電容式接近感應技術(shù)在智能手機中的新型應用

數字濾波

接近感應要求控制器能夠檢測到穩定的小信號來(lái)提高探測距離，因此控制器需要設置足夠長(cháng)的采樣周期來(lái)提高信號幅度，同時(shí)也需要設置較低的觸發(fā)閾值來(lái)提高靈敏度。靈敏度的提高意味著(zhù)系統更容易受到噪聲的干擾。因此，為了提高整個(gè)系統的信噪比，本文對原始信號依次使用了三種有效的軟件濾波方法：中值濾波、均值濾波和IIR數字濾波，來(lái)濾除噪聲。

1.中值濾波器

對于瞬間出現的單點(diǎn)或連續幾點(diǎn)的噪聲，中值濾波器可以很好的進(jìn)行過(guò)濾。圖8為一個(gè)三階的中值濾波器?？梢钥闯鯬3點(diǎn)會(huì )在采樣后，被中值濾波器濾掉。在接近感應的實(shí)際應用中，由于采樣速率較快往往會(huì )出現這樣的噪點(diǎn)，中值濾波器可以很好的進(jìn)行過(guò)濾，同時(shí)中值濾波器的輸出信號也會(huì )使得后面的均值濾波器以及IIR數字濾波器的輸入信號更加穩定。普通的n階中值濾波器的時(shí)間復雜度約等于n*n，所以其階數不宜過(guò)高，應根據實(shí)際的噪聲情況進(jìn)行合理選擇。

圖9對比了實(shí)際采集的電容變化信號在使用中值濾波器前后的差異。紅色為使用中值濾波器前的信號，藍色為經(jīng)過(guò)中值濾波器(三階)的信號。

2.均值濾波器

均值濾波器則采用了對一組采樣數據取平均值得方法來(lái)提高信噪比。均值濾波器會(huì )使信號的幅值更加穩定，也就會(huì )使IIR數字濾波器的輸入更加穩定，相位偏差更小。但均值濾波器階數的增加會(huì )使得接近感應的檢測響應時(shí)間增加。圖10對比了信號在使用均值濾波器前后的差異。紅色為使用均值濾波器前的信號，藍色為經(jīng)過(guò)均值濾波器(四階)的信號。

3.IIR數字濾波器

IIR數字濾波器具有反饋，一般認為是無(wú)限的脈沖響應。同時(shí)IIR數字濾波器的幅頻特性精度很高，但相位不是線(xiàn)性的。也就是說(shuō)在使用IIR數字濾波器的時(shí)候會(huì )使信號更加平滑，但同時(shí)會(huì )帶來(lái)延時(shí)，造成整個(gè)系統的實(shí)時(shí)性有所下降。圖11描述了IIR數字濾波器的原理。

IIR數字濾波器在接近感應的應用中尤為重要，因為接近感應需要極高的靈敏度，所以信號需要十分的穩定和平滑。盡管IIR數字濾波器會(huì )對整個(gè)系統的響應造成一些延時(shí)，但由于資源的限制，軟件濾波只能采用這種方式。在圖11中，yn = a * yn-1 b * xn，對于系數a和b的選擇，本文經(jīng)過(guò)了大量的數據仿真，還在此基礎上使用了Cypress專(zhuān)利，實(shí)現了動(dòng)態(tài)調整系數a和b，使得整個(gè)系統的響應延時(shí)得到了明顯的降低。

圖12對比了信號在使用IIR數字濾波器前后的差異。紅色為使用IIR數字濾波器前的信號，藍色為經(jīng)過(guò)IIR數字濾波器的信號。從圖中可以明顯地看出，經(jīng)過(guò)IIR數字濾波器后的信號變得更加平滑，但同時(shí)也產(chǎn)生了一定的延時(shí)。