方法
要达到电容式感测效果有好几种方式,但基本的要素却固定不变。其中,电容式传感器不过是在印刷电路板中连接至控制器电路上的铜片(pad)。感测按键与其连接导线的组合会在其周围产生电容。
设计时所考虑的接地面、金属支撑装置、还有其它电子与机械组件都会影响传感器的电容值。一般认为传感器电容值等同于它与接地面之间的电容值。当具有导电性的触发物质(例如手指)靠近传感器到一定程度时,该电容值就会增加。这是因为导体本身会在传感器与接地面之间产生更多可能的路径,愈多的路径则会产生愈多的场线,这样一来就会提高整个电容值。
在电容式传感器的前端是由切换式电容器(switched capacitors)、内部电流源或是具有外部电阻器的电压源所组成。这些方法都是为了要在感测电容器上输入电压值。而该电压值可透过ADC、或由比较器所构成的充电时间量测电路之处理,然后到达计数器或定时器。数字输出值被电容式感测系统的数据处理和决定(decision-making)所使用时,则会在ADC 输出值中产生转变或在电容质中的计数值产生模拟转变。稍后我们会深入讨论常用的两种方法,也就是弛张震荡器(relaxation oscillaTIon)以及连续近似法(successive approximaTIon)。
实际设计
要在实际的设计中构建一个电容式传感器并不难。如上所述,电容式传感器不过就是在印刷电路板上放置一块导体片,通常是铜片。而这块导体片经由触发物质—通常是手指,不仅能直接连结至控制组件;并可以直接与其互动。感应板则置于感测区域正下方的一层覆盖层(overlay)表面上。传感器与覆盖层之间最好不要有任何空气,而且要用不导电的接合剂将传感器基板紧紧黏附在覆盖层上。
控制电路可以设置于传感器附近,而且越近越好。传感器在机械结构上的需求决定了控制电路的配置。传感器与控制电路距离越远,则传感器与接地面间的原生电容值就会随之增加,因为导线会与周围环境互动,并进而增加电容值;距离越长,增量就越明显。
虽然要规定出最大的距离并不容易,但一般来说,6 到12 英寸可算是功能上限了。电容感应应用装置的基板并非固定的;其中,最常见的设计是具备铜导线的基本FR4 印刷电路板。此外,附有铜片的弹性印刷电路板(通常用聚亚酰胺薄膜—Kapton)也很常见。弹性基板能够让机械设计更为容易,尤其是在弯曲的表面上。印刷在弹性物质上如碳或银的导电墨水,能以极低的成本制作电容式传感器,但这当中会因为弹性物质无法上焊锡,而需要控制印刷电路板以及连接器。
透明的导电物质,例如氧化铟锡(Indium TInOxide;ITO)也快速地被广泛使用在触控式屏幕的应用中。ITO 传感器会被印刷在玻璃或是聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)薄膜上,然后再结合上最终的设计成品。虽然目前已有玻璃覆晶(chip-on-glass)用于控制这类的应用,但是在印刷电路板上使用弹性连接器或是热把焊接(hot bar soldering)却是更经济的方法。