RENESAS RA2E1 Kapazitiver Sensor-MCU

Kapazitiver Sensor-MCU
Leitfaden zur Störfestigkeit bei kapazitiven Berührungen

Einführung
Die Renesas Capacitive Touch Sensor Unit (CTSU) kann anfällig für Störungen in der Umgebung sein, da sie winzige Kapazitätsänderungen erkennen kann, die durch unerwünschte elektrische Störsignale (Rauschen) verursacht werden. Die Auswirkung dieses Rauschens kann vom Hardwaredesign abhängen. Daher sind Gegenmaßnahmen am Design erforderlich.tagDies führt zu einer CTSU-MCU, die unempfindlich gegenüber Umgebungsgeräuschen ist und eine effektive Produktentwicklung ermöglicht. In dieser Anwendungsnotiz werden Möglichkeiten zur Verbesserung der Störfestigkeit von Produkten mit der Renesas Capacitive Touch Sensor Unit (CTSU) gemäß den Störfestigkeitsstandards der IEC (IEC61000-4) beschrieben.

Zielgerät
RX-Familie, RA-Familie, RL78-Familie MCUs und Renesas Synergy™ mit Einbettung des CTSU (CTSU, CTSU2, CTSU2L, CTSU2La, CTSU2SL)

In diesem Anwendungshinweis behandelte Normen 

• IEC-61000-4-3
• IEC-61000-4-6

Überview

Das CTSU misst die Menge an statischer Elektrizität aus der elektrischen Ladung, wenn eine Elektrode berührt wird. Ändert sich das Potenzial der Berührungselektrode während der Messung aufgrund von Rauschen, ändert sich auch der Ladestrom, was sich auf den Messwert auswirkt. Insbesondere eine große Schwankung des Messwerts kann den Berührungsschwellenwert überschreiten und zu Fehlfunktionen des Geräts führen. Geringe Schwankungen des Messwerts können sich auf Anwendungen auswirken, die lineare Messungen erfordern. Kenntnisse über das kapazitive Berührungserkennungsverhalten und das Platinendesign des CTSU sind unerlässlich, wenn es um die Rauschimmunität für kapazitive CTSU-Berührungssysteme geht. Wir empfehlen CTSU-Erstbenutzern, sich mit den CTSU- und kapazitiven Berührungsprinzipien vertraut zu machen, indem sie die folgenden zugehörigen Dokumente studieren.

• Grundlegende Informationen zur kapazitiven Berührungserkennung und CTSU
• Benutzerhandbuch für kapazitive Touch-Funktionen für MCUs mit kapazitiven Sensoren (R30AN0424)
• Informationen zum Hardware-Board-Design
  Mikrocontroller für kapazitive Sensoren – CTSU-Designleitfaden für kapazitive Touch-Elektroden (R30AN0389)
• Informationen zur CTSU-Treibersoftware (CTSU-Modul)
  RA-Familie Renesas Flexible Software Package (FSP) Benutzerhandbuch (Web Version – HTML)
  API Referenz > Module > CapTouch > CTSU (r_ctsu)
  Software-Integrationssystem für CTSU-Module der RL78-Familie (R11AN0484)
  RX-Familie QE CTSU-Modul-Firmware-Integrationstechnologie (R01AN4469)
• Informationen zur Touch-Middleware (TOUCH-Modul) Software
  RA-Familie Renesas Flexible Software Package (FSP) Benutzerhandbuch (Web Version – HTML)
  API Referenz > Module > CapTouch > Berühren (rm_touch)
  Software-Integrationssystem für TOUCH-Module der RL78-Familie (R11AN0485)
  Firmware-Integrationstechnologie für QE-Touch-Module der RX-Familie (R01AN4470)
• Informationen zu QE für Capacitive Touch (Supporttool für die Entwicklung von Anwendungen für kapazitive Touch-Funktionen)
  Verwenden von QE und FSP zur Entwicklung kapazitiver Touch-Anwendungen (R01AN4934)
  Verwenden von QE und FIT zur Entwicklung kapazitiver Touch-Anwendungen (R01AN4516)
  RL78-Familie mit QE und SIS zur Entwicklung kapazitiver Touch-Anwendungen (R01AN5512)
  RL78-Familie: Verwendung der Standalone-Version von QE zur Entwicklung kapazitiver Touch-Anwendungen (R01AN6574)

Lärmarten und Gegenmaßnahmen

EMV-Normen
Tabelle 2-1 enthält eine Liste der EMV-Normen. Rauschen kann den Betrieb beeinträchtigen, indem es über Luftspalte und Anschlusskabel in das System eindringt. Diese Liste stellt die IEC 61000-Normen als Beispiel vor.ampDateien zur Beschreibung der Rauscharten, die Entwickler kennen müssen, um den ordnungsgemäßen Betrieb von Systemen mit CTSU sicherzustellen. Weitere Einzelheiten finden Sie in der neuesten Version von IEC 61000.

Tabelle 2-1 EMV-Prüfnormen (IEC 61000)

Testbeschreibung	Überview	Standard
Strahlungsimmunitätstest	Test auf Immunität gegen relativ hochfrequentes HF-Rauschen	IEC61000-4-3
Durchgeführter Immunitätstest	Test auf Immunität gegen relativ niederfrequentes HF-Rauschen	IEC61000-4-6
Prüfung auf elektrostatische Entladung (ESD)	Prüfung auf Immunität gegen elektrostatische Entladung	IEC61000-4-2
Elektrischer Schnelltransienten-/Burst-Test (EFT/B)	Test auf Immunität gegenüber kontinuierlichen gepulsten Störantworten in Stromversorgungsleitungen usw.	IEC61000-4-4

Tabelle 2-2 listet die Leistungskriterien für Immunitätstests auf. Für EMV-Immunitätstests werden Leistungskriterien angegeben und die Ergebnisse werden basierend auf dem Betrieb des Geräts während des Tests (EUT) beurteilt. Die Leistungskriterien sind für alle Standards gleich.

Tabelle 2-2 Leistungskriterien für Immunitätstests

Leistungskriterium	Beschreibung
A	Während und nach der Prüfung muss das Gerät weiterhin wie vorgesehen funktionieren. Bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Geräts ist keine Leistungsminderung oder kein Funktionsverlust unter ein vom Hersteller angegebenes Leistungsniveau zulässig.
B	Während und nach der Prüfung muss das Gerät weiterhin wie vorgesehen funktionieren. Bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Geräts ist keine Leistungsminderung oder kein Funktionsverlust unterhalb des vom Hersteller angegebenen Leistungsniveaus zulässig. Während der Prüfung ist jedoch eine Leistungsminderung zulässig. Eine Änderung des tatsächlichen Betriebszustands oder der gespeicherten Daten ist nicht zulässig.
C	Ein vorübergehender Funktionsverlust ist zulässig, sofern die Funktion von selbst wiederherstellbar ist oder durch die Betätigung der Bedienelemente wiederhergestellt werden kann.

Gegenmaßnahmen gegen HF-Rauschen

HF-Rauschen bezeichnet elektromagnetische Wellen von Radiofrequenzen, die von Fernseh- und Radiosendern, Mobilgeräten und anderen elektrischen Geräten verwendet werden. HF-Rauschen kann direkt in eine Leiterplatte eindringen oder über die Stromversorgungsleitung und andere angeschlossene Kabel. Für Ersteres müssen auf der Platine und für Letzteres auf Systemebene, z. B. über die Stromversorgungsleitung, Gegenmaßnahmen gegen das Rauschen ergriffen werden. Die CTSU misst die Kapazität, indem sie diese in ein elektrisches Signal umwandelt. Die Kapazitätsänderung durch Berührung ist extrem gering. Um eine normale Berührungserkennung zu gewährleisten, müssen der Sensorstift und die Stromversorgung des Sensors selbst vor HF-Rauschen geschützt werden. Zum Testen der HF-Rauschenimmunität stehen zwei Tests mit unterschiedlichen Testfrequenzen zur Verfügung: IEC 61000-4-3 und IEC 61000-4-6.

IEC61000-4-3 ist ein Test auf Strahlungsimmunität und wird verwendet, um die Störimmunität zu bewerten, indem ein Signal aus dem hochfrequenten elektromagnetischen Feld direkt auf das EUT angewendet wird. Das hochfrequente elektromagnetische Feld reicht von 80 MHz bis 1 GHz oder höher, was Wellenlängen von ungefähr 3.7 m bis 30 cm entspricht. Da diese Wellenlänge und die Länge der Leiterplatte ähnlich sind, kann das Muster als Antenne wirken und die CTSU-Messergebnisse negativ beeinflussen. Wenn außerdem die Verdrahtungslänge oder die parasitäre Kapazität für jede Berührungselektrode unterschiedlich ist, kann die betroffene Frequenz für jeden Anschluss unterschiedlich sein. Einzelheiten zum Test auf Strahlungsimmunität finden Sie in Tabelle 2-3.

