優(yōu)化電容式觸控應用的平均功耗

　　電容式觸控感應技術正在替代眾多應用中的機械開關和按鈕。許多電池供電的手持和便攜式電子設備都已采用了電容式觸控感應用戶界面。這些設備的功耗限制以及對能效的持續(xù)關注都使得低功耗設計成為電容式觸控感應應用的關鍵。

　　降低電容式觸控感應應用功耗的一些最佳方案包括：

　　♦ 利用最佳電路板布局方式優(yōu)化傳感器寄生電容(CP)
　　♦ 使用睡眠模式并優(yōu)化傳感器報告率
　　♦ 根據手指觸控事件改變報告率
　　♦ 使用優(yōu)先級規(guī)則將控制器從睡眠模式中喚醒

　　利用最佳電路板布局方式優(yōu)化傳感器寄生電容(CP)

　　電容式觸控傳感器一般由銅質墊片、電容式感應控制器輸入引腳以及線跡構成。圖1顯示了典型電容式傳感器的結構，并標有電場耦合線。　　

 

　　當手指接觸到傳感器導體片的覆蓋層時，就會形成一個簡單的平行板形電容器，稱為手指電容(CF)。即使手指沒有接觸覆蓋層，電容感應控制器也會測量到一些寄生電容(CP)。CP為傳感器上的總分布電容，其中包括傳感器導體片電容，這是由于傳感器導體片與電路地電位(circuit ground)、連接電容式感應控制器輸入引腳和傳感器導體片的線跡、過孔、電容式感應控制器輸入引腳這四部分比較接近而產生的。

　　電容式感應控制器利用模數轉換器(ADC)將輸入引腳處測得的電容轉換為計數值。該控制器使用DSP算法持續(xù)監(jiān)控計數值，以識別因手指觸摸而引起的傳感器電容增加情況。

　　為了精確檢測手指觸摸，必須對模數轉換器的分辨率進行調節(jié)以保持一定的靈敏度。如果CP很高，那么模數轉換器的分辨率就要相應增加。增加的分辨率會導致轉換時間延長，從而增大電容感應應用的平均功耗。為了降低功耗，需要降低傳感器的CP以便可以使用更低分辨率的模數轉換器以及睡眠模式。

　　CP的主要組成部分是線跡電容和傳感器電容。CP與傳感器導體片和地電位間的環(huán)狀間隙、線跡與地電位的距離、線跡長度與寬度以及傳感器導體片直徑成非線性函數關系。CP 與PCB(印刷電路板)布局特性之間并不存在簡單的對應關系，但是一般來說，增加環(huán)狀間隙和減少線跡長度與寬度都會降低CP。 遺憾的是，加寬傳感器導體片與地電位之間的間隙會降低抗干擾性能。要想獲得最佳的CP 和抗干擾性能，需要遵循電容式感應控制器制造商的最佳PCB布局方案。

　　使用睡眠模式和優(yōu)化傳感器報告率

　　報告率和睡眠模式共同決定了對電容式觸控傳感器進行的采樣方式(如圖2所示)。報告率明確規(guī)定了模數轉換器對傳感器進行采樣的頻率。當對傳感器進行采樣時，電容式感應控制器處于活動模式。而當控制器未對傳感器進行采樣時，就會進入睡眠模式。控制器在睡眠模式下會斷開所有內部模塊和外部設備的電源。市場上的大多數電容式感應控制器都支持這種模式。　　

 

　　選擇較低的報告率和更長的睡眠時間是降低平均功耗的關鍵。報告率和睡眠模式直接影響電容式感應控制器的平均電流消耗，如方程式1所示。