五步輕松設(shè)計出電容式觸摸傳感器（4）:驗證設(shè)計和量產(chǎn)

在本系列文章的第3部分，我們介紹了家用電器和安全系統(tǒng)鍵盤的設(shè)計應(yīng)用實例，并講解了如何配置MBR器件以實現(xiàn)這類應(yīng)用產(chǎn)品所需的功能。在第4部分，我們將介紹利用MBR器件設(shè)計電容式感應(yīng)系統(tǒng)的步驟4和5，即驗證和量產(chǎn)。

步驟4：驗證設(shè)計

設(shè)計藍圖在采取步驟2中的建議后應(yīng)轉(zhuǎn)化為初始原型。當(dāng)原型電路板準(zhǔn)備就緒，要在進入量產(chǎn)之前需要對電路板設(shè)計進行測試，以防有需要修改的地方。

為了讓原型符合量產(chǎn)要求，需要使其滿足一系列標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。通常，依照這些標(biāo)準(zhǔn)來驗證設(shè)計方案并非易事。為輔助原型的測試和驗證工作，電容式感應(yīng)技術(shù)廠商提供了用戶友好型工具，例如賽普拉斯的設(shè)計工具套件。

設(shè)計工具套件可用于確定電路板設(shè)計是否已做好量產(chǎn)準(zhǔn)備。傳感器原始數(shù)據(jù)以及原始數(shù)據(jù)中的噪聲等參數(shù)的實際值被饋送至工具套件中。如果工具測定設(shè)計不夠好，會針對如何解決所發(fā)現(xiàn)的任何問題而提供建議。根據(jù)工具套件給出的修改建議，您可能必須重新制作電路板，也可能僅需調(diào)整參數(shù)而不用重新制作電路板。這樣，驗證工具能夠幫助您避免出現(xiàn)一些可能會造成高成本的設(shè)計疏漏。

步驟5：量產(chǎn)

完成原型的評估并敲定最終設(shè)計方案以后，接下來是最后一步——量產(chǎn)。這一步驟有兩個主要階段。

1.配置

2.測試

配置：

如前所述，因為要對MBR器件進行配置，所以無需編程。MBR器件的配置方法分兩種，取決于其是否有非易失性存儲器。

1.有非易失性存儲器的MBR器件：

具有非易失性存儲器的MBR器件能簡化主機側(cè)的配置?？梢允褂玫谌骄幊唐鱽砼渲闷骷?。進行配置時的第一步是使用MBR器件廠商或其合作伙伴提供的工具來獲得設(shè)計的配置文件。第三方編程器可以使用該配置文件對大量器件進行快速配置。此外，第三方編程器能夠驗證MBR器件是否已正確配置。以下是由賽普拉斯EZ-Click定制工具生成的配置文件范例。

圖16：EZ-Click生成的范例配置文件

2.沒有非易失性存儲器的MBR器件：

如果MBR器件沒有非易失性存儲器，就不能使用第三方編程器。主機處理器將需要在每次加電時對MBR器件進行配置，然后驗證該配置。這會增加主機側(cè)的開銷。

主機可通過兩種方法來配置MBR器件。

a.使用MBR器件廠商提供的高級API來配置和驗證器件。

b.使用配置工具生成的完整寄存器映射內(nèi)容。.h文件包含寄存器映射內(nèi)容。以下是由EZ-Click生成的此類文件范例：

圖17：EZ-Click生成的寄存器映射.h樣本文件

生產(chǎn)線測試：

任何即將上市的產(chǎn)品都必須在生產(chǎn)階段接受測試。任何電容式感應(yīng)系統(tǒng)都要經(jīng)過三項重要測試，以驗證其可靠性。

1.當(dāng)傳感器短接接地或VDD短接，或者無效值連接到用于電容感應(yīng)測量的外部組件時，電容感應(yīng)操作就會中斷。電容式感應(yīng)設(shè)計中的一些常見故障包括：

● 按鍵VDD短接

● 按鍵短接接地

● 按鍵對按鍵短接

● 按鍵斷開

● Sigma-Delta調(diào)制器外部組件中的故障，例如：

○ 調(diào)制電容器(Cmod)

這些診斷可用于在電容式感應(yīng)器件中實現(xiàn)故障防護功能，以防止按鍵錯誤導(dǎo)致的安全問題。例如，白色家電、汽車和工業(yè)電子應(yīng)用等都需要按鍵故障診斷功能來確保安全運行。

2.電容式感應(yīng)傳感器的SNR(信噪比)。為實現(xiàn)高穩(wěn)健性電容式感應(yīng)，所有傳感器的SNR都應(yīng)高于最低SNR要求。

3.電容式傳感器的寄生電容應(yīng)在有效工作范圍內(nèi)。

用于配置器件的軟件工具不僅能簡化器件配置，還能簡化生產(chǎn)線測試。生產(chǎn)線測試中驗證系統(tǒng)所需的所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)都能通過該工具獲得。下圖給出了在EZ-Click中生產(chǎn)線測試結(jié)果的視圖。每個測試樣本的數(shù)據(jù)都可存入CSV文件，并可在其它工具中打開，以便于檢查眾多樣本的生產(chǎn)線測試結(jié)果。

圖18：EZ-Click工具中的系統(tǒng)診斷選項卡

結(jié)論：

本系列文章介紹了采用電容式觸摸按鍵替代機械按鍵的系統(tǒng)設(shè)計。賽普拉斯的電容式感應(yīng)解決方案產(chǎn)品組合能提供專門針對機械按鍵替代(MBR)的器件。這些MBR器件甚至可以讓不具備固件開發(fā)知識的機械工程師輕松地將他們的用戶界面設(shè)計升級為電容式觸摸按鍵系統(tǒng)。

逐步法通常有助于工程師更好地理解設(shè)計流程。這個五步驟實現(xiàn)方案能幫助設(shè)計人員充分了解電容式按鍵系統(tǒng)設(shè)計所需的升級流程。