硬件小课堂|复旦微TSI电容式触摸感应

人类从孩童到白发苍苍，触摸着世界，感受着世界。现如今，许多电子设备具备Touch功能与其进行交互，让木讷的电子设备也能感受到人类的温度。

复旦微电子集团股份有限公司深耕集成电路产业，其MCU团队推出的FM33FR0xx系列MCU产品带有的TSI电容触摸功能，在智能家电、智能家居、智慧能源等方面具有良好的应用。

FM33FR0xx系列的TSI电容触摸功能最大支持14个独立按键通道 (可任意配置为接近检测通道)；具有高电容检测灵敏度；支持Baseline调校来补偿外界对于电容的影响；具有防水功能和低功耗检测；TSI不仅支持Button、Slider传统触摸方式，还支持接近感应。

触摸检测原理

现如今Touch技术主要分为自容式和互容式，此外还有自互容一体的。

以自容式为例：

（A）
 

（B）

图1. 自电容触摸原理图

自电容按键连接到电容传感器PAD的单个电极测得电容量为C。C值是由电极及其周围导体形成的静态电容Cs和手指与电极产生的Cf的复合值。

由图1可知，当传感器 PAD处于未被触摸状态的时候，传感器 PAD 和走线的电场仅能耦合到网格铺地上，形成传感器的静态电容Cs。在有手指触摸的情况下，传感器 PAD 和手指之间就通过覆盖层形成了一个对地的电容Cf，这使得传感器 PAD 的电容值变大。因此，TSI 模块通过检测传感器的电容值的变化，可以检测到触摸行为。为了使触摸传感电路更好地工作一般需要在电极上方增加一层覆盖层，厚度可以为1-5毫米，如图1所示。

TSI检测电路

图2. TSI内部检测电路原理图

TSI模块首先需要通过采样时钟对内部的开关施加FSW的开关信号，用于驱动传感器等效电容Cp进行充放电 (注意，FSW的开关频率至少保证电容是满充满放)。

充放电的电源来源于CREF，如图2所示。为将CREF的电压始终稳定在一个固定的参考电压上，电压比较电路通过采样CREF的电压对IDAC进行闭环控制，如图2 所示。

CP每次进行满充和满放，等于从储能电容CREF取走一个CP的电荷量。从这个角度看，可以将传感器电路和充放电路看作等效电阻Req，进行对地放电，如图3所示。电容的变化就可以看作电流的变化。

图3、触摸等效电路图

利用Sigma-Delta方法在周期内扫描一个通道，计算IDAC打开的时间占据周期时间的比例，该比例与电容量成一次关系。TSI软件库可衡量这个比例值来检测触摸。

TSI Tuner 软件工具

复旦微电MCU团队致力于为客户提供优质服务。团队开发的TSI Tuner工具旨在为用户能够快速建立触摸应用原型设计，并且可进行参数调整满足客户需求。