電容感應(yīng)傳感器的電極相關(guān)的屏蔽尺寸和位置對(duì)性能的影響

這篇文章我將討論屏蔽傳感器設(shè)計(jì)，以及與傳感器電極相關(guān)的屏蔽尺寸和位置如何影響傳感器性能。

屏蔽層相對(duì)于傳感器的形狀和位置是電容傳感器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素。如圖 1 所示，沒有屏蔽的感應(yīng)角度會(huì)拾取場(chǎng)線附近的任何雜散干擾。帶屏蔽的感應(yīng)角度取決于屏蔽與傳感器相比有多大以及屏蔽與傳感器的距離有多近。盡管屏蔽有助于減輕來自周圍區(qū)域的寄生電容干擾的影響，但它確實(shí)會(huì)降低系統(tǒng)的靈敏度和整體動(dòng)態(tài)范圍。

我對(duì)四種不同的屏蔽配置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以確定屏蔽與方向性、靈敏度和寄生電容干擾緩解之間的關(guān)系。這里采用的隔離傳感器拓?fù)渲饕糜诮咏褪謩?shì)識(shí)別應(yīng)用，例如系統(tǒng)喚醒檢測(cè)和信息娛樂顯示交互。目標(biāo)對(duì)象是人的手(接地目標(biāo))。四種配置是：

1. 僅限 CIN1 電極。

2. Shield1 與 CIN1 大小相同，位于下方。

3. Shield1 比 CIN1 大 200%，位于下方。

4. Shield1 環(huán)添加在與 CIN1 相同的平面上，Shield1 位于下方(與配置 3 相同)。

顯示了傳感器布局疊層的頂部和側(cè)面輪廓。屏蔽傳感器電極將有助于阻止任何外部干擾和噪聲。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即使屏蔽并不能完全消除所有干擾，但確實(shí)可以顯著降低干擾。傳感器的頂部是人手的預(yù)期目標(biāo)區(qū)域(在接近和手勢(shì)識(shí)別應(yīng)用中)。頂部是接近檢測(cè)最常見的方向，而來自側(cè)面和底部的接近被視為不需要的干擾。當(dāng)寄生電容(人手)從傳感器一側(cè)接近時(shí)電容的變化。很明顯，隨著屏蔽尺寸的增加，干擾的影響會(huì)降低。

傳感器從預(yù)期目標(biāo)方向(從頂部)的靈敏度。請(qǐng)注意，增加屏蔽面積會(huì)在一定程度上降低目標(biāo)區(qū)域的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。這是因?yàn)槠帘螠p少了終止于最近接地源的電場(chǎng)線的數(shù)量。各種應(yīng)用都需要一定的接近范圍和干擾余量;由于屏蔽與范圍和干擾沒有線性關(guān)系，因此需要針對(duì)每種情況調(diào)整屏蔽的大小。表 1 顯示，無論是使用與傳感器尺寸相同的防護(hù)罩，還是使用面積大 200% 的防護(hù)罩，對(duì)目標(biāo)區(qū)域靈敏度的影響大致相同。但是使用更大的防護(hù)罩可以減少受到側(cè)面干擾的脆弱性。

具有底部干擾的測(cè)量表明，在距離傳感器固定距離處，電容變化顯著降低。由于電極邊緣附近的邊緣場(chǎng)，除非屏蔽比傳感器大得多(一個(gè)數(shù)量級(jí))，否則所有干擾都無法消除。

總的來說，屏蔽是保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)完整性的一種非常有效的方法。屏蔽的放置和配置取決于應(yīng)用和可接受的寄生電容的數(shù)量。最多可消除 77% 的寄生電容干擾，代價(jià)是靈敏度降低 74%，具體取決于所需的感應(yīng)范圍和屏蔽配置。您需要正確表征每個(gè)系統(tǒng)以確定最佳屏蔽參數(shù)。