电容式触控传感器（Capacitive touch sensors）近来正迅速成为许多电子产品中不可或缺的一部分。由于获得许多热销产品的采用，如苹果（Apple）的iPod，电容式传感器已成为取代机械式按键、开关、及滑杆（sliders）的热门选择，之所以获得青睐主要还是因为它更为耐用、可靠、及外形更美观等许多优点。

电容式感测技术自发明至今，已日趋成熟，目前有许多电容式感测的方法，像Charge transfer、Successive Approximation、Sigma-Delta以及Mutual Capacitance measurement等感测法，而要采用哪种方法则视该应用所需。

在最近越来越多新推出的产品中，都可以发现电容式传感器的应用，例如现在有些计算机键盘旁会附加电容式滑杆、触摸板、或是取代机械式及相关模拟组件的按钮。在自动家电的市场中，也出现越来越多具备内建电容式触控感测按钮的产品。事实上，这些传感器可能只是未来移动电话及随身听的标准配备而已。

电容式感测技术自发明至今，已日趋成熟，目前有许多电容式感测的方法，像Charge transfer、Successive Approximation、Sigma-Delta以及Mutual Capacitance measurement等感测法，而要采用哪种方法则视该应用所需。

《图一 数字开关 》

《图二 模拟式滑杆》

但电容式按钮与传感器的设计会不会一样的简单与直觉？还是在设计上的复杂度会阻碍这项技术的运用潜力？

电容式触控传感器基本原理

电容式感测系统的基本原理就是导体与电场的相互作用。在设计上，电容式传感器与传感器周围的接地面板之间的电场效应会产生系统的寄生电容，假如有导电物体，像是手指头接近此系统时，就会增加跨越传感器与接地面之间的电力场线，这也造成系统电容值的升高。因此手指的触碰将会由所量测到的电容值改变来决定。

但是实际上并非只有这样简单。我们可以先稍微深入了解一下其中的量测系统。为了要能追踪系统中电容值的变化，首先要利用前面提到的几种方法先将该电容值转换成一个数值，该数值称为「原始计数值」（raw count）。当电容式系统一开机时，在电路板上量测寄生电容值所得到的原始计数值会储存在一个称为「基准值」（baseline）的变量之中。由于寄生电容值会随时间而缓慢变化，因此这个基准值就会不断进行更新，而寄生电容值的变化多半是由于温度改变或是其他环境因素改变造成，这是在机械式按钮或滑杆上不会遇到的问题。此基准值就像模拟的接地一样。

当有了稳定的基准值后，还要有侦测指触的计数值，这个值就是手指碰触传感器时所量测得到的原始计数值。但是系统内原本就充斥着许多噪声，因此在设定侦测相关的界限值（threshold values）时就必须小心，因为它们会直接影响到系统的灵敏度。噪声的界限值在设定时需考虑基准值周围的噪声计数值。所有这些界限值都会跟基准值有关。下图三为上述各个界限值之间的关系。

《图三 各个界限值与原始计数值》

然而这些只是必须设定参数中的一部分而已。其他参数在设定时必须确保触控传感器能正常运作，这些参数有下列各项：

这些参数都必需要有精确的调整才能展现如机械式组件般的功能。面对这些挑战，这项技术的成功关键一样是在开发工具的应用上。

PSoC CapSense装置与开发工具组

为了协助设计者能顺利的完成开发任务，Cypress也提供了一系列的开发工具。Cypress的PSoC CapSense触控感测套装产品中，有许多电容式触控传感器，其中在IDE（Integrated Development Environment）PSoC Designer 5.0中的CapSense模块，能协助设计人员更轻易地将Capsense的产品整合到设计中。

CapSense架构的电容式系统设计

采用CapSense触控传感器的系统设计，第一步就是将触控传感器结合至印刷电路板上，接着该传感器必须透过韧体连上GPIO中相对应的连接针脚，而这项工作只需利用简单的拖放操作方式就可完成，如下图四，每个触控传感器都会连接至一个GPIO的针脚。

《图四 图中显示6个触控开关中的每一个都会连至一个GPIO的针脚》

当这个步骤完成后，开发工具会自动为滑杆建立传感器表与群组表。接着，开发工具会预置一个通用数组以存放所有属于传感器的数据，包括原始计数值、基准计数值与差异计数值，其中差异计数值就是基准值与原始计数值之间的差值，这些值可用来判别指触是否发生。设计人员还必须根据其应用的需求，来选择分辨率与扫描速率。依照电路配置，来设定这些数值是相当直觉的工作。新版的开发工具还会具备一个调整器，能为特殊的配置方式调整前面所提到的参数。

此开发工具也提供许多高阶API例程（routines），以达到所需的功能性。无论是确认手指在滑杆上的位置、更新基准值、及侦测各个传感器的动作以检查按压按钮的状态，都是这些例程能处理的功能，这让设计人员省掉许多头痛的麻烦，也大大提升开发的速度。

《图五 侦测手指在滑杆（指一排触控传感器）上的位置》 数据源:CapSense User Module Datasheet

此外，CapSense开发工具还具备一项名为「diplexing」的功能，也就是两组滑杆传感器能连至相同的GPIO脚位，不需外加任何成本即可达到节省IO针脚的目的。在使用该功能时，开发工具会依据这些传感器的分工提供适合的配置方式。若是要在机械式按钮中达到相同的功能则需要额外的硬件，及增加更多的复杂性。本算法还能判断出手指在滑杆两侧间的位置，可说是一个相当节省的解决方法如图五。

此工具组还具备另一个特点，就是径向(放射状)滑杆（radial sliders）。CapSense触控传感器在电路板上的配置采用径向的方式。能利用单一API例程判断出手指在径向传感器上所碰触的位置，其中基本的算法是透过计算的方式决定出位置。利用这项特点，这些传感器就可以用来仿真计算机触摸板上的动作。

界限值、扫描速率、防误触、以及其他参数皆可透过韧体进行实时的更动，以符合应用上可能的需求，并提供能因应运作条件改变所需的强大弹性。

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结论

界限值、扫描速率、防误触、以及其他参数皆可透过韧体进行实时的更动，以符合应用上可能的需求，并提供能因应运作条件改变所需的强大弹性。

随着电容式感测技术日益成熟，也有越来越多产品已采用此技术。但考虑到这类传感器运作的复杂度，要广泛运用此技术就要仰赖其支持开发工具的成熟度了。若能适时利用成熟的开发工具，电容式触控传感器就真的只要轻碰一下，即可发挥强大功能。