在FIFO缓冲区中。但如果同时按下的按键位于同一输入行，可能会出现检测不准确的情况，此时主机需要采取一些措施，如发送SET_ACTIVE命令来防止芯片进入休眠模式。

六、PWM输出与脚本命令

1. PWM输出架构

芯片提供三个PWM输出，具备先进的占空比上升和下降斜坡功能，以及执行简单到复杂命令序列的能力。每个PWM通道都有独立的脚本执行引擎，主机可以通过PWM_WRITE、PWM_START和PWM_STOP三个命令与脚本执行引擎进行交互。

2. 脚本命令

PWM脚本命令有固定的16位格式，与主机命令的可变长度字节格式不同。常见的脚本命令包括RAMP、SET_PWM、GO_TO_START、BRANCH、END和TRIGGER等。例如，RAMP命令可用于生成占空比斜坡，SET_PWM命令可用于设置占空比，END命令用于终止脚本执行并向主机发送中断信号。

3. 脚本示例

文档中给出了多个PWM脚本示例，展示了如何使用这些脚本命令实现复杂的占空比变化和同步操作。通过合理编写脚本，可以实现各种灯光效果，如闪烁、渐变等。

七、主机接口与命令

1. ACCESS.bus接口

LM8323通过两线的ACCESS.bus接口与主机通信，该接口与I2C总线标准兼容，芯片在400 kHz（快速模式）下作为总线从机工作。所有通信都由主机发起，通常是响应芯片发出的中断请求（IRQ低电平）。

2. 主机命令

主机可以通过一系列命令对芯片进行配置和控制，如READ_ID、WRITE_CFG、READ_INT等。这些命令涵盖了读取芯片信息、配置硬件、设置时钟、读取和写入GPIO引脚状态等功能。在使用这些命令时，需要注意命令的格式和参数设置，以确保正确操作芯片。

八、电气特性与封装信息

1. 电气特性

芯片的工作电压范围为1.62V - 1.98V，在不同工作模式下有相应的电流消耗。例如，在内部时钟工作且引脚无负载时，典型的电源电流为1.9 mA；在待机模式下，典型电流小于9 μA。同时，芯片还规定了输入输出电压、输入泄漏电流、端口输入滞后等电气参数。

2. 封装信息

LM8323提供了csBGA（NYB）封装，有不同的订购型号可供选择，如LM8323JGR8AXM/NOPB等。这些型号在包装数量、包装类型、RoHS合规性、引脚镀层/球材料、MSL评级和工作温度范围等方面基本相同，但在包装数量和包装尺寸上可能有所差异。

总结

LM8323是一款功能丰富、性能稳定的移动I/O伴侣芯片，适用于无绳电话、智能手持设备等多种应用场景。它在按键扫描、通信接口、PWM输出、低功耗设计等方面都有出色的表现。作为电子工程师，在设计相关设备时，可以充分利用LM8323的这些特性，提高设备的性能和用户体验。但在使用过程中，也需要仔细研究芯片的引脚分配、时钟与复位、命令配置等方面的细节，确保芯片能正常工作。你在实际项目中有没有使用过类似的芯片呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。