【導讀】suizhezhinengchukonghezhinengbiaomiangainianzaiqicheyingyongshangdexingqi
，chundianrongchukongjishubeiguangfanyingyongyuqicheneiwaishiyingyongzhong，tidaichuantongjixieanjian，zaiyidingchengdushangtishengleqicherenjijiaohutiyanganhekejigan，dansuizheyuelaiyueduogeleirenjijiaohuyingyongchangjingdechuxian，yijijiyuchuantongchundianrongfangandaguimojinruqichezouxiangshichang
，danchundedianrongchukongfangandebiduancongkaifacedaoyonghuceyuelaiyuexianxianchulai，baokuoanjianwuchuwenti，duoanjianmangcaowenti
，shuidewuchufawenti
，EMC抗kang幹gan擾rao問wen題ti等deng等deng都dou對dui智zhi能neng觸chu控kong和he智zhi能neng表biao麵mian在zai汽qi車che上shang的de更geng大da規gui模mo應ying用yong與yu普pu及ji構gou成cheng了le一yi定ding的de障zhang礙ai。行xing業ye也ye都dou在zai積ji極ji思si考kao如ru何he在zai可ke接jie受shou的de成cheng本ben範fan圍wei內nei
，通tong過guo技ji術shu迭die代dai改gai進jin解jie決jue現xian有you痛tong點dian
，提ti升sheng方fang案an的de可ke靠kao性xing。

泰矽微所倡導的壓感+電容雙模3D觸控芯片及整體方案正是在這樣的大背景下應運而生的。整體方案構成包括由泰矽微開發的車規級專用人機交互MCU和(he)來(lai)自(zi)於(yu)深(shen)圳(zhen)紐(niu)迪(di)瑞(rui)公(gong)司(si)開(kai)發(fa)的(de)基(ji)於(yu)惠(hui)斯(si)通(tong)電(dian)橋(qiao)原(yuan)理(li)的(de)車(che)規(gui)級(ji)壓(ya)力(li)感(gan)應(ying)柔(rou)性(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)。整(zheng)體(ti)方(fang)案(an)解(jie)決(jue)了(le)現(xian)有(you)純(chun)電(dian)容(rong)觸(chu)控(kong)存(cun)在(zai)的(de)所(suo)有(you)痛(tong)點(dian)，且(qie)成(cheng)本(ben)可(ke)控(kong)，具(ju)備(bei)較(jiao)強(qiang)的(de)可(ke)生(sheng)產(chan)性(xing)。方(fang)案(an)所(suo)包(bao)含(han)的(de)芯(xin)片(pian)和(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)均(jun)已(yi)通(tong)過(guo)相(xiang)關(guan)AEC-Q100/200測試認證。本文接下來的篇幅將會更詳細的展開介紹相關方案的市場，技術及應用情況。

本ben材cai料liao麵mian向xiang從cong事shi汽qi車che人ren機ji交jiao互hu，智zhi能neng內nei外wai飾shi件jian相xiang關guan應ying用yong的de技ji術shu及ji市shi場chang人ren員yuan，汽qi車che相xiang關guan行xing業ye分fen析xi師shi及ji行xing業ye投tou資zi機ji構gou等deng。希xi望wang能neng給gei行xing業ye帶dai來lai一yi定ding的de參can考kao價jia值zhi。

2 市場縱觀和需求分析

2.1 智能按鍵和智能表麵市場概述

隨著新能源技術的發展，汽車動力係統已經越來越難以實現差異化， qichexingyedefazhanyouguoqujiyujixieheneiranjixitongdedonglixitongdejingzhengyanbianweizhinenghua，shushihua
，kejigandengdejingzheng
，suizhidailaideshizhenggeshengtaixitongdekuaisuyanbian。

智(zhi)能(neng)按(an)鍵(jian)和(he)智(zhi)能(neng)表(biao)麵(mian)作(zuo)為(wei)汽(qi)車(che)智(zhi)能(neng)化(hua)的(de)重(zhong)要(yao)部(bu)分(fen)
，目(mu)前(qian)正(zheng)處(chu)於(yu)快(kuai)速(su)發(fa)展(zhan)階(jie)段(duan)，隨(sui)著(zhe)由(you)儀(yi)表(biao)，娛(yu)樂(le)，空(kong)調(tiao)等(deng)分(fen)離(li)單(dan)元(yuan)組(zu)成(cheng)的(de)傳(chuan)統(tong)座(zuo)艙(cang)快(kuai)速(su)向(xiang)座(zuo)艙(cang)域(yu)+ADAS域(yu)演(yan)變(bian)，一(yi)體(ti)貫(guan)穿(chuan)屏(ping)和(he)雙(shuang)聯(lian)屏(ping)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)被(bei)用(yong)於(yu)新(xin)發(fa)布(bu)車(che)型(xing)中(zhong)，傳(chuan)統(tong)中(zhong)控(kong)部(bu)分(fen)用(yong)於(yu)調(tiao)節(jie)空(kong)調(tiao)和(he)娛(yu)樂(le)導(dao)航(hang)等(deng)功(gong)能(neng)的(de)機(ji)械(xie)按(an)鍵(jian)被(bei)集(ji)成(cheng)進(jin)大(da)顯(xian)示(shi)屏(ping)或(huo)轉(zhuan)換(huan)為(wei)智(zhi)能(neng)按(an)鍵(jian)被(bei)轉(zhuan)移(yi)到(dao)其(qi)它(ta)位(wei)置(zhi)，對(dui)於(yu)集(ji)成(cheng)於(yu)顯(xian)示(shi)屏(ping)的(de)功(gong)能(neng)鍵(jian)麵(mian)臨(lin)多(duo)層(ceng)菜(cai)單(dan)的(de)操(cao)作(zuo)複(fu)雜(za)度(du)，比(bi)較(jiao)適(shi)合(he)於(yu)與(yu)駕(jia)駛(shi)和(he)車(che)身(shen)控(kong)製(zhi)無(wu)關(guan)的(de)娛(yu)樂(le)，導(dao)航(hang)
，通(tong)訊(xun)等(deng)功(gong)能(neng)的(de)集(ji)成(cheng)；對(dui)於(yu)一(yi)些(xie)常(chang)用(yong)和(he)用(yong)戶(hu)希(xi)望(wang)快(kuai)捷(jie)響(xiang)應(ying)的(de)涉(she)及(ji)車(che)量(liang)行(xing)駛(shi)和(he)車(che)身(shen)控(kong)製(zhi)的(de)功(gong)能(neng)
，按(an)鍵(jian)形(xing)式(shi)無(wu)論(lun)從(cong)便(bian)捷(jie)性(xing)和(he)安(an)全(quan)性(xing)考(kao)慮(lv)會(hui)更(geng)適(shi)合(he)
，但(dan)受(shou)限(xian)於(yu)可(ke)用(yong)的(de)麵(mian)積(ji)和(he)空(kong)間(jian)
，空(kong)間(jian)占(zhan)用(yong)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)機(ji)械(xie)按(an)鍵(jian)會(hui)轉(zhuan)變(bian)為(wei)更(geng)加(jia)小(xiao)巧(qiao)的(de)智(zhi)能(neng)按(an)鍵(jian)轉(zhuan)移(yi)至(zhi)顯(xian)示(shi)屏(ping)下(xia)方(fang)
、檔(dang)把(ba)控(kong)製(zhi)板(ban)或(huo)多(duo)功(gong)能(neng)方(fang)向(xiang)盤(pan)。智(zhi)能(neng)按(an)鍵(jian)除(chu)在(zai)結(jie)構(gou)件(jian)的(de)小(xiao)體(ti)積(ji)輕(qing)量(liang)化(hua)方(fang)麵(mian)有(you)優(you)勢(shi)之(zhi)外(wai)，也(ye)帶(dai)來(lai)用(yong)戶(hu)體(ti)驗(yan)的(de)提(ti)升(sheng)如(ru)觸(chu)覺(jiao)反(fan)饋(kui)
，聲(sheng)音(yin)反(fan)饋(kui)，光(guang)效(xiao)反(fan)饋(kui)等(deng)， 在汽車上的應用呈快速增加的態勢。

圖一 基於傳統機械按鍵的內飾

圖二 大屏+智能按鍵

智(zhi)能(neng)表(biao)麵(mian)是(shi)未(wei)來(lai)汽(qi)車(che)內(nei)外(wai)飾(shi)發(fa)展(zhan)的(de)方(fang)向(xiang)，它(ta)通(tong)過(guo)在(zai)內(nei)外(wai)飾(shi)材(cai)料(liao)上(shang)增(zeng)加(jia)電(dian)子(zi)功(gong)能(neng)的(de)產(chan)品(pin)結(jie)構(gou)實(shi)現(xian)塑(su)電(dian)一(yi)體(ti)化(hua)，在(zai)我(wo)們(men)不(bu)需(xu)要(yao)的(de)時(shi)候(hou)隱(yin)藏(zang)，需(xu)要(yao)時(shi)通(tong)過(guo)接(jie)近(jin)
，手(shou)勢(shi)或(huo)語(yu)音(yin)控(kong)製(zhi)等(deng)形(xing)式(shi)來(lai)激(ji)活(huo)，獲(huo)得(de)反(fan)饋(kui)和(he)響(xiang)應(ying)。在(zai)信(xin)息(xi)展(zhan)現(xian)上(shang)，智(zhi)能(neng)表(biao)麵(mian)能(neng)夠(gou)將(jiang)車(che)內(nei)所(suo)有(you)功(gong)能(neng)無(wu)縫(feng)整(zheng)合(he)至(zhi)統(tong)一(yi)表(biao)麵(mian)
，實(shi)現(xian)無(wu)縫(feng)銜(xian)接(jie)。

