深入了解 qmatrix 技术

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1、深入了解QMatrix技术中心议题：·QMatrix理论与方案简介·按键矩阵布局和设计·按键材料选择与设计故障诊断·QMatrix应用技术说明解决方案：·电场的耦合强度因人手触摸而衰减·通过电极的互电容耦合信号检测出交叉点在家电、消费电子和手机应用中，触感控制正在逐渐取代机电开关。触感技术的普及获得大力推动，因为设计人员认识到，触感控制可让他们实现时尚的多功能设计，从而实现产品的差异化，并为终端用户创造更高的价值。相比其它形式的电容感测，量研科技集团(爱特梅尔公司于2008年收购了量研科技集团)所开发的专利电荷转移(QT)感测技术更稳定，而且它对电磁干扰，以及极

2、端及突变温度湿度都具有更强的耐受能力。QMatrix™器件采用简单的横模(transverse-mode)电极结构，可为按键数量较多的应用提供触摸控制。QSlide™则用于辅助线性滑块类控制，如调节音量和温度；而QWheel™运用一种不同的控制布局，实现如iPod触摸拨轮(click-wheel)一类的拨轮式面板。QMatrix可以利用其3个感测信道进行配置，实现触摸滑块或拨轮控制。如今，基于QMatrix的控制功能已被集成到量研科技集团的许多标准产品中。此外，定制型款QMatrix还提供集成各种串口和附加功能，可用于家用电器、手机、笔记本电脑，以及许多其它消费

3、电子设备等应用。QMatrix理论每一感测电极对包含一个电场驱动电极和一个接收电极(图1)。驱动发射电极产生一个猝发式逻辑脉冲串，接收电极则通过覆盖在上面的介质前面板来收集由发射电极辐射出来的大部分电荷。                                           图1：两个电极之间的QMatrix场流。触摸可吸收该电场，导致所收集的电荷减少。电场的耦合强度会因人手触摸而衰减，因为人体将会以电弧的方式导开通过前面板的一部分场线，而所吸收的部分再通过各种电容通道被人体重新辐射回去                               

4、                                                        图2：Qmatrix双斜率电路通过电极结构的互电容耦合信号，会被收集到一个与驱动脉冲同步开关的采样电容上(图2)。该技术还利用了一个脉冲串来提高信噪比。每个脉冲串中的脉冲数量还影响到电路的增益，因为脉冲数越多，收集的电荷将越多，因而收集的信号越强。通过调整脉冲串的长度，可以轻易改变电路的增益，使之能配合于不同按键尺寸，面板材料和面板厚度。脉冲串产生第一个斜率，那就是施加到采样电容上的一个阶梯电压，便会经过电极电荷交叉耦合进行充电。脉冲串结束后，斜率电阻

5、被置为高电平，对采样电容进行放电，直到将电荷放完而出现零交叉点为止，而达到零交叉点所需的斜率时间长短就作为触摸信号。该电路的双斜率特性使得电路在很宽的工作温度范围内维持极高稳定性。脉冲串过后，通过将斜率转换电阻置于高电平，对采样电容上的电荷进行转换，并检测出零交叉点，从而得到X-Y电极电荷耦合成正比的定时器数值，该数值同时反映了手指触摸所引起的电荷吸收。由于手指触摸吸收电荷，因此被测信号随着触摸而减小。在脉冲串阶段引起采样电容上的电荷形成负向的斜率，而斜率转换则引起电容器的正向斜率，其实际结果是转换过程成为“双斜率”，而且基本不依赖于采样电容值，在时间和温度范围

6、内也非常稳定。矩阵方案提供了潮湿抑制特性，这是其它电容性解决方案所缺的。首先，局部水膜(如凝露、薄雾或水珠)只会引起耦合信号的略微增加。由于触摸致使信号减小，而由潮湿所引起的对信号耦合的影响则刚好相反，因此不会造成错误检测。其次，对于可能引走电荷的大片潮湿水膜，则可利用一个窄小的“门控”时间，将电荷捕获限制在紧随脉冲边沿的一段短时间内，从而抑制电荷流失。由于水膜可形成一个依赖于时间的分布式RC网络，窄门控时间(微秒级或更短)大大抑制了由水膜引起信号减小的影响，进一步降低错检的机会。因此，QMatrix电路从本质上抑制了水膜的影响，非常适合应用于潮湿的环境。由于电

7、极始终连接在一个低阻电路上，并且其电场是封闭和自屏蔽的，因此外部干扰对感应按键的影响不大。此外，所有QMatrix器件都采用展频(spread-spectrum)技术，有效抑制外部辐射和外部电场干扰，并多次通过了场强大于20V/m的易受度例行测试矩阵布局和设计利用多条X驱动和Y接收线并将按键电极设置到交叉点上构成的多键矩阵，键盘按键会如机电键盘般按时顺序扫描。QMatrix电极可以感测任何介电材料，如厚度高达50mm的玻璃或塑料，取决于电极的大小和脉冲串长度(增益)的设置。按键的布置完全随意，可以设置到面板的任意地方，并不一定要设置成本文所示的矩形阵列。由于按键

8、信号不会交叉干扰，故即使