PSoC3、5的触摸

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3.2 PSoC 3  和  PSoC 5 CapSense  设计的独有特性
3.2.1 单通道设计与双通道设计
PSoC 3  和  PSoC 5  器件拥有充足资源，可同时扫描两个传感器。这将全部传感器的总体扫描时间缩短了一半。缩短扫
描时间可延长按钮开/ 关检测的响应时间，同时降低平均功率损耗。
但是，使用双通道时消耗的资源是使用单通道时的两倍。当设计中的传感器数量超过  20 个时，建议使用双通道。通道
数量对如何在工具中选择双通道设计进行了阐释。

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3.2.2 屏蔽电极和保护传感器的应用
屏蔽电极和保护传感器应用于防水设计。如果您的应用要求耐水滴和潮气，则应使用屏蔽电极。如果您的应用要求接触
面能够耐水流，则应同时使用屏蔽电极和保护传感器。屏蔽电极是传感器的边缘区域，如图3 -2 所示。屏蔽电极与器件
I/O  引脚相连，该器件可通过与传感器引脚相同的开关信号驱动屏蔽电极。由于屏蔽电极和传感器引脚通过相同的信号
进行驱动，因此两者之间的电容可抵消。传感器和屏蔽区域中的部分水膜或水滴将被有效地消除。屏蔽电极还可降低传
感器的总寄生电容  CP 。所需的屏蔽电极的数量取决于电路板面积和屏蔽区域。如果屏蔽电极区域较大，则必须使用多
个  I/O  引脚才可驱动屏蔽区域。
保护传感器可用于检测传感器表面是否存在水滴等液体。CapSense  器件采用与其他传感器相同的扫描方式扫描保护传
感器。但是，保护传感器应以包含整个触摸区域的方式进行布线。通常，保护传感器沿着电路板触摸感应区域的外围进
行布线，如图3 -2 所示。当保护传感器上存在液体时，该传感器将被激活并禁止对固件中的其他传感器的扫描，以防止
误报手指触摸。
屏蔽电极和保护传感器一节阐述了如何启用屏蔽电极和保护传感器。

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图6

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3.2.2.1 应用于屏蔽电极的  SIO  引脚
PSoC 3  和  PSoC 5  器件拥有特殊的输入/ 输出  (SIO)  引脚，这些引脚具有可编程“逻辑高电平”这一独特特性。这意味着
SIO  的逻辑高电平不是固定到  VDD  而是可编程为用户定义的电压。
当  SIO  作为  CapSense  的屏蔽电极使用时，这一特性尤其重要。当屏蔽电极中的信号与  CapSense  传感器中的信号一
致时，屏蔽电极将发挥最大作用。为使屏蔽电极有效，可将  SIO  引脚逻辑高电平编程为与  CapSense  传感器相同的电
平。在将“IDAC  源电流”用作电流源方法的  CapSense  设计中，可以将  SIO  引脚作为屏蔽电极进行使用。请参见电流源
方法一节了解不同的电流源方法。

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3.2.3 电流源方法
PSoC 3  和  PSoC 5  中的  CapSense CSD 具有三种不同的实现方式，如下所述。这些实现方式主要在电流检测和电流
源方面存在差异。
1. IDAC  源电流  – 在此配置中，CapSense  传感器在  CMOD  和  GND 之间连续切换，以消除来自  CMOD  的电荷。IDAC
配置为源电流模式且在  CMOD  电压低于电压参考时为打开状态。IDAC  使电荷返回至  CMOD。IDAC  在回路中打开/
关闭，以将  CMOD  电压维持为电压参考。注：传感器在  GND 和  CMOD  电压（电压参考）之间进行切换。图3 -3 所
示为  IDAC  源电流的框图。

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2. IDAC  灌电流  – 在此配置中，Cap Sense 传感器在  VDD  和  CMOD  之间连续切换，以向  C MOD  传输电荷。IDAC  配置
为灌电流模式且在  CMOD  电压高于电压参考时为打开状态。IDAC  可消除从  C MOD  返回的电荷。IDAC  在回路中打
开/ 关闭，以将  CMOD  电压维持为电压参考。注：传感器在  VDD  和  CMOD  电压（电压参考）之间进行切换。图3 -4
所示为  IDAC  灌电流的框图。

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3. 外部电阻（泄漏电阻）-  除使用外部电阻代替  IDAC  使  CMOD  放电之外，此配置基本上与  IDAC  灌电流相同。此模
式需要使用外部电阻，但保存  DAC 资源。在此配置中，CapSense  传感器在  V DD  和  CMOD  之间连续切换，以向
CMOD  传输电荷。当  CMOD  电压高于电压参考时，外部泄露电阻将接地。外部泄露电阻可消除从  CMOD  返回的电荷。
在回路中打开/ 关闭外部电阻对地连接，可将  CMOD  电压维持在电压参考。注：传感器在  VDD  和  CMOD  电压（电压
参考）之间进行切换。图3 -5  所示为外部电阻方法的框图。

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前两种方法采用内部电流  DAC (IDAC)  为  CapSense  操作提供电流。而第三种方法，需要使用称为泄露电阻的外部电
阻为  CapSense  操作提供电流路径。此方法不使用内部  DAC。注：基于不同的部件编号，PSoC 3  和  PSoC 5  器件中
最多包含四个  DAC。如果设计中的其他功能使用了全部  DAC，则可对  CapSense  使用外部电阻方法。这三种实现方
法之间的差异如表3 -2 所示。电流源一节介绍了如何在工具中选择电流源方法。

