PDF《面向汽车应用的电容式触摸开关》

面向汽车应用的电容式触摸开关 面向汽车应用的电容式触摸开关 面向汽车应用的电容式触摸开关 面向汽车应用的电容式触摸开关 By (Dave Van Ess 著, 首席应用工程师, 赛普拉斯半导体公司) 在汽车行业里,做一名电气工程师并非易事.

在一般人的眼里,那些专注于凸轮、压缩和马力的机械工 程师是普通的设计师,而电气工程师则时常被看作是 荣誉铠装线设计师 .更加重要的是,相比于大 多数其他行业,人们对汽车设计寄予的期望值更高.上个周末,我和一位邻居前往电脑商店购买一个新 键盘.他的电脑已经用了两年了,键盘不再好使.我们上了他的车,他开始发脾气,因为收音机的一个 按钮坏了.提请您注意,这辆车服役已达

12 年之久,而电脑键盘才用了区区两年,但他却对自己的汽车 有着更高的期待.我们都是这样. 对于许多非汽车工程师来说,面向汽车应用的开关和按钮所遭受的设计约束他们甚至连想都想不到.它 们必须应对的不利条件是: ? 宽温度范围 ? 宽湿度范围 ? 驾乘人员连续不断的污损 与早期的车型相比,如今汽车的开关和按钮要多得多.不仅数量众多,而且还必需能够很容易地安装到 外形日益多样化的操纵面之中.另外,它们还须具备成本效益性,以取代密封型开关.一种逐渐走红的 方法是转变为采用电容式触摸开关(CapSense).由于未采用机械式部件,而且能够与成形操纵面相吻 合,因此 CapSense 开关提供了汽车行业所需要的可靠性和价位. 如图

1 所示,电容式开关基本上就是一个由两根相邻走线形成的电容器;

物理定律决定了在它们之间存 在电容.如果把一个导体(比如:手指)放置在靠近这些极板的地方,则一个并联电容将与该传感器相 耦合.当把手指放置于电容式传感器之上时,电容将增加.拿开手指后,电容将减小.在增加了用于测 量电容变化的电路之后,就可以确定手指的存在与否了. 图图图图1:基本的电容式传感器 :基本的电容式传感器 :基本的电容式传感器 :基本的电容式传感器 Finger Inherent Capacitance of Sensor Coupling Capactiance from Finger 一根走线、间隔、另一根走线,这就是组成一个电容式传感器的全部所需.直接在这些走线上覆盖一层 绝缘透明塑料膜即可使其成为电路板的一部分.可以借助用于后窗玻璃除雾器的玻璃印刷电路技术来把 它们做在车窗上.也可以采用丝网印刷工艺将其做在保温凸雕的背部,并使之与弯曲的表面相吻合,这 样它们便可适合于汽车中几乎所有的应用. 构造一个电容式开关需要: ? 一个电容器 ? 电容测量电路 ? 用于把电容值转换成某种开关状态的局部智能. 典型的电容式传感器具有 10~30pF 的电容值.手指通过 1mm 的绝缘透明塑料膜耦合至传感器的电容通 常为 1pF~2pF.当采用较厚的透明塑料膜时,耦合电容减小.为了检测手指的存在与否,需要设计能够 测量出由手指引起的 1%电容变化幅度的电容式触摸感应电路. 弛张振荡器是一种有效而简单的电容测量电路.典型的弛张振荡器电路拓扑结构示于图 2. 图图图图2:典型的弛张振荡器拓扑结构 :典型的弛张振荡器拓扑结构 :典型的弛张振荡器拓扑结构 :典型的弛张振荡器拓扑结构 VTH fs fout Csensor icharge 该电路由

4 个元件组成,即: ?

1 个同步比较器 ?