ST AN4310 Sampling Vodič za odabir kondenzatora za aplikacije senzora dodira

Informacije o proizvodu

Naziv proizvoda: AN4310 – Sampling vodič za odabir kondenzatora za aplikacije senzora dodira na mikrokontrolerima
Vrsta proizvoda: Napomena o primjeni
Proizvođač: STMicroelectronics

Primjenjivi proizvodi

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

Upute za uporabu proizvoda

Načelo stjecanja prijenosa naplate završenoview
Proizvod koristi princip akvizicije prijenosa naboja za aplikacije senzora dodira. Ovaj princip je detaljno objašnjen u korisničkom priručniku.

Karakteristike kondenzatora

Dielektrična apsorpcija ili natapanje
Dielektrična apsorpcija, također poznata kao natopljenost, može utjecati na rad i točnost kapacitivnih senzora. Uzrokuje ga naboj zarobljen u dielektričnom materijalu, što dovodi do voltage pomak na sampling kondenzator (CS). Ovaj offset voltage utječe na osjetljivost i može rezultirati lažnim otkrivanjem blizine. Kako bi se to ublažilo, preporuča se odabrati kondenzator s niskim faktorom dielektrične apsorpcije. Pogledajte tablicu 2 za usporedbu faktora dielektrične apsorpcije za različite vrste dielektrika kondenzatora.

Temperaturni koeficijent različit od nule
Kako bi se osigurao rad bez problema u cijelom temperaturnom rasponu primjene, važno je odabrati kondenzator sa stabilnim temperaturnim koeficijentom. Preporučuju se kondenzatori s dielektrikom kao što su PET, PEN, PPS i NPO jer imaju niže temperaturne karakteristike u usporedbi s normalnim keramičkim kondenzatorima.

Sampling vodič za odabir kondenzatora za aplikacije senzora dodira na mikrokontrolerima

Uvod

Kondenzatori imaju neke neidealne karakteristike koje nažalost ograničavaju njihovu upotrebu u nekim aplikacijama. Cilj ovog dokumenta je pomoći dizajnerima u odabiru pravih sampling kondenzatora (CS) za njihove primjene senzora dodira istražujući najvažnije nepoželjne karakteristike.
STMicroelectronics nudi besplatne STMTouch biblioteke firmvera za senzor dodira, izravno integrirane u odgovarajući paket STM32Cube (kao što je STM32CubeL4).

Tablica 1. Primjenjivi proizvodi

Tip	Serija proizvoda
Mikrokontroleri	Serija STM32F0, serija STM32F3, serija STM32L0, serija STM32L1, serija STM32L4, serija STM32L4+, serija STM32L5, serija STM32U5, serija STM32WB, serija STM32WBA.

Načelo akvizicije prijenosa naboja gotovoview
Aplikacije za otkrivanje dodira koje se temelje na MCU-u mogu koristiti princip akvizicije prijenosa naboja, podržan STMTouch bibliotekama za otkrivanje dodira, kako bi osjetile promjene u kapacitetu. Kapacitet elektrode (CX) je nabijen na stabilan referentni voltage (VDD za STM32 mikrokontrolere opće namjene temeljene na Arm®). Naboj se zatim prenosi na poznati kondenzator koji se naziva sampling kondenzator CS. Ovaj slijed se ponavlja sve dok voltage na CS doseže internu referencu voltage VIH. Broj prijenosa potrebnih za postizanje praga ovisi o veličini kapacitivnosti elektrode i predstavlja njezinu vrijednost.
Kako bi se osigurao stabilan rad rješenja, broj prijenosa potrebnih za postizanje praga prilagođava se filtrom s beskonačnim impulsnim odzivom (IIR) koji kompenzira promjene u okolišu kao što su temperatura, napajanje, vlaga i okolni vodljivi objekti.
Budući da je CS sastavni dio dizajna, moraju se uzeti u obzir neidealni učinci kondenzatora.

Bilješka: Arm je registrirani zaštitni znak tvrtke Arm Limited (ili njenih podružnica) u SAD -u i/ili drugdje.

