Технология CapSense
Краткое знакомство с технологией, использующей уникальные особенности PSoC для реализации эффективной обработки сигналов от сенсоров
Измерение емкости
Измерение емкости используется в тех приложениях, где требуется создание бесконтактных переключателей (сенсоров) для интерфейса с пользователем. Защищенные диэлектриком, емкостные сенсоры представляют собой элегантный дизайн и обеспечивают надежность при работе в различной окружающей среде.
Упрощенно, емкостной сенсор - это пара смежных проводников (рис. 1). Когда проводящий объект приближается к этим электродам, появляется емкость между электродами и проводящим объектом. Как правило, под проводящим объектом подразумевается палец, но возможно и применение других объектов.
![](/im/publ/capsense/1.jpg) Рис. 1
Обычно массив емкостных сенсоров представляет собой набор конденсаторов, у каждого из которых одна из сторон заземлена. Наличие проводящего объекта вызывает увеличение емкости между сенсором и землей, и срабатывание сенсора можно определить, просто измеряя изменение его емкости (рис. 2).
![](/im/publ/capsense/2.jpg)
![](/im/publ/capsense/2_1.jpg) Рис. 2
Параметры емкостей обычно находятся в следующих пределах:
- емкость палец-датчик Cfe: ~ 0.1ё10 пФ
- собственная емкость человека Ch: ~100 пФ
- собственная емкость платы Cb: ~ 10ё300 пФ
е
- мкость человек-плата, Cbh: ~ 1-10 пФ
Технология реализации емкостных датчиков прикосновения с использованием системы на кристалле PSoC получила название CapSense:
- CapSense должен детектировать малые изменения емкости (0.1ё10 пФ) на фоне большой паразитной емкости (10ё300 пФ);
- Всегда измеряется сумма паразитной емкости Cpar и емкости касания Cx: Cs=Cx+Cpar
- Для оптимизации использования динамического диапазона всегда следует бороться за уменьшение паразитной емкости
Технология CapSense использует уникальные особенности PSoC для реализации эффективной обработки сигналов от сенсоров.
Возможности PSoC позволяют:
- благодаря широкому мультиплексору использовать для всех каналов общий компаратор и источник тока
- использовать внутренний источник тока
- автоматически подключать компаратор к ключу, разряжающему сенсор.
Архитектура PSoC позволяет разработчикам внедрить в свою разработку различные элементы управления, такие как клавиши, полосы прокрутки, сенсорные экраны, датчики приближения. Внутренняя аппаратура не требует подключения каких-либо внешних компонент для обеспечения заряда сенсоров или для их калибровки. Гибкость PSoC и технологии CapSense позволяет разработчикам быстро изменять проект. Вся калибровка происходит программным образом с использованием графического интерфейса. Состояние сенсоров может использоваться PSoC для управления различными устройствами - светодиодами, двигателями, динамиками и т.д., либо может быть передано в ведущий хост-контроллер системы (рис. 3).
![Система, использующая CapSense](/im/publ/capsense/3.jpg) Рис. 3. Система, использующая CapSense
Клавиши
Клавиши CapSense представляют собой базовую функцию приложения, отслеживающего изменение емкости. Детектирование наличия или отсутствия проводящего объекта (такого как палец) может быть легко осуществлено через различные материалы с различной толщиной (рис. 4). Клавиши CapSense могут, например, использоваться в мультимедийных приложениях для управления громкостью, яркостью, управления питанием и прочих функций. Клавиши CapSense могут заменить дискретные механические клавиши практически в любом устройстве.
![Клавиши CapSense](/im/publ/capsense/4.jpg) Рис. 4. Клавиши CapSense
Слайдеры
Слайдеры представляют собой элемент интерфейса более высокого уровня, чем клавиши. Слайдеры могут быть использованы для получения информации о положении пальца, причем с гораздо более большим разрешением (до 100 раз), чем при использовании отдельных элементов. Это достигается путем интерполяции измеряемых значений с отдельных элементов слайдера (рис. 5).
