新一代人机端口:电容式触摸感应芯片
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admin
2019-09-19 02:40

  可能你会对“电容式触摸感应”这名词感到陌生,但如说就像“iPod”上的圆型触控面板,LG的“巧克力”手机上的触控按钮,还有一些电磁炉的面板,可能会马上明白。多谢这些产品令用户开始接触此类新的人机端口,也令半导体行业对此类蕊片需求关注起来。其实市场是有此类需求的。首先,传统按键的设计总会有空隙,以致有入水的机会,令控制板失灵,如用上“触摸感应”的按键面板上,没有空隙的一体化的面板,容易清洁。另外,“触摸感应”对产品设计师来说是一个喜讯,因产品按键的大小或数量不受制于模具,按键布局完全取决于PCB的设,就是说,同一模具可以因PCB的设计而有不同的按键布局。

  “电容式触摸感应”不一定是按键,可以设计成“滑条”(Slide Bar)或是其他形状。比如ATLAB的ATA2508芯片内置了最多十二个可编程I/O,可以设定成跟按键相配对的指示灯,指定型号内甚至有蜂鸣器驱动口,用作产生按键提示音。ATA2508的工作电流约为100uA,待机电流为60uA,休眠电流为0.1uA,功耗是其他品牌的十分之一,但却能提供每秒五千次的取样率,差不多是其他品牌的二十五分之一。由于是差分式输入,而且按键的旁边不需有接地,因此,即使是把水倒到按键面板上,也不会有误动作。每个按键可独立设定灵敏度:设定得愈小,就愈灵敏。相反,设定得愈大,就愈迟钝,对于厚度不一致的外壳,能独立作出调整。ATA2508在不同射频下(如900M~2.4GHz)都能正常工作,可以承受HMB mode: 8kV, Set mode 15k 的ESD。而有些应用内有AM收音机,它也不会对收音机产生干扰。即使天气冷热,湿度高低,都能维持设计好那时的灵敏感,这也是因为有自动阻抗调整功能。针对不同应用的需求,ATALAB 提供了有单键 / 双键 / 所有键输出模式。工作电路用了极少的零件,只需要几颗电阻电容,就能完成工作电路。

  手感:跟传统按键比较,“触摸感应按键”面对最大的困难,就是不实在,没有按键的感觉,没有手感。举个例子,很多人打手机时,根本不需要看着数字键,已能确定数字键的位置;计算机上的键盘也是。这就是因为习惯了按键的感觉,所以这类应用是不合适的。但其他应用,也会出现没有手感的问题,不过很多产品工程师会在设计时,在按键动作出现时,配上LED或加上蜂鸣器,表示已按键。ATLAB ATA2508特别为此类问题而特别设计了最多十二个I/O口 (指定型号),和用作驱动蜂鸣器的引脚 (指定型号)。

  按键面板材料:十分简单,基本上只要是非导电的物质,都可以用作“触摸感应按键”的外壳材料,但问题在于印刷面板上按键图标和文字的颜料,如颜料之中用了一些含有导电成份的物质,那么就会完全影响了按键的效果,例如一开机,就已有按键给按下。

  按键跟芯片的距离:最好是把芯片按键做在同一块PCB板,如果距离太远,PCB走线太长,会增加收到噪声的机会,而且会使整体的按键的阻抗值不匹配。

  老产品配合触摸感应按键:有些已经是成熟的老产品,本来的表键是用MCU的A/D来读电阻梯型式的按键,如想要加上触摸感应按键,但由于MCU部份可能不能改,所以无法直接换进去。如真的要用,可能要要加上一粒MCU来实现,或是用ATA2508提供的I/O输出作按键输出。

  威雅利公司推广ATA2508触摸感应芯片已有一段时间,做了不少参考设计,例如配合MCU做出一个完整方案,现在可以配合客户的设计需求,帮手布板。

  准备:如想为你的产品做“电容式触摸感应”按键,有些数据一定要先确定下来。例如外壳大小,镙丝孔位置,PCB的大小,按键的大小、形状、数量。面板的材料和厚度。PCB的型式,可以是单层/双层、软质PCB (又称FPC)、又或是薄膜 (ITO)。

  参数调整: ATA2508的外围电路十分简单,大部分的设定都是通过I2C对指定地址设定,简单的灵敏度调整,都是通过改变ALPHA值,而过滤跳动时的误动作则需要改变BETA值,BETA值可以看成是一个门坎值,此数值一般都必需少于ALPHA 值。另外,还有Reference Delay,Integration Time,和Strength Threshold。

  最后关头才需要的外加电容:多数情况下,通过参数调整已足够做出效果不错的“触摸感应按键”。但有一些情况会需要加上某些按键加上电容,例如其中有一个按键与众不同,面积较其他的大很多、或是小很多。

  简单测试:防水测试,把一些水倒在覆盖按键金属面的面板上,测试有否按键被误触发;电话干扰测试,把正在拨出电话的手机放近按键板的面板上,看看是否会被误触发。收音机测试;有些产品内有收音机部分,测试收音机会否被干扰。(ATLAB都可以通过以上测试)

  传统的洗衣机的面板都是一些机械式按键,这些按键的使用次数不多,每次使用时,只是设定某些洗衣程序再按开始就可以了。而且,放洗衣精、洗衣液,或柔顺剂的时候, 总有不小心的时候,可能会把这些东西淋了在面板上,时间长了,渗入了按键内,甚至影响电路板工作。而用“触摸感应”方法的话,按键是做在面板上,跟主机一体化,清洁容易,而且有防水功能,不只是“触摸感应”按键,甚至可把洗衣机常见的“旋动选择”改成“触摸感应旋动选择”。

  因电磁炉的高效加热原理十分之高效率,十分适合火锅或是烧水。电磁炉的按键一般都落在前方的表面。而这两种应用中,都涉及到“水”,尤其是当电磁炉用于火锅的时候,经常看到有人会不小心把“汤”浇在面板上,如果用传统的机械式按键,相信渗进电路板的机会很大。而ATA2508的防水功能,就十分合适。

  现在的电视,通常都用红外线遥控器,用家真的很少走到电视前去按面板的功能键,所以如果面板用了“触摸感应”方式的按键的话,可以节省了按键的成本,因只要把有按键形状的PCB线路板贴在面板内,就可以有按键,这样做也可以令同一模具有不同的按键布局。(备注:防水功能: 即使有水在按键上面都不会出现误动作,而在按键上有水的情况下按下按键,仍是正确的反应。)