手機(jī)、汽車音響系統(tǒng)、筆記本電腦、PC、白色家電和工業(yè)應(yīng)用中數(shù)十億機(jī)械按鈕都已被電容式感應(yīng)按鈕所替代。電容式感應(yīng)控制技術(shù)的使用讓應(yīng)用變得更美觀，更易用、更靈活。不過(guò)，雖然電容式感應(yīng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到能夠提供現(xiàn)成的解決方案，推動(dòng)按鈕替代更快速更便捷地實(shí)現(xiàn)，但電容式感應(yīng)按鈕替代機(jī)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(shè)計(jì)人員在最終產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中添加電容式感應(yīng)用戶界面(UI)所要面臨的風(fēng)險(xiǎn)�；旧希琔I設(shè)計(jì)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(yīng)控制器則負(fù)責(zé)處理其它工作。
從機(jī)械按鈕轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙菔礁袘?yīng)按鈕過(guò)程中，第一個(gè)挑戰(zhàn)就是為全新的電容式感應(yīng)設(shè)計(jì)方案開(kāi)發(fā)固件。電容式感應(yīng)按鈕相對(duì)于機(jī)械按鈕而言更容易受到噪聲的影響，因此設(shè)計(jì)人員在每個(gè)設(shè)計(jì)階段都必須認(rèn)真細(xì)致應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題。此外，系統(tǒng)不僅需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，而且還要在生產(chǎn)階段進(jìn)行全面測(cè)試。
電容式觸摸感應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)
先看看典型的電容式感應(yīng)按鈕是如何工作的。電容式觸摸傳感器由銅焊盤、電容感應(yīng)控制器輸入引腳及之間的連線共同組成。圖1顯示了典型的電容式感應(yīng)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(dǎo)體片上的非導(dǎo)電性材料）時(shí)，電容式感應(yīng)控制器測(cè)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(yīng)控制器通過(guò)將測(cè)量到的電容轉(zhuǎn)化為數(shù)值，來(lái)監(jiān)控傳感器電容。
電容式感應(yīng)按鈕替代機(jī)械按鈕
電視機(jī)的頻道/音量調(diào)節(jié)、遙控、游戲手柄、FM調(diào)頻收音機(jī)旋鈕等大多數(shù)老式應(yīng)用都用機(jī)械開(kāi)關(guān)作為用戶界面。雖然機(jī)械開(kāi)關(guān)互動(dòng)不需要復(fù)雜的算法，但卻存在自身的劣勢(shì)。
機(jī)械開(kāi)關(guān)為什么不好用？
機(jī)械按鈕：
- 反復(fù)使用容易磨碎或卡住
- 容易積攢灰塵
- 不夠美觀
- 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員都開(kāi)始轉(zhuǎn)向采用觸摸感應(yīng)這種新技術(shù)。觸摸感應(yīng)包括三大類：
1. 電阻觸摸
2. 電感觸摸
3. 電容式觸摸
電容式感應(yīng)不僅讓用戶界面變得美觀，而且觸摸感應(yīng)功能也簡(jiǎn)便易用。電容式觸摸傳感器已經(jīng)替代了數(shù)十億機(jī)械按鈕。電容式感應(yīng)不僅讓前面板外觀變得時(shí)尚，而且還消除了機(jī)械按鈕容易磨損的問(wèn)題。
就電視/顯示器應(yīng)用而言，由于電容式感應(yīng)技術(shù)能夠增加其美感，正得到廣泛應(yīng)用。電視/顯示器通常采用非導(dǎo)電性材料制造的邊框。若采用機(jī)械按鈕，邊框需要與按鈕相協(xié)調(diào)，這肯定會(huì)涉及到較高的工裝成本。而電容式感應(yīng)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(xiàn)電容式感應(yīng)操控。圖3顯示了電容式感應(yīng)按鈕取代難看的機(jī)械按鈕的情況。
圖3：電容式感應(yīng)按鈕取代機(jī)械按鈕
電容式傳感器的演進(jìn)：電容式感應(yīng)技術(shù)不僅支持按鈕應(yīng)用，還提供線性滑條、徑向滑條等多種不同的傳感器/界面選項(xiàng)。
電容式按鈕：
傳統(tǒng)的電容式感應(yīng)SoC僅提供按鈕。純按鈕器件不斷發(fā)展，可替代手機(jī)、白色家電等應(yīng)用的機(jī)械按鈕�，F(xiàn)在，電容式感應(yīng)按鈕已取代了電視、LCD顯示屏、打印機(jī)、PC觸控板等大量設(shè)備的機(jī)械按鈕。
電容式感應(yīng)按鈕是電容式感應(yīng)應(yīng)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(cè)到導(dǎo)電物體（如手指）是否存在。電容式感應(yīng)按鈕幾乎能替代任何應(yīng)用中機(jī)械按鈕。
電容式滑條：
音量增減、FM收音機(jī)調(diào)頻等應(yīng)用采用滑動(dòng)旋鈕或徑向旋鈕來(lái)控制，而現(xiàn)在這些旋鈕正分別被線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(yīng)用采用線性滑條，而iPod滾輪等應(yīng)用則采用徑向滑條進(jìn)行功能選擇。
