电容式接触感使用户界面正逐渐代替消费、医疗与工业范畴产品的机械按键。不过，跟着接触感使用户界面面世，终究用户也需求高档功用，如：可模仿机械按键功用的触觉支撑与手套接触，还有手写笔支撑和挨近感应。这些功用能够改进产品的全体用户体会，而且能够为制造商带来锋芒毕露的机会。本文首要介绍上述功用之一——手套接触，其越来越多地使用于消费、工业及医疗范畴。例如，即便在用户因为气候冰冷穿戴手套的状况下，可穿戴智能腕带的接触界面也应当正常作业，而医疗实验室设备在遭到乳胶手套接触时也应当正常运转。
可是，在电容式接触界面完成手套接触并非易事，而且大多数完成计划往往只能供给不牢靠、不一致的功用。本文专门讨论在电容式接触按键上完成手套接触的应战以及怎么处理相关应战，然后规划出具有手套接触功用的稳健、牢靠接触感应界面。
完成牢靠的手套接触存在两大应战，即：
-检测戴手套手部发生的弱信号
-疏忽悬停在传感器上方的手指发生的误判接触
了解手套接触为何发生弱信号
电容式接触感应的作业原理是手指接触传感器的覆盖层时会引起传感器的电容改动。接触感应操控器能够丈量此电容改动并将其转化到数字域（模数转化）。在丈量值超越预界说阈值时则记载接触操作。
手指接触引起的数字化电容改动被称为信号，而并非由手指接触形成的数字化电容的意外改动被称为噪声。牢靠的接触感应体系主张选用5：1的信噪比（SNR）。图1说明晰在接触感应体系中怎么丈量电容。
简而言之，手指发生的电容能够视为平行板电容器，其间手指和传感器是两个导电板，而覆盖层是平板之间的电介质。手指发生的电容改动与传感器、手指（即：平板面积）的尺度和覆盖层资料的介电常数成正比；可是与传感器上的覆盖层厚度（即：平板之间的间隔）成反比。覆盖层越厚，则平板间间隔越大，然后使电容改动越小。这会下降信噪比。
图1–接触感应体系中的电容丈量。
手指穿戴手套时会在现有覆盖层之上增加一个与手套厚度成正比的新覆盖层，然后进步覆盖层总厚度。其会使信号强度下降到预界说阈值以下，因而一般无法检测到戴手套手部的接触操作。这便是为什么大多数用户脱去手套才干有用接触电容式接触感应界面的按键。
了解“意外悬停”怎么形成误判接触
经过进步灵敏度，接触传感器经过调校之后能够支撑更厚的覆盖层。相同，接触传感器经过调校能够检测戴手套手部的接触。进步传感器的灵敏度意味着其只需求更小的电容改动就能够检测接触。
可是，此处的难题在于它会发生一种被称为“意外悬停”的状况，其间挨近传感器的光手指（悬停在传感器上方）会发生与手套接触等效的电容改动。过错接触会被记载为手套接触，虽然手指未接触传感器，也未穿戴手套。这种状况一般都不契合需求，而且会对产品的用户体会带来晦气影响。图2显现了手套接触、手指接触和悬停手指发生的信号。
图2–手套接触、手指接触与悬停手指发生的信号
因而，规划人员面对以下问题：针对正常接触感应进行调校的体系无法检测戴手套手部的接触，而针对手套接触进行调校的体系会因为“意外悬停”发生误判接触。
一种简略而不精巧的处理计划是在规划中增加用户触发的中止信号或物理开关，以指示他们是否穿戴手套。这会危害用户体会，尤其是需求“精简操作”的消费类产品以及需求在各种状况下均相同操作的医疗产品。
进步手套接触信号强度的首要规划参数
在进步手套接触信号强度时需求考虑三个重要规划参数：
灵敏度：灵敏度是电容式接触感应电路发生信号才能的丈量目标–电路越灵敏，则生成的信号越强。灵敏度一般按电容计数丈量。关于电容式接触感应，一次接触发生的改动起伏在100飞法（fF）量级。戴手套手指接触一般发生100fF电容。灵敏度为500次/pF的电路能够针对100fF接触发生50个信号计数，而灵敏度为50次/pF的电路关于相同接触只能发生5个信号计数。因而，电路灵敏度越高，则手套接触检测越牢靠。
寄生电容：寄生电容是传感器的固有电容，其源于传感器与其它导电物体的挨近。因为接触相互作用发生的电容改动（信号）能够视为与传感器的寄生电容相关。电容改动与寄生电容之比越高，则传感器能够调校的灵敏度越高。
例如，选用12位模数转化器的电容式接触感应电路最高输出是4096.寄生电容为16pF的传感器经调校后可到达最高为256次/pF的灵敏度，超越此值时模数转化器就会饱满。不过，假如把寄生电容下降到8pF，则传感器能够调校到512次/pF的最高灵敏度。在第一种状况下接触发生的100fF电容改动会发生大约25个信号计数，而第二种状况下会发生50个信号计数。
传感器的寄生电容取决于传感器层叠与布局的规划标准，如：迹线厚度、迹线间隔以及PCB层间的间隔。坚持低寄生电容需求仔细的传感器布局规划和传感器层叠。
为了进步功用和为规划人员供给灵活性，某些接触感应操控器集成以下两个功用，以下降过多寄生电容对灵敏度的影响：
-假差分丈量功用。
-对屏蔽电极的支撑。
假差分丈量功用：典型接触感应操控器能够丈量从0到最大丈量值的电容（如：0pF~8pF）。可完成假差分丈量的接触感应操控器（即：假差分模数转化）可设置成丈量特定电容规模（如：8pF~16pF），而且能够到达更高灵敏度。经过这种办法，装备12位模数转化器的电容接触感应电路能够调校到达512次/pF的灵敏度，即便是选用寄生电容为16pF的传感器。
对屏蔽电极的支撑：从周围其它导电物体屏蔽传感器能够尽或许下降额定电容，然后尽或许下降传感器的寄生电容。
一起支撑假差分丈量功用和屏蔽电极的操控器一般能够使灵敏度加倍，然后进步手套接触功用。
噪声：只需有信号就会有噪声。信号是形成有意义输出改动的电容改动。另一方面，噪声指不改动电容、可是却改动输出的全部搅扰。超越阈值的噪声有或许形成误判接触。一般而言，牢靠的接触感应体系需求5：1的信噪比。也便是说，除了具有高灵敏度之外，操控器还有必要坚持低噪声。换句话说便是，调校到500次/pF灵敏度的操控器有必要把噪声限值到10次以下，然后对100fF的接触坚持5：1的SNR.
