電容式觸控的中心議題：

• 感測電容原理介紹
• 傳感器的建構

電容式觸控的解決方案：

• 使用電容傳感器

近來在便攜式媒體播放器、筆記型計算機
、手(shou)機(ji)市(shi)場(chang)中(zhong)陸(lu)續(xu)出(chu)現(xian)的(de)各(ge)項(xiang)令(ling)人(ren)感(gan)到(dao)興(xing)奮(fen)的(de)電(dian)容(rong)式(shi)感(gan)測(ce)技(ji)術(shu)之(zhi)應(ying)用(yong)


，讓(rang)人(ren)幾(ji)乎(hu)忘(wang)了(le)這(zhe)類(lei)界(jie)麵(mian)技(ji)術(shu)早(zao)已(yi)廣(guang)泛(fan)地(di)應(ying)用(yong)於(yu)家(jia)電(dian)用(yong)品(pin)的(de)設(she)計(ji)中(zhong)許(xu)多(duo)年(nian)了(le)。感(gan)測(ce)算(suan)法(fa)與(yu)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)兩(liang)方(fang)麵(mian)的(de)重(zhong)大(da)進(jin)展(zhan)，讓(rang)這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)適(shi)用(yong)於(yu)更(geng)多(duo)的(de)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)看(kan)到(dao)了(le)電(dian)容(rong)式(shi)感(gan)測(ce)技(ji)術(shu)的(de)價(jia)值(zhi)所(suo)在(zai)——不僅可取代機械式按鍵與膜片開關；並可適用於各項新穎的應用，如：觸控式屏幕與近距傳感器等。

感測電容

電容式傳感器是由導體片
、接地麵、與控製器所構成。在多數的應用中
，導體片會用一片銅製電路板，而接地則用灌注填充。這兩者之間存在有原生（寄生）電容（CP）。當其它如手指頭等導電物體接近傳感器時
，隨著該物體的電容值（CF）增加，係統的電容值也隨之增加。（如圖1）

要偵測由CF造成電容值增加的方法有好幾個。場域效應（Field Effect）liangcefangfazhong，zaigancedianrongqiyuxitongcankaodianrongqizhijianshiyongjiaoliudianfenyaqi。jiyoujiancedianliuzaifenyaqishangdegaibiankeyigancedaoshouzhichupengshisuochanshengdedianrongzhibianhua。dianhezhuanyi（Charge Transfer）則(ze)使(shi)用(yong)切(qie)換(huan)式(shi)電(dian)容(rong)器(qi)電(dian)路(lu)以(yi)及(ji)參(can)考(kao)總(zong)線(xian)電(dian)容(rong)值(zhi)，重(zhong)複(fu)進(jin)行(xing)從(cong)較(jiao)小(xiao)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)容(rong)器(qi)至(zhi)較(jiao)大(da)總(zong)線(xian)電(dian)容(rong)器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)荷(he)轉(zhuan)移(yi)步(bu)驟(zhou)。總(zong)線(xian)電(dian)容(rong)器(qi)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)值(zhi)與(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)容(rong)值(zhi)兩(liang)者(zhe)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)著(zhe)比(bi)例(li)關(guan)係(xi)，因(yin)此(ci)在(zai)固(gu)定(ding)次(ci)數(shu)的(de)步(bu)驟(zhou)後(hou)量(liang)測(ce)電(dian)壓(ya)值(zhi)

，或(huo)藉(ji)由(you)計(ji)算(suan)達(da)到(dao)某(mou)一(yi)電(dian)壓(ya)臨(lin)界(jie)值(zhi)所(suo)需(xu)的(de)步(bu)驟(zhou)次(ci)數(shu)，來(lai)決(jue)定(ding)該(gai)電(dian)容(rong)值(zhi)。另(ling)外(wai)，弛(chi)張(zhang)振(zhen)蕩(dang)器(qi)（relaxation oscillator）則ze是shi用yong量liang測ce充chong電dian時shi間jian的de方fang法fa
，其qi中zhong充chong電dian速su率lv通tong常chang是shi由you固gu定ding電dian流liu源yuan的de值zhi和he傳chuan感gan器qi電dian容rong值zhi所suo決jue定ding的de。較jiao大da的de傳chuan感gan器qi電dian容rong器qi需xu要yao較jiao長chang的de充chong電dian時shi間jian
，這zhe部bu份fen通tong常chang能neng運yun用yong脈mai衝chong寬kuan度du調tiao變bian器qi（PWM）與定時器來進行量測。至於連續近似法（Successive Approximation）也是量測電容充電時間的方法，不同的是當中的起始電壓是由連續近似法所決定的。

