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不怕水的电容触控感测器一招搞定!
手潮了也不怕!
[作者 Alan Yang]   2021年10月19日 星期二 浏览人次: [3846]

本文带领读者了解如何在设计中规避水珠的干扰,以及电容式触控感测器设计选型应用中的一些小技巧。


你是否碰到过触控面板上面有水渍,然后触控按键好像就失灵了一样,各种不听使唤的状况频出,令人心情烦躁?



图1
图1

水珠引起的误触发,如何避免?

为什么水珠会误触发?

如下图,触控感测的部分是用PCB板制作的,当表面残留水珠的区域横跨两个电极的时候,就会造成这两个电极短路,从而导致误触发。



图2
图2

怎么解决水珠误触发?


图3
图3

解决这个误触发的问题,可以采用Driven Shield技术。简而言之,该技术就是在电极和电极之间增加遮罩层,并且主动给遮罩层加电压,使得感测器在扫描其他按键的时候,遮罩罩的电压和电极上的电压一致。这样就可以把水珠对触控按键的影响减到很小。


Driven Shield技术使用效果如何?

使用Driven Shield技术是否能够有效解决水珠误触发的问题?让我们来看看下图中的结果比对:



图4
图4

可以看到,增加了Driven Shield之后,水珠对于操控的影响明显减小了。 Driven Shield 解决方案,几乎没有什么缺点,但是该技术也有局限性——其仅对自电容测量方式起效。


(资料来源:Microchip线上课程)


测量方式的选择:自电容还是互电容?

对于电容式触控感测器测量方式,主要有两种:自电容与互电容。这两种方式各有优缺点。


‧ 自电容测量的是极对地的电容变化,带一个厚手套也可以操作,支持接近感应,并且支持Driven Shield设计,但每个感测器需要占用一个引脚,效率不高。


‧ 互电容测量的是电极之间的电容变化,每行和列一个引脚,支援多个按键的应用场景。



图5
图5

可见,选择自电容还是互电容,主要看使用场景:


‧ 如果要求多个按键的场景,使用互电容这种方式比较多。


‧ 如果对于接近感应有要求,往往使用自电容比较多。


(source:Microchip电容式触控感测器设计指南)


电容触控应用设计

电容式触控感测器应用设计,主要可以分成三个部分:控制器MCU、检测电路、触控感测器。分别介绍如下:



图6
图6

控制器MCU

有些MCU带自带触控感测器检测功能。比如Microchip PIC XLP mTouch 16F系列,不用额外的外设,直接可以检测电容式触控感测器。如图,充电和检测电路之间共用电荷,之后再进行信号处理。



图7 : (source:得捷电子/Digi-Key)
图7 : (source:得捷电子/Digi-Key)

(资料来源:Microchip线上课程“电容式触控原理、设计挑战和解决方案”)


电容式触控感测器检测电路

当然也可以使用专门的电容式触控感测器晶片。


通过Digi-Key网站,可以方便地根据应用类型、解析度、介面等条件筛选出合适的晶片产品。



图8
图8

有些专用晶片整合了Driven Shield功能:比如Microchip MTCH102 。



图9 :  (source:得捷电子/Digi-Key)
图9 : (source:得捷电子/Digi-Key)

上面是最简单的应用,只需一个感测器加一个Driven Shield遮罩层,就可以实现单点触控。


触控感测器

除了在Digi-Key网站上选择电容式触控感测器外,也可以自己在PCB板上进行设计。



图10 : (source:得捷电子/Digi-Key)
图10 : (source:得捷电子/Digi-Key)

结语

我们的生活越来越离不开电子设备,而设备的人机介面也变得也越来越重要,好的交互设计会极大的增加用户的体验感。随着电容式触控感测器在人机交互设计中应用越来越多,了解电容式触控感测器的原理,懂得如何选型,专精于设计应用,就会让自家产品脱颖而出。


(作者Alan Yang任职于得捷电子;本文由Digi-Key Electronics提供)


参考资料


[1]Microchip Techniques for Robust mTouch Touch Sensing Design


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