智能手機(jī)已成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠郑涔δ芤殉隽耸謾C(jī)范疇。對于很多人而言，它還是重要的科學(xué)儀器、數(shù)字醫(yī)生、電子書閱讀器、音樂播放器、連接社交媒體以及其它無數(shù)應(yīng)用的工具。隨著人們對智能手機(jī)的功能的需求越來越高，開發(fā)設(shè)計(jì)人員必須要讓智能手機(jī)變得更加智能。例如，請?jiān)O(shè)想這樣一部手機(jī)，它能夠?qū)W習(xí)每個(gè)用戶的使用習(xí)慣并自適應(yīng)，例如，根據(jù)左右手習(xí)慣將手機(jī)一側(cè)的音量鍵移至另一側(cè)?；蛘?，能夠讓用戶使用手機(jī)背面的觸控板單手控制屏幕功能。我們可以利用電容觸控傳感技術(shù)較為輕松地實(shí)現(xiàn)這些高級功能。電容傳感技術(shù)能夠通過測量電容檢測到包括用戶手指在內(nèi)的導(dǎo)電物體的存在和不存在。該技術(shù)同樣適合按鍵、滑條、開關(guān)、觸控板、觸摸屏和近距傳感器，從而讓設(shè)計(jì)人員能夠提升智能手機(jī)的設(shè)計(jì)水平。本文主要介紹移動設(shè)備能夠利用電容觸控傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)的智能功能。

 

 

目前，觸摸屏用戶界面通常迫使用戶使用雙手操作智能手機(jī)。電容傳感技術(shù)能夠讓設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建一個(gè)特殊手勢界面，允許用戶單手操作手機(jī)，并使用拇指控制各種功能。例如，手機(jī)側(cè)面的一個(gè)簡單的四段電容滑塊傳感器（見圖1）能夠?qū)崿F(xiàn)向上滑動、向下滑動、單擊、雙擊、長按等功能。這些功能可與所有智能手機(jī)應(yīng)用配合使用，用于瀏覽屏幕、上下滾動文檔或選擇/去選圖標(biāo)。此類單手界面可增加手機(jī)操作的便利性和簡約性，從而大幅提升用戶體驗(yàn)。

 

圖1：使用一個(gè)四段電容滑塊的特殊手勢

 

 

手機(jī)兩側(cè)的電容觸控傳感器能夠檢測出用戶手握手機(jī)的方式和位置。一旦手機(jī)能夠做到這一點(diǎn)，無數(shù)功能都能得到實(shí)現(xiàn)。例如，手握檢測功能能夠根據(jù)用戶拇指的位置區(qū)分用戶是左撇子還是右撇子，然后根據(jù)左手或右手使用習(xí)慣動態(tài)調(diào)整整個(gè)用戶界面，包括調(diào)整手機(jī)的音量鍵、觸摸屏圖標(biāo)等等。

 

出于安全考慮，F(xiàn)CC要求手機(jī)廠商遵守射頻輻射的比吸收率 (SAR)規(guī)定。手握檢測功能可根據(jù)手機(jī)是在用戶手中或桌面上調(diào)整射頻輻射。另一個(gè)功能是能夠關(guān)聯(lián)手機(jī)鎖定和手握感應(yīng)；當(dāng)用戶手握整個(gè)手機(jī)時(shí)，可以鎖定手機(jī)。圖2顯示了常見的手握模式。
 

圖2：手握舉例

 

 

當(dāng)今的大多數(shù)手機(jī)利用固定位置處的實(shí)體鍵控制音量。將實(shí)體鍵轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙萦|控鍵不僅能讓手機(jī)看起來更加時(shí)尚和性感，而且還能實(shí)現(xiàn)虛擬音量控制鍵，該虛擬鍵可以利用手機(jī)邊框中的電容傳感器動態(tài)移動到手機(jī)邊緣的任意位置。由于電容傳感器是簡單的薄銅墊，手機(jī)將會擁有一個(gè)整潔、誘人的外觀。圖3顯示了一個(gè)例子。

 

圖3：手機(jī)邊框中的電容傳感器可實(shí)現(xiàn)音量調(diào)節(jié)等控制功能的靈活部署

 

 

如圖4 所示，通過支持手機(jī)背面的手勢模式，電容傳感技術(shù)還能用于單手控制屏幕功能。例如，拍照時(shí)用戶可以利用電容傳感器調(diào)節(jié)攝像頭的焦距。用戶可通過輕擊傳感器從拍照模式輕松切換到視頻模式，同時(shí)又不失去對焦。

