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取代电容触摸按钮!新一代电容感应解决方案

作者:angelazhang时间:2016-03-25

Silicon Labs强势推出新一代应用于电容触摸的CPT电容触摸系列,该系列产品被设计用来快速取代机械按钮与现代电容式触摸按钮,极大地消除了开发固件的复杂性并极大地减少开发时间。


虽然电容感应解决方案已经在市场应用几十年,但这项技术还是存在强大的设计障碍,特别是在早期开发阶段。通常工程师必须从以下几个方面着手来寻求获得最佳的解决方案:


1、平衡触摸鲁棒性和电流消耗间的优先级。

2、聚焦于传感器的布局、摆放以及其他系统级的考虑。

3、创建能滤除干扰、合格触摸并产生可靠触摸数据的固件。


此外,在一个混合信号设计中,任何敏感的模拟子­系统都面临着最优运行的挑战,系统中的几乎每一个因素(如电流、时序等)都会降低系统的性能。


电容感应解决方案四大设计挑战


在应用的整个开发周期里,电容感应都带来了一些挑战,大多数技术问题发生是因为很多决定都是在概念验证阶段就做了。在设计之初,通常有以下四个设计挑战:


1、严重依赖于示例代码。厂商经常提供在演示环境下运行良好的电容感应示例代码。然而,当下载到产品中去时,示例代码表现出性能差,不能直接量产,导致开发进度受阻,这会产生恐慌并进行代价高昂的版本更新以让产品准时上市。


2、测试环境与实际环境不符。一个经验法则是:新设计的产品在设计者工作台上时运行得最好。通常开发平台所处的环境都会控制得比较理想以利于电容感应。后面的压力测试常常揭示了干扰的敏感性,这可能会成为一个隐患问题并且很难界定。


3、不断提升灵敏度和鲁棒性。刚开始开发人员通常都利用相对孤立的系统开展开发工作,如厂商提供的评估板等。在早期的固件里对于灵敏度和鲁棒性都不是那么重视,几乎每一种情况下,为了提高触摸性能都是以增加电流和感应时间为代价。


与大多数模拟测量一样,电容感应触摸性能的提升得益于采样更多的数据和提升采样频率。不幸的是,更高频率的采样会让电容传感器进入电流相对比较大的状态。此外,提升和鲁棒性相关的性能指标可能引起触摸验证的响应时间下降。这种降低响应时间的影响一开始不是那么明显,主要是在概念评估阶段,监测的重点仅仅在于触摸, 在开发的后期,当单片机周期在电容感应和其他事项之间分享时,这种响应时间的下降会带来显著的影响。


4、经历传感设计的复杂性。传感设计的挑战导致通常需要建多个原型机进行测试而使得开发日程滞后。电容感应电极的形状及其接近PCB板的地或其他板组件的情形都可导致干扰和其他问题。因为在许多情况下,开发人员的第一次电容感应测试方案都是基于厂商的评估板进行的,这样在他们设计自己的最终产品时,就不太会受太多约束,从而好像不受妨碍。但当方案通过不同的布局移植到新板上时,感应性能可能会显著下降。


克服触摸设计陷阱的CPT系列电容触摸器件


Silicon Labs公司创建了一个端到端­­的专用电容感应解决方案,这有助于消除这些挑战并具有以下几个特点:


•Ÿ  可靠的触摸性能

•Ÿ  非常低的电流损耗

•Ÿ  通过复杂的软件工具来轻松配置


Silicon Labs专用电容感应芯片CPT007和CPT112S给开发人员提供了添加按钮和滑块电容输入到一个设计里面的简化路径。如果开发人员选择了Silicon Labs CPT系列器件,就可以通过使用评估套件进入­概念设计阶段。这些套件有板载传感设计,能直接在最终产品中仿真按键功能。


此外,CPT系列器件的接口可以直接连接到主MCU,而CPT器件的配置和数据接口能直接连接到Silicon Labs的集成开发平台Simplicity Studio。这个平台包含有一些特色模块:


•Ÿ   Xpress Configurator:轻松配置每个传感器的特性参数

•Ÿ   Capacitive Sense Profiler:完全实时监测电容输出


一旦开发人员设计了一个原型板,就可以使用Simplicity Studio通过一个两线接口来优化和提高系统中的CPT器件性能。这个功能特点可帮助开发人员克服当首次使用厂商评估板从理想的概念设计移植到一个新系统出现的挑战。开发人员可以不失关键地了解每个设计选择对电容感应性能的影响。此外,Silicon Labs指导传感器设计的文档确保每一个开发人员设计出完全体现性能的电路板。


关键词: Silicon Labs 电容感应

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