在ä¸ç«¯æ‰‹æ©Ÿè¡Œæ¥ä¸ï¼Œç”¨æˆ¶ç•Œé¢çš„æ”¹å–„是新款手機ç²å¾—æˆåŠŸçš„é—œéµã€‚å¦‚æžœä¸€æ¬¾æ‰‹æ©Ÿæ ¹æœ¬æ²’æœ‰äººæ„¿æ„用,那么它å†å¥½åˆæœ‰ä»€ä¹ˆæ„義ï¼è€ƒæ…®åˆ°é€™ä¸€é»žï¼Œåˆ¶é€ 商們æ£å°ˆæ³¨äºŽé–‹ç™¼å‰µæ–°æŠ€è¡“,以便在ä¸é™ä½Žæ‰‹æ©Ÿç”¨æˆ¶ç•Œé¢ï¼ˆCPUI)的性能的情æ³ä¸‹æ›¿æ›å°ºå¯¸è¼ƒå¤§çš„æŒ‰éˆ•和開關。在CPUI ä¸é‡‡ç”¨é›»å®¹å¼å‚³æ„Ÿæ˜¯ç¸®æ¸›å°ºå¯¸çš„ä¸€ç¨®è¡Œä¹‹æœ‰æ•ˆçš„æŠ€è¡“ï¼Œå®ƒå¯æä¾›ä½Žæˆæœ¬ã€é¯æ£’性ã€éˆæ´»æ€§ä»¥åŠä¸€å€‹ç›´è§€çš„CPUIï¼Œè€Œä¸”é‚„èˆ‡ç¾æœ‰è¨å‚™çš„外形尺寸和功能兼容。電容å¼å‚³æ„ŸåŠŸèƒ½å¯ä»¥èˆ‡ç™½å…‰LED é©…å‹•å’Œé›»æ± å……é›»ç‰å…¶å®ƒæ¨™æº–手機功能相組åˆï¼Œä»¥é€²ä¸€æ¥é™ä½Žæ‰‹æ©Ÿçš„æˆæœ¬ã€‚è³½æ™®æ‹‰æ–¯é‡‡ç”¨CapSense 技術的PSoC æ··åˆä¿¡è™Ÿé™£åˆ—å¯è®“åˆ¶é€ å•†è¼•æ¾åœ°åœ¨å…¶æ‰‹æ©Ÿä¸å¢žåР電容å¼å‚³æ„ŸåŠŸèƒ½ã€‚
典型的ä¸ç«¯CPUI 由幾個按鈕ã€é–‹é—œå’Œé¡¯ç¤ºå±çµ„æˆã€‚å¦‚æžœåªæ˜¯æƒ³æ“有基本功能,CPUI åƒ…éœ€ä¸€å€‹å—æ¯æ•¸å—éµç›¤ã€é¡¯ç¤ºå±ï¼Œæˆ–許å†åŠ ä¸Šä¸€å€‹é›»æºé–‹é—œå°±è¶³å¤ 了。但目å‰åˆ¶é€ 商è¨è¨ˆçš„æ‰‹æ©Ÿèƒ½å¤ ç€è¦½ç¶²é ã€ç™¼é€æ–‡æœ¬æ¶ˆæ¯ã€æ‹æ”照片ã€ç”šè‡³å˜å„²å’Œæ’æ”¾èƒŒæ™¯éŸ³æ¨‚ã€‚åœ¨æ¶ˆè²»å¸‚å ´ä¸Šï¼Œé€™äº›åŠŸèƒ½æ˜¯å¸å¼•大多數消費者的關éµå› ç´ ã€‚ç‚ºæ”¯æŒé€™äº›åŠŸèƒ½ï¼Œåˆ¶é€ å•†éœ€è¦å¢žåŠ CPUI 的功能。å°CPUI è€Œè¨€ï¼ŒåŠŸèƒ½çš„å¢žåŠ å°‡ç”¢ç”Ÿå…©ç¨®åŽæžœï¼šè¦ä¹ˆå°ºå¯¸è®Šå¤§ï¼Œè¦ä¹ˆæ›´åŠ å¾©é›œã€‚ä¸å¹¸çš„æ˜¯ï¼Œæ¶ˆè²»è€…åŒæ¨£å°æ›´ç°¡å–®ã€å°å·§çš„æ‰‹æ©Ÿæƒ…有ç¨é˜ã€‚æ‰‹æ©Ÿåˆ¶é€ å•†å¦‚ä½•æ‰èƒ½è§£æ±ºæ¶ˆè²»è€…æå‡ºçš„這一難題呢?一種å¯èƒ½çš„辦法就是用電容å¼å‚³æ„Ÿå™¨ä¾†å–代傳統的按鈕和開關。電容å¼å‚³æ„Ÿå™¨èƒ½å¾ˆå®¹æ˜“åœ°æ›¿æ›æ™‚下CPUI 最為常用的數å—開關和線性滑塊。
