調(diào)諧方法和固件功能

對于那些使用電容傳感技術(shù)的系統(tǒng)而言，模擬傳感器調(diào)諧是一個重要的設計步驟。電容感應的精度在很大程度上取決于環(huán)境的介電常數(shù)，并受觸摸環(huán)境的影響。設備應能在潮濕、低溫、高溫和風雪環(huán)境中工作。這可以通過調(diào)節(jié)固件中的感應sensor參數(shù)來實現(xiàn)。調(diào)試可以是手動或自動（即由微處理器支持）。自動調(diào)試技術(shù)避免了耗時、耗力的逐步調(diào)試傳感器的過程。手動調(diào)試對于構(gòu)建數(shù)量較少的應用較為方便，因為它不需要大量軟件，但需要關(guān)注很多因素，如SNR、材料的介電常數(shù)、覆蓋層的厚度、靈敏度、響應時間等等。一個靈活的控制器應支持自動和手動調(diào)諧功能，從而便于量產(chǎn)和操作。

實現(xiàn)智能的信號處理算法還需要良好的固件功能?？紤]到調(diào)試電容系統(tǒng)的復雜性，控制器必須得到一個綜合設計環(huán)境的支持。例如，PSoC Creator是一個集成開發(fā)環(huán)境，可讓設計人在不需要編寫復雜代碼的情況下，設計出具備復雜信號處理功能的電容傳感模塊。

覆蓋層及固定方法的選擇

覆蓋層不僅決定著終端產(chǎn)品的外觀，還決定了其感應靈敏度。圖4顯示了采用電容傳感技術(shù)的系統(tǒng)中所使用的不同類型的覆蓋層，如木質(zhì)、丙烯酸和玻璃等。實驗結(jié)果顯示，所有這些覆蓋層均需要調(diào)試才能可靠工作。因為固定問題而導致的覆蓋層識別等問題在消費應用中最常見。

圖4：電容傳感技術(shù)所采用的覆蓋層

電容值隨基板和電極之間的間隙而變化。如果覆蓋層固定不合理，不斷變化的間隙就可能會影響整個系統(tǒng)的性能和精度。吸膠、磁力校準和機械固定是消費電子行業(yè)所采用的避免此類問題的一些標準技術(shù)。覆蓋層厚度是另一個重要參數(shù)，因為厚度與電容值和靈敏度成正比。從產(chǎn)品角度而言，覆蓋層的材料、工藝和外觀是重要參數(shù)。在消費應用中，量產(chǎn)一款基于覆蓋層的產(chǎn)品是一項設計和制造挑戰(zhàn)。

傳感器元件的布置和接地技術(shù)

通常而言，PCB的地平面應整體均勻。這可以減低噪聲，因為噪聲是均勻分布的。但這同時增加了寄生電容Cp，從而影響基于電容傳感技術(shù)的應用。Cp是與傳感器走線相關(guān)的重要參數(shù)。隨著Cp的增加，布局的難度也將增加，因為工程師必須更加謹慎，不引入其它寄生電容。這實際上降低了設計人員對布線設計的容忍度。

因此，應為電容應用選擇一個hash接地層，而不是均勻的地平面。傳感器感應點沒有任何其它電信號走線或金屬器件。圖5顯示了這一原理。

圖5： 電容傳感器電路板的PCB結(jié)構(gòu)

電路板技術(shù)的選擇也是影響Cp的一個重要因素。在大多數(shù)產(chǎn)品中，人們觀察到柔性材料更適合連接傳感器和電路，因為它給系統(tǒng)增加的Cp較少。總電容是人觸摸電容、PCB電容（FR4和柔性PCB的該值不同）、PCB走線電容和系統(tǒng)中其它寄生效應的和。因此，調(diào)試是一個重要的設計環(huán)節(jié)。

最后，可通過為電容傳感器提供屏蔽裝置（即地平面）避免誤觸、EMI、EMC噪聲和其它不良效應。圖6是響應一次電容刺激的橫截面圖。

圖6： 電容墊和布局技術(shù)的橫截面圖

BOM優(yōu)化

BOM優(yōu)化也是產(chǎn)品設計的一個重要標準。復雜的機械設計、外殼和光滑的覆蓋層在增加美觀的同時也增加了BOM成本，采用RT／Duroid基板、玻璃覆蓋層和一個時尚的外殼肯定會打造出一款同類最佳產(chǎn)品，但其高昂的成本可能會令其在市場上遭遇失敗。

總結(jié)

本文探討了面向消費應用的電容傳感技術(shù)的工作原理、設計和應用，以及傳感器調(diào)試、組件選擇、布置標準等設計中遇到的各種問題，并給出了可能的解決方案。使用一個集成電容傳感技術(shù)所需特性的控制器可提升產(chǎn)品的性能和可靠性，并降低其成本和復雜性。