如何使電容感應(yīng)設(shè)計(jì)更容易

　　在這里，傳感器電容使用兩個不重疊時(shí)鐘分別驅(qū)動Sw2 和Sw1，在兩個電平之間進(jìn)行連續(xù)切換。這個等效電阻R=1/fCsensor，f是clock1的開關(guān)頻率(參見圖7)。　　

 

　　上面電路中觸發(fā)器的輸出是一個密度調(diào)制的位流，占空比隨著電阻的減少而增加。這個位流使能定時(shí)器信號，其在給定時(shí)間T內(nèi)測量F / F輸出為高的數(shù)量 (由定時(shí)器分辨率和時(shí)鐘頻率決定)。

　　手指靠近傳感器時(shí)Csensor增加，因此Rs減少。這樣會增加平均占空比，因此定時(shí)器輸出值。請注意，比較器輸入上的任何噪聲現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過n時(shí)鐘周期的綜合(這里n是定時(shí)器的分辨率)，因此，這種實(shí)現(xiàn)中噪聲影響比較小。

　　可靠性的考慮:

　　為了評估系統(tǒng)性能和可靠性，量化各種相關(guān)信號和噪聲參數(shù)都是重要的。當(dāng)報(bào)告手指按下時(shí)，它變得更為至關(guān)重要，應(yīng)該只報(bào)告一個有效的手指按下，也就是說，嘈雜環(huán)境不應(yīng)該引起虛假檢測。

　　信號中任何不需要改變的部分，無論是來自它周圍設(shè)備的操作或環(huán)境變化，都可以稱為噪聲。測量電容變化得數(shù)量級為幾法拉，很小的噪聲也可能導(dǎo)致虛假檢測。在介紹如何構(gòu)建一個受噪聲影響小的系統(tǒng)之前，重要的是理解可能的噪聲來源。

　　不同類型的噪聲:

　　電容式感應(yīng)系統(tǒng)主要容易受到從以下三個來源的噪聲:

　　輻射噪聲–任何工作電路輻射能量都可能對工作在它周圍的其他電路產(chǎn)生問題。電容式感應(yīng)按鈕只占用戶界面系統(tǒng)的一部分，通常在用戶界面的后面有很多電路。如果未能正確設(shè)計(jì)，這附近的電路也輻射噪聲。噪聲的來源可能是LCD(液晶顯示器)，開關(guān)電源、移動電話、Wi-Fi射頻，等等。

　　傳導(dǎo)噪聲–供電電源噪聲是最常見的傳導(dǎo)噪聲源。低成本實(shí)現(xiàn)需求的增長迫使開發(fā)人員不再用昂貴的供電方式，這反過來產(chǎn)生了更多的噪聲。這可能影響到傳感器的操作。

　　人體觸摸傳感器也會將50/60Hz共模噪聲耦合到系統(tǒng)。

　　環(huán)境改變-環(huán)境參數(shù)的改變(如濕度、溫度、和設(shè)備老化)也會改變傳感器電容。這種不需要的改變也可以被稱為噪聲。

　　所以我們?nèi)绾未_保噪聲不會引起虛假檢測? 如果我們?yōu)樘囟ǖ南到y(tǒng)定義了一個信噪比，為了確保系統(tǒng)中的噪聲遠(yuǎn)低于所期望的信號，確保我們沒有虛假檢測。下面是在這樣一個系統(tǒng)中我們?nèi)绾味x信號和噪聲:

　　信號:信號可以定義為手指引入的定時(shí)器輸出值的變化。

　　噪聲:當(dāng)手指不存在時(shí)，對于每個掃描定時(shí)器輸出將會有少量變化，這是由于多種噪聲源。這些噪聲的綜合效應(yīng)因此可以通過監(jiān)控定時(shí)器輸出值峰峰值經(jīng)過若干掃描的變化?！　?/p>

 

　　這看起來可能有點(diǎn)棘手，但保持好的信噪比，并不是很艱難。有多種技術(shù)可以保證好的信噪比，如下:

　　調(diào)試(手動或自動) — 在設(shè)計(jì)階段校準(zhǔn)設(shè)備，以確保其具備安全操作的最低信噪比5:1。通過使用一些軟件方式，這些手動調(diào)試工作可以切換到自動調(diào)校，設(shè)備可以現(xiàn)場自身調(diào)校c，以確保它能達(dá)到所需的最低信噪比。Cypress的SmartSense解決方案就是這種創(chuàng)新技術(shù)的例子。

　　自動校正—由于溫度、濕度、或設(shè)備老化，電容會有所變化，這種變化可以通過在固件中監(jiān)測獲得的計(jì)數(shù)(電容表示為數(shù)字形式)進(jìn)行補(bǔ)償，用觀測到的漸變更新參考信號。請注意，在自動調(diào)校方案中，如果漸變計(jì)數(shù)超過特定的閾值也可以調(diào)校系統(tǒng)。

　　布局布線 — 恰當(dāng)?shù)脑韴D和PCB布局布線可以解決上面提到的所有問題。

　　濾波器—軟件濾波器用于處理所得的數(shù)字計(jì)數(shù)，也可以用來提高信噪比。使用濾波器會增加響應(yīng)時(shí)間，但會顯著提高信噪比。根據(jù)系統(tǒng)需求，如響應(yīng)時(shí)間和功率消耗，使用軟件濾波器可能是可行的。

　　在本文的下一部分，我們將研究不同類型應(yīng)用中改善信噪比以及傳感器模式(例如，按鈕/滾輪/ 觸摸板)的所有這些設(shè)計(jì)技術(shù)。