电容式触摸技术的原理及优势

引言

自问世以来，电容式触摸技术凭借自身的极大优势，在消费类电子市场和家电市场大受欢迎。本篇，技术宅小为将带大家走进电容式触摸技术的世界。

电容式触摸技术的原理及优势

☆无机械传动机构，不会产生磨损，使用寿命长

☆机械按键替代，节省空间，使用方便

☆非接触式感应，不需要直接接触到金属，产品表面不需要开孔

☆在保证产品整体性的同时，让产品更加具有科技感和艺术感

电容式触摸技术的分类

根据电容感应原理不同，可以分为自电容感应技术和互电容感应技术。

自电容感应技术         

自电容是感应电极相对于设备地之间的电容。当手指触摸到感应电极的覆盖物时，整个系统的电容分布模型如下所示：

·手指和感应电极之间的电容Ctouch

·人体和大地之间的Cbody

·设备地和大地之间的Cp

·人体和设备地之间的电容Chp

·感应电极形成的寄生电容Cenv

☆模型分析：

标准的人体模型定义：

Cbody电容一般约在50pF ~100pF 

Ctouch电容一般在0.5pF~10pF 

Cp电容一般在1pF~100pF

Chp电容一般在1pF~ 

Cenv电容一般在5pF~ 200pF不等

☆手指到设备地总电容为：

Ctotal=≈Cenv+Ctouch

注：由于Cbody和Chp相对来说比较大（相对于Ctouch），触摸过程中手指和设备地之间的电容近似如公式所示，针对环境电容Cenv电容检测芯片一般会进行校准补偿，只检测Ctouch的电容变化。

互电容感应技术         

测量两个电极间的电容变化，包含发射极TX和接收电极RX，TX用来发射测试信号，RX用来接收感应信号。当手指触摸到感应电极的覆盖物时，整个系统的电容分布模型如下所示：

·TX和RX之间的互电容分为固定部分Cm0和可变部分Cm1和Cm2

·手指到Cm1和Cm2之间的电容Ct

·人体和大地之间的电容Cbody

·设备地和大地之间的电容Cp

·人体和设备地之间的电容Chp

当手指触摸到面板上Tx与Rx交互区域时，由于人体相当于设备地，经由可变电容Cm1和Cm2对电流进行分流，导致接收端RX接收的电流将变小，等效为互电容减小。

水分对电容影响分析

针对自电容感应技术，当水分附着到感应块上的覆盖物上时，水分会和感应电极形成CWT电容，同时水分会和设备地之间形成CWG电容，由于水分相对于人体表面积要小很多，所以水分和大地之间的电容非常小，CWT和CWp串联之后形成的电容，将会被系统感知。所以水分影响电容变化的方向跟人体按压的时候方向一致，增加自容原理处理水分的难度。电容分布模型如下所示：

自容干手触摸

自容湿手触摸

针对互电容感应技术，当水分附着到感应块上的覆盖物上时，水分会和TX形成CWT，会和RX形成CWR，CWT和Cm1并联，CWR和Cm2并联，并联后的这两个电容串联后跨接在TX和RX之间，所以水分影响电容变化方向跟人体方向相反导致互电容变大，因为存在这种差异，所以互容感应技术从原理上具有较好的防水性。电容分布模型如下所示：

互容干手触摸

互容湿手触摸

自电容感应技术和互电容感应技术小结

艾为触摸检测芯片

面对电容式触摸技术的火热潮流，艾为也推出了相应的解决方案并已成功应用至多种电子设备或智能场景中，应用面覆盖耳机入耳滑动、手表/手环按键滑动、容式侧键、手机游戏肩键、接近感应、电梯非接触式按键等。

其中，比较典型的方案包括艾为触摸检测芯片在红魔7系列游戏手机中的应用。

在艾为与红魔联合研发的国产游戏芯片“红芯1号”中，艾为双独立高性能触控IC搭配专门与之匹配的“大禹算法”，让红魔7系列的双独立超感触控肩键为广大游戏玩家带来全新的指尖触控体验。

由于结构限制需要采用自容的方式设计，这种基于自容原理设计的游戏肩键搭配“大禹算法”，在防水性能上大大提升，让游戏玩家无惧手汗，智能防误操作，玩得更畅快！

此外，科大讯飞AI翻译笔P20和P20 Plus也采用了艾为触摸检测芯片的拳头产品——高性能Cap Sensor。科大讯飞AI翻译笔原创设计了智能快捷键，支持触摸亮屏、滑动滚屏、双击复读或收藏(可自定义)等操作，可实现单手快捷操作，更加智能易用。

在互电容感应技术方面，艾为也在不断创新中，未来将有众多应用陆续面市，敬请期待！

审核编辑 ：李倩