TI传感器详解(四) — 电感型传感器(上)

然后往下呢是电感传感

也是今天我们的重头戏

我们那边也有一个

关于电感传感的 demo 在里面

我们先看一个不相关的

大家在大扫除的时候

有没有就在擦抽油烟机

或者说在擦洗碗机什么的时候有没有想过

如果我这个抽油烟机的按钮

它是没有按钮

然后整个是一块金属

那我是不是清洁起来更加方便

那就不会有油

不会有灰尘弄在缝里面

大家有没有想过

如果我手机哪天不小心掉水里了

觉得如果手机防水那样多好

所以说那如果你们都有这种体验的话

其实我们有这样一种技术

就我们叫做金属按键这种技术

那这样它可以做什么事情

它可以让这个抽油烟机

洗碗机的外壳是一体的金属

我不用开孔

我只需要在金属上画一个图案

我的手通过轻轻的触摸

就可以实现按键的功能

那同样的手机

包括汽车上的导航也是一样的这个功能

它这种金属按键

我们通过什么技术实现的呢

那就是我们前面刚刚前一页讲的叫

电感传感或者电涡流传感这种技术

这个是简单介绍它的原理

我们这个技术

其实它基于 LC 的谐振

我们这个是 PCB 板上的

我们在 PCB 上画一个线圈

然后在旁边放个电容

然后我们再用这个芯片去驱动这个 LC

这个时候，因为它的谐振

然后这个线圈是开放的

所以这个线圈就往外发射电磁波

然后当这个线圈附近有金属物体的时候

这个电磁波就会在金属物体上产生电涡流

然后这个电涡流就反过来影响

这个 LC 的谐振频率

那我们这个芯片

其实就是一个激励芯片加上个频率检测

那我们做芯片就实时检测

这整个系统的谐振频率

要把结果告诉你

然后这个谐振频率会跟这个金属

跟这个线圈的距离

还有金属形状变化都会有关系

所以说我们就可以根据这个频率上来判断

键有没有按下

或者说旋钮有没有拧开

有没有拧关

做这种这样的操作

下面这个是一个等效电路了

就是一个 LC，一个谐振

这个金属的距离就可以影响到这个 L 的值

从而影响到我们的谐振频率

我们的芯片就会测量出这个频率

然后告诉你

你就可以做各种各样的判断

这个是我们这种电感传感的优势

第一个我不需要磁性器件

因为以前我们谈到霍尔

其实很多工程师说觉得霍尔很麻烦

我要选磁铁

磁铁可能不同批次磁性不一样

用的久又会又会消磁

那这种方式我不需要磁铁

我只是要用 PCB 画一个线圈

就OK了

然后非接触式的可靠性很高

然后能够达到微米级精度

就比如说刚刚那款金属按键

形变大概 5μm 左右

就能够检测到按键

然后只要线圈设计的好

对温度漂移影响基本上是没有

然后传感器成本非常低

因为我都是用 PCB 嘛

PCB 就基本上可以忽略成本

对大的系统来说

这个是一个基本应用

那我们举几个例子来说

比如这个例子

我们这个是一个 LC 谐振

然后在线圈上方还有个那个金属

那当我金属跟这个线圈的距离在变化的时候

这个频率会改变

那我们看这个图

这个图的横轴就是这个金属跟线圈的距离

纵轴是 IC 的输出

那我们可以看到

当这个金属靠近线圈的时候

我们这个值是下降的

所以说我们就可以根据这个频率的变化

来去判断这个距离的变化

比如说我们的按键就是这样的一个应用

然后第二种是叫滑动距离

如果我把这个金属做成一个三角形

那这个三角形是这样左右这么滑动

那当我这个三角形在滑动的时候

它在在线圈上方的金属面积发生了变化

所以说这个时候我可以通过它频率的变化值

来去判断它的位移的量

然后第三种就是旋转式

如果我把这个金属做成一个渐变的圆环

那当我这个圆环在旋转的时候

线圈上方的金属的宽度那发生了变化

这样就会导致谐振频率会不一样

那就可以根据谐振频率输出来判断线圈的

这个金属的旋转角度

这个就可以用作角度检测

或者说一个旋钮应用

我们今天也带了一个旋钮电路

也放在那边

各位待会可以去试用体验一下

