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不怕水的電容觸控感測器一招搞定!
手潮了也不怕!
[作者 Alan Yang]   2021年10月19日 星期二 瀏覽人次: [1437]

本文帶領讀者瞭解如何在設計中規避水珠的干擾,以及電容式觸控感測器設計選型應用中的一些小技巧。


你是否碰到過觸控面板上面有水漬,然後觸控按鍵好像就失靈了一樣,各種不聽使喚的狀況頻出,令人心情煩躁?



圖1
圖1

水珠引起的誤觸發,如何避免?

為什麼水珠會誤觸發?

如下圖,觸控感測的部分是用PCB板製作的,當表面殘留水珠的區域橫跨兩個電極的時候,就會造成這兩個電極短路,從而導致誤觸發。



圖2
圖2

怎麼解決水珠誤觸發?


圖3
圖3

解決這個誤觸發的問題,可以採用Driven Shield技術。簡而言之,該技術就是在電極和電極之間增加遮罩層,並且主動給遮罩層加電壓,使得感測器在掃描其他按鍵的時候,遮罩罩的電壓和電極上的電壓一致。這樣就可以把水珠對觸控按鍵的影響減到很小。


Driven Shield技術使用效果如何?

使用Driven Shield技術是否能夠有效解決水珠誤觸發的問題?讓我們來看看下圖中的結果比對:



圖4
圖4

可以看到,增加了Driven Shield之後,水珠對於操控的影響明顯減小了。Driven Shield 解決方案,幾乎沒有什麼缺點,但是該技術也有局限性——其僅對自電容測量方式起效。


(資料來源:Microchip線上課程<電容式觸控原理、設計挑戰和解決方案>)


測量方式的選擇:自電容還是互電容?

對於電容式觸控感測器測量方式,主要有兩種:自電容與互電容。這兩種方式各有優缺點。


‧ 自電容測量的是極對地的電容變化,帶一個厚手套也可以操作,支持接近感應,並且支持Driven Shield設計,但每個感測器需要佔用一個引腳,效率不高。


‧ 互電容測量的是電極之間的電容變化,每行和列一個引腳,支援多個按鍵的應用場景。



圖5
圖5

可見,選擇自電容還是互電容,主要看使用場景:


‧ 如果要求多個按鍵的場景,使用互電容這種方式比較多。


‧ 如果對於接近感應有要求,往往使用自電容比較多。


(source:Microchip電容式觸控感測器設計指南)


電容觸控應用設計

電容式觸控感測器應用設計,主要可以分成三個部分:控制器MCU、檢測電路、觸控感測器。分別介紹如下:



圖6
圖6

控制器MCU

有些MCU帶自帶觸控感測器檢測功能。比如Microchip PIC XLP mTouch 16F系列,不用額外的外設,直接可以檢測電容式觸控感測器。如圖,充電和檢測電路之間共用電荷,之後再進行信號處理。



圖7 : (source:得捷電子/Digi-Key)
圖7 : (source:得捷電子/Digi-Key)

(資料來源:Microchip線上課程“電容式觸控原理、設計挑戰和解決方案”)


電容式觸控感測器檢測電路

當然也可以使用專門的電容式觸控感測器晶片。


通過Digi-Key網站,可以方便地根據應用類型、解析度、介面等條件篩選出合適的晶片產品。



圖8
圖8

有些專用晶片整合了Driven Shield功能:比如Microchip MTCH102 。



圖9 :  (source:得捷電子/Digi-Key)
圖9 : (source:得捷電子/Digi-Key)

上面是最簡單的應用,只需一個感測器加一個Driven Shield遮罩層,就可以實現單點觸控。


觸控感測器

除了在Digi-Key網站上選擇電容式觸控感測器外,也可以自己在PCB板上進行設計。



圖10 : (source:得捷電子/Digi-Key)
圖10 : (source:得捷電子/Digi-Key)

結語

我們的生活越來越離不開電子設備,而設備的人機介面也變得也越來越重要,好的交互設計會極大的增加用戶的體驗感。隨著電容式觸控感測器在人機交互設計中應用越來越多,瞭解電容式觸控感測器的原理,懂得如何選型,專精於設計應用,就會讓自家產品脫穎而出。


(作者Alan Yang任職於得捷電子;本文由Digi-Key Electronics提供)


參考資料


[1]Microchip Techniques for Robust mTouch Touch Sensing Design


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