Tabelle 2-3 Strahlungsimmunitätstest

Frequenzbereich	Testlevel	Testen Sie die Feldstärke
80 MHz – 1 GHz Bis zu 2.7 GHz oder bis zu 6.0 GHz, je nach Testversion	1	1 V/m
	2	3 V/m
	3	10 V/m
	4	30 V/m
	X	Individuell festgelegt

IEC 61000-4-6 ist ein leitungsgebundener Immunitätstest und wird zur Bewertung von Frequenzen zwischen 150 kHz und 80 MHz verwendet, einem Bereich, der niedriger ist als der des gestrahlten Immunitätstests. Dieses Frequenzband hat eine Wellenlänge von mehreren Metern oder mehr, und die Wellenlänge von 150 kHz erreicht etwa 2 km. Da es schwierig ist, ein HF-elektromagnetisches Feld dieser Länge direkt auf das EUT anzuwenden, wird ein Testsignal an ein direkt mit dem EUT verbundenes Kabel angelegt, um die Wirkung niederfrequenter Wellen zu bewerten. Kürzere Wellenlängen wirken sich hauptsächlich auf Stromversorgungs- und Signalkabel aus. Zum BeispielampWenn ein Frequenzband Störungen verursacht, die das Netzkabel und die Stromversorgung beeinträchtigen,tagWenn es destabilisiert, können die CTSU-Messergebnisse durch Rauschen an allen Pins beeinträchtigt werden. Tabelle 2-4 enthält Einzelheiten zum durchgeführten Immunitätstest.

Tabelle 2-4 Durchgeführter Immunitätstest

Frequenzbereich	Testlevel	Testen Sie die Feldstärke
150 kHz-80 MHz	1	1 V eff
	2	3 V eff
	3	10 V eff
	X	Individuell festgelegt

Bei einem AC-Netzteildesign, bei dem der System-GND- oder MCU-VSS-Anschluss nicht mit einem Erdungsanschluss eines kommerziellen Netzteils verbunden ist, kann leitungsgebundenes Rauschen als Gleichtaktrauschen direkt in die Platine gelangen, was beim Berühren einer Taste zu Rauschen in den CTSU-Messergebnissen führen kann.

Abbildung 2-1 zeigt den Eingangspfad für Gleichtaktrauschen und Abbildung 2-2 zeigt die Beziehung zwischen Gleichtaktrauschen und Messstrom. Aus Sicht der Platinen-GND (B-GND) scheint Gleichtaktrauschen zu schwanken, da Rauschen die Erdungs-GND (E-GND) überlagert. Da außerdem der Finger (menschlicher Körper), der die Berührungselektrode (PAD) berührt, aufgrund von Streukapazität mit E-GND gekoppelt ist, wird Gleichtaktrauschen übertragen und scheint auf die gleiche Weise wie E-GND zu schwanken. Wenn das PAD an dieser Stelle berührt wird, wird das durch Gleichtaktrauschen erzeugte Rauschen (VNOISE) auf die Kapazität Cf angewendet, die durch den Finger und das PAD gebildet wird, wodurch der von der CTSU gemessene Ladestrom schwankt. Änderungen des Ladestroms erscheinen als digitale Werte mit überlagertem Rauschen. Wenn das Gleichtaktrauschen Frequenzkomponenten enthält, die der Antriebsimpulsfrequenz der CTSU und ihren Harmonischen entsprechen, können die Messergebnisse erheblich schwanken. Tabelle 2-5 enthält eine Liste der Gegenmaßnahmen, die zur Verbesserung der Störfestigkeit gegen HF-Störungen erforderlich sind. Die meisten Gegenmaßnahmen dienen der Verbesserung sowohl der Störfestigkeit gegen Strahlung als auch gegen leitungsgebundene Störfestigkeit. Bitte beachten Sie den Abschnitt jedes entsprechenden Kapitels, der für jeden Entwicklungsschritt aufgeführt ist.

Tabelle 2-5 Liste der erforderlichen Gegenmaßnahmen zur Verbesserung der HF-Störfestigkeit

Entwicklungsschritt	Zum Zeitpunkt der Entwicklung erforderliche Gegenmaßnahmen	Entsprechende Abschnitte
MCU-Auswahl (CTSU-Funktionsauswahl)	Wenn Störfestigkeit höchste Priorität hat, empfiehlt sich die Verwendung einer mit CTSU2 eingebetteten MCU. · Aktivieren Sie die CTSU2-Funktionen zur Lärmschutzmaßnahme: ¾ Mehrfrequenzmessung ¾ Aktiver Schild ¾ Bei Verwendung eines aktiven Shields auf Nicht-Messkanal-Ausgang einstellen   Or · Aktivieren Sie die CTSU-Funktionen zur Lärmschutzmaßnahme: ¾ Zufallsbasierte Phasenverschiebungsfunktion ¾ Hochfrequenz-Rauschunterdrückungsfunktion	3.3.1   Mehrfrequenzmessung 3.3.2    Aktiver Schild 3.3.3    Nicht-Messkanal Ausgabeauswahl       3.2.1   Zufällige Phasenverschiebungsfunktion 3.2.2    Hochfrequenter Lärm Reduktionsfunktion (Spread Spektrumfunktion)
Hardware-Design	· Platinendesign unter Verwendung des empfohlenen Elektrodenmusters   · Verwenden Sie eine Stromversorgungsquelle für rauscharme Ausgabe · Empfehlung für das GND-Musterdesign: Verwenden Sie in einem geerdeten System Teile als Gegenmaßnahme gegen Gleichtaktstörungen       · Reduzieren Sie den Geräuschpegel am Sensorstift durch Anpassen des dampWiderstandswert. · Platz dampWiderstand auf der Kommunikationsleitung · Entwerfen und platzieren Sie einen geeigneten Kondensator auf der MCU-Stromversorgungsleitung	4.1.1 Elektrodenmuster berühren Ausführungen 4.1.2.1  Bandtage Versorgungsdesign 4.1.2.2  GND-Musterdesign 4.3.1 Gleichtaktfilter 4.3.4 Überlegungen zu GND Abschirmung und Elektrodenabstand     4.2.1  TS-Stift Damping Widerstand 4.2.2  Digitales Signalrauschen 4.3.4 Überlegungen zu GND Abschirmung und Elektrodenabstand
Softwareimplementierung	Passen Sie den Softwarefilter an, um die Auswirkungen von Rauschen auf Messwerte zu reduzieren · IIR-gleitender Durchschnitt (wirksam für die meisten Fälle von zufälligem Rauschen) · FIR gleitender Durchschnitt (für spezifiziertes periodisches Rauschen)	5.1   IIR-Filter   5.2  FIR-Filter

ESD-Rauschen (elektrostatische Entladung)

Elektrostatische Entladung (ESD) entsteht, wenn zwei geladene Objekte in Kontakt sind oder sich in der Nähe befinden. Statische Elektrizität, die sich im menschlichen Körper ansammelt, kann sogar durch eine Überlagerung hindurch die Elektroden eines Geräts erreichen. Je nach der Menge der auf die Elektrode einwirkenden elektrostatischen Energie können die CTSU-Messergebnisse beeinträchtigt werden und das Gerät selbst beschädigt werden. Daher müssen Gegenmaßnahmen auf Systemebene eingeführt werden, wie z. B. Schutzvorrichtungen auf der Platinenschaltung, Platinenüberlagerungen und Schutzgehäuse für das Gerät. Die Norm IEC 61000-4-2 wird zum Testen der ESD-Immunität verwendet. Tabelle 2-6 enthält Einzelheiten zum ESD-Test. Die Zielanwendung und die Eigenschaften des Produkts bestimmen das erforderliche Testniveau. Weitere Einzelheiten finden Sie in der Norm IEC 61000-4-2. Wenn ESD die Berührungselektrode erreicht, erzeugt es augenblicklich eine Potentialdifferenz von mehreren kV. Dies kann dazu führen, dass im CTSU-Messwert Impulsrauschen auftritt, was die Messgenauigkeit verringert, oder die Messung aufgrund der Erkennung von Überspannung stoppen kanntage oder Überstrom. Beachten Sie, dass Halbleiterbauelemente nicht dafür ausgelegt sind, direkter elektrostatischer Entladung standzuhalten. Daher sollte der ESD-Test am fertigen Produkt durchgeführt werden, wobei die Platine durch das Gerätegehäuse geschützt ist. Gegenmaßnahmen auf der Platine selbst sind ausfallsichere Maßnahmen zum Schutz der Schaltung in dem seltenen Fall, dass aus irgendeinem Grund elektrostatische Entladung in die Platine eindringt.

Tabelle 2-6 ESD-Test

Testlevel	Testvolumentage
	Kontakt Entladung	Luftaustritt
1	2 kV	2 kV
2	4 kV	4 kV
3	6 kV	8 kV
4	8 kV	15 kV
X	Individuell festgelegt	Individuell festgelegt

EFT-Rauschen (schnelle elektrische Transienten)
Elektrische Produkte erzeugen ein Phänomen namens „Electrical Fast Transients“ (EFT), wie z. B. eine elektromotorische Gegenkraft beim Einschalten des Stroms aufgrund der internen Konfiguration der Stromversorgung oder ein Klappergeräusch an Relaisschaltern. In Umgebungen, in denen mehrere elektrische Produkte auf irgendeine Weise verbunden sind, wie z. B. an Mehrfachsteckdosen, kann dieses Rauschen über die Stromversorgungsleitungen übertragen werden und den Betrieb anderer Geräte beeinträchtigen. Sogar Stromleitungen und Signalleitungen von elektrischen Produkten, die nicht an eine gemeinsam genutzte Mehrfachsteckdose angeschlossen sind, können über die Luft beeinträchtigt werden, einfach indem sie sich in der Nähe von Stromleitungen oder Signalleitungen der Rauschquelle befinden. Der Standard IEC 61000-4-4 wird zum Testen der EFT-Immunität verwendet. IEC 61000-4-4 bewertet die Immunität durch Einspeisen periodischer EFT-Signale in die Strom- und Signalleitungen des EUT. EFT-Rauschen erzeugt einen periodischen Impuls in den CTSU-Messergebnissen, was die Genauigkeit der Ergebnisse verringern oder eine falsche Berührungserkennung verursachen kann. Tabelle 2-7 enthält Einzelheiten zum EFT/B-Test (Electrical Fast Transient Burst).

