手機、汽車(chē)音響系統、筆記本電腦、PC、白色家電和工業(yè)應用中數十億機械按鈕都已被電容式感應按鈕所替代。電容式感應控制技術(shù)的使用讓?xiě)�用變得更美觀(guān)，更易用、更靈活。不過(guò)，雖然電容式感應技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到能夠提供現成的解決方案，推動(dòng)按鈕替代更快速更便捷地實(shí)現，但電容式感應按鈕替代機械按鈕不一定是件很簡(jiǎn)單的事情。解決方案日趨簡(jiǎn)單化，這有助于降低設計人員在最終產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中添加電容式感應用戶(hù)界面(UI)所要面臨的風(fēng)險�；�本上，UI設計任務(wù)已演變?yōu)閭鞲衅鏖_(kāi)發(fā)板的PCB布局，而電容式感應控制器則負責處理其它工作。 

從機械按鈕轉變?yōu)殡娙菔礁袘�按鈕過(guò)程中，第一個(gè)挑戰就是為全新的電容式感應設計方案開(kāi)發(fā)固件。電容式感應按鈕相對于機械按鈕而言更容易受到噪聲的影響，因此設計人員在每個(gè)設計階段都必須認真細致應對這一問(wèn)題。此外，系統不僅需要在設計過(guò)程中進(jìn)行智能調節，而且還要在生產(chǎn)階段進(jìn)行全面測試。 

電容式觸摸感應基礎知識 

先看看典型的電容式感應按鈕是如何工作的。電容式觸摸傳感器由銅焊盤(pán)、電容感應控制器輸入引腳及之間的連線(xiàn)共同組成。圖1顯示了典型的電容式感應按鈕情況。 

圖1：電容式觸摸傳感器截面圖

手指不觸摸外覆層（通常為置于傳感器導體片上的非導電性材料）時(shí)，電容式感應控制器測量到的寄生電容（CP）如圖2所示。CP為傳感器上分布電容總和。 

圖2：寄生電容（CP）

手指接觸外覆層時(shí)，就會(huì )形成一個(gè)簡(jiǎn)單的平行板電容器，所產(chǎn)生的電容稱(chēng)為手指電容（CF）。手指觸摸時(shí)，總傳感器電容（CX）就如方程式1所示： 

CX = CP + CF 方程式1 

電容式感應控制器通過(guò)將測量到的電容轉化為數值，來(lái)監控傳感器電容。 

電容式感應按鈕替代機械按鈕 

電視機的頻道/音量調節、遙控、游戲手柄、FM調頻收音機旋鈕等大多數老式應用都用機械開(kāi)關(guān)作為用戶(hù)界面。雖然機械開(kāi)關(guān)互動(dòng)不需要復雜的算法，但卻存在自身的劣勢。 

機械開(kāi)關(guān)為什么不好用？ 

機械按鈕：

- 反復使用容易磨碎或卡住

- 容易積攢灰塵

- 不夠美觀(guān)

- 設計過(guò)程中涉及高工裝成本 

為了解決這些問(wèn)題，不同產(chǎn)業(yè)的電子產(chǎn)品設計人員都開(kāi)始轉向采用觸摸感應這種新技術(shù)。觸摸感應包括三大類(lèi)：

1. 電阻觸摸

2. 電感觸摸

3. 電容式觸摸 

電容式感應不僅讓用戶(hù)界面變得美觀(guān)，而且觸摸感應功能也簡(jiǎn)便易用。電容式觸摸傳感器已經(jīng)替代了數十億機械按鈕。電容式感應不僅讓前面板外觀(guān)變得時(shí)尚，而且還消除了機械按鈕容易磨損的問(wèn)題。 

就電視/顯示器應用而言，由于電容式感應技術(shù)能夠增加其美感，正得到廣泛應用。電視/顯示器通常采用非導電性材料制造的邊框。若采用機械按鈕，邊框需要與按鈕相協(xié)調，這肯定會(huì )涉及到較高的工裝成本。而電容式感應按鈕正好位于框架下，框架本身就是外覆層，手指觸摸框架就能實(shí)現電容式感應操控。圖3顯示了電容式感應按鈕取代難看的機械按鈕的情況。 

