觸摸傳感控制器目條件供一些通用的性能選項和形態(tài)，如滑塊和鄰近傳感器。觸摸傳感器技術(shù)的進(jìn)步使傳感器驅動(dòng)型接口更易于實(shí)現，對終端用戶(hù)更為直觀(guān)和簡(jiǎn)單。

　　大多數觸摸傳感控制器依據所檢測到的電容變化來(lái)工作(見(jiàn)圖1)——當某種物體或某個(gè)人接近或觸摸傳感器的導電金屬片時(shí)，手指與金屬片之間的電容發(fā)生變化。導電物體(如手指)在傳感器四周移動(dòng)將改變電容傳感器的電場(chǎng)線(xiàn)并使電容發(fā)生變化�？刂齐娐房蓽y出電容的變化。

　　產(chǎn)業(yè)應用系統從多年前開(kāi)始就使用這種電容檢測技術(shù)來(lái)丈量液位、濕度和材料成份。這種從這些應用發(fā)展而來(lái)的技術(shù)逐漸演化成人機接口。

　　觸摸傳感器接口通常通過(guò)丈量與傳感器墊片相連的電路的阻抗來(lái)檢測電容變化。觸摸控制器周期性地丈量傳感器輸進(jìn)通道的阻抗并用這些值來(lái)導出一個(gè)內部基準，即校準阻抗�？刂破饕赃@個(gè)阻抗值為基礎判定是否發(fā)生了觸摸事件。

　　下面的簡(jiǎn)化公式表明了手指逼近對觸摸墊片電容產(chǎn)生的主要影響。這個(gè)公式可用于確定傳感器墊片的電容和強度。

　　* C表示電容，單位為法拉

　　* A是單個(gè)金屬墊片的面積，單位為平方米

　　* εr是金屬墊片間材料的相對靜態(tài)介電常數(真空=1)

　　* ε0是自由空間的介電常數=8.854×10(SUP/)-12(/SUP)F/m

　　* D是板之間的間隔或間隔，單位為米。

　　另外，觸摸強度隨壓力、觸摸面積或電容的增加而增大。D減小等價(jià)于電容增大或觸摸強度增大。

　　這個(gè)方程表明，覆膜厚度及其介電常數對干洗連鎖觸摸強度影響很大。該方程還表明，電容傳感器本質(zhì)上對四周環(huán)境和觸摸激勵的特性敏感——不管觸摸來(lái)自手指、乙烯基、橡膠、棉花、皮革或水(見(jiàn)圖1)。

　　圖1：觸摸靈敏度依靠于覆膜材料、墊片尺寸和厚度

　　表1列出了各種常用覆膜材料的介電常數。我們可以基于這些值來(lái)考察觸摸傳感器在廚房中的應用，由于在廚房中這些傳感器很輕易濺上食用油。

　　表1：介電常數

　　典型的食用油如橄欖油或杏仁油的介電常數在2.8-3.0之間。石蠟在華氏68度時(shí)的介電常數在2.2-4.7之間。這些材料的介電常數接近甚至小于傳感器常用覆膜聚碳酸脂(2.9-3.2)或ABS材料(2.87-3.0)的介電常數。因而，油對傳感器的操縱沒(méi)有多大影響。

　　相反，甘油的介電常數在47-68之間，水的介電常數約為80。盡管這些材料的介電常數比覆膜材料高，對于使用數字觸摸檢測技術(shù)(如ATLab公司開(kāi)發(fā)并擁有產(chǎn)權的FMA1127觸摸傳感器控制器所使用的技術(shù))的觸摸傳感器來(lái)說(shuō)，由于傳感器墊片和濺上的液體都沒(méi)有接地，濺上這些液體不會(huì )引起任何異常行為。

　　盡管觸摸傳感器的操縱細節和接口依靠于具體的應用，一般來(lái)說(shuō)，容性傳感器接口電路和檢測方法有模擬和數字兩種類(lèi)型。一種模擬技術(shù)是丈量頻率或工作周期，這些量由于在手指和地之間引進(jìn)額外的電容而發(fā)生變化

　　利用這種技術(shù)和高分辨率的模數轉換器(ADC)，可以把測到的模擬電壓轉換成數字代碼。得益于混合信號技術(shù)的進(jìn)步，最新款的電容/數字轉換器把高性能模擬前端與低功率高性能ADC集成在一起。

　　模擬接口電路的一個(gè)缺點(diǎn)是容性傳感器可能會(huì )受到難以捉摸的噪聲、串擾、耦合的影響。另外，傳感器輸出的動(dòng)態(tài)范圍受到電源電壓的限制，而隨著(zhù)干洗機價(jià)格半導體制造技工藝節點(diǎn)的縮小該電源電壓在不斷降低。

　　假如使用深亞微米CMOS技術(shù)把傳感器電路與復雜的數字信號處理模塊集成到相同的基底上，情況會(huì )變得更具挑戰性。為避免外部干擾，該器件可能會(huì )要求使用軟件工作區，這增加了與之接口的微控制器的存儲器開(kāi)銷(xiāo)和性能開(kāi)銷(xiāo)。

　　全數字傳感方法(見(jiàn)圖3)可避免與模擬方法有關(guān)的題目。數字方法通過(guò)使電容成為RC延時(shí)線(xiàn)的一部分來(lái)檢測傳感器電容的變化。

