電容式感應(yīng)替代機(jī)械按鍵解決方案（四）

MBR解決的常見問(wèn)題： 1. 側(cè)翼傳感器抑制（FSS）： 在應(yīng)用中分清楚彼此靠近的傳感器的觸摸狀態(tài)非常重要，這也是電容式感應(yīng)設(shè)計(jì)的潛在問(wèn)題。FSS功能能幫助解決這個(gè)問(wèn)題。如果MBR器件啟用這一功能，那么手指接觸多個(gè)按鈕時(shí)，只有首個(gè)感應(yīng)到接觸的按鈕打開。這種功能也用在按鈕可能產(chǎn)生相反效果的應(yīng)用中，比方說(shuō)用兩個(gè)按鈕進(jìn)行音量控制的界面。 2. 開關(guān)： 為了替代墻上開關(guān)這種機(jī)械按鈕，我們可在MBR器件中啟用開關(guān)功能。開關(guān)功能啟用后，每次觸摸按鈕，器件都會(huì)觸發(fā)對(duì)應(yīng)按鈕的LED。 3. 按鈕自動(dòng)復(fù)位： 該特性避免金屬物體靠近按鈕造成按鈕鎖死。按鈕在連續(xù)觸摸一定時(shí)間后被視為關(guān)閉，這就是按鈕自動(dòng)復(fù)位。 4. 加電自檢（POST）： 電容式感應(yīng)應(yīng)用開發(fā)的一大目標(biāo)就是通過(guò)電容式傳感器提高設(shè)備在苛刻或敏感型工作環(huán)境下的可靠性。前面板的可靠性可通過(guò)不同方法改進(jìn)，包括提高信噪比（SNR），采用EMI抗干擾和ESD保護(hù)特性，以及提高電源瞬變和輸出瞬變的抗干擾能力等。此外，還必須注意避免固件的不當(dāng)工作模式。類似的軟件技巧包括應(yīng)用編程接口（API）采用不同的正/負(fù)噪聲閾值和去抖動(dòng)計(jì)數(shù)器等。還有一項(xiàng)預(yù)防措施就是在運(yùn)行時(shí)檢測(cè)電容式感應(yīng)測(cè)量錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤包括： ● 按鈕短接到VDD ● 按鈕短接接地 ● 按鈕間短接 ● 按鈕斷連 ● Σ-Δ調(diào)制器外部組件故障，如： o 調(diào)制電容（Cmod） o 放電電阻（Rb） 這些診斷方法用于為電容式感應(yīng)設(shè)備提供故障防護(hù)功能，避免按鈕故障產(chǎn)生安全問(wèn)題。白色家電、汽車和工業(yè)應(yīng)用等都需要按鈕故障診斷技術(shù)，以確保安全工作。 內(nèi)置的加電自檢機(jī)制可在每次MBR器件復(fù)位后進(jìn)行，以診斷按鈕故障。如果按鈕發(fā)生故障，可通過(guò)通信接口（I2C）給主機(jī)發(fā)送信息，而如果有與按鈕對(duì)應(yīng)的LED，則會(huì)在加電自檢后閃爍一次，表示有故障發(fā)生。 5. 抗噪性 MBR器件采用賽普拉斯SmartSense自動(dòng)精調(diào)等智能算法，在容易受到輻射的環(huán)境中提供較高的抗噪性。這種器件還采用高級(jí)的軟件濾波器來(lái)進(jìn)一步降低噪聲。 6. 自動(dòng)閾值 MBR器件能根據(jù)環(huán)境中的噪聲進(jìn)行調(diào)節(jié)，自動(dòng)設(shè)置ON/OFF閾值，從而在高噪聲環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健可靠的性能。與此同時(shí)，開發(fā)人員也能根據(jù)UI的硬件/機(jī)械構(gòu)造重寫算法設(shè)置的閾值并設(shè)置定制閾值。 7. 靈敏度控制 靈敏度用于表示按鈕對(duì)手指觸摸的敏感程度，這是在按鈕上器件能檢測(cè)到并以此報(bào)告按鈕為“ON”的最小手指電容。最小手指電容因外覆層的厚度、按鈕大小、按鈕與器件之間的距離等不同而不同。MBR器件提供多種不同的靈敏度設(shè)置。根據(jù)外覆層厚度等系統(tǒng)參數(shù)，開發(fā)商能決定哪種靈敏度最佳。 8. 低功耗睡眠模式和深度睡眠模式 現(xiàn)在許多MBR器件設(shè)計(jì)用于電池供電的應(yīng)用。比如，掃描按鈕上手指觸摸的頻率決定著設(shè)備的總功耗。對(duì)低功耗應(yīng)用來(lái)說(shuō)，開發(fā)人員要降低掃描頻率，從而降低設(shè)備的平均功耗。就電視機(jī)/顯示器等MBR功耗并不很重要的應(yīng)用而言，可保持較高的按鈕掃描頻率，從而確保極快的手指觸摸響應(yīng)時(shí)間。 9. 響應(yīng)時(shí)間： 您或許發(fā)現(xiàn)，觸摸電視機(jī)/顯示器上的電源按鈕要比其它按鈕稍長(zhǎng)的時(shí)間才能開啟電源開關(guān)。這是為了將電源開關(guān)與其它按鈕區(qū)別開，并確保電源開關(guān)不會(huì)被無(wú)意打開。