中心議題：

• 電容傳感器在便攜產品中的應用
• 電容傳感器取代機械開關的好處

電容傳感器滾輪在iPod等(deng)產(chan)品(pin)中(zhong)獲(huo)得(de)的(de)成(cheng)功(gong)，正(zheng)在(zai)促(cu)使(shi)其(qi)他(ta)消(xiao)費(fei)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)開(kai)發(fa)商(shang)考(kao)慮(lv)使(shi)用(yong)電(dian)容(rong)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)改(gai)善(shan)產(chan)品(pin)的(de)用(yong)戶(hu)界(jie)麵(mian)，並(bing)使(shi)產(chan)品(pin)看(kan)起(qi)來(lai)更(geng)加(jia)美(mei)觀(guan)。事(shi)實(shi)上(shang)
，電(dian)容(rong)觸(chu)摸(mo)傳(chuan)感(gan)器(qi)接(jie)口(kou)的(de)應(ying)用(yong)並(bing)不(bu)僅(jin)限(xian)於(yu)MP3播放器
，而是可以用於目前采用傳統機械開關的任何產品之中，如新款手機的菜單控製按鈕。利用可靠性高、引人注目並具有成本效益的電容觸摸傳感器
，可以輕鬆地改變這些高級功能菜單控製開關的式樣。

電容傳感器在便攜產品中的應用

電容觸摸傳感器接口通常由一個電容傳感器、一個電容數字轉換器(CDC)和一個主處理器組成（圖1）。傳感器利用標準兩層或四層PCB上的走線(trace)或柔性電路製造
，因此不需要任何外部元件或材料。

圖1 典型電容觸摸傳感器接口

可靠的傳感器必須不受外界環境變化的影響，能夠在任何工作條件下保持精確的靈敏度水平。溫度或濕度的變化會導致PCB材(cai)料(liao)的(de)特(te)性(xing)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，因(yin)此(ci)，印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)電(dian)容(rong)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)平(ping)將(jiang)發(fa)生(sheng)漂(piao)移(yi)。例(li)如(ru)，當(dang)用(yong)戶(hu)從(cong)開(kai)啟(qi)空(kong)調(tiao)的(de)汽(qi)車(che)到(dao)一(yi)個(ge)濕(shi)熱(re)環(huan)境(jing)時(shi)，就(jiu)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)上(shang)述(shu)情(qing)況(kuang)。為(wei)了(le)避(bi)免(mian)發(fa)生(sheng)斷(duan)續(xu)接(jie)觸(chu)錯(cuo)誤(wu)，CDC必須包括實時的漂移補償功能（圖2）。

圖2 兩個傳感器在環境條件改變時的特性，漂移補償功能已使能

隨著環境條件的變化（例如，溫度或濕度上升），傳感器的環境參數（在用戶沒有與傳感器接觸期間
，由CDC進行測量）會發生漂移。為了進行補償
，需要動態改變高端和低端閾值電平，以確定有效的傳感器接觸。位置2
、3
、5、6處的參考電平進行重新調整，以保持最佳的閾值參考電平，從而自動跟蹤和補償漂移誤差。
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PCB還可能受到寄生電容的影響

，這種電容最大可達20 pF，它會在電容觸摸傳感器視為受到按壓時，使閾值發生偏移，從而改變其靈敏度。為了對寄生電容進行補償，可以采用對DAC編程的方法，以抵消CDC的輸入。對於各PCB來說，這種寄生電容是一致的
，因此可以在製造PCB的時候進行簡單的調整，這樣就不需要外部RC調諧元件
，從而使材料、裝配和測試相關的成本最低。單獨調整每個傳感器的偏移，使設計者可以充分利用轉換器的分辨率（圖3）。

圖3 模擬前端
，其中DAC幫助消除寄生電容的影響

電容傳感器取代機械開關的好處

傳(chuan)統(tong)的(de)機(ji)械(xie)開(kai)關(guan)具(ju)有(you)用(yong)戶(hu)熟(shu)悉(xi)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)和(he)觸(chu)覺(jiao)反(fan)饋(kui)
，對(dui)於(yu)電(dian)容(rong)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)說(shuo)，這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)也(ye)必(bi)須(xu)加(jia)以(yi)考(kao)慮(lv)和(he)優(you)化(hua)。不(bu)同(tong)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)獨(du)特(te)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)，這(zhe)取(qu)決(jue)於(yu)開(kai)關(guan)功(gong)能(neng)或(huo)開(kai)關(guan)在(zai)產(chan)品(pin)中(zhong)的(de)物(wu)理(li)位(wei)置(zhi)。而(er)且(qie)，一(yi)套(tao)靈(ling)敏(min)度(du)設(she)置(zhi)不(bu)可(ke)能(neng)適(shi)合(he)所(suo)有(you)的(de)用(yong)戶(hu)，因(yin)此(ci)應(ying)該(gai)允(yun)許(xu)用(yong)戶(hu)設(she)置(zhi)不(bu)同(tong)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)水(shui)平(ping)，若(ruo)能(neng)通(tong)過(guo)靈(ling)敏(min)度(du)控(kong)製(zhi)菜(cai)單(dan)進(jin)行(xing)選(xuan)擇(ze)將(jiang)是(shi)最(zui)理(li)想(xiang)的(de)。例(li)如(ru)，AD7142支持這些靈敏性要求，允許一個單獨的16weilingmindukongzhijicunqiweimeigechuanganqibiancheng。zhexiejicunqiyekeyiqianrudaozhujigujianzhong，bingzaicaidanxianshizhongtigong
，yunxuyonghuxuanzebutongdelingmindushuiping，yimanzuqiteshuxuqiu。

