3.28在线会议:如何准确测试无源器件特性

【探讨】面向消费应用的电容传感设计

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OFweek电子工程网讯 电容触摸技术自问世以来,已进军各类应用。触摸技术始于初期手机的电阻式触摸屏,但由于电阻式触控传感器的响应速度较慢,灵敏度成为新设计的主要考虑因素,随之而来便出现了电容式触摸技术,而触控界面也随之在市场上迅速得到普及。

电容传感技术基于以下原理:物体表面一旦有触摸动作发生或者其他任何变化发生,就会改变该物体中某个区域的介电特性,从而改变所检测到的电容,也就是产生电压变化。与电阻触摸技术相比,电容的变化非常快。通过增强表面物质的介电特性,还可以提高变化速度。

电容传感器能直接或间接感应各类参数,其中包括电场、运动、化学特性、加速度、流体特性、压力等等。传感器表面是围绕某种介质的电极,在检测电路和激励电压的帮助下,该介质能够将电容变化转变为一个变化的电压。以下是计算电容变化的典型公式:

C=(∈_0 ∈_r S)/d Farad.Meter。其中: 

∈_0是绝对电容率

∈_r 是相对电容率

s 是表面面积

d 是板间距离。 

此处的∈_0= 8.854 X 〖10〗^(-12)

【探讨】面向消费应用的电容传感设计

图1: 电容测量

与此类似,我们可以依据表面面积特性计算出其它对称表面。对于非对称电极,场线可以给出等势面和通量线的近似值。因此,可以通过像素点方块的数量估算出电容值。

基于电容传感技术的触摸模块包括按键、滑块、触摸板、接近感应传感器、触摸界面、旋转编码器以及其它可用于替代噪声大、笨重的机械按键和开关的界面组件。与机械界面相比,它们不仅能够缩小系统电路板尺寸,而且还能降低功耗。例如,电容触摸界面通常工作于1.8V-5V之间,甚至低至0.9 V,但是它们在灵敏度、功耗要求和误触方面可能存在问题。

一个电容传感子系统需要图2中显示的组件。覆盖层是PCB(印刷电路板)上设备的顶层界面,与用户直接接触。它是一个光滑表面,用户通过触摸它执行具体操作。覆盖层可以是玻璃、木质、丙烯酸、塑料或其它任何非导电材料。下一个组件是PCB。PCB根据介电常数及损耗选择。种类包括:面向低成本应用的FR4基板以及面向高成本应用的低损耗RT/duroid高频线路板材料基板。另一个重要组件是传感器感应点,要求非常灵敏,其设计和在PCB的布置有一定的标准。最后也是最重要的组件就是主控制器,它是负责实现触摸界面所需的所有信号调节与处理工作的大脑。

【探讨】面向消费应用的电容传感设计

图2:电容传感子系统的组件

电容测量可采用两种方法完成:即互电容和自电容。

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