線性滑條：
滑條為界面設(shè)計(jì)提供了更高的功能。滑條可用來(lái)確定位置，其分辨率比按鈕高出上百倍，而且可采用線性和徑向等不同排列方式。
可采用插值法這種數(shù)學(xué)運(yùn)算方法來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。測(cè)量構(gòu)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：
徑向滑條跟線性滑條很類似，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性滑條略有不同。
從機(jī)械按鈕向電容按鈕轉(zhuǎn)型
圖4給出了典型的機(jī)械按鈕用戶界面（UI）設(shè)計(jì)流程。
圖4：機(jī)械按鈕設(shè)計(jì)流程
電容式按鈕替代機(jī)械按鈕時(shí)，設(shè)計(jì)流程需要增加一些步驟，如圖5所示。
圖5：電容式感應(yīng)按鈕設(shè)計(jì)流程
比較設(shè)計(jì)流程，就會(huì)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)電容式感應(yīng)UI需要在兩個(gè)不同的階段進(jìn)行精調(diào)，并分析工藝差異。此外，固件開(kāi)發(fā)也不像機(jī)械按鈕那么直觀。
固件：
電容式按鈕的固件要實(shí)施算法來(lái)感應(yīng)電容變化。固件還需要通過(guò)綜合技術(shù)來(lái)處理系統(tǒng)內(nèi)外部噪聲，這些都不是機(jī)械按鈕實(shí)施中要面臨的問(wèn)題。
精調(diào)：
精調(diào)是任何電容式感應(yīng)觸摸界面所不可避免。精調(diào)就是一個(gè)確定電容式感應(yīng)最佳參數(shù)值的過(guò)程，以確保不同機(jī)械構(gòu)造的界面在不同環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)最可靠、最高健碩性的性能。這就需要全面了解電容式感應(yīng)系統(tǒng)在不同條件下的工作原理。
電容式感應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的一個(gè)主要目的就是為了可靠地識(shí)別傳感器觸摸與非觸摸狀態(tài)。在信噪比（SNR）計(jì)算中：
信號(hào)（S）：手指放在傳感器上引起的傳感器響應(yīng)變化。
噪聲（N）：手指移開(kāi)時(shí)傳感器響應(yīng)的峰間變化。
為了實(shí)現(xiàn)可靠的電容式感應(yīng)性能，信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)大大高于存在的噪聲。通常我們建議信號(hào)至少應(yīng)為噪聲的5倍，也就是說(shuō)建議最低信噪比為5:1。
精調(diào)是一個(gè)既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的反復(fù)過(guò)程，只要PCB或外覆層發(fā)生變化就需要反復(fù)調(diào)節(jié)。
生產(chǎn)微調(diào)：
電容式感應(yīng)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(diào)，同樣也需要在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(shè)計(jì)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(xiàng)非常繁瑣的工作。如果我們能消除繁瑣的調(diào)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(tǒng)成本，減少工作量。
生產(chǎn)線測(cè)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(cè)試。電容式感應(yīng)系統(tǒng)必須在不同設(shè)計(jì)階段進(jìn)行生產(chǎn)線測(cè)試，輕松、及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。我們下面會(huì)看到，生產(chǎn)線測(cè)試是電容式感應(yīng)UI設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)重要階段，必須認(rèn)真執(zhí)行。
根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的不同階段，生產(chǎn)線測(cè)試分為三步：
1) 視覺(jué)/光學(xué)檢查
2) 在線測(cè)試（ICT）
3) 功能測(cè)試
a. 預(yù)集成功能測(cè)試
b. 集成后功能測(cè)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(xiàn)有表面貼裝技術(shù)(SMT)問(wèn)題的PCB。注意以下瑕疵：
● 起鱗
● 未對(duì)齊
● 錫裂
2) 在線測(cè)試（ICT）
在線測(cè)試指的是在使用過(guò)程中驗(yàn)證傳感器到器件引腳之間和通信線路到主機(jī)之間的物理連接。用“pogo引腳”進(jìn)行器件引腳和傳感器/通信線路之間的電子連接測(cè)試。
注意以下問(wèn)題：
● 通信故障
● 中斷線路問(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(cè)試
一旦PCB通過(guò)目檢和ICT測(cè)試，我們建議進(jìn)行功能測(cè)試以節(jié)約資金。不同層次的功能測(cè)試如下：
a) 預(yù)集成功能測(cè)試
