電容式感應(yīng)技術(shù)可以檢測(cè)外部目標(biāo)（待測(cè)物體）對(duì)傳感器電極電場(chǎng)造成的失真。傳感器電極通常是一種導(dǎo)電結(jié)構(gòu)（如銅板），可將電場(chǎng)輻射到目標(biāo)上，從而在傳感器電極和目標(biāo)之間形成互電容。電容式傳感器器件（在本例中為 FDC1004）可檢測(cè)電容變化，并提供反映新電容值的輸出數(shù)據(jù)。

圖 4-14 展示了電容式感應(yīng)如何用于接近檢測(cè)、液位檢測(cè)和材料檢測(cè)。在接近檢測(cè)（本應(yīng)用手冊(cè)將側(cè)重于此應(yīng)用）中，接地的導(dǎo)電物體（如左圖中所示的手指）實(shí)際上是一個(gè)接地平面，并與傳感器形成互電容。當(dāng)手指朝著傳感器移動(dòng)或遠(yuǎn)離傳感器時(shí)，電容會(huì)發(fā)生變化，隨后電容式感應(yīng)器件便會(huì)檢測(cè)到這一變化情況。在液位檢測(cè)中，傳感器和目標(biāo)（液體）的位置是固定的，液位的變化會(huì)導(dǎo)致傳感器或液體電容發(fā)生變化，而這一變化便可通過(guò)器件檢測(cè)到。在材料檢測(cè)中，傳感器和目標(biāo)可以有固定的尺寸和位置，傳感器或目標(biāo)電容可以通過(guò)目標(biāo)材料的介電常數(shù) (ε_t = ε_rε_o) 和對(duì)電容的影響來(lái)幫助區(qū)分不同的材料。更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 FDC1004：電容式感應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用。

圖 4-14 電容式感測(cè)應(yīng)用

電容式感應(yīng)面臨的兩個(gè)挑戰(zhàn)是來(lái)自附近物體的干擾和周?chē)h(huán)境中的電磁 (EM) 能量。兩者都可以通過(guò)良好的機(jī)械設(shè)計(jì)和使用有源屏蔽 來(lái)管理。與接地屏蔽相比，有源屏蔽的優(yōu)勢(shì)在于可以放置在靠近傳感器的位置以充分提供保護(hù)，而不會(huì)給傳感器帶來(lái)不利負(fù)載，也不會(huì)影響目標(biāo)電容的測(cè)量。與根據(jù)定義保持在零電壓的接地屏蔽不同，有源屏蔽采用與傳感器相同的波形進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此傳感器電極和有源屏蔽之間沒(méi)有電壓差。傳感器波形和屏蔽波形之間的零電壓差將避免附近的屏蔽給傳感器帶來(lái)負(fù)載。屏蔽驅(qū)動(dòng)器的低輸出阻抗將減弱入射到屏蔽層上的外部電磁場(chǎng)，并使傳感器與附近的物體隔離。有源屏蔽有助于將檢測(cè)區(qū)域聚焦到傳感器的非屏蔽側(cè)。

屏蔽電極可通過(guò)多種方式與傳感器電極配對(duì)，如圖 4-15 所示。

• 與傳感器電極大小相同 的屏蔽物直接置于傳感器下方。

  這種配置代表需要使用的最小屏蔽尺寸。

• 比傳感器電極更大 的屏蔽物直接置于傳感器下方。與相同大小 的傳感器相比，這種配置可以更好地衰減來(lái)自傳感器下方側(cè)面的干擾。
• 屏蔽環(huán) 緊挨并圍繞傳感器頂部，屏蔽物位于傳感器下方。這種配置可對(duì)源自傳感器下方和側(cè)面的干擾進(jìn)行最出色的衰減。

為確保對(duì)傳感器電極的相關(guān)干擾進(jìn)行最出色的衰減，需要盡可能縮短傳感器與屏蔽電極之間的距離。

圖 4-15 有源屏蔽配置

請(qǐng)注意，連接到傳感器電極的 PCB 布線也可能對(duì)干擾敏感。根據(jù)設(shè)計(jì)和 PCB 布局，也許可以屏蔽連接到傳感器的 PCB 布線，從而減弱布線上的干擾。更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱電容式感應(yīng)：有源屏蔽的來(lái)龍去脈。

傳感器電極的設(shè)計(jì)可能差異很大，通常取決于系統(tǒng)的機(jī)械限制。很難提供通用指南，最終的傳感器設(shè)計(jì)通常會(huì)涉及試錯(cuò)，甚至可能（但并不總是）需要電磁仿真。對(duì)于觸控檢測(cè)應(yīng)用，最好先考慮適用于平行板電容器的眾所周知的公式：

其中：

• A = 兩個(gè)板的面積（以平方米為單位）
• ε_r = 兩個(gè)板之間材料的相對(duì)介電常數(shù)
• ε₀ = 自由空間的介電常數(shù) (8.85 x10^-12 F/m)
• d = 板間的間隔距離（以米為單位）

圖 4-16 平行板電容器

最好先根據(jù)機(jī)械要求考慮可用的傳感器面積，并使用方程式 2 來(lái)估算產(chǎn)生的電容。對(duì)于處于靜止位置（例如，附近沒(méi)有手）的車(chē)門(mén)把手，傳感器電極可能有弧度或輪廓，有效接地平面可能包含不同距離的表面，因此很難進(jìn)行直接計(jì)算。再加上傳感器和接地電極之間可能會(huì)放置具有介電常數(shù) (ε_T = ε_rε₀) 的其他材料，就像水汽和其他污染物一樣，所有這些因素都可能影響電容。這種非活動(dòng)狀態(tài)確定了傳感器的標(biāo)稱(chēng)靜息 電容，因此至關(guān)重要。

如果車(chē)門(mén)把手被激活，則附近的手必須是主要的接地表面，且其面積可能大于或小于傳感器。如果手或手指的面積大于傳感器面積，則可以通過(guò)方程式 2 計(jì)算合理的近似值。如果手或手指的面積小于傳感器面積，則實(shí)際傳感器電容可能會(huì)小于該公式預(yù)測(cè)的值。

更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱采用 FDC1004 的電容式接近感應(yīng) 應(yīng)用手冊(cè)。