在未來

，車內的每一個表麵都可以是智能表麵 。womenzhixuzaicheneifugaidebiaomianshangfangdongdongshou
，mougehudongjiemianhuodongtaifenweidengjihuixianxian，zhexiebiaomiankeyiyuwomenhudong
，keyigenjuyonghuxuqiuchuxianzaiqiadangdedifang，qizhanxianxingshiyouhenduozhong：

方向盤的智能表麵設計：可通過觸摸、按壓或手勢等方式觸發轉向信號、汽車娛樂係統控製、汽車檔位車速控製等功能。

門飾板和車把手：可以通過觸控技術集成後視鏡、車窗控製
、座椅調節等為一體。

智能座椅控製：通過智能表麵來實現不同的場景的設置，如座椅調節、座椅加熱、按摩、一鍵零重力、氛圍燈光等功能的控製。

智能玻璃和天窗的設計，使用特殊的薄膜設計
，插入玻璃中，再通過電子控製信號改變透明度來實現汽車內部氛圍燈
、影像的控製功能。

圖三 無處不在的智能表麵

智能表麵在設計方麵的自由度也將變得更為靈活。一方麵，我們可以調整占用者的可見功能數量及其當前需求；另ling一yi方fang麵mian，也ye有you利li於yu設she計ji師shi充chong分fen發fa揮hui想xiang象xiang，設she計ji出chu具ju有you更geng多duo高gao科ke技ji感gan和he美mei感gan的de作zuo品pin，從cong而er改gai善shan內nei部bu視shi覺jiao和he觸chu覺jiao效xiao果guo。智zhi能neng表biao麵mian可ke以yi減jian少shao多duo餘yu的de按an鈕niu和he開kai關guan，暫zan時shi沒mei有you被bei使shi用yong的de功gong能neng也ye可ke以yi變bian暗an或huo消xiao失shi。而er在zai未wei來lai，幾ji乎hu任ren意yi一yi個ge表biao麵mian都dou可ke以yi加jia載zai功gong能neng，這zhe樣yang多duo出chu來lai的de地di方fang可ke以yi作zuo為wei儲chu物wu空kong間jian或huo置zhi放fang其qi他ta物wu品pin。使shi車che內nei縫feng隙xi最zui小xiao化hua
，從cong而er實shi現xian了le整zheng體ti內nei飾shi風feng格ge的de無wu縫feng統tong一yi
，擴kuo大da了le空kong間jian使shi用yong率lv。

目mu前qian，智zhi能neng表biao麵mian技ji術shu正zheng在zai迅xun速su發fa展zhan，未wei來lai的de車che輛liang內nei部bu將jiang被bei集ji視shi覺jiao美mei與yu功gong能neng性xing於yu一yi身shen的de大da型xing智zhi能neng表biao麵mian所suo覆fu蓋gai。在zai整zheng體ti的de設she計ji上shang
，也ye讓rang消xiao費fei者zhe覺jiao得de更geng具ju設she計ji感gan和he科ke技ji感gan。智zhi能neng按an鍵jian作zuo為wei人ren機ji交jiao互hu的de基ji本ben實shi現xian形xing式shi將jiang會hui是shi智zhi能neng按an鍵jian的de基ji本ben組zu成cheng部bu分fen。

chuleneishibufendeyingyong

，waishijianduiyuzhinenganjianhezhinengbiaomiandeyingyongyechuxiankuaisufazhandetaishi
，ruyinzangshichukongmenbashoudeyingyongshicheliangwaiguangengjiameiguanhejieneng，weimenjiaotikongzhiqijiejueleyonghuzaishuangshoubaowudeqingkuangxiakaiweimendenandian，zhinengB柱作為共享汽車的輸入截麵也呈現出越來越多的應用案例。

綜合以上情況， 預計智能按鍵芯片的單車用量將會達到20到30顆之多，對整車的智能化體驗和成本越來越重要，相應的方案的選擇顯得越來越重要。

2.2 智能按鍵和智能表麵係統組成和方案選擇

zhinenganjianrenjijiaohuzhuyaobaokuoganzhihefankuiliangbufen，ganzhibufenzhuyaoshiliyonggezhongchuanganqiduiyonghudechumodongzuojinxingkekaoshibie，zhuyaoxingshiyoudianrongshi，dianzushi，hongwaishi，dianganshideng， 反(fan)饋(kui)部(bu)分(fen)是(shi)對(dui)用(yong)戶(hu)操(cao)作(zuo)進(jin)行(xing)回(hui)饋(kui)以(yi)確(que)認(ren)操(cao)作(zuo)成(cheng)功(gong)。兩(liang)者(zhe)結(jie)合(he)可(ke)在(zai)功(gong)能(neng)和(he)用(yong)戶(hu)習(xi)慣(guan)上(shang)完(wan)全(quan)替(ti)代(dai)傳(chuan)統(tong)機(ji)械(xie)按(an)鍵(jian)，同(tong)時(shi)比(bi)之(zhi)機(ji)械(xie)按(an)鍵(jian)擁(yong)有(you)更(geng)為(wei)美(mei)觀(guan)的(de)外(wai)形(xing)，占(zhan)用(yong)更(geng)少(shao)空(kong)間(jian)，以(yi)及(ji)提(ti)升(sheng)了(le)整(zheng)車(che)的(de)科(ke)技(ji)感(gan)。

在智能按鍵的技術選擇方麵
，電容觸控方案作為最通用和高性價比的方案被廣泛采用，但也存在諸多問題， 如(ru)防(fang)水(shui)問(wen)題(ti)，防(fang)誤(wu)觸(chu)問(wen)題(ti)，抗(kang)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti)，裝(zhuang)配(pei)精(jing)度(du)問(wen)題(ti)等(deng)僅(jin)靠(kao)單(dan)一(yi)電(dian)容(rong)檢(jian)測(ce)的(de)方(fang)式(shi)很(hen)難(nan)做(zuo)到(dao)完(wan)美(mei)解(jie)決(jue)，多(duo)
，模(mo)方(fang)案(an)自(zi)然(ran)而(er)然(ran)就(jiu)成(cheng)了(le)業(ye)界(jie)共(gong)同(tong)尋(xun)求(qiu)的(de)改(gai)進(jin)方(fang)案(an)。其(qi)中(zhong)壓(ya)力(li)
，紅(hong)外(wai)是(shi)最(zui)常(chang)使(shi)用(yong)的(de)方(fang)案(an), qizhonghongwaijiancezhuyaoyongdaogaochengbendeguangdianzhuanhuanqijian，duizhuangpeidejingduyaoqiugaoerqie
，xinhaoshuchuyubiaomiandebianxingliangyeshifeixianxingguanxi，lingmindushiyinghuanjingbianhuadenengliruo
；壓力檢測的方式也有電容或電阻方式， 其qi中zhong電dian容rong壓ya力li方fang式shi要yao求qiu兩liang個ge電dian容rong薄bo膜mo之zhi間jian需xu要yao真zhen空kong環huan境jing
，支zhi撐cheng麵mian需xu要yao平ping整zheng，壓ya力li和he電dian容rong變bian化hua非fei線xian性xing等deng在zai工gong程cheng實shi踐jian過guo程cheng中zhong麵mian臨lin很hen多duo難nan以yi克ke服fu的de挑tiao戰zhan。電dian阻zu式shi壓ya力li傳chuan感gan器qi作zuo為wei新xin型xing的de檢jian測ce方fang式shi具ju有you的de高gao線xian性xing度du
，裝zhuang配pei方fang式shi靈ling活huo，靈ling敏min度du高gao，低di功gong耗hao等deng特te性xing將jiang成cheng為wei多duo模mo觸chu控kong的de優you選xuan方fang案an
，得de到dao越yue來lai越yue多duo業ye內nei客ke戶hu的de認ren可ke。

3 傳統電容觸摸方案介紹

傳統的觸摸方案依照感應方式的不同，大致可以分為電阻式，電容式
，紅外線式和超聲波式四類，目前絕大部分應用（包括汽車）采用的是是電容式觸摸。

電容式觸摸又分自容式和互容式兩種檢測方式，這兩種檢測方式應用原理不同

，應用場合也不同。

tusishizirongshichumodeyuanlijiantu，zidianrongjianceshiyongyigedianji，chumoxinpianhuiceshigaidianjihedadizhijiandedianrong，ruojiangshouzhifangzaichuanganqishang，zecedededianronghuizengjia。zidianrongganyingzuishiheyongyudandianchumochuanganqi
，ruanjian。

