医疗设备中的电容检测技术

AD7147和AD7148 CapTouch可编程控制器用于单电极电容传感器，具有16位分辨率，可进行毫微微法拉级测量，并可在满量程范围内设置16个可编程阈值检测电平值。这两款控制器支持1 mm塑料覆盖材料(介电常数为3.0)下的3 mm × 3 mm的小型传感器电极，同时仍保持1000 ADC LSB的满量程信号余量。满量程信号余量是指在没有皮肤接触和有皮肤接触的情况下传感器输出之间的差。

保持可靠性能。容性传感器电极是采用PCB上的标准铜材料或柔性材料制成的。这种材料的特性会随温度和湿度的变化而发生改变。这种变化会使基线电平发生偏移(所有传感器阈值电平均是以基线电平为参考的)。较大的基线偏移增加了接触阈值电平过低或过高的风险(过低还是过高取决于基线偏移的方向)这会引起虚假的接触误差，或使阈值电平不是太灵敏就是不够灵敏，导致接触状态的不稳定。为保持传感器原始的信号接触阈值检测电平余量(灵敏度)，CDC需要自动跟踪基线偏移误差的幅度，并对阈值设置进行相应的重新调整。图2中的示例介绍了AD7147和AD7148的阈值电平如何针对因环境条件变化引起的基线失调变化进行自动跟踪和调整。

图2. AD7147/AD7148片内环境校准

消除测量误差。在器件内加入容性传感器电极阵列的改装行为可能造成空间限制，迫使设计人员将CDC放置在远离容性传感器的位置。这会增加并行传感器走线的长度并使布线密集，不利于容性检测应用，因为处于不同直流电位的走线会形成图3A所示的杂散耦合路径。 PCB的接地层无法预防这种情况，因为走线和接地层处于不同的直流电位，仍会形成杂散电容(图3B)。

图3. 杂散电容的路径，显示了下列并行走线的结果：无灌铜层的并行走线(A)、接地灌铜层上的并行走线(B)，以及与走线具有相同直流电位的灌铜层上的并行走线(C)。

若要消除杂散电容误差，一种方法是将相邻的走线用由直流电平驱动的层包围起来(该直流电平与容性传感器电极和走线的直流电平相同)。AD7147和AD7148器件通过提供具有此功能的专用ACSHIELD输出来消除杂散电容，如图3C所示。

总结：

水疗护肤产品等消费类保健设备正从专业机构走入普通家庭，用户不再是经过专门培训、熟悉产品及其应用的技师。因此，很多这类产品需要更智能的用户界面，才能使未经培训的用户也能掌握正确的产品使用方法。容性检测为用户界面设计人员提供了新的选择，使他们能够探索各种创新方法以满足新的用户界面需求。容性数字技术提供容性传感器电极与皮肤的接触信息，可用来保持最佳的产品性能和安全性。