電容式觸摸接口可靠性設計方案

由于電容技術會受到環境噪聲和其它的因素影響，可能導致系統無法響應手指摸觸或者產生錯誤觸摸。如果開發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，開發人員就可以建立起穩定的系統，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首先需要大概了解電容式測量系統的相關技術。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。