TI MSP430 CapTIvate Lite: 成本优化的电容触摸微控制器 (2)

大家早上好 我是Louise

技术支持 其实触摸这个应用大家都不陌生

在很多生活产品中都有用到

触摸听起来很简单 你拿几个PCB的PAD

连到L口 去测量跟人体的一个电容就可以了

做过触摸产品的工程师朋友应该知道

其实触摸这个应用想做好不容易 就包括今天

今天很多问题都提到触摸方案如何在今天的抗干扰性

方面做得好 我的手是湿的

包括我的触摸环境中的RF噪声特别大

我的ESD要求很高 所以这种

从产品角度的一些触摸的要求

如何做到符合是很多工程师关心的一个点

今天给大家介绍TI的CapTIvate的触摸技术

TI在这方面有哪些独特之处能帮助工程师解决这个难题

首先是抗干扰性 我们可以看到针对

究竟通常的干扰有哪些

以及我们的产品能够达到如何的级别的要求

首先对抗干扰性 这边有一个EMC的认证

IEC61000-4 那个认证对触摸的以及RF的干扰

RF的抗干扰包括ESD EFT

都有做对应的要求

针对这个样的产品 有抗干扰的测试结果

分为class A B C

我们的方案是能保证怎样的一个级别呢

就是在10伏每米的EFT的测试中

产品能保证正常的工作

所以这其实是一个很好的抗干扰的性能了

如果从我们的芯片角度来看

我们的哪些特性能帮助这点呢

这里我做一个比喻 做触摸

不仅仅是芯片 个系统设计也有很大的相关

我想比喻 做汽车 如果你想汽车跑得快

那你可以从很多角度来做设计 那发动机

好的发动机是不是能够帮助你跑得更快呢

触摸也是这样的情况 如果我们的芯片

做设计的时候针对抗干扰性做了很多的考虑

把它用在我们芯片的技术里面

对工程师在系统设计方面就能更简单

CapTIvate是从以下几个方面 第一

硬件方面 硬件不是PCB的硬件

而芯片的硬件 我们的CapTIvate核里面

有跳频的技术 能够同时支持

四个不同的频率段

来对电容进行采样

比如你做EFT 或面对Off的干扰

你的干扰频段一般会集中在某个频段

而我是可以同时对四个频段采样

对采样结果做选取

做一个平均 可以把你的干扰的频段

噪音的频段消除掉 第二个是

过零的同步 是说

采样可以跟外部配合 通过一个L口

当你需要采样的时候 给我一个信号

从而启动触摸的一个检测

所硬件角度来看 这两个是能够帮助

工程师降低干扰 第二个从软件层面呢

软件层是我们已经做好的应用型软件

我们也是直接通过库的方式提供给大家

针对软件 我们的流程有一系列的算法 首先

我们可以支持过采样 大家可以看到

当你做电容检测的时候 尤其是EFT测试的时候

你可能在某个阶段上面有干扰 如果是说

我针对采样 将采样率提高到两倍

四倍 八倍 最高提高到十六倍

对应的你可以把这个干扰平均到这个区间里边

降低瞬间采样对你的结果的影响

这个特性针对EFT测试是很有帮助的

第二个测试就是debounce 做过硬件测试的都知道

防抖设计功能 那针对我们的CapTIvate

同样也有一个防抖设计 我可以选择

设计好阈值之后 只有你连续两次

或者三次达到我的阈值 检测的时候

我才把它判断为一个这样一个事件

所以这样的一个反抖的设计可以在rebounce方面提升系统

第三就是针对频率性的干扰 比如你做EST的测试

针对滤波 我们有一个内部的IIR的滤波的算法

这个算法能够将低频干扰 40 50 60赫兹的干扰

能够很有效的滤除

所以从应用层软件角度 我们从整个

从采样到结果 到把这个结果处理完

我们的流程方面 通过刚才说的过采样

防抖以及滤波能够实现

干扰的一个消除 第三部分是系统层面 这个层面

左图中我们通过了IEC61000-4的

这样认证的一个EVM

这个系统的设计有很多的 从接口

到PCB到PAD

到系统里面的一些保护的设计

都有详细的介绍 大家有兴趣可以在我们官网上搜索

CapTivate找到用户资料学习

刚才说的抗干扰性 更多的是从我们的芯片层面以及软件层面

另外就是应用时的干扰

用户刚才也有提问 比如我的手是湿的

或者我的工作环境很湿或者有很多灰尘

那么之前的方案 包括用户也有反馈

有误触发的情况 那针对这部分

我们有一个叫guard channel的设计

这个设计能很好的防止

比如触摸板上有水或者有灰尘

这样对我们的触摸的准确性的判断

最后就是我们的CapTivate技术对RF的一个示范

emission方面 也能降低emission的程度

我们来看看结果 这是针对于

IEC 61000-4的一个测试

左边是没有触摸的一个采样数据

是非常干净的数据

右边是我们的互感的一个触摸的

EVM在做EFT测试

这样的结果 大家可以看到这样的一个强干扰器对我们的数据

有非常大的影响 不仅仅是在触摸的瞬间

包括在不是触摸的时候 大家也会看到这样的尖峰

包括大于以及小于的一个干扰

针对这样的结果 我们处理之后的效果如何呢

大家可以看右边的图

底部红色的曲线就是我们的底部噪音

它是根据我们的背景的干扰情况

比如在触摸时有一个EFT的干扰

所以这里的背景干扰会相对比较强

所以这个背景干扰 我们的触摸有一个技术

第五点 动态的阈值调整技术

就是这个技术能够根据实际的环境的变化来

动态调整我是否产生触摸的一个阈值

我通过调整这个阈值从而降低对我的系统的影响

第二就是针对这个干扰 大家可以看到

有很多的噪音 我们有四个频率同时采样

采样后我们有几个算法 我们会选取两个

选取三个 进行采样结果的输出

把有噪音影响的段剪掉

所以针对这样一个多频率和扩频的算法

第一和第二点能高效把干扰滤除

所以 经过滤波后的曲线来说的话

跟实际的非常干净的曲线非常类似了

所以芯片的设计 芯片的哪些机制能够帮助

你消除干扰 可以很大的简化你的系统设计

第二就是湿度 手掌靠近的误触发

左边是EVM的一个图

右边是EVM的[听不清]

