电容

电容击穿的概念

电容的电介质承受的电场强度是有一定限度的,当被束缚的电荷脱离了原子或分子的束缚而参加导电,就破坏了绝缘性能,这一现象称为电介质的击穿。

电容器被击穿的条件

电容器被击穿的条件达到击穿电压。

击穿电压是电容器的极限电压,超过这个电压,电容器内的介质将被击穿.额定电压是电容器长期工作时所能承受的电压,它比击穿电压要低.电容器在不高于击穿电压下工作都是安全可靠的,不要误认为电容器只有在额定电压下工作才是正常的。

定义PN结发生临界击穿对应的电压为PN结的击穿电压BV,BV是衡量PN结可靠性与使用范围的一个重要参数,在PN结的其它性能参数不变的情况下,BV的值越高越好。


电容击穿是开路还是短路

电容击穿后则相当于短路,原因是当电容接在直流上时是是看为开路,接在交流电上时看为短路,电容有个性质是通交隔直,击穿一词在电工的理解是短路,击穿形成的原因主要是外界电压超过其标称电压所导致的永久性破坏,叫做击穿。

在固体电介质中发生破坏性放电时,称为击穿。击穿时,在固体电介质中留下痕迹,使固体电介质永久失去绝缘性能。如绝缘纸板击穿时,会在纸板上留下一个孔。可见击穿这个词仅限用于固体电介质中。


电容击穿的原因

电容击穿的根本原因就是其电介质的绝缘性被破坏,产生了极化。造成电介质绝缘性被破坏的原因有:

① 工作电压超过了电容的最大耐压;

② 电容质量不好,漏电流大,温度逐渐升高,绝缘强度下降。


避免介质击穿的方法

① 采用绝缘强度高的材料;

② 绝缘材料有一定厚度,且不含杂质,如气泡或水分;

③ 设法使电场按要求分布,避免电力线在某些地方过于密集。

④ 有极性电容的极性接反或者接到了交流电源之上。


电容击穿后能否恢复

① 电介质是气体或者是液体,均是自恢复绝缘介质,击穿可逆;

② 电介质是固体,击穿不可逆,是唯一击穿后不可恢复的绝缘介质。

本文转自:电子工程师笔记,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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不要什么地方都用0.1μF电容

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滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用,如何正确选择滤波电容,尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。我们在电源滤波电路上可以看到各种各样的电容,100uF,10uF,100nF,10nF不同的容值,那么这些参数是如何确定的?

涤纶电容是以涤纶为介质的电子产品基本元件,在各种直流或中低频脉动电路中使用。涤纶电容介电常数较高、体积小、容量大、稳定性较好,适宜做旁路电容;容量价格比及容量体积比都大于电解电容、瓷片电容。

一、构成

涤纶电容的最简单结构可由两个金属板中间夹一层绝缘介质组成。在两个金属板(极板)间加一个电 压,极板就能储存电荷。 储存电荷的大小与极板间电压与极板面积(容量)成正比,与极板间的距离成反比。Q=CV 即C=Q/V=εS/4πd(《详见薄膜电容器理论计算及修正》)Q—极板上储存的电荷;C—电容器(PF);V—极板间的电压(V);ε——介质介电常数(聚酯膜为3.0,聚丙烯膜2.1);S—金属极板面积(mm2);d—极板间的距离(mm)。

二、特点

1. 体积小,重量轻。

2. 稳定性好,可靠性高。

3. 引线直接焊于电极,损耗小。

4. 有感结构,聚酯膜、环氧树脂包封。

三、种类

涤纶电容的种类繁多,按其可调节性可分为固定电容器、微调电容器、可变电容器三种;按介质分有气体介质、无机固体介质、有机固体介质、电解介质、液体介质及复合介质等电容器。 其中:气体电容器包括空气、真空、充气式电容器; 无机固体电容器包括云母、陶瓷及玻璃釉电容器; 有机固体电容器包括有机薄膜及纸介电容器; 电解介质电容器包括铝电解、铌电解及钽电解电容器; 液体介质电容器包括各种有机油质及液体电容器; 复合介质电容器包括有机固体复合、无机固体复合、有机固体与无机固体复合制做的电容器。

四、应用

在各种直流或中低频脉动电路中使用,适宜作为旁路电容使用。并且品种丰富的产品广泛运用于各个行业的电器设备上:电力,石油化工,自动控制,机械,船舶,铁路运输,通讯,楼宇自动化等。

