電容式觸摸感應(yīng)的技巧
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手指電容
所有電容式觸摸感應(yīng)系統(tǒng)的核心部分都是一組與電場相互作用的導(dǎo)體。人體組織中充滿了覆蓋著一層皮膚（這是一種有損電介質(zhì)）的導(dǎo)電電極。正是手指的導(dǎo)電特性使得電容式觸摸感應(yīng)成為可能。
簡單的平行片電容器具有兩個導(dǎo)體，其間隔著一層電介質(zhì)。該系統(tǒng)中的大部分能量直接聚集在電容器極板之間。少許能量會溢出至電容器極板以外的區(qū)域中，而與該效應(yīng)相關(guān)的電場線被稱為“邊緣場”。制作實(shí)用電容式傳感器的部分難題是：需要設(shè)計一組印刷電路走線，以便將邊緣場引導(dǎo)至一個用戶可以夠得到的有效感應(yīng)區(qū)域。對于這樣一種傳感器模式來說，平行片電容器并非上佳之選。
把手指放在邊緣電場的附近將增加電容式系統(tǒng)的導(dǎo)電表面積。由手指所產(chǎn)生的額外電荷積聚電容被稱為手指電容CF。在本文中，無手指觸摸時的傳感器電容用CP 來表示，它代表寄生電容。
關(guān)于電容式傳感器的一個常見的誤解是：為了使系統(tǒng)正常工作，手指必需接地。手指是可以檢測到的，因?yàn)樗鼤４骐姾桑ǘ谑种父≈没蚪拥貢r都將產(chǎn)生這種現(xiàn)象）。
傳感器的PCB布局
圖1 示出了一塊印刷電路板（PCB）的頂視圖，在本設(shè)計實(shí)例中，該P(yáng)CB 實(shí)現(xiàn)了其中的一個電容式傳感器按鈕。該按鈕的直徑為10mm，這是一個成人指尖的平均大小。為該演示電路而組裝的PCB 包含4 個按鈕，它們的中心相隔20mm。如圖所示，接地平面也位于頂層。金屬感應(yīng)墊和接地平面之間設(shè)置了一個均勻的隔離間隙。該間隙的尺寸是一個重要的設(shè)計參數(shù)。如果間隙設(shè)置得過小，則過多的電場能量將直接傳遞至地。而如果間隙設(shè)置得過大，則將無法控制能量穿越覆蓋物的方式。選擇0.5mm 的間隙尺寸可以很好地使邊緣場透過10mm 厚的玻璃覆蓋物。
圖2 示出了同一種傳感器模式的截面圖。如該圖所示，PCB 中的一條通路將金屬感應(yīng)墊與電路板底面上的走線相連。當(dāng)電場試圖找到最短的接地路徑時，介電常數(shù)εr 將對材料中的電場能量充填密度產(chǎn)生影響。標(biāo)準(zhǔn)窗戶玻璃的εr 約為8，而采用FR4 材料制成的PCB 的εr 則在4 左右。白色家電中常用的Pyrex?（派萊克斯）玻璃具有數(shù)值大約為5 的εr。在本設(shè)計實(shí)例中，采用的是標(biāo)準(zhǔn)的窗戶玻璃。需要注意的是，玻璃片是采用3M公司的468-MP 絕緣膠膜安裝在PCB 上的。
CapSense 101
電容式觸摸感應(yīng)系統(tǒng)的基本元件是：一個可編程電流源、一個精密型模擬比較器和一根可通過一組電容式傳感器進(jìn)行排序的模擬多路復(fù)用器總線。在本文給出的系統(tǒng)中，一個弛張振蕩器起著電容傳感器的作用。該振蕩器的簡化電路示意圖見圖3。
比較器的輸出被饋入一個PWM的時鐘輸入，該P(yáng)WM 負(fù)責(zé)對一個時鐘頻率為24MHz 的16 位計數(shù)器進(jìn)行選通。觸摸按鍵的手指使電容增大，從而導(dǎo)致計數(shù)值增加。手指就是以這樣的方式來檢測的。該系統(tǒng)的典型波形示于圖4。
圖5 給出了該項(xiàng)目的一種可實(shí)現(xiàn)方案的示意圖。為了實(shí)現(xiàn)電容式觸摸感應(yīng)和串行通信，該電路采用了賽普拉斯的 CY8C21x34 系列PSoC芯片，該芯片包含一組模擬和數(shù)字功能塊，這些功能塊可由存儲于板上閃存中的固件來配置。另一顆芯片負(fù)責(zé)處理RS232 電平移動，旨在提供至主機(jī)的通信鏈接，并實(shí)現(xiàn)115,200 波特的電容式觸摸感應(yīng)數(shù)據(jù)記錄。PSoC是通過ISSP 頭（包含電源、地）以及編程引腳SCL和SDA 來編程的。主PC 通過一個DB9連接器與電容式觸摸感應(yīng)電路板相連。
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