硬件小課堂|復(fù)旦微TSI電容式觸摸感應(yīng)

人類從孩童到白發(fā)蒼蒼，觸摸著世界，感受著世界?，F(xiàn)如今，許多電子設(shè)備具備Touch功能與其進(jìn)行交互，讓木訥的電子設(shè)備也能感受到人類的溫度。

復(fù)旦微電子集團(tuán)股份有限公司深耕集成電路產(chǎn)業(yè)，其MCU團(tuán)隊(duì)推出的FM33FR0xx系列MCU產(chǎn)品帶有的TSI電容觸摸功能，在智能家電、智能家居、智慧能源等方面具有良好的應(yīng)用。

FM33FR0xx系列的TSI電容觸摸功能最大支持14個(gè)獨(dú)立按鍵通道 (可任意配置為接近檢測(cè)通道)；具有高電容檢測(cè)靈敏度；支持Baseline調(diào)校來補(bǔ)償外界對(duì)于電容的影響；具有防水功能和低功耗檢測(cè)；TSI不僅支持Button、Slider傳統(tǒng)觸摸方式，還支持接近感應(yīng)。

觸摸檢測(cè)原理

現(xiàn)如今Touch技術(shù)主要分為自容式和互容式，此外還有自互容一體的。

以自容式為例：

（A）

（B）

圖1. 自電容觸摸原理圖

自電容按鍵連接到電容傳感器PAD的單個(gè)電極測(cè)得電容量為C。C值是由電極及其周圍導(dǎo)體形成的靜態(tài)電容Cs和手指與電極產(chǎn)生的Cf的復(fù)合值。

由圖1可知，當(dāng)傳感器 PAD處于未被觸摸狀態(tài)的時(shí)候，傳感器 PAD 和走線的電場(chǎng)僅能耦合到網(wǎng)格鋪地上，形成傳感器的靜態(tài)電容Cs。在有手指觸摸的情況下，傳感器 PAD 和手指之間就通過覆蓋層形成了一個(gè)對(duì)地的電容Cf，這使得傳感器 PAD 的電容值變大。因此，TSI 模塊通過檢測(cè)傳感器的電容值的變化，可以檢測(cè)到觸摸行為。為了使觸摸傳感電路更好地工作一般需要在電極上方增加一層覆蓋層，厚度可以為1-5毫米，如圖1所示。

TSI檢測(cè)電路

圖2. TSI內(nèi)部檢測(cè)電路原理圖

TSI模塊首先需要通過采樣時(shí)鐘對(duì)內(nèi)部的開關(guān)施加FSW的開關(guān)信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)傳感器等效電容Cp進(jìn)行充放電 (注意，F(xiàn)SW的開關(guān)頻率至少保證電容是滿充滿放)。

充放電的電源來源于CREF，如圖2所示。為將CREF的電壓始終穩(wěn)定在一個(gè)固定的參考電壓上，電壓比較電路通過采樣CREF的電壓對(duì)IDAC進(jìn)行閉環(huán)控制，如圖2 所示。

CP每次進(jìn)行滿充和滿放，等于從儲(chǔ)能電容CREF取走一個(gè)CP的電荷量。從這個(gè)角度看，可以將傳感器電路和充放電路看作等效電阻Req，進(jìn)行對(duì)地放電，如圖3所示。電容的變化就可以看作電流的變化。

圖3、觸摸等效電路圖

利用Sigma-Delta方法在周期內(nèi)掃描一個(gè)通道，計(jì)算IDAC打開的時(shí)間占據(jù)周期時(shí)間的比例，該比例與電容量成一次關(guān)系。TSI軟件庫可衡量這個(gè)比例值來檢測(cè)觸摸。

TSI Tuner 軟件工具

復(fù)旦微電MCU團(tuán)隊(duì)致力于為客戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。團(tuán)隊(duì)開發(fā)的TSI Tuner工具旨在為用戶能夠快速建立觸摸應(yīng)用原型設(shè)計(jì)，并且可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整滿足客戶需求。