電容式觸摸感應是一項用於在智能手機、平板電腦、液晶和LED電視等各種電子應用中實現直觀用戶界麵（UI）的de流liu行xing技ji術shu。觸chu摸mo按an鍵jian正zheng在zai快kuai速su取qu代dai傳chuan統tong的de機ji械xie按an鍵jian。不bu過guo，與yu本ben身shen提ti供gong用yong戶hu觸chu覺jiao反fan饋kui的de機ji械xie按an鍵jian不bu同tong

，觸chu摸mo按an鍵jian需xu要yao額e外wai的de組zu件jian才cai能neng提ti供gong反fan饋kui。LED廣泛用於實現視覺反饋，並為基於觸摸的UI提供背光照明。

 

 

一些應用除了簡單地開啟和關閉LED之外還需要更多視覺效果。舉例來說
，筆記本電腦可在設備待機狀態下讓電源LED閃爍
，亮度發生明暗變化，形成一種所謂的呼吸效應，這也是設備中使用的眾多LED效果（淡入淡出或閃爍）之一。高級LED效果結合電容式觸摸按鍵能提高係統的美感並改善用戶體驗。

 

我們通常希望使用同一片上係統（SoC）來實現多種特性，從而降低BOM成本。在共有四部分的係列文章中，我們將介紹用同一SoC實現電容式感應和LED照明的不同方麵，包括：

 

●我們將通過實際使用案例簡單介紹電容式感應型UI應用中所采用的不同LED照明技術。

 

●脈衝寬度調節（PWM）是實現LED效果的常見技術之一。我們將分析采用PWM技術的不同LED效果實現方案，從而探討如何選擇適當的SoC。

 

●在同一SoC中整合實現多種特性肯定會充滿挑戰。要確保設計的高健碩性，就必須解決這些挑戰。我們將討論的常見挑戰包括：LED和電容式傳感器之間的串擾
、驅動強度功能、導致電容式感應子係統內部噪聲的LED負載瞬態以及避免方法。

 

●功耗優化對於任何電子係統都非常重要。我們將討論需要LED效果的應用的低功耗設計考慮因素。

 

 

高gao效xiao的de用yong戶hu界jie麵mian設she計ji需xu要yao在zai具ju備bei電dian容rong式shi觸chu摸mo按an鍵jian情qing況kuang下xia提ti供gong某mou種zhong用yong戶hu反fan饋kui功gong能neng。當dang用yong戶hu按an壓ya機ji械xie按an鍵jian時shi，機ji械xie按an鍵jian本ben身shen就jiu具ju備bei觸chu覺jiao反fan饋kui功gong能neng。然ran而er電dian容rong式shi按an鍵jian則ze不bu能neng提ti供gong這zhe種zhong觸chu覺jiao反fan饋kui。因yin此ci，采cai用yong電dian容rong式shi觸chu摸mo按an鍵jian的deUI可以采用不同的反饋形式，包括視覺、音效、觸覺等。根據用戶界麵設計，也可組合采用多種不同類型的反饋。在這些反饋類型中，用LED實現視覺反饋是一種常見的選擇。我們在此將介紹一些不同類型的LED效果及其使用案例。

 

為了改進對用戶的視覺反饋或模仿機械開關，LED可在固件中采取多種不同的控製方式。一些常見的方法包括：

 

 

這是最簡單的LED效果類型，通常用來顯示觸摸狀態。LED位於傳感器導體片背後作為背光。當有觸摸時，此LED點亮為按鍵提供照明，沒有觸摸時LED就關閉。該應用實例為Samsung Galaxy S4等Android手機的菜單或後退按鍵。

 

 

