消費電子設備現(xiàn)已成為日常生活的一部分。移動電話稀有、PDA 只能由少數(shù)人買得起的日子已經(jīng)一去不復返了。隨著這些嵌入式電子設備變得無處不在，此類設備的制造商正在尋找新的方法來封裝更多特性和功能，以增強其可用性并在市場上更具競爭力。
    接近感應是許多嵌入式設備中的一項此類功能。嵌入式設備領(lǐng)域的接近傳感是檢測電子設備附近是否存在人類手指或手。接近傳感的這一特性正在被眾多行業(yè)的各種應用所采用。
    接近傳感的使用
    接近傳感在手持式電池供電設備行業(yè)中得到了直接采用。該功能見于的手機和音??樂播放器中。這些設備中接近感應的主要功能是省電。
    只要音樂播放器或手機上未檢測到有人手指或手靠近，其 LCD 顯示屏就會保持關(guān)閉狀態(tài)。由于顯示器處于關(guān)閉狀態(tài)，只有 CPU 從電池獲取電力，而不會消耗電力來驅(qū)動 LCD 顯示器。
    一旦設備檢測到人手的存在，顯示屏就會亮起，顯示當前正在播放的歌曲或呼叫者信息。平均功耗因此降低，從而延長電池壽命。
    接近傳感已成為家庭自動化的常見功能。它用于通過在其前面揮動手來打開臺燈。當手放在水龍頭下面時，水龍頭就會打開。
    只要用戶不在其附近，帶有顯示屏的微波爐和冰箱就會保持空白。當用戶靠近它時，顯示屏和燈光就會打開。新的家庭自動化系統(tǒng)也采用了此功能。用于照明和電器控制的觸摸屏顯示器被配置為在正常情況下充當數(shù)碼相框。
    一旦有人靠近它，它就會將顯示內(nèi)容更改為控制面板，并照亮隱藏的觸摸傳感器按鈕。如果檢測到門把手或窗玻璃附近有未經(jīng)授權(quán)的存在，接近感應還可以通過發(fā)出警報來確保安全。將這一想法擴展到構(gòu)建更智能的器具和電器。
    當手靠近時，可以通過改變表面顏色來指示內(nèi)部液體溫度的器具。這可以避免兒童在廚房周圍被嚴重燒傷。浴缸在你把腳放進去之前就可以警告你水太冷了。
    汽車行業(yè)可以采用接近傳感技術(shù)來打造更智能的汽車。想象一下，一輛汽車能夠感應到駕駛員在其附近，并在他接近把手時為他解鎖車門。除此之外，它還會根據(jù)車內(nèi)溫度打開點火裝置、空調(diào)或加熱器。當駕駛員的手靠近時，如果手柄或變速桿太熱，汽車會發(fā)出警告。
    如果它檢測到駕駛員的手靠近卡迪德，它還可以指示駕駛員卡迪德上的旋鈕或按鈕是什么。就在年輕人認為汽車無法變得更加智能時，接近傳感等新興技術(shù)正在突破極限。
    接近感應用于顯示鍵盤中隱藏的觸摸感應按鈕。老鼠保持睡眠模式，直到它檢測到一只手的存在。然后它會醒來，打開無線電與 PC 配對并準備好運行。這可以延長電池壽命?；诮咏鹊陌粹o可以取代機械按鈕來在筆記本電腦關(guān)閉時打開筆記本電腦。這可以擴展到包括冰箱門、微波爐和手機。
    接近感測方法

    存在多種技術(shù)來執(zhí)行接近感測，包括電阻式、電感式、電容式、光學、聲學和視覺方法。這些技術(shù)都有其優(yōu)點和缺點。選擇哪一種取決于具體應用、成本和可用性。本文將討論如何實現(xiàn)電容式接近傳感器。

    圖 1：電容式傳感元件
    要了解電容式接近感應的工作原理，請考慮如圖所示的電容式感應元件的橫截面（上圖 1）。導電銅區(qū)域和導電傳感器位于覆蓋材料下方。兩個彼此靠近的導電元件會產(chǎn)生稱為寄生電容的電容。
    寄生電容是由傳感器墊和接地層的耦合產(chǎn)生的。寄生電容通常為 10pF 至 300pF 左右。傳感器和接地面的接近也會產(chǎn)生穿過覆蓋層的邊緣電場。

