电容式触摸感应界面实现方案
电容分压器（CVD）方法仅使用ADC并通过比较已知的固定内部采样保持电容和未知的可变电容式传感器来实现基于电压的测量。
CVD的传感器结构与典型的传感器相同，传感器是PCB上的覆铜区域或是用于传感的类似导电焊盘。将传感器直接连接到ADC通道，并通过特定方式配置ADC和I/O即可。
使用CVD的基本原理包括：首先，通过一个ADC通道将ADC的内部采样/保持电容充电至VDD.然后，将传感器通道接地，使其处于已知状态，如图4所示。传感器接地后，需将其重置为输入。重置完成后，ADC通道立即切换至传感器。
此操作使采样/保持电容CHOLD与传感器电容并联，在这两者之间形成一个分压器。因此，传感器电容上的电压与采样/保持电容上的电压相等。对ADC进行采样，其读数表示两个电容之比。当手指触摸感应器时，传感器的电容会增加。因此，传感器上的电压将降低，而ADC读数则增大。
对于电容式触摸感应技术而言，不需要一个绝对的电容读数，因为所有的译码判决均与基准读数相关。
开发固件以消除外部干扰
传感器上的温湿度、触摸程度和污染物以及EMI/EMC干扰等多种因素将会导致电容产生动态波动，从而影响系统的电容式触摸感应性能。为了应对这些影响，可以使用可实现动态平均值检测、去抖动和动态电平跳变的固件。这些技术将使系统更加稳健。
此外，还必须结合软件滤波来消除传感器焊盘上的任何残余噪声，以便固件能够区分触摸与未触摸状态。对算法进行设计还能检测多个触摸状态，以区分有意和无意触摸。然后，可通过校准软件来检测触摸，即便在电容的触摸焊盘上有很厚的覆盖层。
电容式触摸感应参考设计
图5所示为电容式触摸感应应用的一个参考设计，这一设计可以立即帮助用户着手实现电容式触摸感应系统。此设计在实现与USB和LCD等其他外设接口时，也将提供极大的灵活性。此外，它还有助于减少启动和运行触摸感应系统所需的周转时间。
参考设计中所用单片机具有13个ADC通道，因而最多可以连接13个触摸感应器。该设计中包含了4个电容式触摸感应器，分别被连接到端口A0-A3.CTMU模块具有一个可编程的电流源，用于为电容式触摸感应器充电。USB插座作为一个总线供电设备来为应用供电，它使用了片上USB引擎。当按压传感器时，固件可通过在LCD模块上显示触摸感应器的相应状态来提供反馈信息，该LCD模块由端口D中的引脚驱动。此外，设计中还提供了一个6引脚的接头，用于将参考电路板连接到硬件编程器。
影响有效电容式触摸感应设计的因素
电容式触摸感应技术的引入为实时应用带来了各种挑战。以下设计注意事项可帮助减少寄生电容和增加手指电容，最终能够确保更好的传感器设计。
传感器焊盘的大小：设计电容式传感器时，传感器焊盘的形状并不重要。主要关心的问题是决定灵敏度的焊盘的面积。焊盘面积越大，灵敏度越高。一般来说，该面积应考虑为用户手指的平均大小（15x15mm）。如果传感器焊盘的大小大于理想值，会因为更接近地而增加寄生电容。
传感器之间的间隔：应考虑传感器与临近传感器的接近程度。当触摸某个传感器时，手指不仅对当前的传感器，而且也对其相邻的传感器产生了附加电容。因此，要隔离手指电容，相邻传感器之间必须留有一定空间。理想情况下，传感器间隔应是电容式触摸感应系统覆盖材料厚度的2~3倍。例如，对于一个典型的电容式触摸感应设计来说，如果覆盖材料的厚度为3mm,那么传感器之间的距离应为6mm到9mm.
走线长度：传感器和单片机之间的走线长度不能太长，否则受寄生电容影响的可能性就将越大。这将改变走线阻抗和影响灵敏度。理想情况下，走线长度应不超过12英寸（300mm）。
覆盖材料及其厚度：所使用的覆盖材料及其厚度将决定传送到电容式触摸感应器的手指电容。所使用的覆盖材料必须具有较大的介电常数以增加灵敏度。此外，还要保证覆盖材料尽可能地薄。如果覆盖材料的厚度增加，那么传感器之间的串扰效应将会增加。
接地技术：传感方法将受传感器与地之间的寄生电容影响。其可通过使地尽量靠近传感器来予以克服，这将增加寄生电容而降低其对传感器的影响。
选择粘合剂：粘合剂用于将覆盖材料固定到PCB上。所使用的粘合剂应尽可能薄以保持较高的灵敏度。在使用粘合剂时应小心确保其中没有空气泡。在使用粘合剂前应仔细阅读其粘合使用说明。
本文小结
触摸感应技术的最新发展降低了此流行用户界面的相关成本，使其成为消费类电子产品、工业产品及其他产品的理想选择。与传统机械开关相比，电容式触摸感应器的主要优势在于它不会像机械开关那样，随时间的推移而磨损。通过使用单片机的片上CTMU外设或CVD技术，设计人员便可以最少的元器件并以较低成本来实现电容式触摸感应用户界面。
评论