　　圖3：數字觸摸方案;在存在水滴時(shí)仍具有魯棒的性能

　　手指碰到傳感器墊片使電容增大進(jìn)而進(jìn)步了RC延時(shí)時(shí)間并導致阻抗變化。把這個(gè)阻抗與校準阻抗對比可確定是否發(fā)生了觸摸事件。該傳感方案很輕易通過(guò)調整RC延時(shí)線(xiàn)的電阻來(lái)改善性能。

　　MCU接口

　　不管使用模擬方法還是數字方法，觸摸傳感器控制器都可以使用簡(jiǎn)單的SPI或I(SUP/)2(/SUP)C接口與微控制器相連。MCU(主)通常以主從模式與觸摸傳感器控制器(從)進(jìn)行數據交換。

　　假如MCU沒(méi)有這樣的串行接口，可以使用軟件模擬串行接口的方法，但這種方法增加了存儲器和性能的開(kāi)銷(xiāo)。把觸摸傳感器控制器與微控制器集成在一起的芯片已在不久前上市。

　　消費電子、家庭自動(dòng)化和產(chǎn)業(yè)要求

　　相對于傳統機械按鈕、滑塊、轉輪和開(kāi)關(guān)，觸摸傳感器控制提供了靈活、可靠且高性?xún)r(jià)比的替換方案。

　　最新的觸摸傳感器為設計者發(fā)揮其創(chuàng )造性創(chuàng )造了條件，設計者在開(kāi)發(fā)接口時(shí)可隱躲或露出按鈕、或采用其他形態(tài)觸摸板的模式。表2和圖4顯示了不同的傳感器外形和應用。

　　圖4：滑塊、滾輪、觸摸按鈕和鄰近傳感應用的例子。

　　表2：各種應用的觸摸控制方案

　　鄰近觸摸控制對只要求一或兩個(gè)按鈕的簡(jiǎn)單接口提供了一種有吸引力的替換方案。鄰近傳感器易于整合進(jìn)終極的產(chǎn)品設計中，并具有功耗低和壽命長(cháng)等長(cháng)期上風(fēng)。

　　金屬門(mén)把手是一種理想的鄰近傳感器應用。極為敏感的傳感器可以檢測到是否有手在接近門(mén)把手，系統在檢測到接近行為后會(huì )給需要大功率的安防硬件通電。作為汽車(chē)報警系統的一部分，系統可把每次鄰近檢測記錄下來(lái)并通知車(chē)主(或許可通過(guò)手機)有人多次試圖拉開(kāi)車(chē)門(mén)。

　　當金屬物體面積為10mm(SUP/)2(/SUP)，覆膜厚度為1mm時(shí)，鄰近傳感器可以在間隔大于2英寸時(shí)檢測得手的接近。除了門(mén)把手之外，鄰近觸摸還可用于家用電器、MP3 播放器、遠控器和移動(dòng)電話(huà)。

　　復雜的LCD觸摸屏方案

　　觸摸傳感器譜系的一端是簡(jiǎn)單的鄰近傳感器，另一端是復雜的觸控LCD，為很多常見(jiàn)產(chǎn)品提供了高端感覺(jué)。

　　最值得一提的是，蘋(píng)果公司的iPod和iPhone等產(chǎn)品已急劇提升了消費者的期看。從GPS設備和通用遠控器到數字相框和連網(wǎng)型冰箱和洗衣機，類(lèi)似的觸摸屏技術(shù)可以增強各種電子產(chǎn)品的功能。

　　電話(huà)和GPS設備等緊湊型設備可使用靈活的觸摸傳感器PCB作為顯示器的外層。在這些應用中，容性觸摸模塊可使用氧化銦錫(ITO)層在玻璃或塑料屏上實(shí)現透明的傳感器墊片和引線(xiàn)(見(jiàn)圖5)。

　　圖5：使用FMA1127實(shí)現的觸摸屏及PCB和觸摸屏的疊層安排。利用TDC比較由檢測電容形成RC延時(shí)線(xiàn)與基準RC延時(shí)線(xiàn)的延時(shí)差別。使用差動(dòng)信號消除或降低了相關(guān)/相干噪聲源的影響，無(wú)需地層

　　其他應用還包括用來(lái)控制顯示器開(kāi)啟的觸摸檢測傳感器。當檢測不到觸摸時(shí)，顯示器關(guān)斷，從而可以最大限度地降低系統功耗。

　　觸摸技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　由于沒(méi)有活動(dòng)部件且易于適應曲面外形，觸摸傳感器開(kāi)關(guān)是汽車(chē)應用的理想選擇。但汽車(chē)應用對觸摸技術(shù)提出了更高的要求，汽車(chē)制造商要求提供本錢(qián)低、工作溫度寬的汽車(chē)級觸摸傳感器控制器。

　　關(guān)鍵是降低觸摸傳感器方案的總實(shí)現本錢(qián)。價(jià)格合適的觸摸傳感器為汽車(chē)設計工程師實(shí)現新奇的接口特性提供了條件。

　　任天堂公司的Wii使用了3維定位傳感技術(shù)。計算機輔助設計領(lǐng)域的一項最新創(chuàng )新是3維鼠標，工程師可在三維空間移動(dòng)鼠標更直觀(guān)地對所設計的產(chǎn)品進(jìn)行控制。

　　另外，微軟現正以Microsoft Surface觸摸電腦展示其對未來(lái)用戶(hù)接口的展看。該接口使用的觸摸技術(shù)與iPod相類(lèi)似，可識別多點(diǎn)接觸及實(shí)際物體(如畫(huà)筆)，能符合直覺(jué)的方式恰當地與接觸事件互動(dòng)。