在用戶沒有與傳感器接觸期間
，如果對每個傳感器輸入取樣，則會白白浪費電池電量。為使電池效率最大化，CDC應能夠檢測到用戶停止觸碰傳感器

，並自動切換到低功耗模式。當傳感器被再度觸碰時，IC將自動重新進入正常工作模式。

為了節省更多的功率
，還應該包括一個完全關斷模式。這種情況下，隻要禁用傳感器，就會關斷整個IC。在便攜產品中，禁用傳感器開關通常是通過設置一個機械開關或從控製菜單中選擇阻塞模式來完成的。

利li用yong電dian容rong傳chuan感gan器qi取qu代dai傳chuan統tong的de機ji械xie開kai關guan還hai有you一yi個ge好hao處chu，就jiu是shi製zhi造zao與yu裝zhuang配pei工gong藝yi更geng加jia簡jian單dan。傳chuan統tong的de機ji械xie開kai關guan需xu要yao手shou工gong把ba每mei個ge開kai關guan插cha入ru到dao塑su料liao殼ke體ti上shang的de專zhuan用yong孔kong洞dong中zhong

，而er一yi個ge包bao含han所suo有you這zhe些xie開kai關guan的de單dan一yi電dian容rong傳chuan感gan器qi板ban可ke以yi一yi步bu到dao位wei
，放fang置zhi在zai這zhe個ge塑su料liao殼ke體ti下xia麵mian。含han有you一yi個ge定ding位wei槽cao口kou的de傳chuan感gan器qi板ban安an裝zhuang孔kong和he一yi些xie膠jiao水shui就jiu足zu以yi完wan成cheng傳chuan感gan器qi板ban的de安an裝zhuang與yu位wei置zhi校xiao準zhun。

主zhu處chu理li器qi板ban發fa射she的de電dian磁ci噪zao聲sheng可ke能neng會hui耦ou合he進jin入ru電dian容rong傳chuan感gan器qi和he傳chuan感gan器qi走zou線xian中zhong
，導dao致zhi不bu可ke預yu知zhi的de傳chuan感gan器qi動dong作zuo
，使shi性xing能neng下xia降jiang，但dan通tong過guo簡jian單dan的de方fang法fa也ye可ke幫bang助zhu將jiang電dian磁ci幹gan擾rao(EMI)對傳感器的影響降至最低。首先
，CDC應安裝在傳感器板上
，這會使傳感器走線長度最短，從而降低EMI被耦合到走線中的機會。其次

，利用一個具有結實接地層的四層傳感器板，可以為傳感器提供額外的EMI屏蔽。如果這兩個方法不能有效地將EMI噪聲與傳感器隔離
，還可以把一個接地金屬屏蔽體放置在傳感器板腔的上方（圖4）。

圖4 模擬前端，其中DAC幫助消除寄生電容的影響

電dian容rong傳chuan感gan器qi電dian場chang也ye會hui耦ou合he到dao產chan品pin的de金jin屬shu殼ke或huo導dao電dian性xing金jin屬shu塗tu層ceng等deng導dao電dian表biao麵mian，導dao致zhi不bu可ke預yu知zhi的de傳chuan感gan器qi動dong作zuo，這zhe樣yang就jiu造zao成cheng機ji械xie限xian製zhi
，要yao求qiu電dian容rong傳chuan感gan器qi的de邊bian緣yuan與yu金jin屬shu表biao麵mian的de邊bian緣yuan保bao持chi一yi定ding的de距ju離li。而er且qie，電dian容rong傳chuan感gan器qi的de靈ling敏min度du也ye與yu傳chuan感gan器qi正zheng上shang方fang的de塑su料liao厚hou度du有you關guan。如ru果guo塑su料liao過guo厚hou，通tong量liang電dian力li線xian將jiang不bu能neng有you效xiao地di穿chuan過guo塑su料liao，使shi傳chuan感gan器qi性xing能neng變bian得de不bu可ke靠kao。通tong常chang
，外wai殼ke與yu傳chuan感gan器qi之zhi間jian的de距ju離li應ying該gai大da於yu1.0mm，塑料厚度應該小於4.0mm，使靈敏度保持在適當的範圍內。