電容式觸摸傳感器設計技巧

該設備的實現原理圖如圖5所示。

圖5：電容式傳感電路原理圖。

為了實現電容式傳感和串行通信，該電路采用了賽普拉斯的CY8C21x34系列中的PSoC IC芯片。該芯片包含一組模擬和數字功能塊，這些功能塊可由存儲于板上閃存中的固件來配置。另一顆芯片負責處理RS232的電平移位，以便建立到主機的通信鏈接，并實現波特率為115,200的電容式傳感數據記錄。四個電容傳感按鍵的引腳分配在圖5的表中給出。PSoC是通過一個包含電源、地以及編程引腳SCL和SDA的ISSP接頭來實現編程的。而通過一個DB9連接器將電腦與電容式傳感電路板相連。

調整傳感器

每次調用上列程序中的調用函數CSR_1_Start()時，均對Button1的電容進行測量。原始計數值被存儲于CSR_1_iaSwResult[ ]陣列中。用戶模塊還跟蹤一個用于原始計數的基線。每個按鍵的基線值均為一個由軟件中的IIR濾波器進行周期性計算的平均原始計數值。IIR濾波器的更新速率是可編程的。基線使得系統能夠適應于由于溫度和其它環境影響而引起的系統中的漂移。開關差分陣列CSR_1_iaSwDiff[ ]包含消除了基線偏移的原始計數值。利用開關差值來決定按鍵目前的開/關狀態。這可使系統的性能保持恒定，即便在基線有可能隨著時間的推移而發生漂移的情況下也是如此。圖6顯示了固件中實現的差分計數與按鍵狀態之間的轉移函數。

圖6：差分計數與按鍵狀態之間的轉移函數。

該轉移函數中的延滯帶來了開關狀態之間的快速轉換，即使計數是有噪聲的情況下也不例外。同時這還給按鍵帶來了一種反跳功能。低門限被稱為“噪聲門限”，而高門限則被稱為“手指門限”。門限水平的設定決定了系統的性能。當覆蓋層非常厚時，信噪比很低。在此類系統中設定門限水平是一項具有挑戰性的工作，而這恰好是電容式傳感設計技巧的一部分。

圖7展示了一個持續時間為3秒的按鍵觸壓操作的理想原始計數波形。

圖7：將門限水平繪制在一個去除了基線的原始計數圖上。

噪聲門限被設定的計數值為10，而手指門限設定的計數值則為60。實際上，在實際計數數據中噪聲分量是始終存在，圖中沒有顯示是為了能清晰地顯示門限水平。

部分調整過程還包括選擇電流源DAC的電平以及設置用于計數累加的振蕩器周期數。在固件中，函數CSR_1_SetDacCurrent(200, 0)把電流源設定在其低電流范圍內，數值為200(最高255)，大約對應于14μA。函數CSR_1_SetScanSpeed(255)把振蕩器周期數設定為253(255－2)。原始計數和差分計數的分析表明：該系統的寄生引線電容CP約為15pF而手指電容CF約為0.5pF。可見，手指電容使總電容產生了約3%的變化。對于每個按鍵，每個原始計數值的采集所需要的時間僅為500μs。