集成电容传感和蓝牙低功耗

1、集成电容传感和蓝牙低功耗在多个从设备需要与一个主设备举行对话的无线通信应用中，低功耗(ble)协议已毫无疑问成为它们的抱负挑选。与其它通信协议相比，ble具备以下优势：1. ble拥有极高的行业普及率，具备多厂商互操作性。据蓝牙技术联盟预测，到2018年，90%的智能手机将支持ble。此外，ble 在 pc、智能电视等其它主机设备中也拥有很高的普及率。2. 公布的通信距离长达100m。3. 超低的峰值、平均和空闲功耗让大多数用法纽扣电池的ble从设备能够运行数年。4. 数据传输速率高达1mbps。这些优势让ble成为设备、可穿戴设备、无线pc外设和遥控器等设备的最佳挑选。实际上，ble的出生激

2、发了全球各地的创新者打造更多前所未有的应用。简而言之，大多数ble从设备能够有效捕捉某种输入，然后用法ble将信息发送至客户端(即pc或智能手机)。因此，ble从设备的主要功能包括 ：1. 捕捉输入2. 处理输入3. 用法ble协议将处理后的输入通过无线方式发送至客户端。根据捕捉输入这项功能俩看，ble设备可以划分为两个类型。类型1：用法捕捉输入的设备(即传感器输入设备，sid)。类型2：捕捉人类用户的输入的设备(即人工输入设备，hid)。以一个心率监测仪为例。该设备用法 传感器捕捉人的心率。设备处理信息后，会将其发送至客户端(pc或手机)，其中用户只需戴上该设备，不需要手动输入任何信息。再以

3、一个用法ble与pc举行无线通信的无线鼠标为例，其中输入由用户手动提供(采纳点击和滚动的形式)那么，这里濒临的问题就是：这种区分是如何影响设备设计的呢?人工输入ble设备濒临的挑战为了捕捉人类用户的输入，我们可以用法按键、滑块和/或滚轮。这种输入既可以是机械输入，也可以采纳传感技术。假如是前者，我们可以用法传感器检测用户与机械组件的交互，或将机械组件挺直衔接到控制器。输入被捕捉后将由举行处理，然后通过ble 协议栈传送到客户端。市场上有很多设备将ble协议栈与微控制器(mcu)集成在一起，从而让开发人员能够创建类似于传感器输入设备的单芯片系统：但是，用法机械组件会牺牲牢靠性和人体工程学理念。比

4、如按键简单磨损，从而缩短设备的用法寿命。鉴于这些局限性，无数行业正在用法电容传感解决计划替代机械用户接口。采纳电容传感用户输入也会濒临其他的挑战。比如无数架构需要两个芯片，一个用于实现电容传感，另一个用于实现ble，从而增强的尺寸，从而增强创造总成本。另外还有问题，系统需要额外的时钟来协调两个芯片的待机时光。在几乎全部应用中，采纳ble的产品(遥控器、鼠标等)都会用法电池供电。因此，延伸电池寿命极为重要。为了应对上述场景，我们需要集成了电容传感和ble的单一芯片。除了上述问题之外，设计人员还需要解决其它一些问题。其中需要重点考虑的问题是：弧形/厚覆面和射电辐射导致的触摸传感snr(信噪比)的下

5、降。 触摸传感snr定义了设备区别预期输入信号(本例中就是用户的触摸动作)和噪声的能力。因此，snr下降将增强设备区别实际触摸动作和噪声的失败率，从而导致误触等现象。请想象一下，假如用户正在观察一场感动人心的足球竞赛，但此时触控遥控器的误触错误导致频道不断切换，用户将有何反应?我们在这里有须要简要回顾一下电容传感技术的基础学问，然后运用这些学问了解误触的起源。电容传感器就是pbc上的一块导体垫。传感器和地层之间有一个称为寄生电容(cp)的电容。覆面位于传感器上方。当用户触摸电容按键时，他事实上触摸的是覆面的顶部，这将为传感器增强一个手指电容(cf)。因此，触摸之前的传感器电容 = cp (基线

