【導讀】隨著(zhù)智能觸控和智能表面概念在汽車(chē)應用上的興起，純電容觸控技術(shù)被廣泛應用于汽車(chē)內外飾應用中，替代傳統機械按鍵，在一定程度上提升了汽車(chē)人機交互體驗感和科技感，但隨著(zhù)越來(lái)越多各類(lèi)人機交互應用場(chǎng)景的出現，以及基于傳統純電容方案大規模進(jìn)入汽車(chē)走向市場(chǎng)，單純的電容觸控方案的弊端從開(kāi)發(fā)側到用戶(hù)側越來(lái)越顯現出來(lái)，包括按鍵誤觸問(wèn)題，多按鍵盲操問(wèn)題，水的誤觸發(fā)問(wèn)題，EMC抗干擾問(wèn)題等等都對智能觸控和智能表面在汽車(chē)上的更大規模應用與普及構成了一定的障礙。行業(yè)也都在積極思考如何在可接受的成本范圍內，通過(guò)技術(shù)迭代改進(jìn)解決現有痛點(diǎn)，提升方案的可靠性。
泰矽微所倡導的壓感+電容雙模3D觸控芯片及整體方案正是在這樣的大背景下應運而生的。整體方案構成包括由泰矽微開(kāi)發(fā)的車(chē)規級專(zhuān)用人機交互MCU和來(lái)自于深圳紐迪瑞公司開(kāi)發(fā)的基于惠斯通電橋原理的車(chē)規級壓力感應柔性傳感器。整體方案解決了現有純電容觸控存在的所有痛點(diǎn)，且成本可控，具備較強的可生產(chǎn)性。方案所包含的芯片和傳感器均已通過(guò)相關(guān)AEC-Q100/200測試認證。本文接下來(lái)的篇幅將會(huì )更詳細的展開(kāi)介紹相關(guān)方案的市場(chǎng)，技術(shù)及應用情況。
本材料面向從事汽車(chē)人機交互，智能內外飾件相關(guān)應用的技術(shù)及市場(chǎng)人員，汽車(chē)相關(guān)行業(yè)分析師及行業(yè)投資機構等。希望能給行業(yè)帶來(lái)一定的參考價(jià)值。
2 市場(chǎng)縱觀(guān)和需求分析
2.1 智能按鍵和智能表面市場(chǎng)概述
隨著(zhù)新能源技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)動(dòng)力系統已經(jīng)越來(lái)越難以實(shí)現差異化， 汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展由過(guò)去基于機械和內燃機系統的動(dòng)力系統的競爭演變?yōu)橹悄芑?，舒適化，科技感等的競爭，隨之帶來(lái)的是整個(gè)生態(tài)系統的快速演變。
智能按鍵和智能表面作為汽車(chē)智能化的重要部分，目前正處于快速發(fā)展階段，隨著(zhù)由儀表，娛樂(lè )，空調等分離單元組成的傳統座艙快速向座艙域+ADAS域演變，一體貫穿屏和雙聯(lián)屏越來(lái)越多的被用于新發(fā)布車(chē)型中，傳統中控部分用于調節空調和娛樂(lè )導航等功能的機械按鍵被集成進(jìn)大顯示屏或轉換為智能按鍵被轉移到其它位置，對于集成于顯示屏的功能鍵面臨多層菜單的操作復雜度，比較適合于與駕駛和車(chē)身控制無(wú)關(guān)的娛樂(lè )，導航，通訊等功能的集成；對于一些常用和用戶(hù)希望快捷響應的涉及車(chē)量行駛和車(chē)身控制的功能，按鍵形式無(wú)論從便捷性和安全性考慮會(huì )更適合，但受限于可用的面積和空間，空間占用比較大的機械按鍵會(huì )轉變?yōu)楦有∏傻闹悄馨存I轉移至顯示屏下方、檔把控制板或多功能方向盤(pán)。智能按鍵除在結構件的小體積輕量化方面有優(yōu)勢之外，也帶來(lái)用戶(hù)體驗的提升如觸覺(jué)反饋，聲音反饋，光效反饋等， 在汽車(chē)上的應用呈快速增加的態(tài)勢。
圖一 基于傳統機械按鍵的內飾
圖二 大屏+智能按鍵
智能表面是未來(lái)汽車(chē)內外飾發(fā)展的方向，它通過(guò)在內外飾材料上增加電子功能的產(chǎn)品結構實(shí)現塑電一體化，在我們不需要的時(shí)候隱藏，需要時(shí)通過(guò)接近，手勢或語(yǔ)音控制等形式來(lái)激活，獲得反饋和響應。在信息展現上，智能表面能夠將車(chē)內所有功能無(wú)縫整合至統一表面，實(shí)現無(wú)縫銜接。
在未來(lái)，車(chē)內的每一個(gè)表面都可以是智能表面 。我們只需在車(chē)內覆蓋的表面上方動(dòng)動(dòng)手，某個(gè)互動(dòng)界面或動(dòng)態(tài)氛圍燈即會(huì )顯現，這些表面可以與我們互動(dòng)，可以根據用戶(hù)需求出現在恰當的地方，其展現形式有很多種：
方向盤(pán)的智能表面設計：可通過(guò)觸摸、按壓或手勢等方式觸發(fā)轉向信號、汽車(chē)娛樂(lè )系統控制、汽車(chē)檔位車(chē)速控制等功能。
門(mén)飾板和車(chē)把手：可以通過(guò)觸控技術(shù)集成后視鏡、車(chē)窗控制、座椅調節等為一體。
智能座椅控制：通過(guò)智能表面來(lái)實(shí)現不同的場(chǎng)景的設置，如座椅調節、座椅加熱、按摩、一鍵零重力、氛圍燈光等功能的控制。
智能玻璃和天窗的設計，使用特殊的薄膜設計，插入玻璃中，再通過(guò)電子控制信號改變透明度來(lái)實(shí)現汽車(chē)內部氛圍燈、影像的控制功能。
圖三 無(wú)處不在的智能表面
智能表面在設計方面的自由度也將變得更為靈活。一方面，我們可以調整占用者的可見(jiàn)功能數量及其當前需求；另一方面，也有利于設計師充分發(fā)揮想象，設計出具有更多高科技感和美感的作品，從而改善內部視覺(jué)和觸覺(jué)效果。智能表面可以減少多余的按鈕和開(kāi)關(guān)，暫時(shí)沒(méi)有被使用的功能也可以變暗或消失。而在未來(lái)，幾乎任意一個(gè)表面都可以加載功能，這樣多出來(lái)的地方可以作為儲物空間或置放其他物品。使車(chē)內縫隙最小化，從而實(shí)現了整體內飾風(fēng)格的無(wú)縫統一，擴大了空間使用率。
