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电容式触控:细数不同方案

电容式触控:细数不同方案

电容式感测应用于各个技术,从工业、汽车和医疗设备,到智能手机和平板电脑等日常消费应用。该技术的迅速普及主要归功于它能轻松地增强设备的用户体验,使制造商可以放弃传统的开关控制,换成更具吸引力的触摸式控制。该技术还有助于减少设备中机械元件的数量,从而实现更长的使用寿命和更小的尺寸。这些特性使得采用电容式感测的产品对消费者更具吸引力,当然前提是其设计、校准和控制必须到位。
尽管电容式感测也广泛用于实现触控按钮和滑条,这在消费、商业和工业应用中都很常见,但该技术最常见的目标应用是触控板(touchpad)和触控屏幕(touchscreen)。不过实践证明,对大多数工程师而言,如何设计低成本、快速响应且能效高的传感器来保证设备在嘈杂环境中的可靠运行是一个挑战,而这在目前市场上是标准要求。
在物联网(IoT)和可穿戴设备技术方面尤其如此。未来几年,这个市场将以极快的速度增长,消费者希望这些设备提供与已有IoT设备相同甚至更出色的使用体验。因此,工程师需要认真思考哪种电容式感测方法对其应用最有效,因为市场上有一些适合不同用途的方案与设计,而它们之间的差异也极大。
触控板
用于用户界面的最基本的触控式感测应用,可能就是我们都熟悉的投射式电容触控(PCT)触控板。这些设计由位于玻璃板之间的导电材料层的行和列的矩阵组成。对该网格施加电压可产生电场,其强度可在每个交叉点进行测量。当导电物体(如人的手指)靠近并接触PCT面板时,接触点的电场发生改变,可测量为电容差。
工程师可采用两种方案来实现PCT技术:自电容触控板与互电容触控板。
自电容设计位于印刷电路板(PCB)上,由接地引线环绕。PCB上的每个传感器与周围的接地引线形成一个寄生电容,电场线在传感器的顶部。接近的手指会引入一个额外电容,使电场扭曲。该设计的主要缺点是一次只能检测一个触摸,尽管该模式相对经济有效,但实际上只适合屏幕后面空间有限的设备。
但是,互电容感测方法(指任何两个带电物体之间存在的电容)可以实现同时多个触摸的检测,这对采用大尺寸显示屏的复杂设备非常理想。在手指触摸期间,两个物体间的互电容减小:触摸控制器可检测到互电容的减小,从而识别手指的触碰。很重要的是,每个交叉点都有独一无二的互电容并可独立跟踪。
对于互电容触控板,手指的触碰会造成电容减小。相反,在自电容触控板上,手指带来的额外电容会增加传感器所测量的总电容。
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