电容传感已成为在几乎所有电子设备领域实现高级用户界面的重要功能，包括消费者和汽车应用。高效且光滑的电容性能取决于如何测试和分析设计，尤其是当使用电容感测量来执行接近感测时。对于许多OEM，测试接近感测是一个重大挑战，鉴于这种性能被推荐的近距离检测的可行距离限制。本文讨论了可用于不仅找出灵敏度的距离，而且还计算传感器的原始计数，计算用于检测的阈值的值，并且给所估计的基于电容的感测的接近的灵敏度分析仪的设计轴的感测位置。任何测试工程师都可以使用此应用程序以有效的方式验证基于电容感应的基于感测的接近感测。
通常，Proximity Analyzer是基于电容感应的应用的研究，设计和测试的有用工具。With a proximity analyzer, engineers can tune both proximity range and more generic capacitive sensing features like noise baseline, threshold for sensor detection, IDAC counts etc. While capacitive tuning can be done using software, this approach doesn’t provide an intuitive feel during the process. It also involves multiple iterations. Instead, the device under test (DUT) can be tested automatically using feedback mechanisms that do not require engineers to spend time tuning the design.
图1显示了基于电容传感的系统的框图。该系统有一个主控制器，在这种情况下是PSoC 4AM, Cypress PSoC 40000s系列的一部分。
图1：基于电容感应的系统的框图。信用：赛普拉斯
首先，微控制器用于确定地面（即DUT本身）之间的距离和用于感测接近度的金属传感器板。然后分析所生成的原始数据，并且系统自行产生反馈以调整步进电机，以便顺时针或逆时针调节其相对运动程度，这取决于所接收的数据的灵敏度。
图2显示了这种布置的系统图。请注意，电路位于系统的基部，使其易于访问。显示器连接到系统的中心，以便于观看。在这种情况下，DUT应放置在固定的高度上置于包含接近传感器的板。由于表面高度的变化，这将消除测试期间的不准确性。为了防止这种情况，系统应具有上述固定高度的参考表面，该DUT应放置。然后可以从总高度中减去该高度以获得实际接近距离。因此，净距离从添加到系统的表面的高度的基础计算。
传感器连接到电动机，电动机可在系统的垂直轴上移动。建议步进电机进行精确运动;然而，伺服器可用于精细运动。
图2：Proximity Analyzer设置的系统框图。图片：赛普拉斯
图3显示了机械系统是如何集成的。日志显示系统随电机移动，用户体验更好。金属底座是用来稳定的。
图3：近距离分析仪的机械系统设计。
图4显示了接近传感器机械系统设计的初始版本。该设计可以利用一个现成的开发工具包，如Cypress CY8CKIT-044，以加速开发和简化机械集成。使用该系统，开发人员可以估计设备的接近范围，并自动调整它，以确定与传感器一起使用的调谐参数。
要开始测试，开发人员可以设置预期的距离进行邻近。然后，MCU基于从传感器计算的灵敏度和原始计数输出相对电机位置。基于最小高度，MCU然后通过将更新的传感器调整数据馈送到DUT来计算适当的传感器参数。通过连续回归，MCU自动校准系统以具有最佳的邻近灵敏度。
算法
自动调谐算法涉及通过通过GPIOS发送的数据进行连续反馈监控和调整。图5显示了自动调谐算法的流程。
图5.自动调谐算法的步骤。
自动调优步骤如下:
- 启动UART，I2C和CapSense块
- 分配引脚作为强大的驱动器，因为他们将驱动步进或伺服电机
- 使用UART接口输入最终应用程序的最大和最小接近范围，以便在MCU中使用。
- 读取用户输入的值
- 以步骤向下移动电机（即诸如台尺寸为2 mm）。
- 使用连接到DUT上的电容式传感销的GPIO保持监控DUT的原始计数值。
- 检测到邻近时停止。
- 如果DUT产生相同的接近范围的最大值和最小预期，停止并显示调谐参数(即，感知时钟频率，传感器阈值，噪声阈值，基线，接近距离)。
- 如果接近范围与用户给出的接近范围不匹配，输入新的传感器调谐参数。这些包括手指阈值，噪声阈值，负噪声阈值，低基线复位，迟滞和反弹。注意，这些参数是基于距离(即距离大于或小于最大值或最小值)。
- 通过操作电动机重温系统，直到检测到高或接近原始计数。
- 如果仍未检测到接近范围，请转到步骤6.否则转到步骤5。
由于这是一个迭代过程，所以可能需要一些时间才能完成。通过连续访问传感器阈值、感知时钟频率、噪声阈值、负噪声阈值、基线和分辨率，开发人员可以选择所需的参数来帮助速度调优。
要修改分析仪来调整电容按钮和滑块，可以更改算法以检测触摸而不是接近度。为了进行此调整，调整参数，开发人员进入最大值和最小的方式，触摸机械系统的变化使得能够用于相应地调谐系统的人工触摸机制。
作为对系统的增强，系统上的显示器还可以测量传感器的寄生电容。这将有助于在初始测试期间确定更好的电路板路由。该信息可通过MCU的内置自检(BIST)功能获得，并可通过PSoC Creator等开发环境访问。有关BIST功能的更多细节，请参阅CapSense设计指南。
此方法在Proximity Analyzer中良好地在实验室环境中运行良好，其中设计人员要求系统尽快自动调谐。它还可用于制造测试，以便在运送给客户之前测量电路板的性能。
在本文中，我们描述了如何自动校准和测量接近传感器的灵敏度。这种接近分析仪的方法，使用DUT本身，也可以修改，以调整各种其他电容组件，如按钮和滑块。与手动传感器调谐相比，这种方法的灵活性以及它如何简化校准可以节省大量时间。此外，这种自动化方法不仅可以调优系统，还可以验证系统的整体能力。
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