【導讀】什么是電容式感應呢?在我們了解了電容式感應的工作原理后，如何開始設計某一特定產品的電容式感應界面呢?我們重點要考慮到設計方案的需要。這個產品將用在什么地方?使用環境嚴苛嗎?這項設計中最重要的因素是電池的使用時間還是產品的耐久性?不同的因素對設計方案的影響也各不相同。
什么是電容式感應呢?電容式感應是一種以觸摸操作為基礎的感應形式。作為傳統機械式按鈕和滑動觸頭的一種替代技術，電容式感應技術還可以用于設計觸摸屏、觸摸板和接近感應裝置。這項技術并不感應按鈕的具體狀態，而是用于檢測導電物體是否存在，許多情況下，用戶的手指就是這個導電物體。
電容式感應的工作原理
那么，電容式感應的工作原埋是什么呢?下面的示意圖顯示了1個電容式感應按鈕的橫截面。如圖所示，在外覆層材料之下，存在導電的銅塊區域和導電的傳感器。在2個導電元件相互之間靠得很近時，就會產生一個電容值，本圖中標為Cp，這個電容值是由于傳感器墊板與接地板之間的耦合現象而形成的。Cp屬于寄生電容，典型數量級任10pF至300pF。傳感器與接地板靠近時也會形成一個邊緣電場，這個電場能夠穿透外覆層。基本上，人體組織也屬于導電體。將一根手指放存邊緣電場附近時，就會增加這個電容系統的導電表面面積。
但是，這個在圖中標為CF的附加手指電容值的數量級在0.1pF至10pF。雖然一根于指的存在會導致電容發生變化，但與寄生電容相比，該變化的幅度是相當小的。而傳感器的測得電容值稱為CX。在沒有手指存在的情況下，CX基本上等于CP。而在于指存在時，CX則為CP和CF的和。
圖1 手指電容值
電容式感應的設計方案
在我們了解了電容式感應的工作原理后，如何開始設計某一特定產品的電容式感應界面呢?我們重點要考慮到設計方案的需要。這個產品將用在什么地方?使用環境嚴苛嗎?這項設計中最重要的因素是電池的使用時間還是產品的耐久性?不同的因素對設計方案的影響也各不相同。
根據正在設計的產品類型，功耗可能是關鍵因素，也可能不是關鍵因素。例如，在由電池供電的手持設備上，功耗具有極為重要的意義。而一種對 整體平均功耗即電池使用時間進行控制的方式是設立3個不同的工作區域。 一個工作區域是快速響應區，這個區域內的每個傳感器每200微秒掃描一次。系統會在按鈕和滑動觸摸處于連續操作狀態下進入這一區域。在操作很少或無操作時，系統可以進入一個慢速響應區，將掃描頻率減少到大約每100毫秒1次。最后，如果在很長時間內沒有操作，則系統可以進入深度休眠模式，從而節省電力。通過實現節能、慢速響應模式，在便攜手持設備每100秒掃描3個按鈕的情況下，系統的耗電量可以低于50μA的平均電流。
在當今的電子產品領域，噪聲也成為另-項重要的考慮因素。各類感應噪聲，諸如來自電力線路的噪聲，以及來自移動手機或日光燈的輻射噪聲，無時無刻不存在，所以必須加以考慮。為了進行有效防范，我們的目標是增加信噪比，并消除虛假觸摸響應。
在設計信噪比、耐久性、靜電放電抵抗力以及精確度時，所選擇的外覆層材料以及外覆層厚度具有很大的影響。而且，在考慮材料的類型和厚度時，必須根據產品的需要，在許多方面采取折衷方式。隨著外覆層材料厚度的增加，信號和噪聲兩方面均會減少。但是，外覆層材料越厚，則對于靜電放電的抵抗力就越強。人體的靜電電壓可以高達15 KV，而電容式感應系統的外覆層有助于避免集成電路在遭受此類靜電放電時發生永久性損壞。另一種解決方法是，使用一層聚酰亞胺(Kapton)帶，這種材料在需要超強靜電放電保護的應用中能夠發揮良好的作用。當然，外覆層越厚，也就越不容易破裂或者遭到破壞。