以PSoC 組件執行的連續近似法（Cypress 申請之專利）采用一組電容對電壓的轉換器以及單斜率模擬數字轉換器（ADC）。qidianrongzhiliangcefangshishixianjiyoujiangdianrongzhizhuanhuanzhidianyazhi
，jiezhejianggaidianyazhichucunyudianrongqinei
，ranhouzailiyongketiaoshidianliuyuanlailiangcesuochucunzhidianyazhi。qizhongdianrongzhiduidianyazhizhuanhuanqinaishiliyongqiehuanshidianrongqijishu
，cidianluxitongrangchuanganqidianrongqikeyiqidianrongzhifanyingchuduiyingdedianyazhi。qiehuanshidianrongqisuoyongdepinlvzeshiyouPSoC 本身內部的振蕩器所產生。
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傳感器電容器連接到模擬多任務總線上，並利用同樣連接總線的可編程電流輸出數字模擬轉換器（iDAC）進行充電。每個總線上充電電量為q=CV。當SW2 為開路且SW1 為閉路時，跨CX兩liang端duan的de電dian位wei勢shi為wei零ling，且qie會hui減jian低di總zong線xian上shang的de電dian量liang
，所suo減jian低di的de值zhi與yu傳chuan感gan器qi的de電dian容rong值zhi成cheng比bi例li。這zhe種zhong充chong放fang電dian的de動dong作zuo會hui一yi直zhi重zhong複fu，此ci時shi傳chuan感gan器qi電dian容rong器qi也ye會hui成cheng為wei總zong線xian上shang的de電dian流liu負fu載zai。（如圖2）

藉由切換式電容器的電路運作，iDAC 就會以二元搜尋法的方式決定出總線上恒定的電壓值有多少。該電壓值會影響切換式電容器的切換頻率
、傳感器電容值、以及iDAC 的電流值。總線其實也等同於一個旁路電容器（bypass capacitor），可以穩定最終電壓。在總線上也可以增加額外的電容器，以調整電路的行為與時序。

計算所得的iDAC 值zhi接jie著zhe再zai度du用yong來lai對dui總zong線xian充chong電dian，並bing且qie測ce量liang總zong線xian從cong初chu始shi電dian壓ya到dao比bi較jiao器qi的de臨lin界jie電dian壓ya所suo需xu的de充chong電dian時shi間jian。初chu始shi電dian壓ya是shi在zai沒mei有you手shou指zhi觸chu碰peng的de情qing形xing下xia

，因yin此ci充chong電dian時shi間jian可ke事shi先xian測ce定ding。當dang手shou指zhi觸chu碰peng傳chuan感gan器qi時shi會hui增zeng加jiaCX 的值，並且降低初始電壓
，因此會延長充電時間量測。（如上公式及圖3）

建構傳感器

電dian容rong傳chuan感gan器qi有you多duo種zhong型xing態tai與yu功gong能neng，可ke以yi采cai用yong各ge式shi各ge樣yang的de媒mei介jie
，實shi作zuo樣yang式shi從cong簡jian單dan到dao複fu雜za都dou有you。而er決jue定ding傳chuan感gan器qi建jian構gou與yu建jian置zhi細xi節jie的de還hai是shi應ying用yong本ben身shen的de需xu求qiu。最zui常chang見jian的de傳chuan感gan器qi樣yang式shi要yao屬shu按an鍵jian與yu滑hua杆gan。按an鍵jian其qi實shi就jiu是shi連lian接jie至zhi控kong製zhi器qi的de大da型xing導dao體ti片pian，其qi中zhong所suo測ce得de的de電dian容rong值zhi會hui與yu一yi連lian串chuan的de臨lin界jie值zhi作zuo比bi較jiao，而er測ce定ding結jie果guo也ye能neng藉ji由you數shu字zi輸shu出chu獲huo得de，或huo用yong其qi它ta模mo擬ni特te性xing

，以yi進jin一yi步bu感gan測ce觸chu動dong的de壓ya力li或huo手shou指zhi麵mian積ji。至zhi於yu滑hua杆gan則ze是shi許xu多duo導dao體ti片pian以yi直zhi線xian或huo放fang射she狀zhuang排pai列lie所suo構gou成cheng的de。利li用yong計ji算suan質zhi心xin的de算suan法fa就jiu可ke以yi測ce定ding出chu接jie觸chu的de位wei置zhi
，而er且qie分fen辨bian率lv遠yuan大da於yu感gan測ce所suo用yong的de針zhen腳jiao數shu。像xiang按an鍵jian或huo滑hua杆gan這zhe類lei簡jian單dan的de電dian容rong感gan測ce器qi，絕jue大da多duo數shu都dou會hui采cai用yong銅tong片pian沉chen積ji至zhi印yin刷shua電dian路lu板ban。然ran而er也ye能neng使shi用yong其qi它ta基ji板ban材cai質zhi與yu沈shen積ji媒mei介jie物wu製zhi作zuo電dian路lu
，例li如ru高gao導dao電dian性xing的de銀yin墨mo（silver ink）。 
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dongtaishiyongzhejiekoudeanjianhuochukongquzekeyirenyipeizhiqixianshiqiyangshi。zheleidexianshiqiyongyougengweipingshunqiezhijiaohuadehudongcaozuo
，chuangzaogengjiadeshiyongzhejingyan。yaojiangouzheleixitongbiyibanjiandandeanjianhuohuagangengweifuza。tousheshidianrongchukongpingmuzaixianshiqishangduojialetoumingdaodianwuzhi。zhecengdaodianbiaomianliyongshenjifangshifuzheyubolihuo PET bomozheleijibanshang，bingqielianjiezhikongzhidianlu，jiezhezaijiangcijibannianzheyuchukongbiaocengyuxianshiqizhijian。chufaquyucedingfangshiyuhuaganxiangtong。zongxiangyuhengxiangdeliangzuhuaganxianghujiaocuoyifugaizhenggexianshiquyu，erqiezhelianggefangxiangdehuaganhuizhencechudongweizhibingqieshuchux 軸與y 軸數據。由於投射式電容觸控屏幕上方還有一個覆蓋層
，因此也保護屏幕不受直接衝擊、彎曲
、環境因素影響等常見於傳統電阻式觸控屏幕的傷害。

