Cypress：CapSense技术实现从“按”到“触”的转变

　　苹果的iPod、LG的“巧克力”手机进入市场后，大家注意到它们有一个共同的特点，就是在人机交互功能上有了突破性的创新，变传统的机械式按键为电容感应的触摸式按键。这一功能强大，使用灵活的芯片，就是Cypress（赛普拉斯）半导体公司近年来大力推广的可编程片上系统PSoC。

　　设计革新——

　　电容感应触摸式按键超越传统的机械式按键

　　采用电容触摸按键，增加了工业设计的灵活性，因为电容式开关可以隐藏在一块完整的表面下边，不像裸露在外的按钮和开关那样容易受到环境磨损的影响，也不需要像机械按键那样需要预留机械部件运动的空间。Cypress 推出的基于PSoC的CapSense触摸感应技术，只需手指轻触界面即可形成一个与内嵌式感应器的电连接，传感器与PSoC器件一道工作，将手指的位置数据转化为各种系统控制功能。而传感器本身只是印刷电路板（PCB）上的铜层，并非实际元件，控制传感器的电路则全部位于PSoC器件内部。在实现电容式触摸感应的同时，还可以实现LED 驱动、马达控制、电源管理等诸多其它功能，从而帮助设计人员在节省硬件成本的同时，灵活地将触摸感应技术及更多的增值功能设计到产品中去 。因此，大大提高了产品的性价比。

　　由于在很多方面优于传统的机械按钮、机械滑条和触摸屏，电容式触摸式按键正在迅速成为MP3、移动电话、汽车面板、白色家电、工业仪表 以及众多能够代替传统触摸按键应用的首选。

　　技术优势——

　　CapSense适于多种界面的触摸式应用

　　Cypress中国北方地区销售经理王锦锁介绍说，CapSense触摸感应技术是基于Cypress PSoC（可编程的片上系统）CY8C21x34系列芯片开发的，可用于触摸式按键、触摸式滚动条（Slider）、触摸式平板(Touchpad)的触摸感应技术。它利用PSoC的CY8C21x34系列芯片一些特有的资源，根据电容感应的原理和松弛震荡器的技术实现触摸感应。这种电容式触摸感应按键技术区别于其它触摸感应技术的是，CapSense技术具有几乎不需要外围元件，每一个按键的灵敏度可单独调整，一个芯片可同时实施多个触摸式按键和触摸式滚动条等优点。只要轻轻碰触，就可以实现对按键、量化调节、方向等功能的控制。可用于各种家电产品代替传统的轻触按键和薄膜键盘，而且产品有60种以上型号的封装可选择。

　　目前，Cypress的CapSense电容式触摸感应按键技术除了已在苹果的iPod、LG的几十款手机上得到应用，也广泛地用于其它产品，例如，家庭影音系统、DVD、机顶盒、等离子彩电等，特别是在家电产品中，像洗衣机、热水器、微波炉、油烟机等，带给人们的是更多新鲜体验。

　　王锦锁说，对于家电产品的技术含量和外观设计，CapSense的创新主要体现在几个方面：一是，单一器件实现更多功能，PSoC（可编程片上系统）由一个8位MCU、12个可编程模拟模块和16个可编程数字模块的组合，以及FLASH 存储器组成。模拟模块的主要功能包括A/D、D/A转换器，滤波器，放大器和CapSense。数字模块的主要功能包括定时器、计数器、PWM、SPI和UART。所以一颗PSoC芯片可以节省原来70%的器件资源。CapSense触摸式电容感应解决方案最多可以控制28个按键。设计者可以根据实际方案选择控制多少个按键，多少个滑动条，导航键或面板，甚至还可以同时控制LED或通讯接口。

　　二是， Cypress PSoC具有灵活的代码编辑功能，设计者可以随时对代码进行创建和修改，然后通过MiniProg将程序反复烧入器件。因此对设计过程中的调试，多种功能实验和版本升级都非常的方便和快速。Cypress针对PSoC提供了PSoC DESIGNER开发软件和PSoC EXPRESS开发软件，以帮助客户提高设计效率，更快速、更简易地开发新产品。

