与传统的机械按钮、滑块和电位计相比CONTROL ENGINEERING China版权所有，电容性触摸感测技术具有很多优势www.cechina.cn，并正在迅速成为从移动电话菜单导航到汽车面板显示屏按钮等诸多应用的首选输入技术。本文介绍赛普拉斯公司开发的低成本电容性触摸感测设计方案。

    由于可通过厚度各异的玻璃或塑料表层感测手指的存在，电容性触摸感测技术为众多应用领域(包括工业和白色家电)的人机界面增加了坚固性。笔记本电脑采用的触摸板就是人们最为熟知的电容性触摸感测实例。近年来，多款畅销的MP3播放机也已开始采用电容性触摸感测技术提供简易导航，并普及电容性触摸感测输入法。

    不过，该技术的传统实现方法采用灵活性欠佳、高成本的模块型设计解决方案，并涉及使用授权等问题。为解决这些问题，赛普拉斯半导体公司推出了一款名为CapSense的新型设计方法，消除了模块的“黑匣子”障碍，可实现迄今为止成本最低的解决方案。

图1：简单的电容性开关

    有些触摸感测技术看起来与电容性触摸感测技术很相似

(例如，电阻性薄膜和场效应等)，但最终的性能对比却显现出不足。电阻性薄膜测量的是覆盖在显示屏上的两个电阻性薄板之间的电压变化CONTROL ENGINEERING China版权所有，电阻性薄膜不仅价格昂贵，而且容易磨损，使用寿命不长。

    而场效应则是检测电场的变化，这种变化会在存在导电元件时发生。目前，场效应实现方案的造价非常昂贵CONTROL ENGINEERING China版权所有，因为它需要一个系统控制器，而且每个开关都将增设一个IC。由于每个IC传感器都必须与附近的传感器隔离开，因此，场效应设计欠缺灵活性，存在一定的局限性，实际上不可能实现具有任何有效分辨率指标的滑块和触摸板。场效应实现方案在制造过程中常常需要进行成本高昂的开关校准。

    与上述两种触摸感测技术相比，电容性触摸感测的灵活性要高得多，而且成本也低得多。其基本原理是：导电元件的接入使电容性开关上的充电电压发生改变。(最简单的电容性开关只包括两个相邻的导电板，如图1所示)。这种实测的电容变化量可被用来提供许多高度灵活的输入配置www.cechina.cn，例如从按钮、滑块和触摸板到面向安全应用的邻近探测器等。

图2：张弛振荡器方框图。

基于PSoC的CapSense方案

    CapSense基于赛普拉斯的PSoC混合信号阵列技术。通过与特定客户(这些客户的应用需要一种灵活的单一IC架构，能以比模块型解决方案更低的成本、更高的灵活性方便地集成到现有系统中的)的密切合作，赛普拉斯的PSoC设计团队最终实现了独特的CapSense方案。
 
 采用模块型解决方案时，客户不得不为模块供应商所做的模块重新设计支付费用。因此嵌入式产品工程师迫切需要一种新方法，以便能够通过提供用于快速实现独特解决方案的方法来获得主动权。这种具有独特可配置性的PSoC架构和新型直观软件工具共同实现了CapSense方案。

    CY8C21x34和CY8C24794 PSoC器件均包括一个可由DAC来调节的电流源、比较器和复位开关的自动连接，以及一个独特的模拟多路复用总线。该模拟多路复用总线使得所有的被测通道都能由一个共用的比较器和电流源来运行。这就是说：CY8C21x34器件的每一个IO(共28个IO)以及CY8C24794器件中的48个IO均可被用于CapSense开关。相比之下，同类竞争解决方案则往往需要采用多路复用器和多个IC才能提供数量相当的开关。而PSoC的集成能力更加出色，而且节省了大量的BOM成本。

    PSoC架构不仅具有优越的电容性触摸感测适应性，而且用于处理测量电容变化的技术也是最佳的，原因有二：它是一种公开的技术(不会受到昂贵的专利使用费的限制)，而且，它是采用易用型设计工具来实现的。

张弛振荡器技术

    张弛振荡器技术是PSoC器件执行电容性触摸感测所采用的特定方法。图2所示为实现张弛振荡器所采取的PSoC器件配置方式。

    张弛振荡器由一个电容性开关、一个充电电流源、一个比较器、一个复位开关、一个PWM和一个定时器组成。电容器上的电压进行线性充电，直至达到门限为止，触发比较器输出高电平。这将启动开关，随后使电容器上的电压复位至地(这样充电周期就能够再次启动)。其振荡波形如图3所示。

 

图3：张弛振荡器波形。

    该振荡的输出频率取决于电容值(Cp)和充电电流。如果一个额外