Tabelle 2-7 EFT/B-Test

Testlevel	Leerlauftest Voltage (Spitze)		Pulswiederholfrequenz (PRF)
	Stromversorgung Leitungs-/Erdungskabel	Signal-/Steuerleitung
1	0.5 kV	0.25 kV	5 kHz oder 100 kHz
2	1 kV	0.5 kV
3	2 kV	1 kV
4	4 kV	2 kV
X	Individuell festgelegt		Individuell festgelegt

CTSU-Funktionen zur Lärmbekämpfung

CTSUs sind mit Funktionen zur Rauschunterdrückung ausgestattet, die Verfügbarkeit der einzelnen Funktionen hängt jedoch von der verwendeten MCU- und CTSU-Version ab. Überprüfen Sie vor der Entwicklung eines neuen Produkts immer die MCU- und CTSU-Versionen. In diesem Kapitel werden die Unterschiede der Funktionen zur Rauschunterdrückung zwischen den einzelnen CTSU-Versionen erläutert.

Messprinzipien und Einfluss von Rauschen
Die CTSU wiederholt das Laden und Entladen für jeden Messzyklus mehrmals. Die Messergebnisse für jeden Lade- oder Entladestrom werden akkumuliert und das endgültige Messergebnis wird im Register gespeichert. Bei dieser Methode kann die Anzahl der Messungen pro Zeiteinheit durch Erhöhen der Antriebsimpulsfrequenz erhöht werden, wodurch der Dynamikbereich (DR) verbessert und hochempfindliche CTSU-Messungen realisiert werden. Andererseits verursacht externes Rauschen Änderungen im Lade- oder Entladestrom. In einer Umgebung, in der periodisches Rauschen erzeugt wird, wird das im Sensorzählerregister gespeicherte Messergebnis aufgrund einer Erhöhung oder Verringerung der Strommenge in eine Richtung verschoben. Solche rauschbedingten Effekte verringern letztendlich die Messgenauigkeit. Abbildung 3-1 zeigt ein Bild eines Ladestromfehlers aufgrund von periodischem Rauschen. Die Frequenzen, die sich als periodisches Rauschen darstellen, sind diejenigen, die der Sensorantriebsimpulsfrequenz und ihrem harmonischen Rauschen entsprechen. Messfehler sind größer, wenn die steigende oder fallende Flanke des periodischen Rauschens mit der SW1-Einschaltperiode synchronisiert ist. Die CTSU ist mit hardwareseitigen Rauschgegenmaßnahmenfunktionen zum Schutz vor diesem periodischen Rauschen ausgestattet.

CTSU1
CTSU1 ist mit einer zufälligen Phasenverschiebungsfunktion und einer Hochfrequenz-Rauschunterdrückungsfunktion (Spread-Spectrum-Funktion) ausgestattet. Die Auswirkung auf den Messwert kann verringert werden, wenn die Grundschwingungen der Sensorantriebsimpulsfrequenz und der Rauschfrequenz übereinstimmen. Der maximale Einstellwert der Sensorantriebsimpulsfrequenz beträgt 4.0 MHz.

Zufällige Phasenverschiebungsfunktion
Abbildung 3-2 zeigt ein Bild der Rauschdesynchronisierung mithilfe der zufälligen Phasenverschiebungsfunktion. Durch Ändern der Phase des Sensorantriebsimpulses um 180 Grad zu einem zufälligen Zeitpunkt kann die unidirektionale Zunahme/Abnahme des Stroms aufgrund periodischen Rauschens randomisiert und geglättet werden, um die Messgenauigkeit zu verbessern. Diese Funktion ist im CTSU-Modul und im TOUCH-Modul immer aktiviert.

Hochfrequenz-Rauschunterdrückungsfunktion (Spread-Spectrum-Funktion)
Die Hochfrequenz-Rauschunterdrückungsfunktion misst die Sensorantriebsimpulsfrequenz mit absichtlich hinzugefügtem Rattern. Anschließend randomisiert sie den Synchronisationspunkt mit dem synchronen Rauschen, um den Spitzenwert des Messfehlers zu verteilen und die Messgenauigkeit zu verbessern. Diese Funktion ist im CTSU-Modulausgang und im TOUCH-Modulausgang durch Codegenerierung immer aktiviert.

CTSU2

Mehrfrequenzmessung
Bei der Mehrfrequenzmessung werden mehrere Sensor-Antriebsimpulsfrequenzen mit unterschiedlichen Frequenzen verwendet. Das Spread Spectrum wird nicht verwendet, um Störungen bei jeder Antriebsimpulsfrequenz zu vermeiden. Diese Funktion verbessert die Immunität gegen leitungsgebundenes und abgestrahltes HF-Rauschen, da sie gegen synchrones Rauschen auf der Sensor-Antriebsimpulsfrequenz sowie gegen Rauschen, das durch das Muster der Berührungselektroden entsteht, wirksam ist. Abbildung 3-3 zeigt ein Bild, wie Messwerte bei der Mehrfrequenzmessung ausgewählt werden, und Abbildung 3-4 zeigt ein Bild, wie Rauschfrequenzen in derselben Messmethode getrennt werden. Bei der Mehrfrequenzmessung werden die durch Rauschen beeinträchtigten Messergebnisse aus der Gruppe der bei mehreren Frequenzen durchgeführten Messungen verworfen, um die Messgenauigkeit zu verbessern.

In Anwendungsprojekten, die CTSU-Treiber und TOUCH-Middleware-Module enthalten (siehe FSP-, FIT- oder SIS-Dokumentation), werden bei der Ausführung der Abstimmungsphase „QE für kapazitive Berührung“ die Parameter der Mehrfrequenzmessung automatisch generiert und die Mehrfrequenzmessung kann verwendet werden. Durch Aktivieren der erweiterten Einstellungen in der Abstimmungsphase können die Parameter dann manuell eingestellt werden. Einzelheiten zu den Einstellungen für die Mehrtaktmessung im erweiterten Modus finden Sie in der Parameterhandbuch für den erweiterten Modus für kapazitive Touch-Funktionen (R30AN0428EJ0100)Abbildung 3-5 zeigt ein Beispielample der Störfrequenz bei Mehrfrequenzmessung. Diesamplinks zeigt die Störfrequenz, die auftritt, wenn die Messfrequenz auf 1 MHz eingestellt ist und Gleichtaktleitungsrauschen auf die Platine angewendet wird, während die Berührungselektrode berührt wird. Diagramm (a) zeigt die Einstellung unmittelbar nach der automatischen Abstimmung; die Messfrequenz ist auf +12.5 % für die 2. Frequenz und -12.5 % für die 3. Frequenz eingestellt, basierend auf der 1. Frequenz von 1 MHz. Das Diagramm bestätigt, dass jede Messfrequenz mit Rauschen interferiert. Diagramm (b) zeigt ein Beispielample, bei dem die Messfrequenz manuell eingestellt wird; die Messfrequenz wird auf -20.3 % für die 2. Frequenz und +9.4 % für die 3. Frequenz basierend auf der 1. Frequenz von 1 MHz eingestellt. Wenn in den Messergebnissen ein spezifisches Frequenzrauschen auftritt und die Rauschfrequenz mit der Messfrequenz übereinstimmt, achten Sie darauf, die Mehrfrequenzmessung anzupassen, während Sie die tatsächliche Umgebung bewerten, um Interferenzen zwischen der Rauschfrequenz und der Messfrequenz zu vermeiden.

Aktiver Schild
Bei der CTSU2-Eigenkapazitätsmethode kann eine aktive Abschirmung verwendet werden, um das Abschirmmuster in derselben Impulsphase wie den Sensorantriebsimpuls anzutreiben. Um die aktive Abschirmung zu aktivieren, stellen Sie in der QE-Konfiguration für die kapazitive Touch-Schnittstelle den Pin, der mit dem aktiven Abschirmmuster verbunden ist, auf „Abschirmstift“ ein. Die aktive Abschirmung kann auf einen Pin pro Touch-Schnittstellenkonfiguration (Methode) eingestellt werden. Eine Erläuterung der Funktionsweise der aktiven Abschirmung finden Sie im Abschnitt „Benutzerhandbuch für kapazitive Touch-Funktionen für MCUs mit kapazitiven Sensoren (R30AN0424)”. Informationen zum PCB-Design finden Sie im „CTSU-Designhandbuch für kapazitive Touch-Elektroden (R30AN0389)“.

