基于電荷轉移的電容性觸摸捕獲技術簡介

無論是移動電話和PDA等便攜式消費電子產品，還是汽車、廚房電器、醫療設備以及工業和商業感測應用，基于直觀式電容性觸摸技術的解決方案都是這些領域的首選人機界面。穩健可靠的電容性觸摸解決方案正在取代傳統的電阻性滑塊、機械按鍵和旋轉控制裝置。

基于電荷轉移的電容性觸摸捕獲技術

基于“電荷轉移”的電容性觸摸捕獲可采用下列兩種方法來實現。

第一種方案是將一個電容未知的感測電極充電至已知電勢。該電極通常是PCB板上的一塊銅區域。最終電荷會被轉移到一個測量電路。在完成一個或多個“充電與轉移”周期后對電荷進行測量，可以確定感測板的電容。把手指放在觸摸表面會產生外部電容，因而影響接觸點的電荷流。這就是一個觸摸操作。

第二種方案采用了一對感測電極：一個是發射電極，由邏輯脈沖電荷以間歇模式來驅動；另一個是接收電極，經由覆蓋板電介質與發射極耦合。當手指觸摸覆蓋板時，場耦合減小，觸摸因此被檢測到。這種驅動、接收和處理邏輯被內置在微控制器(MCU)中，故只需極少的外部組件。

兩種方案都有其獨特的優勢，分別適合特定的應用。

觸摸功能

來自基于“電荷轉移”的電容性觸摸捕獲方案的觸摸功能可以分為觸摸屏、觸摸按鍵、滑塊和滑輪。

觸摸屏功能支持無限次數的觸摸，極大地改善了用戶體驗，并改變了用戶與電子產品的交互方式。內置的手勢以及能夠忽略無意識操作使得用戶界面既直觀又可靠。觸摸屏能夠識別手寫筆、指甲和手套的觸摸，為手持設備提供了簡便的文本輸入方式。

觸摸按鍵、滑塊和滑輪一般適用于單個用戶觸摸，并采用算法來確定觸摸狀態和位置，它與信號強度無關，這一特性使得觸摸檢測精確可靠。觸摸按鍵、滑塊和滑 輪 功能可以兩種方式集成在產品設計中：固定功能器件方案；MCU觸摸軟件庫(Touch library)方案。

開發人員按不同產品設計的具體要求來選擇所需的觸摸功能和解決方案。

觸摸按鍵、滑塊和滑輪的典型使用環境見表1。

典型的電容性觸摸傳感器通過各個通道連接至MCU。圖3所示為使用一個通道的接近按鍵傳感器、使用一個通道的觸摸按鍵傳感器和使用一組三個通道的滑塊/滑輪傳感器。MCU端口引腳可用作觸摸傳感器通道引腳。

固定功能器件方案

目前市場上提供的解決方案之一是固定功能觸摸器件，所謂“固定功能”是指一組只用于處理觸摸傳感器的器件。因此，固定功能器件就是一種專用的觸摸微控制器解決方案。固定功能觸摸器件可提供單通道或多通道支持，其觸摸傳感器排列通常是按照用作按鍵、滑塊、滑輪還是這些功能的固定組合而預先配置好的。

固定功能器件一般會利用串行接口來向主微控制器更新觸摸狀態信息，該接口通常是一個I2C兼容接口。或是采用SPI、USART和位觸發(bit banging)等其它接口技術。固定功能器件的觸摸狀態報告往往包括接近按鍵或觸摸按鍵的開關(ON/OFF)狀態，滑塊的線性觸摸定位值，以及滑輪的觸摸角度定位值。

此外，固定功能觸摸器件還具有一項額外的功能，即器件引腳上可輸出頻閃和脈沖來顯示某種結果，而無需采用串行接口。這意味著按鍵的開關狀態或滑塊、滑輪的位置信息并非固定功能觸摸器件唯一的輸出信息。而對這些數據進行二級處理而獲得的二級數據輸出，可以滿足應用的需求。例如，在電器的功率控制中，觸摸按鍵狀態信息可以轉換為一個經過編程的自動關斷延時，以觸發脈沖的形式輸出到器件的某個引腳上，最后關斷電器。

固定功能器件的特性如下：是可用的電容性觸摸解決方案；固定功能微控制器可帶有在出廠已編程的固件；相比微控制器觸摸軟件庫方案，把固定功能方案集成到產品設計中所需的工作量比較小；輸出接口和傳感器排列方面的用戶可配置性有限；因為是由主微控制器完成主要的應用任務，而加入固定功能觸摸器件旨在增加電容性觸摸支持，所以這種方案需要在設計中加入額外的微控制器。