目前，智能表面技術(shù)正在迅速發(fā)展，未來(lái)的車(chē)輛內部將被集視覺(jué)美與功能性于一身的大型智能表面所覆蓋。在整體的設計上，也讓消費者覺(jué)得更具設計感和科技感。智能按鍵作為人機交互的基本實(shí)現形式將會(huì )是智能按鍵的基本組成部分。
除了內飾部分的應用，外飾件對于智能按鍵和智能表面的應用也出現快速發(fā)展的態(tài)勢，如隱藏式觸控門(mén)把手的應用使車(chē)輛外觀(guān)更加美觀(guān)和節能，尾門(mén)腳踢控制器解決了用戶(hù)在雙手抱物的情況下開(kāi)尾門(mén)的難點(diǎn)，智能B柱作為共享汽車(chē)的輸入截面也呈現出越來(lái)越多的應用案例。
綜合以上情況， 預計智能按鍵芯片的單車(chē)用量將會(huì )達到20到30顆之多，對整車(chē)的智能化體驗和成本越來(lái)越重要，相應的方案的選擇顯得越來(lái)越重要。
2.2 智能按鍵和智能表面系統組成和方案選擇
智能按鍵人機交互主要包括感知和反饋兩部分，感知部分主要是利用各種傳感器對用戶(hù)的觸摸動(dòng)作進(jìn)行可靠識別，主要形式有電容式，電阻式，紅外式，電感式等， 反饋部分是對用戶(hù)操作進(jìn)行回饋以確認操作成功。兩者結合可在功能和用戶(hù)習慣上完全替代傳統機械按鍵，同時(shí)比之機械按鍵擁有更為美觀(guān)的外形，占用更少空間，以及提升了整車(chē)的科技感。
在智能按鍵的技術(shù)選擇方面，電容觸控方案作為最通用和高性?xún)r(jià)比的方案被廣泛采用，但也存在諸多問(wèn)題， 如防水問(wèn)題，防誤觸問(wèn)題，抗電磁干擾問(wèn)題，裝配精度問(wèn)題等僅靠單一電容檢測的方式很難做到完美解決，多，模方案自然而然就成了業(yè)界共同尋求的改進(jìn)方案。其中壓力，紅外是最常使用的方案, 其中紅外檢測主要用到高成本的光電轉換器件，對裝配的精度要求高而且，信號輸出與表面的變形量也是非線(xiàn)性關(guān)系，靈敏度適應環(huán)境變化的能力弱；壓力檢測的方式也有電容或電阻方式， 其中電容壓力方式要求兩個(gè)電容薄膜之間需要真空環(huán)境，支撐面需要平整，壓力和電容變化非線(xiàn)性等在工程實(shí)踐過(guò)程中面臨很多難以克服的挑戰。電阻式壓力傳感器作為新型的檢測方式具有的高線(xiàn)性度，裝配方式靈活，靈敏度高，低功耗等特性將成為多模觸控的優(yōu)選方案，得到越來(lái)越多業(yè)內客戶(hù)的認可。
3 傳統電容觸摸方案介紹
傳統的觸摸方案依照感應方式的不同，大致可以分為電阻式，電容式，紅外線(xiàn)式和超聲波式四類(lèi)，目前絕大部分應用（包括汽車(chē)）采用的是是電容式觸摸。
電容式觸摸又分自容式和互容式兩種檢測方式，這兩種檢測方式應用原理不同，應用場(chǎng)合也不同。
圖四是自容式觸摸的原理簡(jiǎn)圖，自電容檢測是用一個(gè)電極，觸摸芯片會(huì )測試該電極和大地之間的電容，若將手指放在傳感器上，則測得的電容會(huì )增加。自電容感應最適合用于單點(diǎn)觸摸傳感器，如按鍵。
圖四 自容觸控原理
圖五是自容式的原理簡(jiǎn)圖，互電容感應將測量?jì)蓚€(gè)電極間的電容。其中一個(gè)電極被稱(chēng)為發(fā)送電極（TX），另一個(gè)被稱(chēng)為接收電極（RX）。在互電容測量系統中，為 TX 引腳提供數字電壓（VDDD 和 GND 間的信號切換），并測量 RX 引腳上所接收到的電荷。在 RX 電極上接收到的電荷與兩個(gè)電極間的互電容（Cx）成正比。在 TX 和 RX 電極間放置手指時(shí)，互電容Cx會(huì )降低到。由于互電容降低，RX 電極上接收到的電荷也會(huì )降低?；ル娙菪钸m合用于多點(diǎn)觸摸系統，如觸摸屏和觸控板。
圖五 互容觸控原理
圖六是自容式電容觸摸的工作原理介紹，分為觸摸態(tài)和非觸摸態(tài)。
圖六 自容工作原理
在非觸摸態(tài)的時(shí)候的物理模型如上圖所示，整個(gè)系統會(huì )有3個(gè)等效電容組成，一個(gè)是寄生電容Cp（Parasitic Cap），一個(gè)是電極電容Ce（Electrode Cap），還有一個(gè)回地電容Cg（Ground return Cap）。這3個(gè)電容并不是一成不變的，他們會(huì )由于周?chē)h(huán)境的變化而發(fā)生變化，所以在非觸摸態(tài)下，電容值會(huì )產(chǎn)生波動(dòng)，我們稱(chēng)之為電容底噪，需要通過(guò)軟件來(lái)對這種波動(dòng)值進(jìn)行修正，來(lái)保證不會(huì )由于周?chē)h(huán)境的變化而產(chǎn)生誤判斷。
圖七 基于自容的人體感應原理
如圖七所示，當人體靠近電容檢測電極時(shí)的物理模型如上圖所示，要比未靠近的時(shí)候會(huì )增加一個(gè)觸摸電容Ct（touch cap）。當人體離這個(gè)電容檢測電極越近，Ct會(huì )越大，當在一定時(shí)間范圍內電容變化量達到一定的門(mén)限后，我們就判斷有觸摸事件發(fā)生。
雖然自容式觸摸在汽車(chē)上的應用廣泛，但是也存在一些比較難解決的問(wèn)題，主要為以下幾種：
1：防水效果差：
像車(chē)外飾以及靠近車(chē)窗的車(chē)內飾組件容易遇到一些水滴或者水流的情況，這種場(chǎng)景下電容觸控容易產(chǎn)生一些誤動(dòng)作。例如門(mén)把手，尾門(mén)開(kāi)關(guān)，車(chē)窗升降開(kāi)關(guān)，在下雨或洗車(chē)等場(chǎng)景下，容易產(chǎn)生誤判。
2：對低阻抗的物體容易產(chǎn)生誤觸：
因為電容觸控的檢測原理是通過(guò)pad來(lái)檢測周?chē)h(huán)境的介電常數在短時(shí)間的變化量來(lái)判斷是有觸摸動(dòng)作，所以當有低阻抗或者介電常數跟人體的介電常數相似的物體（如金屬）靠近時(shí)也容易產(chǎn)生響應。
3：電磁抗干擾差：
