智能門鎖實(shí)現(xiàn)電容式感應(yīng)觸摸識(shí)別的常用電路

智能門鎖的識(shí)別技術(shù)中，密碼幾乎成為標(biāo)配功能。相比機(jī)械按鍵的觸控方式，電容式觸控方式可以在加上一層玻璃甚至金屬一體成型之后與用戶進(jìn)行交互，由于進(jìn)行了物理性隔離，使得外殼更具完整性，物理上安全性更佳。

目前做觸摸方案的產(chǎn)商有很多，國(guó)外的有ADS、Cypress、synaptics等，國(guó)內(nèi)的有合泰、海礫創(chuàng)、貝特萊、敦泰、泰凌微等。在電容觸控方式中，分為自容、互容觸控方案。

自容方案：使用一個(gè)引腳，利用引腳和電源地之間電容的容量變化進(jìn)行測(cè)量

互容方案：利用兩個(gè)電極之間的電容容量變化進(jìn)行測(cè)量

自容方案簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，但速度慢；互容方案相對(duì)復(fù)雜，但可支持多點(diǎn)觸控，速度快。智能門鎖為分立式按鍵，因此一般采用自容式的觸摸芯片方案。? ?

在觸摸感應(yīng)系統(tǒng)中所有電容的計(jì)算都符合平行板電容公式：

在觸摸芯片中，實(shí)現(xiàn)電容式感應(yīng)觸摸識(shí)別的常用電路主要由：馳張振蕩電路、電荷轉(zhuǎn)移電路、CDC電容轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)電路；

電荷遷移電路原理

以愛矽半導(dǎo)體科技的一款電容式觸控傳感架構(gòu)為例，

SW1關(guān)閉，SW2打開，Vtk對(duì)Cp充電；

SW1打開，SW2關(guān)閉，Cp的電容向Cx放電，Cx上的電壓緩慢上升；

重復(fù)步驟1-2，當(dāng)Cx的電壓升高大于Vref時(shí)，比較器輸出翻轉(zhuǎn)信號(hào)；

隨著Vtk對(duì)Cp的充電和Cp對(duì)Cx放電次數(shù)增加，Cx上的電平不斷抬高，當(dāng)有觸摸按鍵時(shí)，外圍環(huán)境的寄生電容變大，Cp變?yōu)镃p+Cf，Cx電壓升高到Vref的時(shí)間將縮短，于是通過(guò)檢測(cè)數(shù)字計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)的充放電次數(shù)變化，即可判斷是否發(fā)生觸控按鍵動(dòng)作

CDC電容轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)電路原理

CDC，即Capacitor digital conversion的英文縮寫，使用IC內(nèi)部電流源對(duì)內(nèi)部、外部電容進(jìn)行充電，在各自電容上產(chǎn)生一定的電壓，并將兩個(gè)電壓進(jìn)行差分放大后使用高精度ADC采樣，由于人體的觸摸會(huì)引起外部電容的變化并導(dǎo)致差分電壓的改變，通過(guò)監(jiān)測(cè)差分電壓的改變并把該變化量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)硬件低通和DSP處理，最后獲得觸摸感應(yīng)判斷。

馳張振蕩電路原理

馳張振蕩電路以所選的頻率生成方波，設(shè)定R2=R3=R4，

當(dāng)輸出為高電平，上跳變點(diǎn)為Vs=R3/（(R2//R4)+R3）=2/3Vs；

當(dāng)輸出為低電平，上跳變點(diǎn)為Vs=(R3//R4)/((R3//R4)+R2)=1/3Vs；

基于馳張振蕩電路，觸摸IC內(nèi)部使用定時(shí)器對(duì)電容充電時(shí)間進(jìn)行測(cè)量或者定時(shí)檢測(cè)對(duì)應(yīng)的電容電壓是否達(dá)到閾值，使用充電時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)要求每個(gè)電極都需要一個(gè)輸入捕獲通道，而監(jiān)測(cè)電壓閾值則沒(méi)有這個(gè)限制，監(jiān)測(cè)電壓閾值更適用于需要多電極的場(chǎng)合，其測(cè)量的精度取決于執(zhí)行一次完整的軟件查詢需要的CPU周期數(shù)，但這種方法會(huì)由于多次測(cè)量帶來(lái)一些抖動(dòng)。

審核編輯：劉清