電容式觸摸接口可靠性設計方案

由于電容技術會受到環(huán)境噪聲和其它的因素影響，可能導致系統(tǒng)無法響應手指摸觸或者產生錯誤觸摸。如果開發(fā)人員沒有很好的調試傳感器，那么會嚴重降低準確性和可靠性。了解電容式傳感器的工作原理并設計出可自行補償噪音的傳感器，開發(fā)人員就可以建立起穩(wěn)定的系統(tǒng)，提高設計的可靠性、性價比和易用性。

　　電容式感應

　　解決可靠性用戶接口設計所面臨的挑戰(zhàn)首先需要大概了解電容式測量系統(tǒng)的相關技術。圖1顯示了一個電容式傳感器板的橫截面。

　　圖1：電容式傳感器板的橫截面。

　　要感應到手指的存在，電容式感應系統(tǒng)首先要知道沒有手指時的傳感器電容(見圖2a)，也稱為寄生電容(Cp)。當手指接近或接觸傳感器時(見圖2b)，傳感器電容值將會變化，這就產生了和Cp并聯的另一個電容，稱為手指電容(Cf)。有手指存在時，總傳感器電容(Cx)如方程1所示：

　　Cx = Cp +_ Cf (方程1)

　　圖2(a)：沒有手指時的傳感器電容。

　　圖2(b)：手指存在時的傳感器電容。

　　為了能夠使用微控制器來分析傳感器電容，傳感器電容(Cf)需要轉換成數字值。圖3顯示了其中一種電容式感應預處理電路框圖。(注：有多種測量傳感器電容的方法。)

　　圖3：電容測量預處理電路。

　　該系統(tǒng)使用一個開關電容模塊模擬傳感器電容Cx、一個電阻Req、一個可編程電流源(IDAC)、一個外部電容(Cmod)以及一個精確模擬比較器。IDAC不斷給Cmod充電，直到Cmod電壓達到Vref，比較器輸出高電平。然后斷開IDAC，Cmod通過Req放電，直到Cmod電壓低于Req。比較器的出低電平，一直保持到Cmod又給Vref充電。手指存在時Cx將變大，根據方程2將等效于Req變小：

　　Req = 1/FsCx (方程2)

　　這里Fs是開關電容模塊的開關頻率。

　　因此，當手指存在時，Cmod放電加快，比較器輸出保持高電平的時間較短。這意味著對于比較器來說，更高的電容值對應短時間。在固定時間內，產生的碼流可輸入至計數器。該計數器值或“原始計數”提供了Cx大小的參考。

　　在固定時間內計數器的計數，也決定了原始計數的數目，可以稱為分辨率。當分辨率增加時，計數器計數時間較長，這就增加了原始計數。換句話說，分辨率也是可能的原始計數的最大數目。