圖3：電容式感應按鈕取代機械按鈕

電容式傳感器的演進(jìn)：電容式感應技術(shù)不僅支持按鈕應用，還提供線(xiàn)性滑條、徑向滑條等多種不同的傳感器/界面選項。 

電容式按鈕： 

傳統的電容式感應SoC僅提供按鈕。純按鈕器件不斷發(fā)展，可替代手機、白色家電等應用的機械按鈕�，F在，電容式感應按鈕已取代了電視、LCD顯示屏、打印機、PC觸控板等大量設備的機械按鈕。 

電容式感應按鈕是電容式感應應用最基本的功能。不管外覆層的材料和厚度如何，都能輕松檢測到導電物體（如手指）是否存在。電容式感應按鈕幾乎能替代任何應用中機械按鈕。 

電容式滑條： 

音量增減、FM收音機調頻等應用采用滑動(dòng)旋鈕或徑向旋鈕來(lái)控制，而現在這些旋鈕正分別被線(xiàn)性滑條或徑向滑條等電容式傳感器所取代。音量增減操控等應用采用線(xiàn)性滑條，而iPod滾輪等應用則采用徑向滑條進(jìn)行功能選擇。 

線(xiàn)性滑條： 

滑條為界面設計提供了更高的功能�；瑮l可用來(lái)確定位置，其分辨率比按鈕高出上百倍，而且可采用線(xiàn)性和徑向等不同排列方式。 

可采用插值法這種數學(xué)運算方法來(lái)實(shí)現更高的分辨率。測量構成滑條的所有傳感器上的電容變化，并通過(guò)相鄰傳感器上的電容值就可確定手指位置。 

徑向滑條： 

徑向滑條跟線(xiàn)性滑條很類(lèi)似，不同之處在于徑向滑條的各個(gè)傳感器采用環(huán)形排列，而且明確位置的算法與線(xiàn)性滑條略有不同。

從機械按鈕向電容按鈕轉型 

圖4給出了典型的機械按鈕用戶(hù)界面（UI）設計流程。 

圖4：機械按鈕設計流程

電容式按鈕替代機械按鈕時(shí)，設計流程需要增加一些步驟，如圖5所示。 

圖5：電容式感應按鈕設計流程

比較設計流程，就會(huì )發(fā)現設計電容式感應UI需要在兩個(gè)不同的階段進(jìn)行精調，并分析工藝差異。此外，固件開(kāi)發(fā)也不像機械按鈕那么直觀(guān)。 

固件： 

電容式按鈕的固件要實(shí)施算法來(lái)感應電容變化。固件還需要通過(guò)綜合技術(shù)來(lái)處理系統內外部噪聲，這些都不是機械按鈕實(shí)施中要面臨的問(wèn)題。 

精調： 

精調是任何電容式感應觸摸界面所不可避免。精調就是一個(gè)確定電容式感應最佳參數值的過(guò)程，以確保不同機械構造的界面在不同環(huán)境條件下實(shí)現最可靠、最高健碩性的性能。這就需要全面了解電容式感應系統在不同條件下的工作原理。 

電容式感應系統調節的一個(gè)主要目的就是為了可靠地識別傳感器觸摸與非觸摸狀態(tài)。在信噪比（SNR）計算中： 

信號（S）：手指放在傳感器上引起的傳感器響應變化。

噪聲（N）：手指移開(kāi)時(shí)傳感器響應的峰間變化。 

為了實(shí)現可靠的電容式感應性能，信號強度應大大高于存在的噪聲。通常我們建議信號至少應為噪聲的5倍，也就是說(shuō)建議最低信噪比為5:1。 

精調是一個(gè)既費時(shí)又費力的反復過(guò)程，只要PCB或外覆層發(fā)生變化就需要反復調節。 

生產(chǎn)微調： 

電容式感應性能取決于電容式傳感器的物理屬性和環(huán)境條件。一旦廠(chǎng)商、工藝或環(huán)境（如濕度、溫度等）發(fā)生變化，傳感器的寄生電容就會(huì )發(fā)生變動(dòng)。這就需要進(jìn)行微調，同樣也需要在生產(chǎn)過(guò)程中對樣品進(jìn)行統計分析，從而最大限度地降低因故障造成的產(chǎn)量損失。 

