中心議題：

• 人體接觸應用中的電容檢測
• 使用容性傳感器電極的器件

解決方案：

• 采用AD7147和AD7148 CapTouch用於單電極電容傳感器

電容檢測不僅用在您的智能手機中；在必須與人體皮膚接觸的醫療設備等產品中，它也有用武之地。本文介紹如何使用電容檢測來確定設備表麵與用戶皮膚的接觸質量。　　

容性檢測技術在傳統的人機界麵應用中繼續受到青睞，例如筆記本電腦觸控板、MP3播放器、觸(chu)摸(mo)屏(ping)顯(xian)示(shi)器(qi)和(he)近(jin)程(cheng)檢(jian)測(ce)器(qi)等(deng)。除(chu)了(le)利(li)用(yong)容(rong)性(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)取(qu)代(dai)機(ji)械(xie)按(an)鈕(niu)外(wai)，用(yong)一(yi)點(dian)點(dian)想(xiang)象(xiang)力(li)，再(zai)加(jia)上(shang)人(ren)機(ji)界(jie)麵(mian)設(she)計(ji)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)，將(jiang)會(hui)使(shi)很(hen)多(duo)其(qi)它(ta)應(ying)用(yong)也(ye)能(neng)利(li)用(yong)這(zhe)一(yi)技(ji)術(shu)。圖(tu)1所示為一些應用概念示例
，這些概念可以通過采用人體接觸檢測得到完善。
 

圖1. 使用容性傳感器電極的器件

對於圖1中zhong所suo示shi的de器qi件jian
，若ruo能neng在zai啟qi動dong器qi件jian或huo進jin行xing測ce量liang之zhi前qian先xian了le解jie器qi件jian與yu皮pi膚fu之zhi間jian的de接jie觸chu質zhi量liang等deng相xiang關guan信xin息xi
，往wang往wang較jiao為wei有you利li。這zhe些xie器qi件jian包bao括kuo需xu要yao緊jin靠kao皮pi膚fu的de醫yi用yong探tan針zhen、生sheng物wu電dian位wei電dian極ji傳chuan感gan器qi或huo者zhe用yong於yu固gu定ding導dao管guan用yong管guan的de外wai殼ke。為wei確que定ding接jie觸chu條tiao件jian，可ke以yi在zai注zhu塑su生sheng產chan過guo程cheng中zhong將jiang圖tu中zhong綠lv色se的de幾ji個ge容rong性xing傳chuan感gan器qi電dian極ji直zhi接jie嵌qian入ru器qi件jian的de塑su料liao外wai殼ke。主zhu機ji微wei控kong製zhi器qi讀du取qu容rong性xing傳chuan感gan器qi控kong製zhi器qiIC上shang的de一yi些xie狀zhuang態tai寄ji存cun器qi，這zhe些xie寄ji存cun器qi表biao示shi容rong性xing傳chuan感gan器qi離li皮pi膚fu有you多duo近jin。隨sui後hou

，主zhu機ji微wei控kong製zhi器qi上shang運yun行xing的de基ji本ben檢jian測ce算suan法fa處chu理li狀zhuang態tai寄ji存cun器qi信xin息xi，以yi確que定ding各ge傳chuan感gan器qi電dian極ji與yu皮pi膚fu的de接jie觸chu是shi否fou適shi當dang。

在傳統的容性檢測人機界麵應用中，人們一般通過手指觸碰開始接觸傳感器電極。圖1zhongdeshilizeyifeichuantongfangshishiyongrongxingchuanganqi，yonghuzairentishangfangzhileyigehanyourongxingjiancedianjideqijian。kaifazheleiyingyonghenjiandan
，danweilegoujianyigewendingkekaodexitong，haishiyingdangzunshouyixieguanjianzhunze

電容數字控製器。開發高性能接觸檢測應用，首先要選擇一個合適的電容數字控製器(CDC)。對於圖1所suo示shi的de應ying用yong，器qi件jian表biao麵mian與yu皮pi膚fu的de接jie觸chu是shi直zhi接jie通tong過guo能neng量liang的de細xi微wei變bian化hua測ce量liang的de
，這zhe種zhong能neng量liang變bian化hua分fen布bu在zai容rong性xing傳chuan感gan器qi電dian極ji陣zhen列lie中zhong，當dang器qi件jian與yu皮pi膚fu發fa生sheng接jie觸chu時shi就jiu會hui產chan生sheng。這zhe種zhong測ce量liang的de精jing度du取qu決jue於yuCDC模擬前端的靈敏度和傳感器電極的數量。采用傳統PCB工藝製造的容性傳感器精度通常在50 fF至20 pF範圍內，因此使用16位CDC的高精度測量技術是比較理想的。

在選擇CDC時，首先要明確一些關鍵特性
，例如帶16位ADC的高分辨率模擬前端

、可編程傳感器靈敏度設置、可編程傳感器失調控製、片內環境校準、支持理想數量傳感器電極的充足容性輸入通道，以及無需使用外部RC器(qi)件(jian)進(jin)行(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)校(xiao)準(zhun)的(de)集(ji)成(cheng)設(she)計(ji)。這(zhe)些(xie)特(te)性(xing)均(jun)支(zhi)持(chi)可(ke)靠(kao)而(er)靈(ling)活(huo)的(de)應(ying)用(yong)，帶(dai)來(lai)最(zui)佳(jia)用(yong)戶(hu)體(ti)驗(yan)。例(li)如(ru)，可(ke)編(bian)程(cheng)靈(ling)敏(min)度(du)可(ke)使(shi)界(jie)麵(mian)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)針(zhen)對(dui)具(ju)體(ti)應(ying)用(yong)預(yu)設(she)最(zui)佳(jia)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)靈(ling)敏(min)度(du)

