新闻中心

电容式接近感应技术在智能手机中的新型应用(一

发布日期:2021-10-06 05:43

  中来防止通话时用户脸部造成的触摸屏误触,同时降低功耗。IR传感器具有探测距离远,反映速度快等优点,但是其昂贵的成本和复杂苛刻的装配要求,促使手机厂商寻求成本更低、结构简单的方案。在白色家电、智能家居等领域的普及,为手机方案,给出了具体的系统结构、硬件设计和控制要点。此方案已经成功地应用到知名品牌的手机产品中,取得了很好的效果。

  电容式接近传感系统的结构如图1所示。控制器通过电极检测物体靠近手机时引起的电容值变化,一旦电容值变化超过控制器程序中设定的阈值,控制器便会向手机处理器发出中断信号, 如果此时手机正处于通话模式,主机将关闭LCD显示和触摸屏等部件,实现降低功耗和避免误触等目的。

  电极负责探测电容变化,其设计质量很大程序上决定了系统的整体性能。电极本质上就是一块平面导体,可以是FPC上的一块铜皮,也可以是电容触摸屏上的一块ITO薄膜。

  图2给出的ITO薄膜电极的设计示例。电极的尺寸直接影响接近感应的探测距离。在其他设计不变时,探测距离随电极尺寸的增大而增大。电极在外形上要尽量圆滑,避免出现直角或者锐角,而且电极要尽量完整。在手机应用中,电极通常采用矩形来最大化感应面积,此时需要注意圆弧化电极的拐角。电极应该放在FPC或者ITO薄膜贴近触摸屏的一侧,而且背面的另一侧通常需要腾空。电极背面对应的手机前壳区域应当避免有大面积的金属,否则会影响探测距离。电极周边需要铺设地线来增强电容基准,屏蔽噪声,并且提高感应方向的直线mm, 地线的宽度根据具体情况而定,建议不小于1mm。电极到芯片的引线应该尽量短且细,以减少寄生电容和耦合噪声。

  影响系统性能的另一个主要因素是控制器。我们选用了赛普拉斯(Cypress)公司具有全新Quitezone技术的可编程CapSense控制器CY8C20055。 Quitezone技术提供了无与伦比的抗辐射和传导噪声的能力,并且具有超低功耗,很适合在手机等移动终端中使用。ag在线平台网站。该技术还实现了业界最佳的信噪比(SNR),在高噪声的环境中也可以通过Cypress已获专利的CapSense Sigma-Delta (CSD) Plus算法实现低至0.1pF的电容变化检测,非常适合应用于接近感应。另外,CY8C20055采用SmartSense自动调教技术,可以实时动态补偿运行时的环境变化,从而保证性能的稳定性和通道之间的一致性。

  本文设计的电容式接近感应的电路图如图3所示。CY8C20055的外围电路很简单,最小配置只需要2个电容 — 调制电容C1和去耦电容C2。

  在此电路中,芯片的PIN 3连接到电极来采集电容信号,推荐在连线靠近芯片处串联一个典型值为560欧姆的电阻,来抑制RF噪声。手机等移动产品都需要通过严格的ESD测试,由于电极的位置在手机上部,距离手机边缘、听筒、耳机插孔等很近(图2),而且电极面积相对较大,ESD电弧很容易在经过这些开孔或者缝隙进入手机后耦合到电极上,对芯片管脚施加较大的电冲击,存在损坏管脚的风险。本设计在靠近芯片一侧添加了TVS之类的ESD防护元件来保护芯片,需要注意的是所选TVS器件的自身电容不能太大。CY8C20055提供I2C或者SPI接口与主机进行通讯。本设计中,主机可以通过I2C总线来配置感应参数、获取数据、关闭或唤醒芯片等等,也可以进行芯片程序(Firmware)的在线升级。