由于電容觸摸采用的是共模檢測的方式，并且電容檢測電極類(lèi)似于天線(xiàn)，所以對電源紋波和高頻噪音干擾容易產(chǎn)生誤觸，特別是EMC測試中射頻噪音和電源線(xiàn)以及地線(xiàn)上噪音的抗干擾效果不好。
4：盲操效果差：
對于用戶(hù)的一些不經(jīng)意的操作會(huì )引起誤觸發(fā)，比如方向盤(pán)控制器，在駕駛者行駛過(guò)程中需要盲操的場(chǎng)景下，手對電容按鍵較多的觸摸區域操作時(shí)會(huì )有很大概率產(chǎn)生誤觸。
5：對開(kāi)發(fā)人員的技術(shù)能力要求高：
由于電容觸摸的抗干擾性差，對周?chē)骷母哳l干擾容易受串擾，所以結構堆疊，Layout設計和器件擺放以及對于觸摸算法調試都存在一定的難度，開(kāi)發(fā)周期長(cháng)。所以在設計過(guò)程中，對結構工程師，硬件工程師和軟件工程師的要求都非常高。
基于純電容觸控存在的諸多問(wèn)題，越來(lái)越多的人家交互觸摸方案中開(kāi)始考慮融入壓力檢測技術(shù)。通過(guò)壓力檢測判斷按壓動(dòng)作，通過(guò)常用的壓力檢測技術(shù)有電容式壓力傳感檢測、電感式壓力傳感檢測、紅外壓力傳感檢測、MEMS壓力傳感檢測、惠斯通電橋壓力傳感檢測技術(shù)。
4 主要壓感技術(shù)路線(xiàn)分析
4.1 電容式壓力傳感器檢測技術(shù)
電容式壓力傳感器檢測技術(shù)，需要在壓力檢測位置上構建一個(gè)電容器，按壓過(guò)程中檢測該電容器電容量的變化來(lái)判斷按壓動(dòng)作。
電容器由兩塊正對的平行導體，以及它們之間夾著(zhù)的絕緣介質(zhì)構成，其電容量為
其中：
ε為兩平行導體之間的絕緣介質(zhì)的相對介電常數
A為兩平行導體所覆蓋的面積
d為兩平行導體之間的距離
C為電容量
當ε、A或d發(fā)生變化時(shí)，電容量C也會(huì )隨之發(fā)生變化。
電容式壓力傳感器檢測技術(shù)是通過(guò)檢測按壓時(shí)改變兩平行導體間距來(lái)實(shí)現電容量變化的技術(shù)。
由此可見(jiàn)，實(shí)現電容式壓力傳感器檢測的關(guān)鍵在于在按壓位置上構建一個(gè)穩定、一致，可靠，并在按壓時(shí)能夠產(chǎn)生一定行程距離的電容器。
這就使得設計電容器時(shí)需確保：
?、匐娙萜鲀善叫袑w空間上既要完全重疊，又要保證兩導體之間的距離一致
?、诎磯簳r(shí)產(chǎn)生合適的位移行程引起的電容量的變化能被檢測電路有效檢測出來(lái)
?、鄹鞣N使用環(huán)境下絕緣介質(zhì)的相對介電常數一致。
以上條件對電容的載體結構件、平行導體的生產(chǎn)裝配精度要求極其苛刻，甚至需要在兩平行導體之間構建密閉環(huán)境并充填特定氣體以確保各種使用環(huán)境下電容器中的絕緣介質(zhì)的相對介電常數不變，這樣才能保證產(chǎn)品的性能和一致性，生產(chǎn)難度和生產(chǎn)成本極高。
電容量的檢測大多采用的是電容觸摸的檢測原理，因此該檢測技術(shù)除了存在構建電容器的難度以外，還帶有電容觸摸的先天缺陷，比如防水誤觸、EMC、帶手套觸摸等問(wèn)題，降低了客戶(hù)的體驗度。
4.2 電感式壓力傳感器檢測技術(shù)
電感式壓力傳感器檢測技術(shù)是利用電磁感應原理將壓力轉換成電感線(xiàn)圈自感量的變化，再由測量電路轉換成電壓或電流的變化，來(lái)判斷按壓操作的檢測技術(shù)。
電感式壓力傳感器也稱(chēng)變磁阻式壓力傳感器，由鐵芯、線(xiàn)圈和銜鐵三部分組成。如圖八所示：
圖八 電感式壓力傳感原理
線(xiàn)圈繞在鐵芯上，鐵芯和銜鐵都由導磁材料制成，銜鐵與鐵芯之間的氣隙距離為d，由電磁感應定律可知，線(xiàn)圈電感量近似計算公式為：
其中：
N為繞制在鐵芯上的線(xiàn)圈匝數
μ0為空氣的磁導率
Ae為鐵芯截面積
d為鐵芯與銜鐵之間的氣隙厚度
L為線(xiàn)圈電感量
可見(jiàn)只要改變鐵芯和銜鐵之間的氣隙或氣隙截面積就可以改變磁路的氣隙磁阻。
當壓力作用于銜鐵上，銜鐵和鐵芯之間的氣隙d發(fā)生變化，引起氣隙中的磁阻發(fā)生變化，從而導致線(xiàn)圈電感量的變化。再由處理電路，常用的處理電路有交流電橋式、變壓器式以及諧振式等，把這個(gè)電感的變化轉化成相應的電信號輸出，從而達到判斷按壓動(dòng)作的目的。
電感式壓力傳感器，具有結構相對簡(jiǎn)單，沒(méi)有活動(dòng)的電觸點(diǎn)，壽命長(cháng)，工作可靠。其致命缺點(diǎn)是自身頻率響應低，不適合需要快速動(dòng)態(tài)檢測的應用場(chǎng)景。
4.3 紅外式壓力傳感器檢測技術(shù)
紅外式壓力傳感器檢測技術(shù)是利用紅外線(xiàn)的物理特性進(jìn)行按壓位移檢測的傳感器檢測技術(shù)。
紅外線(xiàn)是一種不可見(jiàn)光，具有光線(xiàn)的所有特性，比如透射、反射、折射、散射、吸收等等。紅外傳感器根據紅外光產(chǎn)生的方式可以分為主動(dòng)式紅外傳感器和被動(dòng)式紅外傳感器。在紅外式壓力傳感器檢測技術(shù)中，使用的是主動(dòng)式紅外傳感器。
主動(dòng)式紅外傳感器技術(shù)主要采用一發(fā)一收的系統結構，發(fā)射機是由電源、發(fā)光源和光學(xué)系統組成，接收機由光學(xué)系統、光電傳感器、放大器、信號處理等部分組成。發(fā)射機中的紅外發(fā)光二極管在電源的激發(fā)下發(fā)出一束經(jīng)調制的紅外光束，被紅外接收機接收，把光信號轉成電信號，經(jīng)電路處理后傳輸給MCU處理。從而在發(fā)射機和接收機之間形成一條紅外光束組成的警戒線(xiàn)。正常情況下，接收機接收到一個(gè)穩定的光信號，當發(fā)射機和接收機發(fā)生錯位時(shí)，或紅外光反射、折射距離變化時(shí)，必然會(huì )全部或部分遮擋紅外光束，使得接收機接收到的紅外信號發(fā)生變化，輸出的電信號的強度會(huì )因此發(fā)生變化，從而檢測出發(fā)生位移。
在使用主動(dòng)式紅外傳感器檢測位移時(shí)，需要保證以下條件：
