在当今电子设备追求小型化、长续航的时代背景下，低功耗技术成为了芯片设计领域的关键要素。触摸按键作为一种比传统机械按键更加美观时尚的交互方式，其应用场景正日益广泛。瑞萨基于 CTSU2 新一代触摸 IP 的触控芯片自推出以来，凭借其在抗噪性能、灵敏度和低功耗等方面的优势，受到了众多客户的青睐，尤其在白色家电产品中得到了广泛应用。本文将基于 RL78 系列的 G22 和 G23 产品，深入探讨触摸按键结合低功耗功能的具体实际应用。
瑞萨在 2019 年推出的新一代触摸 IP CTSU2，相较于上一代的 CTSU，在多个关键性能指标上进行了显著优化和提升。它增加了三频率检测功能和共用屏蔽电极技术，支持并行高速扫描，这些特性使得芯片在复杂的电磁环境中能够更准确地检测触摸信号。同时，通过 MEC 多电极连接功能和 Auto judgement 自动判断功能，CTSU2 能够有效降低整体功耗，更好地适应客户多样化的应用需求。
瑞萨芯片除了正常运行模式外，还支持多种低功耗模式，如轻度睡眠模式、待机模式和深度待机模式等。这些模式为不同的应用场景提供了灵活的选择，能够在满足系统功能需求的前提下，地降低功耗。图 1 对瑞萨芯片的各种工作模式进行了详细汇总。
值得一提的是，瑞萨的各种系列触摸芯片都支持 SNOOZE 模式。在该模式下，部分外设模块（如 UART、AD、触摸和定时器等）可以在不唤醒 CPU 的情况下独立运行。通过合理配置请求和结束条件，芯片可以在待机模式下进入或退出 SNOOZE 模式；通过配置取消条件，SNOOZE 模式也可以返回到正常运行模式。因此，SNOOZE 模式在触摸低功耗应用场景中起着至关重要的作用。图 2 展示了一个典型的 SNOOZE 模式配合触摸功能的应用示例。
接下来，我们将针对不同的触摸应用场景，详细分析如何选择合适的低功耗功能。
- G22 芯片的低功耗应用：G22 芯片支持 MEC 多电极连接功能和 Auto judgement 自动判断功能，这使得它能够地降低整体平均功耗。MEC 多电极连接功能允许将 MCU 内部的多个自容电极连接起来，作为一个电极进行测量。这意味着触摸任意按键都可以唤醒低功耗状态，无需按特定按键。同时，该功能还可以测量多个电极，从而缩短测量时间并降低功耗。图 3 对比了 MEC 多电极连接 + 硬件自动判断与传统触摸的工作流程。
设置 MEC 和 SMS 功能时，硬件上无需特殊操作，只需通过软件配置即可。瑞萨触摸芯片可以使用 QE for touch 的软件插件进行配置，具体操作如图 4 所示。
实测数据显示，G22 芯片在 6M 主频下，低功耗周期为 100ms，12 个按键采用 SMS + MEC 功能时，平均功耗仅为 9.68uA。 - G23 芯片的低功耗应用：G23 等触控芯片仅支持 SMS 功能，不支持 MEC 功能，用户在使用时需要注意这一点。同样，SMS 功能也可以通过 QE for touch 软件插件进行设置，具体设置方法如图 5 所示。
实测数据表明，G23 芯片在 12M 主频下，低功耗周期为 100ms，独立一个按键采用 SMS 功能时，平均功耗为 10.78uA。 - SNOOZE 模式的使用限制：需要注意的是，使用 SMS 功能能够显著降低功耗，但 SNOOZE 模式要求主频 Fclk 必须选择内部高速晶振或者内部中速晶振。如果客户在开发时采用了外置高速晶振或者陶振，则无法使用 SMS 功能。例如，在洗衣机开发中，水位监测要求计时非常精准，必须使用外部晶振，同时又要求功耗低于 0.5W 甚至更低。针对这种情况，可以设计让外置晶振专门为特定定时器 TML 模块提供时钟源，而其他外设和 CPU 仍然使用内部高速晶振，从而解决这一问题。
- 外部高速晶振下的低功耗策略：当客户的功能要求必须选择外部高速晶振作为主频时，SMS 功能将无法使用。此时，可以采用软件触摸的方式，选择 TML 模块，时钟源选择内部低速时钟，并根据需要设定唤醒周期，通过中断定时唤醒芯片，唤醒后进行按键扫描，根据按键状态判断是否进入正常运行模式。然而，如果按键数量过多，扫描时间会变长，功耗也会相应增加。为了降低功耗，可以采用分组按键的方式，将电源键单独分为一组，其他所有按键分为另一组。每次解除低功耗状态后，先直接扫描电源键，这样只需扫描一个按键就能判断是否进入正常运行状态。通过这种方式，可以有效降低平均功耗。在 QE for touch 组件中，可以按照图 6 进行配置。
此外，如果客户的电路板功耗过高，首先需要检查 IO 引脚设置，确保没有输入脚悬空的情况；同时，还需要检查进入低功耗之前外围模块是否已经关闭，尤其是 AD 等模拟模块和触摸模块。如果在某一场景下，电路板功耗仍未达到客户的要求，可以尝试更换主频速率、减少触摸扫描次数或将触摸三频扫描修改为单频扫描等方法来降低功耗，但这些方法需要根据实际测试结果进行调整。