那我们回到金属按键

什么金属按键

就是我们可以在金属上去画个图案

就可以做一个按键

就不需要开孔

那为什么要这个按键

我刚刚说了，就防水防尘容易清洁

然后的话一体金属没有这个机械结构寿命是很长

然后好看

这个显得很高档

整个就一大块金属

但这个说是非常好

但是有很多难点

这是我们碰到的

一个是机械结构稳定性

还有我怎么样能够方便量产

第二个是电路的简单性

第三个是算法怎么把那些误触发给解决

最后是 EMI/EMC

下面我会做一个简单的介绍

这些我们都已经搞定了

这个是我们给大家做的对比

这个是目前市场上有的那种叫金属触摸的比较

我们先看最右边这个叫压力传感器

可能各位所见压力垫片这种方式

这种方式灵敏度很高

但它的问题是需要把垫片用高温熔在外壳上

这样的话就会导致生产成本很高

如果一个外壳需要有八个按键

如果有一个熔得不好

就出现故障

那整个模具就废掉了，整个外壳

所以这个的话，虽然说性能非常好

但是它生产的话就很难很难做

然后中间这两种是电容式的

那传统电容式的话它灵敏度很高

但是它支持的金属厚度不能太厚

而且那个 ESD 也不好，所以我们也不推荐

然后 TI 也推出了一款叫 4430 的方案

也是最新的电容触摸

那它的 EMI 性能非常好

但是就是目前来说它的那个厚度

可能只到 0.3mm 这样的水平

今天我们说的是电感传感的方案

它能够支持，我们目前的那个经验

如果是不锈钢能够到 0.8mm 的厚度的感应

然后 EMI/EMC 非常好

ESD 能够过 16KV 的气隙跟 8000V 的接触放电

EFT 能过 4000V 都没问题的

EMI 也是通过的

所以如果各位是要用 0.8 不锈钢

或者说 1mm 以上的那种铝来做触摸

那我们就推荐用这种方式

如果各位是希望用很薄的那种金属

比如 0.3 以下的

或者说要做 16 个或者更多的按键

那可以用第二款 430FR2633 这个系列

然后往下呢是电感传感

也是今天我们的重头戏

我们那边也有一个

关于电感传感的 demo 在里面

我们先看一个不相关的

大家在大扫除的时候

有没有就在擦抽油烟机

或者说在擦洗碗机什么的时候有没有想过

如果我这个抽油烟机的按钮

它是没有按钮

然后整个是一块金属

那我是不是清洁起来更加方便

那就不会有油

不会有灰尘弄在缝里面

大家有没有想过

如果我手机哪天不小心掉水里了

觉得如果手机防水那样多好

所以说那如果你们都有这种体验的话

其实我们有这样一种技术

就我们叫做金属按键这种技术

那这样它可以做什么事情

它可以让这个抽油烟机

洗碗机的外壳是一体的金属

我不用开孔

我只需要在金属上画一个图案

我的手通过轻轻的触摸

就可以实现按键的功能

那同样的手机

包括汽车上的导航也是一样的这个功能

它这种金属按键

我们通过什么技术实现的呢

那就是我们前面刚刚前一页讲的叫

电感传感或者电涡流传感这种技术

这个是简单介绍它的原理

我们这个技术

其实它基于 LC 的谐振

我们这个是 PCB 板上的

我们在 PCB 上画一个线圈

然后在旁边放个电容

然后我们再用这个芯片去驱动这个 LC

这个时候，因为它的谐振

然后这个线圈是开放的

所以这个线圈就往外发射电磁波

然后当这个线圈附近有金属物体的时候

这个电磁波就会在金属物体上产生电涡流

然后这个电涡流就反过来影响

这个 LC 的谐振频率

那我们这个芯片

其实就是一个激励芯片加上个频率检测

那我们做芯片就实时检测

这整个系统的谐振频率

要把结果告诉你

然后这个谐振频率会跟这个金属

跟这个线圈的距离

还有金属形状变化都会有关系

所以说我们就可以根据这个频率上来判断

键有没有按下

或者说旋钮有没有拧开

有没有拧关

做这种这样的操作

下面这个是一个等效电路了

就是一个 LC，一个谐振

这个金属的距离就可以影响到这个 L 的值