无论是有水沾在我们的触摸面板

或者你的手是湿的 或者你整个手掌触碰的情况下

我们有一个guard channel的设计

针对外部 我们画一个sensor pad

然后检测这个sensor pad 当我们检测

比如你的整个上面有水滴

有水滴溅到我们的触摸面板或者有很多灰尘的时候

我们有两个方法 一个是把所有的按键屏蔽

第二是将我的阈值调整

从而时间 即使你手湿 或者有灰尘

有灰尘粘在触摸板上 依旧能实现准确的判断

刚才讲到了抗干扰性 我们其实另外一

特点就是多样性

后台有很多客户提问 我们的芯片能够支持多少个按键

包括跟普通的MCU有何区北

首先 我们的触摸芯片是能够支持两种模式的

第一种 质感模式 简单的理解就是

如左图 简单的一个PAD

对应我们的touch的L口

所以针对PAD跟外部形成的电容来做一个检测

这个质感模式的精度可以更高

更适合高精度的 比如你做一个轮滑

比如一个旋转的轮滑检测

同时你要做触摸靠近的话

质感模式更合适 另外是互感模式

它需要两个PAD 一个发送 一个接收

通过检测这两个PAD之间的电容变化

来实现电容的检测

这个互感模式的优势是什么呢

它能够支持更多的按键

我们想象一下 八根横线

跟八个纵线相交能产生64个交点

对应的 我们通过把个TX 和八个RX

能够支持64个按键

所以互感模式能够支持更多的按键数目

所以根据系统的具体应用 我们可以灵活选择

质感和互动的模式 来满足系统对轮滑或者

按键的需求

关于多样性的一部分 就是我们能支持多少种介质

这边我们能支持金属触摸 大家看到

金属触摸在目前市场上有很多产品在使用

看起来很大气 同是一体式的设计

也会很美观 除了外观优势外呢

针对金属触摸 还有其他方面的优势

一个是防水 为什么呢 因为金属触摸一个是要靠外界的压力

来产生微变形 从而产生电容的变化

一般的水渍 污渍或者灰尘对金属面板的

影响可以忽略不计 所以金属触摸本身

所以对水和陈旧有一个天然的排除

第二就是你的手靠近 或者外部的干扰的时候

其实对金属触摸的影响非常小

除了这两点 金属触摸中的外壳一般会接地

所以金属触摸一般对外界的RF的干扰

本身有很好的抑制性

所以外观的优势 包括它本身的一些

操作性的优势 所以金属触摸

有很多客户提出这样的一个需求

那这里TI有一个完整的针对金属触摸的方案

大家看到 左边是我们的EVM

是实现了八个触摸按键的

一个显示 同时八个按键是支持同时触摸的

同时按下1和2 我们是可以同时识别

右边是我们的终端客户用我们的芯片

做的终端的参考设计

有针对电梯 饮水机的

还有很多不同的终端应用都有做金属的设计

我们先来看看金属触摸的原理

以及设计过程有哪些要点需要注意

金属触摸 大家可以看到

右边的这样一个示意图

底层是我们的PCB

PCB上面会有一个检测的PAD

检测的PAD 然后左边和右边有一个检测的区

是我们的填充 填充上面就是我们的

跟用户交互的一个金属面板

当金属面板没有形变的时候 跟我们的PAD之间有一个电容

而这个电容可以用左下角这个公式

来做计量 可以很明显看到说

电容大小跟PAD的大小 就是这个A是成正相关

PAD跟顶部的金属的距离D

是有负相关 所以有外部的压力

让距离减少 从而导致电容的增加

而我们的触摸技术的高灵敏度

能对电容的变化有非常好的一个识别

所以这是针对金属设计的一个原理

看看 金属在结构设计方面

跟传统的触摸技术有何不同

左边是通常的触摸设计

左边 底层是PCB 上面是一些sensor pad

然后上面是一个玻璃或亚力克的覆盖

这是传统的一个触摸的设计

右边就是我们的金属触摸的设计了

这个金属设计 与左边不同的是

它这边有一个填充区间 有填充物

而填充物中间的PAD会单独出来 上面盖一个金属触摸

由于金属触摸在触摸的时候是有一定的力度的

为了防止力度过大 导致你的形变不可恢复

所以对金属的厚度一般是有要求

一般是建议大于0.4个毫米的厚度

另外很重要的就是 这边有两个按键

当你用力按右边的按键的时候 要保证左边的按键不受影响

这需要我们的填充以及底部的PCB

有非常高的支撑力度

所以做金属触摸的时候 我们会有结构方面的要求

我们要求用户能够非常

牢固的把我们的PCB板固定住

不会因为外接的触摸导致PCB的移位和挪动

另外针对填充物的硬度以及中间的隔离

我们希望能牢牢固定住 比如在中间区

我们加上螺钉这样一个固定

能够把金属面板跟我们的PC填充

牢固的固定

所以金属面板的结构的一个设计

针对金属触摸 我们网上已经发布了一个应用文档