Karakteristike kondenzatora
Najčešći nedostaci kondenzatora su sljedeći:

• Serijski otpor
• Serijski induktivitet
• Paralelni otpor (struja curenja)
• Temperaturni koeficijent različit od nule
• Dielektrična apsorpcija (DA) ili natopljenost
• Faktor disipacije

Tri najvažnije karakteristike koje je potrebno ispitati su temperaturni koeficijent različit od nule, faktor disipacije i dielektrična apsorpcija (DA). Učinak ovih neidealnih karakteristika na rad sustava ukratko je ispitan u sljedećim odjeljcima.

Dielektrična apsorpcija ili namakanje
DA ili natapanje može biti štetno za rad i točnost kapacitivnih senzora koji se oslanjaju na stabilan referentni kondenzator.
DA nastaje zbog naboja koji je upijen u dielektrik i tamo ostaje tijekom razdoblja pražnjenja. Naboj se zatim vraća iz dielektrika tijekom razdoblja opuštanja i uzrokuje voltage da se pojavi na CS kondenzatoru. Ovaj fenomen učinkovito stvara efekt pamćenja u kondenzatoru. Veličina offset voltage ovisi o vremenu opuštanja između prijenosa i vremenu pražnjenja CS kondenzatora. Ovaj fenomen ilustriran je na slici ispod.

Preostali naboj se vraća (IRESIDUAL) kroz izolacijski otpornik (IR) i uzrokuje vol.tage pomak na CS kondenzatoru. Ovaj offset voltage utječe na osjetljivost sustava smanjenjem broja prijenosa potrebnih za postizanje unutarnje referentne voltage prag i može uzrokovati pojavu lažnih detekcija blizine.
Odabirom kondenzatora s niskim faktorom dielektrične apsorpcije, može se odabrati viša razina osjetljivosti, čime se osigurava stabilniji i pouzdaniji dizajn s poboljšanim detekcijama blizine. Pogledajte tablicu 2 za usporedbu faktora dielektrične apsorpcije za različite vrste dielektrika kondenzatora.

Temperaturni koeficijent različit od nule
Kako bi se osigurao rad bez problema u konačnom rasponu radne temperature primjene, odabrani kondenzator mora imati stabilan temperaturni koeficijent.
Dielektrici kao što su PET, PEN, PPS i NPO obično imaju višu temperaturnu karakteristiku od normalnih keramičkih kondenzatora i stoga se preporučuju.

Faktor disipacije
Faktor disipacije je pokazatelj gubitka energije, obično u obliku topline. Kondenzatori s visokim faktorom rasipanja uzrokuju samozagrijavanje koje utječe na kapacitet. Ova promjena u kapacitetu zauzvrat utječe na broj prijenosa naboja koji su potrebni da se postigne interni referentni voltage prag.
Ovo također naglašava potrebu odabira dielektrika sa stabilnim temperaturnim koeficijentom. Pogledajte tablicu 2 za usporedbu faktora disipacije za različite dielektrike.

Usporedba kondenzatora

Donja tablica uspoređuje najvažnije karakteristike koje je potrebno provjeritiviewed pri odabiru CS kondenzatora.

Tablica 2. Karakteristike filmskih SMD kondenzatora

Karakteristično		LJUBIMAC	PEN	PPS	NPO	X7R	Tantal
Radna temperatura (°C)		-55 do 125	-55 do 125	-55 do 140	-55 do 125	-55 do 125	-55 do 125
ΔC/C s temperaturom (°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 apsorpcija (%)		0.5	1	0.05	0.6	2.5	–
ESR		Niska	Niska	Vrlo nisko	Niska	Umjereno do visoko	visoko
Pouzdanost		visoko	visoko	visoko	visoko	Umjereno	Niska

PPS (polifenilen sulfid) dielektrik i NPO keramički kondenzatori imaju izvrsne rezultate u svim kategorijama. Kondenzatori PET (metalizirani poliester) i PEN (metalizirani polifenilen naftalat) također rade prilično dobro i mogu se koristiti u svim aplikacijama senzora dodira.
Tantalne kondenzatore treba izbjegavati jer imaju vrlo visok faktor disipacije i visokoučinkoviti serijski otpor (ESR). X7R keramički kondenzatori mogu se koristiti u nekim aplikacijama kada je potrebna manje osjetljiva razina.