Auswahl des Nicht-Messkanalausgangs
Bei der CTSU2-Eigenkapazitätsmethode kann die Impulsausgabe in derselben Phase wie der Sensorantriebsimpuls als Nicht-Messkanalausgabe eingestellt werden. In der QE-Konfiguration (Methode) der kapazitiven Touch-Schnittstelle werden Nicht-Messkanäle (Berührungselektroden) für Methoden mit zugewiesener aktiver Abschirmung automatisch auf dieselbe Impulsphasenausgabe eingestellt.

Gegenmaßnahmen gegen Hardware-Rauschen

Typische Lärmschutzmaßnahmen

Musterdesigns für Berührungselektroden
Der Schaltkreis der Berührungselektrode ist sehr störanfällig, so dass die Störfestigkeit bereits beim Entwurf der Hardware berücksichtigt werden muss.tage. Detaillierte Designregeln für Platinen zur Störfestigkeit finden Sie in der neuesten Version des CTSU-Designhandbuch für kapazitive Touch-Elektroden (R30AN0389)Abbildung 4-1 zeigt einen Auszug aus dem Handbuch, der einen Überblick überview des Musterentwurfs mit der Eigenkapazitätsmethode, und Abbildung 4-2 zeigt dasselbe für den Musterentwurf mit der Gegenkapazitätsmethode.

1. Elektrodenform: Quadrat oder Kreis
2. Elektrodengröße: 10mm bis 15mm
3. Elektrodennähe: Die Elektroden sollten so platziert werden, ampkleiner Abstand, damit sie nicht gleichzeitig auf die Ziel-Benutzeroberfläche (in diesem Dokument als „Finger“ bezeichnet) reagieren; empfohlenes Intervall: Tastengröße x 0.8 oder mehr
4. Drahtbreite: ca. 0.15 mm bis 0.20 mm für Leiterplatte
5. Kabellänge: Halten Sie die Kabel so kurz wie möglich. Bilden Sie an Ecken einen 45-Grad-Winkel, keinen rechten Winkel.
6. Verdrahtungsabstand: (A) Machen Sie den Abstand so groß wie möglich, um Fehlerkennungen durch benachbarte Elektroden zu vermeiden. (B) 1.27 mm Abstand
7. Breite des schraffierten GND-Musters: 5 mm
8. Kreuzschraffiertes GND-Muster und Abstand zwischen Taste und Verdrahtung (A) Bereich um die Elektroden: 5 mm (B) Bereich um die Verdrahtung: 3 mm oder mehr über dem Elektrodenbereich sowie der Verdrahtung und der gegenüberliegenden Oberfläche mit einem kreuzschraffierten Muster. Platzieren Sie auch ein kreuzschraffiertes Muster in den leeren Bereichen und verbinden Sie die beiden Oberflächen der kreuzschraffierten Muster durch Durchkontaktierungen. Informationen zu den Abmessungen des kreuzschraffierten Musters, zur aktiven Abschirmung (nur CTSU2) und zu anderen Anti-Rausch-Gegenmaßnahmen finden Sie im Abschnitt „2.5 Designs von Layoutmustern zur Rauschunterdrückung“.
9. Elektroden- und Verdrahtungskapazität: 50 pF oder weniger
10. Elektrode + Verdrahtungswiderstand: 2K0 oder weniger (einschließlich damping Widerstand mit einem Referenzwert von 5600)

Abbildung 4-1 Empfehlungen zum Musterdesign für die Selbstkapazitätsmethode (Auszug)

1. Elektrodenform: quadratisch (kombinierte Senderelektrode TX und Empfängerelektrode RX)
2. Elektrodengröße: 10 mm oder größer Elektrodenabstand: Die Elektroden sollten ampkleiner Abstand, damit sie nicht gleichzeitig auf das Touch-Objekt (Finger etc.) reagieren (empfohlener Abstand: Tastengröße x 0.8 oder mehr)
   • Drahtbreite: Der dünnste Draht, der in Massenproduktion hergestellt werden kann; ca. 0.15 mm bis 0.20 mm für Leiterplatten
3. Kabellänge: Halten Sie die Kabel so kurz wie möglich. Bilden Sie an Ecken einen 45-Grad-Winkel, keinen rechten Winkel.
4. Verdrahtungsabstand:
   • Halten Sie den Abstand so groß wie möglich, um eine Fehlerkennung durch benachbarte Elektroden zu verhindern.
   • Bei getrennten Elektroden: ein Abstand von 1.27 mm
   • 20 mm oder mehr, um die Entstehung von Koppelkapazitäten zwischen Tx und Rx zu verhindern.
5. Schraffiertes GND-Muster (Shield Guard) in der Nähe: Da die parasitäre Kapazität der Pins im empfohlenen Tastenmuster verhältnismäßig gering ist, erhöht sich die parasitäre Kapazität, je näher die Pins am GND liegen.
   • A: 4 mm oder mehr um die Elektroden herum. Wir empfehlen außerdem ein ca. 2 mm breites, kreuzschraffiertes GND-Ebenenmuster zwischen den Elektroden.
   • B: 1.27 mm oder mehr um die Verkabelung herum
6. Tx, Rx parasitäre Kapazität: 20pF oder weniger
7. Elektrode + Verdrahtungswiderstand: 2kQ oder weniger (einschließlich damping Widerstand mit einem Referenzwert von 5600)
8. Platzieren Sie das GND-Muster nicht direkt unter den Elektroden oder der Verkabelung. Die aktive Abschirmfunktion kann nicht für die Gegenkapazitätsmethode verwendet werden.

Abbildung 4-2 Empfehlungen zum Musterdesign für die Methode der gegenseitigen Kapazität (Auszug)

Stromversorgungsdesign
Das CTSU ist ein analoges Peripheriemodul, das winzige elektrische Signale verarbeitet. Wenn Rauschen in das Volumen eindringt,tagWird es an die MCU oder das GND-Muster geliefert, verursacht es potentielle Schwankungen im Sensorantriebsimpuls und verringert die Messgenauigkeit. Wir empfehlen dringend, der Stromversorgungsleitung oder einem integrierten Stromversorgungskreis ein Gerät zur Rauschunterdrückung hinzuzufügen, um die MCU sicher mit Strom zu versorgen.

Bandtage Versorgungsdesign
Beim Entwurf der Stromversorgung für das System oder das Onboard-Gerät sollten Maßnahmen ergriffen werden, um das Eindringen von Rauschen über den MCU-Stromversorgungsstift zu verhindern. Die folgenden entwurfsbezogenen Empfehlungen können dazu beitragen, das Eindringen von Rauschen zu verhindern.

• Halten Sie das Stromversorgungskabel zum System und die interne Verkabelung so kurz wie möglich, um die Impedanz zu minimieren.
• Platzieren und setzen Sie einen Rauschfilter (Ferritkern, Ferritperle usw.) ein, um hochfrequentes Rauschen zu blockieren.
• Minimieren Sie die Welligkeit auf der MCU-Stromversorgung. Wir empfehlen die Verwendung eines linearen Reglers auf der MCU-Volttage Versorgung. Wählen Sie einen Linearregler mit rauscharmem Ausgang und hohen PSRR-Eigenschaften.
• Wenn sich auf der Platine mehrere Geräte mit hoher Strombelastung befinden, empfehlen wir, für die MCU ein separates Netzteil einzusetzen. Wenn dies nicht möglich ist, trennen Sie das Muster an der Wurzel des Netzteils.
• Wenn Sie ein Gerät mit hohem Stromverbrauch am MCU-Pin betreiben, verwenden Sie einen Transistor oder FET.

Abbildung 4-3 zeigt verschiedene Layouts für die Stromversorgungsleitung. Vo ist die Stromversorgungsspannungtage ist die Verbrauchsstromschwankung, die durch IC2-Operationen entsteht, und Z ist die Impedanz der Stromversorgungsleitung. Vn ist die Spannungtage wird von der Stromversorgungsleitung erzeugt und kann als Vn = in×Z berechnet werden. Das GND-Muster kann auf die gleiche Weise betrachtet werden. Weitere Einzelheiten zum GND-Muster finden Sie unter 4.1.2.2 GND-Musterdesign. In Konfiguration (a) ist die Stromversorgungsleitung zur MCU lang und die IC2-Versorgungsleitungen verzweigen sich in der Nähe der Stromversorgung der MCU. Diese Konfiguration wird nicht empfohlen, da die Spannung der MCUtagDie Versorgung ist anfällig für Vn-Rauschen, wenn IC2 in Betrieb ist. (b) und (c) Die Schaltpläne von (b) und (c) sind dieselben wie bei (a), aber die Musterdesigns sind unterschiedlich. (b) zweigt die Stromversorgungsleitung von der Wurzel der Stromversorgung ab und die Auswirkung von Vn-Rauschen wird durch Minimieren von Z zwischen der Stromversorgung und der MCU verringert. (c) verringert auch die Auswirkung von Vn, indem die Oberfläche und Leitungsbreite der Stromversorgungsleitung vergrößert werden, um Z zu minimieren.

GND-Musterdesign
Abhängig vom Musterdesign kann es zu Störungen kommen, wenn der GND, also die Referenzspannung,tage für die MCU und die Onboard-Geräte, zu Potentialschwankungen, die die CTSU-Messgenauigkeit verringern. Die folgenden Hinweise zum GND-Musterdesign helfen dabei, Potentialschwankungen zu unterdrücken.

