电容式感应的设计方案

在我们了解了电容式感应的工作原理后，如何开始设计某一特定产品的电容式感应界面呢?我们重点要考虑到设计方案的需要。这个产品将用在什么地方?使用环境严苛吗?这项 设计中最重要的因素是电池的使用时间还是产品的耐久性?不同的因素对设计方案的影响也各不相同。

根据正在设计的产品类型，功耗可能是关键因素，也可能不是关键因素。例如，在由电池供电的手持设备上，功耗具有极为重要的意义。而一种对整体平均功耗即电池使用时间进行控制的方式是设立3个不同的工作区域。 一个工作区域是快速响应区，这个区域内的每个传感器每200微秒扫描一次。系统会在按钮和滑动触摸处于连续操作状态下进入这一区域。在操作很少或无操作时，系统可以进入一个慢速响应区，将扫描频率减少到大约每100毫秒1次。最后，如果在很长时间内没有操作，则系统可以进入深度休眠模式，从而节省电力。通过实现节能、慢速响应模式，在便携手持设备每100秒扫描3个按钮的情况下，系统的耗电量可以低于50μA的平均电流。

在当今的电子产品领域，噪声也成为另-项重要的考虑因素。各类感应噪声，诸如来自电力线路的噪声，以及来自移动手机或日光灯的辐射噪声，无时无刻不存在，所以必须加以考虑。为了进行有效防范，我们的目标是增加信噪比，并消除虚假触摸响应。

在设计信噪比、耐久性、静电放电抵抗力以及精确度时，所选择的外覆层材料以及外覆层厚度具有很大的影响。而且，在考虑材料的类型和厚度时，必须根据产品的需要，在许多方面采取折衷方式。随着外覆层材料厚度的增加，信号和噪声两方面均会减少。但是，外覆层材料越厚，则对于静电放电的抵抗力就越强。人体的静电电压可以高达15 KV，而电容式感应系统的外覆层有助于避免集成电路在遭受此类静电放电时发生永久性损坏。另一种解决方法是，使用一层聚酰亚胺(Kapton)带，这种材料在需要超强静电放电保护的应用中能够发挥良好的作用。当然，外覆层越厚，也就越不容易破裂或者遭到破坏。

CapSense解决方案

一种能够降低设计难度的理想方式是采用一种灵活的可编程电容式感应解决方案，这种方案还能够通过调整以满足设计需要。一项能够达到该要求的可编程解决方案就是以PSoC混合信号阵列架构为基础的赛普拉斯半导体公司的CapSense解决方案。CapSense在实现时采用了两种触摸感应方式，CapSense逐次逼近(CSA)和CapSense增量求和(CSD)，这两种方式均经过了优化，因而能够应对设计电容感应系统时所遇到的种种挑战。CSA和CSD方式均在扫描之间定期更新动态基线，以减少环境变化带来的影响。这样，随着具体设备的温度的变化，基线也随之进行调整。这种变化趋势由基线进行自动追踪，以抵消温度和湿度变化带来的影响。在这种方式下，可编程电容式感应解决方案能够给设计者提供更大的有效设计区域，从而能够满足设计方案中多项因素的要求。

此外，通过联合运用屏蔽电极和保护传感器，并在电容式感应中采用CSD方法，可以让设计方案真正达到防水的效果。这种触摸方案提供了可靠的触摸检测功能，并能够消除由于水滴和水流所导致的虚假检测事件。屏蔽电极能够减少水滴在物理层面上的影响，而防护传感器能够在逻辑电路层面上对决策逻辑操作进行复位。

CapSense器件受PSoC混合信号阵列产品的支持，因此能够让设计者在同一芯片上同时操作按钮、滑动触头、触摸屏、触摸板和接近传感器。CapSense还获得了预先配置好固件的用户模块、参考代码和校准工具的支持，让电容式感应应用的设计工作变得快捷、轻松而高效。这种预先定义的固件开发工具包括器件互连、I／O驱动模式和API。在PSoC Designer和PSoC Express开发工具中，只需点击几次鼠标即可创建上述工具。参考代码提供具有基本功能的起点，而PSoC解决方案所采用的开源格式可以实现对任意项目的定制和优化。校准工具能够通过对电容输入进行实时反馈而提高开发工作的速度。通过校准工具，用户可以调整参数、增加灵敏度，并可以逐个校准传感器。

PSoC器件并不仅仅具备电容传感器功能。它所拥有的模拟和数字资源还具有各种其它用途。所有PSoC器件产品均拥有基本的数字电路控制功能。通过配置，PSoC可以驱动LED、控制简单的8位脉冲宽度调制器，并能通过I2C、SPI或其它通信协议进行通信。功能更强的器件产品还拥有更多的数字电路功能和基本的模拟电路功能。同一个PSoC器件既可以配置成电容传感器，也可以配置成温度计或电压监测器。

PSoC混合信号阵列产品属于一种可配置阵列产品，拥有数字和模拟资源、闪存和RAM、一个8位微控制器，并具有一些其它功能。这些功能让PSoC能够在自己的CapSense产品组合内实现各种创新性的电容感应技术。采用PSoC直观易懂的开发环境可以对器件进行配置和重新配置，以满足设计规格和规格变更的要求。这些新型感应技术表现出了更高的灵敏度和更强的抗扰性，功耗更低，更新速度更快。