SX9325 的参考通道设计与设置

介绍
SX9325是一款多通道,超低功耗,高性能电容式感应控制器。 电容传感系统正确的结构和电气设计将大大减少甚至消除以后微调的困难。 有关电路、PCB设计方面的问题,建议与我们及时联系探讨。


图1 – SX9325内部工作原理

 

在复用天线的情况下,通常由以下元素组成电容链:


图2 –典型的电容传感链
在理想情况下,当用户的手靠近传感器附近的物体时,检测通道的PROXDIFF增加,当PROXDIFF超过相应的阈值时,SX9325上报接近。当用户用户把物体拿开时,PROXDIFF瞬间降低到阈值以下,SX9325释放


图3 –理想情况
但是,环境条件的变化会影响测量:感应链上的每个组件具有温度敏感性,并且会影响PCB走线以及传感器pad本身。变化的环境条件会改变不同材料(覆盖物,粘合剂,敷铜层……)的特性,例如厚度或介电常数,进而使得SX9325测得的电容有了变化。这些如果漂移幅度一致则可能会累加并产生用户期望不一样的“接近”或“释放”误报。

下图说明了两个可能的问题(当待测物体是环境变化的主要来源时,例如用户的手靠近传感器导致温度升高):

图4 –延迟释放
当用户的手靠近时,SX9325会正确报告接近状态,但由于温度变化,即使用户拿开他的手,PROXDIFF在接近检测期间会漂移并保持高于阈值一段时间,因此,SX932在手拿开和实际释放之间就有了不必要的延迟。 请注意,如果漂移是由环境(而不是用户)引起的,则可能根本不会释放(“卡在on”,手拿开后PROXDIFF会继续增加)。
由于环境的变化,PROXDIFF也有可能在接近检测期间减小(例如温度降低):

图5 –不想要的释放
当物体接近传感器时,SX9325会正确报告接近,但由于在环境漂移的情况下,即使物体仍然存在,PROXDIFF也会变得小于阈值,因此SX9325释放。

 

1.2 Semtech解决方案
为了避免上面所述的漂移问题,我们必须特别注意电路原型设计。 SX9325包含漂移补偿解决方案,但如果有通过以下建议,已经通过设计尽可能地减少了漂移,sensor的性能仍能得到优化。

使用SX9325设计电容检测解决方案时,首先要考虑的是选择外部组件。 即使数量有限但仍然是必需的,有些对SX9325有用(例如退耦电容),有些对感应链有用(用于天线复用情况下的阻抗匹配)
为了增强检测系统对环境的免疫能力,我们建议大家选择对环境变化敏感度极低的高性能器件(温度,湿度...)。 下图概述了不同元件在通道线上的环境漂移情况:

图6 –漂移主要根本原因


我们可以看到元件(电感器,电容器,电阻…),也可以看到PCB走线或天线本身在有些情况下会导致漂移。但是,即使器件选择正确/设计合理,由于环境造成的小漂移仍然会有。在这种情况下,SX9325解决方案是用数字温度补偿方法。它包含使用参考通道校正补偿主通道的漂移。
以下各段介绍了此解决方案。请注意,为了获得最佳校正补偿效果,我们建议把参考通道和主通道的电路设计成一样,外围器件一致、PCB线走差分形式:


图7 –推荐的参考通道设计
这样,主通道和参考通道的漂移非常相似,因此SX9325算法更容易补偿它们。请注意,参考通道线需要这样设计:它仅对环境漂移敏感,而对接近检测不敏感。

1.3不同的方式
REFMETHOD = 0

方式0完全消除了漂移(包括PROXUSEFUL和PROXAVERAGE)。
使用此方法,可以随时对PROXUSEFUL进行更正。


RefUseful0C对应于上一次补偿后的值,除非PROXOFFSET = OFFSETTHRESH。在这种情况下,REFCAL会用于特定传感器的校正。
这种方法的原理是考虑到如果由于环境变化PROXUSEFUL漂移了,PROXDIFF也可能会漂移,例如导致延迟释放或意外释放。用这种方法,消除了直接来自PROXUSEFUL的漂移,因此它不出现在PROXDIFF(和PROXAVERAGE)上。
注意,如果REFMETHOD = 0,则实际应用的参考系数取决于RAWFILT。
REFMETHOD = 1
方法1将漂移信息保留在PROXUSEFUL和PROXAVERAGE中。


使用此方法,仅当PROXAVG冻结时,校正才适用于PROXAVG(在主
通道):


Average0F和RefUseful0F对应于PROXAVG冻结后(即接近检测后)的值。
此方法的原理是要考虑在接近检测期间,重要的环境变化将
直接影响PROXDIFF(接近检测/释放精度),因为:
-由于环境变化,PROXUSEFUL容易发生漂移
-由于检测到接近,PROXAVG被冻结
使用此方法会将漂移添加到PROXAVG,这样它不会出现在PROXDIFF上(但同时保持在
PROXUSEFUL和PROXAVERAGE上)。
请注意,在启动检测时,仅方法1不能用于参考传感器校正。

 

2参数调整
2.1启用和方法
为了使用参考校正,必须首先启用这个功能:

表1 –启用和方法
我们可以在REFMETHOD里选择希望使用的参考校正方法。

2.2参考阶段
可以选择任何PH作为参考通道。


表2 –参考通道选择
如果可以按照第1.2节所述设计参考通道,则应在测量过程中把它设为参考通道。

如果无法进行这种设计(无法更改硬件等),我们
建议在温度范围内找到对温度最敏感且线性的通道作为参考通道。

在任何情况下,参考通道必须仅对环境漂移敏感,而对接近检测不敏感。

 

2.3校准值
定义SX9325如何初始化校准值:

表3 –校准值
仅当启用启动检测(OFFSETTRESH≠0)并且PROXOFFSET = OFFSETTHRESH(通常为STARTUPMETH = 1)时REFINIT才起作用。 在这种情况下,应将其设置为在启动检测确定阈值期间获得的参考通道PROXUSEFUL值。

2.4系数
可以设置两个校正系数,分别应用于通道0/1,与 2/3。

表4 –参考系数

系数的设置,必须在所处的整个温度范围内测试相关的PROXUSEFUL,以确定系数的最佳值。下面描述了不同的步骤:
1.在室温下使系统稳定(下图第1段),并测量主通道与参考通道的PROXUSEFUL
2.显著提高温度(例如,最高达到85°C)
3.在高温下使各种不同的信号稳定(下图第3段),并测量PROXUSEFUL
主传感器和参考传感器
4.再次降低温度至室温(下图第4段)


图8 –参考系数调整
经过这一系列的数据提取后,我们可以在excel等工具中得到上图第2段的主通道与参考通道的斜率,然后根据斜率计算对应的参考系数。

然后我们可以过呢句最终应用的需要决定采用哪种补偿方式。

3故障排除
可能会因为补偿没有生效而发生先前描述的问题, 这些问题可能原因是:
-参考校正功能被禁用;
-选择的参考系数不是最佳的(值太高会产生不希望的释放)。
在这种情况下,我们建议在整个温度范围内再次测试PROXUSEFUL,以便确定更好的系数。
-已选的参考通道不是最佳的。 在这种情况下,我们建议再次对系统进行温度测量,以找到较大漂移的通道。 如果情况严重,也许硬件也得重新设计。 在这种情况下,请参阅以上的硬件设计相关内容。
有关与接近度检测/释放有关的其他问题(触摸无反应,被卡住……),请与我们联系

 

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