，而(er)非(fei)采(cai)用(yong)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)較(jiao)差(cha)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)固(gu)定(ding)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。可(ke)編(bian)程(cheng)失(shi)調(tiao)控(kong)製(zhi)對(dui)界(jie)麵(mian)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)是(shi)另(ling)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)特(te)性(xing)，因(yin)為(wei)每(mei)一(yi)個(ge)生(sheng)產(chan)批(pi)次(ci)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)板(ban)的(de)失(shi)調(tiao)值(zhi)可(ke)能(neng)都(dou)會(hui)略(lve)有(you)不(bu)同(tong)。快(kuai)速(su)預(yu)表(biao)征(zheng)允(yun)許(xu)在(zai)將(jiang)新(xin)傳(chuan)感(gan)器(qi)板(ban)投(tou)入(ru)量(liang)產(chan)之(zhi)前(qian)更(geng)改(gai)主(zhu)機(ji)固(gu)件(jian)設(she)置(zhi)。對(dui)於(yu)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)或(huo)濕(shi)度(du)預(yu)計(ji)會(hui)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)的(de)應(ying)用(yong)，片(pian)內(nei)環(huan)境(jing)校(xiao)準(zhun)可(ke)實(shi)現(xian)更(geng)可(ke)靠(kao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。請(qing)注(zhu)意(yi)
，電(dian)極(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)使(shi)用(yong)標(biao)準(zhun)PCB銅跡線構建的；基板的屬性會隨溫度和濕度的變化而改變

，因此將會改變傳感器輸出的基線電平。如果CDC支持片內校準，這種基線漂移就可以在產品使用中得到動態補償。　　

小電極需要高靈敏度。測量的目標是確定設備與皮膚的緊靠程度
；皮膚與設備的接觸質量越好
，設備的讀取就越準確。測量的準確度取決於分布在器件接觸麵區域的電極傳感器的數量（電極越多
，分辨率越高）和大小。對於圖1所示的應用，器件的表麵區域一般很小，需要設計人員在開發應用時采用小型傳感器電極。　　

為了可靠測量與小傳感器電極相關的小電容變化（一般小於50 pF），需xu要yao使shi用yong高gao靈ling敏min度du模mo擬ni前qian端duan控kong製zhi器qi。請qing記ji住zhu，塑su料liao覆fu蓋gai材cai料liao的de類lei型xing和he厚hou度du會hui進jin一yi步bu影ying響xiang傳chuan感gan器qi透tou過guo塑su料liao發fa射she的de小xiao信xin號hao。控kong製zhi器qi的de模mo擬ni前qian端duan測ce量liang必bi須xu具ju有you足zu夠gou的de靈ling敏min度du來lai測ce量liang這zhe種zhong小xiao信xin號hao，同tong時shi在zai所suo有you工gong作zuo條tiao件jian下xia（例如不同的電源電壓、溫度和濕度以及覆蓋麵材料的厚度和種類）
，在zai測ce得de信xin號hao和he閾yu值zhi電dian平ping檢jian測ce設she置zhi之zhi間jian保bao持chi較jiao好hao的de信xin號hao餘yu量liang。較jiao低di的de信xin號hao餘yu量liang會hui增zeng加jia誤wu檢jian和he傳chuan感gan器qi不bu穩wen定ding的de風feng險xian。為wei了le最zui大da程cheng度du降jiang低di風feng險xian

，當dang使shi用yong帶dai16位ADC的CDC時
，在傳感器基線電平（傳感器沒有與皮膚接觸）與接觸閾值電平之間應保持至少1000 LSB的餘量。　　

AD7147和AD7148 CapTouch可編程控製器用於單電極電容傳感器，具有16位分辨率，可進行毫微微法拉級測量，並可在滿量程範圍內設置16個可編程閾值檢測電平值。這兩款控製器支持1 mm塑料覆蓋材料（介電常數為3.0）下的3 mm × 3 mm的小型傳感器電極，同時仍保持1000 ADC LSB的滿量程信號餘量。滿量程信號餘量是指在沒有皮膚接觸和有皮膚接觸的情況下傳感器輸出之間的差。　　
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保持可靠性能。容性傳感器電極是采用PCB上的標準銅材料或柔性材料製成的。這種材料的特性會隨溫度和濕度的變化而發生改變。這種變化會使基線電平發生偏移（所有傳感器閾值電平均是以基線電平為參考的）。較大的基線偏移增加了接觸閾值電平過低或過高的風險（過低還是過高取決於基線偏移的方向）這(zhe)會(hui)引(yin)起(qi)虛(xu)假(jia)的(de)接(jie)觸(chu)誤(wu)差(cha)，或(huo)使(shi)閾(yu)值(zhi)電(dian)平(ping)不(bu)是(shi)太(tai)靈(ling)敏(min)就(jiu)是(shi)不(bu)夠(gou)靈(ling)敏(min)
，導(dao)致(zhi)接(jie)觸(chu)狀(zhuang)態(tai)的(de)不(bu)穩(wen)定(ding)。為(wei)保(bao)持(chi)傳(chuan)感(gan)器(qi)原(yuan)始(shi)的(de)信(xin)號(hao)接(jie)觸(chu)閾(yu)值(zhi)檢(jian)測(ce)電(dian)平(ping)餘(yu)量(liang)（靈敏度）
，CDC需要自動跟蹤基線偏移誤差的幅度，並對閾值設置進行相應的重新調整。圖2中的示例介紹了AD7147和AD7148的閾值電平如何針對因環境條件變化引起的基線失調變化進行自動跟蹤和調整。
 

圖2. AD7147/AD7148片內環境校準