【導讀】設計人員所面臨的挑戰是，由于已經(jīng)有了智能手機體驗，用戶(hù)期待這些產(chǎn)品能有同樣高性能的觸控用戶(hù)界面。如果觸控界面對輸入響應延遲太長(cháng)、無(wú)法對多次觸摸做出一致的響應、或者被觸控界面上的水干擾，無(wú)疑會(huì )讓用戶(hù)對設備的信任大打折扣。
為應對這一挑戰，瑞薩電子推出了RL78/G23、RX140、RX130、RA2L1、RA2E1等多個(gè)入門(mén)級系列通用MCU，它們通過(guò)硬件實(shí)現了第二代瑞薩電容式觸摸感應技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)CTSU2）。
CTSU2除了支持Button、Slider、Wheel等傳統的觸摸方式之外，還能夠執行觸控界面的接近式傳感、快速并行掃描、自動(dòng)掃描、多電極連接，從而實(shí)現觸摸板、3D手勢識別等高級應用。
下面簡(jiǎn)要介紹瑞薩電容式觸摸感應技術(shù)CTSU2的自容式檢測原理
自容式概述
圖1-1所示為電極中產(chǎn)生的自電容。自電容式按鍵中連接到電容傳感器的單個(gè)電極將測量電容量C。C的值是由電極及其周?chē)鷮w形成的寄生電容Cp和由電極及手指形成的寄生電容Cf的復合值。電容的大小可以通過(guò)電容方程式計算 圖片（參見(jiàn)Note部分）。由于周?chē)钠骷庆o態(tài)的，因此Cp是常量，但Cf會(huì )隨著(zhù)手指的靠近而增加。通過(guò)設置Cf增加量的閾值，可以確定觸摸按鍵是處于“打開(kāi)”還是“關(guān)閉”狀態(tài)。請注意，如果手指直接接觸電極，則會(huì )導致電極短路，并且無(wú)法再測量電容。通常，電極和手指之間有幾毫米厚的覆蓋面板。
Note
C：電容，ε：相對介電常數，S：電極的正對面積，d：電極間距
圖1-1 電極中產(chǎn)生的自電容示意圖
CTSU2自容式檢測原理
圖2-1所示為自電容方式的CTSU2內部配置概覽。CTSU2輸出一個(gè)與所連接電極的電容量C成正比的數字計數值，并通過(guò)軟件確定觸摸按鍵是處于“打開(kāi)”還是“關(guān)閉”狀態(tài)。連接到CTSU2時(shí)，電極會(huì )充當由傳感器驅動(dòng)脈沖控制的開(kāi)關(guān)電容，并從充放電電流來(lái)估測C的電容。CTSU2測量模塊具有電流-頻率轉換功能，輸入與充放電電流等效的電流，并輸出與電流量成比例的頻率。
圖2-1 自電容CTSU2內部配置概覽
圖2-2所示為CTSU2測量結果的示意圖。當傳感器驅動(dòng)脈沖頻率的一個(gè)周期比C充放電時(shí)間短且充放電不足時(shí)，則沒(méi)有足夠的電流流向C，因此計數值小于理想值。當寄生電容很大時(shí)，可以通過(guò)降低傳感器驅動(dòng)脈沖頻率來(lái)進(jìn)行測量。當傳感器驅動(dòng)脈沖頻率降低時(shí)，CTSU2可測量的最大值為50pF。請注意，當傳感器驅動(dòng)脈沖頻率降低時(shí)，電流-頻率轉換功能在單位時(shí)間內的測量次數也會(huì )減少，電極的靈敏度也可能會(huì )降低?？梢酝ㄟ^(guò)調整CTSU2中的寄存器設定值來(lái)增加單位時(shí)間，但完成測量所需的時(shí)間也會(huì )增加。在設計電容式電極電路時(shí)，必須均衡考慮按鍵靈敏度、測量時(shí)間和抗噪性等條件。
圖2-2 CTSU2測量結果示意圖
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