ZHCAB88B January 2017 – April 2022 LDC2112 , LDC2114 , LDC3114 , LDC3114-Q1
消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備設(shè)計(jì)需要具有吸引力并且可靠，才能取得成功。不過(guò)，大多數(shù)設(shè)備都仍然依靠機(jī)械按鈕；這類(lèi)按鈕通常采用活動(dòng)部件、墊圈和開(kāi)孔，因而存在長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題，并且成本更高，對(duì)各種環(huán)境因素的抗干擾能力也較差。而電感式觸摸按鈕則能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)墊圈且更加美觀的防水機(jī)械設(shè)計(jì)。這種按鈕外表堅(jiān)固耐用，可在戴著手套的情況下操作，并且能夠直接響應(yīng)施加于導(dǎo)電表面的力度。
電感式觸摸按鈕技術(shù)的三個(gè)主要組成部分是電感式傳感器、目標(biāo)表面以及電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
圖 1-1 電感式觸控組件當(dāng)目標(biāo)表面受力時(shí)，材料會(huì)稍稍偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電感式傳感器和目標(biāo)表面之間的距離 (DTARGET) 縮短。DTARGET 的這一變化會(huì)改變傳感器的電感（DTARGET ∝ 傳感器電感），而該電感會(huì)由電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器測(cè)量。當(dāng)力撤除后，該表面會(huì)恢復(fù)其原始形狀。
影響電感式觸摸按鈕靈敏度的主要因素包括目標(biāo)材料、目標(biāo)厚度與目標(biāo)距離 (DTARGET) 以及傳感器尺寸。按鈕靈敏度由為觸發(fā)響應(yīng)而需要在目標(biāo)導(dǎo)電表面施加的力的大小來(lái)定義。
目標(biāo)材料
電導(dǎo)率 (σ) 越高的材料越適合應(yīng)用電感式感應(yīng)技術(shù)。
在目標(biāo)表面上產(chǎn)生的渦流大小與目標(biāo)材料的電導(dǎo)率 (σ) 直接相關(guān)，因此電感式觸摸按鈕優(yōu)選電導(dǎo)性較高的材料（例如銅、鋁或銀）。可以在木頭或塑料等非導(dǎo)電材料上增加薄薄一層導(dǎo)電材料，從而實(shí)現(xiàn)電感式感應(yīng)。有關(guān)渦流和 LDC 傳感器設(shè)計(jì)的更多信息，請(qǐng)參閱 LDC 目標(biāo)設(shè)計(jì) 和采用 LDC、用于電感式感應(yīng)應(yīng)用的傳感器設(shè)計(jì) 應(yīng)用報(bào)告。
目標(biāo)厚度
對(duì)目標(biāo)表面施加一定的力所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)與材料的抗拉強(qiáng)度和厚度成反比。與較厚或剛性較高的材料相比，較薄或剛性較低的材料受到給定大小的力后，所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)較大。有關(guān)不同材料中偏轉(zhuǎn)的更多信息，請(qǐng)參閱電感式感應(yīng)設(shè)計(jì)計(jì)算器工具。
目標(biāo)距離 (DTARGET) 和傳感器尺寸
電感式感應(yīng)依靠的是電感式傳感器產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與導(dǎo)電物體表面感應(yīng)渦流之間的相互作用。隨著 DTARGET 增加，目標(biāo)表面上感應(yīng)的渦流會(huì)變小，因?yàn)槟繕?biāo)導(dǎo)電表面現(xiàn)在只能捕獲電感式傳感器產(chǎn)生的一小部分電磁場(chǎng)。反過(guò)來(lái)，電感式感應(yīng)線圈生成的電磁場(chǎng)線大小與傳感器的直徑成正比。圖 1-2 顯示了如何以電感式觸摸線圈直徑百分比的形式設(shè)置 DTARGET。
