This thread has been locked.

If you have a related question, please click the "Ask a related question" button in the top right corner. The newly created question will be automatically linked to this question.

[参考译文] FDC2212:人体接近传感器电极设计

Guru**** 2614265 points
Other Parts Discussed in Thread: FDC2212, TPS610981

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/sensors-group/sensors/f/sensors-forum/662861/fdc2212-human-body-proximity-sensor-electrode-design

器件型号:FDC2212
主题中讨论的其他器件: TPS610981

您好!

 我正在使用 FDC2212开发人体接近传感器、并使用长40cm、宽2.5cm (100cm2面积)的铜带作为电极进行了多次测试。 我已经达到了大约30cm 到35cm 的感应距离、这对于我的应用来说是很好的。  

 一个重要信息是 电池供电系统(CR2032)。

我现在正在使用厚度为0.5mm 的双面  FR4 1oz/ft^2 PCB 开发新电极(请参阅下图)。 由于这是一个双面 PCB,我可以将铜留在顶部和底部,但我不确定为了增加感应距离,最好的比例是什么:

1) 1)尽可能多地填充过孔 、以 使顶部和底部完全连接?

2) 2)如果我仅在电路板的末端放置过孔、使其闭合两个区域的大环路、会发生什么情况?

3) 3)将过孔仅放置在中间、顶部、而 Botom 将其命名为帕拉尔的两个电极?  

  

此致。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好!

    如果两侧都连接到同一网、或者一侧接地或另一个网、您能否澄清双面 PCB? 如果传感器下方有接地平面、则信号变化将小得多。 如果您需要接地层进行屏蔽、则应增加 PCB 的厚度或使用网格图案。

    对于您的具体问题、通常您希望整个电极处于相同的电势、这意味着保持低电阻、因此越多的通孔越好。 但是、还有许多其他因素会对系统性能产生更大的影响、例如传感器电极的几何形状、传感器频率/传输线效应、靠近接地平面、组件放置/布线过于靠近电极、从而导致边缘区域、 传感器周围的外壳材料、参考时钟质量、器件设置等 通常、最好的答案是构建几个原型并放入最终的封装/外壳中、以便您可以看到整个系统级交互、然后在需要时进行迭代。

    此致、

    Luke

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    Luke、感谢您的快速回答。

    毫无疑问、我们不需要任何屏蔽、因为我希望从任何方向检测接近、所以我的想法是将 PCB 的两侧连接到同一个网络、并将其连接到 FDC2212输入引脚。

     好的、我理解您关于降低电极电阻的建议、因此过孔将有助于实现这一点。 谢谢。

     关于您提到的其他因素:

    1) 几何形状:请检查我之前发送的图片中的几何形状,是否有任何建议?

    2) 传输线效应:我已将 FDC2212放置在尽可能靠近电极的位置、因此您可以在下图中看到一条非常小的连接线。 这是可以的吗?

    3)参考时钟质量:我正在使用内部时钟参考、您认为外部时钟是否有助于提高可感知性?

    4) 4)我还需要您的帮助。 我们每秒采集3374秒(约56分钟)、在5ms 内采集了12次、并将 FDC 置于关断模式达955ms。 下图(蓝色)中的每个点都是12个申请的平均值。 红色标记的部件是指人体靠近传感器时、因此我们可以清楚地识别事件、但我们注意到信号存在强烈的漂移。 您是否知道导致此漂移的原因?

    此致、

    Renato

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好!

    感谢您提供更多信息。 位置和几何体看起来正常。 对于其他问题(如果我正在正确阅读图表)、您看到的漂移大约为每小时600、000个代码或每分钟10、000个代码 请注意、每个 LSB 代表大约0.162Hz (假设43.4MHz 内部振荡器和分频器设置为1)。 这意味着、对于10、000个代码/分钟的漂移特性、大约转换为1、620Hz 漂移/分钟 现在、FDC 的输出取决于基准时钟和传感器的频率值。 如果其中任何一个发生漂移、则会在输出中显示为代码变化。 有许多因素会影响漂移、即:

    • 温度:
      • 参考时钟:内部振荡器具有-13ppm/°C 的漂移。 这相当于564.2Hz/°C。在此测试期间、可能值得监控温度。
      • 传感器:LC 振荡电路电容器的温度系数。 通常情况下、C0G 类型的值为30ppm/C、但 X7R 等其他电容器的值要高得多。 因此、我们建议使用 C0G 电容器。
    • 频率稳定性
      • 参考时钟:内部振荡器的标称频率为43.4MHz、但该标称值可能会随着时间的推移而漂移。 目前、数据表中没有规格、但您可以找到非常好的外部振荡器、这些振荡器指定了该规格、并且性能比器件的内部振荡器要好得多。 例如、我们在 EVM 上使用来自 CTS 电元件(625L3C040M00000)的40MHz 外部振荡器。 频率稳定性被指定为±50ppm、这涵盖了发货时的初始容差、电源电压、负载、温度和老化的变化。  
      • 传感器: 主要 LC 振荡电路的 Q 因子将决定振荡的稳定性。 对于电容式感应、我们建议使用串联电阻较低的分立式电感器、或者可以使用 PCB 线圈、就像电容式冰霜检测设计 中所做的那样:http://www.ti.com/tool/TIDA-01465