在確定設計是否能投入量產(chǎn)之前，需要全面解決所有問(wèn)題�？傮w說(shuō)來(lái)，這是一項非常繁瑣的工作。如果我們能消除繁瑣的調試工作，簡(jiǎn)化整個(gè)過(guò)程，顯然會(huì )縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，降低系統成本，減少工作量。 

生產(chǎn)線(xiàn)測試： 

任何即將上市的產(chǎn)品都必須在生產(chǎn)階段經(jīng)過(guò)測試。電容式感應系統必須在不同設計階段進(jìn)行生產(chǎn)線(xiàn)測試，輕松、及時(shí)有效地發(fā)現問(wèn)題。我們下面會(huì )看到，生產(chǎn)線(xiàn)測試是電容式感應UI設計過(guò)程中的一個(gè)重要階段，必須認真執行。 

根據生產(chǎn)過(guò)程的不同階段，生產(chǎn)線(xiàn)測試分為三步：

1) 視覺(jué)/光學(xué)檢查

2) 在線(xiàn)測試（ICT）

3) 功能測試

a. 預集成功能測試

b. 集成后功能測試 

1) 視覺(jué)/光學(xué)檢查：

這是初步檢查，可排出一些有問(wèn)題的PCB。篩選出用放大鏡/顯微鏡發(fā)現有表面貼裝技術(shù)(SMT)問(wèn)題的PCB。注意以下瑕疵：

● 起鱗

● 未對齊

● 錫裂 

2) 在線(xiàn)測試（ICT）

在線(xiàn)測試指的是在使用過(guò)程中驗證傳感器到器件引腳之間和通信線(xiàn)路到主機之間的物理連接。用“pogo引腳”進(jìn)行器件引腳和傳感器/通信線(xiàn)路之間的電子連接測試。

注意以下問(wèn)題：

● 通信故障

● 中斷線(xiàn)路問(wèn)題

● 傳感器短接到恒定電壓

● 傳感器之間短接

● 傳感器開(kāi)連

● LED開(kāi)連

● LED短接 

3) 功能測試

一旦PCB通過(guò)目檢和ICT測試，我們建議進(jìn)行功能測試以節約資金。不同層次的功能測試如下：

a) 預集成功能測試

1. 無(wú)外覆層的預集成測試

2. 有外覆層的預集成測試

b) 集成后功能測試 

無(wú)外覆層的預集成功能測試： 

外覆層安裝和系統集成前測試電容式傳感器功能，減少返工故障成本。我們可用金屬手指來(lái)測試電容式感應按鈕的手指 模擬情況，以減少操作人員的操作差異并確保所有LED/傳感器都經(jīng)過(guò)測試。為了節約時(shí)間，這項工作可以自動(dòng)化進(jìn)行。為了獲得最佳結果，金屬手指應盡可能多地覆蓋按鈕表面。圖6顯示了典型的金屬手指大小。 

圖6：用于生產(chǎn)線(xiàn)測試的金屬手指

有外覆層的預集成功能測試： 

這是安裝外覆層后對電容式傳感器功能的測試。測試過(guò)程中，用非導電均勻介質(zhì)連接外覆層到PCB并確保外覆層和PCB之間沒(méi)有氣隙。同時(shí)用金屬手指來(lái)測試電容式感應按鈕上的手指 模擬情況，以減少操作人員的操作差異，并確保所有LED/傳感器都經(jīng)過(guò)測試。 

