触摸传感应用中的接近电容式传感器(proximity capacitive sensor)技术

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1、触摸传感应用中的接近电容式传感器（ProximityCapacitiveSensor）技术接近触摸白皮书BryceOsoinach,系统和应用工程师触摸传感应用中的接近电容式传感器（ProximityCapacitiveSensor）技术目录简介3接触电容式传感器概述4电容传感器在触摸传感中的应用5接近电容式传感器的其他应用8多电极和屏蔽驱动技术9总结11接近电容式传感器技术12Freescale半导体简介在1831年法拉第（MichaelFaraday）发现了电磁感应(Electro-magneticInduction)。法拉第发现当导线在磁场中移动时，导线内便产

2、生电压。电压和移动的速度是成比例的——移动越快，电压越高。今天，感应接近传感器使用电磁感应的法拉第法则来检测导电材料的靠近，而不用和它们实际接触。然而这种传感器的不足是，仅能检测金属导体和不同的金属容器都会影响检测范围。在另一方面，接近电容式传感器坚持相同的原理，但是可以检测任何可导电或具有不同介电性能（dielectricproperties）的材料，而不是传感器的电极环境。随着越来越多的用户/机器接口使用触摸传感控制器来可靠地响应命令，接近电容式传感器变得越来越流行。Freescale先进的MPR03和MPR04接近电容式传感器控制器可以在各种控制面板的应用中替

3、代开关和按钮。MPR083设备支持8位置旋转界面应用，而MPR084设备支持高达8个触摸板应用。接近电容式传感器技术12Freescale半导体接触电容式传感器概述接触电容式传感是一项允许触摸检测的技术，通过测量电容，显示电容变化响应周围材料的变化。传感器通过产生一个电极（e-field）并且测量该电极的衰减来测量改变。不像感应传感器，接触电容式传感器可以检测任何可导电或具有不同介电性能的材料，而不是传感器的电极环境。它们是极好的触摸板使能者，因为我们，人类，体内存在的大多数水都有高介电常数（dielectricconstant）。并且我们体内包含了离子物质，这使我

4、们成为很好的电导体。Freescale在接触电容式传感器中使用了多种技术。MC33794,MC33941和MC34940系列包括了在传感器集成电路（IC）内的振荡器电路，该电路可以产生高纯度，低频正弦波的5V正弦波，其频率可通过使用39kOhm的外部电阻来进行调节。多路复用器反馈一个AC信号，使该信号传到一个已选择的电极或参考引脚或内部测量点。IC自动将未选择的节点接地，并且担当需要产生e-field电流的返回路径。当一个物体靠近金属电极时，比如具有高绝缘和可导电的人的一个手指，形成一个电路，在e-field电流上发生改变。通常，传感器测量产生的e-field的AC

5、阻抗并且将测量单位转换成DC输出电压。然后带有模拟数字控制器（ADC）的外部控制器处理该信息完成任何的计算功能，例如那些和触摸控制板相关的。然而我们更先进的MPR083和MPR084接触电容式传感器控制器通过一个具有定制寻址的内部集成电路（I2C）来产生数字输出，因而不要考虑需要外部ADC。图1：接近电容式传感器E-field概念这种测量方法需要RC振荡器技术，该技术使用GPIO检测精确的电压改变。GPIO将按照0.5×Vdd从低到高转换，并且触摸检测通过测量延时完成。MPR08X系列的好处包括低功耗和更多智能，传感器算法按照具体的微控制器优化。设备和软件都是高配置

6、，并且可控制可以按照具体的传感器布局设计优化。通过寄存器控制定时，完成低功耗下的精确功率模式控制。接近电容式传感器技术12Freescale半导体由于增强的可靠性（没有可动部分），更大的设计自由度和更现代的外观，接近电容式触摸传感将会很快得到设计者的喜爱。电容传感器在触摸传感中的应用接近电容式传感技术正在蓄势进军工业和消费品产品的应用。MPR083和MPR084使设计者可以有成本效益的替代控制面板应用中的机械按钮和开关。虽然波形因子不同，但都是利用了触摸板技术。触摸板——这是一个简化的非接触“区”，检测手指的存在与否。原始的检测输出是一个给出了触摸条件的一个单独位。

7、当开发触摸面板时，有3个重要的事项需要考虑：●触摸板电极的设计和布局●面板表面各种不同的绝缘材料●不同环境条件对e-field测量的影响。这3个事项的关系在下面的等式描述。C=电容，法（F）A=金属板的面积，平方米（m2）d=金属板的距离，米（m）k=隔离金属板的介电常数ε0=自由空间的电容率（8.85×10-12F/m）图2：电容模型图12-2模定时器（MTIM）框图电极尺寸和空间的相互作用影响在第三位维感应物体的能力[图3]。电极越大，范围和灵敏度更大，然而它们更容易受周围环境的干扰，电噪音和杂散电磁的影响。相似地，电极之间的空间越大，产生的e-field越