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电容传感器让便携产品“一触即发”的设计原理

作者:时间:2012-05-03来源:网络收藏

滚轮在iPod等中获得的成功,正在促使其他消费电子开发商考虑使用来改善的用户界面,并使产品看起来更加美观。事实上,触摸接口的应用并不仅限于MP3播放器,而是可以用于目前采用传统机械开关的任何产品之中,如新款手机的菜单控制按钮。利用可靠性高、引人注目并具有成本效益的电容触摸,可以轻松地改变这些高级功能菜单控制开关的式样。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/160664.htm

电容触摸接口通常由一个电容传感器、一个电容数字转换器(CDC)和一个主处理器组成(图1)。传感器利用标准两层或四层PCB上的走线(trace)或柔性电路制造,因此不需要任何外部元件或材料。


图1. 典型电容触摸传感器接口

可靠的传感器必须不受外界环境变化的影响,能够在任何工作条件下保持精确的灵敏度水平。温度或湿度的变化会导致PCB材料的特性发生变化,因此,印刷电路电容传感器的输出电平将发生漂移。例如,当用户从开启空调的汽车到一个湿热环境时,就可能出现上述情况。为了避免发生断续接触错误,CDC必须包括实时的漂移补偿功能(图2)。

随着环境条件的变化(例如,温度或湿度上升),传感器的环境参数(在用户没有与传感器接触期间,由CDC进行测量)会发生漂移。为了进行补偿,需要动态改变高端和低端阈值电平,以确定有效的传感器接触。位置2、3、5、6 处的参考电平进行重新调整,以保持最佳的阈值参考电平,从而自动跟踪和补偿漂移误差。


图2. 两个传感器在环境条件改变时的特性,漂移补偿功能已使能

PCB还可能受到寄生电容的影响,这种电容最大可达20 pF,它会在电容触摸传感器视为受到按压时,使阈值发生偏移,从而改变其灵敏度。为了对寄生电容进行补偿,可以采用对DAC编程的方法,以抵消CDC的输入。对于各PCB来说,这种寄生电容是一致的,因此可以在制造PCB的时候进行简单的调整,这样就不需要外部RC调谐元件,从而使材料、装配和测试相关的成本最低。单独调整每个传感器的偏移,使者可以充分利用转换器的分辨率(图3)。


图3. 模拟前端,其中DAC帮助消除寄生电容的影响

传统的机械开关具有用户熟悉的灵敏度和触觉反馈,对于电容传感器来说,这些参数也必须加以考虑和优化。不同的传感器可能需要独特的灵敏度,这取决于开关功能或开关在产品中的物理位置。而且,一套灵敏度设置不可能适合所有的用户,因此应该允许用户设置不同的灵敏度水平,若能通过灵敏度控制菜单进行选择将是最理想的。例如,AD7142 支持这些灵敏性要求,允许一个单独的16位灵敏度控制寄存器为每个传感器编程。这些寄存器也可以嵌入到主机固件中,并在菜单显示中提供,允许用户选择不同的灵敏度水平,以满足其特殊需求。

在用户没有与传感器接触期间,如果对每个传感器输入取样,则会白白浪费电池电量。为使电池效率最大化,CDC应能够检测到用户停止触碰传感器,并自动切换到低功耗模式。当传感器被再度触碰时,IC将自动重新进入正常工作模式。

电容传感器相关文章:电容传感器原理

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