圖四 自容觸控原理

圖五是自容式的原理簡圖，互電容感應將測量兩個電極間的電容。其中一個電極被稱為發送電極（TX），另一個被稱為接收電極（RX）。在互電容測量係統中，為 TX 引腳提供數字電壓（VDDD 和 GND 間的信號切換），並測量 RX 引腳上所接收到的電荷。在 RX 電極上接收到的電荷與兩個電極間的互電容（Cx）成正比。在 TX 和 RX 電極間放置手指時，互電容Cx會降低到。由於互電容降低，RX 電極上接收到的電荷也會降低。互電容效應最適合用於多點觸摸係統，如觸摸屏和觸控板。

圖五 互容觸控原理

圖六是自容式電容觸摸的工作原理介紹
，分為觸摸態和非觸摸態。

圖六 自容工作原理

在非觸摸態的時候的物理模型如上圖所示，整個係統會有3個等效電容組成，一個是寄生電容Cp（Parasitic Cap），一個是電極電容Ce（Electrode Cap），還有一個回地電容Cg（Ground return Cap）。這3個(ge)電(dian)容(rong)並(bing)不(bu)是(shi)一(yi)成(cheng)不(bu)變(bian)的(de)，他(ta)們(men)會(hui)由(you)於(yu)周(zhou)圍(wei)環(huan)境(jing)的(de)變(bian)化(hua)而(er)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)
，所(suo)以(yi)在(zai)非(fei)觸(chu)摸(mo)態(tai)下(xia)
，電(dian)容(rong)值(zhi)會(hui)產(chan)生(sheng)波(bo)動(dong)，我(wo)們(men)稱(cheng)之(zhi)為(wei)電(dian)容(rong)底(di)噪(zao)，需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)來(lai)對(dui)這(zhe)種(zhong)波(bo)動(dong)值(zhi)進(jin)行(xing)修(xiu)正(zheng)，來(lai)保(bao)證(zheng)不(bu)會(hui)由(you)於(yu)周(zhou)圍(wei)環(huan)境(jing)的(de)變(bian)化(hua)而(er)產(chan)生(sheng)誤(wu)判(pan)斷(duan)。

圖七 基於自容的人體感應原理

如圖七所示

，當人體靠近電容檢測電極時的物理模型如上圖所示，要比未靠近的時候會增加一個觸摸電容Ct（touch cap）。當人體離這個電容檢測電極越近，Ct會越大
，當在一定時間範圍內電容變化量達到一定的門限後，我們就判斷有觸摸事件發生。

雖然自容式觸摸在汽車上的應用廣泛
，但是也存在一些比較難解決的問題，主要為以下幾種：

1：防水效果差：

像(xiang)車(che)外(wai)飾(shi)以(yi)及(ji)靠(kao)近(jin)車(che)窗(chuang)的(de)車(che)內(nei)飾(shi)組(zu)件(jian)容(rong)易(yi)遇(yu)到(dao)一(yi)些(xie)水(shui)滴(di)或(huo)者(zhe)水(shui)流(liu)的(de)情(qing)況(kuang)，這(zhe)種(zhong)場(chang)景(jing)下(xia)電(dian)容(rong)觸(chu)控(kong)容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)一(yi)些(xie)誤(wu)動(dong)作(zuo)。例(li)如(ru)門(men)把(ba)手(shou)
，尾(wei)門(men)開(kai)關(guan)，車(che)窗(chuang)升(sheng)降(jiang)開(kai)關(guan)，在(zai)下(xia)雨(yu)或(huo)洗(xi)車(che)等(deng)場(chang)景(jing)下(xia)，容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)誤(wu)判(pan)。

2：對低阻抗的物體容易產生誤觸：

因為電容觸控的檢測原理是通過pad來檢測周圍環境的介電常數在短時間的變化量來判斷是有觸摸動作，所以當有低阻抗或者介電常數跟人體的介電常數相似的物體（如金屬）靠近時也容易產生響應。

3：電磁抗幹擾差：

由於電容觸摸采用的是共模檢測的方式，並且電容檢測電極類似於天線
，所以對電源紋波和高頻噪音幹擾容易產生誤觸，特別是EMC測試中射頻噪音和電源線以及地線上噪音的抗幹擾效果不好。

4：盲操效果差：

duiyuyonghudeyixiebujingyidecaozuohuiyinqiwuchufa，birufangxiangpankongzhiqi，zaijiashizhexingshiguochengzhongxuyaomangcaodechangjingxia
，shouduidianronganjianjiaoduodechumoquyucaozuoshihuiyouhendagailvchanshengwuchu。

5：對開發人員的技術能力要求高：

由於電容觸摸的抗幹擾性差，對周圍器件的高頻幹擾容易受串擾，所以結構堆疊
，Layout設(she)計(ji)和(he)器(qi)件(jian)擺(bai)放(fang)以(yi)及(ji)對(dui)於(yu)觸(chu)摸(mo)算(suan)法(fa)調(tiao)試(shi)都(dou)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)難(nan)度(du)，開(kai)發(fa)周(zhou)期(qi)長(chang)。所(suo)以(yi)在(zai)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，對(dui)結(jie)構(gou)工(gong)程(cheng)師(shi)，硬(ying)件(jian)工(gong)程(cheng)師(shi)和(he)軟(ruan)件(jian)工(gong)程(cheng)師(shi)的(de)要(yao)求(qiu)都(dou)非(fei)常(chang)高(gao)。

基(ji)於(yu)純(chun)電(dian)容(rong)觸(chu)控(kong)存(cun)在(zai)的(de)諸(zhu)多(duo)問(wen)題(ti)，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)人(ren)家(jia)交(jiao)互(hu)觸(chu)摸(mo)方(fang)案(an)中(zhong)開(kai)始(shi)考(kao)慮(lv)融(rong)入(ru)壓(ya)力(li)檢(jian)測(ce)技(ji)術(shu)。通(tong)過(guo)壓(ya)力(li)檢(jian)測(ce)判(pan)斷(duan)按(an)壓(ya)動(dong)作(zuo)，通(tong)過(guo)常(chang)用(yong)的(de)壓(ya)力(li)檢(jian)測(ce)技(ji)術(shu)有(you)電(dian)容(rong)式(shi)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)檢(jian)測(ce)
、電感式壓力傳感檢測
、紅外壓力傳感檢測、MEMS壓力傳感檢測

、惠斯通電橋壓力傳感檢測技術。

4 主要壓感技術路線分析

4.1 電容式壓力傳感器檢測技術

電容式壓力傳感器檢測技術，需要在壓力檢測位置上構建一個電容器，按壓過程中檢測該電容器電容量的變化來判斷按壓動作。

電容器由兩塊正對的平行導體，以及它們之間夾著的絕緣介質構成，其電容量為

其中：

ε為兩平行導體之間的絕緣介質的相對介電常數

A為兩平行導體所覆蓋的麵積

d為兩平行導體之間的距離

C為電容量

當ε
、A或d發生變化時，電容量C也會隨之發生變化。

電容式壓力傳感器檢測技術是通過檢測按壓時改變兩平行導體間距來實現電容量變化的技術。

由此可見，實現電容式壓力傳感器檢測的關鍵在於在按壓位置上構建一個穩定
、一致，可靠，並在按壓時能夠產生一定行程距離的電容器。

這就使得設計電容器時需確保：

　　①電容器兩平行導體空間上既要完全重疊，又要保證兩導體之間的距離一致

　　②按壓時產生合適的位移行程引起的電容量的變化能被檢測電路有效檢測出來

　　③各種使用環境下絕緣介質的相對介電常數一致。

以上條件對電容的載體結構件、平(ping)行(xing)導(dao)體(ti)的(de)生(sheng)產(chan)裝(zhuang)配(pei)精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)極(ji)其(qi)苛(ke)刻(ke)，甚(shen)至(zhi)需(xu)要(yao)在(zai)兩(liang)平(ping)行(xing)導(dao)體(ti)之(zhi)間(jian)構(gou)建(jian)密(mi)閉(bi)環(huan)境(jing)並(bing)充(chong)填(tian)特(te)定(ding)氣(qi)體(ti)以(yi)確(que)保(bao)各(ge)種(zhong)使(shi)用(yong)環(huan)境(jing)下(xia)電(dian)容(rong)器(qi)中(zhong)的(de)絕(jue)緣(yuan)介(jie)質(zhi)的(de)相(xiang)對(dui)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)不(bu)變(bian)，這(zhe)樣(yang)才(cai)能(neng)保(bao)證(zheng)產(chan)品(pin)的(de)性(xing)能(neng)和(he)一(yi)致(zhi)性(xing)，生(sheng)產(chan)難(nan)度(du)和(he)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)極(ji)高(gao)。

