采用电荷转移的电容性触摸捕获技术

发布者:admin 发布时间:2019-10-26 16:37 浏览次数:

  无论是移动电话和等便携式消费电子产品,还是汽车、厨房电器、医疗设备以及工业和商业感测应用,基于直观式技术的解决方案都是这些领域的首选人机界面。稳健可靠的电容性触摸解决方案正在取代传统的电阻性滑块、机械按键和旋转控制装置。

  第一种方案是将一个电容未知的感测电极充电至已知电势。该电极通常是PCB板上的一块铜区域。最终电荷会被转移到一个。在完成一个或多个“充电与转移”周期后对电荷进行测量,可以确定感测板的电容。把手指放在触摸表面会产生外部电容,因而影响接触点的电荷流。这就是一个触摸操作。

  第二种方案采用了一对感测电极:一个是发射电极,由逻辑脉冲电荷以间歇模式来驱动;另一个是接收电极,经由覆盖板电介质与合。当手指触摸覆盖板时,场耦合减小,触摸因此被检测到。这种驱动、接收和处理逻辑被内置在微控制器(MCU)中,故只需极少的外部组件。

  来自基于“电荷转移”的电容性触摸捕获方案的触摸功能可以分为触摸屏、触摸按键、滑块和滑轮。

  触摸屏功能支持无限次数的触摸,极大地改善了用户体验,并改变了用户与电子产品的交互方式。内置的手势以及能够忽略无意识操作使得用户界面既直观又可靠。触摸屏能够识别手写笔、指甲和手套的触摸,为手持设备提供了简便的文本输入方式。

  触摸按键、滑块和滑轮一般适用于单个用户触摸,并采用算法来确定触摸状态和位置,它与信号强度无关,这一特性使得触摸检测精确可靠。触摸按键、滑块和滑 轮 功能可以两种方式集成在产品设计中:固定功能器件方案;MCU触摸软件库(Touch library)方案。

  典型的电容性触摸传感器通过各个通道连接至MCU。图3所示为使用一个通道的接近按键传感器、使用一个通道的触摸按键传感器和使用一组三个通道的滑块/滑轮传感器。MCU端口引脚可用作触摸传感器通道引脚。

  目前市场上提供的解决方案之一是固定功能触摸器件,所谓“固定功能”是指一组只用于处理触摸传感器的器件。因此,固定功能器件就是一种专用的触摸微控制器解决方案。固定功能触摸器件可提供单通道或多通道支持,其触摸传感器排列通常是按照用作按键、滑块、滑轮还是这些功能的固定组合而预先配置好的。

  固定功能器件一般会利用串行接口来向主微控制器更新触摸状态信息,该接口通常是一个I2C兼容接口。或是采用SPI、USART和位触发(bit banging)等其它接口技术。固定功能器件的触摸状态报告往往包括接近按键或触摸按键的开关(ON/OFF)状态,滑块的线性触摸定位值,以及滑轮的触摸角度定位值。

  此外,固定功能触摸器件还具有一项额外的功能,即器件引脚上可输出频闪和脉冲来显示某种结果,而无需采用串行接口。这意味着按键的开关状态或滑块、滑轮的位置信息并非固定功能触摸器件唯一的输出信息。而对这些数据进行二级处理而获得的二级数据输出,可以满足应用的需求。例如,在电器的功率控制中,触摸按键状态信息可以转换为一个经过编程的自动关断延时,以触发脉冲的形式输出到器件的某个引脚上,最后关断电器。

  固定功能器件的特性如下:是可用的电容性触摸解决方案;固定功能微控制器可带有在出厂已编程的固件;相比微控制器触摸软件库方案,把固定功能方案集成到产品设计中所需的工作量比较小;输出接口和传感器排列方面的用户可配置性有限;因为是由主微控制器完成主要的应用任务,而加入固定功能触摸器件旨在增加电容性触摸支持,所以这种方案需要在设计中加入额外的微控制器。

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