ST AN4310 Sampling kondensatora izvēles rokasgrāmata skārienjutības lietojumprogrammām

Informācija par produktu

Produkta nosaukums: AN4310 – Sampling kondensatora izvēles rokasgrāmata skārienjutības lietojumprogrammām MCU
Produkta veids: Pieteikuma piezīme
Ražotājs: STMicroelectronics

Piemērojamie produkti

Produktu sērija
STM32F0 sērija
STM32F3 sērija
STM32L0 sērija
STM32L1 sērija
STM32L4 sērija
STM32L4+ sērija
STM32L5 sērija
STM32U5 sērija
STM32WB sērija
STM32WBA sērija

Produkta lietošanas instrukcijas

Maksas pārskaitījuma iegūšanas princips ir beidziesview
Produkts izmanto lādiņa pārneses iegūšanas principu skārienjutības lietojumprogrammām. Šis princips ir detalizēti izskaidrots lietotāja rokasgrāmatā.

Kondensatora raksturlielumi

Dielektriskā absorbcija vai uzsūkšanās
Dielektriskā absorbcija, kas pazīstama arī kā uzsūkšanās, var ietekmēt kapacitatīvo sensoru darbību un precizitāti. To izraisa lādiņš, kas iesprostots dielektriskajā materiālā, izraisot tilpumutage nobīde uz sampling kondensators (CS). Šis nobīde sējtage ietekmē jutību un var izraisīt viltus tuvuma noteikšanu. Lai to mazinātu, ieteicams izvēlēties kondensatoru ar zemu dielektriskās absorbcijas koeficientu. Skatiet 2. tabulu, lai salīdzinātu dažādu veidu kondensatoru dielektriķu dielektriskās absorbcijas koeficientus.

Nenulles temperatūras koeficients
Lai nodrošinātu netraucētu darbību visā lietojumprogrammas temperatūras diapazonā, ir svarīgi izvēlēties kondensatoru ar stabilu temperatūras koeficientu. Ieteicami ir kondensatori ar dielektriķiem, piemēram, PET, PEN, PPS un NPO, jo tiem ir zemākas temperatūras īpašības salīdzinājumā ar parastajiem keramiskajiem kondensatoriem.

Sampling kondensatora izvēles rokasgrāmata skārienjutības lietojumprogrammām MCU

Ievads

Kondensatoriem ir daži neideāli raksturlielumi, kas diemžēl ierobežo to izmantošanu dažās lietojumprogrammās. Šī dokumenta mērķis ir palīdzēt dizaineriem izvēlēties pareizos sampling kondensatoru (CS) to pieskāriena sensoru lietojumiem, izmeklējot svarīgākos nevēlamos raksturlielumus.
STMicroelectronics nodrošina bezmaksas STMTouch skārienjutīgās programmaparatūras bibliotēkas, kas ir tieši integrētas attiecīgajā STM32Cube pakotnē (piemēram, STM32CubeL4).

1. tabula. Piemērojamie produkti

Tips	Produktu sērija
Mikrokontrolleri	STM32F0 sērija, STM32F3 sērija, STM32L0 sērija, STM32L1 sērija, STM32L4 sērija, STM32L4+ sērija, STM32L5 sērija, STM32U5 sērija, STM32WB sērija, STM32WBA sērija.

Maksas pārskaitījuma iegūšanas princips beidziesview
Uz MCU balstītas skārienjutīgās lietojumprogrammas var izmantot lādiņu pārsūtīšanas iegūšanas principu, ko atbalsta STMTouch skārienjutīgās bibliotēkas, lai uztvertu kapacitātes izmaiņas. Elektroda kapacitāte (CX) tiek uzlādēta līdz stabilam atsauces tilpumamtage (VDD vispārējas nozīmes Arm® bāzes STM32 mikrokontrolleriem). Pēc tam lādiņš tiek pārnests uz zināmu kondensatoru, ko dēvē par sampling kondensators CS. Šo secību atkārto līdz sējtage uz CS sasniedz iekšējo atsauces tilpumutage VIH. Pārsūtījumu skaits, kas nepieciešams, lai sasniegtu slieksni, ir atkarīgs no elektroda kapacitātes lieluma un atspoguļo tā vērtību.
Lai nodrošinātu stabilu risinājuma darbību, sliekšņa sasniegšanai nepieciešamo pārsūtīšanas reižu skaitu regulē bezgalīgas impulsa atbildes (IIR) filtrs, kas kompensē vides izmaiņas, piemēram, temperatūras, strāvas padeves, mitruma un apkārtējos vadošos objektus.
Tā kā CS ir neatņemama konstrukcijas sastāvdaļa, jāņem vērā kondensatoru neideālā ietekme.

Piezīme: Arm ir reģistrēta uzņēmuma Arm Limited (vai tā meitasuzņēmumu) preču zīme ASV un/vai citur.

