電容式觸摸傳感器提升應用設計
因為混合信號IC工藝得到廣泛的采用，這種技術允許芯片設計師優(yōu)化芯片的模擬和數(shù)字子系統(tǒng)，以構建具有前所未有的靈敏度和耐用性的電容式傳感器，而且成本是機械式開關所不能比擬的。
如何工作
電容式傳感器基本上可以分成三類：電場傳感器、基于弛張振蕩器的傳感器以及電荷轉移(QT)器件。電場傳感器通常會產(chǎn)生數(shù)百kHz的正弦波，然后將這個信號加在電容一個極板的導電盤上，并檢測另外一個導電盤上的信號電平。當用戶的手機或另外的導體對象接觸到兩個盤的時候，接收器上的信號電平將改變。通過解調和濾波極板上的信號，可能獲得一個直流電壓，這個電壓隨電容的改變而變化；將這個電壓施加在閾值檢測器上，即可以產(chǎn)生觸摸/無觸摸的信號。
弛張振蕩器使用了一個電極盤，其上的電極電容構成了鋸齒波振蕩器中的可變定時單元。通過將恒定電流饋入到電極線， 電極上的電壓隨時間線性增加。該電壓提供給比較器一個輸入，而比較器的輸出連接到一個與電極電容并行連接的接地開關上。當電極電容充電到一個預先確定的閾值電壓時，比較器改變狀態(tài)，實現(xiàn)開關動作—對定時電容放電，打開開關，這個動作將周期性的重復下去。其結果是，比較器的輸出是脈沖串，其頻率取決于總的定時電容的值。傳感器根據(jù)不同的頻率改變來報告觸摸/無觸摸狀態(tài)。
QT器件利用了一種稱為電荷保持的物理原理。舉例來說，開關在一個短時間內(nèi)施加一個電壓到感應電極上對其充電，之后開關斷開，第二個開關再將電極上的電荷釋放到更大的一個采樣電容中。人手指的觸摸增大了電極的電容，導致傳輸?shù)讲蓸与娙萆系碾姾稍黾，采樣電容因此改變，?jù)此就能得出檢測結果。
QT器件在突發(fā)模式采樣之后即進行數(shù)字信號處理，這種方法能提供比競爭方案更高的動態(tài)范圍和更低的功耗，而自動校準例程可以補償因為環(huán)境條件改變帶來的漂移。更重要的是，這種方法足夠靈敏，在電流透過厚的面板時不需要一個參考地連接，因此適合電池供電的設備。Quantum（量研公司）的QT芯片就是采用這種方法。
應用實例
QT芯片出現(xiàn)在一系列具有挑戰(zhàn)性的應用中，如微波爐和爐灶面控制。它在這些應用中必須承受很高的濕度、污染挑戰(zhàn)。而便攜式電子產(chǎn)品也經(jīng)常面對這種情況，它們所處的環(huán)境經(jīng)常變化，因此QT傳感器也非常適合這種應用。QT傳感器在干擾下的高電阻對于移動設備來說至關重要，因為它們附近經(jīng)常有很強的輻射源，如：PC、手機等。
因為這個原因，QT芯片越來越多地在便攜式設備中出現(xiàn)。很多領先的亞洲OEM廠商都采用了這種技術，包括DEC、JW Digital、松下和Microstar。例如，在JWM-8110閃存播放器中就采用了QT1080，而Microstar在其Mega Player 536 MP3播放器中采用了QT1101。這些芯片可以工作在2.8～5.5V電源電壓下，吸收的電流大約為40μA，專門針對移動電子產(chǎn)品進行了優(yōu)化，采用了5mm×5mm×0.8mm QFN封裝，這種封裝是空間有限的手機和遙控設備所必需的。QT1080支持8個獨立的按鍵通道，QT1101支持10個通道。兩個芯片都包括鄰近按鍵抑制(AKSTM)功能，可以確保芯片正確地識別手指的位置。這個概念很簡單，通過比較鄰近按鍵的信號電平來確定最大值，這樣就能確定“真正的”手指位置。設計者可以自行選擇是否啟用AKS功能。QT1080利用一個硬件狀態(tài)線連接每個輸入通道，而QT1101通過一個串行連接輸出。像所有的QT芯片一樣，這兩種方法都利用擴譜搜索自動校準，使噪聲抑制最大化。
一般可用多輸入通道實現(xiàn)滑動按鍵或旋轉按鍵，而專用的QT系列芯片只用三個分辨率為7位(128點)的通道就能實現(xiàn)高分辨率線性滑動或旋轉界面。例如QT511(該芯片的主要目標應用也是便攜式電子產(chǎn)品)使用三個感應通道來驅動通用電氣公司的一位發(fā)明家于1978年設計的電極圖形，可返回一個128點的結果。
其他可能性
很多設計師都利用QT芯片來替代電阻式觸摸屏。因為該方法只需要將單透明層鋪設在屏幕上用于感測，與多層電阻式技術相比，對光線的吸收大大降低。OEM廠家還使用多通道傳感器來實現(xiàn)可編程的不透明觸摸表面，面板的配置由軟件來調配，這能幫助降低材料成本。同樣的辦法還為用戶依據(jù)個人喜好配置觸摸屏提供了可能，用戶可從網(wǎng)絡服務器下載規(guī)格，或者自己運行一個配置程序。
這種技術打開了很多應用之門，例如使用了平面位置檢測QT器件，終端用戶在移動電話的數(shù)字鍵盤上移動就可以輸入中文或其他復雜字符。但是這種技術的最大應用是平面坐標觸摸屏，在這種應用中，下表面感測薄膜可以替代電阻式屏，而單層薄膜獲得高透明度和低成本，不需要在前面板中開孔。
如果現(xiàn)有的QT硬件不能滿足客戶的需求，用戶可選用帶有可編程MCU內(nèi)核的芯片。定制應用實例包括Jenn-Air Attrezzi食品攪拌機，QT芯片在這個設備中負責監(jiān)測用戶的輸入，并控制功率三端雙向可控硅開關，通過一個過零同步開關來使EMC問題最小化。
編輯：admin 最后修改時間：2017-12-13