 

圖4：手機(jī)背面的電容傳感器能給讓用戶快速對焦或切換攝像頭模式

 

 

近距傳感正成為眾多智能手機(jī)的一個(gè)重要功能。近距傳感器的主要目的是避免意外或誤觸操作，例如，用戶接電話時(shí)臉部觸及屏幕（見圖5）。該功能還能提高能效，讓手機(jī)在用戶通話時(shí)關(guān)閉LCD背景光。

 

與傳統(tǒng)的紅外傳感技術(shù)相比，電容近距傳感技術(shù)擁有眾多優(yōu)勢。其主要優(yōu)勢是：電容傳感器無需剪切覆面材料，因而能夠降低手機(jī)的加工成本，提高它們的顏值。

圖5：近距人臉檢測功能可在用戶臉部不慎觸及屏幕時(shí)避免誤觸操作

 

 

近距喚醒功能是近距傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)重要功能。可靠的電容近距傳感器能夠在用戶距離其30厘米時(shí)檢測出用戶靠近。該功能可讓用戶在黑暗中找到他們的手機(jī)，因?yàn)楫?dāng)用戶靠近時(shí)，手機(jī)可以點(diǎn)亮顯示屏或按鍵LED燈。近距喚醒功能可在用戶靠近時(shí)控制背景光LED燈。該功能有助于縮短手機(jī)的喚醒時(shí)間，提高其響應(yīng)速度，降低其功耗，提高其顏值。它是手機(jī)的一個(gè)重要功能，因?yàn)樗艽蟠笱娱L電池續(xù)航時(shí)間。

 

 

比吸收率(SAR)是測量人體暴露在電磁場中時(shí)吸收能量的比率。美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）等監(jiān)管機(jī)構(gòu)要求設(shè)備通過降低其靠近人體時(shí)的發(fā)射功率來限制人體吸收的射頻能量?；陔娙輦鞲屑夹g(shù)的近距傳感器可用于檢測人體靠近，并在需要時(shí)降低射頻功率。

 

 

無論是出于天氣寒冷的原因或工作需要，當(dāng)用戶戴上手套時(shí)，智能手機(jī)的觸控界面也應(yīng)能夠正常工作。電容傳感技術(shù)的進(jìn)步讓手機(jī)能夠檢測出戴手套的手所產(chǎn)生的低強(qiáng)度信號，同時(shí)忽略來源于懸停在傳感器上方的手指的假信號。電容觸感技術(shù)結(jié)合采用傳感器硬件和固件算法實(shí)現(xiàn)戴手套操作所需的功能和靈敏度?；蛘撸芏啻笃潦謾C(jī)配有一個(gè)手寫筆，目的是便于用戶瀏覽，這個(gè)手寫筆也可用于操作電容按鍵。這種雙重用途對于提高便利性至關(guān)重要，可讓用戶在使用手機(jī)時(shí)無需在手寫筆和手指之間來回切換（見圖6）。
 

 

圖6：使用手寫筆和手指控制配有電容觸控按鍵的智能手機(jī)

 

 

高級耐水特性可確保智能手機(jī)在潮濕環(huán)境下可靠運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)耐水性有兩種方法：保護(hù)電極和防護(hù)傳感器。使用保護(hù)電極可避免電容傳感器上的水珠導(dǎo)致誤觸操作，從而讓用戶能夠正常使用電容控制功能。防護(hù)傳感器用于應(yīng)對連續(xù)水流情況，它能夠阻止所有其它傳感器觸發(fā)（從而避免）誤觸操作。

 

上述高級功能可提升智能手機(jī)用戶的體驗(yàn)，而且還為廠商提供了推出差異化產(chǎn)品的機(jī)會。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，開發(fā)人員需要一種成熟可靠、具備較高信噪比（SNR）和靈敏度的電容傳感技術(shù)。此外，他們還需要能夠補(bǔ)償多余的寄生電容。為了加快開發(fā)速度，該技術(shù)需要配備詳細(xì)的設(shè)計(jì)和布局指南文檔。

 

例如，賽普拉斯的PSoC片上系統(tǒng)處理器系列采用CapSense，它是世界一流的電容觸控傳感技術(shù)，擁有超過100:1的信噪比、強(qiáng)大的抗干擾能力、保護(hù)電極和低功耗運(yùn)行模式。設(shè)計(jì)人員可以采用SmartSense Auto-Tuning等量產(chǎn)型固件算法進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測和補(bǔ)償環(huán)境條件。