在某个不经意的时刻,电容式传感器似乎无处不在了。它们被应用于汽车座椅中,以控制气囊和安全带的配置;在洗衣机和干燥机中,用来校正旋转桶的状态;甚至连冰箱都使用它们来控制自动去冰过程。但直到现在,它们最大的潜力领域仍然是触摸屏幕,触摸屏已经越来越多地出现在消费电子产品中。这种技术得益于混合信号IC工艺的广泛采用,这使得芯片设计师能够优化模拟和数字子系统,从而构建具有前所未有的灵敏度和耐用性的电容式传感器,同时成本远低于机械式开关。
电容式传感器可以分为三类:电场传感器、基于弛张振荡器的传感器以及电荷转移(QT)器件。电场传感器通常产生数百kHz的正弦波,并将其加到一个极板上的导电盘上,然后检测另一个导电盘上的信号变化。当用户接触两个盘的时候,接收端会有信号改变。这通过解调并滤波极板上的信号,就能得到一个与触摸或无触摸相关联的直流压降。
弛张振荡器利用一块带有锯齿波振荡单元中的可变定时单元的一个极板,其上面的极性充满了线性增加的时间。该时间提供给比较仪输入,而比较仪输出连接到与该定时单元并行连接的一个开关当定时单元充满阈值后,该比较仪改变状态,将周期性地重复这个动作,其结果是输出的是脉冲串,其频率取决于总定的定时单元值。
QT设备利用一种名为物理存储原理的一种现象。在举例来说,当短暂施加高压至一个过载后的感觉区域对其进行充放,之后关闭,然后再次将它释放至更大的采样区域。一旦人手指接近这个区域,它会增大这个区域能量,使采样区域能量增加,因此就能从检测结果中推断出这一点。此方法提供比竞争方案更高动态范围,更低功耗,并且环境条件变化导致漂移的问题可以通过自动校准例程补偿。此外,由于这项方法足够敏捷,即使穿透厚面板也不会需要参考地,所以非常适合供电设备,如便携式电子产品。
例如,在Quantum公司生产的一系列具有挑战性的应用中,如微波炉或烤箱面控制方面,它们必须承受很高湿度、污染等挑战。而便携式电子产品也经常遇到这些问题,因为他们所处环境经常变化,因此QT传感者非常适合这样的应用。由于这项原因,对抗干扰下高阻抗对于移动设备来说至关重要,因为附近可能有强烈辐射源如电脑手机等。
因此,这些芯片越来越多地用于便携式设备。在许多领先亚洲OEM厂商那里采用了这种技术,比如DEC、JWDigital、松下和Microstar。在JWM-8110闪存播放机里使用了QT1080,而Microstar在MegaPlayer536MP3播放机里使用了QT1101。这两款芯片都支持8个独立按键通道,但不同之处在于每个通道是否包括邻近按键抑制功能,可以确保正确识别手指位置。此概念简单,如果邻近按键之间存在差异,则确定最大值以确定“真正”手指位置。
一般情况下,可以通过多输入通道实现滑动按键或者旋转界面,而专用的QT系列芯片只需三个分辨率为7位(128点)的通道就能实现高分辨率线性滑动或旋转界面。例如,Qt511(主要目标应用是便携式电子产品)使用三个检测通道驱动了一位发明家1978年设计的图形表格,可返回128点结果。
其他可能性还包括替代掉光伏屏幕,因为只有将透明层铺设在屏幕上用于测量,与多层光伏技术相比,对光照吸收减少很多。不仅如此,还可以使用多通道探测程序创建可编程不可见表面,让软件调整配置以降低材料成本,同时允许用户根据个人偏好下载规格或运行配置程序,为终端用户提供更多选择能力尤其是在移动电话数字键盘上移动输入中文字符的情况下,以及平面坐标触控屏幕,在这种情况下,可以用薄膜代替光伏屏幕,不需要开孔即可获得高度透明度和低成本。如果现有的硬件无法满足客户需求,那么用户可以选择带有内置MCU内核的小型化版本,以自定义特殊应用实例,如Jenn-AirAttrezzi食品搅拌机,其中负责监测用户操作并控制功率三端双向可控硅开关,以最小化EMC问题。