有外覆層的集成后功能測試： 

這是發(fā)貨前的最后在系統測試�？捎媒饘偈种竵�(lái)測試電容式感應按鈕上的手指 模擬情況，以減少操作人員的操作差異，并確保所有LED/傳感器都經(jīng)過(guò)測試。

解決方案 

自動(dòng)精調 

業(yè)界現在通過(guò)跟蹤系統的噪聲和環(huán)境條件可用創(chuàng )新型方法實(shí)現電容式感應子系統的自我調節（即自動(dòng)監控和設置參數）。自動(dòng)精調使設備能在加電時(shí)根據環(huán)境條件和系統機械設計初始化所有電容式感應相關(guān)參數，因此自動(dòng)精調能減輕不同設計和生產(chǎn)階段的精調負擔。 

機械按鈕替代（MBR）器件： 

自動(dòng)精調和生產(chǎn)線(xiàn)測試在設計中發(fā)揮重要作用，但實(shí)施起來(lái)并不簡(jiǎn)單。 

這里就需要用到MBR器件。MBR器件能為電容式感應實(shí)施提供現成的即插即用方法，無(wú)需編寫(xiě)代碼或精調傳感器。從圖7的設計流程圖就可以看出，采用MBR器件可以省去固件開(kāi)發(fā)等許多不同的設計環(huán)節，因此電容式感應按鈕設計流程更類(lèi)似于機械按鈕。 

圖7：MBR設計流程

MBR器件提供自動(dòng)精調和內建自測試（BIST）等功能，有助于設計和生產(chǎn)線(xiàn)測試。有了這些功能，無(wú)需進(jìn)行器件編程或系統調節。不過(guò)，MBR器件不只是一個(gè)ASIC，設計人員通過(guò)對MBR器件參數進(jìn)行配置還可自由選擇將使用的功能，從而讓器件能以特定的方式工作。

廣泛說(shuō)來(lái)，有兩種配置MBR器件的方法： 

● 基于原理圖的配置

● 基于寄存器的配置 

基于原理圖的配置 

這種方法直接取代機械按鈕。主機無(wú)需用I2C或SPI等通信接口連接MBR器件�；�于原理圖的MBR器件，其功能可通過(guò)連接到器件輸入引腳的電阻等無(wú)源組件進(jìn)行配置。根據輸入引腳狀態(tài)（例如引腳短接到VDD、引腳短接到接地，以及通過(guò)定值電阻接地的引腳），MBR器件中可啟用或禁用不同的功能。 

設計人員要做什么？ 

設計人員僅需要明確需要什么功能，并根據設計要求拿出原理圖。一旦有了原理圖，就能生成布局并進(jìn)行開(kāi)發(fā)板的生產(chǎn)。開(kāi)發(fā)板填充后，電容式傳感器UI也就成形了。 

基于寄存器的配置 

電視/顯示器等應用的UI其主機與UI控制器互聯(lián)通信。要替代這類(lèi)應用中的機械按鈕，MBR器件可通過(guò)I2C等接口配置。采用機械按鈕的現有設計已提供有I2C智能接口，因此用MBR器件替代機械按鈕無(wú)需額外的智能修改或任何重大的固件修改。 

基于寄存器的可配置MBR器件提供一系列寄存器，可供主機寫(xiě)入數據，以配置器件的各種特性與功能，并通過(guò)I2C接口讀取多種數據。 

主機可進(jìn)行兩種類(lèi)型的配置： 

a. 動(dòng)態(tài)影響器件功能的配置：主機寫(xiě)入寄存器時(shí)，相應采取的行動(dòng)在MBR器件特定的已知延遲后立即生效（例如軟件復位）。

b. 只在器件復位時(shí)才影響器件功能的配置：主機寫(xiě)入寄存器后，主機需發(fā)送指令將這些設置保存到MBR器件的閃存存儲器中。這些設置只有在復位后才生效。如果寄存器設置不保存到閃存，器件將采用此前閃存中存儲的寄存器設置，或者采用工廠(chǎng)的默認設置。 

