超越智能的觸摸傳感解決方案

電容式的感應(yīng)產(chǎn)品正在以非?？斓乃俣冗M(jìn)入觸摸感應(yīng)的整體技術(shù)市場。據(jù)預(yù)測顯示，2011年的單年觸摸感應(yīng)半導(dǎo)體需求將達(dá)到30億美元。到2011年僅手機應(yīng)用中的觸摸感應(yīng)份額將增長到4億件。這是一個非?？捎^的數(shù)字。

　　電容式觸摸感應(yīng)

　　應(yīng)用最廣的是電阻式的觸摸感應(yīng)方案，但是電容式的觸摸感應(yīng)方案擁有增長最快的份額。電容式觸摸感應(yīng)方案之所以是增長最快的方案的原因有一下幾點：第一，在各種各樣的便攜式設(shè)備中，觸摸感應(yīng)的方案的應(yīng)用會越來越廣;第二，隨著制造成本的降低，電容式的方案會越來越多，電容式的方案的可制造性也會越來越強，體現(xiàn)在無論是工業(yè)應(yīng)用還是便攜式產(chǎn)品的應(yīng)用;第三，由IPOD效應(yīng)引發(fā)的其他供應(yīng)商大量跟進(jìn)電容式觸摸感應(yīng)方案。

　　硬件方案和軟件方案

　　觸摸感應(yīng)的方案一般用在觸摸面板、觸摸按鍵、觸摸屏這類方面。醫(yī)療設(shè)備、工廠自動化、家用電器、汽車、手持通信設(shè)備、電腦外設(shè)等等都是飛思卡爾觸摸感應(yīng)方案包括專用芯片和軟件方案適用的領(lǐng)域。

　　硬件方案

　　在選用芯片時，可以針對不用領(lǐng)域進(jìn)行選擇，比如消費級、工業(yè)級和汽車級的芯片等。

　　飛思卡爾的芯片硬件方案主要有MPR121：性能較高，1.71V至3.6V、12 個電極，鍵盤、I2C、3mmx3 mm 20QFN封裝;MPR031 ：小型方案，1.71V至2.75V、2 或 3 個電極，鍵盤、I2C、2 mmx2 mm 8UDFN 封裝;MPR083/084：基于MCU，1.8V至3.6V、8 個電極，轉(zhuǎn)輪和鍵盤、I2C， 5 mmx5 mm 16QFN;MC33941 ：電場感應(yīng)產(chǎn)品。

　　MPR121是飛思卡爾較新的專用的觸摸傳感器。它的明顯優(yōu)勢是功耗比較低，可以到29μA，低電源電流為便攜式應(yīng)用提供強大的低功耗優(yōu)勢。

　　達(dá)12個電極的檢測，每個電極和獨立設(shè)置，也可以把12個電極在內(nèi)部連接起來合成一個虛擬電極，進(jìn)行接近檢測，比如可以把手機拿起來貼近自己的臉。它可以同時具備按鍵檢測和接近檢測，工作電壓在1.71V至3.6V，具有在MPR031基礎(chǔ)之上第二代優(yōu)化的內(nèi)部算法，有獨立的自動算法和獨立校準(zhǔn)和自動配置功能。使用起來非常簡單，只需要一個外部元器件，一個濾波電容就可以工作了。不需要加其他的元器件就可以工作，使用方便簡單。

　　作為飛思卡爾觸電容式摸傳感器芯片第二代產(chǎn)品MPR121，有智能、靈活、低功耗的優(yōu)點，有獨立的校準(zhǔn)功能，可以簡化觸摸應(yīng)用設(shè)計。隨著采樣率的降低，功耗也可進(jìn)一步降低。智能方面表現(xiàn)在可以對產(chǎn)品自動校驗維護(hù)。靈活性表現(xiàn)在用戶使用上功能都是自動實現(xiàn)的，不需要設(shè)置，會根據(jù)電極的變化自動調(diào)整，比如環(huán)境溫度濕度變化時，并且走線簡單，使用起來方便靈活。

