詳解電容式感應工作原理及設計方案
發布時間:2014-11-06 責任編輯:sherryyu
【導讀】什麼是電容式感應呢?在我們了解了電容式感應的工作原理後,如何開始設計某一特定產品的電容式感應界麵呢?我們重點要考慮到設計方案的需要。這個產品將用在什麼地方?使用環境嚴苛嗎?這項設計中最重要的因素是電池的使用時間還是產品的耐久性?不同的因素對設計方案的影響也各不相同。
什麼是電容式感應呢?電(dian)容(rong)式(shi)感(gan)應(ying)是(shi)一(yi)種(zhong)以(yi)觸(chu)摸(mo)操(cao)作(zuo)為(wei)基(ji)礎(chu)的(de)感(gan)應(ying)形(xing)式(shi)。作(zuo)為(wei)傳(chuan)統(tong)機(ji)械(xie)式(shi)按(an)鈕(niu)和(he)滑(hua)動(dong)觸(chu)頭(tou)的(de)一(yi)種(zhong)替(ti)代(dai)技(ji)術(shu),電(dian)容(rong)式(shi)感(gan)應(ying)技(ji)術(shu)還(hai)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)設(she)計(ji)觸(chu)摸(mo)屏(ping)、觸chu摸mo板ban和he接jie近jin感gan應ying裝zhuang置zhi。這zhe項xiang技ji術shu並bing不bu感gan應ying按an鈕niu的de具ju體ti狀zhuang態tai,而er是shi用yong於yu檢jian測ce導dao電dian物wu體ti是shi否fou存cun在zai,許xu多duo情qing況kuang下xia,用yong戶hu的de手shou指zhi就jiu是shi這zhe個ge導dao電dian物wu體ti。
電容式感應的工作原理
那麼,電容式感應的工作原埋是什麼呢?下麵的示意圖顯示了1個電容式感應按鈕的橫截麵。如圖所示,在外覆層材料之下,存在導電的銅塊區域和導電的傳感器。在2個導電元件相互之間靠得很近時,就會產生一個電容值,本圖中標為Cp,這個電容值是由於傳感器墊板與接地板之間的耦合現象而形成的。Cp屬於寄生電容,典型數量級任10pF至300pF。傳(chuan)感(gan)器(qi)與(yu)接(jie)地(di)板(ban)靠(kao)近(jin)時(shi)也(ye)會(hui)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)邊(bian)緣(yuan)電(dian)場(chang),這(zhe)個(ge)電(dian)場(chang)能(neng)夠(gou)穿(chuan)透(tou)外(wai)覆(fu)層(ceng)。基(ji)本(ben)上(shang),人(ren)體(ti)組(zu)織(zhi)也(ye)屬(shu)於(yu)導(dao)電(dian)體(ti)。將(jiang)一(yi)根(gen)手(shou)指(zhi)放(fang)存(cun)邊(bian)緣(yuan)電(dian)場(chang)附(fu)近(jin)時(shi),就(jiu)會(hui)增(zeng)加(jia)這(zhe)個(ge)電(dian)容(rong)係(xi)統(tong)的(de)導(dao)電(dian)表(biao)麵(mian)麵(mian)積(ji)。
但是,這個在圖中標為CF的附加手指電容值的數量級在0.1pF至10pF。雖然一根於指的存在會導致電容發生變化,但與寄生電容相比,該變化的幅度是相當小的。而傳感器的測得電容值稱為CX。在沒有手指存在的情況下,CX基本上等於CP。而在於指存在時,CX則為CP和CF的和。

圖1 手指電容值
電容式感應的設計方案
在我們了解了電容式感應的工作原理後,如何開始設計某一特定產品的電容式感應界麵呢?我們重點要考慮到設計方案的需要。這個產品將用在什麼地方?使用環境嚴苛嗎?這項設計中最重要的因素是電池的使用時間還是產品的耐久性?不同的因素對設計方案的影響也各不相同。
