电容式感应替代机械按键解决方案（一）

手机、汽车音响系统、笔记本电脑、PC、白色家电和工业应用中数十亿机械按钮都已被电容式感应按钮所替代。电容式感应控制技术的使用让应用变得更美观，更易用、更灵活。不过，虽然电容式感应技术已经发展到能够提供现成的解决方案，推动按钮替代更快速更便捷地实现，但电容式感应按钮替代机械按钮不一定是件很简单的事情。解决方案日趋简单化，这有助于降低设计人员在最终产品开发过程中添加电容式感应用户界面(UI)所要面临的风险。基本上，UI设计任务已演变为传感器开发板的PCB布局，而电容式感应控制器则负责处理其它工作。 从机械按钮转变为电容式感应按钮过程中，第一个挑战就是为全新的电容式感应设计方案开发固件。电容式感应按钮相对于机械按钮而言更容易受到噪声的影响，因此设计人员在每个设计阶段都必须认真细致应对这一问题。此外，系统不仅需要在设计过程中进行智能调节，而且还要在生产阶段进行全面测试。 电容式触摸感应基础知识 先看看典型的电容式感应按钮是如何工作的。电容式触摸传感器由铜焊盘、电容感应控制器输入引脚及之间的连线共同组成。图1显示了典型的电容式感应按钮情况。 图1：电容式触摸传感器截面图手指不触摸外覆层（通常为置于传感器导体片上的非导电性材料）时，电容式感应控制器测量到的寄生电容（CP）如图2所示。CP为传感器上分布电容总和。 图2：寄生电容（CP）手指接触外覆层时，就会形成一个简单的平行板电容器，所产生的电容称为手指电容（CF）。手指触摸时，总传感器电容（CX）就如方程式1所示： CX = CP + CF 方程式1 电容式感应控制器通过将测量到的电容转化为数值，来监控传感器电容。 电容式感应按钮替代机械按钮 电视机的频道/音量调节、遥控、游戏手柄、FM调频收音机旋钮等大多数老式应用都用机械开关作为用户界面。虽然机械开关互动不需要复杂的算法，但却存在自身的劣势。 机械开关为什么不好用？ 机械按钮： - 反复使用容易磨碎或卡住 - 容易积攒灰尘 - 不够美观 - 设计过程中涉及高工装成本 为了解决这些问题，不同产业的产品设计人员都开始转向采用触摸感应这种新技术。触摸感应包括三大类： 1. 电阻触摸 2. 电感触摸 3. 电容式触摸 电容式感应不仅让用户界面变得美观，而且触摸感应功能也简便易用。电容式触摸传感器已经替代了数十亿机械按钮。电容式感应不仅让前面板外观变得时尚，而且还消除了机械按钮容易磨损的问题。 就电视/显示器应用而言，由于电容式感应技术能够增加其美感，正得到广泛应用。电视/显示器通常采用非导电性材料制造的边框。若采用机械按钮，边框需要与按钮相协调，这肯定会涉及到较高的工装成本。而电容式感应按钮正好位于框架下，框架本身就是外覆层，手指触摸框架就能实现电容式感应操控。图3显示了电容式感应按钮取代难看的机械按钮的情况。 图3：电容式感应按钮取代机械按钮电容式传感器的演进：电容式感应技术不仅支持按钮应用，还提供线性滑条、径向滑条等多种不同的传感器/界面选项。 电容式按钮： 传统的电容式感应SoC仅提供按钮。纯按钮器件不断发展，可替代手机、白色家电等应用的机械按钮。现在，电容式感应按钮已取代了电视、LCD显示屏、打印机、PC触控板等大量设备的机械按钮。 电容式感应按钮是电容式感应应用最基本的功能。不管外覆层的材料和厚度如何，都能轻松检测到导电物体（如手指）是否存在。电容式感应按钮几乎能替代任何应用中机械按钮。 电容式滑条： 音量增减、FM收音机调频等应用采用滑动旋钮或径向旋钮来控制，而现在这些旋钮正分别被线性滑条或径向滑条等电容式传感器所取代。音量增减操控等应用采用线性滑条，而iPod滚轮等应用则采用径向滑条进行功能选择。 线性滑条： 滑条为界面设计提供了更高的功能。滑条可用来确定位置，其分辨率比按钮高出上百倍，而且可采用线性和径向等不同排列方式。 可采用插值法这种数学运算方法来实现更高的分辨率。测量构成滑条的所有传感器上的电容变化，并通过相邻传感器上的电容值就可确定手指位置。 径向滑条： 径向滑条跟线性滑条很类似，不同之处在于径向滑条的各个传感器采用环形排列，而且明确位置的算法与线性滑条略有不同。