它是从金属触摸从原理到要考虑的要点

到实际的设计 都有非常详细的描述

大家感兴趣 可以在ti.com下载相关的资料

如果在设计过程中 看完资料还有疑问的话呢

欢迎大家到我们的e2e的工程师社区中提问

我们会有专家个大家在24小时内回复

说完了我们的抗干扰和多样的设计外

还有一个很重要的点 就是功耗

随着电池供电设备和物联网应用的越来越多

大家对功耗的要求也越来越高 针对我们的触摸芯片

我们可以自豪的说 我们的功耗比竞争对手的

方案低很多很多的 低九十个百分点

我们如果只扫描四个按键

然后保持CPU在休眠状态下 可以保证0.9个微安

这是一个非常令人兴奋的数值 就是不到一个微安

对这样的一个功耗 我们的设计里面有哪些

特性能做到这样低的功耗 大家可以看看

左边的流程图

流程图有两个颜色 一个是黄色

代表现在的MCU是处于一个活跃的状态

另外一个是灰色 代表我的MCU在休眠

大家知道 MCU在工作 一般是百微安级的一个功耗

所以MCU的休眠或活跃的模式

对功耗的影响很大 那么我们看看

一般来说 在MCU运行的瞬间

没有按键的时候 MCU会进入一个低功耗

低功耗的时候 可能很多的竞争对手的方案

单芯片需要MCU控制的方案

这时候是不能工作了 而我们的CapTIvate在MCU

休眠的情况下 我们可以独立于MCU进行工作

MCU休眠的时候 大家可以看到灰色的区域

我们的CapTIvate的核还能够保持测量

以及对测量的结果做一个处理

这个处理可以是简单的处理 也可以是加入抗干扰性能的处理

处理完之后 如果发现电容的变化值达到阈值的情况下

这个时候把MCU唤醒

让它来做事件的处理

这里的核心是我们的CapTIvate技术是可以完全独立于

MCU部分进行触摸的一个测量

以及数据的一个处理

所以这是一个很重要的一个点 也是基于这样的技术

我们在单纽扣电池能够保持工作15年的一个周期

第二点就是关于我们的铁电

我相信关心TI的触摸技术的工程师都知道铁电的技术

如果你之前没有关注铁电 但现在对数据存储或功耗

有要求 那你可以来网站上看看铁电的系列

铁电这样的存储介质 相比于FLASH

有独特的优势

首先不需要高压操作 它能在3.3伏的情况下

直接进行操作 所以说

低压操作 第二写的时候 可以单独写

所以不需要单芯片的插入后写

同时 它写入和擦除的速度

非常快 功耗低 基于铁电的优势

我们的芯片将铁电和CapTIvate的优势结合起来

从而形成了我们业界功耗最低的解决方案

除了功耗 另外一个是精度

前面我也在后台回复大家 关于精度

首先我们能检测到非常低的电容变化

可能这里能看到一个单位啊 可能大家都不是很熟悉

因为之前根本没有接触过

我可以跟大家说说皮法这个单位

一个皮法是10的负12次方法

而这个单位是10的负13次皮法

从这个角度 大家可以想象我们的这个检测

能检测到的电容变化的精度很高

基于这样高精度的电容检测 有两个好处

一个是能够做到很好的灵敏度的检测

比如做3D 做接近感应

通过一个大的PAD 有更高的精度 能够做到更高的高度

能做到一个更远的接近的距离

第二是因为高精度能够识别一个手势的变化

手术识别 这个手势识别不是你手指的变化

而是左右上下 这样的手势识别其实是针对一些

唤醒还有调音量的应用就很合适

另外当你做轮滑的设计的时候呢

高精度的解决方案能够帮你实现高精度的轮滑

左边是我们针对轮滑的参考设计

参考设计的资料 你可以在TI官网获取它的PCB

以及相关的设计文档

这是一个30厘米长的轮滑

在它上面 我们只需要4个PAD

就可以实现0.029里面的高精度测量

我们网上有视频 如果你去看视频的话 可以看到

在整个滑动的时候 它的一个检测的精度

非常高 不会抖

可以看到它从零一直平和的递增递增 不会有抖动的现象

第三 高精度对抗干扰性也是非常有优势的 为什么呢

因为在精度高的情况下 你可以将对应的阈值

提高到另外一个层面

不需要担心阈值提高之后 由于精度不够高

不能准确检测到触摸的一个影响

所以高精度的触摸的分辨率不仅仅能在

应用方面帮到你 也可以在抗干扰方面帮助到工程师

最后一个是关于高精度 我们有做一个60厘米

厚的玻璃 在很多的应用的业务场合里面

可能为了防水防尘隔绝

跟外部的干扰 你可能选择这样厚的玻璃做一个隔离

我们能够支持在厚玻璃的情况下的按键的检测

最后重要的一点 有没有开发板

我用起来是不是需要自己画板子 方不方便

TI是提供了非常全面的开发套件

左边是我们开发2633的一个开发套件

这个开发套件 我们也是从用户的角度考虑

分析了不同的终端应用类型

