調諧方法和固件功能

對于那些使用電容傳感技術的系統而言，模擬傳感器調諧是一個重要的設計步驟。電容感應的精度在很大程度上取決于環境的介電常數，并受觸摸環境的影響。設備應能在潮濕、低溫、高溫和風雪環境中工作。這可以通過調節固件中的感應sensor參數來實現。調試可以是手動或自動（即由微處理器支持）。自動調試技術避免了耗時、耗力的逐步調試傳感器的過程。手動調試對于構建數量較少的應用較為方便，因為它不需要大量軟件，但需要關注很多因素，如SNR、材料的介電常數、覆蓋層的厚度、靈敏度、響應時間等等。一個靈活的控制器應支持自動和手動調諧功能，從而便于量產和操作。

實現智能的信號處理算法還需要良好的固件功能。考慮到調試電容系統的復雜性，控制器必須得到一個綜合設計環境的支持。例如，PSoC Creator是一個集成開發環境，可讓設計人在不需要編寫復雜代碼的情況下，設計出具備復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品的外觀，還決定了其感應靈敏度。圖4顯示了采用電容傳感技術的系統中所使用的不同類型的覆蓋層，如木質、丙烯酸和玻璃等。實驗結果顯示，所有這些覆蓋層均需要調試才能可靠工作。因為固定問題而導致的覆蓋層識別等問題在消費應用中最常見。

圖4：電容傳感技術所采用的覆蓋層

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系統的性能和精度。吸膠、磁力校準和機械固定是消費電子行業所采用的避免此類問題的一些標準技術。覆蓋層厚度是另一個重要參數，因為厚度與電容值和靈敏度成正比。從產品角度而言，覆蓋層的材料、工藝和外觀是重要參數。在消費應用中，量產一款基于覆蓋層的產品是一項設計和制造挑戰。

傳感器元件的布置和接地技術

通常而言，PCB的地平面應整體均勻。這可以減低噪聲，因為噪聲是均勻分布的。但這同時增加了寄生電容Cp，從而影響基于電容傳感技術的應用。Cp是與傳感器走線相關的重要參數。隨著Cp的增加，布局的難度也將增加，因為工程師必須更加謹慎，不引入其它寄生電容。這實際上降低了設計人員對布線設計的容忍度。

因此，應為電容應用選擇一個hash接地層，而不是均勻的地平面。傳感器感應點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結構

電路板技術的選擇也是影響Cp的一個重要因素。在大多數產品中，人們觀察到柔性材料更適合連接傳感器和電路，因為它給系統增加的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走線電容和系統中其它寄生效應的和。因此，調試是一個重要的設計環節。

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。圖6是響應一次電容刺激的橫截面圖。

圖6： 電容墊和布局技術的橫截面圖

BOM優化

BOM優化也是產品設計的一個重要標準。復雜的機械設計、外殼和光滑的覆蓋層在增加美觀的同時也增加了BOM成本，采用RT／Duroid基板、玻璃覆蓋層和一個時尚的外殼肯定會打造出一款同類最佳產品，但其高昂的成本可能會令其在市場上遭遇失敗。

總結

本文探討了面向消費應用的電容傳感技術的工作原理、設計和應用，以及傳感器調試、組件選擇、布置標準等設計中遇到的各種問題，并給出了可能的解決方案。使用一個集成電容傳感技術所需特性的控制器可提升產品的性能和可靠性，并降低其成本和復雜性。