1. 無(wú)外覆層的預(yù)集成測(cè)試
2. 有外覆層的預(yù)集成測(cè)試
b) 集成后功能測(cè)試
無(wú)外覆層的預(yù)集成功能測(cè)試：
外覆層安裝和系統(tǒng)集成前測(cè)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(cè)試電容式感應(yīng)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(cè)試。為了節(jié)約時(shí)間，這項(xiàng)工作可以自動(dòng)化進(jìn)行。為了獲得最佳結(jié)果，金屬手指應(yīng)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)線測(cè)試的金屬手指
有外覆層的預(yù)集成功能測(cè)試：
這是安裝外覆層后對(duì)電容式傳感器功能的測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中，用非導(dǎo)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(cè)試電容式感應(yīng)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(cè)試。
有外覆層的集成后功能測(cè)試：
這是發(fā)貨前的最后在系統(tǒng)測(cè)試�？捎媒饘偈种竵�(lái)測(cè)試電容式感應(yīng)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(cè)試。
解決方案
自動(dòng)精調(diào)
業(yè)界現(xiàn)在通過(guò)跟蹤系統(tǒng)的噪聲和環(huán)境條件可用創(chuàng)新型方法實(shí)現(xiàn)電容式感應(yīng)子系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)（即自動(dòng)監(jiān)控和設(shè)置參數(shù)）。自動(dòng)精調(diào)使設(shè)備能在加電時(shí)根據(jù)環(huán)境條件和系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)初始化所有電容式感應(yīng)相關(guān)參數(shù)，因此自動(dòng)精調(diào)能減輕不同設(shè)計(jì)和生產(chǎn)階段的精調(diào)負(fù)擔(dān)。
機(jī)械按鈕替代（MBR）器件：
自動(dòng)精調(diào)和生產(chǎn)線測(cè)試在設(shè)計(jì)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(yīng)實(shí)施提供現(xiàn)成的即插即用方法，無(wú)需編寫代碼或精調(diào)傳感器。從圖7的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，因此電容式感應(yīng)按鈕設(shè)計(jì)流程更類似于機(jī)械按鈕。
圖7：MBR設(shè)計(jì)流程
MBR器件提供自動(dòng)精調(diào)和內(nèi)建自測(cè)試（BIST）等功能，有助于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)線測(cè)試。有了這些功能，無(wú)需進(jìn)行器件編程或系統(tǒng)調(diào)節(jié)。不過(guò)，MBR器件不只是一個(gè)ASIC，設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)MBR器件參數(shù)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(jī)械按鈕。主機(jī)無(wú)需用I2C或SPI等通信接口連接MBR器件�；谠韴D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(jù)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(shè)計(jì)人員要做什么？
設(shè)計(jì)人員僅需要明確需要什么功能，并根據(jù)設(shè)計(jì)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(yīng)用的UI其主機(jī)與UI控制器互聯(lián)通信。要替代這類應(yīng)用中的機(jī)械按鈕，MBR器件可通過(guò)I2C等接口配置。采用機(jī)械按鈕的現(xiàn)有設(shè)計(jì)已提供有I2C智能接口，因此用MBR器件替代機(jī)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(jī)寫入數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)。
主機(jī)可進(jìn)行兩種類型的配置：
a. 動(dòng)態(tài)影響器件功能的配置：主機(jī)寫入寄存器時(shí)，相應(yīng)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(fù)位）。
b. 只在器件復(fù)位時(shí)才影響器件功能的配置：主機(jī)寫入寄存器后，主機(jī)需發(fā)送指令將這些設(shè)置保存到MBR器件的閃存存儲(chǔ)器中。這些設(shè)置只有在復(fù)位后才生效。如果寄存器設(shè)置不保存到閃存，器件將采用此前閃存中存儲(chǔ)的寄存器設(shè)置，或者采用工廠的默認(rèn)設(shè)置。
主機(jī)需要做什么？
為了配置MBR器件，主機(jī)必須寫入寄存器以配置器件的特性，復(fù)位后生效。主機(jī)然后發(fā)送指令給MBR器件，要求將設(shè)置保存到閃存。下次復(fù)位后，MBR器件將根據(jù)這些設(shè)置工作。