从而影响到我们的谐振频率

我们的芯片就会测量出这个频率

然后告诉你

你就可以做各种各样的判断

这个是我们这种电感传感的优势

第一个我不需要磁性器件

因为以前我们谈到霍尔

其实很多工程师说觉得霍尔很麻烦

我要选磁铁

磁铁可能不同批次磁性不一样

用的久又会又会消磁

那这种方式我不需要磁铁

我只是要用 PCB 画一个线圈

就OK了

然后非接触式的可靠性很高

然后能够达到微米级精度

就比如说刚刚那款金属按键

形变大概 5μm 左右

就能够检测到按键

然后只要线圈设计的好

对温度漂移影响基本上是没有

然后传感器成本非常低

因为我都是用 PCB 嘛

PCB 就基本上可以忽略成本

对大的系统来说

这个是一个基本应用

那我们举几个例子来说

比如这个例子

我们这个是一个 LC 谐振

然后在线圈上方还有个那个金属

那当我金属跟这个线圈的距离在变化的时候

这个频率会改变

那我们看这个图

这个图的横轴就是这个金属跟线圈的距离

纵轴是 IC 的输出

那我们可以看到

当这个金属靠近线圈的时候

我们这个值是下降的

所以说我们就可以根据这个频率的变化

来去判断这个距离的变化

比如说我们的按键就是这样的一个应用

然后第二种是叫滑动距离

如果我把这个金属做成一个三角形

那这个三角形是这样左右这么滑动

那当我这个三角形在滑动的时候

它在在线圈上方的金属面积发生了变化

所以说这个时候我可以通过它频率的变化值

来去判断它的位移的量

然后第三种就是旋转式

如果我把这个金属做成一个渐变的圆环

那当我这个圆环在旋转的时候

线圈上方的金属的宽度那发生了变化

这样就会导致谐振频率会不一样

那就可以根据谐振频率输出来判断线圈的

这个金属的旋转角度

这个就可以用作角度检测

或者说一个旋钮应用

我们今天也带了一个旋钮电路

也放在那边

各位待会可以去试用体验一下

那我们回到金属按键

什么金属按键

就是我们可以在金属上去画个图案

就可以做一个按键

就不需要开孔

那为什么要这个按键

我刚刚说了，就防水防尘容易清洁

然后的话一体金属没有这个机械结构寿命是很长

然后好看

这个显得很高档

整个就一大块金属

但这个说是非常好

但是有很多难点

这是我们碰到的

一个是机械结构稳定性

还有我怎么样能够方便量产

第二个是电路的简单性

第三个是算法怎么把那些误触发给解决

最后是 EMI/EMC

下面我会做一个简单的介绍

这些我们都已经搞定了

这个是我们给大家做的对比

这个是目前市场上有的那种叫金属触摸的比较

我们先看最右边这个叫压力传感器

可能各位所见压力垫片这种方式

这种方式灵敏度很高

但它的问题是需要把垫片用高温熔在外壳上

这样的话就会导致生产成本很高

如果一个外壳需要有八个按键

如果有一个熔得不好

就出现故障

那整个模具就废掉了，整个外壳

所以这个的话，虽然说性能非常好

但是它生产的话就很难很难做

然后中间这两种是电容式的

那传统电容式的话它灵敏度很高

但是它支持的金属厚度不能太厚

而且那个 ESD 也不好，所以我们也不推荐

然后 TI 也推出了一款叫 4430 的方案

也是最新的电容触摸

那它的 EMI 性能非常好

但是就是目前来说它的那个厚度

可能只到 0.3mm 这样的水平

今天我们说的是电感传感的方案

它能够支持，我们目前的那个经验

如果是不锈钢能够到 0.8mm 的厚度的感应

然后 EMI/EMC 非常好

ESD 能够过 16KV 的气隙跟 8000V 的接触放电

EFT 能过 4000V 都没问题的

EMI 也是通过的

所以如果各位是要用 0.8 不锈钢

或者说 1mm 以上的那种铝来做触摸

那我们就推荐用这种方式

如果各位是希望用很薄的那种金属

比如 0.3 以下的

或者说要做 16 个或者更多的按键

那可以用第二款 430FR2633 这个系列