ST AN4310 SampVodnik za izbiro kondenzatorja ling za aplikacije za zaznavanje dotika

Informacije o izdelku

Ime izdelka: AN4310 – Sampvodnik za izbiro kondenzatorja ling za aplikacije za zaznavanje dotika na mikrokontrolerjih
Vrsta izdelka: Opomba o aplikaciji
Proizvajalec: STMicroelectronics

Veljavni izdelki

Serija izdelkov
Serija STM32F0
Serija STM32F3
Serija STM32L0
Serija STM32L1
Serija STM32L4
Serija STM32L4+
Serija STM32L5
Serija STM32U5
Serija STM32WB
Serija STM32WBA

Navodila za uporabo izdelka

Načelo pridobivanja prenosa bremenitev je konecview
Izdelek uporablja princip pridobivanja prenosa naboja za aplikacije za zaznavanje dotika. To načelo je podrobno razloženo v uporabniškem priročniku.

Značilnosti kondenzatorja

Dielektrična absorpcija ali namakanje
Dielektrična absorpcija, znana tudi kot namakanje, lahko vpliva na delovanje in natančnost kapacitivnih senzorjev. Povzroča ga naboj, ujet v dielektričnem materialu, kar povzroči voltage zamik na sampling kondenzator (CS). Ta offset voltage vpliva na občutljivost in lahko povzroči lažno zaznavanje bližine. Da bi to ublažili, je priporočljivo izbrati kondenzator z nizkim faktorjem dielektrične absorpcije. Glejte tabelo 2 za primerjavo faktorjev dielektrične absorpcije za različne vrste kondenzatorskih dielektrikov.

Temperaturni koeficient, ki ni nič
Za zagotovitev nemotenega delovanja v celotnem temperaturnem območju aplikacije je pomembno izbrati kondenzator s stabilnim temperaturnim koeficientom. Priporočljivi so kondenzatorji z dielektriki, kot so PET, PEN, PPS in NPO, saj imajo nižje temperaturne lastnosti v primerjavi z običajnimi keramičnimi kondenzatorji.

Sampvodnik za izbiro kondenzatorja ling za aplikacije za zaznavanje dotika na mikrokontrolerjih

Uvod

Kondenzatorji imajo nekatere neidealne lastnosti, ki na žalost omejujejo njihovo uporabo v nekaterih aplikacijah. Cilj tega dokumenta je pomagati oblikovalcem pri izbiri pravega sampling kondenzator (CS) za njihove aplikacije za zaznavanje dotika z raziskovanjem najpomembnejših nezaželenih lastnosti.
STMicroelectronics ponuja brezplačne knjižnice strojne programske opreme za zaznavanje dotika STMTouch, neposredno integrirane v ustrezen paket STM32Cube (kot je STM32CubeL4).

Tabela 1. Uporabni izdelki

Vrsta	Serija izdelkov
Mikrokontrolerji	Serija STM32F0, serija STM32F3, serija STM32L0, serija STM32L1, serija STM32L4, serija STM32L4+, serija STM32L5, serija STM32U5, serija STM32WB, serija STM32WBA.

Načelo pridobivanja prenosa bremenitev končanoview
Aplikacije za zaznavanje dotika, ki temeljijo na MCU, lahko za zaznavanje sprememb kapacitivnosti uporabljajo princip pridobivanja prenosa naboja, ki ga podpirajo knjižnice za zaznavanje dotika STMTouch. Kapacitivnost elektrode (CX) se napolni do stabilne referenčne voltage (VDD za splošne mikrokrmilnike STM32 na osnovi Arm®). Naboj se nato prenese na znani kondenzator, imenovan sampling kondenzator CS. To zaporedje se ponavlja, dokler voltage na CS doseže notranjo referenco voltage VIH. Število prenosov, potrebnih za doseganje praga, je odvisno od velikosti kapacitivnosti elektrode in predstavlja njeno vrednost.
Za zagotovitev stabilnega delovanja rešitve je število prenosov, potrebnih za dosego praga, prilagojeno s filtrom z neskončnim impulznim odzivom (IIR), ki kompenzira okoljske spremembe, kot so temperatura, napajanje, vlaga in okoliški prevodni predmeti.
Ker je CS sestavni del zasnove, je treba upoštevati neidealne učinke kondenzatorjev.

