電容式觸摸感應界面實現(xiàn)方案

2. 使用CVD實現(xiàn)電容式觸摸感應

電容分壓器（CVD）方法僅使用ADC并通過比較已知的固定內(nèi)部采樣保持電容和未知的可變電容式傳感器來實現(xiàn)基于電壓的測量。

CVD的傳感器結(jié)構(gòu)與典型的傳感器相同，傳感器是PCB上的覆銅區(qū)域或是用于傳感的類似導電焊盤。將傳感器直接連接到ADC通道，并通過特定方式配置ADC和I/O即可。

使用CVD的基本原理包括：首先，通過一個ADC通道將ADC的內(nèi)部采樣/保持電容充電至VDD.然后，將傳感器通道接地，使其處于已知狀態(tài)，如圖4所示。傳感器接地后，需將其重置為輸入。重置完成后，ADC通道立即切換至傳感器。

此操作使采樣/保持電容CHOLD與傳感器電容并聯(lián)，在這兩者之間形成一個分壓器。因此，傳感器電容上的電壓與采樣/保持電容上的電壓相等。對ADC進行采樣，其讀數(shù)表示兩個電容之比。當手指觸摸感應器時，傳感器的電容會增加。因此，傳感器上的電壓將降低，而ADC讀數(shù)則增大。

對于電容式觸摸感應技術(shù)而言，不需要一個絕對的電容讀數(shù)，因為所有的譯碼判決均與基準讀數(shù)相關(guān)。

開發(fā)固件以消除外部干擾

傳感器上的溫濕度、觸摸程度和污染物以及EMI/EMC干擾等多種因素將會導致電容產(chǎn)生動態(tài)波動，從而影響系統(tǒng)的電容式觸摸感應性能。為了應對這些影響，可以使用可實現(xiàn)動態(tài)平均值檢測、去抖動和動態(tài)電平跳變的固件。這些技術(shù)將使系統(tǒng)更加穩(wěn)健。

此外，還必須結(jié)合軟件濾波來消除傳感器焊盤上的任何殘余噪聲，以便固件能夠區(qū)分觸摸與未觸摸狀態(tài)。對算法進行設計還能檢測多個觸摸狀態(tài)，以區(qū)分有意和無意觸摸。然后，可通過校準軟件來檢測觸摸，即便在電容的觸摸焊盤上有很厚的覆蓋層。

電容式觸摸感應參考設計

圖5所示為電容式觸摸感應應用的一個參考設計，這一設計可以立即幫助用戶著手實現(xiàn)電容式觸摸感應系統(tǒng)。此設計在實現(xiàn)與USB和LCD等其他外設接口時，也將提供極大的靈活性。此外，它還有助于減少啟動和運行觸摸感應系統(tǒng)所需的周轉(zhuǎn)時間。

參考設計中所用單片機具有13個ADC通道，因而最多可以連接13個觸摸感應器。該設計中包含了4個電容式觸摸感應器，分別被連接到端口A0-A3.CTMU模塊具有一個可編程的電流源，用于為電容式觸摸感應器充電。USB插座作為一個總線供電設備來為應用供電，它使用了片上USB引擎。當按壓傳感器時，固件可通過在LCD模塊上顯示觸摸感應器的相應狀態(tài)來提供反饋信息，該LCD模塊由端口D中的引腳驅(qū)動。此外，設計中還提供了一個6引腳的接頭，用于將參考電路板連接到硬件編程器。

影響有效電容式觸摸感應設計的因素

電容式觸摸感應技術(shù)的引入為實時應用帶來了各種挑戰(zhàn)。以下設計注意事項可幫助減少寄生電容和增加手指電容，最終能夠確保更好的傳感器設計。

傳感器焊盤的大?。涸O計電容式傳感器時，傳感器焊盤的形狀并不重要。主要關(guān)心的問題是決定靈敏度的焊盤的面積。焊盤面積越大，靈敏度越高。一般來說，該面積應考慮為用戶手指的平均大?。?5x15mm）。如果傳感器焊盤的大小大于理想值，會因為更接近地而增加寄生電容。

傳感器之間的間隔：應考慮傳感器與臨近傳感器的接近程度。當觸摸某個傳感器時，手指不僅對當前的傳感器，而且也對其相鄰的傳感器產(chǎn)生了附加電容。因此，要隔離手指電容，相鄰傳感器之間必須留有一定空間。理想情況下，傳感器間隔應是電容式觸摸感應系統(tǒng)覆蓋材料厚度的2~3倍。例如，對于一個典型的電容式觸摸感應設計來說，如果覆蓋材料的厚度為3mm,那么傳感器之間的距離應為6mm到9mm.

走線長度：傳感器和單片機之間的走線長度不能太長，否則受寄生電容影響的可能性就將越大。這將改變走線阻抗和影響靈敏度。理想情況下，走線長度應不超過12英寸（300mm）。

覆蓋材料及其厚度：所使用的覆蓋材料及其厚度將決定傳送到電容式觸摸感應器的手指電容。所使用的覆蓋材料必須具有較大的介電常數(shù)以增加靈敏度。此外，還要保證覆蓋材料盡可能地薄。如果覆蓋材料的厚度增加，那么傳感器之間的串擾效應將會增加。

接地技術(shù)：傳感方法將受傳感器與地之間的寄生電容影響。其可通過使地盡量靠近傳感器來予以克服，這將增加寄生電容而降低其對傳感器的影響。

選擇粘合劑：粘合劑用于將覆蓋材料固定到PCB上。所使用的粘合劑應盡可能薄以保持較高的靈敏度。在使用粘合劑時應小心確保其中沒有空氣泡。在使用粘合劑前應仔細閱讀其粘合使用說明。

本文小結(jié)

觸摸感應技術(shù)的最新發(fā)展降低了此流行用戶界面的相關(guān)成本，使其成為消費類電子產(chǎn)品、工業(yè)產(chǎn)品及其他產(chǎn)品的理想選擇。與傳統(tǒng)機械開關(guān)相比，電容式觸摸感應器的主要優(yōu)勢在于它不會像機械開關(guān)那樣，隨時間的推移而磨損。通過使用單片機的片上CTMU外設或CVD技術(shù)，設計人員便可以最少的元器件并以較低成本來實現(xiàn)電容式觸摸感應用戶界面。