電容å¼å‚³æ„Ÿå™¨çš„基本形å¼å°±æ˜¯ä¸€å°ç›¸é„°çš„æ¥µæ¿ã€‚在這些相鄰的極æ¿ä¹‹é–“å˜åœ¨è‘—固有電容,電容值與極æ¿çš„åŽšåº¦æˆæ£æ¯”,與極æ¿ä¹‹é–“çš„è·é›¢æˆåæ¯”ã€‚åœ¨ç†æƒ³æƒ…æ³ä¸‹ï¼Œé€™æ˜¯å‚³æ„Ÿå™¨å”¯ä¸€å¯æ¸¬åˆ°çš„電容。當把一個導體(比如手指)放在é 近兩塊極æ¿çš„åœ°æ–¹æ™‚ï¼Œå°±æœƒçµ¦å›ºæœ‰é›»å®¹å¢žåŠ ä¸€å€‹å¹¶è¯é›»å®¹ã€‚æ¤æ™‚ï¼Œå¯æ¸¬é‡çš„電容值便是固有電容值與手指至傳感器的耦åˆé›»å®¹å€¼ä¹‹å’Œã€‚當把手指放在電容å¼å‚³æ„Ÿå™¨ä¹‹ä¸Šï¼Œé›»å®¹å°‡å¢žåŠ ã€‚æ‹¿é–‹æ‰‹æŒ‡åŽï¼Œé›»å®¹å°‡æ¸›å°ã€‚智能地測é‡é›»å®¹å€¼çš„變化就å¯ä»¥ç¢ºå®šæ‰‹æŒ‡æ˜¯å¦å˜åœ¨ã€‚

圖1ï¼šå…¸åž‹å¼›å¼µæŒ¯è•©å™¨æ‹“æ’²çµæ§‹
電容å¼å‚³æ„Ÿå™¨ç”±æ™®é€šé›»åç·šè·¯å°åˆ·é›»è·¯æ¿ï¼ˆPCB)上兩個有一定間隔的相鄰銅焊盤或銅線組æˆã€‚é€™æ˜¯ä¸€å€‹åŸºæœ¬çš„é›»å®¹å¼æ•¸å—é–‹é—œã€‚åŒæ¨£åœ°ï¼Œç·šæ€§æ»‘塊由PCB 上電容å¼å‚³æ„Ÿå™¨çš„一個陣列構æˆã€‚典型情æ³ä¸‹ï¼Œå‚³æ„Ÿå™¨çš„ä¸€å¡ŠéŠ…æ¥µæ¿æŽ¥åœ°ï¼Œåªç•™æœ‰ä¸€å¡Šæœ‰æºæ¥µæ¿ã€‚å¯¦éš›ä¸Šï¼Œé‚Šç·£é›»å®¹æœƒå¢žåŠ å‚³æ„Ÿå™¨çš„å›ºæœ‰é›»å®¹ï¼Œé€šå¸¸ç¸½çš„å…¸åž‹å€¼ç‚º10pF~30pF。典型的手指耦åˆé›»å®¹å€¼ç‚º1pF~2pF。實ç¾é›»å®¹å¼å‚³æ„Ÿå™¨çš„æŒ‘戰在于è¨è¨ˆä¸€å€‹èƒ½å¤ 測é‡3%的電容變化(由手指引起)的電路。弛張振蕩器是一種簡單而有效的電容測é‡é›»è·¯ã€‚å…¸åž‹çš„å¼›å¼µæŒ¯è•©å™¨é›»è·¯æ‹“æ’²çµæ§‹ï¼ˆåœ–1)包括4 å€‹å…ƒä»¶ï¼šåŒæ¥æ¯”較器ã€é›»æµæºã€æ”¾é›»é–‹é—œå’Œé›»å®¹å¼å‚³æ„Ÿå™¨ã€‚