Opomba: Arm je registrirana blagovna znamka Arm Limited (ali njenih podružnic) v ZDA in/ali drugje.

Značilnosti kondenzatorja
Najpogostejše pomanjkljivosti kondenzatorjev so naslednje:

• Serijski upor
• Serijska induktivnost
• Vzporedni upor (uhajajoči tok)
• Temperaturni koeficient, ki ni nič
• Dielektrična absorpcija (DA) ali namakanje
• Faktor disipacije

Tri najpomembnejše značilnosti, ki jih je treba preučiti, so neničelni temperaturni koeficient, faktor disipacije in dielektrična absorpcija (DA). Učinek teh neidealnih lastnosti na delovanje sistema je na kratko preučen v naslednjih razdelkih.

Dielektrična absorpcija ali namakanje
DA ali namakanje lahko škoduje delovanju in natančnosti kapacitivnih senzorjev, ki so odvisni od stabilnega referenčnega kondenzatorja.
DA nastane zaradi naboja, ki se vpije v dielektrik in tam ostane med obdobjem praznjenja. Naboj se nato med obdobjem relaksacije vrne iz dielektrika in povzroči voltage, da se pojavi na kondenzatorju CS. Ta pojav učinkovito ustvarja spominski učinek v kondenzatorju. Velikost odmika voltage je odvisen od relaksacijskega časa med prenosi in časa praznjenja kondenzatorja CS. Ta pojav je prikazan na spodnji sliki.

Preostali naboj se vrne nazaj (IRESIDUAL) skozi izolacijski upor (IR), da povzroči vol.tage odmik na kondenzatorju CS. Ta offset voltage vpliva na občutljivost sistema z zmanjšanjem števila prenosov, potrebnih za doseganje notranje referenčne voltage in lahko povzroči lažno zaznavanje bližine.
Z izbiro kondenzatorja z nizkim faktorjem dielektrične absorpcije je mogoče izbrati višjo stopnjo občutljivosti, kar zagotavlja stabilnejšo in zanesljivejšo zasnovo z izboljšanim zaznavanjem bližine. Glejte tabelo 2 za primerjavo faktorjev dielektrične absorpcije za različne vrste kondenzatorskih dielektrikov.

Temperaturni koeficient, ki ni nič
Za zagotovitev brezhibnega delovanja v končnem območju delovne temperature mora imeti izbrani kondenzator stabilen temperaturni koeficient.
Dielektriki, kot so PET, PEN, PPS in NPO, imajo običajno višje temperaturne lastnosti kot običajni keramični kondenzatorji in so zato priporočljivi.

Faktor disipacije
Faktor disipacije je pokazatelj izgube energije, običajno v obliki toplote. Kondenzatorji z visokim faktorjem disipacije povzročajo samosegrevanje, kar vpliva na kapacitivnost. Ta sprememba kapacitivnosti posledično vpliva na število prenosov naboja, potrebnih za dosego notranje referenčne voltage prag.
To tudi poudarja potrebo po izbiri dielektrika s stabilnim temperaturnim koeficientom. Glejte tabelo 2 za primerjavo faktorjev disipacije za različne dielektrike.

Primerjava kondenzatorjev

Spodnja tabela primerja najpomembnejše značilnosti, ki jih je treba ponovno preveritiviewed pri izbiri kondenzatorja CS.

Tabela 2. Značilnosti filmskih SMD kondenzatorjev

Značilno		PET	PEN	PPS	NPO	X7R	tantal
Delovna temperatura (°C)		-55 do 125	-55 do 125	-55 do 140	-55 do 125	-55 do 125	-55 do 125
ΔC/C s temperaturo (°C)		±5	±5	±1.5	±1	±1	±10
Faktor disipacije (%)	1 kHz	0.8	0.8	0.2	0.1	2.5	8
	10 kHz	1.5	1.5	0.25	0.1	–	–
	100 kHz	3.0	3.0	0.5	0.1	–	–
Dielektrična absorpcija (%)		0.5	1	0.05	0.6	2.5	–
ESR		Nizka	Nizka	Zelo nizko	Nizka	Zmerno do visoko	visoko
Zanesljivost		visoko	visoko	visoko	visoko	Zmerno	Nizka

Dielektrik PPS (polifenilen sulfid) in keramični kondenzatorji NPO se odlično obnesejo v vseh kategorijah. Tudi kondenzatorja PET (metaliziran poliester) in PEN (metaliziran polifenilen naftalat) delujeta precej dobro in ju je mogoče uporabiti v vseh aplikacijah za zaznavanje dotika.
Izogibati se je treba tantalovim kondenzatorjem, saj imajo zelo visok faktor disipacije in visoko učinkovito zaporedno upornost (ESR). Keramične kondenzatorje X7R je mogoče uporabiti v nekaterih aplikacijah, ko je potrebna manj občutljiva raven.