6、)触摸时的传感器电容 = cp+ cf(并联)一个mcu定期扫锚传感器，检测其电容变幻(即从cp到cp+cf的变幻)。扫描周期由扫描速率打算。电容的计算公式是：c = e* (a/d)(c =capacitance电容, e= permittivity电容率, a=area面积, d= distance between electrodes电极间距)因此，对于cf而言，“d”是覆面厚度。厚度增强(即覆面更厚)时，cf将降低。mcu在扫描电容变幻时，它还需要 确定变幻是由实际触摸动作导致的，还是由噪声导致的。当cf较低时，某些噪声信号有可能拥有相当的强度，因此，mcu可能难以区别真切信号和噪声，

7、从而导致误触。对于弧形覆面(比如说触控鼠标)而言，cf因传感器和覆面之间的空隙(降低电容率)而下降，也会导致上述问题。对于ble 从设备而言，影响触摸传感精度的第三个因素是蓝牙无线信号引入的“噪声”。综上所述，我们就知道了信号削弱、噪声增加的缘由。通常而言，mcu用法信噪比区别信号和噪声，假如两者的强度相当，设计一款牢靠的产品将会越发复杂。有无数办法可以解决这些问题， 但无数传统办法会增强bom成本(由于需要额外的组件)、设计时光和设计成本(比如更多的工时)。此外，因为存在这些挑战，设计过程中可能会发生多次迭代，从而进一步推升成本，推迟终于产品的上市时光。设计师在设计ble从设备时还濒临另外一

8、些挑战，这些问题与ble协议栈有关，在hid和非hid设备都会浮现。其中一个战术性挑战是需要用法多个工具来开发、编程和测试ble应用。此外，理解蓝牙技术联盟发布的ble规范本身也是一个 繁琐的过程。为了开发固件，设计人员必须深化理解这个规范。此外，该规范会定期更新，因此需要持续开发。不遵从这些更新将会导致设备落伍，降低其互操作性。为了“通过无线方式”支持这些更新，设备还需要配备额外的存储器。增强外设存储器时，其通常衔接至mcu;因此，需要通过mcu读取该存储器，这将增强功耗，并可能导致处理器因更新而堵塞。ble无线输出需要用法一个额外的balun(balanced to unbalanced)

9、网络将输出阻抗调整至标准的50 ohms。一些ble mcu/内置了balun，但另一些则没有。假如没有内置balun，则必须用法外置器和电容器搭建一个。这需要用法9个外置组件，从而极大增强了调整通信匹配网络(amn)的复杂性。幸运的是，通过挑选适当的芯片，上述无数挑战均能在设计初期得到克服。为您的ble hid产品挑选适当的芯片挑选芯片时应铭记终于目标：即一个需要最少的组件、能够提供高性能、消耗最少电能的容易设计。好消息是市场上有无数芯片组可供挑选。这些芯片具有不同的价值定位。细节请参阅。但是，同时支持电容传感和ble的单芯片架构在市场上并不多见。的proc ble采纳了其被市场广泛接受的c

10、apsense技术，并且保留了capsense的全部usp。capsense和ble子系统让proc ble成为了hid ble产品的一个整体解决计划。除了集成核心功能之外，proc ble还解决了以下设计问题：1. 足量的闪存(最大128kb)和sram(最大16kb)以便通过无线方式更新ble规范。 proc ble还具备dma(挺直内存存取)功能，有助于在无需cpu的干涉下挺直存取内存。2. 灵便的低功耗模式有助于设备大幅降低功耗。3. 用法配备ble组件的 creator简化设计。随时可用的内置ble协议栈可让设计人员利用ble，而且无需把握ble 规范，从而简化设计。此外，proc ble内置对蓝牙技术联盟所采纳的