MBR器件提供的這種功能也是可配置選項(xiàng)。用戶能設(shè)置手指觸摸按鈕多長(zhǎng)時(shí)間才能讓按鈕打開。 MBR器件帶來(lái)的增值： 1. LED打開時(shí)間： 用戶松開按鈕（手指從按鈕移開）時(shí)，相應(yīng)的LED關(guān)閉。不過(guò)，一些應(yīng)用需要LED在手指松開后經(jīng)過(guò)一定的延遲再關(guān)閉，讓人眼可以分別出變化。MBR器件提供的這種延遲也是可配置選項(xiàng)。 2. LED調(diào)光： LED亮度能夠調(diào)控以符合環(huán)境光條件。MBR器件提供的LED亮度控制也是可配置選項(xiàng)，這樣開發(fā)人員就能根據(jù)環(huán)境條件來(lái)設(shè)定亮度。實(shí)現(xiàn)的方法就是用不同占空比的PWM來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，這也有助于降低系統(tǒng)的整體功耗。 3. LED明暗漸變： UI設(shè)計(jì)的美觀效果可通過(guò)觸摸相應(yīng)按鈕讓LED漸明漸暗得到提高。MBR器件使得我們能非常方便地實(shí)現(xiàn)明暗漸變。開發(fā)人員能設(shè)置一定亮度讓LED漸明漸暗，也能設(shè)置漸明漸暗的頻率。 4. 蜂鳴器： MBR器件通過(guò)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器綁定引腳上的信號(hào)支持音頻反饋。音頻反饋參數(shù)也可配置。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)度以及引腳上驅(qū)動(dòng)的信號(hào)頻率都能控制。 5. 模擬電壓輸出： 按鈕觸摸的另一種反饋就是為每次按鈕觸摸提供不同的模擬電壓輸出。MBR器件也能提供這種反饋。 6. LED在待機(jī)模式下的亮度： 在UI中，如果環(huán)境光線較弱，可能無(wú)法看見按鈕，這時(shí)我們可在低亮度情況下至始至終開啟背光LED，以照亮UI中的按鈕。開發(fā)人員能選擇所需的亮度。 7. 主機(jī)控制的GPO： MBR器件除了提供按鈕和響應(yīng)的反饋外還提供一些GPO，主機(jī)能通過(guò)通信接口發(fā)出命令以控制GPO的邏輯狀態(tài)，這就使得主機(jī)能讓GPO進(jìn)行按鈕觸摸反饋，也可將其用于其他目的。 我們了解了MBR器件如何解決某些具體問(wèn)題，也了解了MBR器件帶來(lái)的好處。在第四部分中，我們將討論有助于利用MBR器件開展系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些工具。工具箱 設(shè)計(jì)出恰當(dāng)?shù)碾娙菔絺鞲衅鞑季滞瑫r(shí)保持最終系統(tǒng)信噪比達(dá)到5:1，這并非一件簡(jiǎn)單容易的事情。如果采用MBR器件，開發(fā)人員又無(wú)法控制器件的每個(gè)參數(shù)，情況就會(huì)進(jìn)一步復(fù)雜化。MBR器件的主要作用之一就是縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。但是，讓電容式感應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)牟季?、適當(dāng)?shù)臋C(jī)械設(shè)計(jì)，這不應(yīng)該成為瓶頸。所以除了MBR器件之外，最好還能獲得一些工具，幫助設(shè)計(jì)人員開展設(shè)計(jì)工作，幫助推進(jìn)每一步設(shè)計(jì)工作。工具箱還能幫助設(shè)計(jì)人員驗(yàn)證每個(gè)階段的設(shè)計(jì)，確保排除設(shè)計(jì)中所有可能的錯(cuò)誤。 圖8：MBR設(shè)計(jì)流程第一階段： 最終確定布局之前應(yīng)考慮的一個(gè)關(guān)鍵因素就是按鈕尺寸。按鈕太小會(huì)降低SNR，導(dǎo)致按鈕對(duì)觸摸的靈敏度降低。如果按鈕較大，SNR倒是能超過(guò)5:1，但按鈕會(huì)對(duì)觸摸過(guò)于敏感，稍微碰一下按鈕就會(huì)觸發(fā)，這也不是一件好事。設(shè)計(jì)工具箱應(yīng)有助于我們?cè)O(shè)置最佳按鈕尺寸。按鈕尺寸取決于外覆層材料和外覆層厚度，而工具箱應(yīng)能根據(jù)外覆層的屬性提出最佳按鈕大小建議。工具箱還應(yīng)讓開發(fā)人員定義系統(tǒng)噪聲，并根據(jù)噪聲建議按鈕尺寸。該工具箱也能考慮輸入等系統(tǒng)屬性，根據(jù)系統(tǒng)支持的最大的寄生電容，建議設(shè)計(jì)的最大跡線長(zhǎng)度和按鈕尺寸。 