ä¸€é–‹å§‹ï¼Œæ”¾é›»é–‹é—œè™•äºŽé–‹è·¯ç‹€æ…‹ï¼Œé›»æµæºå°é›»å®¹å¼å‚³æ„Ÿå™¨é€²è¡Œç·šæ€§å……電。電容å¼å‚³æ„Ÿå™¨ä¸Šçš„電壓斜線上å‡ï¼Œç›´åˆ°è¶…éŽæ¯”較器的閾值。比較器的輸出從低電平變æ›è‡³é«˜é›»å¹³ï¼Œä½¿æ”¾é›»é–‹é—œé–‰åˆã€‚電容å¼å‚³æ„Ÿå™¨é€šéŽè©²ä½Žé˜»æŠ—通é“迅速å‘地放電。該éŽç¨‹å°‡ä½¿æ¯”較器的輸出由高變低,然åŽé‡å¾©å¾ªç’°ã€‚
è¼¸å‡ºé »çŽ‡ï¼ˆfoutï¼‰å–æ±ºäºŽå……電電æµå’Œé›»å®¹å¼å‚³æ„Ÿå™¨æ•¸å€¼ï¼Œé—œç³»å¼å¦‚下:

典型è¨è¨ˆå°‡æŒ¯è•©å™¨é »çއè¨å®šåœ¨20kHz 至200kHz 的范åœå…§ï¼Œç„¶åŽå°‡è©²é »çŽ‡é¥‹å…¥ä¸€å€‹æ™ºèƒ½æ¸¬é‡é›»è·¯ã€‚é€šéŽæ¸¬é‡é »çŽ‡çš„è®ŠåŒ–ï¼Œå³å¯åˆ¤å®šæ‰‹æŒ‡æ˜¯å¦å˜åœ¨ã€‚有兩種廣為采用的測é‡å¼›å¼µæŒ¯è•©å™¨é »çŽ‡çš„æ–¹æ³•ï¼šä¸€ç¨®æ˜¯æ¸¬é‡é »çŽ‡ï¼Œå¦ä¸€ç¨®æ˜¯æ¸¬é‡å‘¨æœŸã€‚
圖2ï¼šé »çŽ‡æ¸¬é‡çš„電路與波形
é »çŽ‡æ¸¬é‡æ˜¯æŒ‡åˆ©ç”¨é–€æŽ§å®šæ™‚器,在一段固定時間內測é‡å¼›å¼µæŒ¯è•©å™¨çš„é »çŽ‡ï¼ˆåœ–2)。通éŽè®€å–定時器來確定在固定時間ä¸ç´¯ç©çš„計數值。這種方法é©ç”¨äºŽèˆ‡æŒ¯è•©å™¨å‘¨æœŸç›¸æ¯”,電容å¼å‚³æ„Ÿå™¨çš„æ”¾é›»æ™‚é–“å¯ä»¥å¿½ç•¥ä¸è¨ˆçš„ä½Žé »æ‡‰ç”¨ã€‚å‘¨æœŸæ¸¬é‡åˆ©ç”¨æŒ¯è•©å™¨é »çŽ‡ä½œç‚ºè„ˆå¯¬èª¿åˆ¶å™¨ï¼ˆPWM)的門控信號(圖3ï¼‰ã€‚ä¸€å€‹æ¯”å¼›å¼µæŒ¯è•©å™¨é »çŽ‡æ›´é«˜çš„é »çŽ‡è¢«ç”¨ä¾†å°å®šæ™‚器定時。定時器時é˜è¶Šå¿«ï¼Œæ¸¬é‡é›»å®¹çš„分辨率越高。å¯é‡‡ç”¨å‚³çµ±çš„555 å®šæ™‚å™¨æˆ–æ›´åŠ å¾©é›œçš„å¾®æŽ§åˆ¶å™¨è¼•æ¾å¯¦ç¾é€™å…©ç¨®æ–¹æ³•。由于確定手指å˜åœ¨èˆ‡å¦éœ€è¦å€ŸåŠ©æ™ºèƒ½è»Ÿä»¶ç®—æ³•ï¼ŒåŸºäºŽå¾®æŽ§åˆ¶å™¨çš„è§£æ±ºæ–¹æ¡ˆä¼¼ä¹Žæ›´åŠ ç²¾å·§ã€‚
