本應用筆記提供了用電場(E-field)器件MC33795、MC34940和MC33941設計鍵盤的基本原理。描述了E-field的基本操作以及簡單而又多元化的電極。還提供了可應用到具體設計中
的實例鍵盤。

1. E-field設備的基本操作

E-field設備用正弦波產(chǎn)生器來產(chǎn)生可以感知人的手指或其他任何導電物體的電場。電場來源于設備內(nèi)部的振蕩電路。該振蕩電路產(chǎn)生一種高純度、低頻率、峰間值為5V的正弦波。產(chǎn)生的AC交流信號經(jīng)過一個22kΩ的內(nèi)部電阻到一個多路復用器，然后由該多路復用器決定傳輸?shù)剿x電極、相關引腳還是內(nèi)部測量點。IC自動將未選中的電極連到地。

電極連到IC的那個點形成一個AC電壓分頻器。分頻器的上腳是一個22kΩ的電阻；下腳是一個電容。由于有AC正弦波經(jīng)過該分頻器，所以其下腳受電容性電抗控制。所有的變量都不參與公式：

Xc=1/(2*Pi*F*C)

除了Pi和F，因為它們是常量。所以剩下的只有1/C，C是由手指或其他接觸電極的刺激源形成的電容值。經(jīng)過分頻器的整流和過濾后，正弦波信號變成了設備的12腳上輸出的仿真電壓。手指或刺激源越靠近電極，電容值就越大。這樣經(jīng)過22kΩ的內(nèi)部電阻后會產(chǎn)生一個壓降，從而導致電極輸入引腳上的電壓變化。IC內(nèi)部的片上整流器將該AC信號轉(zhuǎn)化成DC電平。然后利用內(nèi)部串聯(lián)電阻和外部并聯(lián)電容，對DC電平進行低通濾波。經(jīng)過增加和抵消的DC電壓被送到IC的LEVEL引腳。

2. 對鍵盤的human接口檢測

E-field設備能檢測到任何導電的或與電極周圍環(huán)境有不同介電性能的物體。人類非常適合E-field成像，這是因為人體大部分是由水組成的，而水的介電常數(shù)很高，還含有離子物質(zhì)，這使得人體有很強的導電性。人體還提供一個到大地的良好電氣耦合路徑。因此，當有手指接近金屬電極時就形成一個電路。該電路會使電場電流產(chǎn)生變化，E-field設備一旦檢測到這個變化就將其轉(zhuǎn)換成一個不同的輸出電壓。

3. 鍵盤的基本設計

(1) 單電極設計
在單電極按鍵的設計中，所有的鍵都是由一個單一的銅盤或銅墊構(gòu)成。這種鍵盤的設計一般被稱為單電極按鍵設計。每個電極或按鍵經(jīng)過一個串聯(lián)電容連到E-field設備上。假設手指被電容性連接到虛擬地。當手指靠近單電極時，他就提供了一條從電極到地的傳導路徑。E-field設備每選中一個鍵，該按鍵或電極就會改變LEVEL引腳的輸出電壓。單電極或按鍵并不限于鍵盤的設計；也可用于檢測人手或其他物體的接近。

4. 多電極設計

在多電極或雙電極按鍵的設計中，所有的鍵都是由兩個銅盤或銅墊構(gòu)成。這種鍵盤的設計一般被稱為多電極按鍵設計。對于雙傳感器，一個電極負載電荷，另一個接地，以增強靈敏度。這是因為在E-field設備內(nèi)部，未選中的電極是接地的。當手指靠近雙電極時，他就提供了一條從載荷電極經(jīng)過手指到地，從載荷電極經(jīng)過接地電極到地的傳導路徑。換句話說，手指越靠近電極，電極載荷越大。每當有鍵被接觸時，鍵的兩個電極將改變LEVEL引腳上的輸出電壓。

參考文獻

鏈接到EXPRESSPCB格式的實例鍵盤：http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=DEMO1985MC34940E&fpsp=1&tab=Design_Tools_Tab
觸摸屏應用筆記：http://www.freescale.com/files/sensors/doc/app_note/AN1985.pdf

詳細閱讀，請訪問http://www.freescale.com.cn/cd/download/AN3516_C.pdf