電容式感應(yīng)替代機械按鍵解決方案（一）

手機、汽車音響系統(tǒng)、筆記本電腦、PC、白色家電和工業(yè)應(yīng)用中數(shù)十億機械按鈕都已被電容式感應(yīng)按鈕所替代。電容式感應(yīng)控制技術(shù)的使用讓應(yīng)用變得更美觀，更易用、更靈活。不過，雖然電容式感應(yīng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到能夠提供現(xiàn)成的解決方案，推動按鈕替代更快速更便捷地實現(xiàn)，但電容式感應(yīng)按鈕替代機械按鈕不一定是件很簡單的事情。解決方案日趨簡單化，這有助于降低設(shè)計人員在最終產(chǎn)品開發(fā)過程中添加電容式感應(yīng)用戶界面(UI)所要面臨的風(fēng)險?；旧希琔I設(shè)計任務(wù)已演變?yōu)閭鞲衅鏖_發(fā)板的PCB布局，而電容式感應(yīng)控制器則負(fù)責(zé)處理其它工作。 從機械按鈕轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙菔礁袘?yīng)按鈕過程中，第一個挑戰(zhàn)就是為全新的電容式感應(yīng)設(shè)計方案開發(fā)固件。電容式感應(yīng)按鈕相對于機械按鈕而言更容易受到噪聲的影響，因此設(shè)計人員在每個設(shè)計階段都必須認(rèn)真細(xì)致應(yīng)對這一問題。此外，系統(tǒng)不僅需要在設(shè)計過程中進行智能調(diào)節(jié)，而且還要在生產(chǎn)階段進行全面測試。 電容式觸摸感應(yīng)基礎(chǔ)知識 先看看典型的電容式感應(yīng)按鈕是如何工作的。電容式觸摸傳感器由銅焊盤、電容感應(yīng)控制器輸入引腳及之間的連線共同組成。圖1顯示了典型的電容式感應(yīng)按鈕情況。 圖1：電容式觸摸傳感器截面圖手指不觸摸外覆層（通常為置于傳感器導(dǎo)體片上的非導(dǎo)電性材料）時，電容式感應(yīng)控制器測量到的寄生電容（CP）如圖2所示。CP為傳感器上分布電容總和。 圖2：寄生電容（CP）手指接觸外覆層時，就會形成一個簡單的平行板電容器，所產(chǎn)生的電容稱為手指電容（CF）。手指觸摸時，總傳感器電容（CX）就如方程式1所示： CX = CP + CF 方程式1 電容式感應(yīng)控制器通過將測量到的電容轉(zhuǎn)化為數(shù)值，來監(jiān)控傳感器電容。 電容式感應(yīng)按鈕替代機械按鈕 電視機的頻道/音量調(diào)節(jié)、遙控、游戲手柄、FM調(diào)頻收音機旋鈕等大多數(shù)老式應(yīng)用都用機械開關(guān)作為用戶界面。雖然機械開關(guān)互動不需要復(fù)雜的算法，但卻存在自身的劣勢。 機械開關(guān)為什么不好用？ 機械按鈕： - 反復(fù)使用容易磨碎或卡住 - 容易積攢灰塵 - 不夠美觀 - 設(shè)計過程中涉及高工裝成本 為了解決這些問題，不同產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計人員都開始轉(zhuǎn)向采用觸摸感應(yīng)這種新技術(shù)。觸摸感應(yīng)包括三大類： 1. 電阻觸摸 2. 電感觸摸 3. 電容式觸摸 電容式感應(yīng)不僅讓用戶界面變得美觀，而且觸摸感應(yīng)功能也簡便易用。電容式觸摸傳感器已經(jīng)替代了數(shù)十億機械按鈕。電容式感應(yīng)不僅讓前面板外觀變得時尚，而且還消除了機械按鈕容易磨損的問題。 就電視/顯示器應(yīng)用而言，由于電容式感應(yīng)技術(shù)能夠增加其美感，正得到廣泛應(yīng)用。電視/顯示器通常采用非導(dǎo)電性材料制造的邊框。若采用機械按鈕，邊框需要與按鈕相協(xié)調(diào)，這肯定會涉及到較高的工裝成本。而電容式感應(yīng)按鈕正好位于框架下，框架本身就是外覆層，手指觸摸框架就能實現(xiàn)電容式感應(yīng)操控。圖3顯示了電容式感應(yīng)按鈕取代難看的機械按鈕的情況。 圖3：電容式感應(yīng)按鈕取代機械按鈕電容式傳感器的演進：電容式感應(yīng)技術(shù)不僅支持按鈕應(yīng)用，還提供線性滑條、徑向滑條等多種不同的傳感器/界面選項。 電容式按鈕： 傳統(tǒng)的電容式感應(yīng)SoC僅提供按鈕。純按鈕器件不斷發(fā)展，可替代手機、白色家電等應(yīng)用的機械按鈕?，F(xiàn)在，電容式感應(yīng)按鈕已取代了電視、LCD顯示屏、打印機、PC觸控板等大量設(shè)備的機械按鈕。 電容式感應(yīng)按鈕是電容式感應(yīng)應(yīng)用最基本的功能。不管外覆層的材料和厚度如何，都能輕松檢測到導(dǎo)電物體（如手指）是否存在。電容式感應(yīng)按鈕幾乎能替代任何應(yīng)用中機械按鈕。 電容式滑條： 音量增減、FM收音機調(diào)頻等應(yīng)用采用滑動旋鈕或徑向旋鈕來控制，而現(xiàn)在這些旋鈕正分別被線性滑條或徑向滑條等電容式傳感器所取代。音量增減操控等應(yīng)用采用線性滑條，而iPod滾輪等應(yīng)用則采用徑向滑條進行功能選擇。 線性滑條： 滑條為界面設(shè)計提供了更高的功能?；瑮l可用來確定位置，其分辨率比按鈕高出上百倍，而且可采用線性和徑向等不同排列方式。 可采用插值法這種數(shù)學(xué)運算方法來實現(xiàn)更高的分辨率。測量構(gòu)成滑條的所有傳感器上的電容變化，并通過相鄰傳感器上的電容值就可確定手指位置。 徑向滑條： 徑向滑條跟線性滑條很類似，不同之處在于徑向滑條的各個傳感器采用環(huán)形排列，而且明確位置的算法與線性滑條略有不同。