在中端手机行业中,用户界面的改善是新款手机获得成功的关键。如果一款手机根本没有人愿意用,那么它再好又有什么意义!考虑到这一点,制造商们正专注于开发创新技术,以便在不降低手机用户界面(CPUI)的性能的情况下替换尺寸较大的按钮和开关。在CPUI中采用电容式传感是缩减尺寸的一种行之有效的技术,它可提供低成本、鲁棒性、灵活性以及一个直观的CPUI,而且还与现有设备的外形尺寸和功能兼容。电容式传感功能可以与白光LED驱动和电池充电等其它标准手机功能相组合,以进一步降低手机的成本。赛普拉斯采用CapSense技术的PSoC混合信号阵列可让制造商轻松地在其手机中增加电容式传感功能。
典型的中端CPUI由几个按钮、开关和显示屏组成。如果只是想拥有基本功能,CPUI仅需一个字母数字键盘、显示屏,或许再加上一个电源开关就足够了。但目前制造商设计的手机能够浏览网页、发送文本消息、拍摄照片、甚至存储和播放背景音乐。在消费市场上,这些功能是吸引大多数消费者的关键因素。为支持这些功能,制造商需要增加CPUI的功能。对CPUI而言,功能的增加将产生两种后果:要么尺寸变大,要么更加复杂。不幸的是,消费者同样对更简单、小巧的手机情有独钟。手机制造商如何才能解决消费者提出的这一难题呢?一种可能的办法就是用电容式传感器来取代传统的按钮和开关。电容式传感器能很容易地替换时下CPUI最为常用的数字开关和线性滑块。
电容式传感器的基本形式就是一对相邻的极板。在这些相邻的极板之间存在着固有电容,电容值与极板的厚度成正比,与极板之间的距离成反比。在理想情况下,这是传感器唯一可测到的电容。当把一个导体(比如手指)放在靠近两块极板的地方时,就会给固有电容增加一个并联电容。此时,可测量的电容值便是固有电容值与手指至传感器的耦合电容值之和。当把手指放在电容式传感器之上,电容将增加。拿开手指后,电容将减小。智能地测量电容值的变化就可以确定手指是否存在。
图1:典型弛张振荡器拓扑结构。
电容式传感器由普通电子线路印刷电路板(PCB)上两个有一定间隔的相邻铜焊盘或铜线组成。这是一个基本的电容式数字开关。同样地,线性滑块由 PCB上电容式传感器的一个阵列构成。典型情况下,传感器的一块铜极板接地,只留有一块有源极板。实际上,边缘电容会增加传感器的固有电容,通常总的典型值为10pF~30pF。典型的手指耦合电容值为1pF~2pF。实现电容式传感器的挑战在于设计一个能够测量3%的电容变化(由手指引起)的电路。FROM EDN
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