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电池供电设备中的电容传感设计考量

上网日期: 2014年11月11日 ?? 作者: Riaan du Toit ?? 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:电容传感设计? SAR传感器? SAR测试?

平板电脑和手机等移动设备一般需要接近传感器实施特定吸收率(SAR)查验和近耳(on-ear)检测。电容感测可以满足这两个要求。自电容技术广泛应用于移动设备的接近感应。非常有必要指出:感测电极及其尺寸,并非唯一设计变量。此外,要努力在时刻将品质管控牢记在心的前提下,有效地实现SAR传感器。

电容式接近感应技术概述

电容式感测技术是能通过SAR测试的极少数具有成本效益的技术之一。电容感测技术没有其它传感器技术所有的各种限制。

在需要最佳性能的复杂和紧凑的设计中实现电容式传感器时,注意一些关键要点很重要:

与电池地的关联:所有的传感器测量都是相对于电池地(设备地)的。人体地(充分耦合到大地)和设备地之间的变异会影响性能。下图显示了这些潜在变数。

极度敏感:下图显示的是一个平行板电容器的理论值。当人(无限地平面)接近电容式传感器(充电的电极)时,情况与下图类似。将这种水平的敏感性(每毫米屈指可数几个毫微微法拉的增量)牢记在心,就更容易理解机械不稳定性和典型设备放置为什么也可以触发此种传感器。机械不稳定性是指柔性印刷电路(FPC)微米级水平的运动或设备外壳相对于电池或设备内另一个大的接地结构的位置。

电池供电设备中的电容传感设计考量(电子工程专辑)
图2:1mm×20mm小电极与假想体(地平面)在不同间距下的电容估算。

优化电极尺寸

在进行电极设计(大小和位置)时不能将参考地置之度外。这是因为,在电极和参考地之间会形成静电场,其方式与平行板电容器形成的静电场一样。从下图3可见,平行板电容器模型是如何被转换成一个装置的。

电池供电设备中的电容传感设计考量(电子工程专辑)
图3:(a)是平行板电容器模型可被转换成设备测试的例子;(b) 组合视图,强调这两个效果一起决定触发距离。

如果触发平面(假想体、手等)比电极大,则用于计算触发距离的一个好的经验公式是:

触发距离1≈电极长度(1mm宽度内)

或者

触发距离2≈电极与设备地之间的距离

通常,在这两个距离中,以最短的那个为主。

大多数情况,增大电极宽度会对触发距离产生正面影响。当宽度朝设备地展延,需用上式的触发距离2计算时,则对更大电极会产生效果的预期将不再被满足。该效应如图4所示。

电池供电设备中的电容传感设计考量(电子工程专辑)
图4:感应盘尺寸和感应盘到设备地距离的影响


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