基于PSoC的CapSense方案可簡(jiǎn)化電容性觸摸感測設計

由于可通過(guò)厚度各異的玻璃或塑料表層感測手指的存在，電容性觸摸感測技術(shù)為眾多應用領(lǐng)域（包括工業(yè)和白色家電）的人機界面增加了堅固性。筆記本電腦采用的觸摸板就是人們最為熟知的電容性觸摸感測實(shí)例。近年來(lái)，多款暢銷(xiāo)的MP3播放機也已開(kāi)始采用電容性觸摸感測技術(shù)提供簡(jiǎn)易導航，并普及電容性觸摸感測輸入法。

　　不過(guò)，該技術(shù)的傳統實(shí)現方法采用靈活性欠佳、高成本的模塊型設計解決方案，并涉及使用授權等問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，賽普拉斯半導體公司推出了一款名為CapSense的新型設計方法，消除了模塊的“黑匣子”障礙，可實(shí)現迄今為止成本最低的解決方案。

　　圖1：簡(jiǎn)單的電容性開(kāi)關(guān)。

　　有些觸摸感測技術(shù)看起來(lái)與電容性觸摸感測技術(shù)很相似（例如，電阻性薄膜和場(chǎng)效應等），但最終的性能對比卻顯現出不足。電阻性薄膜測量的是覆蓋在顯示屏上的兩個(gè)電阻性薄板之間的電壓變化，電阻性薄膜不僅價(jià)格昂貴，而且容易磨損，使用壽命不長(cháng)。

　　而場(chǎng)效應則是檢測電場(chǎng)的變化，這種變化會(huì )在存在導電元件時(shí)發(fā)生。目前，場(chǎng)效應實(shí)現方案的造價(jià)非常昂貴，因為它需要一個(gè)系統控制器，而且每個(gè)開(kāi)關(guān)都將增設一個(gè)IC。由于每個(gè)IC傳感器都必須與附近的傳感器隔離開(kāi)，因此，場(chǎng)效應設計欠缺靈活性，存在一定的局限性，實(shí)際上不可能實(shí)現具有任何有效分辨率指標的滑塊和觸摸板。場(chǎng)效應實(shí)現方案在制造過(guò)程中常常需要進(jìn)行成本高昂的開(kāi)關(guān)校準。

　　與上述兩種觸摸感測技術(shù)相比，電容性觸摸感測的靈活性要高得多，而且成本也低得多。其基本原理是：導電元件的接入使電容性開(kāi)關(guān)上的充電電壓發(fā)生改變。（最簡(jiǎn)單的電容性開(kāi)關(guān)只包括兩個(gè)相鄰的導電板，如圖1所示）。這種實(shí)測的電容變化量可被用來(lái)提供許多高度靈活的輸入配置，例如從按鈕、滑塊和觸摸板到面向安全應用的鄰近探測器等。

　　基于PSoC的CapSense方案

　　CapSense基于賽普拉斯的PSoC混合信號陣列技術(shù)。通過(guò)與特定客戶(hù)（這些客戶(hù)的應用需要一種靈活的單一IC架構，能以比模塊型解決方案更低的成本、更高的靈活性方便地集成到現有系統中的）的密切合作，賽普拉斯的PSoC設計團隊最終實(shí)現了獨特的CapSense方案。

　　圖2：張弛振蕩器方框圖

　　采用模塊型解決方案時(shí)，客戶(hù)不得不為模塊供應商所做的模塊重新設計支付費用。因此嵌入式產(chǎn)品工程師迫切需要一種新方法，以便能夠通過(guò)提供用于快速實(shí)現獨特解決方案的方法來(lái)獲得主動(dòng)權。這種具有獨特可配置性的PSoC架構和新型直觀(guān)軟件工具共同實(shí)現了CapSense方案。

　　CY8C21x34和CY8C24794 PSoC器件均包括一個(gè)可由DAC來(lái)調節的電流源、比較器和復位開(kāi)關(guān)的自動(dòng)連接，以及一個(gè)獨特的模擬多路復用總線(xiàn)。該模擬多路復用總線(xiàn)使得所有的被測通道都能由一個(gè)共用的比較器和電流源來(lái)運行。這就是說(shuō)：CY8C21x34器件的每一個(gè)IO（共28個(gè)IO）以及CY8C24794器件中的48個(gè)IO均可被用于CapSense開(kāi)關(guān)。相比之下，同類(lèi)競爭解決方案則往往需要采用多路復用器和多個(gè)IC才能提供數量相當的開(kāi)關(guān)。而PSoC的集成能力更加出色，而且節省了大量的BOM成本。

　　PSoC架構不僅具有優(yōu)越的電容性觸摸感測適應性，而且