電dian容rong量liang的de檢jian測ce大da多duo采cai用yong的de是shi電dian容rong觸chu摸mo的de檢jian測ce原yuan理li，因yin此ci該gai檢jian測ce技ji術shu除chu了le存cun在zai構gou建jian電dian容rong器qi的de難nan度du以yi外wai，還hai帶dai有you電dian容rong觸chu摸mo的de先xian天tian缺que陷xian，比bi如ru防fang水shui誤wu觸chu

、EMC、帶手套觸摸等問題
，降低了客戶的體驗度。

4.2 電感式壓力傳感器檢測技術

dianganshiyalichuanganqijiancejishushiliyongdianciganyingyuanlijiangyalizhuanhuanchengdianganxianquanziganliangdebianhua，zaiyouceliangdianluzhuanhuanchengdianyahuodianliudebianhua，laipanduananyacaozuodejiancejishu。

電感式壓力傳感器也稱變磁阻式壓力傳感器，由鐵芯、線圈和銜鐵三部分組成。如圖八所示：

圖八 電感式壓力傳感原理

線圈繞在鐵芯上，鐵芯和銜鐵都由導磁材料製成，銜鐵與鐵芯之間的氣隙距離為d
，由電磁感應定律可知，線圈電感量近似計算公式為：

其中：

N為繞製在鐵芯上的線圈匝數

μ0為空氣的磁導率

Ae為鐵芯截麵積

d為鐵芯與銜鐵之間的氣隙厚度

L為線圈電感量

可見隻要改變鐵芯和銜鐵之間的氣隙或氣隙截麵積就可以改變磁路的氣隙磁阻。

當壓力作用於銜鐵上，銜鐵和鐵芯之間的氣隙d發生變化，引起氣隙中的磁阻發生變化，從而導致線圈電感量的變化。再由處理電路
，常用的處理電路有交流電橋式、變壓器式以及諧振式等

，把這個電感的變化轉化成相應的電信號輸出，從而達到判斷按壓動作的目的。

電(dian)感(gan)式(shi)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)，具(ju)有(you)結(jie)構(gou)相(xiang)對(dui)簡(jian)單(dan)，沒(mei)有(you)活(huo)動(dong)的(de)電(dian)觸(chu)點(dian)，壽(shou)命(ming)長(chang)，工(gong)作(zuo)可(ke)靠(kao)。其(qi)致(zhi)命(ming)缺(que)點(dian)是(shi)自(zi)身(shen)頻(pin)率(lv)響(xiang)應(ying)低(di)
，不(bu)適(shi)合(he)需(xu)要(yao)快(kuai)速(su)動(dong)態(tai)檢(jian)測(ce)的(de)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)。

4.3 紅外式壓力傳感器檢測技術

紅外式壓力傳感器檢測技術是利用紅外線的物理特性進行按壓位移檢測的傳感器檢測技術。

紅外線是一種不可見光，具有光線的所有特性
，比如透射、反射、折射、散射
、xishoudengdeng。hongwaichuanganqigenjuhongwaiguangchanshengdefangshikeyifenweizhudongshihongwaichuanganqihebeidongshihongwaichuanganqi。zaihongwaishiyalichuanganqijiancejishuzhong，shiyongdeshizhudongshihongwaichuanganqi。

主動式紅外傳感器技術主要采用一發一收的係統結構，發射機是由電源、發光源和光學係統組成，接收機由光學係統、光電傳感器、放大器、信xin號hao處chu理li等deng部bu分fen組zu成cheng。發fa射she機ji中zhong的de紅hong外wai發fa光guang二er極ji管guan在zai電dian源yuan的de激ji發fa下xia發fa出chu一yi束shu經jing調tiao製zhi的de紅hong外wai光guang束shu，被bei紅hong外wai接jie收shou機ji接jie收shou，把ba光guang信xin號hao轉zhuan成cheng電dian信xin號hao，經jing電dian路lu處chu理li後hou傳chuan輸shu給geiMCU處chu理li。從cong而er在zai發fa射she機ji和he接jie收shou機ji之zhi間jian形xing成cheng一yi條tiao紅hong外wai光guang束shu組zu成cheng的de警jing戒jie線xian。正zheng常chang情qing況kuang下xia，接jie收shou機ji接jie收shou到dao一yi個ge穩wen定ding的de光guang信xin號hao，當dang發fa射she機ji和he接jie收shou機ji發fa生sheng錯cuo位wei時shi，或huo紅hong外wai光guang反fan射she

、折(zhe)射(she)距(ju)離(li)變(bian)化(hua)時(shi)，必(bi)然(ran)會(hui)全(quan)部(bu)或(huo)部(bu)分(fen)遮(zhe)擋(dang)紅(hong)外(wai)光(guang)束(shu)
，使(shi)得(de)接(jie)收(shou)機(ji)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)紅(hong)外(wai)信(xin)號(hao)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，輸(shu)出(chu)的(de)電(dian)信(xin)號(hao)的(de)強(qiang)度(du)會(hui)因(yin)此(ci)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，從(cong)而(er)檢(jian)測(ce)出(chu)發(fa)生(sheng)位(wei)移(yi)。

在使用主動式紅外傳感器檢測位移時，需要保證以下條件：

　　① 發射機和接收機的安裝位置需要處於同一平麵，且夾角固定，確保發射機發射出的紅外光被接收機有效接收。

　　②當(dang)發(fa)生(sheng)位(wei)移(yi)時(shi)，需(xu)要(yao)發(fa)射(she)機(ji)和(he)接(jie)收(shou)機(ji)之(zhi)間(jian)的(de)位(wei)移(yi)要(yao)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)大(da)的(de)位(wei)移(yi)行(xing)程(cheng)
，確(que)保(bao)紅(hong)外(wai)信(xin)號(hao)的(de)變(bian)化(hua)能(neng)被(bei)檢(jian)測(ce)出(chu)來(lai)。由(you)於(yu)需(xu)要(yao)機(ji)械(xie)位(wei)移(yi)行(xing)程(cheng)，結(jie)構(gou)上(shang)就(jiu)會(hui)存(cun)在(zai)空(kong)隙(xi)
，就(jiu)會(hui)帶(dai)來(lai)防(fang)水(shui)問(wen)題(ti)
，這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)額(e)外(wai)的(de)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)來(lai)解(jie)決(jue)防(fang)水(shui)問(wen)題(ti)。

　　③在(zai)不(bu)同(tong)使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)環(huan)境(jing)中(zhong)

，發(fa)射(she)機(ji)發(fa)射(she)出(chu)的(de)紅(hong)外(wai)光(guang)束(shu)不(bu)能(neng)出(chu)現(xian)明(ming)顯(xian)的(de)變(bian)化(hua)。對(dui)於(yu)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)過(guo)低(di)的(de)場(chang)景(jing)，需(xu)要(yao)專(zhuan)用(yong)的(de)加(jia)熱(re)器(qi)以(yi)保(bao)證(zheng)探(tan)測(ce)器(qi)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。

　　④在整個產品的使用周期中，需要為紅外檢測係統提供一個相對幹淨
、密封的工作環境，以避免出現水汽、灰塵的髒亂情況，確保在相同位移行程的條件下，產生的信號變化量一致。

綜上所述
，利用紅外檢測技術實現壓感操作
，存在如下痛點：

　　①結構不能設計成一體式結構，存在防水問題。

　　②對紅外光發射裝置和接收裝置安裝位置要求位於同一平麵
，且夾角固定，精度要求高
，增加生產裝配難度。

　　③需要增加額外的防塵、防水設計，以達到防塵防水要求，減少紅外光束反射。

　　④發光管線性度差
，軟件算法複雜。

　　⑤係統複雜，功耗高，器件多
，成本高。不能使用在高密度按鍵區域。

4.4 MEMS壓力傳感器檢測技術

MEMS壓力傳感器檢測方案，是一種高靈敏度的
、高集成的、采用矽工藝的壓力檢測方案。通過MEMS元(yuan)器(qi)件(jian)作(zuo)為(wei)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian)，將(jiang)觸(chu)摸(mo)表(biao)麵(mian)的(de)形(xing)變(bian)轉(zhuan)化(hua)成(cheng)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)，通(tong)過(guo)芯(xin)片(pian)內(nei)部(bu)電(dian)路(lu)將(jiang)電(dian)壓(ya)模(mo)擬(ni)量(liang)轉(zhuan)化(hua)為(wei)數(shu)字(zi)量(liang)，再(zai)通(tong)過(guo)芯(xin)片(pian)內(nei)置(zhi)的(de)比(bi)較(jiao)器(qi)，對(dui)按(an)壓(ya)操(cao)作(zuo)進(jin)行(xing)判(pan)斷(duan)。

該(gai)方(fang)案(an)優(you)點(dian)在(zai)於(yu)能(neng)檢(jian)測(ce)出(chu)觸(chu)摸(mo)按(an)壓(ya)麵(mian)板(ban)的(de)微(wei)小(xiao)形(xing)變(bian)，在(zai)理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)具(ju)有(you)高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)特(te)性(xing)，同(tong)時(shi)硬(ying)件(jian)設(she)計(ji)簡(jian)單(dan)，無(wu)設(she)計(ji)門(men)檻(kan)。與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)
，在(zai)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)、生產過程及性能方麵存在如下問題，限製了其大規模在汽車應用的可行性：

