簡(jiǎn)介

　　電容檢測(cè)有可能取代消費(fèi)電子設(shè)備中現(xiàn)有的用戶輸入機(jī)制。適合采用電容檢測(cè)的產(chǎn)品很多，包括手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器和其他便攜式媒體播放器等。通過(guò)電容檢測(cè)，用戶可以獲得比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械輸入技術(shù)更加靈敏、控制功能更強(qiáng)的界面。

　　ADI公司的電容檢測(cè)解決方案包括三個(gè)部分：AD7142電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器IC、PCB上的傳感器，以及與AD7142通訊的軟件。該方案包括一個(gè)連接至發(fā)射器的激勵(lì)源，發(fā)射器則向接收器產(chǎn)生電容場(chǎng)。接收器上測(cè)得的電容場(chǎng)通過(guò)∑-△模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字域。當(dāng)手指之類的接地物體接近感應(yīng)電容場(chǎng)時(shí)，接收器上測(cè)得的總電容會(huì)減少。激勵(lì)源和∑-△CDC由AD7142實(shí)現(xiàn)，發(fā)射器和接收器則構(gòu)建在傳感器PCB上。

　　傳感器PCB連接在成品的外殼或覆蓋材料下方。電容場(chǎng)在傳感器PCB上方約4 mm,也位于傳感器PCB上方任何覆蓋材料的上方。這種傳感器設(shè)置的優(yōu)勢(shì)之一在于，用戶不會(huì)直接接觸傳感器PCB,因此不會(huì)磨損傳感器。

　　外殼或覆蓋材料外殼類消費(fèi)電子產(chǎn)品（如MP3播放器、數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)）由各種材料制成。塑料或玻璃等材料適合用作電容檢測(cè)的覆蓋材料，金屬則不行。

　　電容傳感器響應(yīng)取決于三大因素：

　　●傳感器元件的尺寸和類型

　　●接觸傳感器的物體尺寸

　　●覆蓋材料的厚度和類型

　　每一種因素都會(huì)影響傳感器被物體接觸時(shí)CDC測(cè)量到的變化幅度。若CDC輸出變化很小，就很難區(qū)分傳感器接觸和傳感器未接觸的情況。本應(yīng)用筆記詳細(xì)說(shuō)明每種因素對(duì)傳感器響應(yīng)的影響，可用作確定傳感器配置尺寸和形式，以及覆蓋材料規(guī)格的指導(dǎo)原則。

　　影響傳感器響應(yīng)的因素

　　傳感器元件

　　傳感器元件的尺寸決定了發(fā)射器和接收器之間感應(yīng)電容場(chǎng)的大小。傳感器元件越小，干擾的電容場(chǎng)也越小。如果傳感器元件太小，傳感器受到接觸時(shí)，CDC測(cè)得的電容變化就會(huì)不夠大。

　　傳感器元件類型也很重要。對(duì)按鈕傳感器而言，只需要開(kāi)/關(guān)或接觸/不接觸這些信息。按鈕能夠承受一些傳感器響應(yīng)的損失，只要能夠確定是否接觸到按鈕。但是，滾動(dòng)條傳感器則必須輸出與滾動(dòng)條長(zhǎng)度相關(guān)的位置數(shù)據(jù)。減少滾動(dòng)條的傳感器響應(yīng)會(huì)減少CDC代碼（用以描述滾動(dòng)條的完整通過(guò)數(shù)據(jù)）的數(shù)量，因此會(huì)影響滾動(dòng)條傳感器位置數(shù)據(jù)的分辨率和。

　　接觸傳感器的物體

　　對(duì)所有應(yīng)用而言，接觸傳感器的物體是接地的手指或手。然而，接觸傳感器的物體尺寸并不固定，手指尺寸因人而異，即使是同一個(gè)人也可能會(huì)用不同的手指來(lái)激活傳感器。消費(fèi)電子器件設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮各種手指尺寸，以確保每個(gè)人都能順利操作器件。

　　任何接地物體都能激活A(yù)DI公司的傳感器。本應(yīng)用筆記在數(shù)據(jù)收集實(shí)驗(yàn)中采用接地金屬探頭來(lái)模擬手指，用直徑5 mm、10 mm和15 mm的三種探頭來(lái)模擬不同的手指。

　　覆蓋材料

　　必須仔細(xì)檢查覆蓋傳感器的材料屬性。電容場(chǎng)在傳感器PCB上方約4 mm至5 mm,它必須在任何覆蓋材料上方，從而確保傳感器正常工作。材料不能吸收太多的電容場(chǎng)。某些類型的塑料導(dǎo)電性較強(qiáng)，通過(guò)的電容場(chǎng)較多。表1列出了各種塑料聚合物的損耗因數(shù)。損耗因數(shù)是衡量材料損耗程度的指標(biāo)。損耗因數(shù)越低，通過(guò)材料的電容場(chǎng)就越多。

表1.

　　玻璃也是一種合適的覆蓋材料。但是，金屬不能用作覆蓋材料。在本應(yīng)用筆記中，傳感器PCB的覆蓋材料為厚度0.5 mm至4 mm的ABS.

