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AR眼鏡交互方式(1)--電容式觸摸感應技術

近年來,電容觸摸傳感器在可穿戴類設備中的應用逐漸廣泛,TWS耳機、XR等產品都能見到其身影。相比傳統的機械按鍵,電容觸摸感應有如下優點:

空間小,無機械磨損,壽命更長;

非接觸式感應,無需結構開孔,防水防塵性能好,產品外觀更具美感;

01 原理

1)自電容感應

自電容感應技術的原理是,通過驅動與觸摸傳感器相連接的引腳并測量其電壓,來確認是否存在觸摸。

當手指不在觸摸感應區域時,此時傳感器檢測到的電容約等于觸摸感應區域到地之間的寄生電容Cp;

當手指觸摸到感應區域時,手指和傳感器墊片之間會形成一個平板電容Cf;

此時,傳感器檢測到總電容量為C = Cp + Cf。

2)互電容感應

互電容感應技術的原理是,通過發射電極TX向接收電極RX發送脈沖信號,并測量RX上的電荷量,來確定互電容的大小。RX上接收到的電荷和兩個電極之間的互電容成正比。

當手指不在觸摸感應區時,此時TX和RX之間的互電容為Cm;

當手指觸摸到感應區域時,由于手指和TX之間形成平板電容,部分電荷從手指導走,RX電極接收到的電荷量減少,此時,TX和RX之間的等效互電容降低為Cm1。

02 分類

觸摸傳感器根據其應用場景,大致可以分為以下4類形態:按鍵類(零維)、滑條類(一維)、觸控板類(二維)、接近檢測類(三維)。

1)按鍵類

一個按鍵一般就是傳感器墊片和一個絕緣覆蓋涂層組成,按鍵四周鋪設網格桐接地,通過一根走線連接傳感器墊片和檢測芯片。

2)滑條類

滑條類傳感器主要有線性滑條和輻射滑條兩種,常用于照明、音量等需要連續調節的場景。

滑條傳感器一般采用“雙V字”布局,確保能同時觸摸到多段傳感器墊片。一般包含五段的滑條,可以至少做到100的位置分辨率。

3)觸控板類

觸控板有兩個按照X和Y軸設置的線性滑條,從而可以在某一二維平面上確定手指的位置。

4)接近檢測類

接近檢測的原理仍然是利用人體靠近感應墊片或走線時,電容產生的變化來判斷是否有導體靠近。通常為了增大感應距離,會選擇采用多個傳感器一起,如下圖三個感應墊片+一個環形感應線。電容式接近感應在AR佩戴檢測中使用廣泛。

03 防水設計

當有水漬沾附在觸摸區域時,由于水的導電特性,它會為傳感器到GND之間的電場提供更強的耦合路徑,因此傳感器檢測到的總電容變成Cs = Cp + Cw。如果總電容超過手指觸摸時的電容,就會產生誤觸發。對于汗水這種高導電性的液體來說,造成誤觸的風險更大。

為了應對水滴造成的額外電容的影響,有些觸控檢測IC會增加驅動屏蔽信號接口。在傳感器墊片周圍鋪設網格銅(非接地)連接到IC的驅動屏蔽信號。當水滴沾附在觸摸區域時,驅動感應墊片和驅動屏蔽信號電壓同步,即水滴兩端電壓相同,則消除了水滴引起的Cw電容的影響,因此可以極大的改善水滴引起的誤觸問題。

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