　　①傳感器芯片尺寸小，厚度薄，強度小，導致芯片在運輸
、保壓甚至是用戶使用過程中非常容易損壞，這是高可靠性要求的汽車應用中首要規避的問題。

　　②如圖九所示，傳感器采用麵貼在觸摸按壓麵板下方方案時，雙麵膠需要足夠的保壓時間和壓強進行激活，由於MEMS芯片表麵受力強度有限，保壓貼合難度高。

圖九 MEMS壓力傳感器麵貼疊層結構

　　③如圖十所示
，傳感器采用簡支梁方案將力從觸摸麵板直接傳導作用在傳感器表麵時，由於MEMS芯片表麵受力強度有限，設計上要求簡支梁末端與傳感器表麵的位移行程控製在0.1mm±0.05mm範圍內。對結構、裝配精度提出了很高的要求，大大增加了生產難度和生產成本。

圖十 MEMS壓力傳感器 簡支梁疊層結構

　　④由於sensor布局在芯片底部
，焊錫高低，焊接飽滿程度對芯片靈敏度的影響非常大
，對焊接工藝要求高。

　　⑤MEMS壓力傳感器輸出的是經過ADC采集的數字信號，無法直接測量傳感器橋臂電阻
，可測量程度較低。

　　⑥對於較大麵積的智能表麵應用來說
，需要多顆傳感器覆蓋整麵，MEMS壓力傳感器采用傳感器與測量芯片合封方式，無法實現單顆芯片支持多路壓感傳感器，導致整體成本較高。

4.5 惠斯通電橋柔性壓力傳感器檢測技術

4.5.1 基本原理

huisitongdianqiaorouxingyalichuanganqi，shiyizhongjiyuyazushicailiaodeweiyalichuanganqi，caiyonghuisitongdianqiaojiegou，jiangchumobiaomiandeanyaxingbianzhuanhuachengdianyabianhuademoniliang。ketongshijiancelashenhuoyasuoliangzhongyingbian，ruguoshoudaodeshiyasuoli，qidianzuzhihuixianzhibianxiao；如果受到的是拉伸力，其電阻值會顯著變大。

傳感器的原理如圖十一所示：

圖十一 惠斯通電橋傳感原理

傳感器產生的信號與曲率的關係為：

其中：

K:應變係數

ε：應變

Vcc：傳感器供電電壓

gaiyalichuanganqijiancejishuzhong
，yingxiangjiancelingmindudeguanjianyinshuyouliangge，yishichuanganqigongdianzhiliang，ershiwendudeyingxiang，chuanganqidianzuzhisuiwendubianhua，ruguoqiaobishangdedianzuzaibutongwenduquyunei，dianzuzhiwendubianhuabutong，huidailaiceliangwucha。shanghaitaixiweidianziyouxiangongsideTCAE31A從硬件以及軟件兩個方麵很好的解決了這兩個問題
，TCAE31Axinpianneibutigongleyigegaozhiliangdiwenbodedianyuanzhuangongchuanganqi。wenduduichuanganqideyingxiang，zeketongguotaixiweitigongderuanjiansuanfashishijinxingjixianxiuzhenghebuchang。

基於TCAE31A低至3.6uV的電壓分辨率和傳感器的靈敏度，有效量程曲率半徑可達0.91至1944米，具有極高的靈敏度和形變及壓力承受能力。

4.5.2 獨特優勢

惠斯通電橋柔性壓力傳感器檢測技術具有如下優點：

　　①高靈敏度，麵板微小的形變即可產生變化較大的電壓差
，可直接檢測麵板形變。

　　②麵板材質要求寬鬆，適用性強。

　　③麵板一體化，易實現整體防水。

　　④易安裝，可選擇麵貼方式貼附在觸摸按壓麵板下方，也可貼附在PCB上，選擇簡支梁方式將力傳導到PCB上
，簡支梁作用點不需作用在傳感器上。

柔性壓力傳感器麵貼方案疊層結構如圖十二所示：

圖十二 柔性壓力傳感器麵貼疊層結構

柔性壓力傳感器簡支梁方案疊層結構如圖十三所示：

圖十三 柔性壓力傳感器簡支梁疊層結構

　　⑤裝配精度要求不高
，生產成本低。

　　⑥具有正向壓阻效應
，輸出線性度高。

　　⑦壓力承受能力極高
，不易損壞。

　　⑧技術成熟穩定，已在各類全球知名電子產品品牌中累計生產數億片
，經受過大批量產業化驗證和技術迭代。

　　⑨多傳感器應用中，傳感器可共用一顆專用芯片，總體成本低。

4.5.3 常見問題/FAQ

以下列舉針對於該傳感技術的部分常見問題

，以供參考：

　　1. 如何考慮高低溫、劇烈振動情況所帶來的PCB材料、膠水材料、壓感傳感器、外殼材料等形變問題而產生的數據誤判問題？

　　a) benfangansuoxuanyongdechuanganqizaicailiaoxuanzeshangguibilejuyoujiaoqiangzhandanxingshuxingdegaofenzicailiao，keyouxiaokongzhizhendonghegaodiwendenghuanjingbianhuadailaideyingxiang。tongshi，zhenduiwenduchongjiduiyaganwubaoyingxiang，zaisuanfahefangancengmianyezuoleshuangzhongyouhua，ji，tongguoshishijixianzhuizongxiuzhengsuoyouxiangguanhuanjiedailaidepiaoyi
，keyouxiaoguibiwenduchongjidailaidewubao。zhenggeshixianfangan
，congchuanganqicailiaoxuanxingheshejidaoxinpiandeyingjiandianlushejizaidaosuanfa，quanbudouyouxiangyingyuanchuangzhuanlijishubaozhangzhengtifanganzaihuanjingbianhuafangmiandegaokekaoxing。

　　b) 關於機械振動給PCB材料、膠水材料、壓(ya)感(gan)傳(chuan)感(gan)器(qi)帶(dai)來(lai)的(de)影(ying)響(xiang)主(zhu)要(yao)體(ti)現(xian)在(zai)金(jin)屬(shu)疲(pi)勞(lao)和(he)信(xin)噪(zao)比(bi)方(fang)麵(mian)。金(jin)屬(shu)疲(pi)勞(lao)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)在(zai)焊(han)錫(xi)上(shang)，這(zhe)一(yi)點(dian)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)已(yi)經(jing)廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)，非(fei)常(chang)成(cheng)熟(shu)。信(xin)噪(zao)比(bi)方(fang)麵(mian)主(zhu)要(yao)是(shi)通(tong)過(guo)芯(xin)片(pian)內(nei)部(bu)實(shi)現(xian)的(de)超(chao)低(di)噪(zao)聲(sheng)信(xin)號(hao)調(tiao)理(li)電(dian)路(lu)，共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)電(dian)路(lu)及(ji)小(xiao)信(xin)號(hao)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)予(yu)以(yi)保(bao)障(zhang)
，積(ji)分(fen)噪(zao)聲(sheng)低(di)至(zhi)10nV√H z，外加全鏈路22bit的有效分辨率，確保了整個信號鏈路的高信噪比性能。

　　2. 如何考慮生產過程裝配的一致性
，品控保證，測試方案
，良率問題?

量(liang)產(chan)裝(zhuang)配(pei)製(zhi)程(cheng)必(bi)然(ran)會(hui)帶(dai)來(lai)物(wu)理(li)一(yi)致(zhi)性(xing)問(wen)題(ti)，本(ben)方(fang)案(an)所(suo)選(xuan)用(yong)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)其(qi)他(ta)各(ge)類(lei)產(chan)品(pin)上(shang)已(yi)積(ji)累(lei)大(da)量(liang)量(liang)產(chan)經(jing)驗(yan)。累(lei)計(ji)數(shu)量(liang)超(chao)億(yi)片(pian)，主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)在(zai)如(ru)下(xia)兩(liang)點(dian)：1）關注方案設計及製造因素，提前優化設計製造細節要點，保障物理一致性及方案信噪比均值，同時關注製造過程中相應細節實施。2）產線實施校準措施，軟件補償物理一致性。泰矽微會協同傳感器廠商全程協助做好以上兩點的保障，確保量產過程整體一致性。

