采用電容觸摸控制器芯片LDS6204實現(xiàn)防水汽電容觸摸設(shè)計

引言

眾所周知，水是生命之源，無處不在，但是對觸摸應(yīng)用工程師來說，水卻是一大麻煩—因為水滴會提供與手指觸摸相似的輸入，引起電容觸摸感應(yīng)問題，造成誤動作或“偽觸摸”。因此，電容觸摸方案的可靠性設(shè)計除了要考慮抗電磁干擾方面的設(shè)計，還必須考慮防水設(shè)計。這一點在一些本身工作在有水環(huán)境的觸摸產(chǎn)品表現(xiàn)得更為明顯，如熱水器、洗衣機、加濕器、豆?jié){機等。電容觸摸通常有三種形態(tài)的水需要防護：水淹、水滴和水汽，其中水汽防護最復(fù)雜。這是因為水汽能夠進入產(chǎn)品內(nèi)部電路空間，除了觸摸板，還會在觸摸芯片的傳感器I/O上形成水滴，導(dǎo)致觸摸操作出錯。此外，水汽與水淹和水滴相比擁有較高的溫度，如果基準更新速度慢于溫度變化速度，可導(dǎo)致電容基準無效。鑒于水汽防護要比水淹和水滴復(fù)雜，所以本文將只介紹如何基于IDT的LDS6204 IC實現(xiàn)防水汽電容觸摸方案設(shè)計。

LDS6204介紹

LDS6204是IDT公司的一款電容觸摸控制器ASIC。如框圖1所示，LDS6204芯片主要由電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器（CDC）、算法控制邏輯與數(shù)據(jù)寄存器電路、自動環(huán)境校準引擎、I2C接口電路、shield激勵信號發(fā)生電路等組成。自動環(huán)境校準引擎是用來確保觸摸基準準確跟隨外部環(huán)境的變化而更新，如水、溫度等。Shield信號可以在PCB（印制電路板）布線期間進行鋪銅處理，提高觸摸傳感器抗環(huán)境干擾的能力。數(shù)據(jù)寄存器是用戶對LDS6204芯片進行各種優(yōu)化操作、設(shè)置的接口。由于LDS6204芯片采用簡單的流水線設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計人員只需要簡短的時間學(xué)習(xí)通過I2C讀/寫操作配置LDS6204 IC的內(nèi)部寄存器，以激活傳感器、感應(yīng)水平和設(shè)置其他控制寄存器，從而優(yōu)化觸摸操作。

硬件設(shè)計

如圖2所示，典型的LDS6204防水汽電容觸摸方案的硬件設(shè)計分為三部分：電源濾波及硬件復(fù)位電路，I2C接口電路，C0～C7組成的傳感器輸入電路。圖中C7利用IC引腳直接作為防水保護傳感器，因此在硬件電路設(shè)計時只需懸空即可。當(dāng)大量水汽進入到內(nèi)部電路板時，水汽有可能在傳感I/O引腳周圍凝結(jié)成水珠或水淹，觸摸傳感器C0~C5就有可能誤觸發(fā)。但是當(dāng)使用了C7作為保護傳感器后，就可以避免這一現(xiàn)象。這是因為當(dāng)大面積水淹觸發(fā)C0~C5時也會觸發(fā)C7保護傳感器，由于保護傳感器比普通傳感器的優(yōu)先權(quán)高，所以當(dāng)C7觸發(fā)時，自動屏蔽其它觸摸功能傳感器。所以用戶只需對保護傳感器選擇寄存器和被保護的傳感器寄存器，在LDS6204初始化時進行相應(yīng)的配置，即可實現(xiàn)上述保護傳感器的功能設(shè)計。

軟件設(shè)計

LDS6204應(yīng)用軟件設(shè)計主要由兩部分組成：寄存器上電初始化配置，通過I2C進行鍵狀態(tài)寄存讀取并根據(jù)系統(tǒng)說明進行鍵碼處理。寄存器上電初始化配置通常由觸摸基本功能配置寄存器值和觸摸效果寄存器值的初始化兩部分組成。由于芯片供應(yīng)商一般都會給用戶提供觸摸基本功能寄存器的參考設(shè)置值，因此，本文在接下來的部分將主要描述觸摸效果寄存器的調(diào)試與配置。

A. 正確配置保護傳感器使能寄存器0x7C和被保護的傳感器使能寄存器0x7E的值，實現(xiàn)之前提到的水汽防護功能。兩種寄存器的位［0..7］代表C0～C7傳感器通道選擇。例如，如果你想使用上述典型參考電路圖中的C7被作為保護傳感器，寄存器0x7C可設(shè)為0x80;如果當(dāng)保護傳感器C7被激活時想讓C0～C5都做防水汽保護，寄存器0x7E可設(shè)為0x3F。

B. 優(yōu)化配置每個傳感器通道的觸摸門限、噪聲門限、環(huán)境校準門限。這些門限通常按照如下方法進行配置。

觸摸門限=手指觸摸差值*60%。

噪聲門限=手指觸摸差值*15%。

環(huán)境校準門限=手指觸摸差值*40%。

手指觸摸差值=手指觸摸時的電容值-基準值。

結(jié)論

采用上述設(shè)計的電容觸摸方案，經(jīng)專業(yè)EMC（電磁兼容）設(shè)備測試，可以通過±4kV群脈沖，70℃/90%濕度以上的水霧水汽測試，因此性能可靠，可廣泛應(yīng)用于熱水器、加濕器、電熨斗、豆?jié){機、電飯煲等高溫高濕工作環(huán)境的家電產(chǎn)品。

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