電(dian)視(shi)機(ji)製(zhi)造(zao)商(shang)通(tong)常(chang)為(wei)不(bu)同(tong)型(xing)號(hao)的(de)電(dian)視(shi)提(ti)供(gong)標(biao)準(zhun)的(de)遙(yao)控(kong)器(qi)。遙(yao)控(kong)器(qi)上(shang)的(de)某(mou)些(xie)按(an)鍵(jian)可(ke)能(neng)不(bu)支(zhi)持(chi)某(mou)些(xie)型(xing)號(hao)的(de)電(dian)視(shi)機(ji)。在(zai)此(ci)情(qing)況(kuang)下(xia)，如(ru)果(guo)觸(chu)摸(mo)的(de)按(an)鍵(jian)無(wu)效(xiao)，可(ke)通(tong)過(guo)LED閃爍背光效果來發出提示，這是通過周期性開關LED來實現的。

 

 

設she想xiang一yi下xia
，房fang間jian燈deng光guang用yong機ji械xie開kai關guan控kong製zhi。按an下xia一yi次ci開kai關guan
，燈deng會hui打da開kai。隻zhi要yao開kai關guan繼ji續xu保bao持chi這zhe種zhong狀zhuang態tai

，燈deng就jiu會hui一yi直zhi開kai著zhe。再zai按an一yi次ci開kai關guan
，燈deng就jiu會hui熄xi滅mie。切qie換huan特te性xing類lei似si於yu這zhe種zhong機ji械xie切qie換huan開kai關guan。當dang觸chu摸mo電dian容rong式shi按an鍵jian時shi，相xiang應ying的deLED燈會點亮。即便用戶手指離開按鍵，LED燈還會一直亮著。如果用戶再次觸摸按鍵，LED燈就會關閉。也就是說
，在每個電容式傳感器狀態的上升沿，輸出狀態都會切換其狀態
，具體如下圖所示。CS0反映傳感器狀態，而GPO0反映LED狀態。

圖1：LED切換

 

 

通常對於電容式按鍵來說，LED直接位於按鍵之下，從中心位置發光。用戶手指放在按鍵上，LED就會被隱藏起來。在此情況下，如果用戶手剛從按鍵上拿開LED燈就馬上關閉，那麼用戶可能難以確定按鍵操作到底成功沒有。為此，我們可以讓LED在觸摸結束後保持“開啟”一小段時間
，從而為用戶提供更好的視覺反饋。這種特性就叫LED開啟時間，如圖2所示。

 

通過改變LEDdengdeliangdunenggoushixianxuduogaojixiaoguo。shexiangyixia
，yitaidianshijideqianmianbanketongguochumoanjianshixianbutongcaozuo，baokuotiaojieyinliangdeng。xiatujiushidianshijimianbandeyigeshili。

圖3：采用背光觸摸按鍵的電視前麵板

 

麵板為全黑色，表麵光亮，匹配邊角設計和美學效果要求。為了讓用戶能在黑暗條件下方便控製，按鍵始終用低亮度LED點亮。如果觸摸到按鍵，LED亮度會提高。

 

PWM是LED亮度控製應用中的關鍵技術。通過改變PWM輸出的占空比
，我們能如圖4一樣調節LED亮度，從而讓用戶界麵的亮度對應於按鍵狀態和環境光條件。事實上，改變亮度正是呼吸
、淡入淡出等高級效果的基礎所在。我們將在第二部分介紹PWM的設計參數和多種不同實現方案。

圖4：LED亮度控製

 

淡入淡出就是讓亮度逐級變化。低亮度變為高亮度叫淡入
，相反的就叫淡出。通過不同LED狀態之間的一係列小步驟逐漸改變占空比，我們能實現淡入淡出效果（見下圖）。

圖5：LED淡入淡出

 

 

我們在本文開始處通過筆記本電腦的電源鍵為例簡單介紹了一下呼吸效應。持續地逐漸提升或逐漸下降兩級之間的占空比能讓LED形成“呼吸”的效果，如圖6所示。待機模式下電源按鍵支持呼吸效應能告訴用戶電源按鍵是活動狀態並能進行操作。

圖6：LED呼吸

 

一些廠商已經推出了用單芯片實現上述高級LED效果和電容式感應的可配置型器件，比方說賽普拉斯的CY8CMBR2110和CapSense MBR3。