QMatrix TM E6S3 32-KEY MATRIX EVAL BOARD：电容式按键感应的创新解决方案

在电子设备设计中，按键感应技术至关重要。QMatrix TM E6S3 32 - KEY MATRIX EVAL BOARD 作为一款先进的评估板，为电容式按键感应带来了新的突破。今天，我们就来深入了解这款评估板的特点、使用方法和技术原理。

文件下载：E6S3.pdf

一、评估板的基本设置与操作

1. 安装矩阵电路

将 'Schurter flex - matrix' 贴在介电表面，比如附带的透明塑料面板上。小心地揭下背纸，将柔性电路“滚动”到塑料面板上，并边操作边按压，防止形成气泡。同时，要特别注意不要对矩阵尾部带状电缆连接器施加过大压力，以免损坏银墨轨道。

2. 连接电路

把 'Schurter' 电路尾部插入评估板，注意电缆和评估板的引脚 1 极性。

3. 抬高面板

使用橡胶脚垫或在角落、边缘放置物品，将组装好的面板塑料面朝上抬高 0.5cm 或更多。避免在键盘区域下方放置任何可能接触到它的东西。

4. 连接电源

将 9V 电池夹（或其他 8 - 12V 直流电源）连接到 2 端子螺丝块。

5. 连接串口

使用附带的 RS232 串行扩展电缆，将 E6S3 板连接到 PC 上的开放串行通信端口，如 Com1 或 Com2。

6. 启动软件与校准

在 PC 上启动 QmBtn 软件，用新的 9V 电池或 8 - 12V 直流电源为评估板供电。校准过程中，其中一个 LED 会短暂亮起，通常只需不到一秒。校准期间不要触摸按键，否则可能导致校准点不准确（若发生这种情况，QT60320 IC 会在 10 秒后自动纠正错误）。

7. 正常运行

LED 熄灭后，评估板开始正常运行。如果 E6S3 设置正确，当通过面板触摸按键时，LED 会闪烁，QmBtn 软件会显示当前触摸的按键。软件还会用 'X' 标记最后触摸的按键。

二、E6S3 技术特点

1. 电荷转移机制

E6S3 采用 2 电极电荷转移机制，与 Quantum 的单电极感应系统不同。它类似于传统扫描键盘，一组驱动线产生用于寻址按键的信号，另一组线用于“读出”按键信号。在每个驱动线和读线的交叉点存在一个“按键”，由交错或相邻的电极组构成，其间耦合着微小电场。

2. 信号处理创新

E6S3 的革命性在于其“前端”信号感应方式和后续的数字信号处理。它使用“虚拟接地”电荷检测器测量每个按键电极上转移的电荷量，而不是关注接收电压幅度或衰减常数。同时，应用电荷抵消方法增加动态范围，允许矩阵内的按键具有不同的尺寸和形状。

3. 宽动态范围数字技术

E6S3 使用宽动态范围数字技术，具有内在稳定性，不依赖射频或高增益电路。驱动信号是数字脉冲，接收电路使用简单的模拟开关和低成本 CMOS 运算放大器。

4. 自适应信号处理算法

内置算法提供“高生存能力”自适应信号处理，包括漂移补偿、最大导通时间、中值滤波、扩频采集、可变突发长度和数字控制可变阈值等功能，解决了电容式感应常见的问题。

5. 独特的传感技术

• 门控求和结电荷采样：每个按键通过求和结电荷检测器进行感应，该检测器在矩阵驱动信号的上升沿附近进行窄采样，有效抑制了水膜信号。
• 低阻抗传感：电荷接收器是低阻抗“求和结”，有助于减少外部射频干扰和表面污染的影响。
• 单个按键校准：每个按键在通电时独立自动校准，无需担心按键尺寸、形状、覆盖材料厚度或类型，也无需考虑按键的布线或走线长度。
• N - 键翻转：可以同时感应任意组合的按键，易于实现“Shift”或“Interlock”功能。
• 自动漂移补偿：能够补偿因湿度、热漂移等引起的信号变化，同时保持触摸检测能力。
• 卡键恢复：如果某个按键持续检测 10 秒，E6S3 会自动重新校准，然后继续正常感应。
• 可变突发长度：每个按键有自己的突发长度设置，可根据需要调整按键的灵敏度。
• 可变阈值：每个按键有自己的阈值水平，可单独更改并编程到内部 e2prom 中，与突发长度参数配合实现精细调整。
• 共识噪声滤波：每个按键结果采样 5 次，确定信号的共识结果，有效减少电气干扰引起的误检测。

三、QmBtn 软件使用

1. 软件安装

将文件传输到 PC 硬盘的指定子目录进行安装，可在桌面或文件夹中创建 QmBtn.exe 文件的快捷方式。确保使用的通信端口没有与鼠标驱动、传真软件、其他调制解调器程序和 TSR 等冲突。

2. 操作步骤

• 给评估板通电，启动 QmBtn 软件，等待其定位并与开关矩阵通信，识别矩阵后会显示“Capacitive Matrix Switch”。
• 选择“Settings | Button Settings...”查看特定按键的增益和灵敏度设置，可逐键更改这些设置。
• 点击查看器窗口中的特定矩阵按钮或滑块，可在“Gain & Sensitivity (G&S)”对话框中查看该按键的设置，点击不同按钮时，对话框顶部的“Key Coordinate”文本和 G&S 数字会更新。
• 更改特定按键的 G&S 设置时，可直接在 G&S 编辑框中输入新值或使用小滚动按钮。新设置会在短暂延迟后上传到 E6S3 板，QT60320 会在任何一个按键的增益重新编程后完全重新校准所有按键。
• 更改按键的灵敏度（阈值水平）时，新设置立即生效并存储到 E6S2 的 eeprom 中，无需重新校准，校准 LED 不会亮起。
• “Apply to All”按钮可将 G&S 设置应用到 E6S3 上的所有按钮，之后可单独调整其他按键的 G&S。
• 使用“File | Save”和“File | Save As”选项可将所有按键组合的 G&S 设置保存到磁盘，“File | Open”可检索这些设置并自动下载到当前连接的 E6S3 板。

3. 增益和阈值的关系

增益控制每个突发中的电荷转移周期数，范围从 4 到 255，通常使用范围为 10 到 40。增益值乘以 2 得到突发长度，较大的增益值使按键更灵敏。阈值与检测所需的信号强度计数有关，阈值越高，灵敏度越低。增益和阈值相互作用，调整其中一个参数会影响按键的灵敏度。在“漂移”环境中，可适当降低增益并降低阈值来补偿按键灵敏度。

四、串行协议

E6S3 使用板载 MAX232 类型 RS232 驱动器，采用软件握手方式，没有其他输出。它通过轮询方式响应主机的“Evoke Codes”，波特率为 9600，无校验位，数据长度为 8 位，停止位为 1 位。不同的命令有不同的功能，如获取按键状态、设备识别、错误报告、数据报告、设置报告和写入等。

五、总结

QMatrix TM E6S3 32 - KEY MATRIX EVAL BOARD 在电容式按键感应技术方面具有显著优势。其先进的技术特点和灵活的软件设置，为电子工程师提供了一个强大的工具，可用于设计各种具有电容式按键的电子设备。在实际应用中，工程师可以根据具体需求，充分利用 E6S3 的各项功能，实现高效、稳定的按键感应解决方案。你在使用类似评估板时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。