英飛凌 | 用電容式觸摸感應技術實現HMI差異化解決方案

芻狗

電容感應技術在消費電子、工業和汽車前面板應用中，是一種常見的界面技術選擇，取代了開關和旋鈕。物聯網設備涵蓋消費應用、工業應用和商業應用，它們都可以從時尚的用戶界面中受益，實現產品差異化，例如：觸摸顯示屏、按鍵/滾動條、接近感應和智能家居中的智能觸摸開關等。為了提供最佳用戶體驗，觸摸顯示屏可能還需要支持手勢識別、防水、手腕檢測和戴手套觸摸等功能。這些功能都可以通過電容感應技術實現，以直觀的方式讓用戶與產品進行交互。

圖 1 觸摸式家用電器（示例）

1. CAPSENSE™基礎知識

CAPSENSE™是英飛凌的電容式觸摸感應技術，其工作原理是：通過測量傳感器板與周圍環境之間的電容變化，來檢測觸摸表面上或附近是否存在手指。典型的電容式傳感器由印刷電路板表面上尺寸合適的銅墊組成，銅墊上的非導電覆層可作為按鈕的觸摸表面。在電容式觸摸感應應用中，通常有以下兩種感應方法。

2. 自電容感應（CSD）

CSD（CAPSENSE™ Sigma-Delta）是英飛凌的專有自電容感應方法。該傳感器實際上就是一個連接到PSoC™ MCU引腳的導電體。傳感器可以使用PCB上的銅墊、印刷在觸摸屏玻璃上的ITO或氧化銀等透明材料構造，甚至可以是印刷在非導電材料上的導電涂料，或者只是一根簡單的電線。高性能觸摸感應引擎可以測量電極與地之間的電容。觸摸固件庫中的算法可以識別觸摸模式和用戶交互。自電容感應通常用于支持單指操作的界面，例如：按鍵、滾動條、接近傳感器和單指操作觸摸屏。買元器件現貨上唯樣商城！

圖 2 自電容感應（CSD）方法

3. 互電容感應（CSX）

CSX是英飛凌的專有互電容感應方法。顧名思義，互電容感應的工作原理是，測量兩個電極，即發射（Tx）和接收（Rx） 電極之間的電容變化。將手指放在Tx和Rx電極之間時，CM減小，隨著CM減小，Rx電極接收到的電荷也會減少。電容感應系統會通過測量Rx電極接收到的電荷量，來檢測有無觸摸。互電容感應的應用示例包括，可以同時檢測多指觸摸的觸摸屏。

圖 3 互電容感應（CSD）方法

4. 設計堅固耐用的觸摸 HMI 解決方案的 4 大挑戰

打造可靠耐用的電容感應系統，對嵌入式設計人員而言頗具挑戰性。在觸摸面板檢測手指觸摸，需要測量飛法（fF）級別的電容。很多噪聲源都可能影響測量、干擾操作，并導致觸摸誤測。這些噪聲源包括但不限于：環境因素、液體、金屬物體、灰塵、水分、潮濕、極端溫度或電噪聲，例如：其他設備的傳導噪聲和輻射噪聲。觸摸界面必須在所有這些條件下可靠工作，并滿足EMC & EMI和行業規范要求。

設計優異可靠的觸摸HMI，應考慮魯棒性、響應速度、低功耗以及外觀美學。