關(guān)鍵詞： 電容式 , 觸摸 , 家用電器

作者：Pushek Madaan，Sachin Gupta

購(gòu)買(mǎi)家用電器時(shí)人們考慮的最重要的因素之一就是產(chǎn)品的外觀及其支持的高端功能。利用當(dāng)今高度集成的片上系統(tǒng)（SoC）處理器，設(shè)計(jì)人員不僅能設(shè)計(jì)出采用電容式感應(yīng)技術(shù)的新型用戶(hù)界面（UI），而且還能通過(guò)結(jié)合使用其他系統(tǒng)功能來(lái)降低系統(tǒng)成本并縮減板級(jí)空間。與此同時(shí)，由于SoC在同一芯片中提供了系統(tǒng)構(gòu)建所需的眾多組件，從而可加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。此外，用于連接多個(gè)器件和進(jìn)行故障調(diào)試所需的時(shí)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(shè)備必須具有以下幾種關(guān)鍵功能：

· 保持鍋的溫度：需要脈寬調(diào)制（PWM）來(lái)設(shè)置加熱線圈的點(diǎn)火時(shí)長(zhǎng)。
· 風(fēng)扇控制：需要溫度傳感器和PWM來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)。
· 過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)：需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和比較器。
· 鍋的自動(dòng)檢測(cè)：需要電磁感應(yīng)。
· 時(shí)基煮食功能：需要實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）。
· 用戶(hù)界面——顯示屏：需要數(shù)字顯示或液晶玻璃顯示驅(qū)動(dòng)器。
· 用戶(hù)界面——按鈕：需要電容式觸摸感應(yīng)和檢測(cè)

電容式感應(yīng)

電容式感應(yīng)鈕不僅給家電帶來(lái)了時(shí)尚外觀，而且還避免了磨損問(wèn)題，因此相對(duì)機(jī)械按鈕成為了首選技術(shù)。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(fā)。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(lán)色）的交叉網(wǎng)格(hatched pattern)連接至保護(hù)電極（而不是接地）就可實(shí)現(xiàn)防水功能。

2013-8-26 10:44:41 上傳

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圖2：用保護(hù)電極實(shí)現(xiàn)防水

電極受連接到傳感器的相同信號(hào)驅(qū)動(dòng)。這樣，當(dāng)水滴滴落到傳感器上時(shí)，由于交叉網(wǎng)格和傳感器之間沒(méi)有電位差，也沒(méi)有額外的電容耦合到感應(yīng)器上，因此可以實(shí)現(xiàn)防水功能。如果傳感器完全被水淹沒(méi)，那么安全傳感器(guard sensor)就會(huì)啟用，同時(shí)禁用其它傳感器。

由于許多電器工作電流較大，負(fù)載電流和數(shù)字開(kāi)關(guān)的變化會(huì)讓電源輸出巨大噪聲/紋波，這可能會(huì)耦合到電容式傳感器并影響用戶(hù)界面的可靠性。遵守以下原理圖和布局指南，并通過(guò)接地線跡布局等技術(shù)可減少電源紋波，從而避免接地彈跳。不過(guò)，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(qū)動(dòng)，那么可能會(huì)引起電容式感應(yīng)中的假警報(bào)。

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圖3：在CY8C28x45中實(shí)施電容式感應(yīng)技術(shù)

通過(guò)在GND和VREF（內(nèi)部生成）之間切換傳感器，只要在器件規(guī)定的工作范圍內(nèi)，電源的任何變化都不會(huì)造成假觸發(fā)。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(gè)非重疊時(shí)鐘Sw1和Sw2切換時(shí)的技術(shù)實(shí)施情況。電路比較器的輸出通過(guò)觸發(fā)器作為定時(shí)器的使能信號(hào)，并通過(guò)調(diào)節(jié)電源來(lái)確保Cmod電壓與參考電壓(Vref)相同。由于輸入端上的任何信號(hào)都就n個(gè)時(shí)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(huì)通過(guò)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(shè)和硬件功能可能幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)大多數(shù)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(shí)現(xiàn)的帶電容式感應(yīng)功能的電磁爐的設(shè)計(jì)方框圖。

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圖4：采用CY8C28645實(shí)現(xiàn)電磁爐

CY8C28645還采用雙通道，其專(zhuān)用硬件可同時(shí)掃描兩個(gè)傳感器，以便對(duì)用戶(hù)觸摸做出更快速的響應(yīng)。由于CPU從處理工作中解放出來(lái)，因此CPU能自由地執(zhí)行其他任務(wù)。

在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)白熱化的消費(fèi)市場(chǎng)中，家電產(chǎn)品必須具備豐富的功能，因此集成SoC成為了OEM廠商的最佳選擇，該器件不僅能幫助廠商們集成越來(lái)越多的應(yīng)用功能，而且還可降低系統(tǒng)總成本。集成SoC既適用于電磁爐、微波爐等小家電，也適用于洗衣機(jī)、電冰箱等大型家電（不過(guò)大型家電仍需要采用專(zhuān)用控制技術(shù)來(lái)對(duì)FOC電機(jī)控制等特定功能進(jìn)行控制）。

作者簡(jiǎn)介：

PushekMadaan現(xiàn)任賽普拉斯半導(dǎo)體公司印度分公司的高級(jí)應(yīng)用工程師。他的工作興趣包括用C和匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、從事模擬和數(shù)字電路工作、用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)GUI等。最重要的是，他還酷愛(ài)冒險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)。

Sachin Gupta現(xiàn)任賽普拉斯半導(dǎo)體公司的產(chǎn)品市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)工程師。他獲得了印度德里洲際大學(xué)（Guru Gobind Singh Indraprastha University）電子與通訊專(zhuān)業(yè)的科技學(xué)士學(xué)位。他擁有多年的混合信號(hào)應(yīng)用開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。