PSoC æ··åˆä¿¡è™Ÿé™£åˆ—
賽普拉斯的PSoC æ··åˆä¿¡è™Ÿé™£åˆ—CY8C21x34 å’ŒCY8C24794 系列產å“采用CapSense技術,具有一組ç¨ç‰¹çš„硬件特性,它通éŽå¼›å¼µæŒ¯è•©å™¨æ‹“æ’²çµæ§‹å¯¦ç¾å…·æœ‰æˆæœ¬æ•ˆç›Šã€ç°¡å–®çš„電容å¼å‚³æ„Ÿè¨è¨ˆã€‚圖4 çµ¦å‡ºäº†é€™ç¨®æ‹“æ’²çµæ§‹ã€‚這組特性包括:多å€ç²¾åº¦å®šæ™‚器和計數器ã€è‡ªå‹•連接放電開關的比較器ã€å¯ç·¨ç¨‹é›»æµæºä»¥åŠä¸€å€‹å¯ä½¿æ¯å€‹å¼•腳都æˆç‚ºæ½›åœ¨é›»å®¹å¼å‚³æ„Ÿå™¨çš„通用模擬多路復用器。和所有的PSoC 一樣,實ç¾ç‰¹å®šæ‡‰ç”¨æ‰€éœ€çš„外è¨å‡é€šéŽå…§éƒ¨å¯„å˜å™¨ä¾†é…置。PSoC Designer 是為PSoC 應用è¨è¨ˆæä¾›å¹«åŠ©çš„è»Ÿä»¶å·¥å…·ï¼Œå®ƒåŒ…æ‹¬å°ˆç”¨ç”¨æˆ¶æ¨¡å¡Šå’Œå‘導,以é‡å°é›»å®¹å¼å‚³æ„Ÿè¨è¨ˆé…置內部寄å˜å™¨ã€‚這一å°åŠŸèƒ½å¼·å¤§çš„çµ„åˆç‚ºå·¥ç¨‹å¸«å€‘æä¾›äº†å¯¦ç¾ç°¡å–®çš„電容弿•¸å—é–‹é—œï¼ˆç”šè‡³æ›´åŠ å¾©é›œçš„é›»å®¹å¼ç·šæ€§æ»‘塊)所需的工具。除了內部寄å˜å™¨é…置之外,PSoC Designer 還包括必è¦çš„軟件程åºï¼Œç”¨äºŽç¢ºå®šæ•¸å—é–‹é—œä¸Šæ˜¯å¦æœ‰æ‰‹æŒ‡è§¸æ‘¸æˆ–者確定手指在線性滑塊上的準確ä½ç½®ã€‚為實ç¾å®Œæ•´çš„電容å¼å‚³æ„Ÿæ‡‰ç”¨ï¼Œé€™ç¨®æ™ºèƒ½æ˜¯å¿…需的。




周期測é‡çš„電路與波形(圖3)以åŠç”¨äºŽé›»å®¹å¼å‚³æ„Ÿçš„PSoC å¼›å¼µæŒ¯è•©å™¨æ‹“æ’²çµæ§‹ï¼ˆåœ–4)。該軟件算法æä¾›å…©å€‹æ™ºèƒ½åŒ–功能。第一個功能是把從測é‡é›»è·¯ç²å¾—的計數值轉æ›ç‚ºæ‰‹æŒ‡æª¢æ¸¬çµæžœã€‚數å—開關和線性滑塊å‡éœ€è¦é€™ä¸€åŠŸèƒ½ã€‚ç¬¬äºŒå€‹åŠŸèƒ½æ˜¯åˆ©ç”¨å¤šå‚³æ„Ÿå™¨é™£åˆ—çš„é›»å®¹åŠ æ¬Šå¹³å‡å€¼è¨ˆç®—手指在線性滑塊上的ä½ç½®ã€‚雙單元滑塊有一個固有的單元最低有效ä½ï¼ˆLSB)。