電容觸摸技術(shù)自問世以來，已進(jìn)軍各類應(yīng)用。觸摸技術(shù)始于初期手機(jī)的電阻式觸摸屏，但由于電阻式觸控傳感器的響應(yīng)速度較慢，靈敏度成為新設(shè)計(jì)的主要考慮因素，隨之而來便出現(xiàn)了電容式觸摸技術(shù)，而觸控界面也隨之在市場(chǎng)上迅速得到普及。
電容傳感技術(shù)基于以下原理：物體表面一旦有觸摸動(dòng)作發(fā)生或者其他任何變化發(fā)生，就會(huì)改變?cè)撐矬w中某個(gè)區(qū)域的介電特性，從而改變所檢測(cè)到的電容，也就是產(chǎn)生電壓變化。與電阻觸摸技術(shù)相比，電容的變化非?？?。通過增強(qiáng)表面物質(zhì)的介電特性，還可以提高變化速度。
電容傳感器能直接或間接感應(yīng)各類參數(shù)，其中包括電場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)、化學(xué)特性、加速度、流體特性、壓力等等。傳感器表面是圍繞某種介質(zhì)的電極，在檢測(cè)電路和激勵(lì)電壓的幫助下，該介質(zhì)能夠?qū)㈦娙葑兓D(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)變化的電壓。以下是計(jì)算電容變化的典型公式：
C＝（∈＿0 ∈＿r S）／d Farad．Meter。其中：
∈＿0是絕對(duì)電容率
∈＿r 是相對(duì)電容率
s 是表面面積
d 是板間距離。
此處的∈＿0＝ 8．854 X 〖10〗＾（－12）
圖1： 電容測(cè)量
與此類似，我們可以依據(jù)表面面積特性計(jì)算出其它對(duì)稱表面。對(duì)于非對(duì)稱電極，場(chǎng)線可以給出等勢(shì)面和通量線的近似值。因此，可以通過像素點(diǎn)方塊的數(shù)量估算出電容值。
基于電容傳感技術(shù)的觸摸模塊包括按鍵、滑塊、觸摸板、接近感應(yīng)傳感器、觸摸界面、旋轉(zhuǎn)編碼器以及其它可用于替代噪聲大、笨重的機(jī)械按鍵和開關(guān)的界面組件。與機(jī)械界面相比，它們不僅能夠縮小系統(tǒng)電路板尺寸，而且還能降低功耗。例如，電容觸摸界面通常工作于1．8V－5V之間，甚至低至0．9 V，但是它們?cè)陟`敏度、功耗要求和誤觸方面可能存在問題。
一個(gè)電容傳感子系統(tǒng)需要圖2中顯示的組件。覆蓋層是PCB（印刷電路板）上設(shè)備的頂層界面，與用戶直接接觸。它是一個(gè)光滑表面，用戶通過觸摸它執(zhí)行具體操作。覆蓋層可以是玻璃、木質(zhì)、丙烯酸、塑料或其它任何非導(dǎo)電材料。下一個(gè)組件是PCB。PCB根據(jù)介電常數(shù)及損耗選擇。種類包括：面向低成本應(yīng)用的FR4基板以及面向高成本應(yīng)用的低損耗RT／duroid高頻線路板材料基板。另一個(gè)重要組件是傳感器感應(yīng)點(diǎn)，要求非常靈敏，其設(shè)計(jì)和在PCB的布置有一定的標(biāo)準(zhǔn)。最后也是最重要的組件就是主控制器，它是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)觸摸界面所需的所有信號(hào)調(diào)節(jié)與處理工作的大腦。
圖2：電容傳感子系統(tǒng)的組件
電容測(cè)量可采用兩種方法完成：即互電容和自電容。
圖3 顯示了這兩種方法的工作原理。
圖3：互電容和自電容測(cè)量的工作原理
在自電容傳感器中，測(cè)量的是對(duì)地電容；而在互電容傳感器中，一個(gè)Tx電極和一個(gè) Rx電極均被用于檢測(cè)觸摸和非觸摸操作。但觸摸發(fā)生時(shí)，信號(hào)從Tx電極流向Rx電極。該信號(hào)與互電容直接成正比。因此，當(dāng)觸摸發(fā)生時(shí)，互電容降低，而自電容升高。自電容一般用于單點(diǎn)觸摸應(yīng)用（即單手指界面），而多點(diǎn)觸摸應(yīng)用（即可以使用多個(gè)手指，如二指手勢(shì)）需要互電容。
設(shè)計(jì)方法
雖然電容傳感技術(shù)可提供令用戶滿意的界面，但設(shè)計(jì)人員需要維持穩(wěn)定的性能，同時(shí)滿足預(yù)算限制。魯棒性、可靠性、精度和靈敏度是工程師必須為基于電容觸摸的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵特性。我們?cè)诒竟?jié)將探討工程師需要解決哪些問題才能有效實(shí)現(xiàn)消費(fèi)應(yīng)用中的電容傳感設(shè)計(jì)。
控制器的選擇
控制器選擇是設(shè)計(jì)過程中非常重要的一環(huán)。市場(chǎng)上目前有眾多控制器，每種都有其特殊的能力和特性。適合電容傳感的控制器應(yīng)在芯片中內(nèi)置一個(gè)良好的模擬電路，以實(shí)現(xiàn)較高的SNR（信噪比 ），維持性能和精度。此外，還建議控制器支持信號(hào)調(diào)節(jié)功能，因?yàn)樘幚黼娙菪盘?hào)（尤其是在那些多點(diǎn)觸摸應(yīng)用中）需要進(jìn)行大量的信號(hào)調(diào)節(jié)。增加用于信號(hào)調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器、緩存器或轉(zhuǎn)換器等額外硬件通常不是什么好主意，因?yàn)檫@些組件可能會(huì)增加路徑噪聲和損耗以及物料（BOM）成本。設(shè)計(jì)用于傳輸模擬數(shù)據(jù)的走線也需要特殊技能，因?yàn)樽呔€尺寸決定了信號(hào)強(qiáng)度，而后者與阻抗匹配成正比。
PSoC（可編程片上系統(tǒng)）控制器內(nèi)置電容檢測(cè)感應(yīng)功能以及運(yùn)算放大器、互阻抗放大器（TIA）等信號(hào)調(diào)理電路，它們能讓工程師在不增加硬件的情況下將傳感器與控制器直接對(duì)接。 電容傳感技術(shù)對(duì)水和濕氣也很敏感。這有可能影響洗衣機(jī)、冰箱等應(yīng)具備防潮能力的應(yīng)用的性能和可靠性。水也有電容率，因此會(huì)增加電容值，影響電容觸摸效果。因此，電容感應(yīng)傳感器必須具備防水性，從而讓控制器具備防水功能。
很多消費(fèi)級(jí)系統(tǒng)都可以采用以下方式降低成本：使用一個(gè)性能較低的處理器，將模擬傳感器數(shù)據(jù)和電容測(cè)量結(jié)果傳輸至離線處理。目前，BLE傳輸技術(shù)通常被用于向安卓和iOS應(yīng)用傳輸數(shù)據(jù)。其它應(yīng)用可能需要使用WiFi、ZigBee或 WiMax等其它無(wú)線通信技術(shù)。一個(gè)支持無(wú)線功能的控制器可極大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。