电容式触摸接口可靠性设计方案

由于电容技术会受到环境噪声和其它的因素影响，可能导致系统无法响应手指摸触或者产生错误触摸。如果开发人员没有很好的调试传感器，那么会严重降低准确性和可靠性。了解电容式传感器的工作原理并设计出可自行补偿噪音的传感器，开发人员就可以建立起稳定的系统，提高设计的可靠性、性价比和易用性。

　　电容式感应

　　解决可靠性用户接口设计所面临的挑战首先需要大概了解电容式测量系统的相关技术。图1显示了一个电容式传感器板的横截面。

　　图1：电容式传感器板的横截面。

　　要感应到手指的存在，电容式感应系统首先要知道没有手指时的传感器电容(见图2a)，也称为寄生电容(Cp)。当手指接近或接触传感器时(见图2b)，传感器电容值将会变化，这就产生了和Cp并联的另一个电容，称为手指电容(Cf)。有手指存在时，总传感器电容(Cx)如方程1所示：

　　Cx = Cp +_ Cf (方程1)

　　图2(a)：没有手指时的传感器电容。

　　图2(b)：手指存在时的传感器电容。

　　为了能够使用微控制器来分析传感器电容，传感器电容(Cf)需要转换成数字值。图3显示了其中一种电容式感应预处理电路框图。(注：有多种测量传感器电容的方法。)

　　图3：电容测量预处理电路。

　　该系统使用一个开关电容模块模拟传感器电容Cx、一个电阻Req、一个可编程电流源(IDAC)、一个外部电容(Cmod)以及一个精确模拟比较器。IDAC不断给Cmod充电，直到Cmod电压达到Vref，比较器输出高电平。然后断开IDAC，Cmod通过Req放电，直到Cmod电压低于Req。比较器的出低电平，一直保持到Cmod又给Vref充电。手指存在时Cx将变大，根据方程2将等效于Req变小：

　　Req = 1/FsCx (方程2)

　　这里Fs是开关电容模块的开关频率。

　　因此，当手指存在时，Cmod放电加快，比较器输出保持高电平的时间较短。这意味着对于比较器来说，更高的电容值对应短时间。在固定时间内，产生的码流可输入至计数器。该计数器值或“原始计数”提供了Cx大小的参考。

　　在固定时间内计数器的计数，也决定了原始计数的数目，可以称为分辨率。当分辨率增加时，计数器计数时间较长，这就增加了原始计数。换句话说，分辨率也是可能的原始计数的最大数目。