如果用戶發(fā)現(xiàn)MBR器件不能按預(yù)期工作怎么辦？原因是什么？器件或許配置錯(cuò)誤，也可能是存儲(chǔ)在閃存中的設(shè)置已經(jīng)損壞。數(shù)據(jù)丟失有諸多原因，從而導(dǎo)致器件功能無(wú)法預(yù)測(cè)。配置過(guò)程的不同階段都有可能發(fā)生數(shù)據(jù)丟失：
1. 主機(jī)到從設(shè)備的通信過(guò)程中可能出錯(cuò)，導(dǎo)致配置位損壞。
2. 如果MBR器件存儲(chǔ)設(shè)置到閃存時(shí)斷電，閃存中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可能損壞。
3. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到閃存中后，如果閃存損壞，也可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞。
為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性，可在配置過(guò)程的不同階段采取各種校驗(yàn)措施：
1. 為了確保從主機(jī)傳輸?shù)組BR器件的數(shù)據(jù)被MBR器件成功接收，主機(jī)可隨數(shù)據(jù)發(fā)出校驗(yàn)和。然后，MBR器件將主機(jī)發(fā)出的校驗(yàn)和與MBR器件根據(jù)接收數(shù)據(jù)計(jì)算出的校驗(yàn)和進(jìn)行比較。MBR器件隨后向主機(jī)確認(rèn)數(shù)據(jù)是否成功被接收。隨后，主機(jī)可以決定是重新發(fā)送數(shù)據(jù)還是發(fā)出指令，要求將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到閃存中。
2. 接下來(lái)檢查MBR器件將從主機(jī)接收到的數(shù)據(jù)保存到閃存這一階段的數(shù)據(jù)情況。一旦將數(shù)據(jù)保存到閃存，MBR器件會(huì)計(jì)算閃存中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和，并將其與主機(jī)發(fā)送的原始校驗(yàn)和進(jìn)行比較。MBR器件隨后向主機(jī)確認(rèn)數(shù)據(jù)是否成功被存儲(chǔ)。讀取信息時(shí)，主機(jī)可再次發(fā)送數(shù)據(jù)，或重新發(fā)出指令，要求將數(shù)據(jù)保存到閃存中。
3. 再下一步就是對(duì)MBR器件復(fù)位后根據(jù)閃存中存儲(chǔ)的設(shè)置采取行動(dòng)這一階段的檢查。每次復(fù)位后，MBR器件都計(jì)算閃存中存儲(chǔ)的設(shè)置的校驗(yàn)和，并將其與閃存保存設(shè)置時(shí)所存儲(chǔ)的校驗(yàn)和進(jìn)行比較。如果校驗(yàn)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(shù)據(jù)。在極罕見(jiàn)的情況下，兩個(gè)版本都損壞，這時(shí)數(shù)據(jù)就采用出廠前默認(rèn)的設(shè)置。
這種預(yù)防性措施通常被視為斷電故障安全機(jī)制的一部分。
MBR解決的常見(jiàn)問(wèn)題：
1. 側(cè)翼傳感器抑制（FSS）：
在應(yīng)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(yīng)設(shè)計(jì)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(yīng)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(yīng)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(jī)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(duì)應(yīng)按鈕的LED。
3. 按鈕自動(dòng)復(fù)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(xù)觸摸一定時(shí)間后被視為關(guān)閉，這就是按鈕自動(dòng)復(fù)位。
4. 加電自檢（POST）：
電容式感應(yīng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的一大目標(biāo)就是通過(guò)電容式傳感器提高設(shè)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(hù)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(dāng)工作模式。類似的軟件技巧包括應(yīng)用編程接口（API）采用不同的正/負(fù)噪聲閾值和去抖動(dòng)計(jì)數(shù)器等。還有一項(xiàng)預(yù)防措施就是在運(yùn)行時(shí)檢測(cè)電容式感應(yīng)測(cè)量錯(cuò)誤。這些錯(cuò)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(diào)制器外部組件故障，如：
o 調(diào)制電容（Cmod）
o 放電電阻（Rb）
這些診斷方法用于為電容式感應(yīng)設(shè)備提供故障防護(hù)功能，避免按鈕故障產(chǎn)生安全問(wèn)題。白色家電、汽車和工業(yè)電子應(yīng)用等都需要按鈕故障診斷技術(shù)，以確保安全工作。