近jin距ju傳chuan感gan器qi基ji本ben上shang就jiu是shi很hen大da的de按an鍵jian。近jin距ju傳chuan感gan器qi的de目mu的de並bing不bu在zai偵zhen測ce導dao電dian物wu體ti的de確que切qie位wei置zhi
，而er是shi物wu體ti是shi否fou在zai附fu近jin。由you於yu不bu需xu知zhi道dao物wu體ti確que切qie位wei置zhi，因yin此ci反fan應ying時shi間jian可ke以yi稍shao慢man （3-4ms vs. 250us）。近距傳感器的靈敏度高很多
；設計得當甚至可達30cm 的(de)距(ju)離(li)。也(ye)由(you)於(yu)近(jin)距(ju)傳(chuan)感(gan)器(qi)無(wu)須(xu)結(jie)合(he)任(ren)何(he)顯(xian)示(shi)圖(tu)形(xing)，因(yin)此(ci)在(zai)裝(zhuang)置(zhi)中(zhong)的(de)擺(bai)放(fang)位(wei)置(zhi)就(jiu)有(you)更(geng)多(duo)的(de)彈(dan)性(xing)。無(wu)論(lun)是(shi)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)外(wai)的(de)銅(tong)線(xian)圈(quan)，或(huo)是(shi)覆(fu)蓋(gai)層(ceng)後(hou)方(fang)的(de)導(dao)線(xian)，都(dou)可(ke)以(yi)建(jian)置(zhi)出(chu)非(fei)常(chang)基(ji)本(ben)且(qie)具(ju)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)的(de)近(jin)距(ju)傳(chuan)感(gan)器(qi)。（如圖5）

使用電容傳感器

電容傳感器的用途日益廣泛。上述傳感器的彈性、耐用、jianjiedetexingyiweixuduoshejirenyuanchuangzaolexindejihui。jibendexuandanliulanhedianxuangongnengyiranshiyonganjianfangshi，danshiyongjiageshihuidedianweijizhezhongjubeimonitexingdeanjian，jiunengjianzhichugengduojiandan、具成本效益、可靠又安全的功能。

LG LA-N131DR kongqiqingjingjizaimianbanxianshiqixuandanliulandeanjianshangzhongyonglewugedianrongchuanganqi。zhexieanjianrangshejirenyuankeyishejichupingshundejishen，tongshiyejubeishiyongzhejiekou。dianrongshianjiantouguosihaomide 玻璃偵測有無手指觸碰。

控製電路則建置在雙層印刷電路板上沒有傳感器的一麵。LG 采用PSoC 混合訊號數組來控製傳感器，並且將狀態輸出至主要的裝置處理器上。（如圖6）

近(jin)距(ju)傳(chuan)感(gan)器(qi)具(ju)備(bei)反(fan)應(ying)式(shi)背(bei)光(guang)功(gong)能(neng)，這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)為(wei)了(le)夜(ye)間(jian)操(cao)作(zuo)或(huo)是(shi)安(an)全(quan)因(yin)素(su)考(kao)慮(lv)。這(zhe)些(xie)情(qing)形(xing)多(duo)半(ban)需(xu)要(yao)更(geng)大(da)的(de)觸(chu)發(fa)組(zu)件(jian)，例(li)如(ru)成(cheng)人(ren)的(de)手(shou)或(huo)是(shi)金(jin)屬(shu)罐(guan)子(zi)，才(cai)有(you)辦(ban)法(fa)達(da)到(dao)可(ke)控(kong)製(zhi)的(de)範(fan)圍(wei)。近(jin)距(ju)傳(chuan)感(gan)器(qi)、按鍵、滑杆、甚至是觸控屏幕，都可利用PSoC 的單一處理器進行控製。韌體例程則可依照使用者輸入或主機命令進行狀態的更改。

為您創造電容感測應用

PSoC 混合訊號數組內含一個包含可組態的數字與模擬資源、閃存、RAM
、8 位微控製器與其它多種功能的數組。這些特色讓PSoC 能在其CapSense 係列產品中實現創新的電容感測技術。運用PSoC的直覺式開發環境即可為裝置進行組態與重新組態，以符合設計規格或任何規格變更。新感測技術的出現提升了 感測靈敏度與抗噪聲能力，並且減少功耗、增加升級速率，讓設計人員創造出更好的應用產品。