Capsense电容触摸感应按键的原理【文献综述】.doc

1、 1 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 Capsense 电容触摸感应按键的原理 摘要 ：本文介绍了 capsense 电容触摸感应按键的基本原理，利用手指触摸面板时，手指与面板（非导电材料）下面的 PCB 板上的感应铜箔行成手指电容变化来实现触摸感应控制功能。 【 1】 希望通过本文，使读者对触摸感应技术有一定的认识，对 capsense 电容触摸感应技术有一个比较全面的了解，其次能初步了解它的发展历史，应用范围，背景和设计方面。 关键词： 触摸感应技术；电容；电容触摸；接触按键；电场 1.引言 包含触摸感应技术的产品早已经越来越多 地进入我们的生活当中。电容触摸的基本原理是：相邻的两个

2、导体之间会产生电容，当在覆盖物下如（玻璃）有地和接触按键并且它们都是覆铜，它们两者之间就会产生电容 Cp，在触摸按键和地之间还会产生边缘电场 ,穿过覆盖物，而人就是导体，当人的手指碰到边缘电场时，就会增加导体的表面积，那么在触摸按键和手之间就会产生一个电容 CF，所以当没手指时，感应电容为 Cp，有手指时为 CF+Cp。触摸感应技术颠覆了传统的机械按键和电位器的概念，为人们带来了快捷、方便和时尚。 2.电容触摸感应的应用背景 您在使用的很多产品，都可能用到触摸感应 设计，例如手持设备（如手机），汽车电子，计算机及周边，白色家电，我们看到的大部分产品都会用到控制面板，很有可能用到触摸感应，而控制

3、面板上会出现按键，滑条，键盘等。尤其是电容触摸技术是近年研究的热点之一。它的出现使人机交互的方式产生了革命性的变化，使人们体验到了更容易，更神奇的人机交互方式。它可以应用到带触摸按键或触摸屏的手机，作为标配的笔记本计算机的触摸板和马路边自动取款机上的触摸屏等等。早在 1971 年， samuelC hurst 博士就提出了电子触摸界面的设想，至 1974 年开始出现最早的触摸屏，从早期的相 关专利来看，它们都是着眼于检测压力的电阻式技术。 【 2】 渐渐的，诸如电容式，声表面波技术的还有红外波束遮断等其他技术出现，并且都在各自的应用领域内找到了一席之地。 Capsense电容触摸感应固有的美观

4、和性能可以使你的产品比较有特色，并且 capsense 还支持接近性触摸，可以探测到移动物体。 Capsense 电容触摸感应的基础，它对于人机接口来讲是一个革命性的方式，它可以替代机械按键、开关、拨号盘、键盘滑条等。 【 3】 它的重要意义可用以下几点概括 ; 它更可靠 &更耐用 密封的，没有外部器件； 更美观 更纤细，更有个性 ，更友好的界面； 2 节约成本 简化生产； 功耗更低 可以通过接近式检测唤醒休眠。 3.Capsense 电容触摸感应按键的原理 大家知道，早在前几年触摸技术就开始被应用于一些公共场所的检索设备，在近年也开始流行在消费类产品如手机屏幕上采用触摸式屏幕。触摸感应技术在

5、软件的配合下可以随着 LCD 显示内容的变化而实现无数的按键和滑条的功能，在许多使用触摸感应技术的产品里，机械的按键和电位器已经几乎被替代掉。而具有多触点和手势识别功能的触摸屏的问世，使触摸感应技术的发展进入到一个新的阶段。 【 4】 触摸感应技术涵概的内容非常 广泛，触摸感应实现的原理也多种多样。 从原理上来说，有基于电阻变化的触摸感应技术，有基于电容变化的触摸感应技术，也有基于声波的触摸感应技术和基于红外线的触摸感应技术等。各种触摸感应技术有其各自的特点和应用场合。 【 5】 其中，基于电容变化的触摸感应技术具有结构简单，稳定性好，灵敏度高等特点。主流的触摸感应技术使用的是电容感应原理，结

6、合现代微电子技术集成电路能够可靠的捕捉手指的触摸信息。 在从前，由于控制电路相对复杂，成本相对较高使其应用也比较少。而最近几年，由于集成电路技术的快速发展，使得基于电容变化的触摸感应 技术也获得了飞速进展，从而使这种技术变得越来越纯熟。使基于电容变化的触摸感应技术不仅可以实现触摸按键，触摸滑条，还可以实现触摸板和触摸屏等功能。具有多触点和手势识别功能的触摸屏就是使用基于电容变化的触摸感应技术来实现的。 【 6】 图 1 电容感应式按键的工作原理模型 如图 1，电容触摸按键的基本原理是：中低层的介质一般为 PCB 板、柔性电路板的基材，中间层为导电的铜箔，上层为绝缘的覆盖物。相邻的两个导体之间会

