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方案测评 |  不知道如何选择合适的触摸按键 你得看看这篇文章

创易栈 2017-06-01 16:30:11

关键字:电容触摸感应   


当苹果公司将电容触摸感应技术从笔记本电脑引用到iPod后,触摸感应热浪正席卷几乎所有电子产品,从笔记本电脑、PDA、游戏机等手持设备,到LCD TV、DVD等消费电子产品,再到洗衣机、空调、冰箱等大小家电,无不以加入电容触摸感应为新的卖点。不同的应用场景对触摸按键的要求不尽相同,本文将通过对近期大热的几款触摸IC测评分析,为读者解读不同场景下触摸IC应用的正确姿势。

 

一、金属触摸方案代表:TI MSP430FR2633

 

市场/行业背景:MSP430FR2633 MCUTI 16位超低功耗FRAM MCU产品组合的延伸,旨在帮助处于不同技术水平的设计人员搭建具有电容式按钮、滑块、滚轮或近距离(BSWP) 传感器的稳健人机界面 (HMI),同时可利用不同厚度的塑料、玻璃和金属涂盖层来实现多触摸设计。此外,设计人员还可以通过全新的CapTIvate设计中心来快速开发创新的解决方案。CapTIvate设计中心是一个图形用户界面 (GUI) ,能够允许开发者通过拖放传感器来实现快速系统配置,并在5分钟内开始对性能进行调节。

 

 

原理描述:一款全新的电容式触控前端被集成到MSP430™ FRAM MCU中,从而创造出了一个针对广泛电容式触控应用的单芯片解决方案。这种全新的MCU集成了CapTIvate 触控技术该技术具有超高的区分和识别能力,CapTIvate触控技术更高的灵敏度意味着系统设计人员可以将触控面板、电极传感器和其它电子元器件密封在厚玻璃、半透明塑料、甚至是金属材料内,以隔绝湿气,同时仍然能够区分出水滴和实际手指触碰之间的差异。CapTIvate技术非常灵敏,不仅能够测量小至10飞法的电容值变化和高达300皮法的宽动态电容范围,还能透过60mm厚的玻璃罩和最厚达25mm的塑料罩来感测触碰。

    此外,触控软件模块库还能够帮助开发人员更轻松地对系统进行微调,以应对应用和其所在区域可能出现的环境变化。

 

应用领域:TI推出的的MSP430FR2633触摸MCU,主打低功耗与金属触摸,可在家电、消费电子以及工业控制面板等各类应用场景提供完整方案,以确保其发挥最为可靠的性能表现。

 

接下来我们来看看搭在MSP430FR2633 MCU的开发板测评结果与分析。

 测试工具与环境:使用MSP-CAPT-FR2633 CapTIvate MCU开发套件、个人电脑链接,在正常工作环境下完成触摸、防水、防电以及抗电磁干扰测试。

 

测试描述:打开MSP-CAPT-FR2633 CapTIvate MCU开发套件,与PC端链接完成后,开始测试,开发套件如下图所示:

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分别进行3D手势、滑块与触控按键测试分析,如下图所示,MSP430FR2633 MCU的抗噪能力可通过IEC 61000-4-6认证;

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接下来进行防水、防污能力测试,将一杯清水倒入触控键盘后用抹布抹去水渍,开发套件仍可正常工作;如下图所示


 

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拥有超低功耗,在睡眠模式下,每个按钮的电流消耗仅有0.9µA

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测评结论:MSP430FR2633 MCU的传导噪声抗扰度高达10Vrms,同时其ESD与EFT高达4KV峰值电压,可用于满足针对IEC-4-x的标准;同时具有超低功耗,在睡眠模式下,每个按钮的电流消耗仅有0.9µA;适用于特殊材质面板如塑料、玻璃和金属面板。

 

测评视频链接为:

http://www.ti.com/lsds/ti/microcontrollers-16-bit-32-bit/msp/peripherals.page?DCMP=epd-mcu-msp-captivate-gen&HQS=captivate#captivate

 

 

二、电容式触摸代表:Cypress PSOC系列

 

