電容式觸摸傳感器（2）:布局設計和智能手機應用實(shí)例

步驟2：布局：

對于電容式傳感器設計方案而言，布局非常重要，因為傳感器很容易受外部噪聲影響。每個(gè)布局都必須針對特定應用創(chuàng )建，因此布局輔助工作通常著(zhù)眼于提供建議。所以，一般很難一開(kāi)始就給出理想的設計。

在設計任何電容式傳感器布局時(shí)，開(kāi)發(fā)人員必須考慮的重要參數包括：

● 傳感器尺寸：傳感器尺寸取決于覆蓋層厚度。覆蓋層越厚，傳感器就越大?？紤]到較小按鍵對觸摸不夠敏感，而較大按鍵對觸摸太過(guò)敏感，這都是我們不想要的，因此要優(yōu)化按鍵尺寸。

● 寄生電容(CP)：傳感器的PC電路板跡線(xiàn)的固有電容叫寄生電容。大傳感器CP可使其更難感應傳感器電容的微小變動(dòng)，從而可降低靈敏度。電容式感應布局應將傳感器CP保持為最小。

● 跡線(xiàn)長(cháng)度：較長(cháng)的跡線(xiàn)長(cháng)度可增大傳感器的CP，從而可降低傳感器靈敏度。此外，長(cháng)跡線(xiàn)還會(huì )像內部天線(xiàn)一樣，降低傳感器的抗噪性。

● 功耗：傳感器CP是影響器件功耗的主要因素之一。較大的傳感器CP可增大傳感器因此而必需掃描的時(shí)間，導致整體功耗上升。要降低功耗，傳感器CP必須保持最小。

一次成功優(yōu)化所有這些參數并非小事。為了避免布局重新設計的多次反復進(jìn)行，電容式感應技術(shù)廠(chǎng)商提供了各種高級工具來(lái)簡(jiǎn)化該流程。例如，賽普拉斯提供的設計工具套件就是一款這樣的工具，可幫助開(kāi)發(fā)人員糾正布局設計。此外，它還可幫助各團隊避免不太容易發(fā)現的錯誤，這些錯誤的消除可能非常耗時(shí)耗力。該設計工具套件是EZ-Click軟件工具的一部分，可幫助配置MBR器件。

重要的布局注意事項

在最后確定電容式觸摸按鍵的布局前，需要決定的一個(gè)重要因素是傳感器尺寸。設計工具套件有助于根據覆蓋層材料、覆蓋層厚度以及系統噪聲等級設定最佳傳感器尺寸。

此外，該工具套件還可將系統屬性用作輸入，并能根據系統支持的最大傳感器寄生電容推薦設計支持的最大跡線(xiàn)長(cháng)度及傳感器尺寸。

在進(jìn)行PCB制造前要考慮的事情：

傳感器特性：采用傳感器尺寸及跡線(xiàn)長(cháng)度的推薦值完成布局后，請先使用實(shí)際值在工具套件的幫助下驗證您的設計，然后再進(jìn)行PCB設計。根據您所提供的輸入值(如跡線(xiàn)長(cháng)度和傳感器尺寸)使用設計工具來(lái)計算大致的寄生電容。該工具隨后可在傳感器寄生電容超過(guò)可接受工作范圍時(shí)發(fā)出警示。

功耗優(yōu)化是大部分設計的另一個(gè)重要要求。此外，設計工具還可根據器件參數估算器件的功耗。這有助于設計人員根據需要調整各個(gè)參數，以降低整體功耗。

響應時(shí)間(即傳感器識別觸摸的時(shí)長(cháng))是這些工具能夠估算的另一個(gè)重要參數。開(kāi)發(fā)人員可根據器件參數驗證傳感器的響應時(shí)間，必要時(shí)，還可通過(guò)調整參數把響應時(shí)間限定在要求范圍內。

在設計布局時(shí)還需要遵循其它基本準則，包括不同層的鋪地層、過(guò)孔尺寸以及跡線(xiàn)厚度等。這些都是很簡(jiǎn)單的建議，不是本部分涉及的內容。此外，您的廠(chǎng)商也會(huì )提供設計指南和最佳實(shí)踐。要獲得最穩健的電容式感應設計，所有這些都得遵循。步驟3：為您的設計創(chuàng )建配置：

在設計的硬件部分(例如原理圖和布局)準備就緒后，下一步就是為設計創(chuàng )建配置。MBR屬于即插即用器件，無(wú)需復雜編程，便可根據每個(gè)應用配置器件的功能，從而可為開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)高度的靈活性。

