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硬件小課堂|復(fù)旦微TSI電容式觸摸感應(yīng)

復(fù)旦微MCU ? 2022-11-04 14:35 ? 次閱讀
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人類從孩童到白發(fā)蒼蒼,觸摸著世界,感受著世界?,F(xiàn)如今,許多電子設(shè)備具備Touch功能與其進(jìn)行交互,讓木訥的電子設(shè)備也能感受到人類的溫度。

復(fù)旦微電子集團(tuán)股份有限公司深耕集成電路產(chǎn)業(yè),其MCU團(tuán)隊(duì)推出的FM33FR0xx系列MCU產(chǎn)品帶有的TSI電容觸摸功能,在智能家電、智能家居、智慧能源等方面具有良好的應(yīng)用。

FM33FR0xx系列的TSI電容觸摸功能最大支持14個(gè)獨(dú)立按鍵通道 (可任意配置為接近檢測通道);具有高電容檢測靈敏度;支持Baseline調(diào)校來補(bǔ)償外界對于電容的影響;具有防水功能和低功耗檢測;TSI不僅支持Button、Slider傳統(tǒng)觸摸方式,還支持接近感應(yīng)。

觸摸檢測原理

現(xiàn)如今Touch技術(shù)主要分為自容式和互容式,此外還有自互容一體的。

以自容式為例:

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(A)

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(B)

圖1. 自電容觸摸原理圖

自電容按鍵連接到電容傳感器PAD的單個(gè)電極測得電容量為C。C值是由電極及其周圍導(dǎo)體形成的靜態(tài)電容Cs和手指與電極產(chǎn)生的Cf的復(fù)合值。

由圖1可知,當(dāng)傳感器 PAD處于未被觸摸狀態(tài)的時(shí)候,傳感器 PAD 和走線的電場僅能耦合到網(wǎng)格鋪地上,形成傳感器的靜態(tài)電容Cs。在有手指觸摸的情況下,傳感器 PAD 和手指之間就通過覆蓋層形成了一個(gè)對地的電容Cf,這使得傳感器 PAD 的電容值變大。因此,TSI 模塊通過檢測傳感器的電容值的變化,可以檢測到觸摸行為。為了使觸摸傳感電路更好工作一般需要在電極上方增加一層覆蓋層,厚度可以為1-5毫米,如圖1所示。

TSI檢測電路

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圖2. TSI內(nèi)部檢測電路原理

TSI模塊首先需要通過采樣時(shí)鐘對內(nèi)部的開關(guān)施加FSW的開關(guān)信號,用于驅(qū)動傳感器等效電容Cp進(jìn)行充放電 (注意,F(xiàn)SW的開關(guān)頻率至少保證電容是滿充滿放)。

充放電的電源來源于CREF,如圖2所示。為將CREF的電壓始終穩(wěn)定在一個(gè)固定的參考電壓上,電壓比較電路通過采樣CREF的電壓對IDAC進(jìn)行閉環(huán)控制,如圖2 所示。

CP每次進(jìn)行滿充和滿放,等于從儲能電容CREF取走一個(gè)CP的電荷量。從這個(gè)角度看,可以將傳感器電路和充放電路看作等效電阻Req,進(jìn)行對地放電,如圖3所示。電容的變化就可以看作電流的變化。

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圖3、觸摸等效電路圖

利用Sigma-Delta方法在周期內(nèi)掃描一個(gè)通道,計(jì)算IDAC打開的時(shí)間占據(jù)周期時(shí)間的比例,該比例與電容量成一次關(guān)系。TSI軟件庫可衡量這個(gè)比例值來檢測觸摸。

TSI Tuner 軟件工具

復(fù)旦微電MCU團(tuán)隊(duì)致力于為客戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。團(tuán)隊(duì)開發(fā)的TSI Tuner工具旨在為用戶能夠快速建立觸摸應(yīng)用原型設(shè)計(jì),并且可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整滿足客戶需求。

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