調(diào)諧方法和固件功能
對于那些使用電容傳感技術(shù)的系統(tǒng)而言，模擬傳感器調(diào)諧是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)步驟。電容感應(yīng)的精度在很大程度上取決于環(huán)境的介電常數(shù)，并受觸摸環(huán)境的影響。設(shè)備應(yīng)能在潮濕、低溫、高溫和風(fēng)雪環(huán)境中工作。這可以通過調(diào)節(jié)固件中的感應(yīng)sensor參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。調(diào)試可以是手動或自動（即由微處理器支持）。自動調(diào)試技術(shù)避免了耗時(shí)、耗力的逐步調(diào)試傳感器的過程。手動調(diào)試對于構(gòu)建數(shù)量較少的應(yīng)用較為方便，因?yàn)樗恍枰罅寇浖枰P(guān)注很多因素，如SNR、材料的介電常數(shù)、覆蓋層的厚度、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間等等。一個(gè)靈活的控制器應(yīng)支持自動和手動調(diào)諧功能，從而便于量產(chǎn)和操作。
實(shí)現(xiàn)智能的信號處理算法還需要良好的固件功能。考慮到調(diào)試電容系統(tǒng)的復(fù)雜性，控制器必須得到一個(gè)綜合設(shè)計(jì)環(huán)境的支持。例如，PSoC Creator是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，可讓設(shè)計(jì)人在不需要編寫復(fù)雜代碼的情況下，設(shè)計(jì)出具備復(fù)雜信號處理功能的電容傳感模塊。
覆蓋層及固定方法的選擇
覆蓋層不僅決定著終端產(chǎn)品的外觀，還決定了其感應(yīng)靈敏度。圖4顯示了采用電容傳感技術(shù)的系統(tǒng)中所使用的不同類型的覆蓋層，如木質(zhì)、丙烯酸和玻璃等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所有這些覆蓋層均需要調(diào)試才能可靠工作。因?yàn)楣潭▎栴}而導(dǎo)致的覆蓋層識別等問題在消費(fèi)應(yīng)用中最常見。
圖4：電容傳感技術(shù)所采用的覆蓋層
電容值隨基板和電極之間的間隙而變化。如果覆蓋層固定不合理，不斷變化的間隙就可能會影響整個(gè)系統(tǒng)的性能和精度。吸膠、磁力校準(zhǔn)和機(jī)械固定是消費(fèi)電子行業(yè)所采用的避免此類問題的一些標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。覆蓋層厚度是另一個(gè)重要參數(shù)，因?yàn)楹穸扰c電容值和靈敏度成正比。從產(chǎn)品角度而言，覆蓋層的材料、工藝和外觀是重要參數(shù)。在消費(fèi)應(yīng)用中，量產(chǎn)一款基于覆蓋層的產(chǎn)品是一項(xiàng)設(shè)計(jì)和制造挑戰(zhàn)。
傳感器元件的布置和接地技術(shù)
通常而言，PCB的地平面應(yīng)整體均勻。這可以減低噪聲，因?yàn)樵肼暿蔷鶆蚍植嫉摹５@同時(shí)增加了寄生電容Cp，從而影響基于電容傳感技術(shù)的應(yīng)用。Cp是與傳感器走線相關(guān)的重要參數(shù)。隨著Cp的增加，布局的難度也將增加，因?yàn)楣こ處煴仨毟又?jǐn)慎，不引入其它寄生電容。這實(shí)際上降低了設(shè)計(jì)人員對布線設(shè)計(jì)的容忍度。
因此，應(yīng)為電容應(yīng)用選擇一個(gè)hash接地層，而不是均勻的地平面。傳感器感應(yīng)點(diǎn)沒有任何其它電信號走線或金屬器件。圖5顯示了這一原理。
圖5： 電容傳感器電路板的PCB結(jié)構(gòu)
電路板技術(shù)的選擇也是影響Cp的一個(gè)重要因素。在大多數(shù)產(chǎn)品中，人們觀察到柔性材料更適合連接傳感器和電路，因?yàn)樗o系統(tǒng)增加的Cp較少。總電容是人觸摸電容、PCB電容（FR4和柔性PCB的該值不同）、PCB走線電容和系統(tǒng)中其它寄生效應(yīng)的和。因此，調(diào)試是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。
最后，可通過為電容傳感器提供屏蔽裝置（即地平面）避免誤觸、EMI、EMC噪聲和其它不良效應(yīng)。圖6是響應(yīng)一次電容刺激的橫截面圖。
圖6： 電容墊和布局技術(shù)的橫截面圖
BOM優(yōu)化
BOM優(yōu)化也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)、外殼和光滑的覆蓋層在增加美觀的同時(shí)也增加了BOM成本，采用RT／Duroid基板、玻璃覆蓋層和一個(gè)時(shí)尚的外殼肯定會打造出一款同類最佳產(chǎn)品，但其高昂的成本可能會令其在市場上遭遇失敗。
總結(jié)
本文探討了面向消費(fèi)應(yīng)用的電容傳感技術(shù)的工作原理、設(shè)計(jì)和應(yīng)用，以及傳感器調(diào)試、組件選擇、布置標(biāo)準(zhǔn)等設(shè)計(jì)中遇到的各種問題，并給出了可能的解決方案。使用一個(gè)集成電容傳感技術(shù)所需特性的控制器可提升產(chǎn)品的性能和可靠性，并降低其成本和復(fù)雜性。