圖 1-2 顯示了按鈕靈敏度與 DTARGET 之間的關(guān)系。即便是在理想的目標(biāo)電導(dǎo)率和目標(biāo)表面厚度條件下，對(duì)目標(biāo)表面施加標(biāo)稱大小的力所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)也只是微米級(jí)別的。例如，對(duì)由 0.2mm 厚鋁制成的 10mm × 3mm 矩形表面施加 1.5N (150g) 的力時(shí)，該表面產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)不到 1.9μm。當(dāng) DTARGET = 0.2mm 并使用 10mm × 3mm 矩形傳感器時(shí)，1.9μm 的偏轉(zhuǎn)會(huì)使傳感器的電感改變 5700PPM。不過(guò)，LDC3114 是一款高分辨率電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器，專為檢測(cè)低至 200PPM 的細(xì)微電感變化而設(shè)計(jì)。
LDC3114 能夠檢測(cè)表面的細(xì)微偏轉(zhuǎn)，但這并不是它唯一可以解決的挑戰(zhàn)。DTARGET 變化并不限于按鈕按壓操作期間目標(biāo)導(dǎo)電表面的偏轉(zhuǎn)。DTARGET 會(huì)因溫度范圍內(nèi)的機(jī)械容差變化而變化，也可能因?yàn)閼?yīng)力事件（掉落、壓痕等）導(dǎo)致目標(biāo)表面永久變形而變化。LDC3114 通過(guò)集成基線跟蹤算法來(lái)跟蹤 DTARGET 的緩慢變化，解決了這些情形下的問(wèn)題，從而能夠在寬溫度范圍內(nèi)以及各種程度的應(yīng)力事件下維持按鈕功能。
高分辨率和基線跟蹤只是 LDC3114 具備的其中幾項(xiàng)出色特性，這些特性使得該器件非常適合作為電感式觸摸按鈕的目標(biāo)電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器。LDC3114 提供易于使用的 12 位輸出，可擴(kuò)展到要施加于電感式觸摸按鈕的力度。
擴(kuò)展的 12 位帶符號(hào)輸出能夠?qū)崿F(xiàn)直接的力響應(yīng)，而無(wú)需任何后處理，從而減少了系統(tǒng)滯后。此外，該器件具有可配置極性的推挽輸出，僅在輸出值達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)觸發(fā)，能夠仿真機(jī)械按鈕，并無(wú)需處理器干預(yù)。
LDC3114 可用于實(shí)現(xiàn)可供定制的電感式觸摸按鈕，使按鈕在特定的力度條件下觸發(fā)，而無(wú)需更改外殼的機(jī)械設(shè)計(jì)。圖 1-3 顯示了同一按鈕（傳感器尺寸 = 按鈕尺寸= 10mm × 3mm，DTARGET = 0.2mm）只需更改 LDC3114 的 GAINn 寄存器設(shè)置，即可調(diào)整為兩種不同力度的輸出響應(yīng)。
圖 1-3 可配置按鈕靈敏度增益因素 (圖 1-3) 可以配置為 1 到 232 之間的值。
備選器件建議
LDC2112 和 LDC2114 是適用于低功耗 HMI 的替代電感式觸控解決方案。如果應(yīng)用無(wú)需高分辨率并需要在 1.8V 的條件下工作，則可以使用上一代 LDC 器件 (LDC161X) 來(lái)實(shí)現(xiàn)電感式觸摸按鈕。有關(guān)使用 LDC161X 器件實(shí)現(xiàn)電感式觸摸按鈕的信息，請(qǐng)參閱電感式感應(yīng)觸控金屬按鈕設(shè)計(jì)指南 應(yīng)用報(bào)告。LDC161X 器件是通用電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可在 3.3V 至 5V 的電壓范圍內(nèi)工作。
| 器件 | 優(yōu)化參數(shù) | 性能權(quán)衡 |
|---|---|---|
| LDC3114 | 1.71V ≤ VDD ≤ 1.89V | 提供原始數(shù)據(jù)模式，掃描速率有所下降 |
| 按鈕超時(shí) > 50s | ||
| LDC211X | 1.71V ≤ VDD ≤ 1.89V | 不提供原始數(shù)據(jù)模式，最大掃描速率有所下降 |
| 按鈕超時(shí) > 50s | ||
| LDC1614 | 2.7V ≤ VDD ≤3.6V | 功耗更高、頻率范圍更小并需要微控制器 |
| LDC1612 | 2.7V ≤ VDD ≤3.6V | 功耗更高、頻率范圍更小并需要微控制器 |