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- 電容傳感器取代機械開關讓產(chǎn)品更便攜
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2011/4/22
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改善產(chǎn)品的用戶界面，并使產(chǎn)品看起來更加簡潔、美觀。事實上，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(tǒng)機械開關的任何產(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關的式樣。
電容觸摸傳感器界面通常由一個電容傳感器、一個電容-數(shù)字轉換器(CDC)和一個主處理器組成。傳感器利用標準的兩層或四層PCB上的線跡(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，當用戶從開著空調(diào)的汽車中來到一個濕熱環(huán)境中時，就可能出現(xiàn)上述情況。為了避免發(fā)生斷續(xù)接觸錯誤，CDC必須包括實時的漂移補償。
隨著環(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(shù)會發(fā)生漂移。在用戶沒有與傳感器接觸期間，由CDC對環(huán)境參數(shù)加以測量。為了進行補償，需對高端和低端閾值水平進行動態(tài)調(diào)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，它會使閾值發(fā)生偏移。當電容處于閾值時，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。為了對寄生電容進行補償，可以采用對DAC編程的方法，以抵消進入CDC的輸入。對于各PCB來說，這種寄生電容是一致的，因此可以在制造PCB的時候進行簡單的調(diào)整，這樣就不需要外部RC調(diào)諧元件，從而使材料、裝配和測試方面的成本最小化。單獨調(diào)整每個傳感器的偏移，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入電容傳感器和傳感器線跡之中，將導致不可預知的傳感器動作。這可能導致性能下降，但有簡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。這會使傳感器線跡長度最短，從而降低EMI被耦合到線跡中的機會。另外，利用一個具有結實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。如果這兩個方法不能有效地把EMI噪聲與EMI隔離，還可以把一個接地金屬屏蔽放置在傳感器板腔的上方。
電容傳感器電場也會耦合到產(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。如果塑料過厚，則流量場線就不能有效地穿過塑料，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?shù)姆秶畠?nèi)。
保持用戶對靈敏度的主動性也是相當重要的。傳統(tǒng)的機械開關具有用戶熟悉的靈敏度和觸覺反饋，對于電容傳感器來說，這些參數(shù)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，這取決于開關功能或開關在產(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，因此應該允許用戶設置不同的靈敏度水平——若能通過靈敏度控制菜單進行選擇是最理想的。例如，AD7124支持這些靈敏性要求，允許對一個單獨的16位靈敏度控制寄存器為每個傳感器編程。這些寄存器也可以嵌入到一個主機固件之中，并在菜單顯示中提供，允許用戶選擇不同的靈敏度水平，以滿足其特殊需求。
其它優(yōu)勢：節(jié)能與簡化裝配
在用戶沒有與傳感器接觸期間，如果每個傳感器輸入都被取樣，則會白白浪費電池功率。為了使電池效率最大化，CDC應該能夠檢測到用戶停止與傳感器接觸。并自動切換到低功率模式。當傳感器被再度接觸時，再自動重新進入正常的操作模式。為了節(jié)省更多的功率，還應該包括一個徹底關斷模式。在便攜產(chǎn)品中，關閉傳感器開關通常是通過設置一個機械開關或從控制菜單中選擇一個阻塞模式來完成的。
利用電容傳感器取代傳統(tǒng)的機械開關的另一個好處是，制造與裝配工藝更加簡單。傳統(tǒng)的機械開關需要手工把每個開關插入到塑料殼體上面的專門孔洞之中，而一個包含所有這些開關的單一的電容傳感器板可以一步到位，放置在這個塑料殼體下面。含有一個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。
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