在此設計解決方案中，我們了解了24位Σ-Δ ADC觸摸屏接口如何成為一種故障安全方法，通過施加的壓力成功檢測人體觸摸（戴手套與否）。

介紹

車載信息娛樂（信息和娛樂）集群 傳統上包含一些用于氣候控制的旋鈕和 無線電控制可收聽您喜愛的音樂（圖1）。摩登 信息娛樂集群以觸摸屏為主要 人機界面 （HMI），呈指數級擴展 車輛可根據駕駛員的特定偏好進行配置。 駕駛員現在可以訪問詳細的診斷信息 包括駕駛習慣分析、導航、音頻體驗擴展到藍牙、通用串行總線 （USB） 和 衛星連接，以及氣候和其他先進 車輛設置。其中許多功能，除了配對 使用智能手機的蜂窩網絡，繼續擴展 汽車信息娛樂集群的可能性。

觸摸屏是提供擴展的使能技術 通過消除機械尺寸限制實現可配置性 放置在傳統的信息娛樂系統上。觸摸屏 創建一個動態界面，提供專用菜單 上述每個功能。有兩個領先的 技術：基于壓電陶瓷的屏幕和基于電容的屏幕 屏幕。

此設計解決方案深入研究了這兩種技術，以解釋它們的 運營基本原則，突出優勢 和每個的缺點，并確定哪個是優越的 汽車應用架構。

使用電容陣列的信息娛樂集群

電容式傳感系統越來越受歡迎 它們被平板電腦和智能手機采用。電容式 觸摸屏控制器 （CTSC） 使用導電觸摸 具有特定接口的人手指來接收輸入 信號。電容元件的構造涉及 兩個板，靠近，它們之間有電介質。

ITO（氧化銦錫）導體產生 電容板，板之間的電介質是 薄膜隔膜層。手指對 觸摸表面以縮短ITO層之間的距離（d）。 該距離的減小會增加電容值 （等式 1）。

圖4中的電容值等于：

（公式1）

哪里：

C 是以法拉
為單位的電容 A 是 ITO 板的相鄰面積 （m2)
ε0 是電常數 = 8.854 x 10-12F/m εr是薄膜隔膜的
介電常數d是板之間的間隔距離（m
）

公式2描述了電容器板上的電荷（Q） 因為它與電容器 （C） 有關。

哪里：

Q 是以庫侖為單位的電荷，1C 約 6.24 x 1018電子
V裁判是以伏特為單位的參考電壓
C 是以法拉為單位的電容

電容傳感器可響應重施或輕施 壓力允許在寬動態范圍內進行精確感應 范圍。CTSC 可以通過放置 觸摸屏電容器兩端的附加電容器。在 這樣，總電容是觸摸屏的總和 電容器 （C觸摸） 和控制器的電容 （C中天經辦） 每個等式 3 。此外，總費用是觸摸屏的總和 電荷（Q觸摸），以及控制器的電量（Q中天經辦） 根據公式 4。

CTSC評估整個電容器陣列的這些變化， 繪制整體力大小和坐標（圖3）。

圖3.電容式陣列觸摸屏使用 12 位電容式 觸摸屏控制器用于收集數據。

觸摸屏中的電容元件是一個陣列，其 包含許多需要檢測的電容器。典型 CTSC集成了12位模數轉換器（ADC）。 這種轉換技術有效地捕獲了 電容陣列。

汽車電容器觸摸系統確實有一些局限性。 如果汽車駕駛員使用手套，則電容式 觸摸屏可能無法容納手套材料，因為 大多數手套中的介電材料使 用于檢測觸摸的觸摸傳感器。

觸摸精度是觸摸傳感器的基本特征 設計。在觸摸屏鍵盤應用中，緊緊 封裝電容器使精度變得困難。實現目標的一種方式 高精度是增加更多的控制器傳感器通道 支持更高的觸摸傳感器網格密度。但是，懲罰 對于這種類型的系統是增加CTSC和電容器 陣列引腳。此外，這將需要更多的傳感器通道， 沿著觸摸屏邊框運行的更多跡線，以及 邊框寬度電容陣列增加。

汽車環境富含電磁 干擾 （EMI） 源。任何小干擾，例如 EMI信號將出現在傳感器的輸出或PCB中 傳感器和 CTSC 之間的跡線。電纜或 走線到傳感器，EMI 干擾越大 由于耦合機會增加。這可以改進 通過使用較短的PCB走線。

許多CTSC具有可調節的靈敏度能力，這 促進這個難題。但是，增加 觸摸控制器的靈敏度可能會導致意外觸發 即使司機沒有手套。

使用壓電傳感器的信息娛樂集群

壓電材料是改變其電氣的材料 通常基于機械變形的特性 稱為應變。最常見的電阻式觸摸屏 架構使用壓阻材料來改變其 電阻基于施加的機械應變。這些 設備稱為負載傳感器。惠斯通電阻 橋是此傳感器的合適型號（圖 4）。

圖4.稱重傳感器的電阻惠斯通模型。

在圖 4 中，PHIDGETS CZL616C 微型稱重傳感器測量 向一個方向施力。R 的標稱值1/ 12/ 13和 R4為 1kΩ，額定輸出為 800μV/V。奇數電阻器（R1和 R3）通過施加的力增加其電阻，而偶數電阻（R2和 R4） 減少他們的 電阻。這些不斷變化的電阻值與 源電壓（VS），將輸入電壓更改為 ADC。

在四面信息娛樂觸摸屏中，有四個負載 單元格，每個角一個。這些壓電傳感器響應 施加的重壓力或輕壓力可實現精確感應 在寬動態范圍內。可以使用 12 位或 該系統中帶有放大器前端的16位ADC。然而 這些轉換器將無法提供 來自輕微刷洗或氣流的細微稱重傳感器輸出 微伏范圍。多通道、24位ΔΣ ADC更好 適用于該系統，因為它可以檢測 四個稱重傳感器（圖5）。

圖5.電阻式觸摸屏采用四通道 24 位 ΔΣ ADC 以收集數據。

在圖5中，6通道MAX11254、24位ΔΣ ADC在200sps至110nV時進行檢測有效值精度，PGA增益等于128（參見MAXREFDES82）。該電路可以掃描每個通道的力大小，大約每10ms進行一次坐標。微控制器評估施加在每個單元上的力 稱重傳感器映射到總力大小和坐標。

至于EMI源，Σ-Δ型ADC差分輸入 大共模抑制比（CMRR）可輕松抑制這些信號。

對于這個系統，一個手勢就像一個手指滑動一樣簡單 由系統主機微控制器啟用，該微控制器可以輕松實現 識別簡單的手勢，如捏合、拉動、縮放、旋轉、雙擊或三次點擊。

結論

汽車駕駛員對易于控制的需求日益增加 信息娛樂系統繼續引導 下一代信息娛樂集群。雖然旋鈕和 杠桿并沒有完全消失，新興的替代品是觸摸屏 界面，提供更大的控制和靈活性。

在汽車觸摸屏的前端要么是電阻式的 稱重傳感器或電容陣列。電容式陣列全貌 檢測需要 12 位 CTSC。此接口可感知人類 然而，通過施加的壓力，戴手套的手指和緊緊地觸摸 包裝傳感器在測量系統中存在誤差。最好的 提高精度的解決方案是通過電阻式稱重傳感器傳感 這需要使用 24 位 ΔΣ ADC。這提供了觸摸屏 接口 成功檢測人體的故障安全方法 觸摸，無論是否戴手套，通過施加的壓力。

審核編輯：郭婷