內(nèi)置的加電自檢機(jī)制可在每次MBR器件復(fù)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(jī)發(fā)送信息，而如果有與按鈕對(duì)應(yīng)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(diào)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(jí)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(jù)環(huán)境中的噪聲進(jìn)行調(diào)節(jié)，自動(dòng)設(shè)置ON/OFF閾值，從而在高噪聲環(huán)境中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健可靠的性能。與此同時(shí)，開(kāi)發(fā)人員也能根據(jù)UI的硬件/機(jī)械構(gòu)造重寫算法設(shè)置的閾值并設(shè)置定制閾值。
7. 靈敏度控制
靈敏度用于表示按鈕對(duì)手指觸摸的敏感程度，這是在按鈕上器件能檢測(cè)到并以此報(bào)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(shè)置。根據(jù)外覆層厚度等系統(tǒng)參數(shù)，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(xiàn)在許多MBR器件設(shè)計(jì)用于電池供電的應(yīng)用。比如，掃描按鈕上手指觸摸的頻率決定著設(shè)備的總功耗。對(duì)低功耗應(yīng)用來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)人員要降低掃描頻率，從而降低設(shè)備的平均功耗。就電視機(jī)/顯示器等MBR功耗并不很重要的應(yīng)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(yīng)時(shí)間。
9. 響應(yīng)時(shí)間：
您或許發(fā)現(xiàn)，觸摸電視機(jī)/顯示器上的電源按鈕要比其它按鈕稍長(zhǎng)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(qū)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(xiàng)。用戶能設(shè)置手指觸摸按鈕多長(zhǎng)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：
用戶松開(kāi)按鈕（手指從按鈕移開(kāi)）時(shí)，相應(yīng)的LED關(guān)閉。不過(guò)，一些應(yīng)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(xiàng)。
2. LED調(diào)光：
LED亮度能夠調(diào)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(xiàng)，這樣開(kāi)發(fā)人員就能根據(jù)環(huán)境條件來(lái)設(shè)定亮度。實(shí)現(xiàn)的方法就是用不同占空比的PWM來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，這也有助于降低系統(tǒng)的整體功耗。
3. LED明暗漸變：
UI設(shè)計(jì)的美觀效果可通過(guò)觸摸相應(yīng)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(xiàn)明暗漸變。開(kāi)發(fā)人員能設(shè)置一定亮度讓LED漸明漸暗，也能設(shè)置漸明漸暗的頻率。
4. 蜂鳴器：
MBR器件通過(guò)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器綁定引腳上的信號(hào)支持音頻反饋。音頻反饋參數(shù)也可配置。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)度以及引腳上驅(qū)動(dòng)的電子信號(hào)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(jī)模式下的亮度：
在UI中，如果環(huán)境光線較弱，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(jī)控制的GPO：
MBR器件除了提供按鈕和響應(yīng)的反饋外還提供一些GPO，主機(jī)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(jī)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(tǒng)設(shè)計(jì)的一些工具。
工具箱
設(shè)計(jì)出恰當(dāng)?shù)碾娙菔絺鞲衅鞑季滞瑫r(shí)保持最終系統(tǒng)信噪比達(dá)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(shù)，情況就會(huì)進(jìn)一步復(fù)雜化。MBR器件的主要作用之一就是縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。但是，讓電容式感應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)牟季�、適當(dāng)?shù)臋C(jī)械設(shè)計(jì)，這不應(yīng)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(shè)計(jì)人員開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，幫助推進(jìn)每一步設(shè)計(jì)工作。工具箱還能幫助設(shè)計(jì)人員驗(yàn)證每個(gè)階段的設(shè)計(jì)，確保排除設(shè)計(jì)中所有可能的錯(cuò)誤。
