电容触摸按键设计：传感器的配置

世强代理的Cypress I2C可配置的CapSense控制器CY8CMBR3xxx 提供了各种特性，并可通过EZ-Click轻松地配置。EZClick为一个简单且直观的图形用户界面工具，允许您轻松地配置和调试CY8CMBR3xxx控制器，本文将就传感器的配置展开叙述。

 

1.1灵敏度控制

灵敏度参数可用于提高或降低传感器信号（差值计数）的强度。低的灵敏度值（100fF）使传感器信号更强，但同时增大了响应时间和平均功耗。其他可用的灵敏度设置为100fF、200fF、300fF和400fF。可以配置每个按键传感器、保护传感器和滑条组的灵敏度参数。该参数不适用于接近传感器。

传感器灵敏度受下列因素的影响：

1.覆盖层厚度：更厚的覆盖层要求更低的灵敏度值。

2.系统噪声：系统噪声增加时，需要降低灵敏度，以避免传感器的误触发。

3.设计外形：相对大的传感器尺寸要求更高的灵敏度值。传感器尺寸更小，灵敏度值要更低。

4.功耗：更低灵敏度设置使功耗增大。如果要求低功耗，需要将灵敏度参数设置为高值。功耗会按照下面灵敏度序列而降低：100fF>200fF>300fF>400fF。

1.2接近分辨率

接近距离取决于接近分辨率参数。接近分辨率越高，接近距离越大。需要设置每个接近传感器的分辨率参数。该参数的取值范围为12位到16位。可以通过EZ-Click的“CapSense sensor Configuration”选项卡来设置接近分辨率参数。

1.3滑条分辨率

滑条分辨率是指控制器可处理的独一位置数量。分辨率更高的滑条可以处理更多位置。该参数仅适用于CY8CMBR3106S控制器。CY8CMBR3106S支持最多两个滑条：SLD1x组和SLD2x组。需要设置每个滑条组的分辨率参数。然而，如果两个滑条被组合成单个滑条，只需要设置一个分辨率。该参数的取值范围为1到254。可以通过EZ-Click的“CapSense sensor Configuration”选项卡来设置滑条分辨率参数。

1.4电磁兼容性（EMC）

EMC特性决定了器件对外部辐射和传导噪声的抵抗能力，如功率放大器的音频频率噪声、无线发射器的射频噪声、ESD以及电力线浪涌。对于在高噪声环境中工具的系统，需要使能EMC特性。使能EMC特性时，功耗和响应时间将会增加。

对于基于CY8CMBR3106S的设计，EMC特性仅适用于传感器CS0/PS0、CS1/PS1以及CS2到CS5。所有滑条段和从CS11到CS15的按键均不具备EMC特性。

对于基于CY8CMBR3116的设计，EMC特性仅适用于传感器CS0/PS0、CS1/PS1以及CS2到CS9。

在下面情况下，要禁用EMC特性：

● 在CY8CMBR3116控制器中使能了从CS10到CS15中的任何按键。

● 使能了滤波器（仅适用于基于CY8CMBR3106S的设计）

● 您的设计在低噪声环境下工作

● 使能了蜂鸣器

1.5侧翼传感器抑制（FSS）

FSS特性用于区分靠近按键的传感器触摸，以避免误触摸。这样能够确保当同时触摸多个传感器时，系统仅识别被触摸的第一个按键。FSS确保始终只有一个按键被报告为“ON”，如图2所示。如果手指触摸多个按键，则只有第一个感应到“触摸”的按键被报告为“ON”。如果同时按下多个按键，编号更低的传感器被报告为“ON”。FSS特性仅适用于按键，并可以使用EZ-Click中的“CapSense sensor Configuration”选项卡来使能或禁用每个按键。

图1.只有一个按键被按下时的FSS

 

图2.有多个按键被按下时的FSS（其中，只有第一个按键的状态为ON）

1.6固件滤波器

为了减少传感器原始信号的噪声，CY8CMBR3xxx控制器支持下面滤波器：

● 中值滤波器

● IIR滤波器

● 高级低通（ALP）滤波器

中值和IIR滤波器仅适用于按键、滑条和保护传感器。ALP滤波器仅适用于接近传感器。

对于基于CY8CMBR3106S的设计，请注意以下事项：

● 不支持ALP滤波器

● 如果使能了EMC特性，请禁用中值和IIR滤波器

 

