电容式传感器的工作特点及应用实际
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电容式传感器的工作特点及应用实际
好像在突然之间,电容式传感器就无处不在了。它被安装在汽车座位里以控制气囊配置和安全带预紧装置,在洗碗机和干燥机中以校正旋转桶的状态,甚至冰箱也使用其来控制自动去冰过程。但是直到现在,它最大的潜在应用领域还是触摸开关,触摸开关已越来越多地出现在消费电子产品中。因为混合信号IC工艺得到广泛的采用,这种技术允许芯片设计师优化芯片的模拟和数字子系统,以构建具有前所未有的灵敏度和耐用性的电容式传感器,而且成本是机械式开关所不能比拟的。
如何工作
电容式传感器基本上可以分成三类:电场传感器、基于弛张振荡器的传感器以及电荷转移(QT)器件。电场传感器通常会产生数百kHz的正弦波,然后将这个信号加在电容一个极板的导电盘上,并检测另外一个导电盘上的信号电平。当用户的手机或另外的导体对象接触到两个盘的时候,接收器上的信号电平将改变。通过解调和滤波极板上的信号,可能获得一个直流电压,这个电压随电容的改变而变化;将这个电压施加在阈值检测器上,即可以产生触摸/无触摸的信号。
弛张振荡器使用了一个电极盘,其上的电极电容构成了锯齿波振荡器中的可变定时单元。通过将恒定电流馈入到电极线,电极上的电压随时间线性增加。该电压提供给比较器一个输入,而比较器的输出连接到一个与电极电容并行连接的接地开关上。当电极电容充电到一个预先确定的阈值电压时,比较器改变状态,实现开关动作—对定时电容放电,打开开关,这个动作将周期性的重复下去。其结果是,比较器的输出是脉冲串,其频率取决于总的定时电容的值。传感器根据不同的频率改变来报告触摸/无触摸状态。
QT器件利用了一种称为电荷保持的物理原理。举例来说,开关在一个短时间内施加一个电压到感应电极上对其充电,之后开关断开,第二个开关再将电极上的电荷释放到更大的一个采样电容中。人手指的触摸增大了电极的电容,导致传输到采样电容上的电荷增加,采样电容因此改变,据此就能得出检测结果。
QT器件在突发模式采样之后即进行数字信号处理,这种方法能提供比竞争方案更高的动