電容傳感器取代機械開(kāi)關(guān)讓產(chǎn)品更便攜

電容傳感器滾輪在iPod等產(chǎn)品中獲得的成功，正在促使其它MP3生產(chǎn)商考慮使用電容傳感器來(lái)改善產(chǎn)品的用戶(hù)界面，并使產(chǎn)品看起來(lái)更加簡(jiǎn)潔、美觀(guān)。事實(shí)上，電容觸摸傳感器的應用并不僅限于MP3播放器，而是可以用于目前采用傳統機械開(kāi)關(guān)的任何產(chǎn)品之中，特別是小巧的便攜式產(chǎn)品，如新款手機的菜單控制按鈕。利用可靠性高并具有成本效益的電容觸摸傳感器，可以輕松地改變這些高級菜單控制開(kāi)關(guān)的式樣。

電容觸摸傳感器界面通常由一個(gè)電容傳感器、一個(gè)電容-數字轉換器(CDC)和一個(gè)主處理器組成。傳感器利用標準的兩層或四層PCB上的線(xiàn)跡(trace)或柔性電路制造，因此不需要任何外部元件和材料。

靈敏度：兼具精確與靈活

可靠的傳感器必須不受外界環(huán)境變化的影響，能夠在任何工作條件下保持精確的靈敏度水平。由于溫度或濕度的變化，PCB材料的特性將會(huì )發(fā)生變化，因此，印刷電路電容傳感器的輸出水平將發(fā)生漂移。例如，當用戶(hù)從開(kāi)著(zhù)空調的汽車(chē)中來(lái)到一個(gè)濕熱環(huán)境中時(shí)，就可能出現上述情況。為了避免發(fā)生斷續接觸錯誤，CDC必須包括實(shí)時(shí)的漂移補償。

隨著(zhù)環(huán)境條件的變化(例如，溫度或濕度上升)，傳感器的環(huán)境參數會(huì )發(fā)生漂移。在用戶(hù)沒(méi)有與傳感器接觸期間，由CDC對環(huán)境參數加以測量。為了進(jìn)行補償，需對高端和低端閾值水平進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整，以確定有效的傳感器接觸。

PCB還可能受到寄生電容的困擾，這種電容最大可達20pF，它會(huì )使閾值發(fā)生偏移。當電容處于閾值時(shí)，電容觸摸傳感器就被視為遭到按壓，因此閾值偏移改變了它的靈敏度。為了對寄生電容進(jìn)行補償，可以采用對DAC編程的方法，以抵消進(jìn)入CDC的輸入。對于各PCB來(lái)說(shuō)，這種寄生電容是一致的，因此可以在制造PCB的時(shí)候進(jìn)行簡(jiǎn)單的調整，這樣就不需要外部RC調諧元件，從而使材料、裝配和測試方面的成本最小化。單獨調整每個(gè)傳感器的偏移，使設計者可以充分利用轉換器的分辨率。

此外，主機處理器板發(fā)射的電磁噪聲如果耦合進(jìn)入電容傳感器和傳感器線(xiàn)跡之中，將導致不可預知的傳感器動(dòng)作。這可能導致性能下降，但有簡(jiǎn)單的方法有助于使傳感器中的電磁干擾(EMI)效應最小化：首先，CDC應該安裝在傳感器板上。這會(huì )使傳感器線(xiàn)跡長(cháng)度最短，從而降低EMI被耦合到線(xiàn)跡中的機會(huì )。另外，利用一個(gè)具有結實(shí)的接地層的四層傳感器板，可以為傳感器提供額外的EMI屏蔽。如果這兩個(gè)方法不能有效地把EMI噪聲與EMI隔離，還可以把一個(gè)接地金屬屏蔽放置在傳感器板腔的上方。

電容傳感器電場(chǎng)也會(huì )耦合到產(chǎn)品的導電性金屬殼或金屬涂層，導致不可預知的傳感器行為。這樣就帶來(lái)了機械約束，電容傳感器的邊緣要與金屬表面的邊緣保持一定的距離。而且，電容傳感器的靈敏度也與直接位置傳感器上方的塑料厚度有關(guān)。如果塑料過(guò)厚，則流量場(chǎng)線(xiàn)就不能有效地穿過(guò)塑料，使傳感器性能變得不可靠。典型情況下，外殼與傳感器之間的距離應該大于1.0mm，塑料厚度應該小于4.0mm，以使靈敏度保持在適當的范圍之內。

保持用戶(hù)對靈敏度的主動(dòng)性也是相當重要的。傳統的機械開(kāi)關(guān)具有用戶(hù)熟悉的靈敏度和觸覺(jué)反饋，對于電容傳感器來(lái)說(shuō)，這些參數也必須加以考慮和優(yōu)化。

不同的傳感器可能需要獨特的靈敏度，這取決于開(kāi)關(guān)功能或開(kāi)關(guān)在產(chǎn)品中的物理位置。而且，一套靈敏度設置不可能適合所有的用戶(hù)，因此應該允許用戶(hù)設置不同的靈敏度水平——若能通過(guò)靈敏度控制菜單進(jìn)行選擇是最理想的。例如，AD7124支持這些靈敏性要求，允許對一個(gè)單獨的16位靈敏度控制寄存器為每個(gè)傳感器編程。這些寄存器也可以嵌入到一個(gè)主機固件之中，并在菜單顯示中提供，允許用戶(hù)選擇不同的靈敏度水平，以滿(mǎn)足其特殊需求。
其它優(yōu)勢：節能與簡(jiǎn)化裝配

在用戶(hù)沒(méi)有與傳感器接觸期間，如果每個(gè)傳感器輸入都被取樣，則會(huì )白白浪費電池功率。為了使電池效率最大化，CDC應該能夠檢測到用戶(hù)停止與傳感器接觸。并自動(dòng)切換到低功率模式。當傳感器被再度接觸時(shí)，再自動(dòng)重新進(jìn)入正常的操作模式。為了節省更多的功率，還應該包括一個(gè)徹底關(guān)斷模式。在便攜產(chǎn)品中，關(guān)閉傳感器開(kāi)關(guān)通常是通過(guò)設置一個(gè)機械開(kāi)關(guān)或從控制菜單中選擇一個(gè)阻塞模式來(lái)完成的。

利用電容傳感器取代傳統的機械開(kāi)關(guān)的另一個(gè)好處是，制造與裝配工藝更加簡(jiǎn)單。傳統的機械開(kāi)關(guān)需要手工把每個(gè)開(kāi)關(guān)插入到塑料殼體上面的專(zhuān)門(mén)孔洞之中，而一個(gè)包含所有這些開(kāi)關(guān)的單一的電容傳感器板可以一步到位，放置在這個(gè)塑料殼體下面。含有一個(gè)定位槽口的傳感器板安裝孔和一些膠水就足以完成傳感器板的安裝與位置校準。 電容傳感器相關(guān)文章:電容傳感器原理