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    電容式傳感器在設(shè)計(jì)中的各類(lèi)應(yīng)用分析
    更新時(shí)間:2018-04-11 15:36:44 點(diǎn)擊量:

           

           北京時(shí)間12月25日消息,中國(guó)觸摸屏網(wǎng)訊,     好像在突然之間, 電容式傳感器就無(wú)處不在了。它被安裝在汽車(chē)座位里以控制氣囊配置和安全帶預(yù)緊裝置,在洗碗機(jī)和干燥機(jī)中以校正旋轉(zhuǎn)桶的狀態(tài),甚至冰箱也使用其來(lái)控制自動(dòng)去冰過(guò)程。但是直到現(xiàn)在,它最大的潛在應(yīng)用領(lǐng)域還是觸摸開(kāi)關(guān),觸摸開(kāi)關(guān)已越來(lái)越多地出現(xiàn)在消費(fèi)電子產(chǎn)品中。 因?yàn)榛旌闲盘?hào)I C工藝得到廣泛的采用, 電磁流量計(jì)這種技術(shù)允許芯片設(shè)計(jì)師優(yōu)化芯片的模擬和數(shù)字子系統(tǒng),以構(gòu)建具有前所未有的靈敏度和耐用性的電容式傳感器,而且成本是機(jī)械式開(kāi)關(guān)所不能比擬的。


      如何工作

      電容式傳感器基本上可以分成三類(lèi):電場(chǎng)傳感器、基于弛張振蕩器的傳感器以及電荷轉(zhuǎn)移(QT)器件。電場(chǎng)傳感器通常會(huì)產(chǎn)生數(shù)百kHz的正弦波,然后將這個(gè)信號(hào)加在電容一個(gè)極板的導(dǎo)電盤(pán)上,并檢測(cè)另外一個(gè)導(dǎo)電盤(pán)上的信號(hào)電平。當(dāng)用戶(hù)的手機(jī)或另外的導(dǎo)體對(duì)象接觸到兩個(gè)盤(pán)的時(shí)候,接收器上的信號(hào)電平將改變。通過(guò)解調(diào)和濾波極板上的信號(hào),可能獲得一個(gè)直流電壓,這個(gè)電壓隨電容的改變而變化;將這個(gè)電壓施加在閾值檢測(cè)器上,即可以產(chǎn)生觸摸/無(wú)觸摸的信號(hào)。

      弛張振蕩器使用了一個(gè)電極盤(pán),其上的電極電容構(gòu)成了鋸齒波振蕩器中的可變定時(shí)單元。通過(guò)將恒定電流饋入到電極線,電極上的電壓隨時(shí)間線性增加。該電壓提供給比較器一個(gè)輸入,而比較器的輸出連接到一個(gè)與電極電容并行連接的接地開(kāi)關(guān)上。當(dāng)電極電容充電到一個(gè)預(yù)先確定的閾值電壓時(shí),比較器改變狀態(tài),實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作—對(duì)定時(shí)電容放電,打開(kāi)開(kāi)關(guān),這個(gè)動(dòng)作將周期性的重復(fù)下去。其結(jié)果是,比較器的輸出是脈沖串,其頻率取決于總的定時(shí)電容的值。電磁流量計(jì)傳感器根據(jù)不同的頻率改變來(lái)報(bào)告觸摸/無(wú)觸摸狀態(tài)。

      QT器件利用了一種稱(chēng)為電荷保持的物理原理。舉例來(lái)說(shuō),開(kāi)關(guān)在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)施加一個(gè)電壓到感應(yīng)電極上對(duì)其充電,之后開(kāi)關(guān)斷開(kāi),第二個(gè)開(kāi)關(guān)再將電極上的電荷釋放到更大的一個(gè)采樣電容中。人手指的觸摸增大了電極的電容,導(dǎo)致傳輸?shù)讲蓸与娙萆系碾姾稍黾樱蓸与娙菀虼烁淖?,?jù)此就能得出檢測(cè)結(jié)果。

      QT器件在突發(fā)模式采樣之后即進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理,這種方法能提供比競(jìng)爭(zhēng)方案更高的動(dòng)態(tài)范圍和更低的功耗,而自動(dòng)校準(zhǔn)例程可以補(bǔ)償因?yàn)榄h(huán)境條件改變帶來(lái)的漂移。更重要的是,這種方法足夠靈敏,在電流透過(guò)厚的面板時(shí)不需要一個(gè)參考地連接,因此適合電池供電的設(shè)備。一般可用多輸入通道實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)按鍵或旋轉(zhuǎn)按鍵,而專(zhuān)用的QT系列芯片只用三個(gè)分辨率為7位(128點(diǎn))的通道就能實(shí)現(xiàn)高分辨率線性滑動(dòng)或旋轉(zhuǎn)界面。

      其他可能性

      很多設(shè)計(jì)師都利用QT芯片來(lái)替代電阻式 觸摸屏。因?yàn)樵摲椒ㄖ恍枰獙瓮该鲗愉佋O(shè)在屏幕上用于感測(cè),與多層電阻式技術(shù)相比,對(duì)光線的吸收大大降低。OEM廠家還使用多通道傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)可編程的不透明觸摸表面,面板的配置由軟件來(lái)調(diào)配,這能幫助降低材料成本。同樣的辦法還為用戶(hù)依據(jù)個(gè)人喜好配置觸摸屏提供了可能,用戶(hù)可從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器下載規(guī)格,或者自己運(yùn)行一個(gè)配置程序。

      這種技術(shù)打開(kāi)了很多應(yīng)用之門(mén),例如電磁流量計(jì)使用了平面位置檢測(cè)QT器件,終端用戶(hù)在移動(dòng)電話的數(shù)字鍵盤(pán)上移動(dòng)就可以輸入中文或其他復(fù)雜字符。但是這種技術(shù)的最大應(yīng)用是平面坐標(biāo)觸摸屏,在這種應(yīng)用中,下表面感測(cè)薄膜可以替代電阻式屏,而單層薄膜獲得高透明度和低成本,不需要在前面板中開(kāi)孔。


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