采用电容触摸控制器芯片LDS6204实现防水汽电容触摸设计

引言

众所周知，水是生命之源，无处不在，但是对触摸应用工程师来说，水却是一大麻烦—因为水滴会提供与手指触摸相似的输入，引起电容触摸感应问题，造成误动作或“伪触摸”。因此，电容触摸方案的可靠性设计除了要考虑抗电磁干扰方面的设计，还必须考虑防水设计。这一点在一些本身工作在有水环境的触摸产品表现得更为明显，如热水器、洗衣机、加湿器、豆浆机等。电容触摸通常有三种形态的水需要防护：水淹、水滴和水汽，其中水汽防护最复杂。这是因为水汽能够进入产品内部电路空间，除了触摸板，还会在触摸芯片的传感器I/O上形成水滴，导致触摸操作出错。此外，水汽与水淹和水滴相比拥有较高的温度，如果基准更新速度慢于温度变化速度，可导致电容基准无效。鉴于水汽防护要比水淹和水滴复杂，所以本文将只介绍如何基于IDT的LDS6204 IC实现防水汽电容触摸方案设计。

LDS6204介绍

LDS6204是IDT公司的一款电容触摸控制器ASIC。如框图1所示，LDS6204芯片主要由电容数字转换器（CDC）、算法控制逻辑与数据寄存器电路、自动环境校准引擎、I2C接口电路、shield激励信号发生电路等组成。自动环境校准引擎是用来确保触摸基准准确跟随外部环境的变化而更新，如水、温度等。Shield信号可以在PCB（印制电路板）布线期间进行铺铜处理，提高触摸传感器抗环境干扰的能力。数据寄存器是用户对LDS6204芯片进行各种优化操作、设置的接口。由于LDS6204芯片采用简单的流水线设计，系统设计人员只需要简短的时间学习通过I2C读/写操作配置LDS6204 IC的内部寄存器，以激活传感器、感应水平和设置其他控制寄存器，从而优化触摸操作。

硬件设计

如图2所示，典型的LDS6204防水汽电容触摸方案的硬件设计分为三部分：电源滤波及硬件复位电路，I2C接口电路，C0～C7组成的传感器输入电路。图中C7利用IC引脚直接作为防水保护传感器，因此在硬件电路设计时只需悬空即可。当大量水汽进入到内部电路板时，水汽有可能在传感I/O引脚周围凝结成水珠或水淹，触摸传感器C0~C5就有可能误触发。但是当使用了C7作为保护传感器后，就可以避免这一现象。这是因为当大面积水淹触发C0~C5时也会触发C7保护传感器，由于保护传感器比普通传感器的优先权高，所以当C7触发时，自动屏蔽其它触摸功能传感器。所以用户只需对保护传感器选择寄存器和被保护的传感器寄存器，在LDS6204初始化时进行相应的配置，即可实现上述保护传感器的功能设计。

软件设计

LDS6204应用软件设计主要由两部分组成：寄存器上电初始化配置，通过I2C进行键状态寄存读取并根据系统说明进行键码处理。寄存器上电初始化配置通常由触摸基本功能配置寄存器值和触摸效果寄存器值的初始化两部分组成。由于芯片供应商一般都会给用户提供触摸基本功能寄存器的参考设置值，因此，本文在接下来的部分将主要描述触摸效果寄存器的调试与配置。

A. 正确配置保护传感器使能寄存器0x7C和被保护的传感器使能寄存器0x7E的值，实现之前提到的水汽防护功能。两种寄存器的位［0..7］代表C0～C7传感器通道选择。例如，如果你想使用上述典型参考电路图中的C7被作为保护传感器，寄存器0x7C可设为0x80;如果当保护传感器C7被激活时想让C0～C5都做防水汽保护，寄存器0x7E可设为0x3F。

B. 优化配置每个传感器通道的触摸门限、噪声门限、环境校准门限。这些门限通常按照如下方法进行配置。

触摸门限=手指触摸差值*60%。

噪声门限=手指触摸差值*15%。

环境校准门限=手指触摸差值*40%。

手指触摸差值=手指触摸时的电容值-基准值。

结论

采用上述设计的电容触摸方案，经专业EMC（电磁兼容）设备测试，可以通过±4kV群脉冲，70℃/90%湿度以上的水雾水汽测试，因此性能可靠，可广泛应用于热水器、加湿器、电熨斗、豆浆机、电饭煲等高温高湿工作环境的家电产品。

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