电容感应基本原理

多点触摸感应

多点触摸系统的核心是一对相邻电极组成的电容感应。当一个导体如手指接近这些电极时，两个电极之间的电容就会增加（见图一），可以通过微控制器检测到。另外，电容感应还可用于接近感应，传感器和用户身体并不需要接触到。这可以通过提高传感器的灵敏度来达到。


图一:电容感应原理

电容触摸感应MCU工作原理

IREF是一个内部参考电流源，CREF是内部集成的充电电容，ISENSOR属于内部集成的受控电流源，CSENSOR为外部电容传感器的充电电容，由于人体的触摸引起CSENSOR的变化，通过内部调整过的ISENSOR对CSENSOR进行瞬间的充电，在CSENSOR上产生一个电压VSENSOR，然后相对内部参考电压经过一个共模差分放大器进行放大；同理IC内部的IREF对CREF充电后也产生一个参考电压并相对同样的VREF经过差分放大，最后将2个放大后的信号通过SAR（逐次逼近模数转换器）式的ADC采样算出ISENSOR的值。


图二：电容触摸感应MCU工作原理图

电容式感应的工作原理

电容式感应的工作原埋是什么呢?下面的示意图显示了1个电容式感应按钮的横截面。如图所示，在外覆层材料之下，存在导电的铜块区域和导电的传感器。在2个导电元件相互之间靠得很近时，就会产生一个电容值，本图中标为Cp，这个电容值是由于传感器垫板与接地板之间的耦合现象而形成的。Cp属于寄生电容，典型数量级任10pF至300pF。传感器与接地板靠近时也会形成一个边缘电场，这个电场能够穿透外覆层。基本上，人体组织也属于导电体。将一根手指放存边缘电场附近时，就会增加这个电容系统的导电表面面积。


图三：手指电容值

但是，这个在图中标为CF的附加手指电容值的数量级在0.1pF至10pF。虽然一根于指的存在会导致电容发生变化，但与寄生电容相比，该变化的幅度是相当小的。而传感器的测得电容值称为CX。在没有手指存在的情况下，CX基本上等于CP。而在于指存在时，CX则为CP和CF的和。