　　MPR121特性有：支持多達(dá) 12 個觸摸電極，1.71 V 至 3.6 V 的工作電壓，29μA 的平均電源電流。在 64ms 的響應(yīng)時間內(nèi)對所有 12 個電極進(jìn)行監(jiān)控。對每個電極進(jìn)行連續(xù)的獨立自動校準(zhǔn)，每個電極有各自的觸摸和釋放跳變閾值，可提供回差以及各電極的獨立性?？沈?qū)動多達(dá) 8 個 LED，或8 個任意組合的邏輯 I/O。具有3μA 的最大關(guān)斷電流。帶有終端口，可通知主機，比如有按鍵等，帶有 IRQ 輸出的 I2C 接口，可提示電極狀態(tài)的變化3mm×3mm×0.6 mm 20 腳QFN封裝，-40℃到+85℃的工業(yè)級工作溫度范圍。

　　MPR121如圖1所示。

　　圖1 MPR121

　　與此同時，MPR121還有配套的 Sensor Toolbox 開發(fā)工具，如圖2所示。包括MPR121 評估和開發(fā)板;基于經(jīng)過驗證的 KITMPR03x 評估板;無鉛封裝的 DIP轉(zhuǎn)換器;一組帶有標(biāo)準(zhǔn)電極連接器的電極樣本。套件中還有評估軟件和下載。

　　軟件方案

　　軟件方案可以靈活應(yīng)用，因為軟件方案并不針對某一個特定的芯片，可以選用任一個MCU，只要是MCU適合這個應(yīng)用，那這個軟件方案就可以適合這個應(yīng)用，所以是非常靈活的。

　　觸摸感應(yīng)軟件套件特征有：1.8V至5.5V，64 個電極，鍵盤、滑條、轉(zhuǎn)輪、矩陣與觸摸板、I2C、LIN、CAN、SPI、USB、所有的 S08 封裝選項。

　　圖2 MPR121配套的Sensor Toolbox開發(fā)工具

　　目前使用的是觸摸感應(yīng)軟件版本1.0，還會推出觸摸感應(yīng)軟件版本2.0，3.0，4.0。還陸續(xù)會推出薄膜概念方案、電感式概念方案、電阻式觸摸屏方案、多點觸摸概念方案等。

　　由于是用MCU實現(xiàn)檢測的，所以MCU的其他功能就能得到充分使用，并與感應(yīng)檢測同時協(xié)同工作，比如外部的LCD驅(qū)動、LED驅(qū)動、其他的外設(shè)，比如蜂鳴器、ADC和其他的傳感器，都可以同時用來工作。

　　飛思卡爾觸摸軟件感應(yīng)套件可將任何8位S08 MCU用作觸摸傳感器。TSS (Touch Sensing Software)能簡化用戶對接口的設(shè)計，讓客戶能夠在 10 分鐘內(nèi)從零開始，開發(fā)出一個應(yīng)用。TSS 能夠讓用戶界面獲得提升，可避免機械損耗和破壞的影響，增加產(chǎn)品的使用壽命，而且還讓設(shè)計人員獲得更大的靈活性，因為他們可以隨意選擇使用任意一款的飛思卡爾MCU。TSS 是免費的軟件，帶有低成本的開發(fā)工具，允許設(shè)計人員針對其應(yīng)用選擇最佳的 MCU 器件，并為他們多節(jié)省一個傳感器 IC 的成本。

　　觸摸感應(yīng)軟件套件解決方案的具體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。可以選擇不同的鍵盤類型、鍵盤數(shù)量和不同的MCU。若MCU的引腳有多余就可以利用來做電極。

　　圖3 觸摸感應(yīng)軟件套件解決方案結(jié)構(gòu)框圖

　　主要是用到MCU的內(nèi)部的一些運算，用軟件的方法實現(xiàn)檢測，主要結(jié)構(gòu)在軟件算法，包括按鍵矩陣、轉(zhuǎn)輪、滑條、鍵盤，有各種各樣不同的算法來實現(xiàn)不同的按鍵類型檢測。軟件界面更加炫目，能以較低功耗實現(xiàn)接口方案。軟件的解決方案面向應(yīng)用，所以對API的接口設(shè)計充分，用戶可以簡單地應(yīng)用到這些軟件方案，與庫文件進(jìn)行接口。在方案中，考慮到各種按鍵的使用中情況，包括噪聲抑制的算法，有內(nèi)部的優(yōu)化的緩存結(jié)構(gòu)，支持64個電極任意排列的組合?？梢栽谶\行的同時開啟或關(guān)閉任一個按鍵，并有自動重復(fù)等自動實現(xiàn)的算法，比如對粘滯按鍵、斷路按鍵、亂按鍵的情況都有響應(yīng)的自動算法處理。