　　3. 壓力方案所帶來的可能失效的邊界問題；

壓感失效可能如下：

　　a) fanganwenti
，birufanganlilunxinhaoliangjunzhipiandi，zhuyaotongguolilunfangzhenheshiyanceshiguibi
，taixiweihuixiezhumeigekehudemeigexiangmujinxingxiangguanfangzhenhefangantuijian。

　　b) 製造問題，主要通過理論分析優化提前預警
，提出設計要點規避。同時
，製造環節把控這些幹擾項。

　　c) 可靠性問題
，關於這一點主要兩方麵。1）方案設計，確保設計合理，規避風險。2）通過前期功能機進行相關合理測試驗證。

　　4. 壓力傳感器的線性度如何，溫度變化是否會影響壓力傳感器的工作

本ben方fang案an采cai用yong的de壓ya力li傳chuan感gan器qi線xian性xing度du很hen好hao
，傳chuan感gan器qi輸shu出chu的de差cha分fen電dian壓ya值zhi跟gen壓ya力li形xing變bian具ju有you標biao準zhun的de線xian性xing特te性xing。溫wen度du變bian化hua確que實shi會hui對dui壓ya力li傳chuan感gan器qi的de靜jing態tai底di噪zao，還hai有you壓ya力li和he形xing變bian的de斜xie率lv關guan係xi造zao成cheng影ying響xiang
，但dan影ying響xiang不bu了le線xian性xing特te性xing，隻zhi是shi對dui應ying的de斜xie率lv會hui有you變bian化hua，這zhe個ge需xu要yaoMCU在(zai)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)算(suan)法(fa)裏(li)麵(mian)根(gen)據(ju)溫(wen)度(du)的(de)因(yin)素(su)去(qu)做(zuo)動(dong)態(tai)調(tiao)整(zheng)。另(ling)外(wai)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)有(you)時(shi)也(ye)會(hui)引(yin)起(qi)結(jie)構(gou)件(jian)的(de)形(xing)變(bian)
，會(hui)被(bei)反(fan)映(ying)到(dao)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)上(shang)
，導(dao)致(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)原(yuan)始(shi)數(shu)據(ju)的(de)底(di)噪(zao)整(zheng)體(ti)被(bei)提(ti)升(sheng)或(huo)者(zhe)被(bei)降(jiang)低(di)，可(ke)在(zai)與(yu)之(zhi)配(pei)套(tao)的(de)MCU在底噪觸發特定閾值的時候進行offset自動動態調整。

　　5. 壓力傳感器的靈敏度如何，是否需要每個按鍵的位置都配置一個壓力傳感器，如何評估具體方案中需要多少顆壓力傳感器

該壓力傳感器靈敏度很高
，典型值為7000uV/m-1
，最大變形曲率1.1 m-1，能neng夠gou檢jian測ce到dao微wei米mi級ji別bie的de形xing變bian。無wu需xu每mei個ge按an鍵jian位wei置zhi配pei備bei一yi顆ke芯xin片pian進jin行xing檢jian測ce，通tong過guo結jie合he電dian容rong觸chu控kong技ji術shu，可ke以yi做zuo到dao多duo個ge按an鍵jian共gong享xiang一yi顆ke壓ya力li傳chuan感gan器qi

，多duo個ge傳chuan感gan器qi共gong用yong一yi顆ke專zhuan用yongMCU
，尤(you)其(qi)適(shi)合(he)智(zhi)能(neng)表(biao)麵(mian)應(ying)用(yong)，具(ju)體(ti)選(xuan)用(yong)顆(ke)數(shu)，擺(bai)放(fang)位(wei)置(zhi)及(ji)安(an)裝(zhuang)方(fang)式(shi)等(deng)需(xu)經(jing)過(guo)結(jie)構(gou)仿(fang)真(zhen)最(zui)終(zhong)得(de)出(chu)結(jie)論(lun)。泰(tai)矽(xi)微(wei)全(quan)程(cheng)協(xie)助(zhu)客(ke)戶(hu)進(jin)行(xing)仿(fang)真(zhen)和(he)方(fang)案(an)開(kai)發(fa)直(zhi)至(zhi)量(liang)產(chan)。

4.6 各壓力傳感檢測技術方案特性對比分析：

表一：壓力傳感檢測技術特性對比

5 泰矽微雙模3D觸控方案介紹

本篇前文分析了傳統電容觸控方案在汽車人機交互應用中的局限性，分析了不同壓感技術的優缺點
，從中不難得出如下兩個結論


，1）越來越多的汽車內外飾的智能觸控和智能表麵需要結合多種觸控技術來實現更多更可靠的交互功能；2）dianrongchukonghejiyuhuisitongdianqiaoyuanlideyalichuanganjishuronghefanganzaimuqianjieduanshizuiyouzuhe。tongguoyalichuangankeyifeichangkekaodeshibieanyadongzuo，womenchengzhiweiZ軸觸控，同時，通過電容觸控來標定按壓的精確位置
，稱之為XY軸。通過兩者融合形成XYZ三軸形成的3D觸控方案。

圖十四 3D觸控示意圖

5.1 泰矽微3D觸控芯片TCAE31A介紹

基於如上融合方案需求，泰矽微於2022年3月發布了業內首顆車規級雙模人機交互芯片TCAE31A
，在單芯片內同時集成了電容觸摸和壓感技術，實現了真正意義上的3D觸控。方案一經推出就獲得了市場高度關注與青睞，並逐步進入多個主流汽車主機廠的定點項目中。

圖十五 TCAE31A芯片結構框圖

TCAE31A的產品特性如下：

基於Arm® Cortex®-M0 內核，工作主頻高達32MHz，芯片內部集成64KB Flash 和 4 KB SRAM

基於自有專利技術Tinywork®
，實現外設之間的信號聯動，可以大大降低應用方案的動態功耗

超低功耗設計，靜態功耗低至3uA，單通道壓感平均功耗低至18.7uA

單芯片可實現2路壓感+10路電容觸摸通道
，並具備可擴展性

內置專利技術的壓感和觸摸融合算法

信號鏈有效分辨率高達22位，可提供高靈敏度
，高分辨率
，高信噪比及高線性度的壓力傳感檢測

支持LIN通信協議棧

支持基於UDS的bootloader升級方案

8kV HBM ESD

滿足AEC-Q100 Grade 2(-40℃~105℃)

QFN28 4mm*4mm*0.75mm封裝

5.2 基於TCAE31A的生態係統介紹

TCAE31A提供標準的EVK開發套件，完整的SDK開發包
，包括數據手冊，用戶手冊
，驅動，樣例，KEIL Pack包
，PC端調試工具等。即使從未接觸過壓力感應和電容觸控技術的嵌入式工程師
，也可以在非常短的時間內完成一個高質量的產品應用開發。SDK軟件架構如圖十六：

圖十六 TCAE31A軟件架構

SDK軟件架構的特點：

分層設計

模塊化

可擴展
，可維護

輕量級

自研輕量級OS
，資源消耗小，結構清晰

消息驅動
，任務之間可以通過消息通信

無對立任務棧，無上下文切換，時間片輪轉，非實時搶占

SDK中提供的觸摸相關功能特性：

算法部分以lib庫的形式提供

觸摸任務通過回調函數通知APP觸摸事件的發生

支持的按鍵觸摸類型識別

　　①按下

　　②釋放

　　③雙擊

　　④長按

支持的觸摸事件類型

　　①按鍵

　　②滑條

　　③腳踢

圖十七 觸摸軟件流程圖

圖十八 電容觸控算法介紹

SDK中提供的壓感相關功能特性：

算法部分以lib庫的形式提供

針對壓感的固有offset特(te)性(xing)，算(suan)法(fa)會(hui)在(zai)初(chu)始(shi)化(hua)的(de)時(shi)候(hou)進(jin)行(xing)一(yi)次(ci)靜(jing)態(tai)校(xiao)準(zhun)，然(ran)後(hou)在(zai)後(hou)麵(mian)的(de)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，根(gen)據(ju)閾(yu)值(zhi)條(tiao)件(jian)適(shi)時(shi)地(di)進(jin)行(xing)動(dong)態(tai)校(xiao)準(zhun)

，以(yi)確(que)保(bao)壓(ya)感(gan)正(zheng)常(chang)地(di)工(gong)作(zuo)

Lib庫分為單通道算法庫和針對多通道擴展的算法庫，理論上最多可支持16通道的壓感，但實際項目中要受到具體RAM的使用情況的限製，對於純壓感的應用，官方demo用例最多支持到9通道
，對於觸控和壓感雙模的應用
，官方demo用例在使能觸控的情況下最多支持到7通道