五、与其它电容的区别

1. 陶瓷电容

涤纶电容是指用金属箔膜做素子,卷成圆柱形或者扁柱形芯子,介质是涤纶,涤纶薄膜电容。而陶瓷电容是用高介电常数的电容器陶瓷钛酸钡一氧化钛挤压成圆管、圆片或圆盘作为介质,并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成。

涤纶电容的电容量在40p--4up,额定电压在63--630V;高频陶瓷电容电容量在1p--6800p,额定电压在63--500V;低频陶瓷电容电容量在10p--4.7up,额定电压在50V--100V。

另外,高频陶瓷电容具有高频损耗小,稳定性好等特点,适用于高频电路。低频陶瓷电容具有体积小,价格低等特点,但损耗大,稳定性差,适用于要求不高的低频电路。

2.CBB电容

涤纶电容又叫聚酯电容符号为CL,电容量一般40p--4μp,额定电压63--630V,主要特点体积小容量大耐热耐湿但稳定性差一般应用在对稳定性和损耗要求不高的低频电路。

聚丙烯电容即CBB电容,电容量一般1000p--10μ,额定电压:63--2000V主要特点体积小,稳定较上者性好,能代替大部分聚苯或云母电容,用于要求较高的电路。

3. 独石电容

涤纶电容介电常数较高,体积小,容量大,稳定性较好,适宜做旁路电容。而独石电容是多层陶瓷电容器的别称,独石电容比较稳定,问温漂系数小,电容值可以做到1uF,寿命长,等效直流电阻小。独石电容比一般瓷介电容器大(10pF~10μF),且电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定、耐高温、绝缘性好等优点,但价格稍贵。独石电容器不仅可替代云母电容器和纸介电容器,还取代了某些钽电容器,广泛应用在小型和超小型电子设备(如液晶手表和微型仪器)中。

其实不论是哪种电容,在电路中都是不可或缺的,因此一定要根据电路的要求和它们的特性选择合适的电容。并且在选购的时候必须要选择正规品牌所生产的电容,至少可以保障相应的品质,避免因为品质不佳影响到电容的性能。

来源:凯利讯半导体商城

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陈亮 | 文

说起电容,想必大家都不陌生,大到卫星航母,小到智能手环,电路里处处离不开电容,电路中的电容形态各异,发挥的作用也各不相同。最常用的功能可能要数储能,滤波和耦合了。记得最早接触电容还是高中那会,物理老师给我们讲电容和电容器,电容的特性就是隔直通交。当时我和小伙伴那叫一个一脸懵逼,两个极板中间明明是绝缘的真空,电流到底是怎么流过绝缘的真空的?今天我们就来看看电流到底是怎么流过绝缘介质的。

看到这屏幕前的小伙伴想必也懵逼了,难道我点错了,这里不是要讲隔直通交吗?亲,你没有迷路,这里就是隔直通交会场,请稍安勿躁,待我翻开笔记慢慢道来。

电容顾名思义就是能存储电荷,那怎样才能存储电荷呢?首先得有两块金属导体,中间是绝缘电介质,介质可以是空气、可以是真空、也可以是FR4等等。看到这,熟悉PCB的各位小伙伴是不是想起了啥?没错,PCB中的导体间同样会构成电容,典型的就是相邻的电源平面和GND平面,相邻的信号线等。

当然构成电容的两导体间的距离不能太远,都说距离产生美,合适的距离可以让人只会关注她的美丽,但是如果远到看不见,哪里还看得到美,电容也是这样。

在两个导体上面加上电压时,两导体上就会存储电荷,效果如下图。


如上图演示效果:在电容没有被施加电压的时候,两端的自由电子数量没有变化,两端导体是呈中性的,如果给电容施加电压,电容一端会聚集比平时更多的自由电子,此端导体呈负电极,另一端导体失去大部分自由电子,此端导体呈正电极。

就这样一个导体上增加电荷,并从另一个导体取出电荷,看起来就像把电荷加到一个导体上,而这些电荷又从另一个导体上流出。所以当电压变化时,就有等效电流流经电容器。

举个栗子:

电容器相当于一个中间有橡胶隔膜的管子,橡胶隔膜相当于电容器内部的介质,分开的两部分相当于电容器的两极板,如果管子两端不受压力时(相当于不加电压),被分开的两部分含有相同的水量(相当于自由电子),一旦管子受到了压力(一端加电压),上面腔体中的压力就会增加,橡胶隔膜向下膨胀,使水从下面腔体流出 ,尽管水流没有经过橡胶隔膜,但是橡胶隔膜迫使水从下面腔体流出,就像电流从电容器流出一样,这就是电容的等效电流。


说到这,相信大家应该明白等效电流到底是怎么来的了。可问题又来了,我知道了等效电流怎么产生的,但是怎么知道等效电流有多大呢?大家瞄一眼下面的公式就明白了。

等效电流的计算公式:

ΔQ 电容器上电荷的变化量

Δt 电荷变化经历的时间

C 电容量

dV 导体间电压变化

dt 电压变化经历的时间

通过公式,我们可以看到影响等效电流大小的因素有两个。

第一个因素是dV/ dt:即电压变化率,单位时间内电压变化越大,等效电流也越大。

第二个因素是C:即电容量,电容量越大,等效电流越大。

电容通交流阻直流奥秘就是能否生成等效电流。(划重点)因为有电压变化的交流信号才能产生等效电流流经电容,所以电容对交流信号相当于一个短路器件。而直流信号因为没有电压的变化,不会产生等效电流,所以电容器对直流信号相当于一个开路。

在实际的应用中如电源的滤波电容,就是利用电容隔直通交属性,对直流电源开路,对高频噪声短路,将高频噪声短路进GND, 在不影响直流电源的情况下去除了噪声,使电源更干净。

耦合电容更是将隔直通交属性表现的淋漓尽致,阻断前后级的直流分量,只允许交流信号通过。更多应用就不在这里一一列举了,高速先生也写过很多电容应用方面的文章,有兴趣的小伙伴可以查阅。

前面我们讲了影响等效电流大小的因素之一是电容量的大小,那么问题来了。哪些因素会影响电容量的大小呢?

网友@ 龍鳳呈祥的答案堪称标准答案
决定电容器容量的大小有以下几个因素:
【1】极板间的距离越小,正负电荷间相互吸引力越大,电容器储存电荷的能力也增大,所以电容量与极板间的距离成反比。
【2】两极板的面积大,容纳的电荷就越多,电容量也越大,所以电容量与极板面积成正比。
【3】介质材料。不同的介质对极板上的正负电荷间的作用的影响不同,在相同的极板面积和距离时,以空气为介质的电容量最小,而用其他介质时,电容量都要增大。

本文转自:微信号 - 高速先生,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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所谓电容,就是容纳和释放电荷的电子元器件。电容的基本工作原理就是充电放电,当然还有整流、振荡以及其它的作用。另外电容的结构非常简单,主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成,所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。

1

滤波电容:它接在直流电压的正负极之间,以滤除直流电源中不需要的交流成分,使直流电平滑,通常采用大容量的电解电容,也可以在电路中同时并接其它类型的小容量电容以滤除高频交流电。

2

退耦电容:并接于放大电路的电源正负极之间,防止由电源内阻形成的正反馈而引起的寄生振荡。

3

旁路电容:在交直流信号的电路中,将电容并接在电阻两端或由电路的某点跨接到公共电位上,为交流信号或脉冲信号设置一条通路,避免交流信号成分因通过电阻产生压降衰减。

4

耦合电容:在交流信号处理电路中,用于连接信号源和信号处理电路或者作为两放大器的级间连接,用于隔断直流,让交流信号或脉冲信号通过,使前后级放大电路的直流工作点互不影响。