7、产生一个寄生电容，当在覆盖物下如（玻璃）有地和接触按键并且它们都是 覆铜，它们两者之间就会产生电容 Cp，一般为 10PF300PF，3 在触摸按键和地之间还会产生边缘电场 ,穿过覆盖物，而人就是导体，当人的手指碰到边缘电场时，就会增加导体的表面积，那么在触摸按键和手之间就会产生一个电容 CF，一般为 1PF10PF，电容感应按键与地的电容就会变为 Cx,用公式表示是，当没手指时， Cx=Cp，有手指时为 Cx=CF+Cp，由capsense 系统所测量的总电容 Cx 就是寄生电容 Cp 和触摸电容 CF 的综合。当手指靠近，增加了其间的电场强度，电力线密度也随之上升，感应电容也就随之增加。

8、【 7】 4.电容式触摸感应应用设计方面的技术 在电容式触摸感应技术成为主流的今天，是什么支持着这种技术的飞速发展，或者说， capsense背后的技术到底是什么呢？ Capsense 触摸感应技术是基于 PSoC 芯片，采用电容感应方式的一种先进的触摸感应技术。赛普拉斯半导体基于微处理器的 PSoC（可编程系统在片芯片），不仅具有 MCU 的可编程能力，还包含了部分可编程逻辑运算功能，同时也提供了可编程模拟阵列，集 3 种可编程能力于一体。 【 8】 其中的周边控制功能由与可编程模拟阵列相对应的可编程数字列阵提供。通过对寄存器的配置或控制，三 者之间可以相互作用、协调工作、是真正的可编程系统

9、级芯片。基于 PSoC 芯片的 capsen 触摸感应技术具有完整的理论基础，合理的硬件构架，极少的外部元件，最低的系统成本和非常高的弹性和灵活性。 Capsense 触摸式电容感应解决方案最多可以控制 28 个按键。 PSoC 内部有丰富的数字和模拟资源， capsense 电容触摸感应只用到其中一部分，剩余的资源可以用来进一步增加系统功能和优化系统设计。 【 9】 由于现代电子技术的进步，电容型的触摸感应技术已经日臻成熟，成本也大幅下降，另外它还有很好的抗干扰性能，可实现多个感应按键的 个数，由多个感应按键进而实现滑条功能，触摸板功能和触摸屏功能。 5.capsense 电容触摸感应按键的

10、发展和前景 传统机械按键的使用方式已经深人人心，机械按键给人的力学反馈是触摸按键所不能提供的，但是触摸按键可以增加设计的灵活性，因为电容式感应按键可以隐藏在一块完整的表面下边，不需要像机械按键那样需要预留机械部件运动的空间。有些便携式产品，用电容式触摸感应按键可以在最大程度上让产品外观具有浑然天成的效果 ！电容触摸感应技术还在不断地发展，越来越多的应用到各种类型的电子设备中，实现控制功能的更小巧，更整洁也更 灵活。 【 10】 参考文献 1翁小平 .触摸感应技术及其应用：基于 capsense.北京航空航天大学出版社， 2010（ 1）， 2郑赞 .触摸屏多点触摸技术揭秘 J.电子产品世界，

11、2008（ 11）， 34 35. 3朱明程，李晓滨 .PSoC 原理与应用设计 M.北京：机械工业出版社， 2008， 56 59 4Paul Kovitz.电阻式触摸屏原理 J.电子系统设计， 2006（ 1）， 43 48 4 5Electric Field Imaging Device and Keypad LED Drivers.http:/. 6Microchip m Touch TM电容式触摸传感按键解决方案 .(2008-10)http:/. 7Electric Field Imaging Device and Keypad LED DriversEB/OL， 2010-10-28. http:/. 8叶朝辉，华成英 .可编程片上系统 (PSoC)原理及实训 M.北京：清华大学出版社， 2008， 5. 9戴国骏 .系统可配置单片机原理与应用 M.北京 :机械工业出版社， 2009， 4. 10蔡祖欣 .电容式触摸感应器和电路的研制 D.上海：上海交通大学， 2008， 5