• Decken Sie leere Bereiche möglichst mit einem durchgehenden GND-Muster ab, um die Impedanz über eine große Oberfläche hinweg zu minimieren.
• Verwenden Sie ein Platinenlayout, das das Eindringen von Rauschen in die MCU über die GND-Leitung verhindert, indem Sie den Abstand zwischen der MCU und Geräten mit hoher Stromlast vergrößern und die MCU vom GND-Muster trennen.

Abbildung 4-4 ​​zeigt mehrere Layouts für die GND-Leitung. In diesem Fall ist es die Verbrauchsstromschwankung, die durch IC2-Operationen entsteht, und Z ist die Impedanz der Stromversorgungsleitung. Vn ist die Spannungtage wird von der GND-Leitung erzeugt und kann als Vn = in×Z berechnet werden. In Konfiguration (a) ist die GND-Leitung zur MCU lang und vereinigt sich mit der IC2-GND-Leitung in der Nähe des GND-Pins der MCU. Diese Konfiguration wird nicht empfohlen, da das GND-Potenzial der MCU anfällig für Vn-Rauschen ist, wenn IC2 in Betrieb ist. In Konfiguration (b) vereinigt sich die GND-Leitungen an der Wurzel des GND-Pins der Stromversorgung. Rauscheffekte von Vn können verringert werden, indem die GND-Leitungen von MCU und IC2 getrennt werden, um den Abstand zwischen MCU und Z zu minimieren. Obwohl die Schaltpläne von (c) und (a) identisch sind, unterscheiden sich die Musterdesigns. Konfiguration (c) verringert den Effekt von Vn, indem Oberfläche und Linienbreite der GND-Leitung vergrößert werden, um Z zu minimieren.

Verbinden Sie die GND des TSCAP-Kondensators mit dem GND-Vollmuster, das mit dem VSS-Anschluss der MCU verbunden ist, sodass es das gleiche Potenzial wie der VSS-Anschluss hat. Trennen Sie die GND des TSCAP-Kondensators nicht von der GND der MCU. Wenn die Impedanz zwischen der GND des TSCAP-Kondensators und der GND der MCU hoch ist, verringert sich die Hochfrequenzrauschunterdrückungsleistung des TSCAP-Kondensators, wodurch er anfälliger für Stromversorgungsrauschen und externes Rauschen wird.

Unbenutzte Pins verarbeiten
Wenn ungenutzte Pins in einem Zustand hoher Impedanz bleiben, wird das Gerät anfällig für die Auswirkungen von externem Rauschen. Stellen Sie sicher, dass Sie alle ungenutzten Pins verarbeiten, nachdem Sie das entsprechende MCU Faily-Hardwarehandbuch für jeden Pin gelesen haben. Wenn aufgrund mangelnder Montagefläche kein Pulldown-Widerstand implementiert werden kann, legen Sie die Einstellung des Pin-Ausgangs auf niedrige Leistung fest.

Gegenmaßnahmen gegen abgestrahltes HF-Rauschen

TS-Stift DampWiderstand
Das dampDer mit dem TS-Pin verbundene Widerstand und die parasitäre Kapazitätskomponente der Elektrode fungieren als Tiefpassfilter. Durch Erhöhen des dampDer Widerstand senkt die Grenzfrequenz und verringert somit den Pegel des abgestrahlten Rauschens, das in den TS-Pin eindringt. Wenn jedoch die Lade- oder Entladestromperiode der kapazitiven Messung verlängert wird, muss die Impulsfrequenz des Sensorantriebs gesenkt werden, was auch die Genauigkeit der Berührungserkennung verringert. Informationen zur Empfindlichkeit beim Ändern des damping Widerstand in der Eigenkapazitätsmethode, siehe „5. Tastenmuster und Charakteristikdaten der Eigenkapazitätsmethode“ im CTSU-Designhandbuch für kapazitive Touch-Elektroden (R30AN0389)

Digitales Signalrauschen
Digitale Signalverkabelungen, die die Kommunikation handhaben, wie SPI und I2C, sowie PWM-Signale für LED- und Audioausgabe, sind eine Quelle von abgestrahltem Rauschen, das den Schaltkreis der Berührungselektrode beeinträchtigt. Wenn Sie digitale Signale verwenden, beachten Sie die folgenden Vorschläge während des Entwurfstage.

• Wenn die Verkabelung rechtwinklige Ecken (90 Grad) aufweist, erhöht sich die Geräuschabstrahlung von den schärfsten Punkten. Stellen Sie sicher, dass die Verkabelungsecken 45 Grad oder weniger betragen oder gebogen sind, um die Geräuschabstrahlung zu verringern.
• Wenn sich der Pegel des digitalen Signals ändert, wird das Über- oder Unterschwingen als hochfrequentes Rauschen abgestrahlt. Als Gegenmaßnahme können Sieamprungswiderstand auf der digitalen Signalleitung, um das Über- oder Unterschwingen zu unterdrücken. Eine andere Methode besteht darin, eine Ferritperle entlang der Leitung einzufügen.
• Verlegen Sie die Leitungen für die digitalen Signale und den Schaltkreis der Berührungselektrode so, dass sie sich nicht berühren. Wenn die Konfiguration eine Parallelführung der Leitungen erfordert, halten Sie so viel Abstand wie möglich zwischen ihnen und fügen Sie entlang der digitalen Leitung eine GND-Abschirmung ein.
• Wenn Sie ein Gerät mit hohem Stromverbrauch am MCU-Pin betreiben, verwenden Sie einen Transistor oder FET.

Mehrfrequenzmessung
Wenn Sie eine MCU mit eingebettetem CTSU2 verwenden, achten Sie darauf, Mehrfrequenzmessungen zu verwenden. Einzelheiten finden Sie unter 3.3.1 Mehrfrequenzmessungen.

Gegenmaßnahmen gegen leitungsgebundenen Lärm
Die Berücksichtigung der Störfestigkeit gegen leitungsgebundene Störungen ist bei der Entwicklung von Systemstromversorgungen wichtiger als bei der Entwicklung von MCU-Platinen. Zunächst muss die Stromversorgung so konzipiert werden, dass sietage mit geringem Rauschen für die auf der Platine montierten Geräte. Einzelheiten zu den Einstellungen der Stromversorgung finden Sie unter 4.1.2 Entwurf der Stromversorgung. In diesem Abschnitt werden Rauschschutzmaßnahmen in Bezug auf die Stromversorgung sowie CTSU-Funktionen beschrieben, die beim Entwurf Ihrer MCU-Platine zur Verbesserung der Störfestigkeit gegen leitungsgebundenes Rauschen berücksichtigt werden müssen.

Gleichtaktfilter
Platzieren oder montieren Sie einen Gleichtaktfilter (Gleichtaktdrossel, Ferritkern), um das Rauschen zu reduzieren, das vom Stromkabel auf die Platine gelangt. Überprüfen Sie die Störfrequenz des Systems mit einem Rauschtest und wählen Sie ein Gerät mit hoher Impedanz aus, um das gewünschte Rauschband zu reduzieren. Beachten Sie die jeweiligen Punkte, da die Installationsposition je nach Filtertyp unterschiedlich ist. Beachten Sie, dass jeder Filtertyp anders auf der Platine platziert wird; Einzelheiten finden Sie in der entsprechenden Erklärung. Berücksichtigen Sie immer das Filterlayout, um die Abstrahlung von Rauschen innerhalb der Platine zu vermeiden. Abbildung 4-5 zeigt ein Gleichtaktfilterlayout-Beispielample.

Gleichtaktdrossel
Die Gleichtaktdrossel wird als Rauschschutzmaßnahme auf der Platine verwendet und muss während der Platinen- und Systemdesignphase eingebettet werden. Achten Sie bei Verwendung einer Gleichtaktdrossel darauf, dass Sie unmittelbar nach dem Anschluss des Netzteils an die Platine die kürzestmögliche Verkabelung verwenden. Zum BeispielampWenn Sie beispielsweise das Stromkabel und die Platine über einen Stecker verbinden, können Sie durch Platzieren eines Filters unmittelbar nach dem Stecker auf der Platinenseite verhindern, dass sich das über das Kabel eindringende Rauschen über die Platine ausbreitet.

Eisenkern
Der Ferritkern dient zur Reduzierung von Rauschen, das über das Kabel übertragen wird. Wenn Rauschen nach der Systemmontage zum Problem wird, kann ein Clamp-Typ Ferritkern ermöglicht es Ihnen, Rauschen zu reduzieren, ohne das Board- oder Systemdesign zu ändern. Zum BeispielampWenn Sie beispielsweise Kabel und Platine über einen Stecker verbinden, können Sie durch Platzieren eines Filters direkt vor dem Stecker auf der Platinenseite das in die Platine eindringende Rauschen minimieren.

Kondensator-Layout
Reduzieren Sie das Netzteilrauschen und das Welligkeitsrauschen, das von den Stromversorgungs- und Signalkabeln auf die Platine gelangt, indem Sie Entkopplungskondensatoren und Massenkondensatoren in der Nähe der MCU-Stromleitung oder -Anschlüsse entwerfen und platzieren.

