英飛凌 | 用電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)HMI差異化解決方案

電容感應(yīng)技術(shù)在消費(fèi)電子、工業(yè)和汽車前面板應(yīng)用中，是一種常見(jiàn)的界面技術(shù)選擇，取代了開(kāi)關(guān)和旋鈕。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備涵蓋消費(fèi)應(yīng)用、工業(yè)應(yīng)用和商業(yè)應(yīng)用，它們都可以從時(shí)尚的用戶界面中受益，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化，例如：觸摸顯示屏、按鍵/滾動(dòng)條、接近感應(yīng)和智能家居中的智能觸摸開(kāi)關(guān)等。為了提供最佳用戶體驗(yàn)，觸摸顯示屏可能還需要支持手勢(shì)識(shí)別、防水、手腕檢測(cè)和戴手套觸摸等功能。這些功能都可以通過(guò)電容感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以直觀的方式讓用戶與產(chǎn)品進(jìn)行交互。

1. CAPSENSE?基礎(chǔ)知識(shí)

CAPSENSE?是英飛凌的電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)，其工作原理是：通過(guò)測(cè)量傳感器板與周圍環(huán)境之間的電容變化，來(lái)檢測(cè)觸摸表面上或附近是否存在手指。典型的電容式傳感器由印刷電路板表面上尺寸合適的銅墊組成，銅墊上的非導(dǎo)電覆層可作為按鈕的觸摸表面。在電容式觸摸感應(yīng)應(yīng)用中，通常有以下兩種感應(yīng)方法。

2. 自電容感應(yīng)（CSD）

CSD（CAPSENSE? Sigma-Delta）是英飛凌的專有自電容感應(yīng)方法。該傳感器實(shí)際上就是一個(gè)連接到PSoC? MCU引腳的導(dǎo)電體。傳感器可以使用PCB上的銅墊、印刷在觸摸屏玻璃上的ITO或氧化銀等透明材料構(gòu)造，（找元器件現(xiàn)貨上唯樣商城）甚至可以是印刷在非導(dǎo)電材料上的導(dǎo)電涂料，或者只是一根簡(jiǎn)單的電線。高性能觸摸感應(yīng)引擎可以測(cè)量電極與地之間的電容。觸摸固件庫(kù)中的算法可以識(shí)別觸摸模式和用戶交互。自電容感應(yīng)通常用于支持單指操作的界面，例如：按鍵、滾動(dòng)條、接近傳感器和單指操作觸摸屏。

圖 2 自電容感應(yīng)（CSD）方法

3. 互電容感應(yīng)（CSX）

CSX是英飛凌的專有互電容感應(yīng)方法。顧名思義，互電容感應(yīng)的工作原理是，測(cè)量?jī)蓚€(gè)電極，即發(fā)射（Tx）和接收（Rx） 電極之間的電容變化。將手指放在Tx和Rx電極之間時(shí)，CM減小，隨著CM減小，Rx電極接收到的電荷也會(huì)減少。電容感應(yīng)系統(tǒng)會(huì)通過(guò)測(cè)量Rx電極接收到的電荷量，來(lái)檢測(cè)有無(wú)觸摸?；ル娙莞袘?yīng)的應(yīng)用示例包括，可以同時(shí)檢測(cè)多指觸摸的觸摸屏。

圖 3 互電容感應(yīng)（CSD）方法

4. 設(shè)計(jì)堅(jiān)固耐用的觸摸 HMI 解決方案的 4 大挑戰(zhàn)

打造可靠耐用的電容感應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)嵌入式設(shè)計(jì)人員而言頗具挑戰(zhàn)性。在觸摸面板檢測(cè)手指觸摸，需要測(cè)量飛法（fF）級(jí)別的電容。很多噪聲源都可能影響測(cè)量、干擾操作，并導(dǎo)致觸摸誤測(cè)。這些噪聲源包括但不限于：環(huán)境因素、液體、金屬物體、灰塵、水分、潮濕、極端溫度或電噪聲，例如：其他設(shè)備的傳導(dǎo)噪聲和輻射噪聲。觸摸界面必須在所有這些條件下可靠工作，并滿足EMC & EMI和行業(yè)規(guī)范要求。

設(shè)計(jì)優(yōu)異可靠的觸摸HMI，應(yīng)考慮魯棒性、響應(yīng)速度、低功耗以及外觀美學(xué)。

審核編輯 黃宇