5

调谐电容:连接在谐振电路的振荡线圈两端,起到选择振荡频率的作用。

6

衬垫电容:与谐振电路主电容串联的辅助性电容,调整它可使振荡信号频率范围变小,并能显著地提高低频端的振荡频率。

晶振电路及其等效电路

07

补偿电容:与谐振电路主电容并联的辅助性电容,调整该电容能使振荡信号频率范围扩大。

08

中和电容:并接在三极管放大器的基极与发射极之间,构成负反馈网络,以抑制三极管极间电容造成的自激振荡。

09

稳频电容:在振荡电路中,起稳定振荡频率的作用。

10

定时电容:在RC时间常数电路中与电阻R串联,共同决定充放电时间长短的电容。

11

加速电容:接在振荡器反馈电路中,使正反馈过程加速,提高振荡信号的幅度。

12

缩短电容:在UHF高频头电路中,为了缩短振荡电感器长度而串联的电容。

13

克拉波电容:在电容三点式振荡电路中,与电感振荡线圈串联的电容,起到消除晶体管结电容对频率稳定性影响的作用。

克拉波振荡器

14

锡拉电容:在电容三点式振荡电路中,与电感振荡线圈两端并联的电容,起到消除晶体管结电容的影响,使振荡器在高频端容易起振。

15

稳幅电容:在鉴频器中,用于稳定输出信号的幅度。

16

预加重电容:为了避免音频调制信号在处理过程中造成对分频量衰减和丢失,而设置的RC高频分量提升网络电容。

17

去加重电容:为了恢复原伴音信号,要求对音频信号中经预加重所提升的高频分量和噪声一起衰减掉,设置RC在网络中的电容。

18

移相电容:用于改变交流信号相位的电容。

19

反馈电容:跨接于放大器的输入与输出端之间,使输出信号回输到输入端的电容。

20

降压限流电容:串联在交流回路中,利用电容对交流电的容抗特性,对交流电进行限流,从而构成分压电路。

21

逆程电容:用于行扫描输出电路,并接在行输出管的集电极与发射极之间,以产生高压行扫描锯齿波逆程脉冲,其耐压一般在1500伏以上。

22

S校正电容:串接在偏转线圈回路中,用于校正显象管边缘的延伸线性失真。

23

自举升压电容:利用电容器的充、放电储能特性提升电路某点的电位,使该点电位达到供电端电压值的2倍。

24

消亮点电容:设置在视放电路中,用于关机时消除显象管上残余亮点的电容。

25

软启动电容:一般接在开关电源的开关管基极上,防止在开启电源时,过大的浪涌电流或过高的峰值电压加到开关管基极上,导致开关管损坏。

26

启动电容:串接在单相电动机的副绕组上,为电动机提供启动移相交流电压,在电动机正常运转后与副绕组断开。

27

运转电容:与单相电动机的副绕组串联,为电动机副绕组提供移相交流电流。在电动机正常运行时,与副绕组保持串接。

来源:网络、电子产品世界

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在做射频的时候,选择电感电容时特别关注他们的Q值,那什么是Q值呢?Q值是什么意思,它为什么重要?

品质因数Q:表征一个储能器件(如电感线圈、电容等)、谐振电路所储能量同每周损耗能量之比的一种质量指标。元件的Q值愈大,用该元件组成的电路或网络的选择性愈佳。

一文带你了解电容的Q值和D值

或Q=无功功率/有功功率,或称特性阻抗与回路电阻之比。

Q值越高,损耗越小,效率越高;

Q 值越高,谐振器的频率稳定度就越高,因此,能够更准确。

如何理解Q值和ESR值评估高频贴片电容器的一个重要性能指标是品质因素Q,或者是与其相关的等效串联电阻(ESR)。

理论上,一个“完美”的电容器应该表现为ESR为零欧姆、纯容抗性的无阻抗元件。不论何种频率,电流通过电容时都会比电压提前正好90度的相位。实际上,电容是不完美的,会或多或少存在一定值的ESR。一个特定电容的ESR随着频率的变化而变化,并且是有等式关系的。

这是由于ESR的来源是导电电极结构的特性和绝缘介质的结构特性。为了模型化分析,把ESR当成单个的串联寄生元。过去,所有的电容参数都是在1MHz的标准频率下测得,但当今是一个更高频的世界,1MHz的条件是远远不够的。一个性能优秀的高频电容给出的典型参数值应该为:200MHz ,ESR=0.04Ω;900MHz, ESR=0.10Ω;2000MHz,ESR=0.13Ω。Q值是一个无量纲数,数值上等于电容的电抗除以寄生电阻(ESR)。Q值随频率变化而有很大的变化,这是由于电抗和电阻都随着频率而变。频率或者容量的改变会使电抗有着非常大的变化,因此Q值也会跟着发生很大的变化。

定义电容的品质因数,也就是Q值,也就是电容的储存功率与损耗功率的比:

Qc=(1/ωC)/ESR

一文带你了解电容的Q值和D值

Q值对高频电容是比较重要的参数。

自谐振频率(Self-Resonance Frequency)