有类似于电话的一个界面

有做接近检测的这样一个界面

在这个界面上 你可以做对应的接近距离啊

可以做检测手势的算法都行

同时我们做了一个简单的按键加轮滑的

以及旋转触摸的一个设计

而这边是把CapTIvate单独调试的一个调试器和下载器

单独出来 便于你开发好之后 做产线的生产

这样的一个开发板可以直接针对

长期的芯片进行一个消弱

所以这是CapTIvate的一个开发套件

除了标准的开发套件外

我们还有不同的针对应用的套件 包括前面提到的针对金属触摸的

这样的一个开发套件

这个现在有很多的应用 包括iPhone 7上面的按钮

震动的芯片 随着用户需求的增高

用户希望按键的时候有灯光

或者震动的反馈 也是针对用户的需求

我们TI也推出了CapTIvate加上我们的一颗

触摸震动的Haptics的芯片做了一个参考设计

这个芯片可以在你触摸的时候给你不同强度

不同的震动的反馈 也是如果你有相关的设计

你可以在官网查询我们的参考设计

我们刚才提到的 包括通用的CapTIvate的开发板

包括我们的金属触摸 包括我们震动加触摸的一个板子

所有的设计资料 设计文档 以及设计技巧

都能在ti.com的官网上下载

有了板子之外 用户很关心的另外一点就是

你的软件怎么样 我们是说两个层面

我们的软件是免费的 只要你注册了TI的会员

你就能免费使用TI的设计软件 这是第一点

第二是针对触摸的设计 触摸是针对不同的应用

它可能需要很多调试的工作

可能随着国内很多客户的设计时间非常短

所以如何快速完成这样的一个系统设计就很关键

TI是推出了一个CDC的叫做CapTIvate Design Center的软件

大家也能看到这个图啊 这个软件是能帮助你从一站式的设计

从参数的调整到最后量产的参数的校准

整个流程通过这个软件都能完成

这个软件是直接采用图形化的设计方式

直接把对应的芯片以及你想实现的终端的功能 比如触摸的

按键 或者是一个阶测检测

或者做旋转的一个判别

或者进度条的功能 你把终端的你需要的

触摸的应用场景拖到我们的软件里之后

你双击即可进行相应的L管脚

以及阈值 以及你是否需要抗干扰的功能的设计

同时你设定好之后 直接连接上我们的调试工具

就能够在这个软件上面做调试

你可以测试使用按键的时候 它的变化情况如何

当施加一些外部干扰 比如手握着或者其他干扰的时候

它的不同按键的情况

这种图形化的界面能够非常方便

让工程师进行调试以及参数的校准

当你把所有这些都开发好之后 你直接可以

将这个工程导入到CCS工程里边

进行后续的应用层的开发

就是针对你的产品的应用层的一个开发

而这个开发软件就是TI的CCS的软件

这个CCS7之后也是免费针对所有TI的会员开放的

所以我们从软件的设计到调试

都最终应用层软件的设计

我们一条龙的软件支持都是免费的

到这里 很快给大家总结一下CapTIvate技术的几个特点

第一是抗干扰性 我们有跳频 我们有滤波

以及防抖 扩频这样的算法层面的支持

能够很好的帮助你通过抗干扰性的测试

来实现抗干扰的一个设计

第二是我们的低功耗 多样性

能够实现多按键 但按键

以及轮滑不同进度的功能的实现

以及金属触摸 玻璃触摸 最后一个就是

从硬件的开发板到软件的一个工具

我们能够提供诊断式的一条龙的服务

这里的介绍也就到这里

下面有请我们的市场经理刁勇给大家介绍一下

我们芯片具体的一些情况

大家早上好 我是Louise

技术支持 其实触摸这个应用大家都不陌生

在很多生活产品中都有用到

触摸听起来很简单 你拿几个PCB的PAD

连到L口 去测量跟人体的一个电容就可以了

做过触摸产品的工程师朋友应该知道

其实触摸这个应用想做好不容易 就包括今天

今天很多问题都提到触摸方案如何在今天的抗干扰性

方面做得好 我的手是湿的

包括我的触摸环境中的RF噪声特别大

我的ESD要求很高 所以这种

从产品角度的一些触摸的要求

如何做到符合是很多工程师关心的一个点

今天给大家介绍TI的CapTIvate的触摸技术

TI在这方面有哪些独特之处能帮助工程师解决这个难题

首先是抗干扰性 我们可以看到针对

究竟通常的干扰有哪些

以及我们的产品能够达到如何的级别的要求

首先对抗干扰性 这边有一个EMC的认证

IEC61000-4 那个认证对触摸的以及RF的干扰

RF的抗干扰包括ESD EFT

都有做对应的要求

针对这个样的产品 有抗干扰的测试结果

分为class A B C

我们的方案是能保证怎样的一个级别呢

就是在10伏每米的EFT的测试中

产品能保证正常的工作

