El apantallamiento de CA mejora la detección capacitiva a distancia

Las interfaces de usuario con sensores capacitivos son características deseables para los últimos productos de electrónica de consumo; desde los teléfonos móviles hasta los reproductores multimedia o los sistemas de navegación por satélite, la tendencia a mejorar la interfaz humana está evolucionando. El principio de que el tacto del usuario provoca un cambio en la capacitancia para activar un interruptor se entiende bien, pero la implementación de un diseño de sensor de PCB con un apantallamiento y un enrutamiento adecuados es un reto para los diseñadores de hardware.

El cambio en la capacitancia en respuesta a un toque de dedo es sólo una fracción de un picofaradio, por lo que las diminutas capacitancias parásitas observadas por el sensor o las trazas del sensor reducen el rango dinámico del controlador del sensor capacitivo. Además, un blindaje inadecuado del sensor puede presentar vías de acoplamiento que creen una respuesta ruidosa, degradando la SNR alcanzable por el sensor y disminuyendo la resolución de la interfaz de usuario. Diseñado para su uso con sensores capacitivos de un solo electrodo que implementan funciones como botones, barras de desplazamiento y ruedas, el controlador AD7147 CapTouch™ proporciona una señal ACShield activa que minimiza el problema de la capacitancia parásita, la conexión remota del sensor, el enrutamiento del sensor y el blindaje del sensor capacitivo.

Una configuración común para la detección capacitiva es tener el controlador del sensor en la placa principal, con los sensores configurados en una placa de sensores separada, como se muestra en la Figura 1.

La placa del sensor suele estar conectada a la placa principal mediante un cable. Esta separación evita que las señales de alta velocidad se acoplen a los sensores capacitivos y reduce la alta capacitancia parásita causada por los planos de tierra. Además, los sensores son la interfaz humana y puede ser necesario alejarlos de la placa principal. Los sensores pueden implementarse en FR4 o en material ITO ultrafino y transparente.

El AD7147 funciona conmutando alternativamente el sensor capacitivo entre una señal de excitación y un convertidor de capacitancia a digital (CDC), como se muestra en la figura 2.

La ventaja de la señal ACShield es que los sensores y las trazas de los sensores pueden ser apantallados por una señal que está en fase con la excitación en los sensores. La eliminación del potencial entre la pantalla y los sensores/trazas de los sensores también elimina la capacitancia. Por lo tanto, para minimizar la capacitancia parásita y el acoplamiento de ruido, la señal ACShield puede incrustarse en la placa del sensor y utilizarse como señal de protección a lo largo de todas las trazas del sensor. El uso de la señal ACShield en el AD7147 permite una separación de hasta 60 cm entre el controlador y el sensor o sensores.

Analog Devices ofrece una solución completa de detección capacitiva, que incluye un controlador, herramientas de evaluación, bibliotecas de diseño de sensores y software para el microcontrolador anfitrión.