　　按鈕傳感器

　　按鈕傳感器是簡(jiǎn)單的傳感器元件。按鈕的形狀可以是圓形、方形或定制形狀。按鈕傳感器可以是5 mm × 5 mm以上的任何尺寸。典型按鈕傳感器設(shè)計(jì)。

　　按鈕傳感器響應(yīng)

　　收集典型按鈕傳感器響應(yīng)數(shù)據(jù)采用10 mm × 10 mm的按鈕傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了模擬用戶的手指，采用了各種尺寸的接地金屬探頭來(lái)激活按鈕。傳感器PCB位于厚度為0.5 mm至4 mm的塑料下方。傳感器響應(yīng)定義為傳感器接觸和未接觸狀態(tài)下CDC輸出代碼的變化。

　　所示為從CDC測(cè)量到的輸出數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)表明，傳感器響應(yīng)隨塑料厚度的增加而減少。CDC輸出降至500個(gè)碼以下時(shí)，按鈕傳感器的響應(yīng)會(huì)不夠。此時(shí)很難區(qū)分真正的傳感器激勵(lì)和CDC代碼中的噪聲。10 mm按鈕可配合上方大至4 mm的塑料使用。傳感器越小，響應(yīng)越小。對(duì)5 mm的按鈕而言，傳感器響應(yīng)可降至約500個(gè)碼。對(duì)5 mm按鈕而言，建議采用2 mm或以下的覆蓋塑料來(lái)確保傳感器正常工作。

　　另外值得注意的是探頭尺寸對(duì)傳感器響應(yīng)的影響。較小的探頭只能少量降低接收器上測(cè)得的電容。手指尺寸的影響也是一樣，手指越小，傳感器響應(yīng)也越小。

　　滾動(dòng)條傳感器

　　滾動(dòng)條傳感器元件適合快速便捷滾動(dòng)菜單或數(shù)據(jù)列表。滾動(dòng)條傳感器的長(zhǎng)寬應(yīng)分別大于25 mm和5 mm,以便獲得足夠響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)功能。推薦長(zhǎng)約45 mm.所示為典型滾動(dòng)條傳感器設(shè)計(jì)。

　　滾動(dòng)條傳感器響應(yīng)

　　滾動(dòng)條有兩種可以測(cè)量的響應(yīng)，即激活響應(yīng)（是否接觸滾動(dòng)條？）和位置數(shù)據(jù)輸出或滾動(dòng)響應(yīng)。本應(yīng)用筆記收集的數(shù)據(jù)采用的滾動(dòng)條寬為12 mm,長(zhǎng)為28 mm.為了模擬用戶的手指，采用各種尺寸的接地金屬探頭來(lái)接觸滾動(dòng)條。傳感器PCB位于厚度為0.5 mm至4 mm的塑料下方。滾動(dòng)條激活和滾動(dòng)條位置響應(yīng)都經(jīng)過(guò)測(cè)量，滾動(dòng)條響應(yīng)定義為傳感器接觸和未接觸狀態(tài)下CDC碼的變化。

　　所示為從滾動(dòng)條收集到的數(shù)據(jù)，用來(lái)測(cè)量激活水平。這些數(shù)據(jù)清楚表明，塑料越厚，傳感器的響應(yīng)越小。激活測(cè)量結(jié)果顯示何時(shí)接觸到滾動(dòng)條。通過(guò)這種方法，滾動(dòng)條的功能類似于按鈕的開(kāi)/關(guān)功能，允許傳感器響應(yīng)存在一定程度的減少。

　　顯示了滾動(dòng)條滾動(dòng)時(shí)的響應(yīng)。這再次清楚表明，覆蓋塑料越薄，探頭越大，傳感器響應(yīng)就越好。滾動(dòng)條的滾動(dòng)或位置數(shù)據(jù)響應(yīng)則不能適應(yīng)傳感器響應(yīng)下降。若傳感器響應(yīng)良好，滾動(dòng)條代碼的差異為14000,這意味著滾動(dòng)滾動(dòng)條的長(zhǎng)度時(shí)，代碼變化較大。傳感器響應(yīng)下降時(shí)，滾動(dòng)滾動(dòng)條長(zhǎng)度時(shí)，代碼變化小得多。這會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)條位置數(shù)據(jù)的分辨率或較低。

　　建議

　　建議采用以下方法使各種傳感器元件都能實(shí)現(xiàn)響應(yīng)。

　　●覆蓋塑料厚度應(yīng)為2 mm.這是一條基本指導(dǎo)原則，基于采用ABS材料時(shí)的測(cè)量結(jié)果。其他材料可承受的厚度可能高于或低于這一數(shù)值。由于傳感器尺寸和手指尺寸也會(huì)影響傳感器響應(yīng)，因此可以更改設(shè)計(jì)，以便在2 mm以上的塑料厚度工作。

　　●傳感器元件應(yīng)和設(shè)計(jì)允許的尺寸相符。設(shè)計(jì)傳感器元件時(shí)，元件應(yīng)始終滿足該傳感器類型的尺寸要求。

　　●應(yīng)考慮目標(biāo)市場(chǎng)，以確保傳感器對(duì)該市場(chǎng)中手指尺寸的上下分布都能良好響應(yīng)。設(shè)計(jì)玩具時(shí)，傳感器應(yīng)設(shè)計(jì)成適合在兒童的平均手指尺寸下工作。