超越智能的触摸传感解决方案

XJzy

　电容式的感应产品正在以非常快的速度进入触摸感应的整体技术市场。据预测显示，2011年的单年触摸感应半导体需求将达到30亿美元。到2011年仅手机应用中的触摸感应份额将增长到4亿件。这是一个非常可观的数字。

　　电容式触摸感应

　　应用最广的是电阻式的触摸感应方案，但是电容式的触摸感应方案拥有增长最快的份额。电容式触摸感应方案之所以是增长最快的方案的原因有一下几点：第一，在各种各样的便携式设备中，触摸感应的方案的应用会越来越广;第二，随着制造成本的降低，电容式的方案会越来越多，电容式的方案的可制造性也会越来越强，体现在无论是工业应用还是便携式产品的应用;第三，由IPOD效应引发的其他供应商大量跟进电容式触摸感应方案。

　　硬件方案和软件方案

　　触摸感应的方案一般用在触摸面板、触摸按键、触摸屏这类方面。医疗设备、工厂自动化、家用电器、汽车、手持通信设备、电脑外设等等都是飞思卡尔触摸感应方案包括专用芯片和软件方案适用的领域。

　　硬件方案

　　在选用芯片时，可以针对不用领域进行选择，比如消费级、工业级和汽车级的芯片等。

　　飞思卡尔的芯片硬件方案主要有MPR121：性能较高，1.71V至3.6V、12 个电极，键盘、I2C、3mmx3 mm 20QFN封装;MPR031 ：小型方案，1.71V至2.75V、2 或 3 个电极，键盘、I2C、2 mmx2 mm 8UDFN 封装;MPR083/084：基于MCU，1.8V至3.6V、8 个电极，转轮和键盘、I2C， 5 mmx5 mm 16QFN;MC33941 ：电场感应产品。

　　MPR121是飞思卡尔较新的专用的触摸传感器。它的明显优势是功耗比较低，可以到29μA，低电源电流为便携式应用提供强大的低功耗优势。

　　达12个电极的检测，每个电极和独立设置，也可以把12个电极在内部连接起来合成一个虚拟电极，进行接近检测，比如可以把手机拿起来贴近自己的脸。它可以同时具备按键检测和接近检测，工作电压在1.71V至3.6V，具有在MPR031基础之上第二代优化的内部算法，有独立的自动算法和独立校准和自动配置功能。使用起来非常简单，只需要一个外部元器件，一个滤波电容就可以工作了。不需要加其他的元器件就可以工作，使用方便简单。

　　作为飞思卡尔触电容式摸传感器芯片第二代产品MPR121，有智能、灵活、低功耗的优点，有独立的校准功能，可以简化触摸应用设计。随着采样率的降低，功耗也可进一步降低。智能方面表现在可以对产品自动校验维护。灵活性表现在用户使用上功能都是自动实现的，不需要设置，会根据电极的变化自动调整，比如环境温度湿度变化时，并且走线简单，使用起来方便灵活。

　　MPR121特性有：支持多达 12 个触摸电极，1.71 V 至 3.6 V 的工作电压，29μA 的平均电源电流。在 64ms 的响应时间内对所有 12 个电极进行监控。对每个电极进行连续的独立自动校准，每个电极有各自的触摸和释放跳变阈值，可提供回差以及各电极的独立性。可驱动多达 8 个 LED，或8 个任意组合的逻辑 I/O。具有3μA 的最大关断电流。带有终端口，可通知主机，比如有按键等，带有 IRQ 输出的 I2C 接口，可提示电极状态的变化3mm×3mm×0.6 mm 20 脚QFN封装，-40℃到+85℃的工业级工作温度范围。

　　MPR121如图1所示。

　　图1 MPR121

　　与此同时，MPR121还有配套的 Sensor Toolbox 开发工具，如图2所示。包括MPR121 评估和开发板;基于经过验证的 KITMPR03x 评估板;无铅封装的 DIP转换器;一组带有标准电极连接器的电极样本。套件中还有评估软件和下载。

　　软件方案

　　软件方案可以灵活应用，因为软件方案并不针对某一个特定的芯片，可以选用任一个MCU，只要是MCU适合这个应用，那这个软件方案就可以适合这个应用，所以是非常灵活的。

　　触摸感应软件套件特征有：1.8V至5.5V，64 个电极，键盘、滑条、转轮、矩阵与触摸板、I2C、LIN、CAN、SPI、USB、所有的 S08 封装选项。

　　图2 MPR121配套的Sensor Toolbox开发工具

　　目前使用的是触摸感应软件版本1.0，还会推出触摸感应软件版本2.0，3.0，4.0。还陆续会推出薄膜概念方案、电感式概念方案、电阻式触摸屏方案、多点触摸概念方案等。

　　由于是用MCU实现检测的，所以MCU的其他功能就能得到充分使用，并与感应检测同时协同工作，比如外部的LCD驱动、LED驱动、其他的外设，比如蜂鸣器、ADC和其他的传感器，都可以同时用来工作。

　　飞思卡尔触摸软件感应套件可将任何8位S08 MCU用作触摸传感器。TSS (Touch Sensing Software)能简化用户对接口的设计，让客户能够在 10 分钟内从零开始，开发出一个应用。TSS 能够让用户界面获得提升，可避免机械损耗和破坏的影响，增加产品的使用寿命，而且还让设计人员获得更大的灵活性，因为他们可以随意选择使用任意一款的飞思卡尔MCU。TSS 是免费的软件，带有低成本的开发工具，允许设计人员针对其应用选择最佳的 MCU 器件，并为他们多节省一个传感器 IC 的成本。

　　触摸感应软件套件解决方案的具体实现结构框图如图3所示。可以选择不同的键盘类型、键盘数量和不同的MCU。若MCU的引脚有多余就可以利用来做电极。

　　图3 触摸感应软件套件解决方案结构框图

　　主要是用到MCU的内部的一些运算，用软件的方法实现检测，主要结构在软件算法，包括按键矩阵、转轮、滑条、键盘，有各种各样不同的算法来实现不同的按键类型检测。软件界面更加炫目，能以较低功耗实现接口方案。软件的解决方案面向应用，所以对API的接口设计充分，用户可以简单地应用到这些软件方案，与库文件进行接口。在方案中，考虑到各种按键的使用中情况，包括噪声抑制的算法，有内部的优化的缓存结构，支持64个电极任意排列的组合。可以在运行的同时开启或关闭任一个按键，并有自动重复等自动实现的算法，比如对粘滞按键、断路按键、乱按键的情况都有响应的自动算法处理。