?、?發(fā)射機和接收機的安裝位置需要處于同一平面，且?jiàn)A角固定，確保發(fā)射機發(fā)射出的紅外光被接收機有效接收。
?、诋敯l(fā)生位移時(shí)，需要發(fā)射機和接收機之間的位移要有足夠的大的位移行程，確保紅外信號的變化能被檢測出來(lái)。由于需要機械位移行程，結構上就會(huì )存在空隙，就會(huì )帶來(lái)防水問(wèn)題，這就需要增加額外的結構設計來(lái)解決防水問(wèn)題。
?、墼诓煌褂脺囟拳h(huán)境中，發(fā)射機發(fā)射出的紅外光束不能出現明顯的變化。對于環(huán)境溫度過(guò)低的場(chǎng)景，需要專(zhuān)用的加熱器以保證探測器的正常工作。
?、茉谡麄€(gè)產(chǎn)品的使用周期中，需要為紅外檢測系統提供一個(gè)相對干凈、密封的工作環(huán)境，以避免出現水汽、灰塵的臟亂情況，確保在相同位移行程的條件下，產(chǎn)生的信號變化量一致。
綜上所述，利用紅外檢測技術(shù)實(shí)現壓感操作，存在如下痛點(diǎn)：
?、俳Y構不能設計成一體式結構，存在防水問(wèn)題。
?、趯t外光發(fā)射裝置和接收裝置安裝位置要求位于同一平面，且?jiàn)A角固定，精度要求高，增加生產(chǎn)裝配難度。
?、坌枰黾宇~外的防塵、防水設計，以達到防塵防水要求，減少紅外光束反射。
?、馨l(fā)光管線(xiàn)性度差，軟件算法復雜。
?、菹到y復雜，功耗高，器件多，成本高。不能使用在高密度按鍵區域。
4.4 MEMS壓力傳感器檢測技術(shù)
MEMS壓力傳感器檢測方案，是一種高靈敏度的、高集成的、采用硅工藝的壓力檢測方案。通過(guò)MEMS元器件作為敏感器件，將觸摸表面的形變轉化成電壓變化，通過(guò)芯片內部電路將電壓模擬量轉化為數字量，再通過(guò)芯片內置的比較器，對按壓操作進(jìn)行判斷。
該方案優(yōu)點(diǎn)在于能檢測出觸摸按壓面板的微小形變，在理想情況下具有高靈敏度的特性，同時(shí)硬件設計簡(jiǎn)單，無(wú)設計門(mén)檻。與此同時(shí)，在產(chǎn)品設計、生產(chǎn)過(guò)程及性能方面存在如下問(wèn)題，限制了其大規模在汽車(chē)應用的可行性：
?、賯鞲衅餍酒叽缧?，厚度薄，強度小，導致芯片在運輸、保壓甚至是用戶(hù)使用過(guò)程中非常容易損壞，這是高可靠性要求的汽車(chē)應用中首要規避的問(wèn)題。
?、谌鐖D九所示，傳感器采用面貼在觸摸按壓面板下方方案時(shí)，雙面膠需要足夠的保壓時(shí)間和壓強進(jìn)行激活，由于MEMS芯片表面受力強度有限，保壓貼合難度高。
圖九 MEMS壓力傳感器面貼疊層結構
?、廴鐖D十所示，傳感器采用簡(jiǎn)支梁方案將力從觸摸面板直接傳導作用在傳感器表面時(shí)，由于MEMS芯片表面受力強度有限，設計上要求簡(jiǎn)支梁末端與傳感器表面的位移行程控制在0.1mm±0.05mm范圍內。對結構、裝配精度提出了很高的要求，大大增加了生產(chǎn)難度和生產(chǎn)成本。
圖十 MEMS壓力傳感器 簡(jiǎn)支梁疊層結構
?、苡捎趕ensor布局在芯片底部，焊錫高低，焊接飽滿(mǎn)程度對芯片靈敏度的影響非常大，對焊接工藝要求高。
?、軲EMS壓力傳感器輸出的是經(jīng)過(guò)ADC采集的數字信號，無(wú)法直接測量傳感器橋臂電阻，可測量程度較低。
?、迣τ谳^大面積的智能表面應用來(lái)說(shuō)，需要多顆傳感器覆蓋整面，MEMS壓力傳感器采用傳感器與測量芯片合封方式，無(wú)法實(shí)現單顆芯片支持多路壓感傳感器，導致整體成本較高。
4.5 惠斯通電橋柔性壓力傳感器檢測技術(shù)
4.5.1 基本原理
惠斯通電橋柔性壓力傳感器，是一種基于壓阻式材料的微壓力傳感器，采用惠斯通電橋結構，將觸摸表面的按壓形變轉化成電壓變化的模擬量?？赏瑫r(shí)檢測拉伸或壓縮兩種應變，如果受到的是壓縮力，其電阻值會(huì )限制變??；如果受到的是拉伸力，其電阻值會(huì )顯著(zhù)變大。
傳感器的原理如圖十一所示：
圖十一 惠斯通電橋傳感原理
傳感器產(chǎn)生的信號與曲率的關(guān)系為：
其中：
K:應變系數
ε：應變
Vcc：傳感器供電電壓
該壓力傳感器檢測技術(shù)中，影響檢測靈敏度的關(guān)鍵因數有兩個(gè)，一是傳感器供電質(zhì)量，二是溫度的影響，傳感器電阻值隨溫度變化，如果橋臂上的電阻在不同溫度區域內，電阻值溫度變化不同，會(huì )帶來(lái)測量誤差。上海泰矽微電子有限公司的TCAE31A從硬件以及軟件兩個(gè)方面很好的解決了這兩個(gè)問(wèn)題，TCAE31A芯片內部提供了一個(gè)高質(zhì)量低紋波的電源專(zhuān)供傳感器。溫度對傳感器的影響，則可通過(guò)泰矽微提供的軟件算法實(shí)時(shí)進(jìn)行基線(xiàn)修正和補償。
基于TCAE31A低至3.6uV的電壓分辨率和傳感器的靈敏度，有效量程曲率半徑可達0.91至1944米，具有極高的靈敏度和形變及壓力承受能力。
4.5.2 獨特優(yōu)勢
惠斯通電橋柔性壓力傳感器檢測技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
?、俑哽`敏度，面板微小的形變即可產(chǎn)生變化較大的電壓差，可直接檢測面板形變。
?、诿姘宀馁|(zhì)要求寬松，適用性強。
?、勖姘逡惑w化，易實(shí)現整體防水。
?、芤装惭b，可選擇面貼方式貼附在觸摸按壓面板下方，也可貼附在PCB上，選擇簡(jiǎn)支梁方式將力傳導到PCB上，簡(jiǎn)支梁作用點(diǎn)不需作用在傳感器上。
柔性壓力傳感器面貼方案疊層結構如圖十二所示：
圖十二 柔性壓力傳感器面貼疊層結構
柔性壓力傳感器簡(jiǎn)支梁方案疊層結構如圖十三所示：
圖十三 柔性壓力傳感器簡(jiǎn)支梁疊層結構
?、菅b配精度要求不高，生產(chǎn)成本低。
?、蘧哂姓驂鹤栊?，輸出線(xiàn)性度高。
?、邏毫Τ惺苣芰O高，不易損壞。
?、嗉夹g(shù)成熟穩定，已在各類(lèi)全球知名電子產(chǎn)品品牌中累計生產(chǎn)數億片，經(jīng)受過(guò)大批量產(chǎn)業(yè)化驗證和技術(shù)迭代。
