關鍵詞： 電容式 , 觸摸 , 家用電器

作者：Pushek Madaan，Sachin Gupta

購買家用電器時人們考慮的最重要的因素之一就是產品的外觀及其支持的高端功能。利用當今高度集成的片上系統（SoC）處理器，設計人員不僅能設計出采用電容式感應技術的新型用戶界面（UI），而且還能通過結合使用其他系統功能來降低系統成本并縮減板級空間。與此同時，由于SoC在同一芯片中提供了系統構建所需的眾多組件，從而可加速產品上市進程。此外，用于連接多個器件和進行故障調試所需的時間也得以明顯縮短。

2013-8-26 10:44:40 上傳

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圖1：電磁爐方框圖

圖1顯示了電磁爐的方框圖。這種電氣設備必須具有以下幾種關鍵功能：

· 保持鍋的溫度：需要脈寬調制（PWM）來設置加熱線圈的點火時長。
· 風扇控制：需要溫度傳感器和PWM來驅動風扇電機。
· 過流和過壓保護：需要模數轉換器（ADC）和比較器。
· 鍋的自動檢測：需要電磁感應。
· 時基煮食功能：需要實時時鐘（RTC）。
· 用戶界面——顯示屏：需要數字顯示或液晶玻璃顯示驅動器。
· 用戶界面——按鈕：需要電容式觸摸感應和檢測

電容式感應

電容式感應鈕不僅給家電帶來了時尚外觀，而且還避免了磨損問題，因此相對機械按鈕成為了首選技術。許多家電要在液體附近使用，因此需要有防水功能，以免有水情況下造成假觸發。圖2顯示了電容式傳感器印刷電路板（PCB）的典型布局。將圍繞傳感器（藍色）的交叉網格(hatched pattern)連接至保護電極（而不是接地）就可實現防水功能。

2013-8-26 10:44:41 上傳

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圖2：用保護電極實現防水

電極受連接到傳感器的相同信號驅動。這樣，當水滴滴落到傳感器上時，由于交叉網格和傳感器之間沒有電位差，也沒有額外的電容耦合到感應器上，因此可以實現防水功能。如果傳感器完全被水淹沒，那么安全傳感器(guard sensor)就會啟用，同時禁用其它傳感器。

由于許多電器工作電流較大，負載電流和數字開關的變化會讓電源輸出巨大噪聲/紋波，這可能會耦合到電容式傳感器并影響用戶界面的可靠性。遵守以下原理圖和布局指南，并通過接地線跡布局等技術可減少電源紋波，從而避免接地彈跳。不過，徹底消除噪聲是極其困難的。如果參考電壓用電源的+ve線驅動，那么可能會引起電容式感應中的假警報。

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圖3：在CY8C28x45中實施電容式感應技術

通過在GND和VREF（內部生成）之間切換傳感器，只要在器件規定的工作范圍內，電源的任何變化都不會造成假觸發。圖3顯示了傳感器電容在集成電容（Cmod）電壓和GND之間用兩個非重疊時鐘Sw1和Sw2切換時的技術實施情況。電路比較器的輸出通過觸發器作為定時器的使能信號，并通過調節電源來確保Cmod電壓與參考電壓(Vref)相同。由于輸入端上的任何信號都就n個時鐘周期求積分（n取決于分辨率），因此耦合到輸入端上的任何高頻噪聲都會通過積分效果被平均。

提高集成度并降低成本

SoC集成的片上外設和硬件功能可能幫助設計人員實現大多數乃至所有電器功能。例如，圖4顯示了采用SoC（本例中為賽普拉斯的CY8C28645）實現的帶電容式感應功能的電磁爐的設計方框圖。

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