主機需要做什么？ 

為了配置MBR器件，主機必須寫(xiě)入寄存器以配置器件的特性，復位后生效。主機然后發(fā)送指令給MBR器件，要求將設置保存到閃存。下次復位后，MBR器件將根據這些設置工作。

如果用戶(hù)發(fā)現MBR器件不能按預期工作怎么辦？原因是什么？器件或許配置錯誤，也可能是存儲在閃存中的設置已經(jīng)損壞。數據丟失有諸多原因，從而導致器件功能無(wú)法預測。配置過(guò)程的不同階段都有可能發(fā)生數據丟失： 

1. 主機到從設備的通信過(guò)程中可能出錯，導致配置位損壞。

2. 如果MBR器件存儲設置到閃存時(shí)斷電，閃存中存儲的數據可能損壞。

3. 數據存儲到閃存中后，如果閃存損壞，也可能導致數據損壞。 

為了保持數據的一致性，可在配置過(guò)程的不同階段采取各種校驗措施： 

1. 為了確保從主機傳輸到MBR器件的數據被MBR器件成功接收，主機可隨數據發(fā)出校驗和。然后，MBR器件將主機發(fā)出的校驗和與MBR器件根據接收數據計算出的校驗和進(jìn)行比較。MBR器件隨后向主機確認數據是否成功被接收。隨后，主機可以決定是重新發(fā)送數據還是發(fā)出指令，要求將數據存儲到閃存中。 

2. 接下來(lái)檢查MBR器件將從主機接收到的數據保存到閃存這一階段的數據情況。一旦將數據保存到閃存，MBR器件會(huì )計算閃存中存儲的數據的校驗和，并將其與主機發(fā)送的原始校驗和進(jìn)行比較。MBR器件隨后向主機確認數據是否成功被存儲。讀取信息時(shí)，主機可再次發(fā)送數據，或重新發(fā)出指令，要求將數據保存到閃存中。 

3. 再下一步就是對MBR器件復位后根據閃存中存儲的設置采取行動(dòng)這一階段的檢查。每次復位后，MBR器件都計算閃存中存儲的設置的校驗和，并將其與閃存保存設置時(shí)所存儲的校驗和進(jìn)行比較。如果校驗和不一致，MBR器件就采用備份或閃存中其它部分保存的原始數據。在極罕見(jiàn)的情況下，兩個(gè)版本都損壞，這時(shí)數據就采用出廠(chǎng)前默認的設置。 

這種預防性措施通常被視為斷電故障安全機制的一部分。 

MBR解決的常見(jiàn)問(wèn)題： 

1. 側翼傳感器抑制（FSS）： 

在應用中分清楚彼此靠近的傳感器的觸摸狀態(tài)非常重要，這也是電容式感應設計的潛在問(wèn)題。FSS功能能幫助解決這個(gè)問(wèn)題。如果MBR器件啟用這一功能，那么手指接觸多個(gè)按鈕時(shí)，只有首個(gè)感應到接觸的按鈕打開(kāi)。這種功能也用在按鈕可能產(chǎn)生相反效果的應用中，比方說(shuō)用兩個(gè)按鈕進(jìn)行音量控制的界面。 

2. 開(kāi)關(guān)： 

為了替代墻上開(kāi)關(guān)這種機械按鈕，我們可在MBR器件中啟用開(kāi)關(guān)功能。開(kāi)關(guān)功能啟用后，每次觸摸按鈕，器件都會(huì )觸發(fā)對應按鈕的LED。 