　　第三，是具有防水，防干扰功能， 以适应家电产品的使用特点。Cypress工程师在CapSense中研制出一套防止水滴，湿气等对按键误触导致误控制的解决方案，以保证在各种环境下控制的准确性。同时，在原有模块上对硬件构造进行了改善，提高方案的抗干扰性，这样对于与一些高阻感应材料如ITO配合应用时，方案的可靠性更高。第四是改善产品外观，提供更人性化设计。第五是提高了产品使用寿命，触摸式感应按键由于不需要机械结构，表面覆盖的是一层导电的薄膜，非常耐用，操作也只需要轻轻碰触，是所有按键解决方案中使用寿命最长的。（按键次数可达10万次以上，而一般普通按键只有5万次左右）因此，这一领先的技术将会给客户带来竞争优势和丰厚的利润。

        成功案例——

　　在防潮、抗震、抗干扰前提下实现触摸感应洗衣机

　　目前，海尔在所有洗衣机的电容触摸按键中都选择了Cypress的CapSense解决方案。例如，海尔为XQS60- 0728型号洗衣机采用了Cypress的 CY8C21234作面板触摸式按键解决方案。型号为XQSB80-G0878波轮洗干一体洗衣机中采用 CY8C21534作为12个面板触摸式按键解决方案，这二款产品均已批量投放市场。

　　至于为什么会选中Cypress的产品，海尔洗衣机产品本部技术发展部部长许升解释道，在白色家电中最难实现电容触摸按键的就是洗衣机，在洗衣机上采用电容触摸按键，将面临着三大技术挑战：一是防潮、二是抗震、三是抗干扰。这是因为感应技术对上述问题最敏感，很容易对电容造成影响，从而引起误操作。许升说，“一开始，我们也曾和不少的电容触摸厂家接触过，但他们的产品都不能解决这三个问题。在和Cypress合作初期，他们的产品一开始也解决不了抗干扰的问题，经过双方的共同努力和磨合， PSoC解决方案的CapSense触摸感应技术凭借其可编程、易扩展、开发简单等特点，很快就在硬件和软件上解决了抗干扰问题。因此，我们在家电产品中首选了Cypress产品。”

　　许升还提到，我们在触摸按键洗衣机量产前做过市场调研，触摸按键技术不仅使用寿命长，而且外观时尚、提高了档次，很受消费者的欢迎。

　　许升表示，海尔带有电容触摸感应按键的波轮式洗衣机待机能耗低于1W，完全符合国际能源署向全球电器产品生产商和销售商发起节能倡议，即“1瓦计划”。

　　据了解，海尔其它家电产品中，热水器使用Cypress的CY8C21234设计6 个触摸按键解决方案，已批量投放市场。热水器遥控器采用CY8C21434实现12个 触摸按键加触摸式旋转环，并采用Cypress的另一款产品PRoC 以优化现有的红外遥控方式，预计今年十月份量产。海尔的抽油烟机采用CY8C21534实现 8个触摸按键，预计今年九月份量产。

　　编辑观点——

　　成本有效的独特化产品设计

　　在竞争异常激烈的消费电子行业，设计人员总是处于两难境地：一方面他们必须使产品功能独特，外形美观流畅；另一方面，由于越来越大的市场压力，他们必须将产品的价格控制在用户的期望值内。在这种情况下，集成度高，功能整合性强的新技术得到越来越多的关注及青睐。当然，芯片厂商能提供满足客户需求的、能解决实际问题的产品才是问题的关键，领先的技术将会给客户带来竞争优势和丰厚的利润。因此，我们认为，只有双赢才是目的。

       附文：电容式触摸感应原理

　　电容式触摸感应原理如图1所示，电路板上两块相邻的覆铜之间存在一个固有的寄生电容Cp，当手指（或其他导体）靠近时，手指和两块覆铜之间又产生新的电容，这些电容相当于并联到原来的Cp之上，当我们把其中一块覆铜连接到PSoC的模拟I/O上，另一块连接到地上，就可以通过测量电容的变化来判断手指的存在。

        我们把连接到PSoC上的覆铜称之为电容传感器（Capacitive Sensor），电容传感器上需覆盖绝缘材料（产品外壳）。通过在PSoC内部搭建电路并用内建8位处理器的程序来控制电路的运作，就可以把电容的变化转化成计数值的变化，进而转化成按键动作所需要的开关量。

　　PSoC内部有几种预先设计好的电容感应用户模块，用户模块可以看作是硬件电路配置与软件库函数（API）的集合，用户所需要做的就是在PSoC开发环境（PSoC designer）中将用户模块配置到数字/模拟阵列中，开发环境会自动生成硬件寄存器配置及库函数，剩下的工作就是一些用户模块参数的调整，以及应用代码的编写。

 

本文来源：EDN China     作者：EDN China副主编 丛秋波

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