Entkopplungskondensator
Ein Entkopplungskondensator kann die Lautstärke reduzierentagDer Spannungsabfall zwischen dem VCC- oder VDD-Stromversorgungsstift und VSS aufgrund des Stromverbrauchs der MCU stabilisiert die CTSU-Messungen. Verwenden Sie die im MCU-Benutzerhandbuch angegebene empfohlene Kapazität und platzieren Sie den Kondensator in der Nähe des Stromversorgungsstifts und des VSS-Stifts. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Muster zu entwerfen, indem Sie dem Hardware-Designhandbuch für die Ziel-MCU-Familie folgen, falls verfügbar.

Bulk-Kondensator
Massenkondensatoren glätten Wellen in der Spannung des MCUtage Versorgungsquelle, Stabilisierung der Voltage zwischen dem Stromanschluss der MCU und VSS und stabilisiert so die CTSU-Messungen. Die Kapazität der Kondensatoren variiert je nach Design der Stromversorgung. Stellen Sie sicher, dass Sie einen geeigneten Wert verwenden, um Schwingungen oder Spannungen zu vermeiden.tage fallen.

Mehrfrequenzmessung
Die Mehrfrequenzmessung, eine Funktion von CTSU2, trägt effektiv zur Verbesserung der Störfestigkeit gegen leitungsgebundenes Rauschen bei. Wenn die Störfestigkeit gegen leitungsgebundenes Rauschen bei Ihrer Entwicklung ein Problem darstellt, wählen Sie eine mit CTSU2 ausgestattete MCU, um die Mehrfrequenzmessfunktion nutzen zu können. Weitere Informationen finden Sie unter 3.3.1 Mehrfrequenzmessung.

Überlegungen zu GND-Abschirmung und Elektrodenabstand
Abbildung 1 zeigt ein Bild der Rauschunterdrückung mithilfe des Leitungsrauschadditionspfads der Elektrodenabschirmung. Wenn eine GND-Abschirmung um die Elektrode gelegt und die Abschirmung um die Elektrode herum näher an die Elektrode gebracht wird, wird die kapazitive Kopplung zwischen Finger und Abschirmung verstärkt. Die Rauschkomponente (VNOISE) entweicht zu B-GND und reduziert Schwankungen im CTSU-Messstrom. Beachten Sie, dass der CP umso größer ist, je näher die Abschirmung an der Elektrode ist, was zu einer verringerten Berührungsempfindlichkeit führt. Nachdem Sie den Abstand zwischen der Abschirmung und der Elektrode geändert haben, bestätigen Sie die Empfindlichkeit in Abschnitt 5. Selbstkapazitätsmethode Tastenmuster und Eigenschaften Daten von CTSU-Designhandbuch für kapazitive Touch-Elektroden (R30AN0389).

Softwarefilter

Die Berührungserkennung verwendet Kapazitätsmessergebnisse, um mithilfe des CTSU-Treibers und der TOUCH-Modulsoftware zu bestimmen, ob ein Sensor berührt wurde oder nicht (EIN oder AUS). Das CTSU-Modul führt eine Rauschreduzierung der Kapazitätsmessergebnisse durch und übergibt die Daten an das TOUCH-Modul, das die Berührung bestimmt. Der CTSU-Treiber enthält den IIR-Gleitenden-Durchschnittsfilter als Standardfilter. In den meisten Fällen kann der Standardfilter ein ausreichendes SNR und eine ausreichende Reaktionsfähigkeit bieten. Je nach Benutzersystem kann jedoch eine leistungsstärkere Rauschreduzierungsverarbeitung erforderlich sein. Abbildung 5-1 zeigt den Datenfluss durch die Berührungserkennung. Benutzerfilter können zur Rauschverarbeitung zwischen dem CTSU-Treiber und dem TOUCH-Modul platziert werden. Detaillierte Anweisungen zum Integrieren von Filtern in ein Projekt finden Sie in der Anwendungsnotiz unten. file sowie ein Softwarefilter sampDateicode und Verwendungsbeispielampdas Projekt file. RA-Familie Kapazitiver Touch-Softwarefilter Sample-Programm (R30AN0427)

In diesem Abschnitt werden wirksame Filter für die einzelnen EMV-Standards vorgestellt.

Tabelle 5-1 EMC-Standard und entsprechende Softwarefilter

EMV-Standard	Erwarteter Lärm	Entsprechender Softwarefilter
IEC61000-4-3	Zufälliges Geräusch	IIR-Filter
Strahlenimmunität,
IEC61000-4-6	Periodisches Rauschen	FIR-Filter
Geleitete Immunität

IIR-Filter
Der IIR-Filter (Infinite Impulse Response Filter) benötigt weniger Speicher und weist eine geringe Rechenlast auf, wodurch er sich ideal für Systeme mit geringem Stromverbrauch und Anwendungen mit vielen Tasten eignet. Die Verwendung als Tiefpassfilter trägt zur Reduzierung von Hochfrequenzrauschen bei. Allerdings ist Vorsicht geboten, denn je niedriger die Grenzfrequenz ist, desto länger ist die Einschwingzeit, was den EIN/AUS-Beurteilungsprozess verzögert. Der einpolige IIR-Filter erster Ordnung wird mit der folgenden Formel berechnet, wobei a und b Koeffizienten sind, xn der Eingangswert, yn der Ausgangswert und yn-1 der unmittelbar vorherige Ausgangswert ist.

Wenn der IIR-Filter als Tiefpassfilter verwendet wird, können die Koeffizienten a und b mit der folgenden Formel berechnet werden, wobei die sampDie Grenzfrequenz ist fs und die Grenzfrequenz ist fc.

FIR-Filter
Der FIR-Filter (Finite Impulse Response Filter) ist ein hochstabiler Filter, bei dem die Genauigkeit durch Berechnungsfehler nur minimal beeinträchtigt wird. Je nach Koeffizient kann er als Tiefpassfilter oder Bandpassfilter verwendet werden, wodurch sowohl periodisches als auch zufälliges Rauschen reduziert und so das SNR verbessert wird. Da jedoch sampDateien aus einem bestimmten vorherigen Zeitraum werden gespeichert und berechnet, Speichernutzung und Rechenlast steigen proportional zur Filterabgrifflänge. Der FIR-Filter wird mit der folgenden Formel berechnet, wobei L und h0 bis hL-1 Koeffizienten sind, xn der Eingangswert ist, xn-I der Eingangswert vor sample i und yn ist der Ausgabewert.

Verwendungsbeispielamples
Dieser Abschnitt bietet exampBeispiele für die Rauschunterdrückung mit IIR- und FIR-Filtern. Tabelle 5-2 zeigt die Filterbedingungen und Abbildung 5-2 zeigt ein Beispielample der zufälligen Rauschentfernung.

Tabelle 5-2 Filterverwendung Beispielamples

Filterformat	Bedingung 1	Bedingung 2	Hinweise
Einpoliger IIR erster Ordnung	b=0.5	b=0.75
TANNE	L=4 h0~ hL-1=0.25	L=8 h0~ hL-1=0.125	Verwenden Sie einen einfachen gleitenden Durchschnitt

Nutzungshinweise zum Messzyklus
Die Frequenzeigenschaften von Softwarefiltern ändern sich je nach Genauigkeit des Messzyklus. Darüber hinaus erhalten Sie möglicherweise aufgrund von Abweichungen oder Variationen im Messzyklus nicht die erwarteten Filtereigenschaften. Um die Filtereigenschaften in den Vordergrund zu rücken, verwenden Sie einen Hochgeschwindigkeits-On-Chip-Oszillator (HOCO) oder einen externen Quarzoszillator als Haupttaktgeber. Wir empfehlen außerdem, die Ausführungszyklen von Touch-Messungen mit einem Hardware-Timer zu verwalten.

Glossar

Begriff	Definition
CTSU	Kapazitive Berührungssensoreinheit. Wird auch in CTSU1 und CTSU2 verwendet.
CTSU1	CTSU IP der zweiten Generation. „1“ wird hinzugefügt, um es von CTSU2 zu unterscheiden.
CTSU2	CTSU IP der dritten Generation.
CTSU-Fahrer	CTSU-Treibersoftware in Renesas-Softwarepaketen gebündelt.
CTSU-Modul	Eine Einheit der CTSU-Treibersoftware, die mit dem Smart Configurator eingebettet werden kann.
TOUCH-Middleware	Middleware zur Verarbeitung der Berührungserkennung bei Verwendung von CTSU, das in Renesas-Softwarepaketen gebündelt ist.
TOUCH-Modul	Eine TOUCH-Middleware-Einheit, die mit dem Smart Configurator eingebettet werden kann.
r_ctsu-Modul	Der CTSU-Treiber wird im Smart Configurator angezeigt.
rm_touch-Modul	Das TOUCH-Modul im Smart Configurator dargestellt
CCO	Stromgesteuerter Oszillator. Der stromgesteuerte Oszillator wird in kapazitiven Berührungssensoren verwendet. In einigen Dokumenten auch als ICO geschrieben.
ICO	Dasselbe wie CCO.
TSCAP	Ein Kondensator zur Stabilisierung der internen Spannung des CTSUtage.
DampWiderstand	Ein Widerstand dient zur Reduzierung von Pin-Schäden oder Effekten durch externes Rauschen. Weitere Informationen finden Sie im Capacitive Touch Electrode Design Guide (R30AN0389).
VDC	Bandtage Abwärtskonverter. Im CTSU eingebauter Stromversorgungskreis für die kapazitive Sensormessung.
Mehrfrequenzmessung	Eine Funktion, die mehrere Sensoreinheit-Taktsignale mit unterschiedlichen Frequenzen zur Berührungsmessung verwendet; bezeichnet die Multi-Clock-Messfunktion.
Sensor-Antriebsimpuls	Signal, das den geschalteten Kondensator antreibt.
Synchrones Rauschen	Rauschen mit der Frequenz, die dem Antriebsimpuls des Sensors entspricht.
EUT	Zu testendes Gerät. Zeigt das zu testende Gerät an.
LDO	Low-Dropout-Regler
PSRR	Stromversorgungsunterdrückungsverhältnis
FSP	Flexibles Softwarepaket
FIT	Firmware-Integrationstechnologie.
SIS	Software-Integrationssystem

