近来,电容感测技术的各种令人兴奋的应用已经出现在便携式媒体播放器,笔记本计算机和移动电话市场中。
几乎忘记了这种类型的接口技术已广泛用于家用电器的设计中。
很多年了。
传感算法和控制电路的重大进步使该技术适合更多应用。
设计师已经看到了电容传感技术的价值,不仅可以代替机械按钮和薄膜开关,而且还可以替代电容式薄膜开关。
它也可以应用于各种新颖的应用,例如触摸屏和接近传感器。
传感电容-电容传感器由导体片,接地层和控制器组成。
在大多数应用中,导体片将用铜制电路板填充,而地面将用灌封剂填充。
两者之间有一个固有的(寄生)电容(CP)。
当其他导电物体(例如手指)接近传感器时,随着物体的电容值(CF)增大,系统的电容值也会增大。
(图1)有几种检测CF引起的电容增加的方法。
在场效应测量方法中,在感测电容器和系统参考电容器之间使用一个交流分压器。
通过监视分压器上电流的变化,可以感测手指触摸时产生的电容值的变化。
电荷转移使用开关电容器电路和参考总线电容值来重复从较小的传感器电容器到较大的总线电容器的电荷转移步骤。
总线电容器上的电压值与传感器电容值之间存在比例关系。
因此,在固定的步数之后测量电压值,或者计算达到某个电压阈值所需的步数以确定电容值。
另外,张弛振荡器(松弛振荡器)是一种测量充电时间的方法,其中,充电速率通常由固定电流源的值和传感器电容的值确定。
较大的传感器电容器需要较长的充电时间,通常可以使用脉宽调制器(PWM)和计时器来测量该部分。
至于连续逼近法(Successive ApproximaTIon)也是一种用于测量电容器的充电时间的方法,其不同之处在于,初始电压是通过连续逼近法确定的。
通过PSoC组件实现的连续逼近方法(赛普拉斯申请了专利)使用一组电容器到电压转换器和一个单斜率模数转换器(ADC)。
电容值测量方法是先将电容值转换为电压值,然后将电压值存储在电容器中,然后使用可调电流源测量存储的电压值。
其中,电容值到电压值转换器使用开关电容器技术。
该电路系统允许传感器电容器根据其电容值反映相应的电压值。
开关电容器使用的频率由PSoC自身内部的振荡器产生。
传感器电容器连接到模拟多任务总线,并由可编程电流输出数模转换器(iDAC)充电,该转换器也连接到总线。
每个总线上的充电容量为q = CV。
当SW2开路而SW1闭路时,CX两端的电位为零,总线上的功率将减小。
减小的值与传感器的电容成正比。
该充电和放电操作将始终重复进行,并且传感器电容器也将成为总线上的电流负载。
(图2)通过开关电容器电路的操作,iDAC将通过二进制搜索方法确定总线上的恒定电压值。
该电压值将影响开关电容器的开关频率,传感器的电容值以及iDAC的电流值。
该总线也等效于一个旁路电容器,该电容器可以稳定最终电压。
也可以在总线上添加额外的电容器,以调整电路的行为和时序。
然后,将计算出的iDAC值再次用于为总线充电,并测量从初始电压到比较器的阈值电压所需的总线充电时间。
初始电压是没有手指触摸时的电压,因此可以提前测量充电时间。
当手指触摸传感器时,它将增加CX值并降低初始电压,因此将延长充电时间的测量。
(上面的公式和图3)