由于ESL的存在,与C一起构成了一个谐振电路,其谐振频率便是电容的自谐振频率。在自谐振频率前,电容的阻抗随着频率增加而变小;在自谐振频率后,电容的阻抗随着频率增加而变大,就呈现感性;如下图所示:

一文带你了解电容的Q值和D值

随着频率升高,电容的不理想模型会更复杂:

一文带你了解电容的Q值和D值

(C:电容 Rp:绝缘电阻和介质损耗 Rs:引线/电极电阻 L:引线/电极电感)

典型的电容器件等效电路如图1所示。在这个等效电路中,容值C是最主要的部分,串连电阻Rs和电感L是由于器件管脚引线或电极产生的寄生参数。并联电容Rp是反映电容两个管脚之间存。

一文带你了解电容的Q值和D值

把以上寄生参数全部考虑之后,阻抗公式如上面公式。

由于这些寄生参数的存在,现实中而非理想中的电容器件的总阻抗由下面表达式中的实部和虚部两个部分组成:

如果可以忽略电极间的泄漏,即Rp的阻抗无穷大(或远远大 Ls(ESL) Rs (ESR) C 于相对于容值C的阻抗),那么上面的等效电路可以进一步简化为下面的3元模型(如图所示)。其中ESL为等效串联电感Ls, ESR为等效串联电阻Rs。

一文带你了解电容的Q值和D值

根据这个简化的电路模型,可以得到电容器件总阻抗随频率变化的关系,如图所示。由于等效串联电感LS的存在,随着信号频率f的增加,电容C的容抗XC降低,而极性相反的等效串连电感Ls的感抗XL 增加,在某一个频率点f0,XC=-XL。此时电容器件的总阻抗|Z|=Rs,我们称此频率点f0为自谐振频率(SRF),小于SRF频率时,该器件成电容特性,反之大于SRF频率,器件发生极性转化,成电感特性(如图下图所示,红色相位曲线从-90°跳变到+90°)。

一文带你了解电容的Q值和D值

Q值相当于D值的倒数。损失角即D值: 一般电解电容器因为内阻较大故D值较高, 其规格视电容值高低决定, 为0.1-0.24以下. 塑料薄膜电容器则D值较低, 视其材质决定为0.001-0.01以下. 陶瓷电容器视其材质决定, Hi-K type 及S/C type为0.025以下. T/C type其规格以Q值表示需高于400-1000.

注:XC=-j/(2πfC);XL=j(2πfL)

根据损耗因子D的定义:D=1/Q=R/|X|>0 将前面的公式代入,得到:

一文带你了解电容的Q值和D值

如果可以忽略电极间的泄漏,即Rp的阻抗无穷大(或远远大于相对于容值C的阻抗),损耗因子D的计算公式大大简化为:

一文带你了解电容的Q值和D值

如果信号频率远远小于SRF谐振频率,则X C >>X L , 即X L 可以忽略,则公式进一步简化

一文带你了解电容的Q值和D值

即上面提到的:

一文带你了解电容的Q值和D值

由图可见,电容器的引线电感将随着频率的升高而降低电容器的特性。如果引线电感与实际电容器的电容谐振,这将会产生一个串联谐振,使总电抗趋向为0W。由于这个串联谐振产生一个很小的串联阻抗,所以非常适合在射频电路的耦合和去耦电路中应用。然而,当电路的工作频率高于串联谐振频率时,该电容器将表现为电感性而不是电容性。

转自: 硬件十万个为什么

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Touch电容触控的应用场合越来越多,在我们身边常接触到的应该就是手机了,与十年前带机械按键的或电阻屏的手机相比,人机操作的应用体验完全是不同的,造型设计也会更容易有新的创新。

智能家居、汽车操控、穿戴设备、工业控制等各领域都有Touch的广泛应用,如何让Touch人机操作准确度达100%?

电容触控的那些事

前两篇短文里有提到Touch设计的三模块:Touch Sensor、信号采集、Touch算法库。后两点一般是IC厂商帮搞定了大部分。Touch Sensor的空间叠构的设计很重要,这一点也通常容易被忽略的,而且不同的项目Touch的空间叠构可能会有很大差异。“巧妇难为无米之炊”,源头没信号,后端有再厉害的Touch芯片也惘然。

电容触控的那些事

不管是触摸按键还是触摸屏,理想状态是Touch周围空间不要有与其无关的任何带电/导电的东东,Touch效果肯定会很好。

电容触控的那些事

但是实际产品中是不会有这样的净空区的,寸土寸金,会有各种元件导体、空间辐射信号在挤压这片净空区。

Sensor 周围的电场是空间发散的,合理的空间结构及走线是获得高信噪比的保障。

电容触控的那些事

常有人问Touch Sensor设计的规则底限是什么?一言两句真的很难回答,“又要马儿跑,又要马儿不吃草“,想不给一点空间,还要Touch信号很好,蛮难的。Touch Sensor设计就是要配合芯片的功能,在空间叠构上寻找一个结构的平衡点。

如何能做到以不变应万变?先看一下电容的公式,充分了解基本概念。电容的大小与面积、距离、介电常数都有啥关系。

电容触控的那些事

常见绝缘材料的介电常数表如下:

电容触控的那些事

芯片采样的信号变化Delta值是相对变化量,是直接反映每路通道外部总的电容(Cx+Cp1+Cp2+Cp3……)的变化,要想得到较大的Touch Sensor信号值变化,也就是要Ct尽量多的影响Cx。

结合电容公式不难得出,Sensor与手指之间的绝缘层厚度越薄、材料的介电常数越大,Sensor与手指之间正对面积越大,Delta值也就会越大。

电容触控的那些事

另一方面,如果耦合电容值(Cp1+Cp2+Cp3……)比较大,也会消弱手指Ct对Sensor的有效影响。

从电荷转移的角度来看,只要有电势差,电荷就会优先对最近距离的导体转移,要想Sensor及走线周围的导体对信号的影响小,就尽量与其保持一定的距离。

电容触控的那些事

有效果的设计就是把需要的信号搞成占主导地位,越主导越好,也可以理解为提高信噪比。

设计方向 I:

1. 让(Cx+Cp1+Cp2+Cp3……)容值尽量与CHOLD相当;

2. 在(Cx+Cp1+Cp2+Cp3……)中,Cx值要尽量大,(Cp1+Cp2+Cp3……)值尽量小;如(Cp1+Cp2+Cp3……)值无法避免稍偏大,要确保其变化值稳定且小;

3. Ct对Cx的影响要尽量大,按实际需求调整面积、距离、介电等。

在此稍提一下保护线/层的相关知识点。

保护什么?主要还是保护Touch信号免受外界干扰,通常大家最先想到的是用GND进行包裹,Sensor及走线周围如有大量的近距离GND保护,会使(Cp1+Cp2+Cp3……)很大,反而导致Delta会很小。

电容触控的那些事

如何改善?

1. 与Sensor及走线距离不能太近;

2. 可用适当比例的网格替代整敷铜;

3. 用带有同步波形的Guard驱动来保护。

前面有提到电势差,GND是一直低电平,当Sensor上有不为低电平的波形时,两者有电势差,就会有部分电荷逃逸。带有同步波形的Guard驱动线与Sensor上的电势差始终为零,电荷就不会逃逸,表现结果就是提高了信噪比。

特别注意的是:

1. Guard驱动线是连接到芯片的,也可能成为噪声的吸收线路,它本身也是需要适当保护的,设计中一般会用GND外包裹一下Guard驱动线。

2. 如Guard驱动线形成的电容很大,其波形就会失真与Sensor不同步,不同步就会有电势差,有电势差保护的效果就会下降,Guard驱动线设计也是要找个平衡点。

有好多产品空间非常紧凑,对于触摸屏的设计,一般会用软件仿真计算各参数是否合理;非触摸屏的应用结构差异大,可用如下Touch Sensor设计的部分经验值

电容触控的那些事

设计方向 II:
Sensor走线到芯片端尽量走最近距离;
Sensor走线在阻抗够小的前提下尽量最细;
Sensor走线间距>=线宽;
Sensor走线外侧与保护线间距>=2倍线宽;
Sensor保护线与外侧GND间距>=2倍线宽;
Sensor与保护线间距>=T/2距离,(T为Sensor到触摸表面的距离)。

以上是一些经验分享,实际设计中如还是空间不够咋办?首先让结构改,结构实在改不了那就sensor再让一点空间呗,当然性能上也会再打点折扣的,就看你项目中要看重啥了?要结构还是要性能?

