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家用电器中的电容式触摸感应技术 |
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作者：Pushek Madaan, Sachin Gupta |
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购买家用电器时最重要的因素包括产品外观及其支持的高端特性。采用当今高度集成的片上系统（SoC）处理器，设计人员不仅能在电容式感应技术基础上推出全新用户界面，而且还能集成其它系统功能，从而降低系统成本并节约板卡空间。与此同时，由于构建系统所需的许多组件现在已经集成在统一的芯片中，因此SoC可显著加速产品上市进程。此外，连接多个器件和用于故障调试所需的时间也可大幅缩短。
图1所示为电磁炉的方框图。这种电器必须提供以下关键功能：
●保持平锅的温度：需要脉冲宽度调制（PWM）来设置加热线圈的点火持续时间；
●风扇控制：需要温度传感器和PWM来驱动风扇电机；
●过电流和过电压保护：需要ADC和比较器；
●平锅自动检测：需要电感感应功能；
●基于时间的烹饪功能：需要实时时钟（RTC）；
●用户界面——显示屏：需要LED驱动器或LCD玻璃显示屏；
●用户界面——按键：需要电容式触摸感应和检测功能。
图1. 电磁炉框图
电容式感应技术
基于电容式感应技术的按键使电器外形时尚美观，消除了磨损问题，与机械按键相比更受欢迎。许多电器都要在靠近液体的环境下使用，因此要考虑防水功能，避免水溅上去而产生错误的按键触发。图2给出了电容式传感器印刷电路板（PCB）的典型布局。通过连接保护电极可实现防水性，而不是将传感器周围的阴影部分（蓝色）接地。
图2. 使用保护电极实现防水功能
驱动这个电极的信号与连接到传感器的信号一样，因此水滴滴落在传感器上时不会形成阴影区和传感器之间的电势差，传感器上不会耦合更多电容，因此就能实现防水效果。如果传感器完全浸入水中，则会激活保护机制来禁用传感器的工作。
由于许多电器都要用大电流工作，因此电源通常会因负载电流和数字开关的变化而产生巨大的噪声/波纹，数字开关也会耦合到电容式传感器上，从而影响用户界面的可靠性。根据正确的原理图和布局指南，我们可通过接地线布局等技术来减少电源中的波纹，确保不出现接地反弹。但是，我们很难完全去除噪声。如果用电源的+ve线路驱动参考，可能会产生电容式感应的误报警。
通过在GND和VREF（内部生成）之间切换传感器，只要在规定的产品工作限度之内，电源的任何变化均不会引发错误触发。
更高的集成度，更低的成本
SoC具有集成型片上外设和基于硬件的特性，能帮助设计人员实施大多数乃至所有的电器功能。
在今天竞争激烈的消费类市场中，电器必须具有丰富的特性，集成型SoC不仅能集成越来越多的应用特性，还可降低整体系统成本，因此成为了OEM厂商的最佳选择。这个方法同样适用于电磁炉、微波炉等小型电器以及洗衣机、电冰箱等大型电器（当然大型电器对于FOC电动机控制等特定功能仍需要专用控制）。
关于作者
PushekMadaan目前为赛普拉斯印度公司的高级应用工程师。他的兴趣主要是用C语言和汇编语言设计嵌入式系统应用、从事模拟和数字电路工作以及C#语言的GUI开发工作，此外他还特别钟情于冒险类运动。Pushek的联系方式为：pmad@cypress.com。
Sachin Gupta是赛普拉斯半导体公司的产品市场营销工程师。他在德里的Guru Gobind Singh Indraprastha大学获得电子通信专业学士学位。他在混合信号应用开发领域拥有多年的经验。(end)
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(投稿)
(11/28/2012) |
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