電容式觸控對使用者帶來全新的使用經驗。只要輕觸就能與機器進行溝通。惟控制器必須判斷人的接觸與環境間的雜訊,同時也需顧及開發成本。此篇文章介紹目前電容式感測器的驅勢,Cypress CapSense的優點,及實際開發所碰到的問題。

大小家電同“觸摸” Cypress研討會火爆順德

原文刊載於2007年08月03日 國際電子商情 作者 孫昌旭

生產冰箱、洗衣機、空調、熱水器、抽油煙機、洗碗機、電磁爐、微波爐、咖啡壺、電飯煲等大小家電的設備廠商聚集在家電之都順德(註:中國廣東省佛山市順德區),為他們共同關心的新興電容觸摸感應技術和市場展開激烈探討,這裡幾乎集中了佔全國近40%的家電企業。 他們之中有些已開始在採用觸摸按鍵,有些正在設計新的產品,廠商們向Cypress提出了一些近乎刁難的問題。

"電磁爐煮菜時,水開了溢出來怎麼辦?"因為100℃水與人體的介電常數接近。更有甚者,"一塊肉掉出來,正好落到觸摸按鍵上怎麼辦?”來自美的公司的工程師問。 沸水與肉都會直接影響到電容式觸摸按鍵的電容值,從而產生誤操作。這看似刁鑽的問題,其實很具有代表性。

"對於空調,如果手掌先按在觸摸鍵上,然後再去開電源開關,會怎麼樣?”又有來自科隆的工程師問,“另外,如果一個手指同時按了多個按鍵會怎麼樣? ”他繼續提問。

“在電容觸摸方案中,能不能用單面板代替雙面板,以降低成本?”中山力響電器的工程師問。

“按鍵尺寸是不是越大越好?兩個按鍵之間的距離如何設置?手指放中間時如何識別?”惠而浦的工程師發問,“另外,如長時間按在按鍵上,當手放開後,再去按時,靈敏度會下降很多,這種誤操作經常會發生的,如何解決?”

面對一個個拋出的刁鑽問題,Cypress的工程師和市場人員卻喜形於色,因為他們從中已看到了正在迎面走來的巨大商機。 Cypress是這次研討會的大贏家,他們在順德家電商會的支持下,成功地舉辦了此次會議,可以說是國內第一次針對家電廠商觸摸按鍵技術的專業研討會。

電容觸摸按鍵成家電廠商最新賣點

"據中國家電協會調查,現在用戶對家電設備的質量與性能追求已超過對價格的要求,家電向家具化、外觀化、時尚化和網絡化發展是最新趨勢。”Cypress亞太區國際市場部區域市場經理李凡對《國際電子商情》記者說道。 電容觸摸按鍵/滑條與傳統的機械按鍵、薄膜按鍵相比,具有時尚、耐磨的特點,使其特別適用於白色家電等長壽命、高使用頻率的應用,還可降低廠商的售後維護成本。

"更進一步,帶主控功能的電容觸摸方案還可與電腦聯網,比如在櫥房裡一邊燒菜一邊上網查詢一些信息。伊萊克斯正在其新一代冰箱上設計這方面的應用。再看未來,它還可與條型碼(條碼)配合,消費者可以方便地檢測冰箱中食品的保質期。”李凡對《國際電子商情》記者介紹道。 但是,這兩個功能一定是需要觸摸屏具有主控功能。

“這正是Cypress電容觸摸感應方案的優勢。”李凡解釋,CapSense觸摸感應技術採用CY8C21x34系列PSoC芯片(單晶片)開發,它利用PSoC系列芯片一些特有的資源,根據電容感應的原理和鬆弛震盪器的技術(CapSense Relaxation Oscillator, CSR)實現觸摸感應。 其獨特的可編程動態配置(Dynamic Re-configuration)特點,使其除了實現觸摸按鍵外,其CapSense上的I/O口還可以動態配置實現許多其它功能,比如馬達控制、LCD背光、LED驅動、SPI /I 2 C接口、揚聲器/蜂鳴器控制、壓力/電流傳感器等多種功能,Cypress推出了針對此類應用的方案CapSense Plus。 並且,很多情況下,可以省掉家電原來控制面板中的MCU,只用一個CapSense就可以了,進一步節省了成本。“其它一些競爭對手方案,很難做到這點。”他稱。

CapSense方案所有I/O都由一個PSoC控制、並集成可編程的ADC、DAC、I 2 C、UART、USB等通訊接口,集成度非常高,適應性強,“它可適合於各種尺寸的按鍵/滑條,從幾厘米至幾十厘米。”李凡對《國際電子商情》記者稱,“且不受環境影響,非常適合家電產品。”

