接近檢測(cè)傳感器在手持式觸摸屏系統(tǒng)中應(yīng)用

本應(yīng)用筆記討論了Maxim MAX44000接近檢測(cè)傳感器在手持式觸摸屏應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，介紹了設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)。包括如何降低系統(tǒng)中的串?dāng)_、改善噪聲抑制、減輕應(yīng)用處理器的負(fù)荷。

為什么使用接近檢測(cè)傳感器？

觸摸屏已普遍用于各種手持式電子設(shè)備，不僅僅局限于智能手機(jī)。觸摸屏在大大改善設(shè)備功能性的同時(shí)，也帶來(lái)了諸多新的挑戰(zhàn)，包括知道如何以及何時(shí)響應(yīng)觸摸屏操作。例如，當(dāng)手機(jī)靠近用戶(hù)臉頰時(shí)，屏幕必須了解如何對(duì)其做出反應(yīng)；否則，觸摸屏無(wú)意接觸到人耳或臉頰時(shí)，可能會(huì)被錯(cuò)誤地解析成用戶(hù)輸入。

為了避免這一問(wèn)題，最常見(jiàn)的方法是在手機(jī)上集成一個(gè)接近檢測(cè)傳感器（同時(shí)也增加了設(shè)備功能）。當(dāng)接近檢測(cè)傳感器的讀數(shù)達(dá)到一定的門(mén)限要求，而且用戶(hù)正在通電話(huà)時(shí)，傳感器可以關(guān)閉觸摸屏。

相對(duì)于分立式解決方案，提供數(shù)字輸出的紅外接近檢測(cè)傳感器芯片（例如MAX44000）大大簡(jiǎn)化了這一功能的實(shí)施。

Maxim接近檢測(cè)傳感器的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)

Maxim的接近檢測(cè)傳感器具有眾多優(yōu)勢(shì)。舉例來(lái)說(shuō)，紅外發(fā)射器配置為吸電流，而非源出電流。便于用戶(hù)合理選擇LED的供電電壓，優(yōu)化LED性能和功耗（圖1）。


圖1. MAX44000典型電路，包括LED

由于MAX44000系列產(chǎn)品提供I2C接口，可以方便地通過(guò)這一靈活的總線(xiàn)將傳感器集成到多數(shù)嵌入式系統(tǒng)。此外，器件支持硬件中斷。這兩項(xiàng)功能可確保傳感器無(wú)縫集成到大多數(shù)手持設(shè)備，同時(shí)也將傳感器信息處理所占用的處理器資源降至最少。

不僅如此，Maxim的接近檢測(cè)傳感器還內(nèi)置了更多功能。例如，MAX44000在6引腳單芯片內(nèi)集成了環(huán)境光檢測(cè)傳感器和接近檢測(cè)傳感器。諸如此類(lèi)的解決方案避免了在實(shí)現(xiàn)全部光傳感器功能是使用多個(gè)傳感器。

設(shè)計(jì)考慮

MAX44000采用小尺寸、2mm x 2mm x 0.6mm、UDFN-Opto封裝，有助于用戶(hù)節(jié)省尺寸敏感應(yīng)用的空間。此外，傳感器提供LED驅(qū)動(dòng)電路，但需要用戶(hù)提供發(fā)射二極管的供電電源。吸電流配置下，該電路可驅(qū)動(dòng)0mA至110mA電流流過(guò)發(fā)射二極管，無(wú)需外部電路既可完成這一任務(wù)。


圖2. MAX44000典型電路，帶有發(fā)射器旁路

使用該功能時(shí)需要謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)，特別是當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流較大時(shí)。短時(shí)間的大電流驅(qū)動(dòng)脈沖使得電源上出現(xiàn)尖峰電流，可能在MAX44000周?chē)a(chǎn)生噪聲。有兩種方式解決這一問(wèn)題：對(duì)發(fā)射二極管進(jìn)行去耦，或?qū)AX44000的電源與發(fā)射二極管電源隔離開(kāi)。去耦電容的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，但缺點(diǎn)是必須非?？拷麺AX44000和發(fā)射二極管安裝。由于這一方式多數(shù)情況下足以解決上述問(wèn)題，終端用戶(hù)應(yīng)首先嘗試這一方案，然后再考慮采用替代方案。圖2所示電路同時(shí)采用了兩種方案，當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用中并不需要這樣。

設(shè)計(jì)者必須仔細(xì)考慮玻璃對(duì)接近檢測(cè)傳感器的影響。絕大多數(shù)智能手機(jī)屏幕上都帶有一個(gè)玻璃罩，而且有些手機(jī)使用的是黑色玻璃。玻璃對(duì)光傳感器的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，應(yīng)該考慮入射到IC環(huán)境光傳感器的光強(qiáng)有所衰減；其次，LED的發(fā)射光經(jīng)過(guò)玻璃反射后重新回到傳感器，由此可能引入一定串?dāng)_（圖3）。


圖3.串?dāng)_示意圖—無(wú)擋光板


圖4.簡(jiǎn)單擋光板的例子

緩解這一問(wèn)題的方法有許多種，一種方式是在發(fā)射器和接收器之間安裝擋光板（圖4），可大幅降低反射后注入傳感器的光強(qiáng)；另一種方式是使發(fā)射器和接收器盡量靠近玻璃，確保電路板沒(méi)有反射。