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【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)人員所面臨的挑戰(zhàn)是，由于已經(jīng)有了智能手機(jī)體驗(yàn)，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(duì)輸入響應(yīng)延遲太長(zhǎng)、無(wú)法對(duì)多次觸摸做出一致的響應(yīng)、或者被觸控界面上的水干擾，無(wú)疑會(huì)讓用戶對(duì)設(shè)備的信任大打折扣。

為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，瑞薩電子推出了RL78/G23、RX140、RX130、RA2L1、RA2E1等多個(gè)入門級(jí)系列通用MCU，它們通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)了第二代瑞薩電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)（簡(jiǎn)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(dòng)掃描、多電極連接，從而實(shí)現(xiàn)觸摸板、3D手勢(shì)識(shí)別等高級(jí)應(yīng)用。

下面簡(jiǎn)要介紹瑞薩電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)CTSU2的自容式檢測(cè)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(gè)電極將測(cè)量電容量C。C的值是由電極及其周圍導(dǎo)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(fù)合值。電容的大小可以通過(guò)電容方程式計(jì)算 圖片（參見(jiàn)Note部分）。由于周圍的器件是靜態(tài)的，因此Cp是常量，但Cf會(huì)隨著手指的靠近而增加。通過(guò)設(shè)置Cf增加量的閾值，可以確定觸摸按鍵是處于“打開(kāi)”還是“關(guān)閉”狀態(tài)。請(qǐng)注意，如果手指直接接觸電極，則會(huì)導(dǎo)致電極短路，并且無(wú)法再測(cè)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(duì)介電常數(shù)，S：電極的正對(duì)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(cè)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(gè)與所連接電極的電容量C成正比的數(shù)字計(jì)數(shù)值，并通過(guò)軟件確定觸摸按鍵是處于“打開(kāi)”還是“關(guān)閉”狀態(tài)。連接到CTSU2時(shí)，電極會(huì)充當(dāng)由傳感器驅(qū)動(dòng)脈沖控制的開(kāi)關(guān)電容，并從充放電電流來(lái)估測(cè)C的電容。CTSU2測(cè)量模塊具有電流-頻率轉(zhuǎn)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(cè)量結(jié)果的示意圖。當(dāng)傳感器驅(qū)動(dòng)脈沖頻率的一個(gè)周期比C充放電時(shí)間短且充放電不足時(shí)，則沒(méi)有足夠的電流流向C，因此計(jì)數(shù)值小于理想值。當(dāng)寄生電容很大時(shí)，可以通過(guò)降低傳感器驅(qū)動(dòng)脈沖頻率來(lái)進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)傳感器驅(qū)動(dòng)脈沖頻率降低時(shí)，CTSU2可測(cè)量的最大值為50pF。請(qǐng)注意，當(dāng)傳感器驅(qū)動(dòng)脈沖頻率降低時(shí)，電流-頻率轉(zhuǎn)換功能在單位時(shí)間內(nèi)的測(cè)量次數(shù)也會(huì)減少，電極的靈敏度也可能會(huì)降低。可以通過(guò)調(diào)整CTSU2中的寄存器設(shè)定值來(lái)增加單位時(shí)間，但完成測(cè)量所需的時(shí)間也會(huì)增加。在設(shè)計(jì)電容式電極電路時(shí)，必須均衡考慮按鍵靈敏度、測(cè)量時(shí)間和抗噪性等條件。

圖2-2 CTSU2測(cè)量結(jié)果示意圖

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