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世平代理之安森美半导体推出采用互电容式触摸传感器技术改进汽车的用户接口

 2017-12-20

消费者对触摸传感器接口的性能和直观性有了更大的期望。这显然是其使用便携式电子产品如智能手机和平板计算机的经验的结果。因此,在其它应用领域,绝大多数人不会接受任何低效的操作,因为触控开始在广泛而多样的终端市场选择中更广泛的激增。他们想要获得同样的在其他地方也可以使用的无缝流畅、无毛刺的操作。在这里,我们将看看触摸技术开始流行用于汽车设计的影响。

 

汽车制造商和其一线技术合作伙伴开始意识到汽车行业的触摸式控制商机,为他们提供一种在竞争激烈的市场上提供产品差异化的方法。已经确定在现代汽车内有很多地方可以应用。其中最突出的是暖通空调(HVAC)控制、智能钥匙进入系统(基于接近感测)和车身电子功能如电动车窗升降机。

 

当然,涉及到指定什么样的触摸传感方案用于此类功能的决策过程与指定什么方案用于便携式电子产品、家庭娱乐系统、白家电等的决策过程有很大不同。正如我们将看到的,有一些重要的、非常有特色的方面定义了汽车部署,而这一点根本不会出现在其它市场。这些需要给予足够的考虑,否则触摸系统将不能满足应用性能、可靠性和耐用要求。

 

汽车环境中的触摸传感

汽车环境通常是严苛的。因此车辆系统上使用的电子器件需要具有解决这个问题的属性。当想要在这样的环境中使用触摸传感器时,需要考虑一些关键的标准。

 

首先,触摸传感器将容易受到高水平的电磁噪声的影响 – 电磁噪声由汽车中的各种电机以及电缆线束、发电机线圈和众多其他来源产生。如果不妥善处理,这种噪声可损害触摸系统的可靠性。其次,这些触摸传感器的位置属性意味着它们可能不得不应对各种物理应力,如机械冲击、振动和高温。因此必须具备坚固的结构。由于这些原因,电容式触摸传感器被认为是最合适的。

 

其次,由于不同汽车的电气系统级参数有很大的差异,所以在汽车下线之前需要有微调的余地。最后,鉴于在车舱内和车外有如此众多不同的应用可受益于触摸功能,传感器应包括各种特征来匹配特定的应用需求;支持不同的设计配置的能力,同时保持尽可能低的相关器件数是很重要的。例如,一些设计可能导致在传感器/ PCB和防护罩之间存在气隙。这通常意味着必须结合一个导光器到该装置(对物料单成本和相关的工程工作量都有影响)。采用可缓解这种问题的技术将证明是有利的。

 

电容式触摸传感原理

电容式触摸传感器可以基于两种不同的传感技术,即自电容和互电容。使用自电容,当用户的手指接近传感器电极时,检测到电容量的增加。自电容式触摸传感器虽然应用广泛,但易受寄生电容效应的影响。它们在可实现的范围方面也有公认的局限性。这意味着他们不适合用于存在气隙的情况下。相比之下,互电容配置有两个单独的电极,检测是基于当用户的手指接近时电极之间力线的减少。这种方法,配以良好的信号调节,支持更长距离的操作,不受与自电容相同程度的寄生电容的影响。因此,能够更好地处理气隙和固有的噪声应用环境。

 

应用实例

使用互电容的方法令汽车工程师能部署触摸传感器用于许多不同目的。更高的灵敏度意味着它们可以不仅用于触摸还可用于接近感应。例如,图1所示智能钥匙车辆进入应用,在该应用中,驾驶员可以通过不远处的电容变化来解锁车门,而不必接触车门把手。图2显示了这种传感系统如何同样适用于电动车窗升降器控制面板应用。车舱设计的本质意味着车辆乘员接触的防护罩不可能与安装传感器的PCB直接接触,从而留下相当大的气隙。通过互电容传感器配置,无需用导光器件(及复杂和高成本的光学键合)填充此间隙。从而可以成就更简化和具性价比的系统方案。  

 

 
               

来自公司如安森美半导体的先进的电容式数字转换器LSI(大规模集成电路)技术具有业界领先的动态范围,可以支持电容式触摸传感器中显著的性能改善,从而增强其在汽车应用中的操作。安森美半导体的LC717A30UJ设计用于与互电容触摸传感器一起使用,得益于其寄生电容补偿机制,树立了新的触摸灵敏度标准。它还具有内置的噪声抑制能力,有助于减轻往往存在于汽车环境的电磁干扰的影响。该LSI可以支持低至毫微法拉(fF)水平、范围达150毫米的电容变化检测。因此,它不仅具备处理传统触摸功能的能力,还具有接近传感和复杂的手势识别功能。此外,这意味着器件在传感器/ PCB和防护罩之间有空隙时也能工作。这样就省去了在用户界面设计中引入光导的必要性,从而使物料单成本的显著减少得以实现。

 

 
                              

 LC717A30UJ有8个电容传感输入通道,使得它非常适合需要一系列开关的系统。它的其它功能是用于数据转换的模数转换器、用于确定模拟输出上的电容变化的双级放大器和用于输入通道选择的集成多任务器。可以根据系统的特定应用要求选择I2C和SPI串行接口。此外,这符合AEC-Q100标准的极强固的IC具有一个内置的自动校准功能。这优化和自校准触摸传感器系统电极的特点,以及线路电容和周围的环境。它简化了安装过程,最大限度地提高了用户接口的实用效率,向业界展示了一种单芯片触摸/接近传感方案,既准确又可靠。

 

尽管汽车行业有着巨大的、尚未开发的潜在的触摸控制技术,但仍有许多挑战需要克服。使用该技术开始新的设计前,工程师需要考虑到这些。他们应该指定具有信号完整性的半导体技术以增强触摸传感器的性能和配置,从而优化系统。