CapSense方案可简化电容性触摸感测设计.docx

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1、CapSense方案可简化电容性触摸感测设计fenghy导语：由于可通过厚度各异的玻璃或者塑料表层感测手指的存在，电容性触摸感测技术为诸多应用领域包括工业和白色家电的人机界面增加了巩固性与传统的机械按钮、滑块和电位计相比，电容性触摸感测技术具有很多优势，并正在迅速成为从挪动菜单导航到汽车面板显示屏按钮等众多应用的首选输入技术。本文介绍赛普拉斯公司开发的低本钱电容性触摸感测设计方案。由于可通过厚度各异的玻璃或者塑料表层感测手指的存在，电容性触摸感测技术为诸多应用领域包括工业和白色家电的人机界面增加了巩固性。笔记本电脑采用的触摸板就是人们最为熟知的电容性触摸感测实例。近年度来，多款畅销的MP3播放

2、机也已开场采用电容性触摸感测技术提供简易导航，并普及电容性触摸感测输入法。不过，该技术的传统实现方法采用灵敏性欠佳、高本钱的模块型设计解决方案，并涉及使用受权等问题。为解决这些问题，赛普拉斯半导体公司推出了一款名为CapSense的新型设计方法，消除了模块的“黑匣子障碍，可实现迄今为止本钱最低的解决方案。图1：简单的电容性开关有些触摸感测技术看起来与电容性触摸感测技术很相似例如，电阻性薄膜和场效应等，但最终的性能比照却显现出缺乏。电阻性薄膜测量的是覆盖在显示屏上的两个电阻性薄板之间的电压变化，电阻性薄膜不仅价格昂贵，而且容易磨损，使用寿命不长。而场效应那么是检测电场的变化，这种变化会在存在导电

3、元件时发生。目前，场效应实现方案的造价非常昂贵，因为它需要一个系统控制器，而且每个开关都将增设一个IC。由于每个IC传感器都必须与附近的传感器隔分开，因此，场效应设计欠缺灵敏性，存在一定的局限性，实际上不可能实现具有任何有效分辨率指标的滑块和触摸板。场效应实现方案在制造经过中常常需要进展本钱高昂的开关校准。与上述两种触摸感测技术相比，电容性触摸感测的灵敏性要高得多，而且本钱也低得多。其根本原理是：导电元件的接入使电容性开关上的充电电压发生改变。最简单的电容性开关只包括两个相邻的导电板，如图1所示。这种实测的电容变化量可被用来提供许多高度灵敏的输入配置，例如从按钮、滑块和触摸板到面向平安应用的邻

4、近探测器等。基于PSoC的CapSense方案CapSense基于赛普拉斯的PSoC混合信号阵列技术。通过与特定客户这些客户的应用需要一种灵敏的单一IC架构，能以比模块型解决方案更低的本钱、更高的灵敏性方便地集成到现有系统中的的亲密合作，赛普拉斯的PSoC设计团队最终实现了独特的CapSense方案。采用模块型解决方案时，客户不得不为模块供给商所做的模块重新设计支付费用。因此嵌入式产品工程师迫切需要一种新方法，以便可以通过提供用于快速实现独特解决方案的方法来获得主动权。这种具有独特可配置性的PSoC架构和新型直观软件工具共同实现了CapSense方案。CY8C21x34和CY8C24794PS

5、oC器件均包括一个可由DAC来调节的电流源、比拟器和复位开关的自动连接，和一个独特的模拟多路复用总线。该模拟多路复用总线使得所有的被测通道都能由一个共用的比拟器和电流源来运行。这就是讲：CY8C21x34器件的每一个IO共28个IO和CY8C24794器件中的48个IO均可被用于CapSense开关。相比之下，同类竞争解决方案那么往往需要采用多路复用器和多个IC才能提供数量相当的开关。而PSoC的集成才能更加出色，而且节省了大量的BOM本钱。PSoC架构不仅具有优越的电容性触摸感测适应性，而且用于处理测量电容变化的技术也是最正确的，原因有二：它是一种公开的技术不会受到昂贵的专利使用费的限制，而