Zaključek
Kot so pojasnili, je sampZnačilnosti ling kondenzatorja igrajo pomembno vlogo pri pravilnem in stabilnem delovanju aplikacije kapacitivnega zaznavanja. Zato ga je treba skrbno izbrati.
Priporočila za aplikacije, ki temeljijo na knjižnici za zaznavanje dotika STMTouch, so povzeta spodaj:

• Če rešitev uporablja način nizke porabe MCU za zmanjšanje skupne porabe energije, je treba uporabiti vrste kondenzatorjev PET, PEN, PPS ali NPO.
• Če rešitev uporablja linearne ali rotacijske senzorje na dotik, je treba uporabiti vrste kondenzatorjev PET, PEN, PPS ali NPO.
• Če rešitev uporablja samo senzorje na dotik, je mogoče uporabiti vse vrste kondenzatorjev razen tantala.

Zgodovina revizij

Tabela 3. Zgodovina revizij dokumenta

Datum	Različica	Spremembe
15. julij 2013	1	Začetna izdaja.
11. junij 2014	2	Dodana podpora za serijo STM32L0 in serijo STM8AL.
20. oktober 2015	3	Posodobljena tabela 1. Dodana podpora za serijo STM32L4.
23. januarja 2019	4	posodobljeno: Naslov dokumenta Tabela 1. Veljavni izdelki
23-avg-2021	5	posodobljeno: Oddelek Uvod. Tabela ustreznih izdelkov. Načelo pridobivanja prenosa bremenitev je končanoview razdelek.
10. januarja 2023	6	Posodobljeno Oddelek Uvod v Tabela 1. Veljavni izdelki za vključitev serije STM32WBA. Posodobljen celoten dokument z manjšimi spremembami.

POMEMBNO OBVESTILO – POZORNO PREBERITE
STMicroelectronics NV in njegove hčerinske družbe (»ST«) si pridržujejo pravico do sprememb, popravkov, izboljšav, modifikacij in izboljšav izdelkov ST in/ali tega dokumenta kadar koli brez predhodnega obvestila. Kupci morajo pred oddajo naročil pridobiti najnovejše ustrezne informacije o izdelkih ST. Izdelki ST se prodajajo v skladu s prodajnimi pogoji ST, ki veljajo v času potrditve naročila.
Kupci so izključno odgovorni za izbiro, izbiro in uporabo izdelkov ST in ST ne prevzema nobene odgovornosti za pomoč pri uporabi ali oblikovanje izdelkov kupcev.
ST v tem dokumentu ne podeljuje nobene licence, izrecne ali implicitne, za katero koli pravico do intelektualne lastnine.
Nadaljnja prodaja izdelkov ST z določbami, ki se razlikujejo od informacij, navedenih v tem dokumentu, razveljavi vsako garancijo, ki jo ST odobri za tak izdelek.
ST in logotip ST sta blagovni znamki ST. Za dodatne informacije o blagovnih znamkah ST glejte www.st.com/trademarks. Vsa druga imena izdelkov ali storitev so last njihovih lastnikov.

Informacije v tem dokumentu prevladajo in nadomeščajo informacije, ki so bile predhodno navedene v kateri koli prejšnji različici tega dokumenta.
© 2023 STMicroelectronics – Vse pravice pridržane

Dokumenti / Viri

ST AN4310 SampVodnik za izbiro kondenzatorja ling za aplikacije za zaznavanje dotika [pdf] Uporabniški priročnik AN4310 SampVodnik za izbiro kondenzatorja ling za aplikacije zaznavanja dotika, AN4310, SampVodnik za izbiro kondenzatorja ling za aplikacije za zaznavanje dotika, vodnik za izbiro za aplikacije za zaznavanje dotika, aplikacije za zaznavanje dotika, aplikacije za zaznavanje, aplikacije

Reference

• Uporabniški priročnik