ZHCA934A August   2018  – March 2019 MSP430FR2512 , MSP430FR2522 , MSP430FR2532 , MSP430FR2533 , MSP430FR2632 , MSP430FR2633

 

  1.   电容式触控应用中的灵敏度、SNR 和设计裕度
    1.     商标
    2. 1 概述
      1. 1.1 设计目标
        1. 1.1.1 可靠性
        2. 1.1.2 稳健性
      2. 1.2 设计人员面临的两难问题
    3. 2 建议开发人员执行的操作
      1. 2.1 执行 SNR 和设计裕度测试
    4. 3 术语
      1. 3.1 信号 (S)
      2. 3.2 噪声 (N)
      3. 3.3 阈值(灵敏度)(Th)
      4. 3.4 设计裕度
        1. 3.4.1 虚假检测裕度 (Min)
        2. 3.4.2 检测裕度 (Mout)
      5. 3.5 信噪比 (SNR)
      6. 3.6 建议
    5. 4 CapTIvate 器件性能
      1. 4.1 最小建议值
      2. 4.2 CapTIvate 器件 SNR
    6. 5 解读结果
      1. 5.1 解读建议
      2. 5.2 检查其他结果
    7. 6 术语的应用
      1. 6.1 使用 7.5 mm 镀层时的计数和变化百分比分析,建议 = 较差
      2. 6.2 使用 1.5 mm 镀层时的计数和变化百分比分析,建议 = 合理
      3. 6.3 计数和变化百分比分析(1.5 mm 镀层与 7.5 mm 镀层)
      4. 6.4 后处理和采样率的影响
    8. 7 总结
  2.   修订历史记录

使用 7.5 mm 镀层时的计数和变化百分比分析,建议 = 较差

由于电容式触控感应流程涉及到电容随时间的变化,因此电容式触控软件必须维持一个代表非触控电容的参考值。此参考值是一个缓慢变化的平均值,被称为长期平均值 (long-term average, LTA)。每个新样本都会与这个变化的平均值进行比较,以确定是否存在触摸。Figure 10 显示了当发生触摸并随即解除触摸时,具有 7.5 mm 镀层的测试硬件的计数和长期平均值。请注意,计数值(转换结果)会从大约 1410 的长期平均值降至大约 1264(大约 146 个计数的变化)。这次的特殊测量中还存在一些噪声。

D002_SLAA843.gifFigure 10. 使用 7.5 mm 镀层时的计数分析

要为此数据集确定信号“S”和噪声“N”参数,必须将计数和 LTA 值转换为电容变化百分比形式。之所以需要这样做,是因为 CapTIvate 模拟前端具有可编程的偏移功能,能够放大电容的细微变化。由触摸导致计数从 1410 变为 1264 意味着计数发生了 -10% 的变化。但这一变化并不是电容的变化。计数的变化看起来大于电容的变化,这是因为在转换时应用了偏移,以去除电极的部分寄生电容 (Cp) 的影响。Equation 9 显示了计数与变化百分比之间的关系。

Equation 9. C x = Conversion_Gain Count - Conversion_Gain LTA   ×100 %

在这个公式中,Conversion_Gain 参数值取自于 CapTIvate 设计中心,LTA 和计数取自于数据集。通过对上一个示例中的 LTA 和计数值应用此公式,得出了Figure 11 中的结果。

示例:电容的信号变化百分比 = [(100/1264) - (100/1410)] × 100% = 0.82%。请注意,计数减少表示电容增大,因此触摸所导致的变化方向会出现反转。

D001_SLAA843.gifFigure 11. 使用 7.5 mm 镀层时的变化百分比分析

Figure 11 中应用了Equation 9,明确说明了电极的电容如何随着触摸而变化。在此图中可以看出,触摸导致电容发生了 0.82% 的平均变化。还应注意,在该示例中,触摸方向的噪声水平高达 0.12%。这两个值分别提供了信号“S”和噪声“N”。现在可以为该示例计算 SNR。

Equation 10. SNR = S N = 0 .82 % 0 .12 % =6 .8 :1

得出了“S”、”N”和 SNR 之后,现在可以设置检测阈值并分析设计裕度。设计裕度可提供比 SNR 更丰富的电容式触控 应用信息,因为它表明最高噪声水平与检测阈值之间的裕度。这样就可以深入了解虚假检测风险。除了 SNR 以外还需要考虑这一因素的原因是,如果由于某种原因将检测阈值设置为一个小于正常值的值,则 SNR 不会变化,但虚假检测风险会发生变化(因为本底噪声与检测阈值之间的差异变得更小了)。

Figure 11 表明阈值 (Th) = 0.5%。根据Table 4,0°C 工作温度下的最小建议阈值是 0.9%。这意味着如果将该示例设计为在低至 0°C 的温度下运行,则 SNR 分析工具会给出“较差”的建议。

Equation 11 计算了该示例中的 Min。在该示例中,0.38% 的 Min 也低于Table 4 中所示的最小建议裕度(输入)0.83%。这意味着如果将该示例设计为在低至 0°C 的温度下运行,则 SNR 分析工具会给出“较差”的建议。

Equation 11. M in = Th - N =0 .5 % -0 .12 % =0 .38 %

Equation 12 计算了计数。这是触摸期间的最低变化百分比与检测阈值之间的差异。

Equation 12. M out = S low - Th =0 .73 % -0 .50 % =0 .23 %