?、岫鄠鞲衅鲬弥?，傳感器可共用一顆專(zhuān)用芯片，總體成本低。
4.5.3 常見(jiàn)問(wèn)題/FAQ
以下列舉針對于該傳感技術(shù)的部分常見(jiàn)問(wèn)題，以供參考：
1. 如何考慮高低溫、劇烈振動(dòng)情況所帶來(lái)的PCB材料、膠水材料、壓感傳感器、外殼材料等形變問(wèn)題而產(chǎn)生的數據誤判問(wèn)題？
a) 本方案所選用的傳感器在材料選擇上規避了具有較強粘彈性屬性的高分子材料，可有效控制振動(dòng)和高低溫等環(huán)境變化帶來(lái)的影響。同時(shí)，針對溫度沖擊對壓感誤報影響，在算法和方案層面也做了雙重優(yōu)化，即，通過(guò)實(shí)時(shí)基線(xiàn)追蹤修正所有相關(guān)環(huán)節帶來(lái)的漂移，可有效規避溫度沖擊帶來(lái)的誤報。整個(gè)實(shí)現方案，從傳感器材料選型和設計到芯片的硬件電路設計再到算法，全部都有相應原創(chuàng )專(zhuān)利技術(shù)保障整體方案在環(huán)境變化方面的高可靠性。
b) 關(guān)于機械振動(dòng)給PCB材料、膠水材料、壓感傳感器帶來(lái)的影響主要體現在金屬疲勞和信噪比方面。金屬疲勞主要集中在焊錫上，這一點(diǎn)汽車(chē)電子已經(jīng)廣泛使用，非常成熟。信噪比方面主要是通過(guò)芯片內部實(shí)現的超低噪聲信號調理電路，共模抑制電路及小信號放大電路予以保障，積分噪聲低至10nV√H z，外加全鏈路22bit的有效分辨率，確保了整個(gè)信號鏈路的高信噪比性能。
2. 如何考慮生產(chǎn)過(guò)程裝配的一致性，品控保證，測試方案，良率問(wèn)題?
量產(chǎn)裝配制程必然會(huì )帶來(lái)物理一致性問(wèn)題，本方案所選用的傳感器在其他各類(lèi)產(chǎn)品上已積累大量量產(chǎn)經(jīng)驗。累計數量超億片，主要集中在如下兩點(diǎn)：1）關(guān)注方案設計及制造因素，提前優(yōu)化設計制造細節要點(diǎn)，保障物理一致性及方案信噪比均值，同時(shí)關(guān)注制造過(guò)程中相應細節實(shí)施。2）產(chǎn)線(xiàn)實(shí)施校準措施，軟件補償物理一致性。泰矽微會(huì )協(xié)同傳感器廠(chǎng)商全程協(xié)助做好以上兩點(diǎn)的保障，確保量產(chǎn)過(guò)程整體一致性。
3. 壓力方案所帶來(lái)的可能失效的邊界問(wèn)題；
壓感失效可能如下：
a) 方案問(wèn)題，比如方案理論信號量均值偏低，主要通過(guò)理論仿真和實(shí)驗測試規避，泰矽微會(huì )協(xié)助每個(gè)客戶(hù)的每個(gè)項目進(jìn)行相關(guān)仿真和方案推薦。
b) 制造問(wèn)題，主要通過(guò)理論分析優(yōu)化提前預警，提出設計要點(diǎn)規避。同時(shí)，制造環(huán)節把控這些干擾項。
c) 可靠性問(wèn)題，關(guān)于這一點(diǎn)主要兩方面。1）方案設計，確保設計合理，規避風(fēng)險。2）通過(guò)前期功能機進(jìn)行相關(guān)合理測試驗證。
4. 壓力傳感器的線(xiàn)性度如何，溫度變化是否會(huì )影響壓力傳感器的工作
本方案采用的壓力傳感器線(xiàn)性度很好，傳感器輸出的差分電壓值跟壓力形變具有標準的線(xiàn)性特性。溫度變化確實(shí)會(huì )對壓力傳感器的靜態(tài)底噪，還有壓力和形變的斜率關(guān)系造成影響，但影響不了線(xiàn)性特性，只是對應的斜率會(huì )有變化，這個(gè)需要MCU在壓力傳感器的算法里面根據溫度的因素去做動(dòng)態(tài)調整。另外溫度變化有時(shí)也會(huì )引起結構件的形變，會(huì )被反映到壓力傳感器上，導致傳感器原始數據的底噪整體被提升或者被降低，可在與之配套的MCU在底噪觸發(fā)特定閾值的時(shí)候進(jìn)行offset自動(dòng)動(dòng)態(tài)調整。
5. 壓力傳感器的靈敏度如何，是否需要每個(gè)按鍵的位置都配置一個(gè)壓力傳感器，如何評估具體方案中需要多少顆壓力傳感器
該壓力傳感器靈敏度很高，典型值為7000uV/m-1，最大變形曲率1.1 m-1，能夠檢測到微米級別的形變。無(wú)需每個(gè)按鍵位置配備一顆芯片進(jìn)行檢測，通過(guò)結合電容觸控技術(shù)，可以做到多個(gè)按鍵共享一顆壓力傳感器，多個(gè)傳感器共用一顆專(zhuān)用MCU，尤其適合智能表面應用，具體選用顆數，擺放位置及安裝方式等需經(jīng)過(guò)結構仿真最終得出結論。泰矽微全程協(xié)助客戶(hù)進(jìn)行仿真和方案開(kāi)發(fā)直至量產(chǎn)。
4.6 各壓力傳感檢測技術(shù)方案特性對比分析：
表一：壓力傳感檢測技術(shù)特性對比
5 泰矽微雙模3D觸控方案介紹
本篇前文分析了傳統電容觸控方案在汽車(chē)人機交互應用中的局限性，分析了不同壓感技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，從中不難得出如下兩個(gè)結論，1）越來(lái)越多的汽車(chē)內外飾的智能觸控和智能表面需要結合多種觸控技術(shù)來(lái)實(shí)現更多更可靠的交互功能；2）電容觸控和基于惠斯通電橋原理的壓力傳感技術(shù)融合方案在目前階段是最優(yōu)組合。通過(guò)壓力傳感可以非?？煽康淖R別按壓動(dòng)作，我們稱(chēng)之為Z軸觸控，同時(shí)，通過(guò)電容觸控來(lái)標定按壓的精確位置，稱(chēng)之為XY軸。通過(guò)兩者融合形成XYZ三軸形成的3D觸控方案。
圖十四 3D觸控示意圖
5.1 泰矽微3D觸控芯片TCAE31A介紹