所以这其实是一个很好的抗干扰的性能了

如果从我们的芯片角度来看

我们的哪些特性能帮助这点呢

这里我做一个比喻 做触摸

不仅仅是芯片 个系统设计也有很大的相关

我想比喻 做汽车 如果你想汽车跑得快

那你可以从很多角度来做设计 那发动机

好的发动机是不是能够帮助你跑得更快呢

触摸也是这样的情况 如果我们的芯片

做设计的时候针对抗干扰性做了很多的考虑

把它用在我们芯片的技术里面

对工程师在系统设计方面就能更简单

CapTIvate是从以下几个方面 第一

硬件方面 硬件不是PCB的硬件

而芯片的硬件 我们的CapTIvate核里面

有跳频的技术 能够同时支持

四个不同的频率段

来对电容进行采样

比如你做EFT 或面对Off的干扰

你的干扰频段一般会集中在某个频段

而我是可以同时对四个频段采样

对采样结果做选取

做一个平均 可以把你的干扰的频段

噪音的频段消除掉 第二个是

过零的同步 是说

采样可以跟外部配合 通过一个L口

当你需要采样的时候 给我一个信号

从而启动触摸的一个检测

所硬件角度来看 这两个是能够帮助

工程师降低干扰 第二个从软件层面呢

软件层是我们已经做好的应用型软件

我们也是直接通过库的方式提供给大家

针对软件 我们的流程有一系列的算法 首先

我们可以支持过采样 大家可以看到

当你做电容检测的时候 尤其是EFT测试的时候

你可能在某个阶段上面有干扰 如果是说

我针对采样 将采样率提高到两倍

四倍 八倍 最高提高到十六倍

对应的你可以把这个干扰平均到这个区间里边

降低瞬间采样对你的结果的影响

这个特性针对EFT测试是很有帮助的

第二个测试就是debounce 做过硬件测试的都知道

防抖设计功能 那针对我们的CapTIvate

同样也有一个防抖设计 我可以选择

设计好阈值之后 只有你连续两次

或者三次达到我的阈值 检测的时候

我才把它判断为一个这样一个事件

所以这样的一个反抖的设计可以在rebounce方面提升系统

第三就是针对频率性的干扰 比如你做EST的测试

针对滤波 我们有一个内部的IIR的滤波的算法

这个算法能够将低频干扰 40 50 60赫兹的干扰

能够很有效的滤除

所以从应用层软件角度 我们从整个

从采样到结果 到把这个结果处理完

我们的流程方面 通过刚才说的过采样

防抖以及滤波能够实现

干扰的一个消除 第三部分是系统层面 这个层面

左图中我们通过了IEC61000-4的

这样认证的一个EVM

这个系统的设计有很多的 从接口

到PCB到PAD

到系统里面的一些保护的设计

都有详细的介绍 大家有兴趣可以在我们官网上搜索

CapTivate找到用户资料学习

刚才说的抗干扰性 更多的是从我们的芯片层面以及软件层面

另外就是应用时的干扰

用户刚才也有提问 比如我的手是湿的

或者我的工作环境很湿或者有很多灰尘

那么之前的方案 包括用户也有反馈

有误触发的情况 那针对这部分

我们有一个叫guard channel的设计

这个设计能很好的防止

比如触摸板上有水或者有灰尘

这样对我们的触摸的准确性的判断

最后就是我们的CapTivate技术对RF的一个示范

emission方面 也能降低emission的程度

我们来看看结果 这是针对于

IEC 61000-4的一个测试

左边是没有触摸的一个采样数据

是非常干净的数据

右边是我们的互感的一个触摸的

EVM在做EFT测试

这样的结果 大家可以看到这样的一个强干扰器对我们的数据

有非常大的影响 不仅仅是在触摸的瞬间

包括在不是触摸的时候 大家也会看到这样的尖峰

包括大于以及小于的一个干扰

针对这样的结果 我们处理之后的效果如何呢

大家可以看右边的图

底部红色的曲线就是我们的底部噪音

它是根据我们的背景的干扰情况

比如在触摸时有一个EFT的干扰

所以这里的背景干扰会相对比较强

所以这个背景干扰 我们的触摸有一个技术

第五点 动态的阈值调整技术

就是这个技术能够根据实际的环境的变化来

动态调整我是否产生触摸的一个阈值

我通过调整这个阈值从而降低对我的系统的影响

第二就是针对这个干扰 大家可以看到

有很多的噪音 我们有四个频率同时采样

采样后我们有几个算法 我们会选取两个

选取三个 进行采样结果的输出

把有噪音影响的段剪掉

所以针对这样一个多频率和扩频的算法

第一和第二点能高效把干扰滤除

所以 经过滤波后的曲线来说的话

跟实际的非常干净的曲线非常类似了

所以芯片的设计 芯片的哪些机制能够帮助

你消除干扰 可以很大的简化你的系统设计

第二就是湿度 手掌靠近的误触发

左边是EVM的一个图

右边是EVM的[听不清]