壓感算法架構如圖6

，壓感多通道擴展應用如圖7，泰矽微通過自有專利技術，實現了多通道壓感信號自動追蹤檢測的算法
，助力客戶在多通道壓感領域的產品創新

圖十九 壓感算法流程圖

泰矽微提供的自有專利技術的軟件算法充分利用了單芯片並行處理雙模信號的優勢，優化了CPU的處理時間，大大提高了係統的處理效率
，能夠快速地給出最後的觸控位置和對應該位置的壓感力度信息，這是構建3D觸控的核心所在。針對壓力傳感器的壓感信號，TCAE31A中的SARADC模塊能夠自動進行偏置電壓的補償校準
，將壓力傳感器由於製造工藝
、組裝差異或者溫度變化等客觀因素引起的超出測量範圍的差分電壓值自動調整到SARADC的工作量程內即±100mV之內。SARADC模mo塊kuai采cai集ji完wan原yuan始shi數shu據ju後hou軟ruan件jian會hui進jin入ru到dao壓ya感gan算suan法fa處chu理li中zhong心xin
，進jin行xing壓ya感gan的de窗chuang口kou滑hua動dong濾lv波bo處chu理li和he動dong態tai溫wen度du補bu償chang算suan法fa，並bing進jin行xing基ji線xian自zi動dong跟gen蹤zong，經jing過guoSoCdeyagansuanfachulizhongxinchulizhihoudexinhaojitixianweiyigelidexinhao，shitongguoshishishujugenjixianshujudechazhijinxingsuanfachulidedaodefanyinganyalidudeyigezhi，zhenggelidudefanweizai1牛頓到10牛頓之間。針對電容觸控PAD的電容特性信號，當手指跟電容PAD接觸的時候
，TinyTouch模mo塊kuai就jiu會hui實shi時shi地di檢jian測ce到dao外wai部bu電dian容rong的de變bian化hua
，並bing輸shu出chu一yi個ge跟gen該gai電dian容rong變bian化hua大da小xiao相xiang關guan的de原yuan始shi數shu據ju。軟ruan件jian獲huo得de該gai原yuan始shi數shu據ju後hou
，會hui進jin入ru到dao觸chu控kong算suan法fa處chu理li中zhong心xin，進jin行xing觸chu控kong數shu據ju的de一yi係xi列lie算suan法fa處chu理li，包bao括kuo軟ruan件jian放fang大da，特te征zheng濾lv波bo器qi，判pan決jue器qi

，基ji線xian跟gen蹤zong器qi以yi及ji噪zao聲sheng檢jian測ce器qi。其qi中zhong在zai判pan決jue器qi模mo塊kuai會hui根gen據ju用yong戶hu不bu同tong的de特te征zheng配pei置zhi
，實shi現xian單dan按an鍵jian，多duo按an鍵jian
，防fang水shui，滑hua條tiao等deng多duo種zhong應ying用yong場chang景jing的de識shi別bie。在zai實shi際ji的de項xiang目mu應ying用yong中zhong電dian容rong觸chu控kong算suan法fa和he壓ya感gan算suan法fa是shi並bing行xing處chu理li的de，能neng夠gou非fei常chang及ji時shi準zhun確que地di構gou建jian出chu一yi個ge3D觸控的信息。

5.3 泰矽微3D觸控方案獨特優勢

總體而言

，泰矽微3D觸控方案具有如下幾大突出優勢：

　　1)防水效果好：水流容易造成電容誤觸但難以造成壓力觸控的誤觸，壓力和電容采用“與”defangshi，shuidihuoshuiliutongshichufadegailvxianzhujiangdi
，ling，tongguoliangzhongfangshichanshengchufadejingqueshijianheboxingxingtaijinxingerciruanjiansuanfalvboyupanduan，kewanquandujueyouyushuizaochengdekenengdewuchuxianxiang。

　　2)抗幹擾能力強：壓力+電容觸控可消除由於靜電
，幹擾以及無意觸碰等導致的誤觸現象，大大提高可靠性。

　　3)EMC性能優：測試更易通過，壓力檢測是差分輸入，內在對共模幹擾有很好的抑製作用，加上電橋等效阻抗低（6 KΩ）
，接收幹擾的功率低，抗電磁幹擾的性能優異。電容電極類似天線
，較容易受到幹擾，EMC 較難通過
，但實現成本低。通過結合壓力和電容可以發揮兩者各自的優勢，縮短開發和測試周期。

　　4)裝配方式靈活：壓力檢測裝配方式靈活，可以采用表貼也可以采用懸臂梁，簡支梁等結構。使用簡易。

　　5)性價比高：成cheng本ben不bu高gao，采cai用yong國guo產chan廠chang商shang泰tai矽xi微wei研yan發fa的de車che規gui壓ya力li和he電dian容rong觸chu控kong二er合he一yi雙shuang模mo芯xin片pian，配pei合he車che規gui級ji壓ya力li觸chu控kong柔rou性xing傳chuan感gan器qi，整zheng體ti成cheng本ben與yu傳chuan統tong國guo外wai品pin牌pai純chun電dian容rong觸chu控kong芯xin片pian價jia格ge相xiang當dang，但dan整zheng體ti可ke靠kao性xing和he人ren機ji交jiao互hu體ti驗yan提ti升sheng一yi大da截jie。具ju有you很hen高gao的de性xing價jia比bi。

目前泰矽微3D觸控芯片產品相關發明專利近20件(jian)，處(chu)於(yu)業(ye)界(jie)領(ling)先(xian)水(shui)平(ping)。其(qi)獨(du)有(you)的(de)人(ren)機(ji)交(jiao)互(hu)壓(ya)力(li)觸(chu)控(kong)雙(shuang)模(mo)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)也(ye)已(yi)經(jing)廣(guang)泛(fan)滲(shen)透(tou)到(dao)汽(qi)車(che)領(ling)域(yu)地(di)多(duo)個(ge)細(xi)分(fen)應(ying)用(yong)市(shi)場(chang)
，相(xiang)信(xin)在(zai)不(bu)久(jiu)的(de)將(jiang)來(lai)，必(bi)將(jiang)會(hui)給(gei)用(yong)戶(hu)帶(dai)來(lai)更(geng)加(jia)智(zhi)能(neng)和(he)舒(shu)適(shi)的(de)產(chan)品(pin)體(ti)驗(yan)。

6 泰矽微3D觸控技術在汽車上的典型應用介紹

6.1 基於3D觸控技術的汽車門把手

傳chuan統tong的de門men把ba手shou都dou是shi采cai用yong純chun電dian容rong觸chu摸mo的de檢jian測ce方fang案an
，電dian容rong觸chu摸mo的de工gong作zuo原yuan理li決jue定ding了le這zhe種zhong檢jian測ce方fang案an的de防fang水shui效xiao果guo不bu好hao，比bi如ru下xia雨yu，洗xi車che等deng的de場chang景jing下xia很hen難nan完wan全quan區qu分fen是shi人ren手shou觸chu摸mo還hai是shi水shui滴di水shui流liu造zao成cheng的de電dian容rong變bian化hua，所suo以yi非fei常chang容rong易yi引yin起qi誤wu觸chu發fa，目mu前qian還hai沒mei有you好hao的de方fang法fa完wan全quan解jie決jue防fang水shui問wen題ti，電dian容rong觸chu摸mo+壓感的雙重檢測方案通過對電容和壓力的雙重檢測和融合判斷，大大提高了汽車門把手對人手按壓動作的識別成功率和防水成功率。

下圖是電容觸控+壓感檢測門把手的模塊圖：

圖二十 基於3D觸控技術的門把手方案

電容觸控+壓感檢測門把手主要有4個模塊組成：

　　1：通信模塊：一般采用LIN接口或者載波通信電路
，主要用於跟主機通信。

　　2：電容檢測模塊：包括檢測通道和參考通道，主要用於電容檢測以及一些誤操作場景識別。

　　3：壓感檢測模塊：包括電阻式壓力檢測模組以及采樣電路
，用於對表麵壓力進行檢測

　　4：中央數據處理模塊：對電容數據和壓感數據做融合處理，得到最後的結果，並通知主機。

泰矽微的電容+壓力檢測的3D觸控汽車門把手方案采用3個檢測通道的方案
，分別為電容檢測通道，電容參考通道，壓力檢測通道，這3個通道會實時采集當前的電容和壓力數據

，由於水霧，水流和人手按壓對這3個通道的影響會各有差異，所以通過組合判斷以及對數據的融合處理，可以很好的區別出各種幹擾場景和人手正常觸摸。

6.2 基於3D觸控技術的汽車尾門開關

目mu前qian市shi麵mian上shang大da部bu分fen尾wei門men開kai關guan采cai用yong的de是shi機ji械xie開kai關guan的de方fang案an，隨sui著zhe用yong戶hu對dui汽qi車che外wai觀guan一yi體ti化hua的de越yue來lai越yue高gao，車che廠chang也ye在zai嚐chang試shi尾wei門men開kai關guan用yong電dian容rong或huo者zhe紅hong外wai的de檢jian測ce方fang式shi
，但dan是shi效xiao果guo都dou不bu好hao，在zai一yi些xie場chang景jing下xia存cun在zai誤wu觸chu率lv
，泰tai矽xi微wei的de電dian容rong檢jian測ce+壓力檢測的方案可以準確識別出洗車，擦車，人體倚靠等各種誤觸場景和人手正常按壓，大大提高了檢測的準確性。