1.6.1中值滤波器

中值滤波器为从大小为N的缓冲区计算出中值的非线性滤波器。该滤波器将去除传感器原始信号中的尖峰噪声。

CY8CMBR3xxx控制器中实现的中值滤波器为三阶滑动中值滤波器。有关使能该滤波器的情况的信息，请查阅CapSense功能调试一节。

如果使能了中值滤波器，需要禁用自动阈值性能并手动设置手指阈值参数。

1.6.2无限脉冲响应（IIR）滤波器

IIR滤波器产生了类似于RC滤波器的响应阶段。该滤波器减少了来自传感器原始信号的高频白噪声。

中值滤波器和IIR滤波器均被使能时，在原始信号上先执行中值滤波器，然后才执行IIR滤波器。

1.6.3高级低通（ALP）滤波器

ALP滤波器用于减少接近传感器原始信号中的噪声。为了得到更大的接近距离，接近传感器要求更高的分辨率；然而，更高的分辨率值会使原始信号中的噪声增多。为了减少该高频噪声并得到大于5:1的信噪比（SNR），需要使能ALP滤波器。

1.7自动阈值

自动阈值性能将根据环境的噪声，动态设置按键传感器的所有阈值参数。对于可变噪声环境，要使能该性能。该性能仅适用于按键传感器。

对于自动阈值性能，请注意下面内容：

● 如果使能了EMC性能，自动阈值性能将被禁用。此时，需要手动设置手指阈值参数。

● 如果该性能被禁用，只需要设置手指阈值参数。所有其他参数将根据手指阈值参数而被自动设置。

● 如果使能了中值滤波器，禁用自动阈值性能并手动设置手指阈值参数。

1.8传感器自动复位时间

传感器自动复位时间决定了传感器被激活时处于 ON 状态的最大时间。自动复位周期结束后，传感器将转为 OFF状态，如图3所示。如果有一个金属物体靠近传感器，该功能可阻止该传感器被卡住为ON状态。

共有两个自动复位参数集：自动复位和接近自动复位。自动复位参数可应用于按键和滑条。接近自动复位参数则应用于接近传感器。自动复位参数不应用于保护传感器。自动复位周期可以被禁止，或被设置为5或20秒。

图3.传感器自动复位

1.9去抖动

去抖动性能将指定一个传感器触摸被认为有效触摸的最小时间，从而可以避免由噪声尖峰或系统干扰导致的传感器错误触发。

根据传感器功能的不同，去抖动值也有所不同。例如，电源按键需要长去抖动时间，以避免意外切换系统的“ON”或“OFF”状态。更短的去抖动时间使器件对传感器触摸或接近事件的响应更快。去抖动参数可应用于除滑条传感器以外的所有传感器类型，并它的范围为1到15。根据响应时间的要求来设置该参数。

1.10系统诊断

系统诊断是一个内测试，有助于生产测试。如果检测到任何故障传感器，该传感器将被禁用，并在上电器件中的相应GPO上（若使能了GPO）发出宽度为50毫秒的脉冲，如图4所示。在寄存器映射图中更新了系统诊断状态，以便主机可以通过I2C接口读取测试结果。

 

图4.CS0、CS1通过BIST并CS2、CS3失败的示例

在上电期间中执行下列测试：

1.传感器短接至地：如果任何传感器短接至地，它将被禁用。

2.传感器短接至VDD：如果任何传感器短接至VDD，它将被禁用。

3.传感器间互相短接：如果两个或更多传感器互相短接，它们均被禁用。

4.不合适的CMOD值：CMOD的推荐值为2.2nF±10%。如果CMOD值小于1nF或大于4nF，将禁用所有传感器，并在所有GPO上发出50毫秒宽的脉冲。

5.按键CP>45pF：如果传感器CP大于45pF，禁用它。CY8CMBR3xxx估计的CP容差为±2pF。所以，如果传感器CP处于43到47pF的范围内，有可能将会禁用该传感器。

6.如果屏蔽短接至VDD、地或一个传感器，将会禁用所有传感器，并在所有使能的GPO上发出50毫秒宽的脉冲。

7.如果任何滑条段不通过上述测试，将禁用整个滑条。

如果系统诊断特性被使能，CY8CMBR3xxx控制器的启动时间会增加。

注意：CY8CMBR3106S不支持GPO；所以，需要使用I2C接口读取寄存器映射图中的系统诊断结果。

1.11屏蔽和保护传感器

在耐水CapSense设计中要求使用屏蔽和保护传感器。如果您的设计有屏蔽电极，请选择EZ-Click中“Global configuration”选项卡下的“Enable shield”项。该选项允许控制器将屏蔽信号驱动到SH引脚。

如果您的设计有保护传感器，请选择EZ-Click中“Global configuration”选项卡下的“Enable Water Tolerance”项。该选项允许控制器配置引脚为保护传感器使用。