電容式觸摸接口可靠性設(shè)計方案

由于電容技術(shù)會受到環(huán)境噪聲和其它的因素影響，可能導(dǎo)致系統(tǒng)無法響應(yīng)手指摸觸或者產(chǎn)生錯誤觸摸。如果開發(fā)人員沒有很好的調(diào)試傳感器，那么會嚴(yán)重降低準(zhǔn)確性和可靠性。了解電容式傳感器的工作原理并設(shè)計出可自行補(bǔ)償噪音的傳感器，開發(fā)人員就可以建立起穩(wěn)定的系統(tǒng)，提高設(shè)計的可靠性、性價比和易用性。

　　電容式感應(yīng)

　　解決可靠性用戶接口設(shè)計所面臨的挑戰(zhàn)首先需要大概了解電容式測量系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)。圖1顯示了一個電容式傳感器板的橫截面。

　　圖1：電容式傳感器板的橫截面。

　　要感應(yīng)到手指的存在，電容式感應(yīng)系統(tǒng)首先要知道沒有手指時的傳感器電容(見圖2a)，也稱為寄生電容(Cp)。當(dāng)手指接近或接觸傳感器時(見圖2b)，傳感器電容值將會變化，這就產(chǎn)生了和Cp并聯(lián)的另一個電容，稱為手指電容(Cf)。有手指存在時，總傳感器電容(Cx)如方程1所示：

　　Cx = Cp +_ Cf (方程1)

　　圖2(a)：沒有手指時的傳感器電容。

　　圖2(b)：手指存在時的傳感器電容。

　　為了能夠使用微控制器來分析傳感器電容，傳感器電容(Cf)需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。圖3顯示了其中一種電容式感應(yīng)預(yù)處理電路框圖。(注：有多種測量傳感器電容的方法。)

　　圖3：電容測量預(yù)處理電路。

　　該系統(tǒng)使用一個開關(guān)電容模塊模擬傳感器電容Cx、一個電阻Req、一個可編程電流源(IDAC)、一個外部電容(Cmod)以及一個精確模擬比較器。IDAC不斷給Cmod充電，直到Cmod電壓達(dá)到Vref，比較器輸出高電平。然后斷開IDAC，Cmod通過Req放電，直到Cmod電壓低于Req。比較器的出低電平，一直保持到Cmod又給Vref充電。手指存在時Cx將變大，根據(jù)方程2將等效于Req變小：

　　Req = 1/FsCx (方程2)

　　這里Fs是開關(guān)電容模塊的開關(guān)頻率。

　　因此，當(dāng)手指存在時，Cmod放電加快，比較器輸出保持高電平的時間較短。這意味著對于比較器來說，更高的電容值對應(yīng)短時間。在固定時間內(nèi)，產(chǎn)生的碼流可輸入至計數(shù)器。該計數(shù)器值或“原始計數(shù)”提供了Cx大小的參考。

　　在固定時間內(nèi)計數(shù)器的計數(shù)，也決定了原始計數(shù)的數(shù)目，可以稱為分辨率。當(dāng)分辨率增加時，計數(shù)器計數(shù)時間較長，這就增加了原始計數(shù)。換句話說，分辨率也是可能的原始計數(shù)的最大數(shù)目。