无论是有水沾在我们的触摸面板

或者你的手是湿的 或者你整个手掌触碰的情况下

我们有一个guard channel的设计

针对外部 我们画一个sensor pad

然后检测这个sensor pad 当我们检测

比如你的整个上面有水滴

有水滴溅到我们的触摸面板或者有很多灰尘的时候

我们有两个方法 一个是把所有的按键屏蔽

第二是将我的阈值调整

从而时间 即使你手湿 或者有灰尘

有灰尘粘在触摸板上 依旧能实现准确的判断

刚才讲到了抗干扰性 我们其实另外一

特点就是多样性

后台有很多客户提问 我们的芯片能够支持多少个按键

包括跟普通的MCU有何区北

首先 我们的触摸芯片是能够支持两种模式的

第一种 质感模式 简单的理解就是

如左图 简单的一个PAD

对应我们的touch的L口

所以针对PAD跟外部形成的电容来做一个检测

这个质感模式的精度可以更高

更适合高精度的 比如你做一个轮滑

比如一个旋转的轮滑检测

同时你要做触摸靠近的话

质感模式更合适 另外是互感模式

它需要两个PAD 一个发送 一个接收

通过检测这两个PAD之间的电容变化

来实现电容的检测

这个互感模式的优势是什么呢

它能够支持更多的按键

我们想象一下 八根横线

跟八个纵线相交能产生64个交点

对应的 我们通过把个TX 和八个RX

能够支持64个按键

所以互感模式能够支持更多的按键数目

所以根据系统的具体应用 我们可以灵活选择

质感和互动的模式 来满足系统对轮滑或者

按键的需求

关于多样性的一部分 就是我们能支持多少种介质

这边我们能支持金属触摸 大家看到

金属触摸在目前市场上有很多产品在使用

看起来很大气 同是一体式的设计

也会很美观 除了外观优势外呢

针对金属触摸 还有其他方面的优势

一个是防水 为什么呢 因为金属触摸一个是要靠外界的压力

来产生微变形 从而产生电容的变化

一般的水渍 污渍或者灰尘对金属面板的

影响可以忽略不计 所以金属触摸本身

所以对水和陈旧有一个天然的排除

第二就是你的手靠近 或者外部的干扰的时候

其实对金属触摸的影响非常小

除了这两点 金属触摸中的外壳一般会接地

所以金属触摸一般对外界的RF的干扰

本身有很好的抑制性

所以外观的优势 包括它本身的一些

操作性的优势 所以金属触摸

有很多客户提出这样的一个需求

那这里TI有一个完整的针对金属触摸的方案

大家看到 左边是我们的EVM

是实现了八个触摸按键的

一个显示 同时八个按键是支持同时触摸的

同时按下1和2 我们是可以同时识别

右边是我们的终端客户用我们的芯片

做的终端的参考设计

有针对电梯 饮水机的

还有很多不同的终端应用都有做金属的设计

我们先来看看金属触摸的原理

以及设计过程有哪些要点需要注意

金属触摸 大家可以看到

右边的这样一个示意图

底层是我们的PCB

PCB上面会有一个检测的PAD

检测的PAD 然后左边和右边有一个检测的区

是我们的填充 填充上面就是我们的

跟用户交互的一个金属面板

当金属面板没有形变的时候 跟我们的PAD之间有一个电容

而这个电容可以用左下角这个公式

来做计量 可以很明显看到说

电容大小跟PAD的大小 就是这个A是成正相关

PAD跟顶部的金属的距离D

是有负相关 所以有外部的压力

让距离减少 从而导致电容的增加

而我们的触摸技术的高灵敏度

能对电容的变化有非常好的一个识别

所以这是针对金属设计的一个原理

看看 金属在结构设计方面

跟传统的触摸技术有何不同

左边是通常的触摸设计

左边 底层是PCB 上面是一些sensor pad

然后上面是一个玻璃或亚力克的覆盖

这是传统的一个触摸的设计

右边就是我们的金属触摸的设计了

这个金属设计 与左边不同的是

它这边有一个填充区间 有填充物

而填充物中间的PAD会单独出来 上面盖一个金属触摸

由于金属触摸在触摸的时候是有一定的力度的

为了防止力度过大 导致你的形变不可恢复

所以对金属的厚度一般是有要求

一般是建议大于0.4个毫米的厚度

另外很重要的就是 这边有两个按键

当你用力按右边的按键的时候 要保证左边的按键不受影响

这需要我们的填充以及底部的PCB

有非常高的支撑力度

所以做金属触摸的时候 我们会有结构方面的要求