基于如上融合方案需求，泰矽微于2022年3月發(fā)布了業(yè)內首顆車(chē)規級雙模人機交互芯片TCAE31A，在單芯片內同時(shí)集成了電容觸摸和壓感技術(shù)，實(shí)現了真正意義上的3D觸控。方案一經(jīng)推出就獲得了市場(chǎng)高度關(guān)注與青睞，并逐步進(jìn)入多個(gè)主流汽車(chē)主機廠(chǎng)的定點(diǎn)項目中。
圖十五 TCAE31A芯片結構框圖
TCAE31A的產(chǎn)品特性如下：
基于A(yíng)rm? Cortex?-M0 內核，工作主頻高達32MHz，芯片內部集成64KB Flash 和 4 KB SRAM
基于自有專(zhuān)利技術(shù)Tinywork?，實(shí)現外設之間的信號聯(lián)動(dòng)，可以大大降低應用方案的動(dòng)態(tài)功耗
超低功耗設計，靜態(tài)功耗低至3uA，單通道壓感平均功耗低至18.7uA
單芯片可實(shí)現2路壓感+10路電容觸摸通道，并具備可擴展性
內置專(zhuān)利技術(shù)的壓感和觸摸融合算法
信號鏈有效分辨率高達22位，可提供高靈敏度，高分辨率，高信噪比及高線(xiàn)性度的壓力傳感檢測
支持LIN通信協(xié)議棧
支持基于UDS的bootloader升級方案
8kV HBM ESD
滿(mǎn)足AEC-Q100 Grade 2(-40℃~105℃)
QFN28 4mm*4mm*0.75mm封裝
5.2 基于TCAE31A的生態(tài)系統介紹
TCAE31A提供標準的EVK開(kāi)發(fā)套件，完整的SDK開(kāi)發(fā)包，包括數據手冊，用戶(hù)手冊，驅動(dòng)，樣例，KEIL Pack包，PC端調試工具等。即使從未接觸過(guò)壓力感應和電容觸控技術(shù)的嵌入式工程師，也可以在非常短的時(shí)間內完成一個(gè)高質(zhì)量的產(chǎn)品應用開(kāi)發(fā)。SDK軟件架構如圖十六：
圖十六 TCAE31A軟件架構
SDK軟件架構的特點(diǎn)：
分層設計
模塊化
可擴展，可維護
輕量級
自研輕量級OS，資源消耗小，結構清晰
消息驅動(dòng)，任務(wù)之間可以通過(guò)消息通信
無(wú)對立任務(wù)棧，無(wú)上下文切換，時(shí)間片輪轉，非實(shí)時(shí)搶占
SDK中提供的觸摸相關(guān)功能特性：
算法部分以lib庫的形式提供
觸摸任務(wù)通過(guò)回調函數通知APP觸摸事件的發(fā)生
支持的按鍵觸摸類(lèi)型識別
?、侔聪?/p>
?、卺尫?/p>
?、垭p擊
?、荛L(cháng)按
支持的觸摸事件類(lèi)型
?、侔存I
?、诨瑮l
?、勰_踢
圖十七 觸摸軟件流程圖
圖十八 電容觸控算法介紹
SDK中提供的壓感相關(guān)功能特性：
算法部分以lib庫的形式提供
針對壓感的固有offset特性，算法會(huì )在初始化的時(shí)候進(jìn)行一次靜態(tài)校準，然后在后面的運行過(guò)程中，根據閾值條件適時(shí)地進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準，以確保壓感正常地工作
Lib庫分為單通道算法庫和針對多通道擴展的算法庫，理論上最多可支持16通道的壓感，但實(shí)際項目中要受到具體RAM的使用情況的限制，對于純壓感的應用，官方demo用例最多支持到9通道，對于觸控和壓感雙模的應用，官方demo用例在使能觸控的情況下最多支持到7通道
壓感算法架構如圖6，壓感多通道擴展應用如圖7，泰矽微通過(guò)自有專(zhuān)利技術(shù)，實(shí)現了多通道壓感信號自動(dòng)追蹤檢測的算法，助力客戶(hù)在多通道壓感領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng )新
圖十九 壓感算法流程圖
泰矽微提供的自有專(zhuān)利技術(shù)的軟件算法充分利用了單芯片并行處理雙模信號的優(yōu)勢，優(yōu)化了CPU的處理時(shí)間，大大提高了系統的處理效率，能夠快速地給出最后的觸控位置和對應該位置的壓感力度信息，這是構建3D觸控的核心所在。針對壓力傳感器的壓感信號，TCAE31A中的SARADC模塊能夠自動(dòng)進(jìn)行偏置電壓的補償校準，將壓力傳感器由于制造工藝、組裝差異或者溫度變化等客觀(guān)因素引起的超出測量范圍的差分電壓值自動(dòng)調整到SARADC的工作量程內即±100mV之內。SARADC模塊采集完原始數據后軟件會(huì )進(jìn)入到壓感算法處理中心，進(jìn)行壓感的窗口滑動(dòng)濾波處理和動(dòng)態(tài)溫度補償算法，并進(jìn)行基線(xiàn)自動(dòng)跟蹤，經(jīng)過(guò)SoC的壓感算法處理中心處理之后的信號即體現為一個(gè)力的信號，是通過(guò)實(shí)時(shí)數據跟基線(xiàn)數據的差值進(jìn)行算法處理得到的反映按壓力度的一個(gè)值，整個(gè)力度的范圍在1牛頓到10牛頓之間。針對電容觸控PAD的電容特性信號，當手指跟電容PAD接觸的時(shí)候，TinyTouch模塊就會(huì )實(shí)時(shí)地檢測到外部電容的變化，并輸出一個(gè)跟該電容變化大小相關(guān)的原始數據。軟件獲得該原始數據后，會(huì )進(jìn)入到觸控算法處理中心，進(jìn)行觸控數據的一系列算法處理，包括軟件放大，特征濾波器，判決器，基線(xiàn)跟蹤器以及噪聲檢測器。其中在判決器模塊會(huì )根據用戶(hù)不同的特征配置，實(shí)現單按鍵，多按鍵，防水，滑條等多種應用場(chǎng)景的識別。在實(shí)際的項目應用中電容觸控算法和壓感算法是并行處理的，能夠非常及時(shí)準確地構建出一個(gè)3D觸控的信息。
5.3 泰矽微3D觸控方案獨特優(yōu)勢
總體而言，泰矽微3D觸控方案具有如下幾大突出優(yōu)勢：
1)防水效果好：水流容易造成電容誤觸但難以造成壓力觸控的誤觸，壓力和電容采用“與”的方式，水滴或水流同時(shí)觸發(fā)的概率顯著(zhù)降低，另，通過(guò)兩種方式產(chǎn)生觸發(fā)的精確時(shí)間和波形形態(tài)進(jìn)行二次軟件算法濾波與判斷，可完全杜絕由于水造成的可能的誤觸現象。
