电子设计应用用电荷转移传感手艺实现电子产物立异性设想
图1：Jenn-Air的Attrezzi食物搅拌机采用了一个环抱设备底座的曲面形触摸节制面板。现实上的面板不支持任何的电子元器件，QTough IC和相关的电子元件都安装到PCB上。光隔离器将PCB与面板隔分开来，故需要在PCB和每个键相邻的空区之间用直径很细的导电橡胶线将两者连起来，光隔离器上的其它孔将这些橡胶部件固定。通过改动QTough芯片以节制整个搅拌机，而不只仅是这些按键。除了节制外，还电机速度、节制LED，用一个节制环来调制驱动可控硅，从而只操纵一片并不贵的节制芯片即可实现对整个搅拌机的节制。QTough器件采用了消弭干扰的扩谱手艺，以及曾经申请专利的防止误触碰或大手起的相邻键误动作的相邻键(AKS)手艺。在Attrezzi搅拌机中，它还供给了所有的平安办理功能，包罗错误键检测和主动关机功能。按键触摸传感器IC一款新推出的电荷转移器件是8键传感器IC，用于像手机、MP3、计较机外设、遥控和雷同的消费类产物中的低功率传感，能够驱动8个大小分歧的触摸键，能够操纵任何面板材料，从而简化各类机械设想。能够通过简单地改变外部参考电容来独自调整各键的活络度。该芯片还具有快速检测特征，因此能够用一个接触传感电极条来实现一个简单的触摸滑动键。典型的使用电如图2所示。
过去几年，人们测验考试了操纵容性传感手艺，但发觉还不具有合理的成本、靠得住性和机能。设想师需要的触摸传感手艺是答应庞大的缔造度，同时不手艺机能和人机接口上的利用便利性，还要有适合于多量量消费品使用的价钱。基于电荷转移手艺的芯片能够满足上述需求，具有成本低特点，适合形成触摸键盘的靠得住面板、开关矩阵、滑动键、节制轮，以至触摸屏等。电荷转移传感“QT”或电荷转移传感基于根基的物理学道理，出格是电荷转移道理。“Q”是电荷的尺度代表符号，因而“QT”代表电荷转移。该手艺由位于英国的Quantum Research公司开辟并申请了专利。QT传感器采用电子开关，将一个未知电容的板充电到已知电位，然后转移电荷到丈量电。一个或多个充电-转移周期后，通过丈量电荷即可确定板上的电容。该过程工作在突发模式，采用微处置器节制的MOSFET晶体管开关，故当物体接近或触碰传感概况而发生改变时，可以或许切确而靠得住地丈量电容的细小变化。该手艺不变切确，并具有几个数量级的动态范畴。其实现电只需要很少的外部元件，而且无需振荡器、电感器、RC收集或其他的射频元器件。扩谱调制从底子上消弭了电子噪声的影响，同时所发生的辐射能够忽略不计。电的活络度和不变性获得改善，更容易满足EMC机能，还有复杂度和成本都被减到最低。对于良多传感手艺来说，一个真正的问题是跟着产物的老化和前提的改变而呈现机能超脱，而这个问题颠末QT能够主动弥补。本文会商三个常见使用中的QT传感实现：即触摸键盘，滑动键和滑轮传感器。触摸键的实现图1所示的是Jenn-Air公司的Attrezzi搅拌机，其底座上装有一个安装在弯曲机座上的触摸节制面板，该面板就是基于电荷手艺，为了满足整个产物设想，每个键盘的尺寸和外形都分歧。触摸手艺通过在一个事后确定的采样周期后，只记实一次触摸，完全处理了反弹的问题。为了简化利用，触摸键用蓝色LED显示，在PCB和触摸节制面板内侧之间装有光隔离器。光隔离器的一侧能顺应面板的弯曲来贴合设想，而另一侧是平面的以贴合PCB。白色的光隔离器的蜂窝式设想供给刚性布局，将光通向到响应的键，还防止键间的光泄露。在面板内的环节部位利用了Ag的Orgacon通明导电聚合物来构成供给背光照明的触摸键。该材料的透光率高于90%，其覆屏处置方式与尺度的低成本方式兼容。
图2：一个8键触摸传感器使用电。该芯片在上电后主动校准。为了节约电池能量，该芯片在低功率模式下电压为3V，仅耗损40uA的电流，同时能在某键被触碰后快速响应。该模式在有人触碰时设备。通过对一组按键的各信号强度进行比力，芯片能确定哪个键是环节的或者是想要按的键，从而防止多个按键对统一触碰同时响应。为了防止因为外部物体逗留在传感面上惹起的卡键，在长检测后芯片从头校准。设备有两种输出模式：一种是每键对应一个引脚，另一种是二进制编码体例。该芯片采用很小的无铅 QFN-32封装。触摸滑动键一个触摸滑动键IC操纵触摸来模仿一个滑动电位器，系统封装设想中的材料选择范畴很大。很是靠得住，即即是带动手套隔着玻璃或塑料笼盖膜也没有影响。滑动键条的外形能够肆意选择，并非必然是直线。Quantum Research的QSlideQT411供给7比特的分辩率，并通过一个串行SPI接口将数据供给给主节制器。使用范畴包罗消费产物、医疗产物、工业产物、汽车电子和计较机外设。能够用来节制速度、温度、声音、光以及显示亮度，以至能够用作机械。两个电荷转移传感通道工作在一个线性阻性元件上。操纵算法来确定触摸的，与信号的强度无关，因此使得检测切确靠得住。阻性元件能够用的分手电阻器，也能够用厚膜电阻排。和上述的触摸键相对应，电荷转移触摸滑动键采用从睡眠模式的体例来设备。别的还有一个接近模式，即当检测到人手距离面板50mm时就设备。如许就能够在用户触摸设备之前就能够激活显示或设备。低功率模式的电流小于10uA。扭转按键和滑动键雷同，滑轮芯片能够看作为容性电位器，人的手指用作电刷。设备的电极由一个简单的阻性环形成，该环被放置在任一电极板的背后。三个容性QT通道被毗连到该环，信号被处置成7位的绝对值，如图3所示。输出颠末一个尺度的SPI串行接口。该芯片不需要外部有源器件，芯片能够穿越3mm厚的面板，当被放置到玻璃或塑料板后，能够实现一个替代机械编码器或电位器的滑润、密封、难以的扭转触摸节制。在面板上无需开孔和旋钮，也没有办事或问题，功耗很低，电流耗损能够低至10uA。
图3：用作为触摸传感电极的阻性环扭转按键使用电。本文小结基于电荷转移的人机接口矫捷、靠得住且成本效益高。所述的设备所实现的环节缔造性在于产物的工业设想，这对很多产物来说事关成败。最主要的是，其成本似乎恰是绝大大都人们所期望的，可用于大规模的消费电子使用。作者：Hal PhilippCEOQuantum Research集团无限公司h.
