深入理解应用广泛的QMatrix技术

　　完善的内部信号处理：QMatrix含有所有的信号滤波，放反跳逻辑，以及要求可靠工作寿命长达几十年所需的自动漂移补偿。这些器件中有许多包括FMEA(失效模式和影响分析)自检子程序，报告任何类型的电路故障，例如用于fail-safe操作的短路和开路，从而使得这些器件特别适合于厨房和汽车应用。

　　设计故障诊断：QMatrix器件还有一个独一无二的特性，即能够实时地将实际的键盘信号和诊断信号通过一个采用QmBtn软件的USB接口发送到任意一台电脑上进行观察分析，QmBtn软件可以从量研集团的网站上免费下载。能够实时观察键盘信号的能力为设计增添了高度的信心。

　　发光和背光键始终都是设计师颇感兴趣的。通过简单地将PCB开口，并将驱动/接收电极环绕表面贴装LED及其焊盘和连线，即可把LED放置到QMatrix键盘的中央。甚至这可以在单面PCB上来实现。当被印刷到一片像PET胶片这类的清晰透明的基片上时，可以采用来自Agfa N.V的Orgacon?以及可印刷的ITO这类清晰的导体材料来实现清晰的背光分离按键。用透明的薄胶膜将PET胶片粘合到前面板的背面。将带有LED的PCB放置到这一层的后面，产生所需的背光。可以采用光导和散射来实现更好的背光性能。

　　触摸屏：利用QMatrix的特殊器件(与量研协商)还可以驱动带有1层或2层ITO(Indium Tin Oxide  PET上的氧化铟锡，图6)的容性触摸屏。利用一片QMatrix芯片可以兼容驱动传统的键盘和触摸屏两种键盘，从而可以实现与用于整个前面板的主处理器的无缝接口。将ITO连接到扫描矩阵并提供覆盖LCD显示器的大量分离按键。Whirlpool Velos微波炉在一层固态的、完整的玻璃后面采用了这一方法，实现了独特的设计。用这种方式实现的触摸屏不可能损坏，并具有比阻性屏高得多的透明度。

　　接近式感应限制：由于电极间的电场的封闭特性，这类器件不适用于接近式感应设计，除非采用间隔距离较远的大电极，使场线能够辐射到面板前方的自由空间。QTouch器件通常可以更好地实现远距离的接近式感应，因为其场线能够更好地辐射到自由空间。但与Q触摸技术不一样，QMatrix电极更能容忍与接地面以及附近其他印制导线之间的杂散电容的存在。

器件特殊说明

　　Quantum QT6xxxx系列的器件都是QMatrix IC，用的几乎都是同一器件，即QT60645，可以实现的键盘数量从16到64。器件编号中间的3位代表器件的键盘数量，而末位数字则代表变更码。QT60160和QT60240是专门为低成本应用设计的，不过没有FMEA(安全自检)功能，非常适用于像MP3和手机这类便携式应用，以及像洗衣机这类的非厨房类应用。这两种器件都采用I2C接口，而在其他绝大多数的Q系列中用的都是SPI接口。

　　所有QMatrix器件都采用AKS(Adjacent Key Suppression)专利技术。该技术允许将所有按键都密集地布置到键盘上，且一定程度上解决了由于手指触摸在交叠位置引起对多按键同时触摸引发的模糊触摸问题。其实现方法是对来自同时被触摸的各键的信号进行信号强度分析。该技术还可以支持便携式设备的“头部和口袋误触摸检测”，例如手机，在用户手持听电话时可能会碰触头部，或者在口袋里会被误触摸。实现的方法是在键盘附近策略地安置了“保护键”，当保护键被触发后，可以锁住任何一个键或者所有键，以防止误操作。该技术还可以用来防止面板表面水膜的影响。定制：超过一半的QMatrix器件可以定制，来满足特定的应用。定制过程很简单，因为这些芯片都内含带有闪存的微控制器。在量研集团的零件表中，从‘QT6C’开始往后的都是定制器件，这些在公司的网站上没有详细介绍。

图5  QMatrix按键和触摸屏的一体式设计。利用一片QT6定制单芯片同时驱动PCB电极以及ITO胶片上的键盘

应用

　　自从1999年研发出来后，QMatrix器件的主要应用集中在厨房领域，主要的客户包括Whirlpool, Miele和Electrolux。主要用的都是按键数量较多的器件，例如QT60326或其他定制器件。从Whirlpool Velos Speedcook微波炉(图6)开始，对触摸屏的兴趣大增，该设备采用了QT6系列的器件。从此，采用该技术的大量触摸屏设计开始进入市场。


图6  Whirlpool Velos微波炉采用单芯片QMatrix来驱动21个传统的触摸按键，以及构成LCD触摸屏的10个透明式ITO胶片式按键。该设计采用了单层CEM-1 PCB，成本很低

　　后来利用QMatrix实现了手机和其他便携式应用中的设计，其成功的原因主要在于该技术相对于其他老式方案的技术优越性，并能减小封装尺寸，另外就是能够实现较多的按键数量。此外，该技术还赢得了汽车领域中的设计，因为它在极为恶劣的环境条件下具有工业级的鲁棒性。

图7  量研集团销售像E6240这类的QMatrix演示版，为用户提供该技术的评估手段。该评估板可以支持各种键盘尺寸和布局，演示了QT6系列器件的强大功能。为了能够实时信号的全景观测，该评估板还配有QmBtn电脑软件