優(yōu)化電容式觸控應(yīng)用的平均功耗

　　電容式觸控感應(yīng)技術(shù)正在替代眾多應(yīng)用中的機(jī)械開關(guān)和按鈕。許多電池供電的手持和便攜式電子設(shè)備都已采用了電容式觸控感應(yīng)用戶界面。這些設(shè)備的功耗限制以及對能效的持續(xù)關(guān)注都使得低功耗設(shè)計成為電容式觸控感應(yīng)應(yīng)用的關(guān)鍵。

　　降低電容式觸控感應(yīng)應(yīng)用功耗的一些最佳方案包括：

　　♦ 利用最佳電路板布局方式優(yōu)化傳感器寄生電容(CP)
　　♦ 使用睡眠模式并優(yōu)化傳感器報告率
　　♦ 根據(jù)手指觸控事件改變報告率
　　♦ 使用優(yōu)先級規(guī)則將控制器從睡眠模式中喚醒

　　利用最佳電路板布局方式優(yōu)化傳感器寄生電容(CP)

　　電容式觸控傳感器一般由銅質(zhì)墊片、電容式感應(yīng)控制器輸入引腳以及線跡構(gòu)成。圖1顯示了典型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)，并標(biāo)有電場耦合線。　　

 

　　當(dāng)手指接觸到傳感器導(dǎo)體片的覆蓋層時，就會形成一個簡單的平行板形電容器，稱為手指電容(CF)。即使手指沒有接觸覆蓋層，電容感應(yīng)控制器也會測量到一些寄生電容(CP)。CP為傳感器上的總分布電容，其中包括傳感器導(dǎo)體片電容，這是由于傳感器導(dǎo)體片與電路地電位(circuit ground)、連接電容式感應(yīng)控制器輸入引腳和傳感器導(dǎo)體片的線跡、過孔、電容式感應(yīng)控制器輸入引腳這四部分比較接近而產(chǎn)生的。

　　電容式感應(yīng)控制器利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將輸入引腳處測得的電容轉(zhuǎn)換為計數(shù)值。該控制器使用DSP算法持續(xù)監(jiān)控計數(shù)值，以識別因手指觸摸而引起的傳感器電容增加情況。

　　為了精確檢測手指觸摸，必須對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率進(jìn)行調(diào)節(jié)以保持一定的靈敏度。如果CP很高，那么模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率就要相應(yīng)增加。增加的分辨率會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換時間延長，從而增大電容感應(yīng)應(yīng)用的平均功耗。為了降低功耗，需要降低傳感器的CP以便可以使用更低分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及睡眠模式。

　　CP的主要組成部分是線跡電容和傳感器電容。CP與傳感器導(dǎo)體片和地電位間的環(huán)狀間隙、線跡與地電位的距離、線跡長度與寬度以及傳感器導(dǎo)體片直徑成非線性函數(shù)關(guān)系。CP 與PCB(印刷電路板)布局特性之間并不存在簡單的對應(yīng)關(guān)系，但是一般來說，增加環(huán)狀間隙和減少線跡長度與寬度都會降低CP。 遺憾的是，加寬傳感器導(dǎo)體片與地電位之間的間隙會降低抗干擾性能。要想獲得最佳的CP 和抗干擾性能，需要遵循電容式感應(yīng)控制器制造商的最佳PCB布局方案。

　　使用睡眠模式和優(yōu)化傳感器報告率

　　報告率和睡眠模式共同決定了對電容式觸控傳感器進(jìn)行的采樣方式(如圖2所示)。報告率明確規(guī)定了模數(shù)轉(zhuǎn)換器對傳感器進(jìn)行采樣的頻率。當(dāng)對傳感器進(jìn)行采樣時，電容式感應(yīng)控制器處于活動模式。而當(dāng)控制器未對傳感器進(jìn)行采樣時，就會進(jìn)入睡眠模式。控制器在睡眠模式下會斷開所有內(nèi)部模塊和外部設(shè)備的電源。市場上的大多數(shù)電容式感應(yīng)控制器都支持這種模式?！　?/p>

 

　　選擇較低的報告率和更長的睡眠時間是降低平均功耗的關(guān)鍵。報告率和睡眠模式直接影響電容式感應(yīng)控制器的平均電流消耗，如方程式1所示。