微软公司宣布不再支持你正在使用的 IE浏览器,这会严重影响浏览网页,请使用微软最新的
  
您好, 登录| |

搞明白自电容传感器

  • 12-17 10:11
  • 212

    浏览

  • 0

    回复

  • 0

    获赞

  • 自电容测量
    自电容触摸传感器使用单个传感器电极来测量电极与触摸传感器电路地之间的视在电容。
    图 1-1. 自电容传感器模型

    基极电容由寄生电容、传感器电容和接地返回电容组合而成。这些电容组合形成“未触摸”电容(即,默认电容),
    此电容在校准期间测量,并用作检测电容变化(指示接触点)的参考电容。
    图 1-2. 有接触点时的自电容模型

    当形成接触点时,将通过“人体模型”(Human Body Model,HBM)引入一条平行于地的路径,从而增加传感器的
    视在电容。触摸电容 Ct 与 HBM 电容 Ch 和接地电容 Cg 形成串联组合。这种增加称为触摸“增量”。
    Ct
    • 可以近似为平行极板电容,该电容由触摸传感器电极和用户指尖组成,二者由覆盖材料形式的电解质隔开
    • 置于固体表面上的用户指尖可以近似为直径在 5-10 mm 之间的圆盘。典型的用户指尖直径估计为 8 mm,本文档
    的示例中将使用此值
    • 传感器尺寸越小、触摸覆盖层越厚,触摸电容值就越小
    Ch
    • 人体模型电容
    • 人体相对于地的自电容
    • 成人为 100 pF 至 200 pF,具体取决于体型
    Cg
    • 应用直流地与大地之间的耦合电容
    • 取决于应用类型和w88系统
    • 电容范围为约 1 pF(在小型电池供电设备中)至无限大(当直流地直接连接到大地而短路时)
    在串联电容中,起主导作用的是最小的电容。
    Equation.title

    Ct 比 Ch 小得多,并且在大多数应用中,Ct 也比 Cg 小得多,因此 Ct 决定了测量电容的变化。
    例如:
    Ct = 1 pF,Ch = 100 pF,Cg = 100 pF
    → CTotal = 0.98 pF
    但是在 Cg 非常小(例如 2 pF)的应用中,灵敏度将显著下降。
    Ct = 1 pF,Ch = 100 pF,Cg = 2 pF
    → CTotal = 0.662 pF
    →测量的触摸增量减少约 33%
    传感器设计
    触摸电容模型
    在设计传感器时,可以通过平行极板电容公式得出 Ct 的简单近似值。
    Equation.title

    其中“A”是两平行极板的正对面积,“
    ϵ”是电解质的介电常数(其定义为真空介电常数 ϵ0 x 相对介电常数 ϵr),d 是
    触摸覆盖层的厚度。
    →大传感器电极、薄触摸覆盖层和高介电常数的覆盖层材料可实现最大的触摸增量。
    例如:
    • 触摸传感器电极直径:12 mm
    • 指尖区域模型:8 mm 直径的圆盘
    • 触摸覆盖层:相对介电常数 ϵr = 2 的 1 mm 塑料
    • 真空介电常数 ϵ0 等于 8.85 × 10−12 F/m
    →计算得到的电容如下:

    按钮传感器设计
    电容式传感器的最简单实现是按钮。一个按钮就是单个传感器,将被解析为二进制状态:“检测中”或“退出检
    测”。当触摸增量(触摸电容 Ct 的数字化测量值)超过触摸阈值时,传感器处于“检测中”。
    传感器的触摸形式是用户触摸或触摸仿真器,例如通过人体模型电路接地的导电条。阈值设置为最大触摸增量的比例(通常为 50%)。
    图 1-3. 按钮传感器增量和阈值

    电极形状
    触摸电极即为一片导电材料,例如非导电基板上的铜。常见形状是圆形或矩形实心区域,但具有足够接触点面积的任何形状都可以使用。必须将拐角处理成圆形以降低电场集中程度,电场集中可能会增加传感器焊盘静电放电
    (Electrostatic Discharge,ESD)的发生率。
    图 1-4. 标准按钮形状

    如果需要,也可以对电极使用排线图案(例如 50%网格填充)。这不仅会减小传感器电极的负载电容,还会减小一个
    电容极板的触摸区域,导致灵敏度成比例下降。
    图 1-5. 使用网格填充的标准按钮

    触摸目标尺寸
    触摸传感器的电极必须足够大,以致无需精确形成接触点即可激活传感器。如果传感器电极小于用户的指尖,则灵敏度会因有效面积较小而降低。例如,对于具有 8 mm 直径接触点的 8 mm 直径触摸传感器,仅当直接在电极中心形成接触点时,才会产生最大增量。
    图 1-6. 8 mm 触摸传感器

    增大传感器的尺寸后,用户可以在传感器区域上的任何位置设置接触点,而不会降低灵敏度,但前提是整个触摸区域保持在触摸传感器周围。接触点的有效平行面积受用户指尖大小的限制,而不受传感器面积的限制。
    图 1-7. 12 mm 触摸传感器

    手影
    过大的传感器电极会在指尖接触之前与正在接近的手形成耦合,从而出现意外的邻近效应。指尖的接触电容不易与接近电容区分。
    图 1-8. 有手影的 25 mm 传感器

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

    0人已赞

    编辑 举报

    LV.1

    4263405

    2510939

    23

    813480

    说说你的看法

  • LV.

    @

    编辑

    删除

    举报

    #该内容仅管理员可见#

    #回复内容已被删除#

    #该内容正在审核#

    回复:

    取消
    发送
  • 现在还没有回复呢,说说你的想法

    现在还没有回复呢,说说你的想法

    全部回复(0)

    现在还没有回复呢,说说你的想法

  • 回复

  • 收藏

  • 点赞

  • 举报有害信息

  • 已超出发布时间24小时,无法编辑与删除
    联网备案号:12010402000747 增值电信业务经营许可证:津B2-20120058