MAX7359：低 EMI 按键开关控制器的卓越之选

在电子设备的设计中，按键开关的控制是一个关键环节，尤其是在追求低电磁干扰（EMI）和低功耗的应用场景下。MAX7359 作为一款 2 线接口的低 EMI 按键开关控制器/通用输出（GPO），为工程师们提供了一个优秀的解决方案。下面将详细介绍 MAX7359 的特点、应用以及使用中的注意事项。

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一、产品概述

MAX7359 是一款 I2C 接口的外设，能为微处理器提供多达 64 个按键开关的管理功能。它会为每次按键的按下和释放生成键码，方便实现多键输入。而且，它采用静态监测按键输入的方式，确保了低 EMI 运行。该设备支持金属或电阻（碳）开关，最大电阻可达 5kΩ。

二、关键特性

低功耗设计

• 自动睡眠和自动唤醒：这两个特性进一步降低了设备的功耗。自动睡眠功能会在睡眠超时后将设备置于低功耗状态（典型值为 1µA），而自动唤醒功能则能让设备在按键按下时从睡眠模式恢复到正常工作模式。
• 超低睡眠电流：睡眠模式下的电源电流低至 0.6µA（典型值），最大不超过 5µA。

按键管理

• 按键消抖和 FIFO 队列：按键控制器对按键按下和释放事件进行消抖处理，并维护一个 FIFO 队列，最多可存储 16 个消抖后的按键事件。如果启用了自动重复功能，还能处理自动重复按键事件。
• 可配置的消抖时间：用户可以将按键消抖时间从 9ms 配置到 40ms，以适应不同的应用需求。

其他特性

• 低 EMI 设计：采用静态矩阵监测，减少了按键开关布线的 EMI 辐射。
• 硬件中断：可在 FIFO 级别或可定义的时间段结束时触发硬件中断。
• 通用输出功能：最多有七个开漏逻辑输出，可用于驱动 LED。
• 高速串行接口：支持 400kbps、5.5V 耐压的 2 线串行接口，并有可选的 2 线串行总线超时功能。
• 多种 I2C 地址选择：提供四种 I2C 地址选择，方便多个设备共享总线。
• 小封装：提供 24 引脚 TQFN（3.5mm x 3.5mm）和 25 凸点 WLP（2.31mm x 2.31mm）两种小封装，适用于手机、掌上电脑等便携式消费电子应用。

三、电气特性

电源和电流

• 工作电源电压：范围为 1.62V 至 3.6V。
• 工作电源电流：所有按键开关打开、振荡器运行且 COL2 - COL7 配置为按键开关时，典型值为 25µA，最大为 60µA。每按下 N 个按键，电流增加 (25 + 20 x N)µA。
• 睡眠模式电源电流：典型值为 0.6µA，最大为 5µA。

其他参数

• 按键开关源电流：典型值为 20µA，最大为 35µA。
• 按键开关源电压：工作模式下，典型值为 0.42V，最大为 0.55V。
• 按键开关电阻：最大为 5kΩ。
• 启动时间：从关机状态启动的时间典型值为 2ms，最大为 2.4ms。

四、引脚配置

MAX7359 的引脚分为 TQFN 和 WLP 两种封装，不同引脚具有不同的功能，如行输入、列输出、地址输入、I2C 接口、中断输出等。在使用时，需要根据具体的应用需求进行合理的连接。例如，未使用的行输入引脚可以不连接或连接到地，未使用的列输出引脚可以不连接。

五、寄存器功能

按键 FIFO 寄存器（0x00）

包含按键 FIFO 的状态信息以及经过消抖处理的按键事件。通过读取该寄存器，可以获取按键的状态和 FIFO 中的数据。

配置寄存器（0x01）

控制 I2C 总线超时功能、启用按键释放检测、启用自动唤醒功能，并确定中断的断言方式。通过设置该寄存器的不同位，可以将设备置于睡眠模式或工作模式。

消抖寄存器（0x02）

设置每个消抖周期的时间，以及是否启用 GPO 端口。用户可以根据需要调整消抖时间和 GPO 端口的启用状态。

中断寄存器（0x03）

包含中断请求功能的设置信息和 INT 输出的状态。可以配置基于 FIFO 的中断和基于时间的中断，根据不同的条件触发中断。

端口寄存器（0x04）

当端口配置为开漏 GPO 时，设置端口 2 至 7 和 INT 端口的值。对于未配置为 GPO 的端口，该寄存器的设置将被忽略。

自动重复寄存器（0x05）

启用或禁用自动重复功能，设置按键重复代码进入 FIFO 的延迟时间和频率。当自动重复功能启用时，按住按键会产生自动重复事件。

自动睡眠寄存器（0x06）

将设备置于睡眠模式以减少电流消耗。可以设置自动睡眠的时间，当在该时间内没有按键按下时，设备将进入睡眠模式。

六、应用信息

幽灵键消除

在按键开关矩阵中，可能会出现幽灵键现象。MAX7359 采用了专有方案，能够检测产生幽灵键的三键组合，并避免报告导致幽灵键事件的第三个按键。在设计需要三键组合的应用时，需要确保三个按键的布线不会形成矩形顶点，以避免幽灵键的影响。

低 EMI 操作

MAX7359 通过两种技术来减少按键开关布线的 EMI 辐射。一是在非睡眠模式下，开关矩阵两端的电压不超过 0.55V，减少了按键按下时节点的电压摆动；二是采用静态监测按键，避免了动态扫描带来的干扰辐射。

电源供应考虑

该设备的工作电源电压范围为 +1.62V 至 +3.6V，建议在靠近设备的位置使用 0.047µF 或更高的陶瓷电容将电源旁路到地，以保证电源的稳定性。

开关导通电阻

MAX7359 对按键开关或开关布线的电阻不敏感，最大可承受 5kΩ 的电阻，因此与低成本的薄膜和导电碳开关兼容。

端口电容

在按键扫描过程中，开关闭合点会有充放电过程。为了将充电时间限制在每个按键检测的分配时间内，当两个按键同时按下且共享同一列端口时，每个端口的外部电容（包括 ESD 保护二极管的电容）应小于 100pF；如果同时按下的按键不共享同一列端口，允许的外部电容可以放宽到 160pF。

软件复位

可以使用 I2C 命令通过软件对按键检测控制的序列机进行复位。在正常工作模式下，配置寄存器 0x01 的 D7 位为 1。要进行软件复位，只需发送两条 I2C 命令，分别将 D7 位设置为 0 和 1 即可。

七、总结

MAX7359 是一款功能强大、性能优越的低 EMI 按键开关控制器，适用于各种需要按键控制的便携式消费电子设备。其低功耗、低 EMI 设计以及丰富的功能特性，为工程师们提供了一个可靠的解决方案。在使用过程中，需要根据具体的应用需求合理配置寄存器和引脚，同时注意电源供应、端口电容等方面的问题，以确保设备的正常运行。你在使用 MAX7359 或其他类似控制器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。