如果手指在滑塊之上,則它å¯ä»¥ä½äºŽå–®å…ƒ1 å’Œ/或單元0之上。但是,從分辨率來看,手指ä½ç½®é€šå¸¸è¶…éŽå„個電容å¼å‚³æ„Ÿå™¨çš„物ç†é–“è·ï¼Œå› æ¤ç¬¬äºŒå€‹åŠŸèƒ½é‚„èžåˆäº†ä¸€å€‹æ’值算法。æ’值處ç†å°‡LSB 從1 單元減å°è‡³1/2 單元ã€1/4 單元或1/16 單元。æ’值是實ç¾å¹³æ»‘的電容å¼ç·šæ€§æ»‘塊的關éµã€‚CapSense 技術和智能軟件算法的çµåˆä½¿PSoC æˆç‚ºäº†é›»å®¹å¼å‚³æ„Ÿæ‡‰ç”¨é ˜åŸŸçš„佼佼者。
電容弿•¸å—é–‹é—œå¯è¼•而易舉地å–代當今CPUI ä¸çš„åŸºæœ¬å—æ¯æ•¸å—éµç›¤å’Œé›»æºé–‹é—œã€‚這種替代方案具有雙é‡å„ªé»žï¼šCPUI 的物ç†åŽšåº¦å’Œç¸½æˆæœ¬å‡æœ‰æ‰€ç¸®æ¸›ã€‚利用電容å¼å‚³æ„Ÿï¼Œå¤šç¨®å¾©é›œå’ŒåŸºæœ¬çš„CPUI 功能å¯ä»¥è¢«æ•´åˆåœ¨ä¸€å€‹é›»å®¹å¼ç·šæ€§æ»‘塊ä¸ã€‚滑塊æä¾›ç”¨äºŽç¶²é ç€è¦½æˆ–地å€ç°¿éæ·çš„ç¿»å±åŠŸèƒ½ã€éŸ³é‡æŽ§åˆ¶ã€ç”šè‡³äº®åº¦æŽ§åˆ¶åŠŸèƒ½ã€‚å¯¦ç¾æ‰€æœ‰é€™äº›åŠŸèƒ½æ‰€å 用的空間å°äºŽå‚³çµ±CPUI 所需的空間。二ç¶ç·šæ€§æ»‘塊å¯å°‡å‚³çµ±çš„CPUI 轉變æˆè§¸æ‘¸æ¿ï¼ˆèˆ‡æ™®é€šä¾¿æ”œå¼é›»è…¦æ‰€ä½¿ç”¨çš„觸摸æ¿ç›¸ä¼¼ï¼‰ã€‚具有觸摸æ¿CPUI çš„ä¸ç«¯æ‰‹æ©Ÿèƒ½å¤ æä¾›è«¸å¦‚å…‰æ¨™æŽ§åˆ¶ç‰æ›´ä¾¿äºŽæ“作的功能。電容å¼è§¸æ‘¸æ¿çš„å¦ä¸€å€‹ç‰¹é»žæ˜¯èƒ½é©æ‡‰å„種幾何形狀。當與如今許多ä¸ç«¯æ‰‹æ©Ÿçš„外形和功能èžç‚ºä¸€é«”æ™‚ï¼Œè§¸æ‘¸æ¿æä¾›ç„¡ç¸«çš„éˆæ´»æ€§ã€‚一個需è¦è§£æ±ºçš„å•題是與周åœç’°å¢ƒçš„隔離。如果å…許手指直接接觸電容å¼å‚³æ„Ÿå™¨ï¼Œæˆ–者å—其它外界環境的å±å®³ï¼Œæ‰‹æ©Ÿçš„使用壽命就會縮çŸã€‚å› æ¤ï¼Œå¿…é ˆåˆ©ç”¨çµ•ç·£ææ–™å°‡é›»å®¹å¼å‚³æ„Ÿå™¨èˆ‡å‘¨åœç’°å¢ƒéš”離開來。