隨著電容式觸控感測器在人機互動設計中應用越來越多，瞭解電容式觸控感測器的原理、懂得如何選型、精於設計應用，是十分必要的事。本文介紹了採用Driven Shield技術，在電容觸控感測器應用設計中，規避水珠誤觸發干擾的解決方案，同時對電容式觸控感測器系統設計，以及零組件選型應用中的一些小技巧予以詳細說明。
針對人機介面(Human Interface)功能的中階等級感測器產品，若碰到觸控面板上面有水漬，接著觸控按鍵好像就失靈了一樣，各種不聽使喚的狀況頻頻出現，將嚴重影響使用者體驗。
有效避免水珠引起誤觸發
如圖1，觸控感測的部分是用PCB板製作的，當表面殘留水珠的區域橫跨兩個電極的時候，就會造成這兩個電極短路，進而導致誤觸發。
圖1 當觸控感測表面殘留水珠的區域橫跨兩個電極時，就會造成短路而致誤觸發。
想要解決這個誤觸發的問題，可以採用Driven Shield技術。簡而言之，該技術就是在電極和電極之間增加遮罩層，並且主動給遮罩層加電壓，使得感測器在掃描其他按鍵的時候，遮罩遮住的電壓和電極上的電壓一致，這樣就可以大幅減少水珠對觸控按鍵的影響(圖2)。
圖2 Driven Shield技術可降低水珠對於觸控按鍵的影響。
使用Driven Shield技術是否能夠有效解決水珠誤觸發的問題？接下來檢視表1中的結果比對。
可以看到，增加了Driven Shield之後，水珠對於觸控的影響明顯減小了。Driven Shield解決方案幾乎沒有什麼缺點，但是該技術也有局限性—其僅對自電容測量方式有效。
測量方式選擇：自電容/互電容
對於電容式觸控感測器測量方式，主要有兩種：自電容與互電容，這兩種方式各有其優缺點(表2)。
自電容測量的是極對地的電容變化，戴厚手套也可以操作，支援接近感應，並且支援Driven Shield設計，但每個感測器需要占用一個接腳，效率不高；互電容測量的是電極之間的電容變化，每行和列一個接腳，支援多個按鍵的應用場景。如果要求多個按鍵的場景，通常選擇使用互電容這種方式；如果對於接近感應有要求，往往使用自電容比較多。
電容式觸控感測設計改善人機互動體驗
電容式觸控感測器應用設計，主要可以分成三個部分：微控制器(MCU)、檢測電路、觸控感測器。以下將分別介紹。
MCU
有些MCU內建觸控感測器檢測功能，不用額外的周邊，直接可以檢測電容式觸控感測器。如圖3，充電和檢測電路之間共用電荷，之後再進行訊號處理。
圖3 有些MCU內建直接檢測電容式觸控感測器的功能。
電容式觸控感測器檢測電路
設計者當然也可以使用專門的電容式觸控感測器晶片，如有些專用晶片便整合Driven Shield功能。圖4是最簡單的應用，只需一個感測器加一個Driven Shield遮罩層，就可實現單點觸控。
圖4 將單一感測器搭配Driven Shield遮罩層，便可實現單點觸控。
觸控感測器
除了選擇電容式觸控感測器外，也可自行在PCB板上設計(圖5)。
圖5 除了在相關網站選擇電容式觸控感測器外，也可在PCB板上自行設計。
人們的生活越來越離不開電子設備，設備的人機互動介面也變得越來越重要，好的互動設計會大幅增進用戶的體驗。隨著電容式觸控感測器在人機互動設計中的應用越來越多，瞭解電容式觸控感測器的原理，懂得如何選型，精於設計應用，就會讓自身的產品脫穎而出。
(本文作者任職於Digi-Key)