2)抗干擾能力強：壓力+電容觸控可消除由于靜電，干擾以及無(wú)意觸碰等導致的誤觸現象，大大提高可靠性。
3)EMC性能優(yōu)：測試更易通過(guò)，壓力檢測是差分輸入，內在對共模干擾有很好的抑制作用，加上電橋等效阻抗低（6 KΩ），接收干擾的功率低，抗電磁干擾的性能優(yōu)異。電容電極類(lèi)似天線(xiàn)，較容易受到干擾，EMC 較難通過(guò)，但實(shí)現成本低。通過(guò)結合壓力和電容可以發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢，縮短開(kāi)發(fā)和測試周期。
4)裝配方式靈活：壓力檢測裝配方式靈活，可以采用表貼也可以采用懸臂梁，簡(jiǎn)支梁等結構。使用簡(jiǎn)易。
5)性?xún)r(jià)比高：成本不高，采用國產(chǎn)廠(chǎng)商泰矽微研發(fā)的車(chē)規壓力和電容觸控二合一雙模芯片，配合車(chē)規級壓力觸控柔性傳感器，整體成本與傳統國外品牌純電容觸控芯片價(jià)格相當，但整體可靠性和人機交互體驗提升一大截。具有很高的性?xún)r(jià)比。
目前泰矽微3D觸控芯片產(chǎn)品相關(guān)發(fā)明專(zhuān)利近20件，處于業(yè)界領(lǐng)先水平。其獨有的人機交互壓力觸控雙模解決方案也已經(jīng)廣泛滲透到汽車(chē)領(lǐng)域地多個(gè)細分應用市場(chǎng)，相信在不久的將來(lái)，必將會(huì )給用戶(hù)帶來(lái)更加智能和舒適的產(chǎn)品體驗。
6 泰矽微3D觸控技術(shù)在汽車(chē)上的典型應用介紹
6.1 基于3D觸控技術(shù)的汽車(chē)門(mén)把手
傳統的門(mén)把手都是采用純電容觸摸的檢測方案，電容觸摸的工作原理決定了這種檢測方案的防水效果不好，比如下雨，洗車(chē)等的場(chǎng)景下很難完全區分是人手觸摸還是水滴水流造成的電容變化，所以非常容易引起誤觸發(fā)，目前還沒(méi)有好的方法完全解決防水問(wèn)題，電容觸摸+壓感的雙重檢測方案通過(guò)對電容和壓力的雙重檢測和融合判斷，大大提高了汽車(chē)門(mén)把手對人手按壓動(dòng)作的識別成功率和防水成功率。
下圖是電容觸控+壓感檢測門(mén)把手的模塊圖：
圖二十 基于3D觸控技術(shù)的門(mén)把手方案
電容觸控+壓感檢測門(mén)把手主要有4個(gè)模塊組成：
1：通信模塊：一般采用LIN接口或者載波通信電路，主要用于跟主機通信。
2：電容檢測模塊：包括檢測通道和參考通道，主要用于電容檢測以及一些誤操作場(chǎng)景識別。
3：壓感檢測模塊：包括電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用于對表面壓力進(jìn)行檢測
4：中央數據處理模塊：對電容數據和壓感數據做融合處理，得到最后的結果，并通知主機。
泰矽微的電容+壓力檢測的3D觸控汽車(chē)門(mén)把手方案采用3個(gè)檢測通道的方案，分別為電容檢測通道，電容參考通道，壓力檢測通道，這3個(gè)通道會(huì )實(shí)時(shí)采集當前的電容和壓力數據，由于水霧，水流和人手按壓對這3個(gè)通道的影響會(huì )各有差異，所以通過(guò)組合判斷以及對數據的融合處理，可以很好的區別出各種干擾場(chǎng)景和人手正常觸摸。
6.2 基于3D觸控技術(shù)的汽車(chē)尾門(mén)開(kāi)關(guān)
目前市面上大部分尾門(mén)開(kāi)關(guān)采用的是機械開(kāi)關(guān)的方案，隨著(zhù)用戶(hù)對汽車(chē)外觀(guān)一體化的越來(lái)越高，車(chē)廠(chǎng)也在嘗試尾門(mén)開(kāi)關(guān)用電容或者紅外的檢測方式，但是效果都不好，在一些場(chǎng)景下存在誤觸率，泰矽微的電容檢測+壓力檢測的方案可以準確識別出洗車(chē)，擦車(chē)，人體倚靠等各種誤觸場(chǎng)景和人手正常按壓，大大提高了檢測的準確性。
下圖是電容觸控+壓感檢測的尾門(mén)開(kāi)關(guān)的模塊圖：
圖二十一 基于3D觸控技術(shù)的電尾門(mén)開(kāi)關(guān)方案
尾門(mén)壓感開(kāi)關(guān)主要有4個(gè)模塊組成：
1：通信模塊：一般采用LIN接口，用于跟主機通信。
2：電容檢測模塊：包括檢測通道和防誤觸通道，用于電容檢測以及一些誤操作場(chǎng)景識別。
3：壓感檢測模塊：包括電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用于對表面壓力進(jìn)行檢測。
4：中央數據處理模塊：對電容數據和壓感數據做融合處理，得到最后的結果，并通知主機。
另外，可以根據客戶(hù)具體要求增加背光控制或者震動(dòng)反饋控制。
尾門(mén)壓感開(kāi)關(guān)通過(guò)電容檢測通道，電容防誤觸通道和壓感通道3個(gè)通道的數據作為一組數據來(lái)智能判斷當前各種場(chǎng)景，比如洗車(chē)，擦車(chē)，人體倚靠，異物按壓和人手正常操作。雖然各個(gè)車(chē)廠(chǎng)的尾門(mén)LOGO開(kāi)關(guān)存在較大差異，但是由于泰矽微所有電容檢測和壓力檢測的算法以及相關(guān)代碼全部是自主開(kāi)發(fā)，可以針對客戶(hù)需求進(jìn)行定制化的硬件和軟件設計，可以根據具體結構形態(tài)增加相應的檢測模塊，靈活應對各種場(chǎng)景。
6.3 基于3D觸控技術(shù)的汽車(chē)中控面板
目前市面的中控面板一般采用純電容觸摸或者電容觸摸+MEMS壓力檢測的方案，對于純電容的觸摸方案，普遍存在誤觸率高的缺點(diǎn)，而電容觸摸+MEMS壓力檢測的方案則有MEMS器件在壓力大的情況下容易損壞，對組裝和公差控制的要求高等缺點(diǎn)，生產(chǎn)良率低，而泰矽微的壓力檢測方案采用電阻式的壓力檢測sensor，可以采用面貼或者簡(jiǎn)支梁的組裝方式，大大提高了組裝可靠性。
下圖是電容觸控+壓感檢測的汽車(chē)中控面板的模塊圖：
