面向手持移動(dòng)設(shè)備的觸摸傳感技術(shù)解析

典型的食用油如橄欖油或杏仁油的介電常數(shù)在2.8-3.0之間。石蠟在華氏68度時(shí)的介電常數(shù)在2.2-4.7之間。這些材料的介電常數(shù)接近甚至小于傳感器常用覆膜聚碳酸脂(2.9-3.2)或ABS材料(2.87-3.0)的介電常數(shù)。因而，油對(duì)傳感器的操作沒有多大影響。

相反，甘油的介電常數(shù)在47-68之間，水的介電常數(shù)約為80。盡管這些材料的介電常數(shù)比覆膜材料高，對(duì)于使用數(shù)字觸摸檢測(cè)技術(shù)(如ATLab公司開發(fā)并擁有產(chǎn)權(quán)的FMA1127觸摸傳感器控制器所使用的技術(shù))的觸摸傳感器來說，由于傳感器墊片和濺上的液體都沒有接地，濺上這些液體不會(huì)引起任何異常行為。

盡管觸摸傳感器的操作細(xì)節(jié)和接口依賴于具體的應(yīng)用，一般來說，容性傳感器接口電路和檢測(cè)方法有模擬和數(shù)字兩種類型。一種模擬技術(shù)是測(cè)量頻率或工作周期，這些量因?yàn)樵谑种负偷刂g引入額外的電容而發(fā)生變化(見圖2)。

圖2： 模擬觸摸方案;由于需使用參考地，可能會(huì)受到水滴的影響。

利用這種技術(shù)和高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，可以把測(cè)到的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼。得益于混合信號(hào)技術(shù)的進(jìn)步，最新款的電容/數(shù)字轉(zhuǎn)換器把高性能模擬前端與低功率高性能ADC集成在一起。

模擬接口電路的一個(gè)缺點(diǎn)是容性傳感器可能會(huì)受到難以捉摸的噪聲、串?dāng)_、耦合的影響。另外，傳感器輸出的動(dòng)態(tài)范圍受到電源電壓的限制，而隨著半導(dǎo)體制造技工藝節(jié)點(diǎn)的縮小該電源電壓在不斷降低。

如果使用深亞微米CMOS技術(shù)把傳感器電路與復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理模塊集成到相同的基底上，情況會(huì)變得更具挑戰(zhàn)性。為避免外部干擾，該器件可能會(huì)要求使用軟件工作區(qū)，這增加了與之接口的微控制器的存儲(chǔ)器開銷和性能開銷。

全數(shù)字傳感方法(見圖3)可避免與模擬方法有關(guān)的問題。數(shù)字方法通過使電容成為RC延時(shí)線的一部分來檢測(cè)傳感器電容的變化。

圖3：數(shù)字觸摸方案;在存在水滴時(shí)仍具有魯棒的性能。

圖3中簡(jiǎn)單的全數(shù)字型時(shí)間/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)測(cè)量該延時(shí)線相對(duì)于基準(zhǔn)RC延時(shí)線的差并輸出阻抗的變化。寄生電容對(duì)RC延時(shí)的影響可通過加電補(bǔ)償來消除。

手指碰到傳感器墊片使電容增大進(jìn)而提高了RC延時(shí)時(shí)間并導(dǎo)致阻抗變化。把這個(gè)阻抗與校準(zhǔn)阻抗對(duì)比可確定是否發(fā)生了觸摸事件。該傳感方案很容易通過調(diào)整RC延時(shí)線的電阻來改善性能。

MCU接口

不管使用模擬方法還是數(shù)字方法，觸摸傳感器控制器都可以使用簡(jiǎn)單的SPI或I(SUP/)2(/SUP)C接口與微控制器相連。MCU(主)通常以主從模式與觸摸傳感器控制器(從)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

如果MCU沒有這樣的串行接口，可以使用軟件模擬串行接口的方法，但這種方法增加了存儲(chǔ)器和性能的開銷。把觸摸傳感器控制器與微控制器集成在一起的芯片已在不久前上市。

消費(fèi)電子、家庭自動(dòng)化和工業(yè)要求

相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械按鈕、滑塊、轉(zhuǎn)輪和開關(guān)，觸摸傳感器控制提供了靈活、可靠且高性價(jià)比的替代方案。