我们常用的手机、平板电脑的Touch以互容为主,最新的技术是自互容一体,也就是同时存在。
电容Touch技术很多年前就有了,但真正开始流行起来是始于Apple的MP3播放器。
要采样到电容值的变化量,计算并能准确给出结果值,开始还是蛮有挑战的,随着应用场景的广泛化、用户要求不断提高、各技术的发展,Touch技术更新换代速度也是蛮快的。
新的Touch技术不但在性能、功耗上有进步,还在开发上非常灵活。Atmel的加入丰富了Microchip的触摸产品和解决方案。目前我们在这个领域算是佼佼者。
Touch 电容信号的采集基本是硬件化了,你可以把它简单理解为功能强大的ADC模块,不需要MCU过多的软件控制,大大释放了MCU的负荷,对于做低功耗也是有很 大帮助。目前的Touch设计基本可以分成三大块,触摸传感器、信号采集、Touch算法库。而且后两者通常已基于一颗MCU,所以对于开发者来讲就比较 简单了。
我 们来看一下自容的简单等效电路。Cx (传感器自身电容) >> Cp2 & Cp1, 并且 Cf (手指触摸后的对地等效电容)>> Cx & Ct(手指触摸后传感器检测电容)是比较理想的,Cx与Ct是设计者比较关心的。
同样,我们来看一下互容的简单等效电路。理想是Cx >> Cp2, Cp1, 并且 Cf >> Cx, Ct、Cx与Ct保持在合理区间能得到比较好的效果。
随着半导体集成度及精度的不断提高,现在的电容信号采样可以直接用ADC或增强型ADC读取。操作简单、速度快,可以释放MCU的工作负荷,让MCU可以有更多的时间做其他的工作或休眠降低功耗。是目前电容触控测量的主流方法。
上图中绿色底标的CHOLD是ADC的采样保持电容,CX是外部触摸传感器的等效电容,这两个电容就可以看成是连通器的两端容器。中间有一些开关,可以协作分别完成两边电容的充电、放电、连通等动作,以前是软件来控制,现在基本是硬件完成,效率更进一步。这种方式就是电荷转移成等势体,然后进行采样。
最新的芯片还会集成硬件滤波、放大倍数调整等,信号的信噪比也大大提高;CHOLD通常也是可以调节的,以配合外部的CX的大小,尽量数值相当,这样会得到较大的变化量。
通常触摸信号会夹带或多或少的噪声一起输入进来,先经硬件低通滤波,如果硬件还是没有把噪声过滤干净的话,还有软件滤波、跳频等机制,把有效信号还原出来。只要传感器的结构设计合理,参数配置得当,触摸操作的准确度还是可以达到100%的。
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孙鹏
2020年5月18日
孙鹏
2020年5月18日