電容傳感器與相關(guān)技術(shù)及其應用

2.1電容檢測在汽中的應用

如今汽車(chē)的開(kāi)關(guān)和按鈕要多得多。不僅數量眾多．而且還必需能夠很容易地安裝到外形日益多樣化的操縱面之中。另外．它們還需具備成本效益性，以取代密封型開(kāi)關(guān)。一種熱門(mén)的方法是轉變?yōu)椴捎秒娙菔接|摸開(kāi)關(guān)(CapSense)。由于未采用機械式部件而且能夠與成形操縱面相吻合，因此CapSense開(kāi)關(guān)提供了汽車(chē)行業(yè)所需要的可靠性和價(jià)位。

*關(guān)于電容式開(kāi)關(guān)

基于電容感測的技術(shù)而應運而生的組件逐漸問(wèn)世，值此就電容式開(kāi)關(guān)技術(shù)特征作分析介紹。

電容式開(kāi)關(guān)基本上就是一個(gè)由兩根相鄰走線(xiàn)形成的電容器(見(jiàn)圖1(a))；根據物理定律在它們之間存在電容。如果把一個(gè)導體(比如：手指)放置在靠近這些極板的地方，則一個(gè)并聯(lián)電容將與該傳感器相耦合(見(jiàn)圖1(b))。當把手放置于電容式傳感器之上時(shí)，電容將增加。拿開(kāi)手指后，電容將減小。在增加了用于測量電容變化的電路之后，就可以確定手指的存在與否了。

構造一個(gè)電容式開(kāi)關(guān)需要：一個(gè)電容器和電容測量電路以及用于把電容值轉換成某種開(kāi)關(guān)狀態(tài)的局部智能。

典型的電容式傳感器具有10pF-30pF的電容值。手指通過(guò)1mm的絕緣透明塑料膜耦合至傳感器的電容通常為1pF-2pF。當采用較厚的透明塑料膜時(shí)，耦合電容減小。為了檢測手指的存在與否．需要設計能夠測量出由手指引起的1％電容變化幅度的電容式觸摸感應電路。

弛張振蕩器是一種有效而簡(jiǎn)單的電容測量電路。典型的弛張振蕩器電路拓撲結構示于圖4。該電路由4個(gè)元件組成，一開(kāi)始．放電開(kāi)關(guān)處于開(kāi)路狀態(tài)。當該開(kāi)關(guān)開(kāi)路時(shí)，全部電流均進(jìn)入傳感器。導致其電壓線(xiàn)性轉換。該充電操作持續進(jìn)行。直至傳感器電壓達到比較器的門(mén)限電平為止。比較器隨后從低電平變換至高電平，導致放電開(kāi)關(guān)閉合。電容式傳感器通過(guò)該低阻抗路徑迅速放電至地。該過(guò)程將使比較器的輸出從高電平變換至低電平．然后重復這一循環(huán)。如下面的公式所示，輸出頻率(fout)與充電電流成正比，而與門(mén)限電壓和傳感器電容成反比。測量該頻率．以確定傳感器電容：

當充電電流為5μA、比較器門(mén)限為1.3V且傳感器電容為30pf時(shí)，輸出頻率為128kHz。測量輸出頻率花費的時(shí)間越長(cháng)，獲得的分辨率就越高。頻率分辨率的提高將改善電容測量的靈敏度。增加測量時(shí)間將提升測量電容分辨率。在每種應用中，可根據不同的傳感器尺寸和透明塑料膜厚度來(lái)相應地調整測量時(shí)間的變化。

*關(guān)于電容式感應技術(shù)

電容式感應技術(shù)正在迅速成為面板操作和多媒體交互的全新應用技術(shù)，其耐用性和降低BOM成本方面的優(yōu)勢，使這種技術(shù)在非接觸式操作界面上得到廣泛的應用。如采用PSoC（Programmable System-on-Chip）器件系列片上系統芯片，實(shí)現了非接觸式、穩定可靠的電容式感應按鍵的設計。而1PSoC片上系統PSoC微處理器由處理器內核、系統資源、數字系統和模擬系統組成。

電容感應在感應有物體接近而非實(shí)際的觸摸時(shí)，尤為重要。這就是“接近探測”(proximity detection)的概念。汽車(chē)門(mén)鎖和門(mén)禁控制就是接近探測的一個(gè)應用實(shí)例。一旦授權用戶(hù)用手接近車(chē)門(mén)，車(chē)門(mén)即可打開(kāi)或者啟動(dòng)引擎。當然，還有很多其他產(chǎn)品功能與接近事件相關(guān)。“接近探測”的其他應用還包括快速喚醒PC外設。例如，“接近探測”可集成在無(wú)線(xiàn)鼠標或鍵盤(pán)中，從而能從休眠狀態(tài)中快速喚醒。通常情況下，無(wú)線(xiàn)設備在長(cháng)時(shí)間無(wú)動(dòng)作后進(jìn)入休眠狀態(tài)后，再次喚醒就需要在PC主機和外設之間重新綁定。應用了接近探測技術(shù)后，在進(jìn)行接觸前即可喚醒無(wú)線(xiàn)外設，從而可以省去綁定時(shí)間。

2.2電容感應在便攜設備中的應用

電容感應是利用人體本身的電容或者導電鐵筆來(lái)產(chǎn)生接觸界面，以替代傳統的機械控制。這一技術(shù)有很多優(yōu)勢：工業(yè)設計差異化、內部完全密封防水、界面壽命、允許接近探測及電容式觸摸屏應用。

電容感應已經(jīng)獲得了廣泛的工業(yè)支持。由于當今的家電更注重產(chǎn)品設計而非功能設計，可以預計電容感應將應用于更廣泛的家電控制領(lǐng)域。電冰箱、洗碗機、灶具等等，都有獨特的應用環(huán)境，向電容感應的應用提出了挑戰。由于感應元件是完全密封在沒(méi)有運動(dòng)部件的表面下面，噴濺在控制面板上的液體不會(huì )損壞系統，并很容易被清除。對于汽車(chē)和白色家電，由于更新速度不像消費電子產(chǎn)品那么快，所以對控制界面的壽命提出了較高的要求。電容感應很適合這兩類(lèi)產(chǎn)品的需要。由于沒(méi)有機械運動(dòng)部件，也就沒(méi)有了磨損。從第一次到每一次觸摸，電容感應都是十分完美的。