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利用电荷转移传感技术实现电子产品的创新性设计

上网日期: 2007年12月19日 ?? 作者: Hal Philipp ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:电荷转移? 触摸传感器? touch key? QT411?

过去几年,人们尝试了利用容性传感技术,但发现还不具有合理的成本、可靠性和性能。设计师需要的触摸传感技术是允许巨大的创造自由度,同时不牺牲技术性能和人机接口上的使用方便性,还要有适合于大批量消费品应用的价格。基于电荷转移技术的芯片可以满足上述需求,具有成本低特点,适合构成触摸键盘的可靠面板、开关矩阵、滑动键、控制轮,甚至触摸屏等。

电荷转移传感

“QT”或电荷转移传感基于基本的物理学原理,特别是电荷转移原理。“Q”是电荷的标准代表符号,因此“QT”代表电荷转移。该技术由位于英国的Quantum Research公司开发并申请了专利。QT传感器采用电子开关,将一个未知电容的感应板充电到已知电位,然后转移电荷到测量电路。一个或多个充电-转移周期后,通过测量电荷即可确定感应板上的电容。该过程工作在突发模式,采用微处理器控制的MOSFET晶体管开关,故当物体接近或触碰传感表面而发生改变时,能够精确而可靠地测量电容的微小变化。该技术稳定精确,并具有几个数量级的动态范围。其实现电路只需要很少的外部元件,并且无需振荡器、电感器、RC网络或其他的射频元器件。

扩谱调制从根本上消除了电子噪声的影响,同时所产生的辐射可以忽略不计。电路的灵敏度和稳定性得到改善,更容易满足EMC性能,还有复杂度和成本都被减到最低。

对于很多传感技术来说,一个真正的问题是随着产品的老化和环境条件的改变而出现性能飘逸,而这个问题经过QT感应可以自动补偿。本文讨论三个常见应用中的QT传感实现:即触摸键盘,滑动键和滑轮传感器。

触摸键的实现

图1所示的是Jenn-Air公司的Attrezzi搅拌机,其底座上装有一个安装在弯曲机座上的触摸控制面板,该面板就是基于电荷感应技术,为了满足整个产品设计,每个键盘的尺寸和形状都不同。触摸感应技术通过在一个预先确定的采样周期后,只记录一次触摸,完全解决了反弹的问题。为了简化使用,触摸键用蓝色LED显示,在PCB和触摸控制面板内侧之间装有光隔离器。光隔离器的一侧能适应面板的弯曲来贴合设计,而另一侧是平面的以贴合PCB。白色的光隔离器的蜂窝式设计提供刚性结构,将光通向到相应的键,还防止键间的光泄露。

在面板内的关键部位使用了Agfa的Orgacon透明导电聚合物来形成提供背光照明的触摸键。该材料的透光率高于90%,其覆屏处理方法与标准的低成本方法兼容。

图1:Jenn-Air的Attrezzi食品搅拌机采用了一个环绕设备底座的曲面形触摸控制面板。
图1:Jenn-Air的Attrezzi食品搅拌机采用了一个环绕设备底座的曲面形触摸控制面板。

实际上的面板不支撑任何的电子元器件,QTough IC和相关的电子元件都安装到PCB上。光隔离器将PCB与面板隔离开来,故需要在PCB和每个键相邻的空区之间用直径很细的导电橡胶线将两者连起来,光隔离器上的其它孔将这些橡胶部件固定。

通过改动QTough芯片以控制整个搅拌机,而不仅仅是感应这些按键。除了感应控制外,还感应电机速度、控制LED,用一个控制环路来调制驱动可控硅,从而只利用一片并不贵的控制芯片即可实现对整个搅拌机的控制。

QTough器件采用了消除干扰的扩谱感应技术,以及已经申请专利的防止误触碰或大手指引起的相邻键误动作的相邻键抑制(AKS)技术。在Attrezzi搅拌机中,它还提供了所有的安全管理功能,包括错误键检测和自动关机功能。


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