下圖是電容觸控+壓感檢測的尾門開關的模塊圖：

圖二十一 基於3D觸控技術的電尾門開關方案

尾門壓感開關主要有4個模塊組成：

　　1：通信模塊：一般采用LIN接口，用於跟主機通信。

　　2：電容檢測模塊：包括檢測通道和防誤觸通道

，用於電容檢測以及一些誤操作場景識別。

　　3：壓感檢測模塊：包括電阻式壓力檢測模組以及采樣電路
，用於對表麵壓力進行檢測。

　　4：中央數據處理模塊：對電容數據和壓感數據做融合處理

，得到最後的結果，並通知主機。

另外，可以根據客戶具體要求增加背光控製或者震動反饋控製。

尾門壓感開關通過電容檢測通道，電容防誤觸通道和壓感通道3個通道的數據作為一組數據來智能判斷當前各種場景
，比如洗車，擦車
，人體倚靠，異物按壓和人手正常操作。雖然各個車廠的尾門LOGO開kai關guan存cun在zai較jiao大da差cha異yi
，但dan是shi由you於yu泰tai矽xi微wei所suo有you電dian容rong檢jian測ce和he壓ya力li檢jian測ce的de算suan法fa以yi及ji相xiang關guan代dai碼ma全quan部bu是shi自zi主zhu開kai發fa，可ke以yi針zhen對dui客ke戶hu需xu求qiu進jin行xing定ding製zhi化hua的de硬ying件jian和he軟ruan件jian設she計ji，可ke以yi根gen據ju具ju體ti結jie構gou形xing態tai增zeng加jia相xiang應ying的de檢jian測ce模mo塊kuai，靈ling活huo應ying對dui各ge種zhong場chang景jing。

6.3 基於3D觸控技術的汽車中控麵板

目前市麵的中控麵板一般采用純電容觸摸或者電容觸摸+MEMS壓力檢測的方案，對於純電容的觸摸方案，普遍存在誤觸率高的缺點，而電容觸摸+MEMS壓力檢測的方案則有MEMS器件在壓力大的情況下容易損壞
，對組裝和公差控製的要求高等缺點
，生產良率低，而泰矽微的壓力檢測方案采用電阻式的壓力檢測sensor，可以采用麵貼或者簡支梁的組裝方式

，大大提高了組裝可靠性。

下圖是電容觸控+壓感檢測的汽車中控麵板的模塊圖：

圖二十二 基於3D觸控技術的汽車中控方案

中控麵板檢測主要有5個模塊組成：

　　1：通信模塊：一般采用LIN接口
，用於跟主機通信。

　　2：電容檢測模塊：包括多路電容檢測通道
，用於確認麵板各個按鍵是否觸發。

　　3：壓感檢測模塊：包括是電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用於對表麵壓力進行檢測。

　　4：背光顯示模塊：包括各類LED以及背光驅動電路
，對按鍵事件做各種燈光反饋。

　　5：中央數據處理模塊：對電容數據和壓感數據做融合處理
，得到最後的結果，並通知主機。

泰矽微的方案可以根據麵板的材質和整個受力麵積進行壓力仿真
，來決定放幾路壓感sensor和放置壓感sensor的具體位置
，通過壓感sensor來lai檢jian測ce人ren手shou是shi否fou按an壓ya，通tong過guo電dian容rong觸chu摸mo來lai檢jian測ce人ren手shou按an壓ya的de具ju體ti位wei置zhi
，軟ruan件jian會hui對dui各ge路lu原yuan始shi數shu據ju進jin行xing相xiang應ying的de濾lv波bo算suan法fa和he檢jian測ce算suan法fa，最zui終zhong輸shu出chu正zheng確que的de結jie果guo，並bing且qie可ke以yi根gen據ju客ke戶hu具ju體ti需xu求qiu增zeng加jia背bei光guang或huo者zhe震zhen動dong反fan饋kui來lai實shi現xian

6.4 基於3D觸控技術的汽車智能B柱

目前越來越多的汽車會在Bzhushangzengjiakaiguanyongyuzhinengjinru，muqiandefanganduoyongdianrongshikaiguan，luojibijiaojiandan，dangshouzhichumodaokaiguan
，jishuchuchemenkaimenxinhao。danshiyouyudianrongchukongdegongzuoyuanlixianzhi，zaixichehuozheyutianhuanjingxiarongyifashengchemenwukaiqideqingkuang， 泰矽微的電容+壓力雙重檢測機製可以保證開關的正確性。

下圖是電容觸控+壓感檢測的汽車智能B柱的模塊圖：

圖二十三 基於3D觸控技術的汽車智能B柱方案

智能B柱主要有4個模塊組成：

　　1：通信模塊：一般采用LIN接口或者載波通信電路，主要用於跟主機通信。

　　2：電容檢測模塊：包括檢測通道和參考通道
，主要用於電容檢測以及一些誤操作場景識別。

　　3：壓感檢測模塊：包括電阻式壓力檢測模組以及采樣電路


，用於對表麵壓力進行檢測

　　4：中央數據處理模塊：對電容數據和壓感數據做融合處理，得到最後的結果，並通知主機。

泰矽微的電容+壓力檢測的智能B柱方案有3個檢測通道，分別為電容檢測通道，電容參考通道
，壓力檢測通道
，這3個通道會實時采集當前的電容和壓力數據
，由於洗車的水流和雨水跟人手按壓對這3個通道的所采集的數據有較大差異
，所以通過組合判斷以及對數據的融合處理，可以很好的區別出各種幹擾場景和人手正常觸摸。

6.5 基於3D觸控技術方向盤控製器

目mu前qian汽qi車che控kong製zhi器qi多duo采cai用yong物wu理li按an鍵jian的de方fang式shi
，隨sui著zhe汽qi車che內nei飾shi一yi體ti化hua要yao求qiu的de越yue來lai越yue高gao，方fang向xiang盤pan控kong製zhi器qi也ye將jiang采cai用yong智zhi能neng表biao麵mian的de方fang式shi，但dan是shi由you於yu方fang向xiang盤pan控kong製zhi器qi多duo數shu情qing況kuang下xia是shi盲mang操cao場chang景jing，所suo以yi隻zhi用yong純chun電dian容rong檢jian測ce會hui導dao致zhi誤wu觸chu的de產chan生sheng

，增zeng加jia壓ya感gan也ye成cheng為wei了le工gong程cheng師shi越yue來lai越yue多duo的de選xuan擇ze。泰tai矽xi微wei的de電dian容rong+壓感的3D觸控方案很好的將易操作性和可靠性結合在一起。

下圖是電容觸控+壓感檢測的方向盤控製器的模塊圖：

圖二十四 基於3D觸控技術的方向盤按鍵方案

方向盤控製器主要有5個模塊組成：

　　1：通信模塊：一般采用LIN接口，用於跟主機通信。

　　2：電容檢測模塊：包括多路電容檢測通道
，用於確認麵板各個按鍵是否觸發。

　　3：壓感檢測模塊：包括是電阻式壓力檢測模組以及采樣電路
，用於對表麵壓力進行檢測。

　　4：震動反饋模塊：包括電機以及驅動電路，對按鍵事件做震動反饋。

　　5：中央數據處理模塊：對電容數據和壓感數據做融合處理
，得到最後的結果，並通知主機。

泰矽微的電容+壓感的3D觸控方向盤控製器的方案采用壓力sensorlaijiancerenshouanya，yongdianrongjiancelaidingweixiangguananjianweizhi，bingqietongguodianjizhendongduiyonghudongzuodezuojishidefankui
，zheyangkeyibaozhengmangcaodezhengquexinghekuaisufankui。dianronganjianshuliangheyaganjianceshuliangkeyigenjujutiyingyongzuozengjiahuozhejianshao。

6.6 基於3D觸控技術的車窗升降控製器

車che窗chuang控kong製zhi器qi是shi一yi個ge對dui可ke靠kao性xing要yao求qiu比bi較jiao高gao的de應ying用yong，像xiang下xia雨yu天tian車che窗chuang升sheng降jiang開kai關guan易yi碰peng水shui，駕jia駛shi者zhe行xing駛shi過guo程cheng中zhong需xu要yao盲mang操cao，這zhe些xie問wen題ti都dou是shi純chun電dian容rong方fang案an難nan以yi解jie決jue的de
，存cun在zai一yi定ding的de安an全quan隱yin患huan。所suo以yi需xu要yao電dian容rong觸chu摸mo+壓力雙重檢測來保證可靠性和盲操性。

下圖是電容觸控+壓感檢測的車窗控製器的模塊圖：

圖二十五 基於3D觸控技術的車窗控製器方案

車窗升降控製器主要有4個模塊組成：

　　1：通信模塊：一般采用LIN接口，用於跟主機通信。

　　2：電容檢測模塊：包括幾路電容檢測通道，用於確認具體的按鍵觸發事件。

　　3：壓感檢測模塊：包括是電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用於對表麵壓力進行檢測。

　　4：中央數據處理模塊：對電容數據和壓感數據做融合處理，得到最後的結果
，並通知主機。

泰矽微的電容+壓感的3D觸控車窗控製器的方案采用壓力sensorlaijiancerenshouanya
，yongdianrongjiancelaidingweixiangguananjianweizhi
，bingqietongguodianjizhendongduiyonghudongzuodezuojishidefankui，zheyangkeyibaozhengmangcaodezhengquexinghekuaisufankui。dianronganjianshuliangheyaganjianceshuliangkeyigenjujutiyingyongzuozengjiahuozhejianshao。

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