![Слайдер CapSense](/im/publ/capsense/5.jpg) Рис. 5. Слайдер CapSense
Существует возможность уменьшить количество используемых контактов благодаря их диплексированию. Диплексирование - метод соединения, когда каждый контакт PSoC CapSense соединен не с одним, а с двумя сенсорными элементами. Эти элементы расположены в таком порядке, который позволяет однозначно определить, какая сторона слайдера активна (рис. 6).
![Диплексированный слайдер CapSense](/im/publ/capsense/6.jpg) Рис. 6. Диплексированный слайдер CapSense
Детектор приближения
Емкостной сенсор по определению является детектором приближения. Для обычных клавиш толщина покрытия является дистанцией приближения, т.е. тем порогом, который определяет факт нажатия.
В настоящем детекторе приближения не требуется контакта между покрытием сенсора и пальцем или ладонью пользователя. В таком применении требуется увеличить чувствительность сенсора по сравнению с чувствительностью, требуемой для обычных клавиш. Это реализовано путем получения данных от сенсора в течение более продолжительного времени, что позволяет отследить очень малые изменения емкости.
Способы измерения емкости
Архитектура чипов PSoC позволяет использовать три различных техники измерения емкости:
- CSR (21x34, 24x94)
- CSD (21x34, 24x94)
- CSA (20x34 и готовящиеся к выпуску)
Метод CSR
Метод CSR (рис. 7) основан на использовании релаксационного генератора. В настоящее время этот метод не рекомендуется для применения в виду плохой помехоустойчивости.
![Метод CSR](/im/publ/capsense/7.jpg)
![Метод CSR](/im/publ/capsense/7_1.jpg) Рис. 7. Метод CSR
Метод CSD
Метод CSD использует схему на коммутируемом конденсаторе и токоотводящем резисторе обратной связи (рис. 8). Измеряется коэффициент заполнения выходного битового потока.
![Метод CSD](/im/publ/capsense/8_0.jpg)
![Метод CSD](/im/publ/capsense/8.jpg) Рис. 8. Метод CSD
Свойства метода CSD:
- Сканирование от 1 до 28 сенсоров.
- Детектирование даже через 15-миллиметровое стеклянное покрытие
- Детектирование приближения до 20см с использованием провода в качестве сенсора
- Высокая устойчивость к AC-, EMC-шумам и изменениям питающего напряжения
- Поддержка различных комбинаций независимых сенсоров и слайдеров
- Удвоение разрешающей способности слайдеров с помощью диплексирования.
- Поддержка панелей прикосновения (touch-pad) при применении двух слайдеров.
- Поддержка детектирования при применении высоко-резистивных материалов (например ITO-пленки).
- Использование защитного электрода для обеспечения стабильного функционирования даже при наличии водяной пленки или капель.
- Мастер назначения контактов.
- Интегрированный алгоритм для отслеживания изменений температуры, влажности, электростатических разрядов.
- Легко настраиваемые параметры
- Графическое приложение для PC для мониторинга и оптимизации параметров в реальном времени
Метод CSA
Метод CSA использует схему на коммутируемом конденсаторе (рис. 9). Измеряется напряжение на делителе образованном источником тока и коммутируемым конденсатором.
![Метод CSA](/im/publ/capsense/9.jpg)
![Метод CSA](/im/publ/capsense/9_1.jpg) Рис. 9. Метод CSA
Свойства метода CSA:
- Сканирование от 1 до 28 сенсоров.
- Сканирование слайдеров с количеством элементов от 2 до 28.
- Удвоение разрешающей способности слайдеров с помощью диплексирования.
- Увеличение разрешающей способности слайдеров с помощью интерполяции.
- Панели прикосновения (touch-pad) при применении нескольких слайдеров.
- Настраиваемая чувствительность сенсора, порога детектирования и частоты опроса.
- Мастер назначения контактов.
- Интегрированный алгоритм для отслеживания изменений температуры.
Примеры использования CapSense
![Примеры использования CapSense](/im/publ/capsense/10.jpg) Рис. 10. Примеры использования CapSense
Макро Групп
|