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五步轻松设计出电容式触摸传感器(1):概述及原理图设计

Shruti Hanumanthaiah?? Subbarao Lanka?? 2015年03月11日 ?? 收藏4
按键被广泛应用于消费类产品、家用电器以及工业系统等各种终端产品。现今深谙技术的消费者希望得到具有时尚可靠用户界面的产品。他们希望即便是简单的产品都应该款式新颖,按键耐磨且易于维修。

在传统的用户界面(UI)设计中使用的是可靠性差且笨重没吸引力的机械按键。基于这些以及其他原因,电容式感应按键逐步开始替代机械按键。电容式感应按键可以完全融入产品设计之中,而且永远不会磨损。因此,基于电容式触摸感应技术的用户界面成为了目前用户界面的设计趋势。

然而,电容式感应按键的设计以及实现稳定的实现方案对系统工程师来说是一项非常繁重的工作。在本文中,我们将重点介绍如何通过五个简单的步骤来设计出可靠的电容式触摸传感器。

传统按键系统:

在谈论怎么将机械按键系统改造成电容式系统设计之前,让我们先来快速地了解下机械按键系统。机械按键一般都是使用诸如塑料、木材或金属之类的材料制成。这些系统必须具备极高的可靠性,因为它们很容易受到灰尘等环境因素的影响,而且不耐磨。机械开关可循环使用的次数决定了其使用寿命(而且通常还决定了产品的使用寿命)。为了让机械开关实现超长使用寿命,必须进行可靠、长时间的设计。

在设计中要考虑到的另外一个因素是美学设计。很多机械按键的设计都不好看又不吸引人,因此还需要花一些额外的功夫来进行美学方面的精美设计。由于机械按键通常会在设备上凸出来,因此要设计出一个带机械按键的时尚而稳健可靠的用户界面系统并不是一件容易的事。而在这方面电容式传感器按键可以大大简化这方面的设计。

然而,要设计出一个电容式感应系统也并非易事。它要比设计机械按键系统复杂很多,因为:

1.在感应和开/关判定逻辑上会涉及到诸多感应参数。

2.电容式触摸传感器易受到外部噪声的干扰。

感应电路涉及到众多硬件参数,诸如参考电压、源极/汲极电流、时钟等。因此,电容式开关的开/关判定逻辑还涉及到阀值等很多软件参数。必须将这些参数设置为最优值以实现最佳性能。为这些参数选择最优值称为调谐。对电容式感应系统的调谐是一个既费时又费力的过程。电容式感应涉及到很多参数,因此会有很多的参数组合,这使得调谐工作更加费时。

可配置电容式感应器件:

可配置电容式感应器件可以避免繁琐的调谐过程。现有一些带有嵌入式自动调谐算法的预编程器件。自动调谐算法可以根据传感器及其他感应元件的特征对所有的感应参数进行调谐,以达到最佳值。这样就无需进行调谐操作,也消除了电容式传感器的最大设计障碍。

另外,可配置电容式感应器件通常都支持各种外设和功能,如LED驱动器、蜂鸣器、扫描速率控制等。对这些器件进行配置就意味着启用/禁用所需的这些功能,并根据应用需要设定活动功能的参数值。赛普拉斯的MBR系列电容式感应器件就是一款可以简化电容式感应系统设计的可配置器件。在本系列文章中,我们以可配置电容式感应器件MBR器件为例,来探索电容式感应系统的设计。

现在让我们来快速看一下在使用和不使用MBR器件情况下,电容式感应系统的设计周期。

图1:不使用MBR器件时电容式感应系统的设计周期
图1:不使用MBR器件时电容式感应系统的设计周期

图2:使用MBR器件时电容式感应系统的设计周期
图2:使用MBR器件时电容式感应系统的设计周期

从图1和图2中的设计流程我们可以看出,MBR器件最突出的优势在于:

1.使用MBR器件可以免除耗时的固件开发。

2.MBR器件所支持的自动调谐功能可以避免耗时的手动调谐工作,而且还可以进行设计迭代。

在下面章节中,我们将介绍使用MBR器件进行电容式感应器设计的5个步骤。此外,我们还将介绍电容式触摸按键系统能够提供的其他优势与特性。

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【系列文章】

五步轻松设计出电容式触摸传感器(2):布局设计和智能手机应用实例

五步轻松设计出电容式触摸传感器(3):家电及安全系统中的应用,如何配置MBR器件

五步轻松设计出电容式触摸传感器(4):验证设计和量产


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电容式触摸传感器? MBR器件? 按键? 感应电路?

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