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电容式传感器的应用实例

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——电容式传感器在手机上的应用

摘要：随着传感器不断的发展与成熟，电容式传感器广泛应用于压力、液位、位

移等各种检测中，在农业、工业等领域的发展作出突出贡献。电容式传感器作为

一项前途广阔的新型技术，日益受到人们的重视。

电容式感测技术在手机触摸屏中的应用

引言

电容传感技术投入应用已长达一个世纪，它具有结构简单、动态响应快、易

实现非接触测量等突出的优点，具有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农

业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新

兴领域体现其优越性。

电容式感测用户界面正作为手机中机械按键的一种实用的创新替代方案脱

颖而出。虽然电容式传感器可被视作传统按键的简易替代方案，但该技术不仅仅

是半球型开关的一种升级。当手机采用触摸式传感器来实现时，手机制造商在设

计中可获得一种令人激动的崭新的外观感觉选择。

利用电容式传感器，手机按键，即键垫（keymat），无需移动式元件就可以

实现，这样会形成平顺光滑的接触表面。此外，设计人员还可在机械按键顶端选

用电容式感测，轻按会触发电容式传感器，重按则激活机械开关。

整合了这种技术的手机不仅能感测手指的位置，还能感测到手指对按键施加

压力的轻重。轻按可能与电话号码簿翻页有关，重按则可能是往选定号码拨打电

话。

近年来手机设计中出现的最引人注目的趋势之一是电容式传感器和透明导

体的结合。这种透明键垫为设计人员提供了许多具创造性的选择。

手指电容

所有电容式触摸传感系统的核心部分都是一组与电场相互作用的导体。在皮

肤下面，人体组织中充满了传导电解质(一种有损电介质)。正是手指的这种导电

特性，使得电容式触摸传感成为可能。

简单的平行板电容器具有两个导体，其间隔着一层电介质。该系统中的大部

分能量直接*在电容器极板之间。少许能量会泄露到电容器极板以外的空间，而

由这些泄露能量所形成的电场被称为“边缘场”。制作实用电容式传感器的部分

难题在于：需要设计一组印制导线，将上述的边缘场引导到用户易接近的有效感

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应区域中。显然，对于这种传感器模式来说，平行板电容器并非上佳之选。

把手指放在边缘电场的附近将增加电容式传感系统的导电表面积。由手指所

产生的额外电荷存储容量就是已知的手指电容CF。无手指触摸时的传感器电容

用CP来表示。在本文中，它代表寄生电容。

关于电容式传感器的一个常见的误解是：为了使系统正常工作，手指必须接

地。实际上，手指被传感的原因在于它带有电荷，而这与其是否悬空或接地完全

无关。

图:手机电容传感器的机械层叠截面图

系统设计中，机械层叠是一个重要的考虑因素，因为手机的外壳日趋纤薄。事实上，

传感器线迹布局不佳和覆盖膜材料厚度过大是手机中SNR偏低的主要原因。

电路板一般是柔性电路，在某些情况下，也有可能是一种很薄的刚性板。电路板通过绝

缘粘合膜的薄层被安装在覆盖膜上，从而提高了从传感器到覆盖膜的电场耦合。该粘合层还

形成了一个能够对手指轻压和重压都稳定响应的机械系统。1-3mm的覆盖膜厚度是比较理

想的，这样可在不过度削弱电容式感测信号的情况下为手机提供所需的封装机械强度。

透明电容

手机中触摸感测的必威体育精装版趋势是在玻璃或塑料膜上使用氧化铟锡（ITO）。ITO是一种导电材料，

作为薄膜运用时是透明的。这种材料已在电阻式触摸屏中使用多年。现在，微控制器的必威体育精装版

发展成果又使电容式触摸屏成为可能。电阻式触摸屏由于依赖触摸表面的机械变形，故很容

易损坏，需要更换。而电容式ITO触摸屏不需要机械变形来实现。电容式ITO触摸屏超越

标准电阻式触摸屏的优点之一就是摒弃了这种易发生故障的机械模式。

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