3. 按鈕自動(dòng)復位： 

該特性避免金屬物體靠近按鈕造成按鈕鎖死。按鈕在連續觸摸一定時(shí)間后被視為關(guān)閉，這就是按鈕自動(dòng)復位。 

4. 加電自檢（POST）： 

電容式感應應用開(kāi)發(fā)的一大目標就是通過(guò)電容式傳感器提高設備在苛刻或敏感型工作環(huán)境下的可靠性。前面板的可靠性可通過(guò)不同方法改進(jìn)，包括提高信噪比（SNR），采用EMI抗干擾和ESD保護特性，以及提高電源瞬變和輸出瞬變的抗干擾能力等。此外，還必須注意避免固件的不當工作模式。類(lèi)似的軟件技巧包括應用編程接口（API）采用不同的正/負噪聲閾值和去抖動(dòng)計數器等。還有一項預防措施就是在運行時(shí)檢測電容式感應測量錯誤。這些錯誤包括： 

● 按鈕短接到VDD

● 按鈕短接接地

● 按鈕間短接

● 按鈕斷連

● Σ-Δ調制器外部組件故障，如： 

o 調制電容（Cmod）

o 放電電阻（Rb） 

這些診斷方法用于為電容式感應設備提供故障防護功能，避免按鈕故障產(chǎn)生安全問(wèn)題。白色家電、汽車(chē)和工業(yè)電子應用等都需要按鈕故障診斷技術(shù)，以確保安全工作。 

內置的加電自檢機制可在每次MBR器件復位后進(jìn)行，以診斷按鈕故障。如果按鈕發(fā)生故障，可通過(guò)通信接口（I2C）給主機發(fā)送信息，而如果有與按鈕對應的LED，則會(huì )在加電自檢后閃爍一次，表示有故障發(fā)生。 

5. 抗噪性 

MBR器件采用賽普拉斯SmartSense自動(dòng)精調等智能算法，在容易受到輻射的環(huán)境中提供較高的抗噪性。這種器件還采用高級的軟件濾波器來(lái)進(jìn)一步降低噪聲。 

6. 自動(dòng)閾值 

MBR器件能根據環(huán)境中的噪聲進(jìn)行調節，自動(dòng)設置ON/OFF閾值，從而在高噪聲環(huán)境中實(shí)現穩健可靠的性能。與此同時(shí)，開(kāi)發(fā)人員也能根據UI的硬件/機械構造重寫(xiě)算法設置的閾值并設置定制閾值。 

7. 靈敏度控制 

靈敏度用于表示按鈕對手指觸摸的敏感程度，這是在按鈕上器件能檢測到并以此報告按鈕為“ON”的最小手指電容。最小手指電容因外覆層的厚度、按鈕大小、按鈕與器件之間的距離等不同而不同。MBR器件提供多種不同的靈敏度設置。根據外覆層厚度等系統參數，開(kāi)發(fā)商能決定哪種靈敏度最佳。 

8. 低功耗睡眠模式和深度睡眠模式 

現在許多MBR器件設計用于電池供電的應用。比如，掃描按鈕上手指觸摸的頻率決定著(zhù)設備的總功耗。對低功耗應用來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)人員要降低掃描頻率，從而降低設備的平均功耗。就電視機/顯示器等MBR功耗并不很重要的應用而言，可保持較高的按鈕掃描頻率，從而確保極快的手指觸摸響應時(shí)間。 

9. 響應時(shí)間： 

您或許發(fā)現，觸摸電視機/顯示器上的電源按鈕要比其它按鈕稍長(cháng)的時(shí)間才能開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)。這是為了將電源開(kāi)關(guān)與其它按鈕區別開(kāi)，并確保電源開(kāi)關(guān)不會(huì )被無(wú)意打開(kāi)。MBR器件提供的這種功能也是可配置選項。用戶(hù)能設置手指觸摸按鈕多長(cháng)時(shí)間才能讓按鈕打開(kāi)。 

MBR器件帶來(lái)的增值： 

1. LED打開(kāi)時(shí)間：

用戶(hù)松開(kāi)按鈕（手指從按鈕移開(kāi)）時(shí)，相應的LED關(guān)閉。不過(guò)，一些應用需要LED在手指松開(kāi)后經(jīng)過(guò)一定的延遲再關(guān)閉，讓人眼可以分別出變化。MBR器件提供的這種延遲也是可配置選項。 