Änderungsverlauf

Rev.	Datum	Beschreibung
		Seite	Zusammenfassung
1.00	31. Mai 2023	–	Erste Überarbeitung
2.00	25. Dez. 2023	–	Für IEC61000-4-6
		6	Auswirkungen von Gleichtaktrauschen zu 2.2 hinzugefügt
		7	Zu Tabelle 2-5 hinzugefügte Elemente
		9	Überarbeiteter Text in 3.1, korrigierte Abbildung 3-1
			Überarbeiteter Text in 3-2
		10	In 3.3.1 Text überarbeitet und Abbildung 3-4 hinzugefügt. Erklärung zum Ändern der Einstellungen für Mehrfrequenzmessungen gelöscht und Erklärung zur Störfrequenz bei Mehrfrequenzmessungen hinzugefügt (Abbildung 3-5e3-5).
		11	Referenzdokumente zu 3.2.2 hinzugefügt
		14	Hinweis zum GND-Anschluss des TSCAP-Kondensators hinzugefügt an 4.1.2.2
		15	Hinweis zur Gestaltung von Verdrahtungsecken zu 4.2.2 hinzugefügt
		16	4.3 Gegenmaßnahmen gegen leitungsgebundenen Lärm hinzugefügt
		18	Abschnitt 5 überarbeitet.

Allgemeine Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung von Produkten aus Mikroprozessoreinheiten und Mikrocontrollereinheiten

Die folgenden Nutzungshinweise gelten für alle Mikroprozessor- und Mikrocontrollerprodukte von Renesas. Detaillierte Nutzungshinweise zu den in diesem Dokument behandelten Produkten finden Sie in den entsprechenden Abschnitten des Dokuments sowie in den für die Produkte herausgegebenen technischen Updates.

1. Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)
   Ein starkes elektrisches Feld kann bei Kontakt mit einem CMOS-Gerät das Gateoxid zerstören und letztendlich die Funktion des Geräts beeinträchtigen. Es müssen Maßnahmen ergriffen werden, um die Entstehung statischer Elektrizität so weit wie möglich zu verhindern und sie, wenn sie auftritt, schnell abzuleiten. Die Umgebungskontrolle muss angemessen sein. Wenn es trocken ist, sollte ein Luftbefeuchter verwendet werden. Dies wird empfohlen, um die Verwendung von Isolatoren zu vermeiden, die leicht statische Elektrizität aufbauen können. Halbleitergeräte müssen in einem antistatischen Behälter, einer antistatischen Abschirmtasche oder einem leitfähigen Material gelagert und transportiert werden. Alle Test- und Messwerkzeuge, einschließlich Werkbänke und Böden, müssen geerdet sein. Der Bediener muss außerdem mithilfe eines Armbands geerdet sein. Halbleitergeräte dürfen nicht mit bloßen Händen berührt werden. Ähnliche Vorsichtsmaßnahmen müssen für Leiterplatten mit montierten Halbleitergeräten getroffen werden.
2. Verarbeitung beim Einschalten
   Der Zustand des Produkts ist zum Zeitpunkt der Stromversorgung undefiniert. Die Zustände der internen Schaltkreise im LSI sind unbestimmt und die Zustände der Registereinstellungen und Pins sind zum Zeitpunkt der Stromversorgung undefiniert. In einem fertigen Produkt, bei dem das Reset-Signal an den externen Reset-Pin angelegt wird, sind die Zustände der Pins vom Zeitpunkt der Stromversorgung bis zum Abschluss des Reset-Vorgangs nicht garantiert. Ebenso sind die Zustände der Pins in einem Produkt, das durch eine On-Chip-Power-On-Reset-Funktion zurückgesetzt wird, vom Zeitpunkt der Stromversorgung bis zum Erreichen des Pegels, bei dem das Zurücksetzen spezifiziert ist, nicht garantiert.
3. Signaleingang im ausgeschalteten Zustand
   Geben Sie keine Signale oder eine I/O-Pull-Up-Stromversorgung ein, während das Gerät ausgeschaltet ist. Die Stromeinspeisung, die durch die Eingabe eines solchen Signals oder einer I/O-Pull-Up-Stromversorgung entsteht, kann zu Fehlfunktionen führen, und der anormale Strom, der zu diesem Zeitpunkt im Gerät fließt, kann zu einer Verschlechterung der internen Elemente führen. Befolgen Sie die Richtlinien für Eingangssignale während des ausgeschalteten Zustands, wie in Ihrer Produktdokumentation beschrieben.
4. Umgang mit unbenutzten Pins
   Behandeln Sie nicht verwendete Pins gemäß den Anweisungen im Handbuch unter „Behandlung nicht verwendeter Pins“. Die Eingangspins von CMOS-Produkten befinden sich im Allgemeinen im hochohmigen Zustand. Beim Betrieb mit einem nicht verwendeten Pin im offenen Schaltkreiszustand wird in der Nähe des LSI zusätzliches elektromagnetisches Rauschen induziert, ein damit verbundener Durchschussstrom fließt intern und es treten Fehlfunktionen auf, da der Pinzustand fälschlicherweise als Eingangssignal erkannt wird.
5. Taktsignale
   Nach Anlegen eines Resets die Reset-Leitung erst freigeben, wenn das Betriebstaktsignal stabil wird. Warten Sie beim Umschalten des Taktsignals während der Programmausführung, bis sich das Zieltaktsignal stabilisiert hat. Wenn das Taktsignal während eines Resets mit einem externen Resonator oder von einem externen Oszillator erzeugt wird, ist darauf zu achten, dass die Reset-Leitung erst nach vollständiger Stabilisierung des Taktsignals freigegeben wird. Wenn Sie während der Programmausführung auf ein Taktsignal umschalten, das von einem externen Resonator oder von einem externen Oszillator erzeugt wird, warten Sie außerdem, bis das Zieltaktsignal stabil ist.
6. Bandtage Anwendungswellenform am Eingangspin
   Signalverzerrungen aufgrund von Eingangsrauschen oder einer reflektierten Welle können zu Fehlfunktionen führen. Bleibt der Eingang des CMOS-Bausteins aufgrund von Rauschen im Bereich zwischen VIL (Max.) und VIH (Min.), zample, kann das Gerät nicht richtig funktionieren. Achten Sie darauf, dass bei festem Eingangspegel sowie in der Übergangszeit, wenn der Eingangspegel den Bereich zwischen VIL (Max.) und VIH (Min.) durchläuft, kein Flattergeräusch in das Gerät eindringt.
7. Zugangsverbot zu reservierten Adressen
   Der Zugriff auf reservierte Adressen ist untersagt. Die reservierten Adressen sind für mögliche zukünftige Funktionserweiterungen vorgesehen. Greifen Sie nicht auf diese Adressen zu, da die korrekte Funktion des LSI nicht gewährleistet ist.
8. Unterschiede zwischen Produkten
   Vor dem Wechsel von einem Produkt zum anderen, zampWenn Sie auf ein Produkt mit einer anderen Teilenummer umsteigen, vergewissern Sie sich, dass die Änderung keine Probleme verursacht. Die Eigenschaften eines Mikroprozessors oder eines Mikrocontrollers in derselben Gruppe, aber mit einer anderen Teilenummer, können sich in Bezug auf interne Speicherkapazität, Layoutmuster und andere Faktoren unterscheiden, die die Bereiche der elektrischen Eigenschaften wie charakteristische Werte, Betriebstoleranzen, Störfestigkeit und Menge des abgestrahlten Rauschens beeinflussen können. Wenn Sie auf ein Produkt mit einer anderen Teilenummer umsteigen, führen Sie einen Systembewertungstest für das jeweilige Produkt durch.

