电容传感器与相关技术及其应用

2.1电容检测在汽中的应用

如今汽车的开关和按钮要多得多。不仅数量众多．而且还必需能够很容易地安装到外形日益多样化的操纵面之中。另外．它们还需具备成本效益性，以取代密封型开关。一种热门的方法是转变为采用电容式触摸开关(CapSense)。由于未采用机械式部件而且能够与成形操纵面相吻合，因此CapSense开关提供了汽车行业所需要的可靠性和价位。

*关于电容式开关

基于电容感测的技术而应运而生的组件逐渐问世，值此就电容式开关技术特征作分析介绍。

电容式开关基本上就是一个由两根相邻走线形成的电容器(见图1(a))；根据物理定律在它们之间存在电容。如果把一个导体(比如：手指)放置在靠近这些极板的地方，则一个并联电容将与该传感器相耦合(见图1(b))。当把手放置于电容式传感器之上时，电容将增加。拿开手指后，电容将减小。在增加了用于测量电容变化的电路之后，就可以确定手指的存在与否了。

构造一个电容式开关需要：一个电容器和电容测量电路以及用于把电容值转换成某种开关状态的局部智能。

典型的电容式传感器具有10pF-30pF的电容值。手指通过1mm的绝缘透明塑料膜耦合至传感器的电容通常为1pF-2pF。当采用较厚的透明塑料膜时，耦合电容减小。为了检测手指的存在与否．需要设计能够测量出由手指引起的1％电容变化幅度的电容式触摸感应电路。

弛张振荡器是一种有效而简单的电容测量电路。典型的弛张振荡器电路拓扑结构示于图4。该电路由4个元件组成，一开始．放电开关处于开路状态。当该开关开路时，全部电流均进入传感器。导致其电压线性转换。该充电操作持续进行。直至传感器电压达到比较器的门限电平为止。比较器随后从低电平变换至高电平，导致放电开关闭合。电容式传感器通过该低阻抗路径迅速放电至地。该过程将使比较器的输出从高电平变换至低电平．然后重复这一循环。如下面的公式所示，输出频率(fout)与充电电流成正比，而与门限电压和传感器电容成反比。测量该频率．以确定传感器电容：

当充电电流为5μA、比较器门限为1.3V且传感器电容为30pf时，输出频率为128kHz。测量输出频率花费的时间越长，获得的分辨率就越高。频率分辨率的提高将改善电容测量的灵敏度。增加测量时间将提升测量电容分辨率。在每种应用中，可根据不同的传感器尺寸和透明塑料膜厚度来相应地调整测量时间的变化。

*关于电容式感应技术

电容式感应技术正在迅速成为面板操作和多媒体交互的全新应用技术，其耐用性和降低BOM成本方面的优势，使这种技术在非接触式操作界面上得到广泛的应用。如采用PSoC（Programmable System-on-Chip）器件系列片上系统芯片，实现了非接触式、稳定可靠的电容式感应按键的设计。而1PSoC片上系统PSoC微处理器由处理器内核、系统资源、数字系统和模拟系统组成。

电容感应在感应有物体接近而非实际的触摸时，尤为重要。这就是“接近探测”(proximity detection)的概念。汽车门锁和门禁控制就是接近探测的一个应用实例。一旦授权用户用手接近车门，车门即可打开或者启动引擎。当然，还有很多其他产品功能与接近事件相关。“接近探测”的其他应用还包括快速唤醒PC外设。例如，“接近探测”可集成在无线鼠标或键盘中，从而能从休眠状态中快速唤醒。通常情况下，无线设备在长时间无动作后进入休眠状态后，再次唤醒就需要在PC主机和外设之间重新绑定。应用了接近探测技术后，在进行接触前即可唤醒无线外设，从而可以省去绑定时间。

2.2电容感应在便携设备中的应用

电容感应是利用人体本身的电容或者导电铁笔来产生接触界面，以替代传统的机械控制。这一技术有很多优势：工业设计差异化、内部完全密封防水、界面寿命、允许接近探测及电容式触摸屏应用。

电容感应已经获得了广泛的工业支持。由于当今的家电更注重产品设计而非功能设计，可以预计电容感应将应用于更广泛的家电控制领域。电冰箱、洗碗机、灶具等等，都有独特的应用环境，向电容感应的应用提出了挑战。由于感应元件是完全密封在没有运动部件的表面下面，喷溅在控制面板上的液体不会损坏系统，并很容易被清除。对于汽车和白色家电，由于更新速度不像消费电子产品那么快，所以对控制界面的寿命提出了较高的要求。电容感应很适合这两类产品的需要。由于没有机械运动部件，也就没有了磨损。从第一次到每一次触摸，电容感应都是十分完美的。