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3.2.4 自动调校与手动调校
电容式触摸解决方案通常借助若干硬件和固件参数来确保系统中的触摸操作正常。这些参数调校应调校为最优值，以实
现高质量的触摸界面用户体验。目前市场上所有电容式触摸解决方案都通过监测结果的方式进行手动调校。赛普拉斯为
CapSense  提供了  SmartSense（也称为自动调校）这一独特功能，通过它，所有参数都可设置为最优值。这降低了设
计周期时间并严格控制工艺变化。
赛普拉斯还提供了手动调校  CapSense  参数的选项。如果用户需要加强参数控制并且传感器的寄生电容  (CP)  较高时，
仍将需要进行手动调校。
请参见自动调校功能自动调校功能和手动调校功能，了解自动调校和手动调校各自的优点。用户应基于不同的设计要求
选择合适的调校方法。有关如何在工具中选择调校方法的信息，请参见调校方法  一节。

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3.2.4.1 自动调校功能
  缩短了设计周期时间
电容式触摸应用的设计流程涉及所有传感器的调校。这也是最耗时的一个步骤。此外，当将相同的设计移植到不同
的模型或者当  PCB 或传感器布局的机械尺寸发生更改时，还需要进行重复调校。自动调校通过自动设置所有参数
解决了调校和重复调校的问题。图3 -6 显示了典型电容式触摸器件和支持自动调校的  CapSense  器件的设计流程。

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以下示例说明当将设计从一个模型移植到具有相同特征但大小不同的另一模型时如何通过自动调校节省了大量时间。
图3 -7 和图3 -8 显示的是分别针对 21 英寸和 15 英寸笔记本机型设计的多媒体按键。这些按键均是电容式触摸按
钮，具有相同的功能和尺寸。但是，在这两种机型之间不能直接移植设计。在 21 英寸笔记本机型上按键之间的间
距通常相对较宽、按钮和电容式感应器件之间的走线相对较长。因此，针对不同的机型应重新调校设计。但是，借
助自动调校，开发人员可以将相同的设计移植到其他机型中，从而大大缩短了产品设计周期。

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工艺变化
个别传感器的寄生电容可能由于  PCB 制造过程中的工艺变化或多源供应链中供应商之间的误差而有所差异。当不
同单元之间的预期  CP  误差较大时，需要重新调校各参数。自动调校功能可自动为各个器件设置参数，因而它将密
切关注产品不同单元之间的工艺变化。
  易用性
自动调校不需要用户具备  CapSense  方面的专业知识便可进行应用设计。应用开发人员无需了解众多参数，仍能
确保设置最优值。自动调校使开发人员的工作变得更简单，并缩短了开发时间。

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3.2.4.2 手动调校功能
  更好地控制参数
更好地控制参数。在某些情况下，用户希望能够控制参数。当处于噪声较大的环境中，则需要手动调校，如下面示
例所示。
示例：假设系统中存在很大噪声的情形。使用自动调校时，由于较大的噪声会误触发按钮，因此无法进行自动调校。
使用手动调校时，由于手指阈值增大，因此避免了噪声触发按钮。
  较高的寄生电容  (CP)
自动调校支持  5 pF 至  45 pF  的寄生电容。如果由于走线较长或按钮较大致使寄生电容高于  45 pF ，则应使用手动
调校。CapSense  性能调校阐述了自动调校和手动调校的调校和监控过程。
  错误检测算法
自动调校在启动时进行参数设置并在运行时保持该设置。系统不保证在每次启动时将这些参数设置为相同的值。通
常，错误检测算法通过与闪存中的预存值进行比较来检查当前值。由于这些值是动态变化的，因此很难通过自动调
校写入错误检测算法。
请考虑以下示例：通过错误检测算法检查基准线计数是否接近出场闪存中所存储的值。假设基准线计数在扫描分辨
率为  12 位时的存储值为  3000。基准线计数是寄生电容的平均计数，扫描分辨率是电容测量的分辨率。有关上述
术语的解释，请参见原始计数和扫描分辨率。使用自动调校时，该算法可将扫描分辨率参数值设为  13 位。这一设
置的依据是器件存储中的物理或环境条件的变化。当自动调校将扫描分辨率设为  13 位时，基准线计数为  6000，
该数值与  3000 计数的预存值不一致。这表明参数中的动态变化使其难以写入错误检测算法。

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更低的 RAM 和闪存使用
自动调校算法要求更多的闪存和 RAM。表3 -3 显示了含有四个传感器的 CapSense 项目所需的内存。

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3.2.5 PSoC 3  和  PSoC 5  的无阻塞结构
CapSense  扫描主要包含以下阶段：
1. 扫描前处理：准备要扫描的硬件
2. 硬件扫描：实际硬件扫描
3. 扫描后处理：处理并保存结果
第一和第三阶段需要使用  CPU 执行代码，但第二阶段不需要  CPU。PSoC 3  和  PSoC 5  中  CapSense  的代码结构设
置为  CPU 无需等待第二阶段完成。相反，CPU 将继续执行下一行代码，并且硬件在完成扫描时生成  CPU 中断，继而
CPU 将在  ISR  中执行扫描后处理。在同时存在  CapSense  和其他应用且  CPU 必须应用于全部应用时，这种非阻塞架
构十分有用。