触摸传感应用中的接近电容式传感器(Proximity Capacitive Sensor)技术.docVIP

触摸传感应用中的接近电容式传感器（Proximity Capacitive Sensor）技术 目 录 简介 3 接触电容式传感器概述 4 电容传感器在触摸传感中的应用 5 接近电容式传感器的其他应用 8 多电极和屏蔽驱动技术 9 总结 11 简介 在1831年法拉第（Michael Faraday）发现了电磁感应(Electro-magnetic Induction)。法拉第发现当导线在磁场中移动时，导线内便产生电压。电压和移动的速度是成比例的——移动越快，电压越高。今天，感应接近传感器使用电磁感应的法拉第法则来检测导电材料的靠近，而不用和它们实际接触。然而这种传感器的不足是，仅能检测金属导体和不同的金属容器都会影响检测范围。 在另一方面，接近电容式传感器坚持相同的原理，但是可以检测任何可导电或具有不同介电性能（dielectric properties）的材料，而不是传感器的电极环境。随着越来越多的用户/机器接口使用触摸传感控制器来可靠地响应命令，接近电容式传感器变得越来越流行。Freescale先进的MPR03和MPR04接近电容式传感器控制器可以在各种控制面板的应用中替代开关和按钮。MPR083设备支持8位置旋转界面应用，而MPR084设备支持高达8个触摸板应用。 接触电容式传感器概述 接触电容式传感是一项允许触摸检测的技术，通过测量电容，显示电容变化响应周围材料的变化。传感器通过产生一个电极（e-field）并且测量该电极的衰减来测量改变。不像感应传感器，接触电容式传感器可以检测任何可导电或具有不同介电性能的材料，而不是传感器的电极环境。它们是极好的触摸板使能者，dielectric constant）。并且我们体内包含了离子物质，这使我们成为很好的电导体。 Freescale在接触电容式传感器中使用了多种技术。MC33794, MC33941和MC34940系列包括了在传感器集成电路（IC）内的振荡器电路，该电路可以产生高纯度，低频正弦波的5V正弦波，其频率可通过使用39k Ohm的外部电阻来进行调节。多路复用器反馈一个AC信号，使该信号传到一个已选择的电极或参考引脚或内部测量点。IC自动将未选择的节点接地，并且担当需要产生e-field电流的返回路径。 当一个物体靠近金属电极时，比如具有高绝缘和可导电的人的一个手指，形成一个电路，在e-field电流上发生改变。通常，传感器测量产生的e-field的AC阻抗并且将测量单位转换成DC输出电压。然后带有模拟数字控制器（ADC）的外部控制器处理该信息完成任何的计算功能，例如那些和触摸控制板相关的。然而我们更先进的MPR083和MPR084接触电容式传感器控制器通过一个具有定制寻址的内部集成电路（I2C）来产生数字输出，因而不要考虑需要外部ADC。 这种测量方法需要RC振荡器技术，该技术使用GPIO检测精确的电压改变。GPIO将按照0.5×Vdd从低到高转换，并且触摸检测通过测量延时完成。MPR08X系列的好处包括低功耗和更多智能，传感器算法按照具体的微控制器优化。设备和软件都是高配置，并且可控制可以按照具体的传感器布局设计优化。通过寄存器控制定时，完成低功耗下的精确功率模式控制。 由于增强的可靠性（没有可动部分），更大的设计自由度和更现代的外观，接近电容式触摸传感将会很快得到设计者的喜爱。 电容传感器在触摸传感中的应用 接近电容式传感技术正在蓄势进军工业和消费品产品的应用。MPR083和MPR084使设计者可以有成本效益的替代控制面板应用中的机械按钮和开关。虽然波形因子不同，但都是利用了触摸板技术。 触摸板——这是一个简化的非接触“区”，检测手指的存在与否。原始的检测输出是一个给出了触摸条件的一个单独位。当开发触摸面板时，有3个重要的事项需要考虑： ● 触摸板电极的设计和布局 ● 面板表面各种不同的绝缘材料 ● 不同环境条件对e-field测量的影响。 这3个事项的关系在下面的等式描述。 图12-2 模定时器（MTIM）框图 电极尺寸和空间的相互作用影响在第三位维感应物体的能力[图3]。电极越大，范围和灵敏度更大，然而它们更容易受周围环境的干扰，电噪音和杂散电磁的影响。相似地，电极之间的空间越大，产生的e-field越大，但是减弱了信号。在触摸面板应用的例子中，触摸板只需要适应手指的倾斜，限制电极的可用尺寸和它们之间的空间。 用于面板表面的绝缘材料的效力依赖于它的厚度和介电常数（k）。总的来说，触摸板上的绝缘体应尽可能薄，得到尽可能高的介电常数。然而一个覆盖较厚的面板的介电常数可能增加，因为它是扁平的，例如氯丁橡胶可能会提供比正常期望的更高的灵敏度。 当设计触摸板应用时，环境的影响也必须考虑。然而指尖上的油不可能有什么影响，因为可能由于在手指和其他电极