7 Replies Latest reply on Sep 23, 2020 6:47 PM by user_4653071

    在接近感应中,屏蔽电极的工作原理是什么?

    user_4653071

      我最近在研究Cypress公司的接近感应方案,重点研究的是CY8CKIT-040和CY8CKIT-024这一组合套件。通过参考文档Getting Started with CapSense和Proximity sensing with CapSense,可以知道屏蔽电极是PCB板顶部和底部的填充网格接上屏蔽驱动信号得到的。但是我想知道这个屏蔽电极能够增大接近感应距离的原理是什么?或者说为什么这些网格加上屏蔽驱动信号之后就能起到这种效果呢?

      另外,我在查阅CY8CKIT-024的说明CapSense Proximity Shield Kit Guide的时候,发现这块板子上的Shield/GND是一个单独的线圈回路?(我不确定是不是线圈回路)这个好像跟前面文档提到的Shield electrode有所不同?图中用紫色方框圈起来的就是GND/Shield Loop。我想知道这里采用这样的大线圈回路作为屏蔽电极而不是像之前提到的用网格,这其中的原因是不是因为这个回路的屏蔽效果要好于网格的屏蔽效果呢?

      最后,如果我想重新设计一个更大的接近传感器(sensor),选择屏蔽方案是应该选择网格还是回路loop呢?

      希望有人能够解答我的疑问,非常感谢!

        • 1. Re: 在接近感应中,屏蔽电极的工作原理是什么?
          LinglingG_46

          我们讲 shield 本身的屏蔽作用,主要指的是 shield 可以在 sensor 和 sensor 周围的 GND(如果存在的话)之间起到一定的隔离作用,防止 sensor 与周围GND之间建立强耦合,从而降低 sensor 的寄生电容 CP,保证 sensor 的灵敏度。但是对于接近感应而言,在接近感应sensor的周围铺设 shield 虽然可以改善接近感应sensor的灵敏度,并不能起到限制接近感应区边界的作用。

          要限制接近感应区的边界,最好的措施是用GND,因为GND 作为低阻回路,更容易将接近传感器辐射能量吸收掉,从而起到限制感应区边界的作用,但是直接在接近传感器的周围铺设 GND 又会影响到接近传感器的灵敏度。

          所以我们一般采用的方式是接近传感器周围铺设 shield,然后更外圈铺设GND的方式来平衡灵敏度和感应边界问题。 需要提醒的是,即使使用 GND 来限制感应边界,也无法做到从侧面完全消除接近效果,仅仅是相比不使用 GND 侧边的感应效果更差,距离更短而已。

           

          之所以shield到屏蔽的作用,是因为和sensor扫描的时候不存在电势差,但是如果是GND,那么就是低阻回路,容易吸收电场,这样的话,接近的距离就会受到影响。这就解释了为什么shield起到了隔离增大的接近距离的作用。

          对于你的实际产品的设计,需要具体问题具体分析,如果只有两个mm左右的地方需要铺shield,那么推荐实心,如果距离大一些,那么推荐网格。

          希望我的解释能够帮助到你。

          • 2. Re: 在接近感应中,屏蔽电极的工作原理是什么?
            user_4653071

            那请问如果我想要实现一个很大的感应距离(比如30cm),我设想的是将sensor弄成一个wire loop,这样的话,这个loop内部需要设置网格实现屏蔽吗?还有这个网格通常是要铺满除sensor之外的整个PCB板吗?

            • 3. Re: 在接近感应中,屏蔽电极的工作原理是什么?
              user_4653071

              还有就是我问题当中提到的另一个点,这个板子采用的是一个环形屏蔽/GND,那么是否意味着这种方式的效果要好于网格屏蔽呢?

              • 4. Re: 在接近感应中,屏蔽电极的工作原理是什么?
                LinglingG_46

                Q1:那请问如果我想要实现一个很大的感应距离(比如30cm),我设想的是将sensor弄成一个wire loop,这样的话,这个loop内部需要设置网格实现屏蔽吗?还有这个网格通常是要铺满除sensor之外的整个PCB板吗?

                 

                1: 如果你想设计成一个loop的话,内部不需要全部铺shield网格的。我们这个接近感应不能做到在某一个方向上面进行切割,也就是360度都会有信号,所以你要考虑远距离的接近感应,在实际产品中的可实现性,同时在不同情况下可能误触发的情况。

                 

                 

                Q2:还有就是我问题当中提到的另一个点,这个板子采用的是一个环形屏蔽/GND,那么是否意味着这种方式的效果要好于网格屏蔽呢?

                 

                2: 这两种设计方式不存在好和坏的对比,就是不同的设计方案才用不同的方法。 在很多的设计方案中,我们还要根据sensor周围的工作环境来进行设计。

                 

                对于接近感应的设计,没有一个唯一正确的设计方式,这个需要具体问题具体分析,建议联系我们的代理商,获得更加详细的设计方案。

                 

                More information, you can refer to the CapSense Design guide: https://china.cypress.com/documentation/application-notes/an85951-psoc-4-and-psoc-6-mcu-capsense-design-guide

                • 5. Re: 在接近感应中,屏蔽电极的工作原理是什么?
                  XiaoweiZ_71

                  接近传感器进行扫描的时候,sensor上会出现高低驱动的频率波形,接近传感器通过类似天线的电极对外会形成一个辐射电场,手掌(等效GND)靠近时会吸收部分辐射电场能量,导致接近传感器与GND之间的耦合电容增大,接近传感器的 rawdata 值增加。

                   

                  Shield 电极上时刻驱动扫描  sensor 的当前的驱动波形,所以 shield 电极对接近传感器 sensor 的辐射能量没有吸收能力,并且对接近传感器的电场分布有一定影响。比如说 PCB 的上层铺设接近传感器下层空白,那么接近传感器在上下两个方向的辐射电场是均匀分布的,从正面和背面靠近接近传感器得到的信号量是相当的,但是下层铺设 shield 网格之后,接近传感器的辐射能量场会倾向于向上辐射(因为 shield 本身并不吸收电场,所以起到一定的屏蔽作用),所以 shield 可以烘托接近传感器获取另一个方向上更高的灵敏度。 如果下层铺设 GND 网格,那么阶级传感器的大部分辐射能量都会被就近的GND网格吸收掉,手掌靠近时产生的信号变化量就要小的多了,也就是接近传感器的灵敏度降低了。

                   

                  30cm 的接近距离只是一个理想环境下的极限理论值,实际工作环境中会有各种情况影响接近传感器的计生电容,比如温度,湿度,电磁环境等等,而且还要考虑产品的稳定性,所以接近距离需要根据实际情况来定夺。

                  • 6. Re: 在接近感应中,屏蔽电极的工作原理是什么?
                    user_4653071

                    好的,谢谢您的回复,我先去联系一下贵公司的代理商。

                    • 7. Re: 在接近感应中,屏蔽电极的工作原理是什么?
                      user_4653071

                      理想情况下才能达到30cm这样一个接近距离的话,那实际最多也就20cm出头了对吧?那如果我现在先想实现一个20cm级别的距离,比如最好能到25cm左右,这样的话,如果采用贵公司方案,我设想的是我只重新设计传感器,然后PSOC采用采用现有产品,那我应该选择哪款套件呢?还有,这些问题我是否都可以通过咨询代理商获得答案?