基于電荷轉(zhuǎn)移的電容性觸摸捕獲技術(shù)

無(wú)論是移動(dòng)電話和PDA等便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品，還是汽車(chē)、廚房電器、醫(yī)療設(shè)備以及工業(yè)和商業(yè)感測(cè)應(yīng)用，基于直觀式電容性觸摸技術(shù)的解決方案都是這些領(lǐng)域的首選人機(jī)界面。穩(wěn)健可靠的電容性觸摸解決方案正在取代傳統(tǒng)的電阻性滑塊、機(jī)械按鍵和旋轉(zhuǎn)控制裝置。

基于電荷轉(zhuǎn)移的電容性觸摸捕獲技術(shù)

基于“電荷轉(zhuǎn)移”的電容性觸摸捕獲可采用下列兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

第一種方案是將一個(gè)電容未知的感測(cè)電極充電至已知電勢(shì)。該電極通常是PCB板上的一塊銅區(qū)域。最終電荷會(huì)被轉(zhuǎn)移到一個(gè)測(cè)量電路。在完成一個(gè)或多個(gè)“充電與轉(zhuǎn)移”周期后對(duì)電荷進(jìn)行測(cè)量，可以確定感測(cè)板的電容。把手指放在觸摸表面會(huì)產(chǎn)生外部電容，因而影響接觸點(diǎn)的電荷流。這就是一個(gè)觸摸操作。

第二種方案采用了一對(duì)感測(cè)電極：一個(gè)是發(fā)射電極，由邏輯脈沖電荷以間歇模式來(lái)驅(qū)動(dòng)；另一個(gè)是接收電極，經(jīng)由覆蓋板電介質(zhì)與發(fā)射極耦合。當(dāng)手指觸摸覆蓋板時(shí)，場(chǎng)耦合減小，觸摸因此被檢測(cè)到。這種驅(qū)動(dòng)、接收和處理邏輯被內(nèi)置在微控制器(MCU)中，故只需極少的外部組件。

兩種方案都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，分別適合特定的應(yīng)用。

觸摸功能

來(lái)自基于“電荷轉(zhuǎn)移”的電容性觸摸捕獲方案的觸摸功能可以分為觸摸屏、觸摸按鍵、滑塊和滑輪。

觸摸屏功能支持無(wú)限次數(shù)的觸摸，極大地改善了用戶(hù)體驗(yàn)，并改變了用戶(hù)與電子產(chǎn)品的交互方式。內(nèi)置的手勢(shì)以及能夠忽略無(wú)意識(shí)操作使得用戶(hù)界面既直觀又可靠。觸摸屏能夠識(shí)別手寫(xiě)筆、指甲和手套的觸摸，為手持設(shè)備提供了簡(jiǎn)便的文本輸入方式。

觸摸按鍵、滑塊和滑輪一般適用于單個(gè)用戶(hù)觸摸，并采用算法來(lái)確定觸摸狀態(tài)和位置，它與信號(hào)強(qiáng)度無(wú)關(guān)，這一特性使得觸摸檢測(cè)精確可靠。觸摸按鍵、滑塊和滑 輪 功能可以?xún)煞N方式集成在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中：固定功能器件方案；MCU觸摸軟件庫(kù)(Touch library)方案。

開(kāi)發(fā)人員按不同產(chǎn)品設(shè)計(jì)的具體要求來(lái)選擇所需的觸摸功能和解決方案。

觸摸按鍵、滑塊和滑輪的典型使用環(huán)境見(jiàn)表1。

典型的電容性觸摸傳感器通過(guò)各個(gè)通道連接至MCU。圖3所示為使用一個(gè)通道的接近按鍵傳感器、使用一個(gè)通道的觸摸按鍵傳感器和使用一組三個(gè)通道的滑塊/滑輪傳感器。MCU端口引腳可用作觸摸傳感器通道引腳。

固定功能器件方案

目前市場(chǎng)上提供的解決方案之一是固定功能觸摸器件，所謂“固定功能”是指一組只用于處理觸摸傳感器的器件。因此，固定功能器件就是一種專(zhuān)用的觸摸微控制器解決方案。固定功能觸摸器件可提供單通道或多通道支持，其觸摸傳感器排列通常是按照用作按鍵、滑塊、滑輪還是這些功能的固定組合而預(yù)先配置好的。

固定功能器件一般會(huì)利用串行接口來(lái)向主微控制器更新觸摸狀態(tài)信息，該接口通常是一個(gè)I2C兼容接口?；蚴遣捎肧PI、USART和位觸發(fā)(bit banging)等其它接口技術(shù)。固定功能器件的觸摸狀態(tài)報(bào)告往往包括接近按鍵或觸摸按鍵的開(kāi)關(guān)(ON/OFF)狀態(tài)，滑塊的線性觸摸定位值，以及滑輪的觸摸角度定位值。

此外，固定功能觸摸器件還具有一項(xiàng)額外的功能，即器件引腳上可輸出頻閃和脈沖來(lái)顯示某種結(jié)果，而無(wú)需采用串行接口。這意味著按鍵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)或滑塊、滑輪的位置信息并非固定功能觸摸器件唯一的輸出信息。而對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行二級(jí)處理而獲得的二級(jí)數(shù)據(jù)輸出，可以滿(mǎn)足應(yīng)用的需求。例如，在電器的功率控制中，觸摸按鍵狀態(tài)信息可以轉(zhuǎn)換為一個(gè)經(jīng)過(guò)編程的自動(dòng)關(guān)斷延時(shí)，以觸發(fā)脈沖的形式輸出到器件的某個(gè)引腳上，最后關(guān)斷電器。

固定功能器件的特性如下：是可用的電容性觸摸解決方案；固定功能微控制器可帶有在出廠已編程的固件；相比微控制器觸摸軟件庫(kù)方案，把固定功能方案集成到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所需的工作量比較??；輸出接口和傳感器排列方面的用戶(hù)可配置性有限；因?yàn)槭怯芍魑⒖刂破魍瓿芍饕膽?yīng)用任務(wù)，而加入固定功能觸摸器件旨在增加電容性觸摸支持，所以這種方案需要在設(shè)計(jì)中加入額外的微控制器。