手势传感和电容触摸传感器设计资料

1C14L13PCT投射式电容触摸传感2课程安排mTouchTM技术组合按键、滑条和接近式电容感应3D手势跟踪与识别触摸传感应用中的噪声处理投射式电容触摸硬件MicrochipPCAP算法评估和调节总结3mTouch™技术组合X-Y坐标触摸传感控制器（电容式）按键、滑条和接近式电容感应3D手势跟踪与识别C14L13PCT4mTouch™技术组合按键、滑条和接近式感应以独特的用户界面替代机械开关按键和滑条键盘显示屏上的透明按键金属表面电容触摸接近式感应5mTouch™技术组合X-Y坐标触摸传感通过完整的X-Y坐标报告功能提供鼠标般触摸输入投射电容式（PCap）透明触摸屏覆盖不透明触摸板PCB或FCB模拟电阻式4线、5线或8线6mTouch™技术组合3D手势跟踪与识别通过手势控制实现与应用的自由空间互动7按键、滑条和接近式感应电容触摸8电容传感工作原理C电容（F）ε0真空介电常数（8.854pF/m）εr相对介电常数（无量纲）A两平行板重叠的面积（m²）d两平行板之间的距离（m）AddACrεε=09电容传感工作原理AddACrεε=0材料εr空气~1聚乙烯2.25聚苯乙烯2.4–2.7玻璃4–10FR-44.8水（人体）8010印刷电路板（FR4PCB）dCs铜垫图形界面保护盖板AmTouch™技术按键和滑条传感器11mTouch™技术按键和滑条工作原理手指触摸时产生一个并联电容CFCsCs=传感器基本电容12片上电容传感方法1.电容分压器（CVD）：AN1478仅使用片上模数转换器（ADC）参照ADC电容计算外部电容高抗干扰性和低辐射性能2.充电时间测量单元（CTMU）：AN1250高速而灵活的模拟外设；按键扫描时间≤4µs测量电容的相对变化和绝对变化使用片上可调高精度电流源可与ADC结合使用所有上述方法均不需要任何外部组件降低了BOM成本13ADCADCADC反向充电连接电容噪声敏感性125ns–5μs执行转换PIC®单片机CADCCEXTERNALmTouch™解决方案分析CVD采样方法14内部外部VSSVDDAVBV)(:tVADCA)(:tVexternalA)(:tVADCB)(:tVexternalBRV0.5–3µs0.5–3µs1–2µs1–2µsmTouch™解决方案分析CVD波形特性15金属表面电容触摸ONOFFMetalOverCapacitiveMetalOverlaySpacerAdhesiveFilm(orPCB)防水、抗噪声且不受环境条件影响需要按压力度，因此支持盲文凸点电容传感器焊盘支持金属目标环境密封低成本可使用手写笔或透过手套触摸通过改进现有产品和技术可轻松延长产品寿命16mTouch™触摸传感解决方案接近式触摸无触点互动将器件从低功耗模式唤醒兼容SAR应用17接近式触摸电容检测小型低成本PIC®MCUSOT23、2x3DFN和MSOP（PIC10F/PIC12F）无需外部元件高信噪比（SNR）最远检测距离为25cm先进的噪声处理和滤波技术超低功耗（低至5μA）可调节采样频率XLPPIC单片机灵活、可编程及可定制18Microchip应用库中包含的软件包源代码演示项目调试GUI可从Microchip网站（）获取定期更新提供大量应用笔记CVD和CTMU基础知识金属表面电容触摸设计接近式感应大大缩短开发时间!mTouch™传感解决方案按键和滑条实现19mTouch™传感解决方案按键和滑动条实现另外：传感器检测范围小可切换模式GUI和通信无需重新编程即可更改配置支持UART、I2C™和SPI20高可配置性和灵活性只需PIC®单片机中的ADC模块无需任何额外组件PIC®单片机PIC基于mTouch™技术的应用固件21mTouch™技术按键和滑动条控制器组合系统集成4–256KB闪存14–100个引脚16MIPS16–128KB闪存18–80个引脚12-16MIPS7–20KB闪存14–44个引脚8MIPS0.75-2KB闪存6–8个引脚8MHzPIC10/12最多4个电容触摸通道PIC16最多32个电容触摸通道PIC18最多24个电容触摸通道PIC24F最多24个电容触摸通道GP和LCDGP、USB和LCDGP、USB和图形通用（GP）性能12–256KB闪存18–100个引脚40MIPSPIC24H最多32个电容触摸通道GP和CAN32-512KB闪存64–121个引脚80MHzPIC32最多16个电容触摸通道GP、USB、以太网和CANMCU超过250片22mTouch™电容触摸评估工具包评估工具包：4个母板PIC16F19378位MCUPIC18F46J508位MCUPIC24FJ64GB10616位MCUPIC32MX795F512H32位MCU4个电容触摸子板2通道滑动条4通道滑动条8按键直接板12按键矩阵PICkit™串行分析器编程和调试金属表面电容触摸配件工具包：4按键不锈钢板4按键塑料板增强型mTouchTM电容触摸评估工具包部件号：DM183026-2金属表面电容触摸附件工具包部件号：AC18302623按键、滑动条和接近式触摸整体解决方案基于寄存器的独立触摸IC通过寄存器完成配置无需重新编译软件或更改闪存内置智能校准与LED驱动器集成快速上市24产品命名约定CAP1188RightTouch®器件第一代：CAP10xx首次开发。未广泛发布第二代：CAP11xx目前业界采用最多第三代：CAP12xx由MicrochipHMID完成示例和例外CAP1188：8个LED，8个传感器CAP1128：2个LED，8个传感器CAP1203：0个LED，3个传感器CAP1114和CAP1214均为CAP11xx系列器件11个LED，14个传感器25采用哪个方案进行设计?