如何設(shè)計(jì)電容式觸摸系統(tǒng)

個(gè)人電子產(chǎn)品的用戶界面已成為產(chǎn)品成功的關(guān)鍵。電容式觸摸感應(yīng)已成為用戶界面技術(shù)的首選。

設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)包括電磁敏感性，寄生電容，外殼效應(yīng)，各種覆蓋材料以及對(duì)低功耗的要求。電極調(diào)諧可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并提高信噪比（SNR）和可靠性。

具有自動(dòng)調(diào)整功能的觸摸控制器可最大程度地提高靈敏度，從而大大減少了傳統(tǒng)的PCB布局限制，對(duì)覆蓋層厚度和材料的限制，并且消除了制造過(guò)程中的校準(zhǔn)需求。

自動(dòng)調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)是：

• 寄生電容補(bǔ)償
• 更高的信噪比（SNR）
• SNR高，PCB布局和材料具有很大的自由度
• 可調(diào)靈敏度
• 免校準(zhǔn)制造
• 更高的EMI抗擾度
• 更低的EMI輻射
• 來(lái)自同一觸摸電極的接近檢測(cè)

靈敏度，魯棒性和可制造性的流行設(shè)計(jì)方法

電容傳感的原理基于對(duì)傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)電容引入的干擾的測(cè)量。電極會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，該電場(chǎng)被設(shè)計(jì)為受到用戶觸摸指定區(qū)域的干擾。連續(xù)采樣該電極相對(duì)于周圍環(huán)境的電容。

電容式感應(yīng)傳感器可以實(shí)現(xiàn)很高的靈敏度。由于電容變化的性質(zhì)，靈敏度通常非常依賴于外部因素的影響。這些包括：

• 與PCB布局相關(guān)的寄生電容來(lái)源
• 與觸摸傳感器外殼相關(guān)的寄生電容來(lái)源
• 外部噪聲源，包括EMC干擾和電源噪聲
• 覆蓋材料的厚度和類型
• 傳感器電極和觸摸表面之間存在氣隙

使用有源寄生消除

雖然設(shè)計(jì)指南肯定會(huì)提高系統(tǒng)靈敏度和魯棒性，但可自動(dòng)調(diào)整至環(huán)境以獲得最佳靈敏度的器件將以更少的PCB迭代次數(shù)縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。更重要的是，這將節(jié)省生產(chǎn)中的昂貴延誤，而在這種情況下，工藝變化（通常是機(jī)械構(gòu)造）會(huì)由于觸摸感應(yīng)電路的不合格而導(dǎo)致生產(chǎn)延誤。

從傳感器的角度來(lái)看，過(guò)程參數(shù)的微小差異可能會(huì)使觸摸傳感器不穩(wěn)定或無(wú)法使用。這些因素包括電源穩(wěn)定性，覆蓋材料的厚度，傳感器電極與覆蓋材料之間可能存在的氣隙以及在許多情況下產(chǎn)品外殼附近的變化。當(dāng)外殼由導(dǎo)電材料制成時(shí)，外殼的附近會(huì)引入較大的寄生電容，這會(huì)對(duì)傳感器靈敏度產(chǎn)生重大影響。

寄生電容是傳感器電極和附近（正常接地）電勢(shì)之間的多余電容。實(shí)現(xiàn)靈敏的電容傳感器的目的是使傳感器將電場(chǎng)投射到電介質(zhì)覆蓋材料中，再投射到自由空氣中。用戶觸摸指定的觸摸傳感器區(qū)域會(huì)干擾該電場(chǎng)。

在現(xiàn)實(shí)生活中，來(lái)自傳感器的電場(chǎng)寧可終止??于附近的接地電位，而不是通過(guò)裸片電覆蓋層投射到自由空氣中。從傳感器看，寄生電容通?？烧伎傠娙莸?5％。當(dāng)95％的傳感器電容是靜態(tài)的時(shí)，觸摸電極只能影響其余5％的可變電容。一旦覆蓋材料超過(guò)1毫米，觸摸效果將僅為5％，這意味著傳感器只能看到觸摸和非觸摸之間的變化為0.25％。這可能與系統(tǒng)的噪聲水平非常接近。

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