中國早就是全球最大的家電製造基地。 據中國家電協會預測,至2010年,全行業生產銷售額將2達4500億元∼5000億元,其中電冰箱達3500萬台,空調7000萬台以上,洗衣機3000萬台以上,而小家電發展速度也驚人,中國已是重要的出口製造基地。 如今這些大小家電廠商都將電容觸摸感應作為一個新的賣點。 這一巨大的市場,自然也成為各IC廠商競爭的重鎮。

Cypress、韓國ATLab以及英國Quantum Research Group是最早擁有電容觸摸感應技術的公司,他們三家也擁有這方面的專利,但實現方式各不相同。 新思科技(Synaptics)的觸控技術在筆記本領域領先。前不久意法半導體表示通過獲得QProx技術授權而進入該市場,已推出從高端至低端的系列產品;飛思卡爾在意法公佈消息不久後也表示進入該市場。 而台灣和中國本地廠商更是此類應用的潛在競爭對手,比如台灣義隆電子去年就是該市場的積極推動者;中國本地的啟攀微電子也推出低成本方案;還有LCD Driver的領先廠商leadis也將於近期發布系列電容觸摸感應方案……

“我們知道有不少競爭對手。”李凡對《國際電子商情》記者坦承道,“但是我們的方案具有非常靈活的優勢,一顆CapSense可以完成家電主控板上的多個功能,甚至可以省去原先主控板上的MCU。同時,它能實現多按鍵,一顆CapSense還可以同時實現按鍵和滑條功能,其它對手的方案做不到。”他稱。

但是,有些家電產品對按鍵數的要求並不多,這時採用CapSense就會缺少成本競爭力了,為此,Cypress即將推出針對少按鍵市場的CapSense LITE方案,它省去了CapSense中的MCU,是一個從設備,通過I 2 C與主系統連接。 CapSense LITE支持最多10個可配置的I/O,理想狀況下可支持10個按鍵,同時還具有LED驅動、輸入中斷、喚醒等功能,既可做按鍵也可做滑條。 此類系列型號為CY8C201xx,具有性價比優勢。

典型應用及遇到的問題

針對以上用戶提出的各種問題,Cypress資深工程師徐明燦回答:“以上的各種問題,如基於Cypress方案都是可以解決的。首先因為我們的方案可以給客戶最原始的干擾信號數據,用戶在設計時可拿手指電容與乾擾電容進行比較,從而不斷調整基準值。這個特性能部分解決用戶提出的電磁爐溢水或肉掉到按鍵上的問題;二是我們現在推出的最新CSD(CapSense- Sigma Delta)調製電容感應方式具有非常強的防水、抗干擾特性。其防水特性是以前的CSA(CapSense Successive Approximation逐次逼近技術)和CSR(CapSense Relaxation Oscillator脈衝檢測技術)不可比的。”

他解釋,CSD增加了保護電極,使得由於表面潮濕或水對計算數值的影響最小。 此外,對於靜電干擾(ESD),CSD專門在Firmware裡作了設計,可以減小或消除靜電干擾,這對靜電干擾強的電磁爐非常重要。 CSD還增加了偽隨機時鐘PRS,從而可以有良好的抗中頻噪聲性能。 因此,CSD方案特別適應於有較厚覆蓋物、接近似感應、需要有EMC/EMI/ESD認證、以及需要抗電源噪聲干擾的應用。

對於以上用戶提出的“100℃水與人體的介電常數差不多,如何處理?”的問題時,他回答:我們檢測的是手指與外包銅皮之的介電常數,並不是人體本身的介電常數。 這裡可以在設計時犧牲一個I/O口,檢測外包銅皮與沸水形成的電容。

另外,對於按鍵之間的間距設置問題,徐明燦回答:按鍵尺寸不是越大越好,與手指大小相配最好。 如何解決手指放在兩個按間中間時的檢測問題呢? 他說:“一定不會在絕對的中間。客戶可以有幾個辦法來解決:一是設置按鍵的優先級,比較大小後送主控;另一個是設計成知道放在中間後,不理睬的模式。”他重申,“由於Cypress的方案公佈了所有原始數據,工程師可以比較原始數據後不斷調整。而有些競爭對手的方案沒有給原始數據,只能靠工程師估計數據了。”

同樣,對於客戶提出的長時間按住後放開,再按時,靈敏度下降的問題,他也是建議工程師通過調整基準值來解決。那麼,能不能採用單面板代替雙面板呢? 他回答:“可以,但是設計時要小心一些。比如採用單面板時要在底層加一個導電地,這會導致電容初始值變大。另外,設計時,銅皮至主控I/O口的距離越短越好。”電容觸摸感應技術仍是一個新興的技術,在應用中還會出現很多問題,希望大家共同來探討。

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