圖8：MBR設(shè)計(jì)流程
第一階段：
最終確定布局之前應(yīng)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(dǎo)致按鈕對(duì)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(duì)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(shè)計(jì)工具箱應(yīng)有助于我們?cè)O(shè)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(yīng)能根據(jù)外覆層的屬性提出最佳按鈕大小建議。工具箱還應(yīng)讓開(kāi)發(fā)人員定義系統(tǒng)噪聲，并根據(jù)噪聲建議按鈕尺寸。該工具箱也能考慮輸入等系統(tǒng)屬性，根據(jù)系統(tǒng)支持的最大的寄生電容，建議設(shè)計(jì)的最大跡線長(zhǎng)度和按鈕尺寸。
第二階段：
一旦根據(jù)第一階段的建議完成布局，開(kāi)發(fā)人員就應(yīng)在進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)之前借助工具箱驗(yàn)證設(shè)計(jì)。利用工具箱可計(jì)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(shù)設(shè)計(jì)的另一大關(guān)鍵要求。這里，工具箱可根據(jù)器件參數(shù)估算器件功耗，這能幫助設(shè)計(jì)人員調(diào)節(jié)參數(shù)，根據(jù)需要降低功耗。
第三階段：
根據(jù)第二階段建議提出的設(shè)計(jì)藍(lán)圖轉(zhuǎn)化為最初的原型設(shè)計(jì)。一旦構(gòu)建出原型開(kāi)發(fā)板，我們就可借助工具箱驗(yàn)證該開(kāi)發(fā)板是否適合量產(chǎn)。如果設(shè)計(jì)還不適合投產(chǎn)，那么工具箱可提出建議，明確設(shè)計(jì)還需要什么規(guī)范。根據(jù)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(shù)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(shè)計(jì)錯(cuò)誤。
配置寄存器可配置器件：
如前所述，必須寫入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(xiàng)繁雜的工作。為了便于配置，通常采用如下兩種方法：
1. 應(yīng)用編程接口（API）：
應(yīng)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器件廠商會(huì)直接提供API，這些API也包含在主機(jī)固件中，因此主機(jī)就能配置MBR器件，且無(wú)需開(kāi)發(fā)人員學(xué)習(xí)了解應(yīng)用層協(xié)議如何進(jìn)行器件配置。
電容式感應(yīng)廠商提供的API分為高級(jí)API和低級(jí)API。
高級(jí)API又分為三大類：
a. 配置器件
b. 回讀系統(tǒng)診斷和生產(chǎn)線數(shù)據(jù)
c. 在運(yùn)行時(shí)回讀傳感器狀態(tài)等數(shù)據(jù)
這種API可在MBR設(shè)計(jì)過(guò)程中的不同階段中采用。
低級(jí)API通常為通信（l2C）接口讀寫API。低級(jí)API可能需要根據(jù)所用主機(jī)處理器而更改。通常情況下，大多數(shù)廠商都針對(duì)每個(gè)特定的主機(jī)處理器提供低級(jí)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(shè)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(qiáng)大，能加速多個(gè)不同設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)”等選項(xiàng)。
為了區(qū)別不同的設(shè)計(jì)階段，GUI可為主機(jī)和MBR器件之間傳輸?shù)牟煌瑪?shù)據(jù)類型設(shè)置不同的標(biāo)簽。典型的分類如下：
1. 配置標(biāo)簽
2. 調(diào)試標(biāo)簽
3. 生產(chǎn)線測(cè)試標(biāo)簽
在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段采用配置標(biāo)簽表示配置完成，GUI載入設(shè)置到原型電路板上。調(diào)試標(biāo)簽隨后發(fā)揮作用，檢查設(shè)計(jì)是否滿足所有要求，電容式感應(yīng)是否正常工作。如果原型設(shè)計(jì)無(wú)法工作，那么調(diào)試標(biāo)簽可用來(lái)進(jìn)行調(diào)試并查找問(wèn)題所在。
一旦原型設(shè)計(jì)正常工作，設(shè)計(jì)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(dāng)繁瑣的工作，這可以由具有資質(zhì)的編程機(jī)構(gòu)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)線測(cè)試中采用生產(chǎn)線測(cè)試標(biāo)簽，讀出SNR等數(shù)據(jù)用以檢測(cè)傳感器是否達(dá)標(biāo)。 |
