電容觸摸傳感的理論框架

　　考慮到美觀(guān)、整潔和成本效益等方面的因素，在包括消費類(lèi)電子產(chǎn)品、家用電器等在內的許多電子產(chǎn)品中，觸摸傳感應用正變得越來(lái)越流行。本文將討論與電容觸摸傳感工作相關(guān)的基本概念，以及如何簡(jiǎn)便地實(shí)現電容觸摸傳感功能。

　　電容的相關(guān)物理性質(zhì)

　　為了更好地理解在電容觸摸傳感應用的硬件、布線(xiàn)和軟件開(kāi)發(fā)中需要采取哪些措施，了解它內在的物理性質(zhì)非常重要?？刂扑氖莾蓚€(gè)基本公式和一個(gè)常識。第一個(gè)公式(見(jiàn)公式1)用于求電容值，它說(shuō)明如何根據極板模型使用面積、距離和材料屬性來(lái)定義電容。第二個(gè)公式(見(jiàn)公式2)說(shuō)明電容電壓與電流的關(guān)系，并引入RC電路的充電速率(等于時(shí)間常數τ)。第三個(gè)公式(見(jiàn)公式3)說(shuō)明并聯(lián)電容的總電容值等于兩者相加。

　　公式1是雙極板電容的模型。它適用于觸摸傳感應用，因為在將手指靠近傳感器極板時(shí)，手指的作用也類(lèi)似于一個(gè)極板。傳感器具有一定的標稱(chēng)電容C1(由于走線(xiàn)、附近的地線(xiàn)等原因而產(chǎn)生)。將手指靠近時(shí)，距離“d”下降，而和A上升，并引入了并聯(lián)的附加電容“C2”。所產(chǎn)生的效果就是傳感器線(xiàn)路上的電容上升，上升值等于附加電容C2。然后，軟件必須通過(guò)硬件(向單片機中輸入傳感器讀數)來(lái)檢測電容變化。硬件將利用公式2(充電時(shí)間公式)的某種形式向單片機傳達傳感器讀數。

　　傳感器設計

　　傳感器設計通常很簡(jiǎn)單。設計布線(xiàn)時(shí)，需要注意容性耦合效應及其關(guān)聯(lián)的物理性質(zhì)。焊盤(pán)的面積及覆蓋在其上方的材料的厚度是最關(guān)鍵的因素。對于小鍵盤(pán)類(lèi)型的應用，傳感器的大小應當至少為將手指按平時(shí)，指尖面積的大小。根據公式1中的面積“A”，傳感器較大時(shí)，其傳感能力通常也較好。此外，人們并不一定能夠恰當地控制手指的放置位置(從而控制產(chǎn)生的電容)，而不同的兩個(gè)人也不會(huì )具有完全相同的電容。所以，傳感器的容限必須盡可能很大，可以處理遇到的各種觸摸情況，同時(shí)準確地報告按下?tīng)顟B(tài)。

　　有些時(shí)候，指尖大小的傳感器并不總是最佳的。作為一條準則，傳感器焊盤(pán)上方的材料越厚，焊盤(pán)就必須越大，才能檢測到是否有手指按下。這是因為根據公式1，當傳感器焊盤(pán)上方的材料厚度增加時(shí)，距離“d”就會(huì )增大，從而手指的電容就會(huì )下降。對于需要非常精確的傳感器控制的應用(例如，傳感器很小)，如果材料覆蓋層很厚，則最終會(huì )限制傳感器檢查按下?tīng)顟B(tài)的能力。因此，如果傳感器非常小，覆蓋層必須盡可能薄。此外，如果非常小的傳感器相互緊鄰，還會(huì )產(chǎn)生容性耦合，在傳感器之間布置接地電路可以減少這種耦合效應。此外，還可以使用一些軟件技巧來(lái)辨別相互耦合程度很高的傳感器。