genjuzhengzaishejidechanpinleixing,gonghaokenengshiguanjianyinsu,yekenengbushiguanjianyinsu。liru,zaiyoudianchigongdiandeshouchishebeishang,gonghaojuyoujiweizhongyaodeyiyi。eryizhongdui 整體平均功耗即電池使用時間進行控製的方式是設立3個不同的工作區域。 一個工作區域是快速響應區,這個區域內的每個傳感器每200微wei秒miao掃sao描miao一yi次ci。係xi統tong會hui在zai按an鈕niu和he滑hua動dong觸chu摸mo處chu於yu連lian續xu操cao作zuo狀zhuang態tai下xia進jin入ru這zhe一yi區qu域yu。在zai操cao作zuo很hen少shao或huo無wu操cao作zuo時shi,係xi統tong可ke以yi進jin入ru一yi個ge慢man速su響xiang應ying區qu,將jiang掃sao描miao頻pin率lv減jian少shao到dao大da約yue每mei100毫秒1次。最後,如果在很長時間內沒有操作,則係統可以進入深度休眠模式,從而節省電力。通過實現節能、慢速響應模式,在便攜手持設備每100秒掃描3個按鈕的情況下,係統的耗電量可以低於50μA的平均電流。
在當今的電子產品領域,噪聲也成為另-項xiang重zhong要yao的de考kao慮lv因yin素su。各ge類lei感gan應ying噪zao聲sheng,諸zhu如ru來lai自zi電dian力li線xian路lu的de噪zao聲sheng,以yi及ji來lai自zi移yi動dong手shou機ji或huo日ri光guang燈deng的de輻fu射she噪zao聲sheng,無wu時shi無wu刻ke不bu存cun在zai,所suo以yi必bi須xu加jia以yi考kao慮lv。為wei了le進jin行xing有you效xiao防fang範fan,我wo們men的de目mu標biao是shi增zeng加jia信xin噪zao比bi,並bing消xiao除chu虛xu假jia觸chu摸mo響xiang應ying。
在設計信噪比、耐久性、靜(jing)電(dian)放(fang)電(dian)抵(di)抗(kang)力(li)以(yi)及(ji)精(jing)確(que)度(du)時(shi),所(suo)選(xuan)擇(ze)的(de)外(wai)覆(fu)層(ceng)材(cai)料(liao)以(yi)及(ji)外(wai)覆(fu)層(ceng)厚(hou)度(du)具(ju)有(you)很(hen)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)。而(er)且(qie),在(zai)考(kao)慮(lv)材(cai)料(liao)的(de)類(lei)型(xing)和(he)厚(hou)度(du)時(shi),必(bi)須(xu)根(gen)據(ju)產(chan)品(pin)的(de)需(xu)要(yao),在(zai)許(xu)多(duo)方(fang)麵(mian)采(cai)取(qu)折(zhe)衷(zhong)方(fang)式(shi)。隨(sui)著(zhe)外(wai)覆(fu)層(ceng)材(cai)料(liao)厚(hou)度(du)的(de)增(zeng)加(jia),信(xin)號(hao)和(he)噪(zao)聲(sheng)兩(liang)方(fang)麵(mian)均(jun)會(hui)減(jian)少(shao)。但(dan)是(shi),外(wai)覆(fu)層(ceng)材(cai)料(liao)越(yue)厚(hou),則(ze)對(dui)於(yu)靜(jing)電(dian)放(fang)電(dian)的(de)抵(di)抗(kang)力(li)就(jiu)越(yue)強(qiang)。人(ren)體(ti)的(de)靜(jing)電(dian)電(dian)壓(ya)可(ke)以(yi)高(gao)達(da)15 KV,而電容式感應係統的外覆層有助於避免集成電路在遭受此類靜電放電時發生永久性損壞。另一種解決方法是,使用一層聚酰亞胺(Kapton)帶,這種材料在需要超強靜電放電保護的應用中能夠發揮良好的作用。當然,外覆層越厚,也就越不容易破裂或者遭到破壞。
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