    當像人手指這樣的導電物體靠近邊緣電場時（下圖 2），它會向電容系統(tǒng)增加導電表面積。系統(tǒng)總電容的這種變化用于檢測電容傳感器元件附近是否存在手指。

    圖2：當手指靠近時，傳感器的總電容發(fā)生變化
    檢測和測量電容變化
    接近傳感器的精度和可靠性取決于對系統(tǒng)電容變化的準確測量。存在許多相同的方法。常用的測量方法有電荷轉(zhuǎn)移法、逐次逼近法、Sigma-Delta 法和互電容測量法，每種方法都有其優(yōu)點和缺點。
    目前電容式傳感 IC 上更常用的技術(shù)是逐次逼近 (CSA) 和 Sigma-Delta (CSD)。兩種方法均使用開關(guān)電容器電路并使用外部修改電容器 (CMod)。

    在 CSA 方法中（如下圖 3），開關(guān)電容器網(wǎng)絡對 CMod 進行充電。然后，CMod 上的電壓通過低通濾波器進入比較器，與參考電壓進行比較。由振蕩器計時的計數(shù)器由比較器的輸出選通，比較器的輸出被處理以確定傳感器的狀態(tài)。CSA 需要很少的外部元件。它也不受電源瞬變的影響。

    圖3：CSA框圖
    在 CSD 方法中（下圖 4），開關(guān)電容器輸入級包含傳感器電容器 CX。開關(guān)電容器網(wǎng)絡位于 VDD 和 CMod 電壓之間。偽隨機發(fā)生器控制開關(guān)電容器網(wǎng)絡的開關(guān)頻率。CMod 不斷充電和放電。

    當比較器跳閘時，泄放電阻器開關(guān)閉合，對 CMod 放電，直到新值存儲在同步鎖存器中。然后鎖存器的位流輸出與 PWM 進行“與”運算并啟用計數(shù)器。

    圖4：CSD框圖
    處理計數(shù)器的輸出以確定傳感器的狀態(tài)。CSD 非常適合白色家電、工業(yè)和汽車應用，因為它不容易受到電磁干擾和輻射發(fā)射的影響。
    電容式接近傳感：優(yōu)點和缺點
    電容式接近傳感相對于其他傳感方法的一些優(yōu)點包括：
    1)手指存在檢測范圍相當高（使用外部天線傳感器時為 30 厘米以上，不使用天線時為 10 厘米以上）。
    2) 靈敏度高于電阻式或電感式等傳感方法。
    3)價格便宜，因為傳感器可以用不同的介質(zhì)構(gòu)建，例如銅、外部線傳感器、ITO 和印刷油墨。
    4) 元件尺寸
    5) 溫度穩(wěn)定性
    6)設計靈活性。
    7) 耐環(huán)境因素：水、溫度、濕度。
    8) 適用于各種不同厚度的非導電覆蓋材料，例如玻璃。
    9） 由于它們可以替代機械部件，因此具有高可靠性和耐用性。
    但應該考慮一些潛在的缺點，包括：
    1) 感測元件必須是導電的。這使得它能夠很好地檢測附近的人體組織。然而，當用戶戴著橡膠手套時，它可能無法檢測到手靠近它。
    2） 當導電物體保持在傳感器附近時，系統(tǒng)終可以重新計算其寄生電容，以包括手在其附近感應的電容。這可能會導致未來的錯誤檢測。然而，這可以通過軟件輕松解決。
    3) 當傳感器附近存在金屬物體時，電容式接近感應的檢測范圍會急劇減小。下面詳細介紹了解決該問題的方法。
    存在金屬物體時增加檢測距離存在
    金屬物體時，電容式接近檢測的范圍會減少近 15 倍。其主要原因是金屬物體增加了傳感器的雜散電容。
    這種雜散電容通過提供更高的滿量程范圍來降低接近響應值。這通常需要降低工作頻率，進而縮短檢測距離。接地金屬平面還捕獲部分傳感器電場并減少增加的手指電容。
    由于大多數(shù)白色家電都有金屬外殼，因此此功能可能不利于此類設計。然而，通過在接近檢測傳感器和金屬物體之間放置屏蔽電極來減小金屬表面對傳感器的影響，其中屏蔽電極具有與傳感器相同的電勢。這是解決該問題的一個相當有效的方法。
    結(jié)論 事實證明，
    除了功能上的實用性之外，在消費電子設備中使用接近傳感還可以為設備增添“酷”感。讓您的新設計在市場上具有競爭優(yōu)勢可能是值得考慮的。