市场/行业背景:苹果的iPodLG的“巧克力”手机进入市场后,大家注意到它们有一个共同的特点,就是在人机交互功能上有了突破性的创新,变传统的机械式按键为电容感应的触摸式按键。这一功能强大,使用灵活的芯片,就是Cypress(赛普拉斯)半导体公司近年来大力推广的可编程片上系统PSoC

 

原理描述:电容式触摸感应原理下图所示,电路板上两块相邻的覆铜之间存在一个固有的寄生电容Cp,当手指(或其他导体)靠近时,手指和两块覆铜之间又产生新的电容,这些电容相当于并联到原来的Cp之上,当我们把其中一块覆铜连接到PSoC的模拟I/O上,另一块连接到地上,就可以通过测量电容的变化来判断手指的存在。


成功案例:在防潮、抗震、抗干扰前提下实现触摸感应洗衣机

目前,海尔在所有洗衣机的电容触摸按键中都选择了CypressCapSense解决方案。例如,海尔为XQS60- 0728型号洗衣机采用了Cypress CY8C21234作面板触摸式按键解决方案。型号为XQSB80-G0878波轮洗干一体洗衣机中采用 CY8C21534作为12个面板触摸式按键解决方案,这二款产品均已批量投放市场。

 

本文将对LG手机中PSoC模块进行拆解测评,LG电子公司与赛普拉斯半导体(Cypress Semiconductor)公司联手开发了这款手机的固件部分,随后相关代码还用在了这款手机的其它几种演变型号之中。

 

拆解测评描述:LG手机的按键部分拆开,可以看到,LG“巧克力”手机的输入由电容触摸传感器来处理,如下图所示:

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拆开手机内部,观察PSoC模块,可以发现这个手机中的Cypress IC是采用32引脚5×5mm封装CY8C21434。这个传感器在电路板对面包含九个铜焊盘。每个焊盘中都有一个孔,来自LED的光可以通过这个孔发光。每个焊盘都与PSoC I/O相连。由于PSoC实际上是微控制器,因此除了CapSense之外,它还能够执行一些其它功能,在LG手机中集成了LED驱动器。

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IC在板上所处的位置可见,集成这种控制功能或者与传感器相关的任何其它功能是明智的选择,其中一种功能就是确定按压按键的优先级的能力。因此,PSoC有能力判断出用户本来想按哪个按钮。

 

LG公司的设计工程师还要注重ESD保护功能。当ESD问题在传感器上发生时,会影响接收数据的完整性。避免这种负面影响的方法是采用合适算法区分ESD事件和有效按压行为。因此,PSoC必须能识别ESD事件。

 

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测评结论:结合CY8C21434的规格书,不难看出Cypress PSOC触控系统的性价比与适用材质范围在普通消费电子领域有着先天优势,不过其ESD与电磁干扰防护能力略弱,工程师在设计布局时需注意参考规格书布局指南进行PCB layout布局。

 

横向测评:根据以上测评结果,笔者在材质要求、抗电磁干扰能力、抗环境影响能力与成本等方面整理了TI MSP430FR2633金属触摸方案与Cypress PSOC系列的电容触摸方案横向测评结果,如下图所示

方向

各类触摸按键方案形式对比

参考资料

金属触摸 TI MSP430FR2633

电容触摸 Cypress PSOC系列

对比表格


材质要求

抗电磁干扰能力

抗环境影响能力

成本

其它

金属触摸

塑料、玻璃和金属涂盖

较强的抗污防水能力

较高

低功耗、实现属触摸、最高分辨率滑块和3D手势等功能。

电容

尽量选择介电常数较高的外覆盖层材料

具有防潮、抗震能力但是对于腐蚀性液体抗性弱

较低

一个芯片可同时实施多个触摸式按键和触摸式滚动条。

 

应用建议:由以上横向测评结果不难看出,针对一些高性能 高品质要求(抗污、抗腐蚀、追求产品质感)且对成本敏感度不高的产品,TI MSP430FR2633所实现的金属触摸方案是个非常不错的选择。

   而对应用环境、稳定性要求不高而成本较为敏感的消费类产品,则电容式触摸按键为不二之选。

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