无固件经验无系统集成价值器件成本最低不关注低功耗仅需要触摸功能3到14个通道简单/基础实现固件经验可灵活集成其他功能系统成本最低关注低功耗按键数较多需要定制26CAP12033通道0个LED驱动器整体产品概览按钮/滑动条/接近式触摸2灵活定制MTCH1011通道1个LED驱动器低成本传感器通道数MTCH1122通道1个LED驱动器保护信号81414CAP11333通道3个LED驱动器CAP1105/65/6通道0个LED驱动器CAP11266通道2个LED驱动器CAP11666通道6个LED驱动器CAP11288通道2个LED驱动器CAP11888通道8个LED驱动器6CAP111414通道11个LED驱动器CAP121414通道11个LED驱动器音频输出CAP12933通道0个LED驱动器保护信号CAP12066通道0个LED驱动器CAP12966通道0个LED驱动器保护信号CAP12088通道0个LED驱动器CAP12988通道0个LED驱动器保护信号357…支持滑动条27按键、滑动条和接近式触摸整体解决方案调试GUI283D手势跟踪和识别29GestIC®技术的优势接近时唤醒x/y/z手位置跟踪弹指手势画圈手势单点触摸手势符号手势x/y/z手势识别30GestIC®技术的优势0-1520-10050-4005-3005-200-0.05High(200dot/cm)MediumHighHighMediumMediumYes(300pos/s)No(50f/sec)YesYesYesYes30/85500?500????0.06W1.02.20.1TBD0.1TBDLowLowHighLowTBDLow基本规范设计特性市场$Range(incm)ResolutionReal-timeupdateratesPowerinsleep/monitoring(uW)Powerinfulloperation(inW)Invisible,scratch-resistantResistanttolightingchangesResistanttoambientsoundTouchsensecapabilityMultigesturedifferentiationGestureApplicationsFullsurfacecoverage(blindspots)CloserangesensingcapabilityGlide-over-SurfacemarketGlide-over-DisplaymarketSystemcostofownershipE-FieldOptical2DOpticalTOFInfraredUltrasoundCap.SensingElectrodesBuiltinCameraSpecialCameraIRLED+ProxSpeaker&RxElectrodes31GestIC®技术的优势功率盲点inmWGestICOptical!incm检测范围70-130kHz频率范围——无RF干扰150dpi鼠标般分辨率不受环境影响32GestIC®技术：简介MGC3130SoC主机控制器MCU/APPS处理器电极电场数字位置跟踪手势识别器模拟I2C接口•运用电近场传感•电极检测用户操作•GestIC技术将信号处理为位置和手势•主机使用手势数据控制用户界面接近检测33GestIC®技术：全球首款电场“触摸”输入未干扰电场手干扰电场34GestIC®技术：不可见输入•框架形电极•1个发送电极Tx•4-5个接收电极Rx•双层叠加•可选GND层表面下的电极中西北南东绝缘层Rx——顶层Tx——底层GND双层叠加器件表面35GestIC®技术的手势8x弹指手势（Hillstar）2x画圈手势（Hillstar）符号手势（即将实现）36键盘手势示例鼠标悬停、光标控制缩放挥手切换内容滚动!音量、页面等拖放接近时唤醒自动按键背光单击事件37MGC3130——框图38GestIC®技术库•MGC3130SPU的操作码•预编程在芯片闪存中•可配置、可更新39MGC3130单区评估工具包“Sabrewing”（DM160217）带预置7”PCB电极的评估工具包USB/I2C™连接Windows®7OSMicrochipAureaGUIColibriSuite实时控制功能AureaGUI40触摸传感应用中的噪声处理41硬件接地方案布局建议先进技术保护驱动金属表面电容噪声电气噪声软件技术机械噪声42先进mTouch™解决方案分析接地模型CSENSORCFINGERCBODYΔCGNDCGND器件地用户地43先进mTouch™解决方案分析接地模型ADCCGNDCSENSORCADCCBODYCFINGERADCCADC电池供电，隔离系统连接电源，共用地CBODYCFINGERCSENSORPIC®单片机44先进CVD分析接地模型（灵敏度）（电池供电，完全隔离）（共用地）（用户与传感器的耦合电容）假设：人体耦合电容=手指耦合电容45先进CVD分析水ADCCSENSORCADCCBODYCFINGERCWATER水耦合电容手指耦合电容PIC®单片机46SensitivityCurvebasedonSizeofSensorAdjustedforIncreasedArea-AssumesSquareSensorShape024681012140510152025SensorSideLength(mm)ExpectedSensitivity%TipPressFullPressSensitivityCurvebasedonSizeofSensorAdjustedforIncreasedArea-AssumesSquareSensorShape024681012140510152025SensorSideLength(mm)ExpectedSensitivity