Beachten

1. Beschreibungen von Schaltkreisen, Software und anderen zugehörigen Informationen in diesem Dokument dienen nur zur Veranschaulichung der Funktionsweise von Halbleiterprodukten und Anwendungsbeispielen.amples. Sie sind voll verantwortlich für die Einbindung oder sonstige Verwendung der Schaltkreise, Software und Informationen im Design Ihres Produkts oder Systems. Renesas Electronics lehnt jegliche Haftung für Verluste und Schäden ab, die Ihnen oder Dritten durch die Verwendung dieser Schaltkreise, Software oder Informationen entstehen.
2. Renesas Electronics lehnt hiermit ausdrücklich jegliche Gewährleistungen und Haftung für die Verletzung oder sonstige Ansprüche im Zusammenhang mit Patenten, Urheberrechten oder anderen geistigen Eigentumsrechten Dritter ab, die durch die Verwendung von Renesas Electronics-Produkten oder technischen Informationen entstehen, die in diesem Dokument beschrieben sind, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Produktdaten, Zeichnungen, Diagramme, Programme, Algorithmen und Anwendungsbeispiele.amples.
3. Es wird hiermit keine Lizenz, weder ausdrücklich, konkludent oder auf andere Weise, im Rahmen von Patenten, Urheberrechten oder anderen Rechten am geistigen Eigentum von Renesas Electronics oder anderen gewährt.
4. Sie sind dafür verantwortlich, festzustellen, welche Lizenzen von Drittparteien erforderlich sind, und diese Lizenzen für den rechtmäßigen Import, Export, die Herstellung, den Verkauf, die Verwendung, den Vertrieb oder die sonstige Entsorgung von Produkten, die Produkte von Renesas Electronics enthalten, einzuholen, sofern erforderlich.
5. Sie dürfen kein Renesas Electronics-Produkt verändern, modifizieren, kopieren oder zurückentwickeln, weder ganz noch teilweise. Renesas Electronics lehnt jegliche Haftung für Verluste oder Schäden ab, die Ihnen oder Dritten durch solche Veränderungen, Modifikationen, Kopien oder Zurückentwickeln entstehen.
6. Renesas Electronics-Produkte werden nach den folgenden zwei Qualitätsstufen klassifiziert: „Standard“ und „Hohe Qualität“. Die beabsichtigten Anwendungen für jedes Renesas Electronics-Produkt hängen von der Qualitätsstufe des Produkts ab, wie unten angegeben.
   „Standard“: Computer; Bürogeräte; Kommunikationsgeräte; Test- und Messgeräte; Audio- und Videogeräte; elektronische Haushaltsgeräte; Werkzeugmaschinen; persönliche elektronische Geräte; Industrieroboter usw.
   „High Quality“: Transportmittel (Autos, Züge, Schiffe etc.); Verkehrskontrolle (Ampeln); große Kommunikationsgeräte; wichtige Finanzterminalsysteme; Sicherheitskontrollgeräte; etc.
   Sofern sie nicht ausdrücklich als hochzuverlässige Produkte oder Produkte für raue Umgebungen in einem Datenblatt oder einem anderen Dokument von Renesas Electronics gekennzeichnet sind, sind Produkte von Renesas Electronics nicht für die Verwendung in Produkten oder Systemen vorgesehen oder zugelassen, die eine direkte Bedrohung für menschliches Leben oder Körperverletzungen darstellen können (Geräte oder Systeme zur künstlichen Lebenserhaltung, chirurgische Implantate usw.) oder schwere Sachschäden verursachen können (Weltraumsysteme, Unterwasser-Repeater, Kernkraft-Steuerungssysteme, Flugzeug-Steuerungssysteme, wichtige Anlagensysteme, militärische Ausrüstung usw.). Renesas Electronics lehnt jegliche Haftung für Schäden oder Verluste ab, die Ihnen oder Drittparteien durch die Verwendung eines Renesas Electronics-Produkts entstehen, das nicht mit einem Datenblatt, Benutzerhandbuch oder einem anderen Dokument von Renesas Electronics übereinstimmt.
7. Kein Halbleiterprodukt ist sicher. Ungeachtet aller Sicherheitsmaßnahmen oder -funktionen, die in Hardware- oder Softwareprodukten von Renesas Electronics implementiert sein können, übernimmt Renesas Electronics keine Haftung für Sicherheitslücken oder -verstöße, einschließlich, aber nicht beschränkt auf unbefugten Zugriff auf oder Verwendung eines Renesas Electronics-Produkts oder eines Systems, das ein Renesas Electronics-Produkt verwendet. RENESAS ELECTRONICS GEWÄHRLEISTET NICHT, DASS RENESAS ELECTRONICS-PRODUKTE ODER MIT RENESAS ELECTRONICS-PRODUKTEN ERSTELLTE SYSTEME UNVERLETZLICH ODER FREI VON BESCHÄDIGUNG, ANGRIFFEN, VIREN, STÖRUNGEN, HACKING, DATENVERLUST ODER -DIEBSTAHL ODER ANDEREN SICHERHEITSEINGRIFFEN („Sicherheitslücken“) SIND. RENESAS ELECTRONICS LEHNT JEGLICHE VERANTWORTUNG ODER HAFTUNG AB, DIE AUS ODER IM ZUSAMMENHANG MIT SICHERHEITSSCHWACHHEITEN ENTSTEHT. Darüber hinaus schließt Renesas Electronics, soweit gemäß geltendem Recht zulässig, jegliche ausdrückliche oder stillschweigende Gewährleistung in Bezug auf dieses Dokument und die damit verbundene oder beiliegende Software oder Hardware aus, einschließlich, aber nicht beschränkt auf stillschweigende Gewährleistungen hinsichtlich der Marktgängigkeit oder Eignung für einen bestimmten Zweck.
8. Beachten Sie bei der Verwendung von Produkten von Renesas Electronics die neuesten Produktinformationen (Datenblätter, Benutzerhandbücher, Anwendungshinweise, „Allgemeine Hinweise zur Handhabung und Verwendung von Halbleiterbauelementen“ im Zuverlässigkeitshandbuch usw.) und stellen Sie sicher, dass die Nutzungsbedingungen innerhalb der von Renesas Electronics angegebenen Bereiche hinsichtlich maximaler Nennwerte, Betriebsspannung der Stromversorgung undtagReichweite, Wärmeableitungseigenschaften, Installation usw. Renesas Electronics lehnt jegliche Haftung für Fehlfunktionen, Ausfälle oder Unfälle ab, die aus der Nutzung von Produkten von Renesas Electronics außerhalb dieser angegebenen Bereiche entstehen.
9. Obwohl Renesas Electronics bestrebt ist, die Qualität und Zuverlässigkeit der Produkte von Renesas Electronics zu verbessern, weisen Halbleiterprodukte spezifische Eigenschaften auf, wie z. B. das Auftreten von Ausfällen mit einer bestimmten Häufigkeit und Fehlfunktionen unter bestimmten Einsatzbedingungen. Sofern sie nicht in einem Datenblatt oder einem anderen Dokument von Renesas Electronics als hochzuverlässige Produkte oder Produkte für raue Umgebungen gekennzeichnet sind, unterliegen Renesas Electronics-Produkte keiner strahlungsresistenten Konstruktion. Sie sind dafür verantwortlich, Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz vor möglichen Körperverletzungen, Verletzungen oder Schäden durch Feuer und/oder Gefährdungen der Öffentlichkeit im Falle eines Ausfalls oder einer Fehlfunktion von Renesas Electronics-Produkten zu ergreifen, wie z. B. Sicherheitsdesign für Hardware und Software, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Redundanz, Brandbekämpfung und Fehlfunktionsverhütung, geeignete Behandlung von Alterungsschäden oder sonstige geeignete Maßnahmen. Da die Bewertung von Mikrocomputersoftware allein sehr schwierig und unpraktisch ist, sind Sie für die Bewertung der Sicherheit der von Ihnen hergestellten Endprodukte oder -systeme verantwortlich.
10. Bitte wenden Sie sich an ein Renesas Electronics-Verkaufsbüro, um Einzelheiten zu Umweltfragen wie der Umweltverträglichkeit der einzelnen Renesas Electronics-Produkte zu erfahren. Sie sind dafür verantwortlich, die geltenden Gesetze und Vorschriften, die die Verwendung oder Verwendung kontrollierter Substanzen regeln, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die EU-RoHS-Richtlinie, sorgfältig und ausreichend zu prüfen und Renesas Electronics-Produkte in Übereinstimmung mit all diesen geltenden Gesetzen und Vorschriften zu verwenden. Renesas Electronics lehnt jegliche Haftung für Schäden oder Verluste ab, die aufgrund Ihrer Nichteinhaltung geltender Gesetze und Vorschriften entstehen.
11. Produkte und Technologien von Renesas Electronics dürfen nicht für Produkte oder Systeme verwendet oder in diese integriert werden, deren Herstellung, Verwendung oder Verkauf nach geltenden in- oder ausländischen Gesetzen oder Vorschriften verboten ist. Sie müssen alle geltenden Exportkontrollgesetze und -vorschriften einhalten, die von den Regierungen aller Länder erlassen und verwaltet werden, die Gerichtsbarkeit über die Parteien oder Transaktionen ausüben.
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14. Bei Fragen zu den in diesem Dokument enthaltenen Informationen oder zu Produkten von Renesas Electronics wenden Sie sich bitte an ein Renesas Electronics-Vertriebsbüro.

• (Anmerkung 1) „Renesas Electronics“, wie in diesem Dokument verwendet, bezeichnet die Renesas Electronics Corporation und umfasst auch ihre direkt oder indirekt kontrollierten Tochtergesellschaften.
• (Anmerkung 2) „Produkt(e) von Renesas Electronics“ bezeichnet jedes Produkt, das von oder für Renesas Electronics entwickelt oder hergestellt wird.

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Dokumente / Ressourcen

RENESAS RA2E1 Kapazitiver Sensor-MCU [pdf] Benutzerhandbuch RA2E1, RX-Familie, RA-Familie, RL78-Familie, RA2E1 kapazitiver Sensor-MCU, RA2E1, kapazitiver Sensor-MCU, Sensor-MCU

Verweise

• Bedienungsanleitung