圖二十二 基于3D觸控技術(shù)的汽車(chē)中控方案
中控面板檢測主要有5個(gè)模塊組成：
1：通信模塊：一般采用LIN接口，用于跟主機通信。
2：電容檢測模塊：包括多路電容檢測通道，用于確認面板各個(gè)按鍵是否觸發(fā)。
3：壓感檢測模塊：包括是電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用于對表面壓力進(jìn)行檢測。
4：背光顯示模塊：包括各類(lèi)LED以及背光驅動(dòng)電路，對按鍵事件做各種燈光反饋。
5：中央數據處理模塊：對電容數據和壓感數據做融合處理，得到最后的結果，并通知主機。
泰矽微的方案可以根據面板的材質(zhì)和整個(gè)受力面積進(jìn)行壓力仿真，來(lái)決定放幾路壓感sensor和放置壓感sensor的具體位置，通過(guò)壓感sensor來(lái)檢測人手是否按壓，通過(guò)電容觸摸來(lái)檢測人手按壓的具體位置，軟件會(huì )對各路原始數據進(jìn)行相應的濾波算法和檢測算法，最終輸出正確的結果，并且可以根據客戶(hù)具體需求增加背光或者震動(dòng)反饋來(lái)實(shí)現
6.4 基于3D觸控技術(shù)的汽車(chē)智能B柱
目前越來(lái)越多的汽車(chē)會(huì )在B柱上增加開(kāi)關(guān)用于智能進(jìn)入，目前的方案多用電容式開(kāi)關(guān)，邏輯比較簡(jiǎn)單，當手指觸摸到開(kāi)關(guān)，即輸出車(chē)門(mén)開(kāi)門(mén)信號。但是由于電容觸控的工作原理限制，在洗車(chē)或者雨天環(huán)境下容易發(fā)生車(chē)門(mén)誤開(kāi)啟的情況， 泰矽微的電容+壓力雙重檢測機制可以保證開(kāi)關(guān)的正確性。
下圖是電容觸控+壓感檢測的汽車(chē)智能B柱的模塊圖：
圖二十三 基于3D觸控技術(shù)的汽車(chē)智能B柱方案
智能B柱主要有4個(gè)模塊組成：
1：通信模塊：一般采用LIN接口或者載波通信電路，主要用于跟主機通信。
2：電容檢測模塊：包括檢測通道和參考通道，主要用于電容檢測以及一些誤操作場(chǎng)景識別。
3：壓感檢測模塊：包括電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用于對表面壓力進(jìn)行檢測
4：中央數據處理模塊：對電容數據和壓感數據做融合處理，得到最后的結果，并通知主機。
泰矽微的電容+壓力檢測的智能B柱方案有3個(gè)檢測通道，分別為電容檢測通道，電容參考通道，壓力檢測通道，這3個(gè)通道會(huì )實(shí)時(shí)采集當前的電容和壓力數據，由于洗車(chē)的水流和雨水跟人手按壓對這3個(gè)通道的所采集的數據有較大差異，所以通過(guò)組合判斷以及對數據的融合處理，可以很好的區別出各種干擾場(chǎng)景和人手正常觸摸。
6.5 基于3D觸控技術(shù)方向盤(pán)控制器
目前汽車(chē)控制器多采用物理按鍵的方式，隨著(zhù)汽車(chē)內飾一體化要求的越來(lái)越高，方向盤(pán)控制器也將采用智能表面的方式，但是由于方向盤(pán)控制器多數情況下是盲操場(chǎng)景，所以只用純電容檢測會(huì )導致誤觸的產(chǎn)生，增加壓感也成為了工程師越來(lái)越多的選擇。泰矽微的電容+壓感的3D觸控方案很好的將易操作性和可靠性結合在一起。
下圖是電容觸控+壓感檢測的方向盤(pán)控制器的模塊圖：
圖二十四 基于3D觸控技術(shù)的方向盤(pán)按鍵方案
方向盤(pán)控制器主要有5個(gè)模塊組成：
1：通信模塊：一般采用LIN接口，用于跟主機通信。
2：電容檢測模塊：包括多路電容檢測通道，用于確認面板各個(gè)按鍵是否觸發(fā)。
3：壓感檢測模塊：包括是電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用于對表面壓力進(jìn)行檢測。
4：震動(dòng)反饋模塊：包括電機以及驅動(dòng)電路，對按鍵事件做震動(dòng)反饋。
5：中央數據處理模塊：對電容數據和壓感數據做融合處理，得到最后的結果，并通知主機。
泰矽微的電容+壓感的3D觸控方向盤(pán)控制器的方案采用壓力sensor來(lái)檢測人手按壓，用電容檢測來(lái)定位相關(guān)按鍵位置，并且通過(guò)電機震動(dòng)對用戶(hù)動(dòng)作的做及時(shí)的反饋，這樣可以保證盲操的正確性和快速反饋。電容按鍵數量和壓感檢測數量可以根據具體應用做增加或者減少。
6.6 基于3D觸控技術(shù)的車(chē)窗升降控制器
車(chē)窗控制器是一個(gè)對可靠性要求比較高的應用，像下雨天車(chē)窗升降開(kāi)關(guān)易碰水，駕駛者行駛過(guò)程中需要盲操，這些問(wèn)題都是純電容方案難以解決的，存在一定的安全隱患。所以需要電容觸摸+壓力雙重檢測來(lái)保證可靠性和盲操性。
下圖是電容觸控+壓感檢測的車(chē)窗控制器的模塊圖：
圖二十五 基于3D觸控技術(shù)的車(chē)窗控制器方案
車(chē)窗升降控制器主要有4個(gè)模塊組成：
1：通信模塊：一般采用LIN接口，用于跟主機通信。
2：電容檢測模塊：包括幾路電容檢測通道，用于確認具體的按鍵觸發(fā)事件。
3：壓感檢測模塊：包括是電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用于對表面壓力進(jìn)行檢測。
4：中央數據處理模塊：對電容數據和壓感數據做融合處理，得到最后的結果，并通知主機。
泰矽微的電容+壓感的3D觸控車(chē)窗控制器的方案采用壓力sensor來(lái)檢測人手按壓，用電容檢測來(lái)定位相關(guān)按鍵位置，并且通過(guò)電機震動(dòng)對用戶(hù)動(dòng)作的做及時(shí)的反饋，這樣可以保證盲操的正確性和快速反饋。電容按鍵數量和壓感檢測數量可以根據具體應用做增加或者減少。
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