    此外、如果您想了解有关器件分辨率特性的更多信息、可以查看以下应用手册。  

    它是为 LDC161x 编写的、但 FDC221x 的概念/结果完全相同。

    希望这能帮助您指明正确的方向。

    谢谢、

    Luke

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    Luke、

    感谢您迄今提供的帮助。  

    1) 1)我设计了一个新 PCB、其中包含来自 ECS (ECS-2520S33-400-FN-TR)的10ppm 外部振荡器、漂移保持不变。

    2) 在 LC 振荡电路中、我们使用33pF/C0G/0402和18uH/0603/1.6欧姆(MLF1608C180KTA00)。 你认为这些都好吗?

    3) 3)尽管串行电阻更高(7.6欧姆)、您认为 像0603LS-183XGLB 这样的线性电感 器是否有帮助?

    4)我的电极连接到 IN0、我不使用 IN1、如果我可以使用 IN1通过分频来消除漂移(IN0 - IN1 = IN0、没有漂移和噪声更小)、这对您是否有意义? 有没有关于这方面的应用手册? 如果这是合理的、IN1的最佳配置是什么(左侧在没有任何电极的情况下进行旋转? 我放置的位置是否靠近屏蔽层或接地?)

    5) 5)如果我决定屏蔽一侧、我应该将屏蔽板连接在哪里? 在 IN0B 中是接地还是接地?

    以下是供您参考的原理图:

    此致、

    Renato

    我们是  

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Renato、

    33pF/C0G/0402和18uH/ 0603/1.6欧姆(MLF1608C180KTA00)对我来说是合理的。 我们不建议使用非屏蔽受线电感器、因为 L 的变化也会导致传感器频率的变化。 使用非屏蔽式电感器时、L 可能会随附近是否有金属而变化。  

    未使用的通道可用于温度校正。 您可以查看我们  的液位传感参考设计、该设计在设计中使用参考和环境传感器。  

    如果您需要屏蔽传感器、则应考虑我们 的 FDC1004 器件、它附带屏蔽驱动器。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    Jiashow 和 Luke、

    再次感谢您迄今提供的帮助。

     我们在电极中遇到了一种奇怪的行为。

     请参阅下图和以下一些信息:

      

    1)这是一个厚度为0.5mm 的30cm x 6.2cm、2层 FR4 PCB

    2)电极充满过孔(如图所示)、以保持顶部和底部与整个电极在相同的电容中连接

    3)电极面积约为160cm2  

    4)接地面积约为9cm2   

    5) 5)我们仅使用 FDC2212的一个通道

    6)这是一种电池(CR2032)系统、具有3.3V (TPS610981)的升压转换器

    7) 7)我们的目标是识别距离为20cm 的人体接近。

     重点是、当我触摸"A 区"(边框)时、读数原始值增大、当我触摸"B 区"(中间到中心)时、读数原始值减小、而当我触摸接地区域时、读数原始值减小得更大。 我们可以在必要时更改电极和石斑区域、您能给我一个方向吗?   

    此致、

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Renato。

    这可能是由于传输线路效应、您可能需要降低传感器频率。 您能否提供测量的传感器频率、传感器振幅和驱动设置、以便我们更好地了解您的系统?

    此外、由于您的传感器非常大、我们建议使用平衡配置、方法是将电极分为两个大小相同的部分、并将一个部分连接到 INA、另一个部分连接到 INB。

    最棒的

    Jiashow

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    Jiashow、

     感谢您的有用回答。

      平衡配置效果很好、与单板配置相比、我们获得了更好的 SNR。另一方面、我们 还尝试了一个平行指配置(将半改型连接到 INA、将另一半连接到接地、并且行为看起来与平衡配置非常相似。

      是否有关于平衡配置的应用手册? 我无法在任何地方找到它。 如果没有相关文档、您对上述两种拓扑(平衡 x 平行指)的看法是什么:

      -湿度和温度影响

      -一般漂移行为

      -与目标的距离

      -人体、金属物体和其他物体之间的相互作用

    此致、

    Renato

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    Renato、您好!

    目前、我们还没有关于平衡传感器配置的应用手册、但我们发现它非常适合各种应用。

    对于传感器设计、您应确保传感器的两个部分在面积上相等;这可在温度和其他影响范围内提供最佳的传感器平衡。  平衡将确保 A 和 B 驱动相位的良好匹配-在不平衡的配置下、振幅可能会显著变化、这会增加噪声水平。

    为获得最佳性能、建议使用以下几种铁氧体:

    此致、

    Christo