將電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)引入家用電器 - 全文

關(guān)鍵詞： 電容式 , 觸摸 , 家用電器

作者：Pushek Madaan，Sachin Gupta

購買家用電器時人們考慮的最重要的因素之一就是產(chǎn)品的外觀及其支持的高端功能。利用當(dāng)今高度集成的片上系統(tǒng)（SoC）處理器，設(shè)計人員不僅能設(shè)計出采用電容式感應(yīng)技術(shù)的新型用戶界面（UI），而且還能通過結(jié)合使用其他系統(tǒng)功能來降低系統(tǒng)成本并縮減板級空間。與此同時，由于SoC在同一芯片中提供了系統(tǒng)構(gòu)建所需的眾多組件，從而可加速產(chǎn)品上市進程。此外，用于連接多個器件和進行故障調(diào)試所需的時間也得以明顯縮短。

2013-8-26 10:44:40 上傳

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圖1：電磁爐方框圖

圖1顯示了電磁爐的方框圖。這種電氣設(shè)備必須具有以下幾種關(guān)鍵功能：

· 保持鍋的溫度：需要脈寬調(diào)制（PWM）來設(shè)置加熱線圈的點火時長。
· 風(fēng)扇控制：需要溫度傳感器和PWM來驅(qū)動風(fēng)扇電機。
· 過流和過壓保護：需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和比較器。
· 鍋的自動檢測：需要電磁感應(yīng)。
· 時基煮食功能：需要實時時鐘（RTC）。
· 用戶界面——顯示屏：需要數(shù)字顯示或液晶玻璃顯示驅(qū)動器。
· 用戶界面——按鈕：需要電容式觸摸感應(yīng)和檢測

電容式感應(yīng)

電容式感應(yīng)鈕不僅給家電帶來了時尚外觀，而且還避免了磨損問題，因此相對機械按鈕成為了首選技術(shù)。許多家電要在液體附近使用，因此需要有防水功能，以免有水情況下造成假觸發(fā)。圖2顯示了電容式傳感器印刷電路板（PCB）的典型布局。將圍繞傳感器（藍色）的交叉網(wǎng)格(hatched pattern)連接至保護電極（而不是接地）就可實現(xiàn)防水功能。

2013-8-26 10:44:41 上傳

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圖2：用保護電極實現(xiàn)防水

電極受連接到傳感器的相同信號驅(qū)動。這樣，當(dāng)水滴滴落到傳感器上時，由于交叉網(wǎng)格和傳感器之間沒有電位差，也沒有額外的電容耦合到感應(yīng)器上，因此可以實現(xiàn)防水功能。如果傳感器完全被水淹沒，那么安全傳感器(guard sensor)就會啟用，同時禁用其它傳感器。

由于許多電器工作電流較大，負載電流和數(shù)字開關(guān)的變化會讓電源輸出巨大噪聲/紋波，這可能會耦合到電容式傳感器并影響用戶界面的可靠性。遵守以下原理圖和布局指南，并通過接地線跡布局等技術(shù)可減少電源紋波，從而避免接地彈跳。不過，徹底消除噪聲是極其困難的。如果參考電壓用電源的+ve線驅(qū)動，那么可能會引起電容式感應(yīng)中的假警報。

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圖3：在CY8C28x45中實施電容式感應(yīng)技術(shù)

通過在GND和VREF（內(nèi)部生成）之間切換傳感器，只要在器件規(guī)定的工作范圍內(nèi)，電源的任何變化都不會造成假觸發(fā)。圖3顯示了傳感器電容在集成電容（Cmod）電壓和GND之間用兩個非重疊時鐘Sw1和Sw2切換時的技術(shù)實施情況。電路比較器的輸出通過觸發(fā)器作為定時器的使能信號，并通過調(diào)節(jié)電源來確保Cmod電壓與參考電壓(Vref)相同。由于輸入端上的任何信號都就n個時鐘周期求積分（n取決于分辨率），因此耦合到輸入端上的任何高頻噪聲都會通過積分效果被平均。

提高集成度并降低成本

SoC集成的片上外設(shè)和硬件功能可能幫助設(shè)計人員實現(xiàn)大多數(shù)乃至所有電器功能。例如，圖4顯示了采用SoC（本例中為賽普拉斯的CY8C28645）實現(xiàn)的帶電容式感應(yīng)功能的電磁爐的設(shè)計方框圖。

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圖4：采用CY8C28645實現(xiàn)電磁爐

CY8C28645還采用雙通道，其專用硬件可同時掃描兩個傳感器，以便對用戶觸摸做出更快速的響應(yīng)。由于CPU從處理工作中解放出來，因此CPU能自由地執(zhí)行其他任務(wù)。

在當(dāng)今競爭白熱化的消費市場中，家電產(chǎn)品必須具備豐富的功能，因此集成SoC成為了OEM廠商的最佳選擇，該器件不僅能幫助廠商們集成越來越多的應(yīng)用功能，而且還可降低系統(tǒng)總成本。集成SoC既適用于電磁爐、微波爐等小家電，也適用于洗衣機、電冰箱等大型家電（不過大型家電仍需要采用專用控制技術(shù)來對FOC電機控制等特定功能進行控制）。

作者簡介：

PushekMadaan現(xiàn)任賽普拉斯半導(dǎo)體公司印度分公司的高級應(yīng)用工程師。他的工作興趣包括用C和匯編語言設(shè)計嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、從事模擬和數(shù)字電路工作、用C#語言開發(fā)GUI等。最重要的是，他還酷愛冒險運動。

Sachin Gupta現(xiàn)任賽普拉斯半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品市場營銷工程師。他獲得了印度德里洲際大學(xué)（Guru Gobind Singh Indraprastha University）電子與通訊專業(yè)的科技學(xué)士學(xué)位。他擁有多年的混合信號應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗。