mTouch触摸是如何去弥补电容式触摸传感解决方案的？

　　作为传统按钮式用户界面的一种替代方案，触摸传感应用越来越多地用在自动售票机、查询机等机器上，可以提高可靠性并降低系统总成本。触摸传感还有助于实现完全密封和富于现代感的设计。
　　目前应用最广泛的是电容式触摸传感技术，Microchip Technology Inc.（美国微芯科技公司）在2008年推出的mTouch电感式触摸传感技术是对其电容式触摸传感解决方案是一种互补，其主要应用领域包括可能需要采用不锈钢面板的家电市场；需要技术上持久耐用性的工业市场；以及需要技术上有流线感又要减少意外接碰而引起触发的汽车市场。电感式触摸传感的基本工作原理是可以透过塑料、不锈钢或铝制的面板工作，即便是使用者戴着手套或面板上落上了液体，传感器依然可以正常工作。
　　利用这一新技术，设计人员可以在标准8位、16位或32位PIC单片机（MCU）或16位dsPIC数字信号控制器（DSC）中利用其现有应用代码集成电感式触摸传感功能，进而降低系统总成本。
　　1 基本原理
　　该方案的工作原理是，当人手按压到面板上以后，面板会产生数十微米的弯曲，使面板向底层电路板上的刻蚀形成的线圈移动，在印刷电路板上的线圈电感式传感器就会检测到由于面板弯曲，导致的前面板与PCB板之间的磁通量的微小变化，进而引起的线圈中电流的微小变化，系统会由此判定产生了一次触摸。系统原理如图1所示。
　　
　　2 电感式触摸传感方案的结构
　　整个电感式触摸传感系统由PIC微控制器、接口装置、电感式触摸传感器三部分组成，见图2。PIC MCU的PWM端口输出PWM波形到接口装置，接口将PWM波形转换成可用AC信号，驱动触摸传感器。然后，接口收到触摸传感器的相应信号，并转换成直流电压，送到PIC MCU上的ADC，由PIC MCU判定是否发生了触摸。
　　
　　在PCB板表面刻蚀出的线圈构成了一个电感器。前面板充当触摸表面，同时也用作被用户按压的导电片。前面板由导磁或导电材料制作，例如不锈钢。如果采用木材或塑料，则需要在面板的下面粘贴上一个导电片。
　　线圈通电后，会在线圈周围产生电磁场，磁场强度与电流大小成正比。当用户的手指按压传感器时，前面板和导电片会向下面的线圈方向弯曲，使磁场发生变化，进而引起线圈周围电动势的变化，从而使电感器中流过的电流发生微小的变化。
　　将这种微小的电流变化经放大、AD转换，再由MCU判定是否发生了触摸。面板弯曲的最小数值是10μm，该数值取决于前面板的厚度和按键的直径。这个数值远在大多数金属材料的弹性范围内，因此用户用不着担心面板的安全和寿命问题。
　　Microchip提供的软件工具可帮助设计师确定特定应用所需的最小弯曲程度。
　　导电片的微小移动就会使线圈的电感量发生很大的变化，所以可以很灵敏地检测出手指的触摸。检测的灵敏度取决于空气腔的大小，以及前面板的坚硬程度。检测算法可在Microchip的网站下载。
　　电感式mTouch传感器采用了多层式的结构。最上面是前面板，也是用户可以触摸的，可以印上数字、操作符号等标识，下面是导电片层，再下面是垫层，最下面是刻蚀出电感线圈的印刷电路板，如图3所示。
　　
　　有时候，也会用垫层分开导电片和线圈绕线，使面板能够弯曲。直接注塑成型的前面板可以不用垫层，因为在成型的时候会形成垫层。当使用垫层时，要在线圈上垫层部分开洞。垫层的材料可以是FR4、FR2、树脂粘合纸、ABS或其他塑料。垫层的厚度是孔洞直径的1%～3%。材料的来源可以很广泛，但必须是硬质和绝缘的。
　　有时候，也可以不用垫层和导电层。例如，用不导电材料注塑成型的前面板，在触摸区域下面留了凹槽，再在凹槽内贴上导电标签。
　　如果导电材料是铜、铝、黄铜或不锈钢，前面板也可以用做导电片。理论上，可以用任何导磁材料做。然而，从传感器的性能考虑，还是建议采用导电材料，这样还可以同时保持低成本。
　　由于该方案不依靠人体或场效应，在按键上施加的压力与物体的属性无关，使用者既可以直接用手指进行触发，也可以戴着手套进行操作，即便是盲人也可以操作。而且由于面板材料硬度很高，雨水、灰尘都不会引起面板的弯曲，因此不会误触发。
　　3 仿真模型
　　
　　图4是电感式传感器的电模型。当传感器靠近导电片时，会通过一个小电阻与副边的电感器耦合。这个电阻以Rtarget表示，代表了在导电片中因涡流电流引起的能量损耗。基本上，这个模型可以看成是一个变压器。当对印刷电路板上的刻蚀线圈施加交流电时，在绕线周围会产生磁通。前面板的导电片会因导电材料产生的涡流电流，产生自己的磁通。由于线圈和导电片非常接近，会产生互感，互感是线圈和导电片之间距离的函数。从线圈或这个变压器模型的初级侧看进去的阻抗会发生变化，阻抗的变化会引起线圈中电流的变化，通过检测电流的变化就可以判定是否发生了触摸。
　　4 与电容式触摸方案的对比
　　电感式触摸传感与电容式触摸传感方案的对比情况见表1。
　　
　　电感式触摸方案需要运算放大器和复用器，因此需要更大的功率和电流。在环境适应性上，电感式触摸方案略胜一筹，可以在潮湿、降雨、扬尘等环境下使用，也不会因触摸面上的液体引起误触发。而且，整个系统是密封的，可以使用不锈钢、铝、塑料等各种材料做外壳，设计出美观的造型。