【導讀】設計人員所面臨的挑戰(zhàn)是，由于已經(jīng)有了智能手機體驗，用戶期待這些產(chǎn)品能有同樣高性能的觸控用戶界面。如果觸控界面對輸入響應延遲太長、無法對多次觸摸做出一致的響應、或者被觸控界面上的水干擾，無疑會讓用戶對設備的信任大打折扣。
為應對這一挑戰(zhàn)，瑞薩電子推出了RL78/G23、RX140、RX130、RA2L1、RA2E1等多個入門級系列通用MCU，它們通過硬件實現(xiàn)了第二代瑞薩電容式觸摸感應技術（簡稱CTSU2）。
CTSU2除了支持Button、Slider、Wheel等傳統(tǒng)的觸摸方式之外，還能夠執(zhí)行觸控界面的接近式傳感、快速并行掃描、自動掃描、多電極連接，從而實現(xiàn)觸摸板、3D手勢識別等高級應用。
下面簡要介紹瑞薩電容式觸摸感應技術CTSU2的自容式檢測原理
自容式概述
圖1-1所示為電極中產(chǎn)生的自電容。自電容式按鍵中連接到電容傳感器的單個電極將測量電容量C。C的值是由電極及其周圍導體形成的寄生電容Cp和由電極及手指形成的寄生電容Cf的復合值。電容的大小可以通過電容方程式計算 圖片（參見Note部分）。由于周圍的器件是靜態(tài)的，因此Cp是常量，但Cf會隨著手指的靠近而增加。通過設置Cf增加量的閾值，可以確定觸摸按鍵是處于“打開”還是“關閉”狀態(tài)。請注意，如果手指直接接觸電極，則會導致電極短路，并且無法再測量電容。通常，電極和手指之間有幾毫米厚的覆蓋面板。
Note
C：電容，ε：相對介電常數(shù)，S：電極的正對面積，d：電極間距
圖1-1 電極中產(chǎn)生的自電容示意圖
CTSU2自容式檢測原理
圖2-1所示為自電容方式的CTSU2內(nèi)部配置概覽。CTSU2輸出一個與所連接電極的電容量C成正比的數(shù)字計數(shù)值，并通過軟件確定觸摸按鍵是處于“打開”還是“關閉”狀態(tài)。連接到CTSU2時，電極會充當由傳感器驅(qū)動脈沖控制的開關電容，并從充放電電流來估測C的電容。CTSU2測量模塊具有電流-頻率轉換功能，輸入與充放電電流等效的電流，并輸出與電流量成比例的頻率。
圖2-1 自電容CTSU2內(nèi)部配置概覽
圖2-2所示為CTSU2測量結果的示意圖。當傳感器驅(qū)動脈沖頻率的一個周期比C充放電時間短且充放電不足時，則沒有足夠的電流流向C，因此計數(shù)值小于理想值。當寄生電容很大時，可以通過降低傳感器驅(qū)動脈沖頻率來進行測量。當傳感器驅(qū)動脈沖頻率降低時，CTSU2可測量的最大值為50pF。請注意，當傳感器驅(qū)動脈沖頻率降低時，電流-頻率轉換功能在單位時間內(nèi)的測量次數(shù)也會減少，電極的靈敏度也可能會降低。可以通過調(diào)整CTSU2中的寄存器設定值來增加單位時間，但完成測量所需的時間也會增加。在設計電容式電極電路時，必須均衡考慮按鍵靈敏度、測量時間和抗噪性等條件。
圖2-2 CTSU2測量結果示意圖
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