转自:LigoWell

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先回顾一下中学里学习的等势体或连通器的概念,对电容触控原理的理解会比较容易。

如下图两端容器有压差,就会形成流通性。可以把容器里蓝色部分看成是液体或电荷,只要底部是有效连通的,只要时间足够充裕,每次都能得到稳定后的数值。

电容触控的那些事(二)

我们在《电容触控的那些事儿(一)》中有提到实际电容触控项目中每个传感器通道的等效电容约10 pF量级。在以往的低成本方案中,直接测量这个小电容数值的变化量是比较困难的,通常会变通间接去测量,有通过振荡电路的、有通过充电时间的、有通过外部放大的等等,这些方法已不是主流,在此不深入介绍。

电容触控的那些事(二)

随着半导体集成度及精度的不断提高,现在的电容信号采样可以直接用ADC或增强型ADC读取。操作简单、速度快,可以释放MCU的工作负荷,让MCU可以有更多的时间做其他的工作或休眠降低功耗。是目前电容触控测量的主流方法。

上图中绿色底标的CHOLD是ADC的采样保持电容,CX是外部触摸传感器的等效电容,这两个电容就可以看成是连通器的两端容器。中间有一些开关,可以协作分别完成两边电容的充电、放电、连通等动作,以前是软件来控制,现在基本是硬件完成,效率更进一步。这种方式就是电荷转移成等势体,然后进行采样。

最新的芯片还会集成硬件滤波、放大倍数调整等,信号的信噪比也大大提高;CHOLD通常也是可以调节的,以配合外部的CX的大小,尽量数值相当,这样会得到较大的变化量。

电容触控的那些事(二)

通常触摸信号会夹带或多或少的噪声一起输入进来,先经硬件低通滤波,如果硬件还是没有把噪声过滤干净的话,还有软件滤波、跳频等机制,把有效信号还原出来。只要传感器的结构设计合理,参数配置得当,触摸操作的准确度还是可以达到100%的。

转自:Microchip工程师社区
Microchip Technology Inc.
资深嵌入式应用工程师
James Li

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从呱呱坠地的婴儿到白发苍苍的老人,人类总是习惯于通过触摸感知世界。触摸并非是智能电子产品的专利,很多人在接触智能Touch电子产品前就有过类似的经历,在玻璃上、在沙地上,触摸是人类与生俱来的天性。

那我们就来聊聊Touch技术吧!

首先电容Touch主要分为自容与互容,各有各的应用场景,有些场合两种同时使用,有的场合用其中一种效果更好。就是要看具体的结构与需求。

电容触控的那些事

我们常用的手机、平板电脑的Touch以互容为主,最新的技术是自互容一体,也就是同时存在。

电容触控的那些事

电容Touch技术很多年前就有了,但真正开始流行起来是始于Apple的MP3播放器。

要采样到电容值的变化量,计算并能准确给出结果值,开始还是蛮有挑战的,随着应用场景的广泛化、用户要求不断提高、各技术的发展,Touch技术更新换代速度也是蛮快的。

电容触控的那些事

新的Touch技术不但在性能、功耗上有进步,还在开发上非常灵活。Atmel的加入丰富了Microchip的触摸产品和解决方案。目前我们在这个领域算是佼佼者。

Touch电容信号的采集基本是硬件化了,你可以把它简单理解为功能强大的ADC模块,不需要MCU过多的软件控制,大大释放了MCU的负荷,对于做低功耗也是有很大帮助。目前的Touch设计基本可以分成三大块,触摸传感器、信号采集、Touch算法库。而且后两者通常已基于一颗MCU,所以对于开发者来讲就比较简单了。

电容触控的那些事

我们来看一下自容的简单等效电路。Cx (传感器自身电容) >> Cp2 & Cp1, 并且 Cf (手指触摸后的对地等效电容)>> Cx & Ct(手指触摸后传感器检测电容)是比较理想的,Cx与Ct是设计者比较关心的。

电容触控的那些事

同样,我们来看一下互容的简单等效电路。理想是Cx >> Cp2, Cp1, 并且 Cf >> Cx, Ct、Cx与Ct保持在合理区间能得到比较好的效果。

电容触控的那些事

实际项目中Cx通常在10 pF的量级,而Ct会比较小,如过能让Ct对Cx的影响大于3~5%,基本就可以有办法可靠工作了。

转自:Microchip工程师社区
Microchip Technology Inc.
资深嵌入式应用工程师
James Li

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