噪声经常是经过传导效应（如：电源开关噪声或电气快速瞬态（EFT）电流）或许经过耦合效应（如：来自手机的辐射噪声或许信号迹线之间的串扰）进入体系。
电容式传感器和操控器一般有必要从电源开关等噪声源进行阻隔。坚持阻隔和防止噪声进入电容式感应体系的关键是精心的体系与PCB规划。
防止“意外悬停”和误判接触
本节具体介绍了相关规划办法，可下降支撑手套接触的接触感应体系中的“意外悬停”。
选用专用阈值：手套接触信号的起伏远远低于正常手指接触起伏。选用专用阈值连同固件规划逻辑有助于检测和区别手指接触与手套接触，然后进步悬停扫除功用。
能够针对手指接触和手套接触信号设置两个专用阈值（下图3的F阈值与G阈值）。这些阈值一般设置为典型手指接触或手套接触信号的80%.
图3–手套接触与手指接触信号的专用阈值
在用户初次接触传感器时，固件会辨认相关信号是超越手指阈值仍是手套阈值。假如信号超越手指阈值，则其假定用户未戴手套，一起扔掉在从检测到最后接触开端的预界说时间内（如：30秒）、低于手指阈值的一切信号。这样能够保证不把悬停手指检测成误判的手套接触。图4所示为固件决议计划树。
合理的假定是用户戴上手套再次接触传感器至少需求30秒。可是，假如初次接触生成超越手套阈值但未超越手指阈值的信号，则体系假定用户戴有手套，一起持续检测手套接触。在此形式下，假如用户摘掉手套后接触传感器，则信号会超越手指阈值，而体系会当即进入仅检测手指接触的形式。
图4–选用专用阈值进行手套接触检测的固件决议计划逻辑。
典型接触感使用户界面面板由多个传感器组成。能够改进面板的固件决议计划逻辑，使其能够检测一切传感器的信号；假如在任何传感器上检测到手指接触，则能够让一切传感器都在预界说时间段内扫除手套接触。
这种办法的首要缺陷是：假如初次检测到的信号是悬停手指信号，则或许形成误判接触。
选用接触屏输入：手机、打印机或高端家用电器等产品具有独立操控的接触屏以及用户界面（UI）面板上的接触按键，如图5所示。在此类体系中，相应操控器之间的通讯有助于高效办理手套与手指接触。
图5–装备接触屏操控器和电容式接触按键操控器的体系。
因为接触屏的传感器结构特性，接触屏操控器能够有用区别悬停手指与手套接触。戴手套手指的覆盖面积大于光手指，其能够在更多数量的相邻感应节点上发生低起伏信号，而悬停手指仅在数量更少的相邻感应节点上发生低起伏信号，如下图6所示。接触屏操控器选用信号形式差异来区别用户是否戴手套。
图6–手套接触与悬停手指在接触屏上的热门图
假如接触屏检测到手套接触，则信息传输到操控按键的电容式按键操控器。主机操控器一般具有上述两种操控器之间的通讯接口，而且能够办理它们之间的信息交流，然后无需其它接口。
此办法明显不适合未装备接触屏的体系。别的，此办法假定初次接触是在接触屏上而非按键上。否则会针对按键上的初次接触记载为误判接触，这类似于选用“专用阈值”办法时的误判接触。
选用别离传感器规划：电容式按键一般选用能够检测导电物体存在与否的单一传感器。别离传感器规划是一种立异专利处理计划，能够战胜前文所述办法的各种缺陷。
图7左图所示为典型%&&&&&%式传感器布局，其间心装备用于LED背光的可选小孔。右图所示为别离传感器规划，其间按键接触区域分为两个专用传感器（内部和外部传感器）。
图7–典型传感器与别离传感器规划
此办法的基本原理是：不同接触会在内部和外部传感器上发生共同信号形式。这些共同信号形式能够在固件中解读，以区别手指与手套接触。图8说明晰两种传感器的典型信号特征。三个用例是：
-手套接触与内部及外部传感器堆叠，而且一起在内部与外部传感器发生低起伏信号。
-手指接触与内部及外部传感器堆叠，而且一起在内部与外部传感器发生高起伏信号。
-具有凸起形状且小于手套的悬停手指会在内部传感器发生较强信号，而在外部传感器发生相对较弱信号。
图8–别离传感器规划的典型信号
图9所示为别离传感器规划的固件决议计划树。
图9–别离传感器规划的固件决议计划逻辑
别离传感器规划是在接触感使用户界面完成手套接触的最牢靠办法。
定论
跟着手套接触成为使用的常用功用，终究产品用户期望取得一直牢靠的功用。本文介绍了需求考虑的首要规划问题以及可用于完成牢靠手套接触的办法。保证用户界面面板“正确运转”的最重要过程是挑选正确的接触感应处理计划。
