Silicon Labs電容觸摸系列MCU的CDC工作原理

2021-01-08 電子發燒友
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Silicon Labs電容觸摸系列MCU的CDC工作原理

發表於 2018-12-02 10:01:40

IREF是一個內部參考電流源，CREF是內部集成的充電電容，ISENSOR屬於內部集成的受控電流源，CSENSOR為外部電容傳感器的充電電容，由於人體的觸摸引起CSENSOR的變化，通過內部調整過的ISENSOR對CSENSOR進行瞬間的充電，在CSENSOR上產生一個電壓VSENSOR，然後相對內部參考電壓經過一個共模差分放大器進行放大；同理IC內部的IREF對CREF充電後也產生一個參考電壓並相對同樣的VREF經過差分放大，最後將2個放大後的信號通過SAR（逐次逼近模數轉換器）式的ADC採樣算出ISENSOR的值。

現在的電子產品中，觸摸感應技術日益受到更多關注和應用，並不斷有新的技術和IC面世。與此同時，高靈敏度的電容觸摸技術也在快速地發展起來，其主要應用在電容觸控螢幕和電容觸摸按鍵，但由於電容會受溫度、溼度或接地情況的不同而變化，故穩定性較差，因而要求IC的抗噪性能要好，這樣才能保證穩定正確的觸摸感應。

目前Silicon Labs公司推出的C8051F7xx和C8051F8xx等電容觸摸系列MCU，以高信噪比高速度的特點在業界表現尤為出色。同時，靈活的I/O配置，給設計帶來更多的方便。另外，由於該系列MCU內部集成了特殊的電容數字轉換器（CDC），所以能夠進行高精度的電容數字轉換實現電容觸摸功能。

CDC的具體工作原理：

Silicon Labs SAR式的ADC採樣可選擇12-16位的解析度，採用16位的解析度進行逐位比較採樣：首先從確定最高位第16位（IREF=0x8000）開始，最高位的值取決於電容的充電速率，也就相當於電流的大小，取電流IREF/2，比較VSENSOR和VREF：

VSENSOR 》 VREF 則 最高位 = 0 ；

VSENSOR 《 VREF 則 最高位 = 1 ；

隨後，SAR控制邏輯移至下一位，並將該位設置為高電平，進行下一次比較：

如果第16位是1，則取下一個IREF=0xC000 ；

如果第16位是0，則取下一個IREF=0x4000.

這個過程一直持續到最低有效位（LSB）。上述操作結束後，也就完成了轉換，將算出的16位轉換結果儲存在寄存器內。

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