Zaključak
Kako je objašnjeno, sampKarakteristike kapacitivnog kondenzatora igraju važnu ulogu u ispravnom i stabilnom radu aplikacije kapacitivnih senzora. Stoga ga je potrebno pažljivo odabrati.
Preporuke za STMTouch aplikacije temeljene na biblioteci senzora dodira sažete su u nastavku:

• Ako rješenje koristi MCU način rada niske potrošnje za smanjenje ukupne potrošnje energije, moraju se koristiti tipovi kondenzatora PET, PEN, PPS ili NPO.
• Ako rješenje koristi linearne ili rotacijske senzore dodira, moraju se koristiti tipovi kondenzatora PET, PEN, PPS ili NPO.
• Ako rješenje koristi samo senzore dodirnih tipki, mogu se koristiti sve vrste kondenzatora osim tantala.

Povijest revizija

Tablica 3. Povijest revizija dokumenta

Datum	Verzija	Promjene
15. srpnja 2013	1	Početno izdanje.
11. lipnja 2014	2	Dodana podrška za seriju STM32L0 i seriju STM8AL.
20. listopada-2015	3	Ažurirana tablica 1. Dodana podrška za seriju STM32L4.
23. siječnja 2019	4	Ažurirano: Naslov dokumenta Tablica 1. Primjenjivi proizvodi
23. kolovoza 2021	5	Ažurirano: Odjeljak Uvod. Tablica primjenjivih proizvoda. Načelo prikupljanja prijenosa naknade gotovoview odjeljak.
10. siječnja 2023	6	Ažurirano Odjeljak Uvod u Tablica 1. Primjenjivi proizvodi uključiti seriju STM32WBA. Ažurirao cijeli dokument s manjim izmjenama.

VAŽNA OBAVIJEST – PAŽLJIVO PROČITAJTE
STMicroelectronics NV i njegove podružnice ("ST") zadržavaju pravo izmjene, ispravke, poboljšanja, preinake i poboljšanja ST proizvoda i/ili ovog dokumenta u bilo koje vrijeme bez prethodne najave. Kupci bi trebali dobiti najnovije relevantne informacije o ST proizvodima prije narudžbe. Proizvodi ST-a prodaju se u skladu s odredbama i uvjetima prodaje ST-a koji su na snazi ​​u trenutku potvrde narudžbe.
Kupci su isključivo odgovorni za izbor, izbor i korištenje ST proizvoda i ST ne preuzima nikakvu odgovornost za pomoć pri primjeni ili dizajn proizvoda kupaca.
ST ovdje ne daje nikakvu licencu, izričitu ili implicitnu, za bilo koje pravo intelektualnog vlasništva.
Preprodaja ST proizvoda s odredbama različitim od ovdje navedenih informacija poništit će svako jamstvo koje je ST dao za takav proizvod.
ST i ST logotip su zaštitni znakovi ST. Za dodatne informacije o ST zaštitnim znakovima, pogledajte www.st.com/trademarks. Svi ostali nazivi proizvoda ili usluga vlasništvo su njihovih vlasnika.

Informacije u ovom dokumentu nadziru i zamjenjuju informacije prethodno navedene u bilo kojoj od prethodnih verzija ovog dokumenta.
© 2023 STMicroelectronics – Sva prava pridržana

Dokumenti / Resursi

ST AN4310 Sampling Vodič za odabir kondenzatora za aplikacije senzora dodira [pdf] Korisnički priručnik AN4310 Sampling Vodič za odabir kondenzatora za aplikacije senzora dodira, AN4310, SampVodič za odabir kondenzatora ling za aplikacije senzora dodira, vodič za odabir aplikacija senzora dodira, aplikacije senzora dodira, aplikacije senzora, aplikacije

Reference

• korisnički priručnik