2. LED調光：

LED亮度能夠調控以符合環(huán)境光條件。MBR器件提供的LED亮度控制也是可配置選項，這樣開(kāi)發(fā)人員就能根據環(huán)境條件來(lái)設定亮度。實(shí)現的方法就是用不同占空比的PWM來(lái)驅動(dòng)LED，這也有助于降低系統的整體功耗。 

3. LED明暗漸變：

UI設計的美觀(guān)效果可通過(guò)觸摸相應按鈕讓LED漸明漸暗得到提高。MBR器件使得我們能非常方便地實(shí)現明暗漸變。開(kāi)發(fā)人員能設置一定亮度讓LED漸明漸暗，也能設置漸明漸暗的頻率。 

4. 蜂鳴器：

MBR器件通過(guò)驅動(dòng)蜂鳴器綁定引腳上的信號支持音頻反饋。音頻反饋參數也可配置。蜂鳴器驅動(dòng)的時(shí)間長(cháng)度以及引腳上驅動(dòng)的電子信號頻率都能控制。 

5. 模擬電壓輸出：

按鈕觸摸的另一種反饋就是為每次按鈕觸摸提供不同的模擬電壓輸出。MBR器件也能提供這種反饋。 

6. LED在待機模式下的亮度：

在UI中，如果環(huán)境光線(xiàn)較弱，可能無(wú)法看見(jiàn)按鈕，這時(shí)我們可在低亮度情況下至始至終開(kāi)啟背光LED，以照亮UI中的按鈕。開(kāi)發(fā)人員能選擇所需的亮度。 

7. 主機控制的GPO：

MBR器件除了提供按鈕和響應的反饋外還提供一些GPO，主機能通過(guò)通信接口發(fā)出命令以控制GPO的邏輯狀態(tài)，這就使得主機能讓GPO進(jìn)行按鈕觸摸反饋，也可將其用于其他目的。

我們了解了MBR器件如何解決某些具體問(wèn)題，也了解了MBR器件帶來(lái)的好處。在第四部分中，我們將討論有助于利用MBR器件開(kāi)展系統設計的一些工具。

工具箱 

設計出恰當的電容式傳感器布局同時(shí)保持最終系統信噪比達到5:1，這并非一件簡(jiǎn)單容易的事情。如果采用MBR器件，開(kāi)發(fā)人員又無(wú)法控制器件的每個(gè)參數，情況就會(huì )進(jìn)一步復雜化。MBR器件的主要作用之一就是縮短設計時(shí)間。但是，讓電容式感應設計實(shí)現適當的布局、適當的機械設計，這不應該成為瓶頸。所以除了MBR器件之外，最好還能獲得一些工具，幫助設計人員開(kāi)展設計工作，幫助推進(jìn)每一步設計工作。工具箱還能幫助設計人員驗證每個(gè)階段的設計，確保排除設計中所有可能的錯誤。 

圖8：MBR設計流程

第一階段： 

最終確定布局之前應考慮的一個(gè)關(guān)鍵因素就是按鈕尺寸。按鈕太小會(huì )降低SNR，導致按鈕對觸摸的靈敏度降低。如果按鈕較大，SNR倒是能超過(guò)5:1，但按鈕會(huì )對觸摸過(guò)于敏感，稍微碰一下按鈕就會(huì )觸發(fā)，這也不是一件好事。設計工具箱應有助于我們設置最佳按鈕尺寸。按鈕尺寸取決于外覆層材料和外覆層厚度，而工具箱應能根據外覆層的屬性提出最佳按鈕大小建議。工具箱還應讓開(kāi)發(fā)人員定義系統噪聲，并根據噪聲建議按鈕尺寸。該工具箱也能考慮輸入等系統屬性，根據系統支持的最大的寄生電容，建議設計的最大跡線(xiàn)長(cháng)度和按鈕尺寸。 

