瑞薩電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)原理之互容式觸摸原理（2）

設(shè)計(jì)人員所面臨的挑戰(zhàn)是，由于已經(jīng)有了智能手機(jī)體驗(yàn)，用戶期待這些產(chǎn)品能有同樣高性能的觸控用戶界面。如果觸控界面對(duì)輸入響應(yīng)延遲太長(zhǎng)、無(wú)法對(duì)多次觸摸做出一致的響應(yīng)、或者被觸控界面上的水干擾，無(wú)疑會(huì)讓用戶對(duì)設(shè)備的信任大打折扣。

為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，瑞薩電子推出了RL78/G23、RX140、RX130、RA2L1、RA2E1等多個(gè)入門級(jí)系列通用MCU，它們通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)了第二代瑞薩電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)（簡(jiǎn)稱CTSU2）。

CTSU2除了支持Button、Slider、Wheel等傳統(tǒng)的觸摸方式之外，還能夠執(zhí)行觸控界面的接近式傳感、快速并行掃描、自動(dòng)掃描、多電極連接，從而實(shí)現(xiàn)觸摸板、3D手勢(shì)識(shí)別等高級(jí)應(yīng)用。

瑞薩電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)原理之自容式觸摸原理（1）

下面簡(jiǎn)要介紹瑞薩電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)CTSU2的互容式檢測(cè)原理

互容式概述

互電容方式中的按鍵電極具有優(yōu)異的防水性能、支持矩陣結(jié)構(gòu)，以及許多其他自電容所不具備的功能。然而，互電容需要復(fù)雜的按鍵電極配置和布線，使得靈敏度調(diào)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)布局圖案時(shí)，必須考慮每種方式的優(yōu)缺點(diǎn)。此外，與自電容方式不同，當(dāng)面板厚度低于指定水平時(shí)，靈敏度會(huì)降低。在確定面板厚度時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)考慮按鍵電極配置。

圖1-1所示為電極中產(chǎn)生的互電容。互電容方式的特性是兩個(gè)不同導(dǎo)體之間會(huì)產(chǎn)生寄生電容Cm。互電容式按鍵包括連接到電容傳感器的兩個(gè)電極，即接收器電極RX和發(fā)射器電極TX。Tx受到脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，電荷也在Cm中積累。當(dāng)手指接近電極時(shí)，手指與電極之間會(huì)產(chǎn)生寄生電容Cf，Cm和Cf并聯(lián)。由于Tx的驅(qū)動(dòng)能量是恒定的，因此電荷量不會(huì)改變。因此，Cm和Cf上的電荷消除后，Cm電荷也會(huì)減少。通過(guò)設(shè)置Cf增加量的閾值，可以確定觸摸按鍵是處于“打開”還是“關(guān)閉”狀態(tài)。請(qǐng)注意，如果手指直接接觸電極，則會(huì)導(dǎo)致電極短路，并且無(wú)法再測(cè)量電容。通常，電極和手指之間有幾毫米厚的覆蓋面板。

圖1-1 互電容電極示意圖

CTSU互電容方式檢測(cè)原理

圖2-1所示為互電容方式的CTSU內(nèi)部配置概覽。CTSU輸出與連接到電極的Rx和Tx的互電容成反比的數(shù)字計(jì)數(shù)，并通過(guò)軟件判斷觸摸按鍵是處于“打開”還是“關(guān)閉”狀態(tài)。為測(cè)量所連接的兩個(gè)電極上存在的電容Cm，CTSU通過(guò)反轉(zhuǎn)脈沖輸出和開關(guān)電容之間的相位關(guān)系來(lái)獲得Cm，同時(shí)測(cè)量?jī)纱巫噪娙?，然后通過(guò)軟件計(jì)算兩個(gè)值的差值。

圖2-1 互電容方式的內(nèi)部配置概覽