便攜å¼é›»è…¦å’Œåª’é«”è¨å‚™åˆ¶é€ 商常常采用èšè„‚è† å¸¶æˆ–å¡‘æ–™è†œæä¾›å¿…è¦çš„隔離。ä¸å¹¸çš„æ˜¯ï¼Œçµ•ç·£ææ–™å°‡é™ä½Žæ‰‹æŒ‡èˆ‡å‚³æ„Ÿå™¨ä¹‹é–“的耦åˆé›»å®¹ã€‚較低耦åˆé›»å®¹æ„å‘³è‘—æ‰‹æŒ‡æª¢æ¸¬éˆæ•度下é™ã€‚å¸¸è¦‹çš„éš”é›¢ææ–™åŽšåº¦å€¼ç‚º0.5mm,最大厚度接近2mm。如果超éŽè©²åŽšåº¦ï¼Œé›»å®¹å¼å‚³æ„Ÿå™¨çš„éˆæ•度將低至無法到檢測手指的å˜åœ¨ã€‚é›–ç„¶é‡‡ç”¨çµ•ç·£å±¤æœƒé€ æˆç¸½é«”éˆæ•度下é™ï¼Œä½†å®ƒå»ç‚ºæ‰‹æ©Ÿåˆ¶é€ 商æä¾›äº†ä¸€æ¢å‰µæ–°çš„é€”å¾‘ã€‚åˆ¶é€ å•†å¯ä»¥æŠŠäºŒç¶å‚³æ„Ÿå™¨éš±åŒ¿äºŽå„種色彩絢爛的塑料膜的åŽé¢ã€‚在這種塑料膜的表é¢çµ²å°äº†å¯æä¾›åŸºæœ¬æ‰‹æ©ŸåŠŸèƒ½çš„å—æ¯æ•¸å—åœ–æ¡ˆï¼Œå†æ²¿è‘—塑料膜的周邊絲å°ä¸€å€‹æ»¾å‹•æ¢ï¼Œé€™æ¨£å°±èƒ½å¤ 實ç¾é«˜ç´šåŠŸèƒ½ã€‚åŒæ¨£çš„電容å¼è§¸æ‘¸æ¿åŠ ä¸Šå„種塑料膜便能實ç¾å¤šå€‹CPUI 功能。
電容å¼å‚³æ„ŸåŠŸèƒ½ä¹Ÿå¯èˆ‡å…¶å®ƒçš„æ¨™æº–手機功能相çµåˆä»¥é™ä½Žæ‰‹æ©Ÿæˆæœ¬ã€‚采用CapSense 技術的PSoC æ··åˆä¿¡è™Ÿé™£åˆ—就是為æä¾›é€™ç¨®éˆæ´»æ€§è€Œè¨è¨ˆã€‚PSoC èƒ½å¤ é©…å‹•åµŒå…¥åœ¨æ‰‹æ©Ÿé¡¯ç¤ºå±å…§çš„白光LED,甚至還å¯ç‚ºå…§éƒ¨çš„æ‰‹æ©Ÿé›»æ± 充電。以往一直由分離的微控制器來處ç†çš„功能如今已å¯è¢«é›†æˆåˆ°å–®å€‹PSoC ä¸ã€‚å°ç•¶ä»Šçš„ä¸ç«¯æ‰‹æ©Ÿåˆ¶é€ 商而言,電容å¼å‚³æ„ŸæŠ€è¡“具有強大優勢。電容å¼å‚³æ„ŸCPUI ä¸åƒ…改進了手機的工æ¥è¨è¨ˆï¼Œè€Œä¸”é‚„ç‚ºä¸æ–·å¢žåŠ çš„æ¶ˆè²»å¸‚å ´éœ€æ±‚æä¾›äº†å‰µæ–°çš„解決方案。賽普拉斯采用CapSense 技術的PSoC æ··åˆä¿¡è™Ÿé™£åˆ—是實ç¾é«˜æ€§èƒ½å¹¶å…·æœ‰æˆæœ¬æ•ˆç›Šçš„電容å¼å‚³æ„Ÿè§£æ±ºæ–¹æ¡ˆçš„é—œéµã€‚