基于泰矽微TCAE10芯片的觸控門把手方案

市場(chǎng)背景

近些年，在國(guó)產(chǎn)汽車的持續(xù)發(fā)力下，汽車內(nèi)外飾的發(fā)展在智能化、科技化和美觀化方向上取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。其中，汽車門把手作為車輛的重要部件，處于不斷創(chuàng)新與迭代發(fā)展階段，在眾多技術(shù)路線中，觸控化成為主流方向之一。傳統(tǒng)的機(jī)械式門把手，無論從美學(xué)還是技術(shù)創(chuàng)新等方面均無法與高速發(fā)展的智能內(nèi)外飾相匹配?，而觸控門把手以其簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)、多樣化和個(gè)性化的外觀優(yōu)勢(shì)，與車身整體設(shè)計(jì)更加融合，實(shí)現(xiàn)更好的空氣動(dòng)力學(xué)性能和美觀度。與此同時(shí)，消費(fèi)者期待車輛不僅擁有強(qiáng)大的動(dòng)力和舒適的駕乘體驗(yàn)，更希望在每一個(gè)細(xì)節(jié)上都能感受到科技的魅力，觸控門把手以其便捷的操作和所彰顯的科技魅力，受到了越來越多消費(fèi)者的青睞?。

相比較傳統(tǒng)機(jī)械式門把手，觸控門把手也存在一定的局限性和痛點(diǎn)，比如成本更高，電子復(fù)雜度的提升增加了故障率，觸控的防水誤觸等問題時(shí)有發(fā)生，如何更好地解決現(xiàn)有痛點(diǎn)是觸控門把手能否更快速發(fā)展的關(guān)鍵要素。泰矽微作為全球領(lǐng)先的車規(guī)觸控芯片和解決方案提供商，針對(duì)快速發(fā)展的汽車觸控門把手市場(chǎng)，基于泰矽微高集成度的觸控芯片TCAE10開發(fā)了一套高可靠性的觸控門把手方案。得益于TCAE10的各項(xiàng)高性能硬件特性、定制化的門把手觸控算法，完整而成熟的軟硬件整體解決方案，很好地改善并解決了現(xiàn)有觸控方案的各類痛點(diǎn)，使得觸控門把手在極端環(huán)境下的觸控性能、防水性能、抗擾性能以及穩(wěn)定性得到了顯著提升。

電容觸控門把手的工作原理

汽車電容觸控門把手的電氣架構(gòu)主要包括主控芯片、電容觸控檢測(cè)模塊、通訊模塊以及電源模塊等關(guān)鍵部分。當(dāng)人手靠近或觸摸門把手的感應(yīng)區(qū)域時(shí)，由于人體本身是一個(gè)導(dǎo)電體，等效成一個(gè)電容，當(dāng)人體靠近門把手上的觸摸電極時(shí)，會(huì)改變電極周圍的電場(chǎng)分布，進(jìn)而使得門把手內(nèi)置的電容傳感器的電容值發(fā)生變化。電容傳感器通過電容觸控檢測(cè)模塊或自帶電容觸控檢測(cè)模塊的微處理器來檢測(cè)這種人體與電極之間電容的微小變化，通常在1皮法以下。當(dāng)電容變化達(dá)到一定閾值時(shí)，微處理器判斷有觸摸按鍵事件發(fā)生，同時(shí)根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯將這一信息通過通訊模塊傳遞給車輛的無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的控制單元，控制單元判斷用戶的意圖并進(jìn)行身份識(shí)別，若確認(rèn)用戶有權(quán)限進(jìn)行操作，則向車門執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送指令，執(zhí)行解鎖或閉鎖操作。

傳統(tǒng)觸控門把手方案

由于傳統(tǒng)的電容觸控檢測(cè)芯片的供電系統(tǒng)都是低電壓的，通常是5V或3.3V，且門把手和車機(jī)系統(tǒng)的通信采用電源線載波或LIN通信的方式。

因此，傳統(tǒng)電容式觸控門把手通常有兩種電氣架構(gòu)方案：一種是集成LDO、觸摸檢測(cè)芯片、載波通信的分立方案；另一種是集成LDO、觸摸檢測(cè)芯片、LIN收發(fā)器的分立方案。

傳統(tǒng)載波通信電容式觸控門把手系統(tǒng)方案框圖

傳統(tǒng)LIN通信電容式觸控門把手系統(tǒng)方案框圖

由于門把手的造型限制，使得門把手的物理空間有限。在局促狹小的空間里，既要兼顧門把手的觸摸性能，又要兼顧門把手的防水性能、同時(shí)還要兼顧門把手的抗擾性能，對(duì)電子設(shè)計(jì)工程師和結(jié)構(gòu)工程師來說都是極具挑戰(zhàn)的。

泰矽微觸控門把手方案

載波通信電容式觸控門把手系統(tǒng)方案框圖

LIN通信電容式觸控門把手系統(tǒng)方案框圖

泰矽微觸控門把手方案優(yōu)勢(shì)

高信噪比

TCAE10采用基于電荷平衡原理的高性能自容式電容檢測(cè)技術(shù)，能夠?yàn)橛脩籼嵘咝旁氡群透呖箶_性能，可調(diào)電容檢測(cè)充放電時(shí)間和頻率，可以匹配各種門把手外殼。針對(duì)不同外形和材質(zhì)的門把手可以輕松達(dá)到5:1以上的信噪比。

