人物应用中的电容式触摸传感器设计提升三大类传感器的运用

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。

电容式传感器基本上可以分为三类: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。这些类型中的每一个都有其独特之处,并且适用于不同的应用需求。

首先,我们有电场传感器,它们通常会产生数百kHz的正弦波,然后将这个信号加到一个极板的一个导电盘上,并检测另外一个导电盘上的信号改变。当用户通过手机或其他导体对象接触两个盘的时候,接收到的信号将会改变。通过解调和滤波极板上的信号,可以获得一个直流电压,这个直流电压随着用户接触时变化;将这个直流电压施加于阈值检测器上,就可以产生触摸/无触摸的信号。

接着,我们还有基于弛张振荡器的传感器,它们使用了一个锯齿波振荡器中的可变定时单元。这一部分由两个连续连接并行放大单元组成,其中之一包含了可变定时单元。当恒定的输入频率与这两部分相遇时,一对输出脉冲会出现。在这种情况下,当外部事件发生而导致计数结束后,输出脉冲开始生成,从而完成计数循环。一旦计数达到一定数量,就能确定是否存在外部事件,如手指接近或离开。如果该事件发生,则释放存储在第二个端口中的积累量,而如果没有,则保持积累量不变。

最后,还有QT(Quantum Tunneling)技术,这种方法利用了一种称为“物理原理”的现象,即当一只手指靠近这些区域时,将增加或减少其中的一些区域,使得整个系统变得更加灵活。此外,由于它能够提供比竞争方案更高动态范围和更低功耗,以及自动校准例程以补偿环境条件可能引起的问题,所以它非常适合各种复杂环境下的设备,比如微波炉、炉灶面控制等。而对于便携设备来说,因为周围经常有强烈辐射源,如PC、手机等,因此QT天线特别重要,因为它能帮助移动设备抵御干扰影响。

例如,在JWM-8110闪存播放者中采用了QT1080,而MicrostarMegaPlayer536MP3播放者则采用了QT1101。这些芯片支持8至10通道独立按键处理,可以工作在2.8~5.5V之间,对于移动电子产品进行优化,同时空间有限的小型设备需要QFN封装。此外,还有一些专门针对滑动按键或者旋转界面的多输入通道实现高分辨率线性滑动界面,有时候仅需三个7位(128点)的通道就能实现高质量效果。

除了以上提及的情况之外,不同设计师还利用这种技术替代掉一些老旧的手势识别方式,比如多层薄膜屏幕模式,每个人根据自己的喜好下载规格或者运行配置程序来调整他们想要看到什么样的布局。这样的可能性打开了许多新的市场机会,比如平面位置检测法,让终端用户能够直接从电话键盘输入中文字符,但这是基于平面坐标觅影屏幕的一个特殊应用形式,其中底层感觉薄膜可以代替原本需要几层透明玻璃做出来的大型显示屏幕,为用户提供更多选择,同时成本降低透明度提高,更方便操作。

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