我们要求用户能够非常

牢固的把我们的PCB板固定住

不会因为外接的触摸导致PCB的移位和挪动

另外针对填充物的硬度以及中间的隔离

我们希望能牢牢固定住 比如在中间区

我们加上螺钉这样一个固定

能够把金属面板跟我们的PC填充

牢固的固定

所以金属面板的结构的一个设计

针对金属触摸 我们网上已经发布了一个应用文档

它是从金属触摸从原理到要考虑的要点

到实际的设计 都有非常详细的描述

大家感兴趣 可以在ti.com下载相关的资料

如果在设计过程中 看完资料还有疑问的话呢

欢迎大家到我们的e2e的工程师社区中提问

我们会有专家个大家在24小时内回复

说完了我们的抗干扰和多样的设计外

还有一个很重要的点 就是功耗

随着电池供电设备和物联网应用的越来越多

大家对功耗的要求也越来越高 针对我们的触摸芯片

我们可以自豪的说 我们的功耗比竞争对手的

方案低很多很多的 低九十个百分点

我们如果只扫描四个按键

然后保持CPU在休眠状态下 可以保证0.9个微安

这是一个非常令人兴奋的数值 就是不到一个微安

对这样的一个功耗 我们的设计里面有哪些

特性能做到这样低的功耗 大家可以看看

左边的流程图

流程图有两个颜色 一个是黄色

代表现在的MCU是处于一个活跃的状态

另外一个是灰色 代表我的MCU在休眠

大家知道 MCU在工作 一般是百微安级的一个功耗

所以MCU的休眠或活跃的模式

对功耗的影响很大 那么我们看看

一般来说 在MCU运行的瞬间

没有按键的时候 MCU会进入一个低功耗

低功耗的时候 可能很多的竞争对手的方案

单芯片需要MCU控制的方案

这时候是不能工作了 而我们的CapTIvate在MCU

休眠的情况下 我们可以独立于MCU进行工作

MCU休眠的时候 大家可以看到灰色的区域

我们的CapTIvate的核还能够保持测量

以及对测量的结果做一个处理

这个处理可以是简单的处理 也可以是加入抗干扰性能的处理

处理完之后 如果发现电容的变化值达到阈值的情况下

这个时候把MCU唤醒

让它来做事件的处理

这里的核心是我们的CapTIvate技术是可以完全独立于

MCU部分进行触摸的一个测量

以及数据的一个处理

所以这是一个很重要的一个点 也是基于这样的技术

我们在单纽扣电池能够保持工作15年的一个周期

第二点就是关于我们的铁电

我相信关心TI的触摸技术的工程师都知道铁电的技术

如果你之前没有关注铁电 但现在对数据存储或功耗

有要求 那你可以来网站上看看铁电的系列

铁电这样的存储介质 相比于FLASH

有独特的优势

首先不需要高压操作 它能在3.3伏的情况下

直接进行操作 所以说

低压操作 第二写的时候 可以单独写

所以不需要单芯片的插入后写

同时 它写入和擦除的速度

非常快 功耗低 基于铁电的优势

我们的芯片将铁电和CapTIvate的优势结合起来

从而形成了我们业界功耗最低的解决方案

除了功耗 另外一个是精度

前面我也在后台回复大家 关于精度

首先我们能检测到非常低的电容变化

可能这里能看到一个单位啊 可能大家都不是很熟悉

因为之前根本没有接触过

我可以跟大家说说皮法这个单位

一个皮法是10的负12次方法

而这个单位是10的负13次皮法

从这个角度 大家可以想象我们的这个检测

能检测到的电容变化的精度很高

基于这样高精度的电容检测 有两个好处

一个是能够做到很好的灵敏度的检测

比如做3D 做接近感应

通过一个大的PAD 有更高的精度 能够做到更高的高度

能做到一个更远的接近的距离

第二是因为高精度能够识别一个手势的变化

手术识别 这个手势识别不是你手指的变化

而是左右上下 这样的手势识别其实是针对一些

唤醒还有调音量的应用就很合适

另外当你做轮滑的设计的时候呢

高精度的解决方案能够帮你实现高精度的轮滑

左边是我们针对轮滑的参考设计

参考设计的资料 你可以在TI官网获取它的PCB

以及相关的设计文档

这是一个30厘米长的轮滑

在它上面 我们只需要4个PAD

就可以实现0.029里面的高精度测量

我们网上有视频 如果你去看视频的话 可以看到

在整个滑动的时候 它的一个检测的精度

非常高 不会抖

可以看到它从零一直平和的递增递增 不会有抖动的现象

