關鍵詞： 電容式 , LED照明

作者: Vairamuthu Ramasamy和Shruti Hanumanthaiah，賽普拉斯半導體

我們在第二部分中介紹了PWM（脈沖寬度調制）的不用實現方法。在第三部分中，我們將探討設計具有電容式感應和LED照明的系統時所遇到的常見挑戰，以及應對方法。

布局設計

本節我們將討論在設計具有電容式傳感器和開關線路（例如LED、通信）的系統時所需遵循的重要布局設計規則。開關跡線與電容式傳感器跡線并行布置會使感應系統的開關噪聲結合在一起。由于我們試圖以毫微微法拉級（fF）的分辨率測量電容，因此感應模塊對串擾噪聲就會很敏感。只要傳感器跡線具有固定參考（例如并行的地線），感應系統就會具有恒定電容，但是，開關跡線會在接地與高阻抗或VDD間快速切換，從而改變參考值，進而導致電容變化。因此，在布線時應遵循的方法是決不能讓開關跡線與感應跡線并行放置。圖1給出了推薦的布局布線圖。

2014-6-30 16:41:59 上傳

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圖1：推薦的布線圖

我們應該可以并行布置多條傳感器跡線以防止進一步增加布線復雜性。讓我們看一看并行布置兩條傳感器線路時會出現的問題。假設當掃描一條線路時，另一條線路為浮動狀態。那么觸摸浮動線路將導致與另一條線路間的電容變化。解決這個問題的辦法是將所有未被掃描的傳感器引腳接地。之所以能這樣做是因為控制器通常具有可多路復用傳感器引腳的電容式傳感模塊。但是，如果器件支持對多條線路同時掃描，那么需要同時掃描的引腳不應并行布線。例如，賽普拉斯的PsoC器件 支持雙通道同時掃描。

設計原理圖時將開關引腳與感應引腳的隔離（見圖2）有助于在布局過程中避免并行布線。我們注意到在固件實現方案中可為PWM驅動選擇任意引腳，這種優勢能實現更方便的引腳分配。

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圖2：傳感器與開關線路的隔離引腳分配

考慮到電子系統正變得越來越復雜，可能不一定總能完全避免并行布線。這種情況下可以采用一個電容器來降低LED線路的轉換率，進而減少串擾，如圖3所示。電容器的取值通常是0.1μF。

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圖3：串擾解決方案

驅動電流強度

務必要選擇可滿足應用中電流驅動要求的控制器，以減少BOM成本。端口引腳通常具有較高的吸入電流能力和較低的輸出電流能力。應把需要高電流的LED連接在吸入結構中。這些引腳的驅動模式應該能夠在開漏模式下進行配置。這樣，寫入0可將引腳驅動到高阻抗狀態，從而關閉LED；寫入1可將引腳驅動至低阻抗狀態，從而打開LED。當與電容式感應相結合時，電流的吸入可能產生一個不良效果，會限制器件所能吸入的最大電流。我們將在第4部分具體介紹這個問題。

如果LED連接在多路復用結構中，那么輸出能力就比較重要。需要更高驅動電流的應用必須使用外部MOSFET開關來驅動LED。

負載瞬變噪聲

可以執行電容式感應并驅動LED的SoC屬于混合信號IC，具有模擬和數字模塊。模擬和數字電路必須盡可能地進行分離，以防止數字噪聲降低電容式感應系統的性能。常見的挑戰在于，當在吸入模式下連接LED的輸出引腳并在邏輯高電平與邏輯低電平之間切換時，感應系統會拾取接地噪聲。

為減少引腳數量，有些混合信號IC將芯片的模擬接地導體片和數字接地導體片共同連接到封裝的共用接地引腳上。該接合線電阻通常是幾十毫歐姆。圖4給出了這種引腳分配方式。

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