開(kāi)發(fā)人員可通過(guò)一系列能夠使用I2C等通信協(xié)議訪(fǎng)問(wèn)的寄存器，了解MBR器件的功能配置。開(kāi)發(fā)人員可將配置寫(xiě)入這些寄存器，并通過(guò)向器件發(fā)送適當的命令將配置保存至閃存等非易失性存儲器中。重置后，該器件不僅可讀取保存在非易失性存儲器中的配置，而且還可根據配置進(jìn)行運行。

有一些高級而復雜的功能，它們通常是電容式感應按鍵用戶(hù)接口的一部分。但這些功能的設計和開(kāi)發(fā)也并非易事。有了MBR器件，這些功能就已經(jīng)實(shí)施在器件中了，可通過(guò)每款應用的配置進(jìn)行定制。

現在，我們來(lái)看看一些應用示例，了解如何在MBR器件上為某款具體應用選擇功能。此外，我們還將了解如何配置這些功能。

1.手機上的觸摸按鍵：

手機上的觸摸按鍵通常用于高級功能，例如快速訪(fǎng)問(wèn)各種應用以及訪(fǎng)問(wèn)菜單或主頁(yè)等各種重要屏幕。一款典型的手機不僅有多達三個(gè)觸摸按鍵，而且還需要LED背光照明。除了按鍵與背光照明外，現在的手機設計還使用接近傳感器，可在用戶(hù)把手機靠近臉部時(shí)進(jìn)行檢測。檢測到臉部后，觸摸屏就會(huì )關(guān)閉，以防止臉部觸碰到屏幕上的圖標。

此外，手機應用還需要在主機和MBR器件之間提供通信鏈路。I2C是最常用的通信協(xié)議。為了優(yōu)化設備功耗，主機不應通過(guò)使用I2C協(xié)議從MBR器件定期讀取按鍵狀態(tài)來(lái)輪詢(xún)按鍵狀態(tài)。如果在有任何按鍵狀態(tài)發(fā)生變化的情況下，例如按鍵從關(guān)閉到開(kāi)啟或者從開(kāi)啟到關(guān)閉，MBR器件能夠發(fā)送信號通知主機，該工作就可完成。然后在收到MBR器件的警示后，主機只能通過(guò)I2C寄存器讀取該按鍵狀態(tài)。

手機的另一個(gè)注意事項是主機的工作電壓可能會(huì )比MBR電源低。在這種情況下，I2C線(xiàn)路必須拔掉或者轉接至不同于MBR電源的其它電壓。

必須在MBR系列包含的器件中選擇適合該應用的最佳器件。該器件必須支持至少三個(gè)傳感器、一個(gè)接近傳感器和相應數量的LED GPO。因此對于移動(dòng)應用而言，必須啟用3個(gè)電容式感應按鍵、一個(gè)接近傳感器(實(shí)際數量根據應用需求而定)以及所需數量的GPO(能夠驅動(dòng)LED)。GPO 的驅動(dòng)模式既可在開(kāi)漏與低電平有效之間選擇，也可在高電平有效與低電平有效之間選擇。對于LED驅動(dòng)而言，必須選用強驅動(dòng)模式。此外，GPO的類(lèi)型還可在MBR器件中選擇。如果LED采用極點(diǎn)配置設計，應選擇“低電平有效”類(lèi)型，而如果LED采用源點(diǎn)配置設計，則應選擇“高電平有效”類(lèi)型?？筛鶕擃?lèi)型設定GPO的默認邏輯狀態(tài)。如果選擇“低電平有效”，它就為“高(邏輯1)”，如果選擇“高電平有效”，它就為“低(邏輯0)”。

還有一個(gè)專(zhuān)用引腳，它可通過(guò)配置來(lái)支持MBR器件可支持的多個(gè)功能中的任意一個(gè)。例如，該引腳可以配置為“主機中斷”。在“主機中斷”功能在該引腳上啟用時(shí)，MBR器件可基于任何按鍵狀態(tài)發(fā)生的任何變化發(fā)送低電平有效脈沖，警示主機有新情況發(fā)生。該主機中斷信號可中斷主機，以便它讀取MBR器件的按鍵狀態(tài)。

這個(gè)功能有助于優(yōu)化整體系統功耗。I2C線(xiàn)路和主機中斷引腳可通過(guò)某個(gè)MBR器件中的一個(gè)名為VDDIO的特殊供電引腳獲取電源。VDDIO跟VDD不同，它是MBR器件的電源。由于I2C引腳和主機中斷引腳現在連接至不同的電壓，因此該MBR器件可支持MBR器件主機工作電壓低于MBR器件電源電壓的應用。

在第2部分中，我們不僅介紹了將機械按鍵替換成電容式感應按鍵時(shí)所需的布局，而且還舉出了一個(gè)智能手機應用實(shí)例。第3部分，我們將介紹更多應用實(shí)例，以及如何配置MBR器件才能實(shí)現這些應用所需的專(zhuān)用功能。