第三 高精度对抗干扰性也是非常有优势的 为什么呢

因为在精度高的情况下 你可以将对应的阈值

提高到另外一个层面

不需要担心阈值提高之后 由于精度不够高

不能准确检测到触摸的一个影响

所以高精度的触摸的分辨率不仅仅能在

应用方面帮到你 也可以在抗干扰方面帮助到工程师

最后一个是关于高精度 我们有做一个60厘米

厚的玻璃 在很多的应用的业务场合里面

可能为了防水防尘隔绝

跟外部的干扰 你可能选择这样厚的玻璃做一个隔离

我们能够支持在厚玻璃的情况下的按键的检测

最后重要的一点 有没有开发板

我用起来是不是需要自己画板子 方不方便

TI是提供了非常全面的开发套件

左边是我们开发2633的一个开发套件

这个开发套件 我们也是从用户的角度考虑

分析了不同的终端应用类型

有类似于电话的一个界面

有做接近检测的这样一个界面

在这个界面上 你可以做对应的接近距离啊

可以做检测手势的算法都行

同时我们做了一个简单的按键加轮滑的

以及旋转触摸的一个设计

而这边是把CapTIvate单独调试的一个调试器和下载器

单独出来 便于你开发好之后 做产线的生产

这样的一个开发板可以直接针对

长期的芯片进行一个消弱

所以这是CapTIvate的一个开发套件

除了标准的开发套件外

我们还有不同的针对应用的套件 包括前面提到的针对金属触摸的

这样的一个开发套件

这个现在有很多的应用 包括iPhone 7上面的按钮

震动的芯片 随着用户需求的增高

用户希望按键的时候有灯光

或者震动的反馈 也是针对用户的需求

我们TI也推出了CapTIvate加上我们的一颗

触摸震动的Haptics的芯片做了一个参考设计

这个芯片可以在你触摸的时候给你不同强度

不同的震动的反馈 也是如果你有相关的设计

你可以在官网查询我们的参考设计

我们刚才提到的 包括通用的CapTIvate的开发板

包括我们的金属触摸 包括我们震动加触摸的一个板子

所有的设计资料 设计文档 以及设计技巧

都能在ti.com的官网上下载

有了板子之外 用户很关心的另外一点就是

你的软件怎么样 我们是说两个层面

我们的软件是免费的 只要你注册了TI的会员

你就能免费使用TI的设计软件 这是第一点

第二是针对触摸的设计 触摸是针对不同的应用

它可能需要很多调试的工作

可能随着国内很多客户的设计时间非常短

所以如何快速完成这样的一个系统设计就很关键

TI是推出了一个CDC的叫做CapTIvate Design Center的软件

大家也能看到这个图啊 这个软件是能帮助你从一站式的设计

从参数的调整到最后量产的参数的校准

整个流程通过这个软件都能完成

这个软件是直接采用图形化的设计方式

直接把对应的芯片以及你想实现的终端的功能 比如触摸的

按键 或者是一个阶测检测

或者做旋转的一个判别

或者进度条的功能 你把终端的你需要的

触摸的应用场景拖到我们的软件里之后

你双击即可进行相应的L管脚

以及阈值 以及你是否需要抗干扰的功能的设计

同时你设定好之后 直接连接上我们的调试工具

就能够在这个软件上面做调试

你可以测试使用按键的时候 它的变化情况如何

当施加一些外部干扰 比如手握着或者其他干扰的时候

它的不同按键的情况

这种图形化的界面能够非常方便

让工程师进行调试以及参数的校准

当你把所有这些都开发好之后 你直接可以

将这个工程导入到CCS工程里边

进行后续的应用层的开发

就是针对你的产品的应用层的一个开发

而这个开发软件就是TI的CCS的软件

这个CCS7之后也是免费针对所有TI的会员开放的

所以我们从软件的设计到调试

都最终应用层软件的设计

我们一条龙的软件支持都是免费的

到这里 很快给大家总结一下CapTIvate技术的几个特点

第一是抗干扰性 我们有跳频 我们有滤波

以及防抖 扩频这样的算法层面的支持

能够很好的帮助你通过抗干扰性的测试

来实现抗干扰的一个设计

第二是我们的低功耗 多样性

能够实现多按键 但按键

以及轮滑不同进度的功能的实现

以及金属触摸 玻璃触摸 最后一个就是

从硬件的开发板到软件的一个工具

我们能够提供诊断式的一条龙的服务

这里的介绍也就到这里

下面有请我们的市场经理刁勇给大家介绍一下

我们芯片具体的一些情况