第二階段： 

一旦根據第一階段的建議完成布局，開(kāi)發(fā)人員就應在進(jìn)入PCB設計之前借助工具箱驗證設計。利用工具箱可計算出實(shí)際寄生電容，以此提醒開(kāi)發(fā)人員按鈕的寄生電容是否超出了工作范圍。 

功耗優(yōu)化是大多數設計的另一大關(guān)鍵要求。這里，工具箱可根據器件參數估算器件功耗，這能幫助設計人員調節參數，根據需要降低功耗。 

第三階段： 

根據第二階段建議提出的設計藍圖轉化為最初的原型設計。一旦構建出原型開(kāi)發(fā)板，我們就可借助工具箱驗證該開(kāi)發(fā)板是否適合量產(chǎn)。如果設計還不適合投產(chǎn)，那么工具箱可提出建議，明確設計還需要什么規范。根據工具箱建議的修改，開(kāi)發(fā)人員可能需要重制該開(kāi)發(fā)板，也可能無(wú)需重制只需修改MBR參數即可。這樣，工具箱就發(fā)揮了重大作用，有助于避免代價(jià)高昂的設計錯誤。 

配置寄存器可配置器件： 

如前所述，必須寫(xiě)入MBR器件寄存器以配置器件。直接用I2C通信來(lái)配置器件寄存器是一項繁雜的工作。為了便于配置，通常采用如下兩種方法： 

1. 應用編程接口（API）： 

應用編程接口（API）是一個(gè)用于連接軟件組件，讓其彼此通信的接口協(xié)議，MBR器件廠(chǎng)商會(huì )直接提供API，這些API也包含在主機固件中，因此主機就能配置MBR器件，且無(wú)需開(kāi)發(fā)人員學(xué)習了解應用層協(xié)議如何進(jìn)行器件配置。

電容式感應廠(chǎng)商提供的API分為高級API和低級API。 

高級API又分為三大類(lèi)： 

a. 配置器件

b. 回讀系統診斷和生產(chǎn)線(xiàn)數據

c. 在運行時(shí)回讀傳感器狀態(tài)等數據

這種API可在MBR設計過(guò)程中的不同階段中采用。

低級API通常為通信（l2C）接口讀寫(xiě)API。低級API可能需要根據所用主機處理器而更改。通常情況下，大多數廠(chǎng)商都針對每個(gè)特定的主機處理器提供低級API。 

2、GUI和批量編程： 

簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)人員配置MBR器件工作的另一種方法就是用基于GUI的界面定義設置。這比用API手動(dòng)配置MBR簡(jiǎn)單得多。賽普拉斯提供了一種簡(jiǎn)單而具有革命性創(chuàng )新的工具（EZ-Click定制器）。這種GUI的功能非常強大，能加速多個(gè)不同設計階段的設計工作。通常說(shuō)來(lái)，這種GUI均提供有“配置器件”和“從器件讀取數據”等選項。 

為了區別不同的設計階段，GUI可為主機和MBR器件之間傳輸的不同數據類(lèi)型設置不同的標簽。典型的分類(lèi)如下：

1. 配置標簽

2. 調試標簽

3. 生產(chǎn)線(xiàn)測試標簽 

在設計驗證階段采用配置標簽表示配置完成，GUI載入設置到原型電路板上。調試標簽隨后發(fā)揮作用，檢查設計是否滿(mǎn)足所有要求，電容式感應是否正常工作。如果原型設計無(wú)法工作，那么調試標簽可用來(lái)進(jìn)行調試并查找問(wèn)題所在。 

一旦原型設計正常工作，設計就完成了，則可用GUI生成配置文件。量產(chǎn)期間把GUI生成的配置加載到每個(gè)MBR器件中可能是個(gè)相當繁瑣的工作，這可以由具有資質(zhì)的編程機構利用配置文件輕松配置上百萬(wàn)的器件。 

器件配置完成后，可在生產(chǎn)線(xiàn)測試中采用生產(chǎn)線(xiàn)測試標簽，讀出SNR等數據用以檢測傳感器是否達標。