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作者：Susan Pratt，ADI公司 電容檢測有可能取代消費電子設備中現有的用戶輸入機制。適合采用電容檢測的產品很多，包括手機、數碼相機、MP3播放器和其他便攜式媒體播放器等。通過電容檢測，用戶可以獲得比標準機械輸入技術更加靈敏、控制功能更強的界面。 ADI公司的電容檢測解決方案包括三個部分：AD7142電容-數字轉換器IC、PCB上的傳感器，以及與AD7142通訊的軟件。該方案包括一個連接至發射器的激勵源，發射器則向接收器產生電容場。接收器上測得的電容場通過∑-△模數轉換器轉化為數字域。當手指之類的接地物體接近感應電容場時，接收器上測得的總電容會減少。激勵源和∑-△CDC由AD7142實現，發射器和接收器則構建在傳感器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。這種傳感器設置的優勢之一在于，用戶不會直接接觸傳感器PCB，因此不會磨損傳感器。 外殼或覆蓋材料外殼類消費電子產品(如MP3播放器、數碼相機和手機)由各種材料制成。塑料或玻璃等材料適合用作電容檢測的覆蓋材料，金屬則不行。 電容傳感器響應取決于三大因素： ●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 每一種因素都會影響傳感器被物體接觸時CDC測量到的變化幅度。若CDC輸出變化很小，就很難區分傳感器接觸和傳感器未接觸的情況。本應用筆記詳細說明每種因素對傳感器響應的影響，可用作確定傳感器配置尺寸和形式，以及覆蓋材料規格的指導原則。 
圖1：電容檢測 影響傳感器響應的因素 傳感器元件 傳感器元件的尺寸決定了發射器和接收器之間感應電容場的大小。傳感器元件越小，干擾的電容場也越小。如果傳感器元件太小，傳感器受到接觸時，CDC測得的電容變化就會不夠大。 傳感器元件類型也很重要。對按鈕傳感器而言，只需要開/關或接觸/不接觸這些信息。按鈕能夠承受一些傳感器響應的損失，只要能夠確定是否接觸到按鈕。但是，滾動條傳感器則必須輸出與滾動條長度相關的位置數據。減少滾動條的傳感器響應會減少CDC代碼(用以描述滾動條的完整通過數據)的數量，因此會影響滾動條傳感器位置數據的分辨率和精度。 接觸傳感器的物體 對所有應用而言，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，即使是同一個人也可能會用不同的手指來激活傳感器。消費電子器件設計時必須考慮各種手指尺寸，以確保每個人都能順利操作器件。 任何接地物體都能激活ADI公司的傳感器。本應用筆記在數據收集實驗中采用接地金屬探頭來模擬手指，用直徑5 mm、10 mm和15 mm的三種探頭來模擬不同的手指。 覆蓋材料 必須仔細檢查覆蓋傳感器的材料屬性。電容場在傳感器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。某些類型的塑料導電性較強，通過的電容場較多。表1列出了各種塑料聚合物的損耗因數。損耗因數是衡量材料損耗程度的指標。損耗因數越低，通過材料的電容場就越多。 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 按鈕傳感器是最簡單的傳感器元件。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。圖2所示為典型按鈕傳感器設計。
圖2：按鈕傳感器 按鈕傳感器響應 收集典型按鈕傳感器響應數據采用10 mm × 10 mm的按鈕傳感器來實現。為了模擬用戶的手指，采用了各種尺寸的接地金屬探頭來激活按鈕。傳感器PCB位于厚度為0.5 mm至4 mm的塑料下方。傳感器響應定義為傳感器接觸和未接觸狀態下CDC輸出代碼的變化。 圖3所示為從CDC測量到的輸出數據。該數據表明，傳感器響應隨塑料厚度的增加而減少。CDC輸出降至500個碼以下時，按鈕傳感器的響應會不夠。此時很難區分真正的傳感器激勵和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，響應越小。對5 mm的按鈕而言，傳感器響應可降至約500個碼。對5 mm按鈕而言，建議采用2 mm或以下的覆蓋塑料來確保傳感器正常工作。 另外值得注意的是探頭尺寸對傳感器響應的影響。較小的探頭只能少量降低接收器上測得的電容。手指尺寸的影響也是一樣，手指越小，傳感器響應也越小。
圖3：按鈕傳感器響應 滾動條傳感器 滾動條傳感器元件適合快速便捷滾動菜單或數據列表。滾動條傳感器的長寬應分別大于25 mm和5 mm，以便獲得足夠響應，從而實現滾動功能。推薦最長約45 mm。圖4所示為典型滾動條傳感器設計。
圖4. 滾動條傳感器 滾動條傳感器響應 滾動條有兩種可以測量的響應，即激活響應(是否接觸滾動條？)和位置數據輸出或滾動響應。本應用筆記收集的數據采用的滾動條寬為12 mm，長為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接觸滾動條。傳感器PCB位于厚度為0.5 mm至4 mm的塑料下方。滾動條激活和滾動條位置響應都經過測量，滾動條響應定義為傳感器接觸和未接觸狀態下CDC碼的變化。 圖5所示為從滾動條收集到的數據，用來測量激活水平。這些數據清楚表明，塑料越厚，傳感器的響應越小。激活測量結果顯示何時接觸到滾動條。通過這種方法，滾動條的功能類似于按鈕的開/關功能，允許傳感器響應存在一定程度的減少。
圖5：滾動條傳感器激活響應 圖6顯示了滾動條滾動時的響應。這再次清楚表明，覆蓋塑料越薄，探頭越大，傳感器響應就越好。滾動條的滾動或位置數據響應則不能適應傳感器響應下降。若傳感器響應良好，滾動條代碼的差異為14000，這意味著滾動滾動條的長度時，代碼變化較大。傳感器響應下降時，滾動滾動條長度時，代碼變化小得多。這會導致滾動條位置數據的分辨率或精度較低。
圖6：滾動條傳感器位置數據響應 建議 建議采用以下方法使各種傳感器元件都能實現最佳響應。 ●覆蓋塑料最大厚度應為2 mm。這是一條基本指導原則，基于采用ABS材料時的測量結果。其他材料可承受的厚度可能高于或低于這一數值。由于傳感器尺寸和手指尺寸也會影響傳感器響應，因此可以更改設計，以便在2 mm以上的塑料厚度工作。 ●傳感器元件應和設計允許的尺寸相符。設計傳感器元件時，元件應始終滿足該傳感器類型的最小尺寸要求。 ●應考慮目標市場，以確保傳感器對該市場中手指尺寸的上下分布都能良好響應。設計玩具時，傳感器應設計成最適合在兒童的平均手指尺寸下工作。 下載PDF格式文檔： 
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