6、且，它是采用易用型设计工具来实现的。张弛振荡器技术张弛振荡器技术是PSoC器件执行电容性触摸感测所采用的特定方法。图2所示为实现张弛振荡器所采取的PSoC器件配置方式。图2：张弛振荡器方框图张弛振荡器由一个电容性开关、一个充电电流源、一个比拟器、一个复位开关、一个PWM和一个定时器组成。电容器上的电压进展线性充电，直至到达门限为止，触发比拟器输出高电平。这将启动开关，随后使电容器上的电压复位至地这样充电周期就可以再次启动。其振荡波形如图3所示。图3：张弛振荡器波形该振荡的输出频率取决于电容值Cp和充电电流。假如一个额外的导电元件比方手指不在开关上，那么Cp仅由寄生电容组成。假如手指存在，那么C

7、p数值变大，这是因为除了寄生电容之外，它还包括导电元件所形成的附加电容。电容越大，充电时间越长，振荡频率也就越低。振荡的频率与振荡器输出所驱动的电容大小相对应。数字计数块提供了一个计数值n，该计数值可被用于确定电容性开关是否已被启动。数字计数块可通过配置提供两种不同的测量方法：频率测量和周期测量。周期测量法见图3。顾名思义，这些测量方法的不同之处在于被测物理量。在周期测量法中，PWM的频率是固定的，而周期长度是由张弛振荡器来决定的。相反，频率测量技术具有一个固定的周期，测量的是PWM频率的变化它是由张弛振荡器的频率决定的。在这两种场合中，PWM输出都将启用一个定时器，该定时器的计数值n可与一个

8、特定的门限相关联，以实现简单的接通/关断开关。或，由于一个开关可具有高达1/256的内插分辨率，因此，定时器的计数n可被用来确定滑块或者触摸板的位置。易用型PSoCDesigner软件使得上述两种方法均可以轻松实现。简易型功能块实现设计简化PSoC器件是一款带板载8位控制器并具有高灵敏性的复杂混合信号阵列。芯片的大局部是由模拟和数字块组成，这些模拟和数字块受控于可通过配置来实现板载外设比方：PWM、定时器、计数器、ADC、可编程增益放大器和许多其他的部件，均隶属于同一个器件的存放器。由于PSoC器件基于闪存，因此，这些功能块可进展50,000次的重复配置，甚至可以随意进展重构。嵌入式产品工程师

9、可以快速地逐个完成这些功能本身的配置，并在存放器级上与PSoC器件互动；他们可以以通过采用PSoCDesigner可从cypress网站免费下载用户模块进展功能块级器件配置控制的方法来节省大量的设计时间。PSoCDesigner包括50多个用户模块库。在用户模块的选择经过中，赛普拉斯为工程师提供了简单的设计向导和参数表。每个用户模块都自动对合适的PSoC存放器进展配置，并提供一组应用编程接口API。这些API使工程师拥有了简化代码的才能，只需要两行代码即可实现一个PWM。这种基于简易型功能块的设计标准也适用于电容性触摸感测。CSR用户模块CapacitiveSwitchRelaxationOs

10、cillator，电容性开关张弛振荡器提供了下拉参数设置、GUI配置向导和详细的产品手册，用于解答与电路板布局和双工有关的问题，以造就效率更高的滑块或者触摸板实现方案。图4显示出基于CSRGUI配置向导的一幅照片。图4：CSR配置向导除了用户模块之外，赛普拉斯还提供了一些相关的应用笔记（）AN2233a：电容性开关扫描）和（）AN2292：PSoCCapSense的布局指南），可给予工程师更多的设计支持。两块演示电路板，再加上用户指南、支持固件和应用笔记，便构成了根本的CapSense设计CY3220-FPD和CY3220-Slider。为了向初次接触CapSense的设计师提供帮助，赛普拉斯还奉献了一款培训套件，该套件提供了有关CapSense实现方案的详细指导手册。它包括一块培训电路板见图5。培训套件、易用型设计工具、灵敏且功能出众的架构，和无专利测量技术的组合，使得PSoCCapSense成为所有电容性触摸感测设计的理想选择。图5：培训电路板CY3212-CapSense