人物应用中的电容式触摸传感器分类设计提升

在某个突然的时刻,电容式传感器似乎无处不在了。它们被安装在汽车座位上,以控制气囊配置和安全带预紧装置,在洗衣机和干燥机中,以校正旋转桶的状态;甚至冰箱也使用它们来控制自动去冰过程。但直到现在,它们最大的潜在应用领域还是触摸开关,触摸开关已越来越多地出现在消费电子产品中。

由于混合信号IC工艺得到广泛应用,这种技术允许芯片设计师优化芯片的模拟和数字子系统,以构建具有前所未有的灵敏度和耐用性的电容式传感器,而且成本是机械式开关所不能比拟的。

电容式传感器基本可以分为三类: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。电场传感器通常会产生数百kHz的正弦波,然后将这个信号加在一个极板的一个导电盘上,并检测另外一个导電盘上的信号。当用户的手指或其他导体对象接触到两个盘的时候,接收端上的信号将改变。通过解调和滤波极板上的信号,可以获得一个直流电压,该直流电压随着接近距离而变化;将这个直流施加于阈值检测后,即可产生触摸/无触摸的信号。

基于弛张振荡器使用了一个锯齿波振荡器中的可变定时单元,其上有一个锯齿形波振荡者的线性增益时间常数。在恒定当前入与其并行连接的一个定时单元放大后,将其输入给比较仪,并且该比较仪输出连接至一对与该定时单元并行连接的一对接地开关。当该定时单元充满预先确定阈值高程后的常数之后,该比较仪改变状态,使得关闭动作—打开此关闭,这个动作周期性重复进行。结果是,该比较仪输出是一个脉冲串,其频率取决于总计定的时间常数。根据不同的频率改变报告触摸/无触摸状态。

QT(量研公司)芯片利用了一种称为“能量保持”的物理原理。在短时间内施加一定额外功率以增加那个点之间两点间相互作用力,然后再断开,让第二个更大的采样存储介质捕获这些交换过来的能量。这使得当手指靠近使得通道变得更加宽松,从而导致更多能量被捕获,而这就足以提供检测结果。此方法能够提供比竞争方案更高动态范围,更低功耗,同时自适应校准例程可以补偿环境条件发生变化引起的问题。而且这种方法非常灵敏,不需要参考地球连接,因此对于依赖于独立供电设备来说尤其合适,如便携设备。

例如,在JWM-8110闪存播放机中采用了QT1080,而Microstar则在MegaPlayer536MP3播放机中采用了QT1101。这两个芯片都支持8-10通道,每个通道都包括邻近按键抑制功能,以及硬件状态线或串行输出方式,无论哪一种,都能实现正确识别手指位置。如果需要,可以选择是否启用AKS功能。此外,还有专用的多输入通道实现滑动按键或者旋转界面,比如Quantum系列晶体管只需三个分辨率7位(128点)的通道就能完成高分辨率线性滑动或旋转界面工作。

此外,还有许多设计师利用QT晶体管替代阻抗型觅码屏幕,因为这种方法只需要铺设透明层用于感觉,与多层阻抗类型相比,对光照吸收降低很多。此外还可以通过软件调整多通道传感网络来实现可编程非透明表面,减少材料成本,为用户根据个人喜好配置屏幕内容提供可能,从网络服务器下载规格,或运行自定义设置程序等操作,也是可能的事情之一。

这种技术打开了很多新的可能性,如平面坐标位置探测技术,使移动电话数字键盘能够输入中文字符,但它最大的应用仍然是平面坐标图像显示屏幕,其中下方薄膜替代阻抗屏幕,可获得高透明度、低成本、高效性能,同时不必穿孔前面的金属网眼,这样的解决方案让未来智能手机拥有更加丰富的人机交互能力。

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