电容式触摸感应器的设计技巧

该转移函数中的迟滞提供了开关状态之间的干净利落的转换，即使计数是有噪声的情况下也不例外。这也为按键提供了一种反跳功能。低门限被称为“噪声门限”，而高门限则被称为 “手指门限”。门限水平的设定决定了系统的性能。当覆盖层非常厚时，信噪比很低。在此类系统中设定门限水平是一项具有挑战性的工作，而这恰好是电容式传感设计技巧的一部分。

图7显示了一个持续时间为3秒的按键触压操作的理想原始计数波形。



同时还给出了门限值。噪声门限被设定的计数值为10，而手指门限设定的计数值则为60。实际上，在实际计数数据中始终存在噪声分量，图中并未显示，以便能清晰地显示门限水平。

部分调整过程还包括选择电流源DAC的电平以及设置用于计数累加的振荡器周期数。在固件中，函数 CSR_1_SetDacCurrent(200, 0)把电流源设定在其低电流范围内，数值为200(最高255)，大约对应于14μA。函数CSR_1_SetScanSpeed(255)把振荡器周期数设定为253(255－2)。原始计数和差分计数的分析表明：该系统的寄生引线电容CP约为15pF而手指电容CF约为0.5pF。可见，手指电容使总电容产生了约3%的变化。对于每个按键，每个原始计数值的采集所需要的时间仅为500μs。

测量性能

电容式传感系统的性能测量结果示于图8中。


通过一个终端仿真程序，在主PC上获得差分计数，然后借助电子制表软件加以绘制。将手指放置在10mm厚的玻璃覆盖层上，并持续3秒的时间。按键的开关状态被叠加在原始计数上。按键在这两种状态之间干净利落地转换，即使是由于通过厚玻璃进行检测而使原始计数信号中具有较大的噪声时也是如此。请注意手指和按键门限随着基线的漂移而进行周期性调整。当检测到手指的触压动作时，基线值将锁定，直到手指移开为止。

图9显示了两种状态转换处的局部细节图。


在图9a中，按键初始状态为断(OFF)状态。超过手指门限的差分计数的第一个采样把按键状态转换至通(ON)状态。在图9b中，低于噪声门限的差分计数的第一个采样将按键转换至断状态。

与机械式开关相比，基于电容的触摸传感器的主要优点是耐用性好，不易损坏，可以长期使用。混合信号技术的近期发展，不仅使得触摸式传感器的成本在各种消费类产品中降到了具有成本效益的水平，而且还提高了检测电路的灵敏度和可靠性(因为增加了覆盖层的厚度和耐用性)。利用本文介绍的设计方法，说明通过一个 10mm的玻璃来检测手指的按键触压是可能的，并利用基于噪声门限和手指门限的反跳法，实现了按键开关状态之间的干净利落的转换，从而使电容式触摸传感器成为机械式开关元件的一种实用型替代方案。