家用電器中的電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)

購(gòu)買家用電器時(shí)最重要的因素包括產(chǎn)品外觀及其支持的高端特性。采用當(dāng)今高度集成的片上系統(tǒng)（SoC）處理器，設(shè)計(jì)人員不僅能在電容式感應(yīng)技術(shù)基礎(chǔ)上推出全新用戶界面，而且還能集成其它系統(tǒng)功能，從而降低系統(tǒng)成本并節(jié)約板卡空間。與此同時(shí)，由于構(gòu)建系統(tǒng)所需的許多組件現(xiàn)在已經(jīng)集成在統(tǒng)一的芯片中，因此SoC可顯著加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。此外，連接多個(gè)器件和用于故障調(diào)試所需的時(shí)間也可大幅縮短。

圖1所示為電磁爐的方框圖。這種電器必須提供以下關(guān)鍵功能：

保持平鍋的溫度：需要脈沖寬度調(diào)制（PWM）來(lái)設(shè)置加熱線圈的點(diǎn)火持續(xù)時(shí)間；

風(fēng)扇控制：需要溫度傳感器和PWM來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)；

過(guò)電流和過(guò)電壓保護(hù)：需要ADC和比較器；

平鍋?zhàn)詣?dòng)檢測(cè)：需要電感感應(yīng)功能；

基于時(shí)間的烹飪功能：需要實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）；

用戶界面——顯示屏：需要LED驅(qū)動(dòng)器或LCD玻璃顯示屏；

用戶界面——按鍵：需要電容式觸摸感應(yīng)和檢測(cè)功能。

圖1：電磁爐框圖

電容式感應(yīng)技術(shù)

基于電容式感應(yīng)技術(shù)的按鍵使電器外形時(shí)尚美觀，消除了磨損問(wèn)題，與機(jī)械按鍵相比更受歡迎。許多電器都要在靠近液體的環(huán)境下使用，因此要考慮防水功能，避免水濺上去而產(chǎn)生錯(cuò)誤的按鍵觸發(fā)。圖2給出了電容式傳感器印刷電路板（PCB）的典型布局。通過(guò)連接保護(hù)電極可實(shí)現(xiàn)防水性，而不是將傳感器周圍的陰影部分（藍(lán)色）接地。

圖2：使用保護(hù)電極實(shí)現(xiàn)防水功能

驅(qū)動(dòng)這個(gè)電極的信號(hào)與連接到傳感器的信號(hào)一樣，因此水滴滴落在傳感器上時(shí)不會(huì)形成陰影區(qū)和傳感器之間的電勢(shì)差，傳感器上不會(huì)耦合更多電容，因此就能實(shí)現(xiàn)防水效果。如果傳感器完全浸入水中，則會(huì)激活保護(hù)機(jī)制來(lái)禁用傳感器的工作。

由于許多電器都要用大電流工作，因此電源通常會(huì)因負(fù)載電流和數(shù)字開(kāi)關(guān)的變化而產(chǎn)生巨大的噪聲/波紋，數(shù)字開(kāi)關(guān)也會(huì)耦合到電容式傳感器上，從而影響用

界面的可靠性。根據(jù)正確的原理圖和布局指南，我們可通過(guò)接地線布局等技術(shù)來(lái)減少電源中的波紋，確保不出現(xiàn)接地反彈。但是，我們很難完全去除噪聲。如果用電源的+ve線路驅(qū)動(dòng)參考，可能會(huì)產(chǎn)生電容式感應(yīng)的誤報(bào)警。

通過(guò)在GND和VREF（內(nèi)部生成）之間切換傳感器，只要在規(guī)定的產(chǎn)品工作限度之內(nèi)，電源的任何變化均不會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤觸發(fā)。

更高的集成度，更低的成本

SoC具有集成型片上外設(shè)和基于硬件的特性，能幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)施大多數(shù)乃至所有的電器功能。

在今天競(jìng)爭(zhēng)激烈的消費(fèi)類市場(chǎng)中，電器必須具有豐富的特性，集成型SoC不僅能集成越來(lái)越多的應(yīng)用特性，還可降低整體系統(tǒng)成本，因此成為了OEM廠商的最佳選擇。這個(gè)方法同樣適用于電磁爐、微波爐等小型電器以及洗衣機(jī)、電冰箱等大型電器（當(dāng)然大型電器對(duì)于FOC電動(dòng)機(jī)控制等特定功能仍需要專用控制）。