第二階段： 一旦根據(jù)第一階段的建議完成布局，開發(fā)人員就應(yīng)在進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)之前借助工具箱驗(yàn)證設(shè)計(jì)。利用工具箱可計(jì)算出實(shí)際寄生電容，以此提醒開發(fā)人員按鈕的寄生電容是否超出了工作范圍。 功耗優(yōu)化是大多數(shù)設(shè)計(jì)的另一大關(guān)鍵要求。這里，工具箱可根據(jù)器件參數(shù)估算器件功耗，這能幫助設(shè)計(jì)人員調(diào)節(jié)參數(shù)，根據(jù)需要降低功耗。 第三階段： 根據(jù)第二階段建議提出的設(shè)計(jì)藍(lán)圖轉(zhuǎn)化為最初的原型設(shè)計(jì)。一旦構(gòu)建出原型開發(fā)板，我們就可借助工具箱驗(yàn)證該開發(fā)板是否適合量產(chǎn)。如果設(shè)計(jì)還不適合投產(chǎn)，那么工具箱可提出建議，明確設(shè)計(jì)還需要什么規(guī)范。根據(jù)工具箱建議的修改，開發(fā)人員可能需要重制該開發(fā)板，也可能無(wú)需重制只需修改MBR參數(shù)即可。這樣，工具箱就發(fā)揮了重大作用，有助于避免代價(jià)高昂的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。 配置寄存器可配置器件： 如前所述，必須寫入MBR器件寄存器以配置器件。直接用I2C通信來(lái)配置器件寄存器是一項(xiàng)繁雜的工作。為了便于配置，通常采用如下兩種方法： 1. 應(yīng)用編程接口（API）： 應(yīng)用編程接口（API）是一個(gè)用于連接軟件組件，讓其彼此通信的接口協(xié)議，MBR器件廠商會(huì)直接提供API，這些API也包含在主機(jī)固件中，因此主機(jī)就能配置MBR器件，且無(wú)需開發(fā)人員學(xué)習(xí)了解應(yīng)用層協(xié)議如何進(jìn)行器件配置。 電容式感應(yīng)廠商提供的API分為高級(jí)API和低級(jí)API。 高級(jí)API又分為三大類： a. 配置器件 b. 回讀系統(tǒng)診斷和生產(chǎn)線數(shù)據(jù) c. 在運(yùn)行時(shí)回讀傳感器狀態(tài)等數(shù)據(jù) 這種API可在MBR設(shè)計(jì)過(guò)程中的不同階段中采用。 低級(jí)API通常為通信（l2C）接口讀寫API。低級(jí)API可能需要根據(jù)所用主機(jī)處理器而更改。通常情況下，大多數(shù)廠商都針對(duì)每個(gè)特定的主機(jī)處理器提供低級(jí)API。 2、GUI和批量編程： 簡(jiǎn)化開發(fā)人員配置MBR器件工作的另一種方法就是用基于GUI的界面定義設(shè)置。這比用API手動(dòng)配置MBR簡(jiǎn)單得多。賽普拉斯提供了一種簡(jiǎn)單而具有革命性創(chuàng)新的工具（EZ-Click定制器）。這種GUI的功能非常強(qiáng)大，能加速多個(gè)不同設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)工作。通常說(shuō)來(lái)，這種GUI均提供有“配置器件”和“從器件讀取數(shù)據(jù)”等選項(xiàng)。 為了區(qū)別不同的設(shè)計(jì)階段，GUI可為主機(jī)和MBR器件之間傳輸?shù)牟煌瑪?shù)據(jù)類型設(shè)置不同的標(biāo)簽。典型的分類如下： 1. 配置標(biāo)簽 2. 調(diào)試標(biāo)簽 3. 生產(chǎn)線測(cè)試標(biāo)簽 在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段采用配置標(biāo)簽表示配置完成，GUI載入設(shè)置到原型上。調(diào)試標(biāo)簽隨后發(fā)揮作用，檢查設(shè)計(jì)是否滿足所有要求，電容式感應(yīng)是否正常工作。如果原型設(shè)計(jì)無(wú)法工作，那么調(diào)試標(biāo)簽可用來(lái)進(jìn)行調(diào)試并查找問(wèn)題所在。 一旦原型設(shè)計(jì)正常工作，設(shè)計(jì)就完成了，則可用GUI生成配置文件。量產(chǎn)期間把GUI生成的配置加載到每個(gè)MBR器件中可能是個(gè)相當(dāng)繁瑣的工作，這可以由具有資質(zhì)的編程機(jī)構(gòu)利用配置文件輕松配置上百萬(wàn)的器件。 器件配置完成后，可在生產(chǎn)線測(cè)試中采用生產(chǎn)線測(cè)試標(biāo)簽，讀出SNR等數(shù)據(jù)用以檢測(cè)傳感器是否達(dá)標(biāo)。