觸摸電極SNR波形如下圖：

優(yōu)異的EMC性能

TCAE10采用泰矽微自有專利電容檢測(cè)技術(shù)，可以極大限度地隔絕電源線上的噪音，以及加入跳頻和展頻模式，使得使用TCAE10的門把手方案具有優(yōu)良的抗擾性能。

充放電波形如下圖：

優(yōu)異的防水性能

TCAE10芯片內(nèi)部集成硬件防水模塊，能極大降低水滴對(duì)電容觸摸的影響，從而大幅提升觸摸門把手的防水效果。

高集成度低成本單芯片解決方案

泰矽微的TCAE10觸摸芯片內(nèi)部集成了高壓LDO、支持電源線載波通信模塊和LIN收發(fā)器，在保證門把手的觸摸性能、防水性能以及抗擾性能的前提下，在降低觸摸門把手設(shè)計(jì)難度的同時(shí)，極大地降低了電子元器件的BOM成本。

OTA升級(jí)功能

支持OTA升級(jí)功能，方便對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)，有效降低成品報(bào)廢率。

提供完整的觸控門把手解決方案

泰矽微為用戶提供定制化的門把手觸控算法，完整而成熟的軟硬件整體解決方案，包括各種調(diào)試工具、EVK、Demo，盡可能減少客戶端的開發(fā)工作量，縮短客戶的開發(fā)周期。

泰矽微的觸控檢測(cè)芯片TCAE10，以及完善、可靠的系統(tǒng)解決方案，很好地解決了傳統(tǒng)觸控門把手的“既要、又要、還要”的三大痛點(diǎn)。使得觸控門把手在極端環(huán)境下的觸控性能、防水性能、抗擾性能以及穩(wěn)定性得到了顯著提升。

TCAE10產(chǎn)品特性

工作電壓5.5V~18V，支持40V拋負(fù)載電壓

ARM Cortex M0內(nèi)核，48MHz高頻時(shí)鐘，64KB帶ECC Flash和4KB SRAM

集成高壓LDO

集成LIN收發(fā)器物理層

LIN數(shù)據(jù)鏈路層符合LIN2.x和J2602標(biāo)準(zhǔn)

LIN接口支持115Kbps高速模式和20Kbps常規(guī)模式

低功耗，深度睡眠功耗50uA，支持LIN喚醒

集成5個(gè)自容電容檢測(cè)通道，電容充放電頻率可調(diào)并支持調(diào)頻模式

支持屏蔽電極功能

14bit SAR ADC

9路GPIO，其中5個(gè)通道路支持ADC輸入，其中包括一對(duì)差分輸入通道

支持失調(diào)電壓補(bǔ)償?shù)腜GA，1x-16x可調(diào)增益

支持4路16bit PWM

支持SPI和UART串口通信

支持獨(dú)立的SWD高速燒寫接口

內(nèi)部集成溫度傳感器，室溫精度范圍±3°C

電源端符合ISO7637和ISO16750浪涌、瞬態(tài)電壓標(biāo)準(zhǔn)

封裝DFN16 3mm*4mm

AEC-Q100 Grade 1，Tj=-40°C~150 °C

軟硬件開發(fā)包及技術(shù)支持

目前泰矽微可提供該方案的完整軟硬件參考設(shè)計(jì)及配套文檔，具體可通過sales@tinychip.com.cn咨詢。

2019年9月泰矽微正式成立，總部位于上海張江，目前在北京、南京、深圳均設(shè)有分子公司。公司核心團(tuán)隊(duì)成員來自Atmel、TI、Marvell、On Semi、海思等國(guó)際知名芯片廠商，均擁有20多年芯片、產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和銷售資源。

公司成立以來始終專注于各類高性能專用模擬、模數(shù)混合芯片，聚焦車規(guī)和工業(yè)類專用芯片，致力于打造具有國(guó)際水準(zhǔn)的平臺(tái)型芯片企業(yè)，通過自主創(chuàng)新已積累了近百項(xiàng)發(fā)明專利，并已經(jīng)獲得數(shù)十項(xiàng)行業(yè)領(lǐng)域的重要獎(jiǎng)項(xiàng)。短短幾年時(shí)間已經(jīng)完成十余款產(chǎn)品流片，并在車規(guī)觸控、氛圍燈、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、信號(hào)鏈、電池管理等方向的產(chǎn)品成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，卓越的產(chǎn)品及服務(wù)獲得了多個(gè)頭部客戶的認(rèn)可。

泰矽微在創(chuàng)立之初即獲得資本青睞，目前連續(xù)完成數(shù)輪重量級(jí)融資，累計(jì)超4億元，分別引入了包括武岳峰、浦東國(guó)資委、韋爾半導(dǎo)體、科博達(dá)、星宇股份、重慶睿博、聯(lián)益控股等各類產(chǎn)業(yè)資本與資源平臺(tái)，打通產(chǎn)業(yè)鏈上下游，加速泰矽微進(jìn)入國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體頭部企業(yè)的發(fā)展步伐。