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电池供电设备中的电容传感规划考量

平板电脑和手机等移动设备一般需要接近传感器实施特定吸收率(SAR)查验和近耳(on-ear)检测。电容感测可以满足这两个要求。自电容技术广泛应用于移动设备的接近感应。非常有必要指出:感测电极及其尺寸,

平板电脑和手机等移动设备一般需求挨近传感器施行特定吸收率(SAR)查验和近耳(on-ear)检测。电容感测能够满意这两个要求。自电容技能广泛应用于移动设备的挨近感应。十分有必要指出:感测电极及其尺度,并非仅有规划变量。此外,要尽力在时间将质量管控牢记在心的前提下,有用地完成SAR传感器。

电容式挨近感应技能概述

电容式感测技能是能经过SAR测验的极少数具有本钱效益的技能之一。电容感测技能没有其它传感器技能一切的各种束缚。

在需求最佳功能的杂乱和紧凑的规划中完成电容式传感器时,留意一些要害要害很重要:

与电池地的相关:一切的传感器丈量都是相对于电池地(设备地)的。人体地(充沛耦合到大地)和设备地之间的变异会影响功能。下图显现了这些潜在变数。

极度灵敏:下图显现的是一个平行板电容器的理论值。当人(无限地平面)挨近电容式传感器(充电的电极)时,状况与下图相似。将这种水平的灵敏性(每毫米寥寥无几几个毫轻轻法拉的增量)牢记在心,就更简单了解机械不稳定性和典型设备放置为什么也能够触发此种传感器。机械不稳定性是指柔性印刷电路(FPC)微米级水平的运动或设备外壳相对于电池或设备内另一个大的接地结构的方位。

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图1:电路元件描绘显现了设备地对感测功能的影响。

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图2:1mm×20mm小电极与设想体(地平面)在不同间隔下的电容预算。

优化电极尺度

在进行电极规划(巨细和方位)时不能将参阅地置之不理。这是由于,在电极和参阅地之间会构成静电场,其办法与平行板电容器构成的静电场相同。从下图3可见,平行板电容器模型是怎么被转换成一个设备的。

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图3:(a)是平行板电容器模型可被转换成设备测验的比如;(b) 组合视图,着重这两个作用一同决议触发间隔。

假如触发平面(设想体、手等)比电极大,则用于核算触发间隔的一个好的经历公式是:

触发间隔1≈电极长度(1mm宽度内)

或许

触发间隔2≈电极与设备地之间的间隔

一般,在这两个间隔中,以最短的那个为主。

大多数状况,增大电极宽度会对触发间隔产生正面影响。当宽度朝设备地展延,需用上式的触发间隔2核算时,则对更大电极会产生作用的预期将不再被满意。该效应如图4所示。

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图4:感应盘尺度和感应盘到设备地间隔的影响

优化设备地以完成最佳的传感器功能

设备地和参阅地应该被认定是电极排布和规划进程的一部分。

参阅地只能被视为是一种可潜在改善对用户/设想体参阅(添加容抗)的元素。此效应进步了灵敏度,且或许添加触发间隔。当预备进行SAR验证时,主张在更孤立(如图1所示,其间C2很小)的环境下测验设备。

在阻隔状况下,设备地会发挥重要作用。在这种状况,设备地到电极的间隔对或许的最大检测间隔有直接影响。在电池方位、印刷电路板(PCB)地和机械结构规划固定不变的状况下,电极到这些元件的间隔应尽量远,如图4所示。当可自在改动设备地参阅区域时,可调整(移动或减小)该参阅区域以完成特定的触发间隔。

传感器集成电路(IC)的方位

依据下列条件,挑选在何处放置传感器集成电路

在下列条件下,将传感器芯片挨近电极(参照图5):

*电极有必要很小(例如:20mm×1mm)(有时需求多个电极来环绕一个射频发射器材)

*检测间隔有必要远(检测间隔≈电极边际长度)

*经过金属孔感测

*在拟安放电极的方位附件,有大型金属件

在下列状况下,将传感器芯片远离电极,并在两者间覆接以屏蔽电缆(见图5):

*检测间隔或许较短(检测间隔0.5×电极边际长度)

*与所需检测间隔比较,电极尺度或许较大

*电极邻近无大型金属结构件

*传感器IC能够补偿由屏蔽电缆引进的电容性负载

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图5:不同传感器IC布局战略描绘。

电容式传感器在丈量挨近信号电平常,会遭到温度改变的影响。一般的主张是将传感器%&&&&&%安放在阻隔板上,以维护%&&&&&%和灵敏线路不受快速温度改变的影响。

电极方位

电极方位是个要害的规划要素。电极放置区域一般预先由射频(RF)天线的布局战略决议。在此区域内安放传感器电极对有用的非迭代规划很重要。设备一般具有纤薄外形,后盖、前屏。

该设备经过了一切视点的最小触发间隔的SAR测验。薄边(如图6)一般可作为评判最小触发间隔的参照。尽管进行了补偿,电极(电极对地耦合)的电容性负载会减小触发间隔,特别是对远距(>20mm)挨近触发间隔来说。依据此,最好是在电极尺度(在电极尽或许挨近设备边际条件下)和对SAR测验来说其它要素间找到最佳的折中办法。图7显现了以不同视点(A、B和C)进行SAR测验的状况,突显了电极方位的重要性。

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图6:(a)侧剖视图描绘;(b)电极焦点区域描绘。

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图7:相对于设想体测验角的电极焦点区域。

电极应环绕射频天线以供给一个可实践维护用户的计划。别的,还在部分天线掩盖以设想体、部分天线暴露的状况下,对设备进行了测验,如图8所示。

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图8 :SAR测验标明需求用电极环绕天线

毛病扫除

添加触发间隔:一般的主张是依据最佳触发间隔规划电极计划,一起至少留出一个更灵敏的阈值选项。可经过如下三种办法添加触发间隔:

在进行SAR测验的任一侧加大电极尺度。在SAR测验时,在与设想体产生更大耦合的一起并不会明显添加与设备地的耦合,所以这种影响成为延伸触发间隔的有用办法。

添加与设备外围部分的耦合。用粘合剂安固电极会消除空气空隙,并经过将其向具有较少束缚性介电特性的介质挨近来优化电容场的影响。主张选用定距件(spacer element)以避免机械不稳定性。

进步检测速度,使其更挨近典型的人类行为。依据计划中运用的算法,此举或许会加大触发间隔(详细表述:毫米/秒)。

射频搅扰:在进行触及RF和电容式感应频率的综合测验时,可经过如下办法尽或许下降搅扰:

进行搅扰测验时,将用于测验的设备尽或许挨近待测的终究产品。记住:一切额定的连线都会作为射频能量的接收器。尽管一个串联电阻一般可使电容式传感器对射频搅扰具有必定免疫力,但当选用长的非屏蔽导线时,电源线能够会遭到射频搅扰。

定论

signal-to-noise ratio can be achieved.遵循此处说到的辅导准则,能够用最短的规划周期、无需运用过于灵敏的挨近阈值来完成%&&&&&%式挨近传感器。经过为特定设备优化电极规划、加之对参阅地的考虑,可获得具有杰出信噪比的定向挨近场。

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