Kondensatora raksturlielumi
Visbiežāk sastopamie kondensatoru trūkumi ir šādi:

• Sērijas pretestība
• Sērijas induktivitāte
• Paralēlā pretestība (noplūdes strāva)
• Nenulles temperatūras koeficients
• Dielektriskā absorbcija (DA) vai uzsūkšanās
• Izkliedes koeficients

Trīs svarīgākie raksturlielumi, kas jāpārbauda, ​​ir temperatūras koeficients, kas nav nulle, izkliedes koeficients un dielektriskā absorbcija (DA). Šo neideālo raksturlielumu ietekme uz sistēmas darbību ir īsi apskatīta turpmākajās sadaļās.

Dielektriskā absorbcija vai uzsūkšanās
DA vai uzsūkšanās var kaitēt kapacitatīvo sensoru darbībai un precizitātei, kas balstās uz stabilu atsauces kondensatoru.
DA izraisa lādiņš, kas iesūcas dielektrikā un paliek tur izlādes periodā. Pēc tam relaksācijas periodā lādiņš izplūst atpakaļ no dielektriķa un izraisa tilpumutage, lai parādītos uz CS kondensatora. Šī parādība efektīvi rada atmiņas efektu kondensatorā. Nobīdes lielums tilptage ir atkarīgs no relaksācijas laika starp pārslēgšanu un CS kondensatora izlādes laika. Šī parādība ir ilustrēta zemāk esošajā attēlā.

Atlikušais lādiņš izplūst atpakaļ (IRESIDUAL) caur izolācijas rezistoru (IR), izraisot skaļumutage nobīde uz CS kondensatora. Šis nobīde sējtage ietekmē sistēmas jutīgumu, samazinot pārsūtīšanas skaitu, kas nepieciešams, lai sasniegtu iekšējo atsauces tilpumutage slieksni un var izraisīt viltus tuvuma noteikšanu.
Izvēloties kondensatoru ar zemu dielektriskās absorbcijas koeficientu, var izvēlēties augstāku jutības līmeni, nodrošinot stabilāku un uzticamāku dizainu ar uzlabotu tuvuma noteikšanu. Skatiet 2. tabulu, lai salīdzinātu dažādu veidu kondensatoru dielektriķu dielektriskās absorbcijas koeficientus.

Nenulles temperatūras koeficients
Lai nodrošinātu netraucētu darbību gala lietošanas temperatūras diapazonā, izvēlētajam kondensatoram jābūt ar stabilu temperatūras koeficientu.
Dielektriķiem, piemēram, PET, PEN, PPS un NPO, parasti ir augstākas temperatūras īpašības nekā parastiem keramiskajiem kondensatoriem, tāpēc tie ir ieteicami.

Izkliedes koeficients
Izkliedes koeficients norāda uz enerģijas zudumiem, parasti siltuma veidā. Kondensatori ar augstu izkliedes koeficientu izraisa pašsildīšanu, kas ietekmē kapacitāti. Šīs kapacitātes izmaiņas savukārt ietekmē uzlādes pārsūtīšanas skaitu, kas nepieciešamas, lai sasniegtu iekšējo atsauces tilpumutage slieksnis.
Tas arī uzsver nepieciešamību izvēlēties dielektriķi ar stabilu temperatūras koeficientu. Skatiet 2. tabulu, lai salīdzinātu dažādu dielektriķu izkliedes faktorus.

Kondensatoru salīdzinājums

Tālāk esošajā tabulā ir salīdzināti svarīgākie parametri, kas ir jāatjaunoviewed, izvēloties CS kondensatoru.

2. tabula. Plēves SMD kondensatoru raksturojums

Raksturīgs		PET	PEN	PPS	NPO	X7R	Tantals
Darba temperatūra (°C)		-55 līdz 125	-55 līdz 125	-55 līdz 140	-55 līdz 125	-55 līdz 125	-55 līdz 125
ΔC/C ar temperatūru (°C)		±5	±5	±1.5	±1	±1	±10
Izkliedes koeficients (%)	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	–	–
Dielektriskā absorbcija (%)		0.5	1	0.05	0.6	2.5	–
ESR		Zems	Zems	Ļoti zems	Zems	Mērens līdz augsts	Augsts
Uzticamība		Augsts	Augsts	Augsts	Augsts	Mērens	Zems

PPS (polifenilēna sulfīda) dielektriskie un NPO keramikas kondensatori lieliski darbojas visās kategorijās. PET (metalizēts poliesters) un PEN (metalizēts polifenilēna naftalāts) kondensatori arī darbojas diezgan labi, un tos var izmantot visās skārienjutīgās lietojumprogrammās.
Jāizvairās no tantala kondensatoriem, jo ​​tiem ir ļoti augsts izkliedes koeficients un augstas efektivitātes sērijas pretestība (ESR). X7R keramiskos kondensatorus var izmantot dažos gadījumos, kad ir nepieciešams mazāk jutīgs līmenis.

Secinājums
Kā paskaidrots, sampKondensatora raksturlielumiem ir liela nozīme kapacitatīvās sensora lietojumprogrammas pareizā un stabilā darbībā. Līdz ar to tas ir rūpīgi jāizvēlas.
Tālāk ir apkopoti ieteikumi STMTouch skārienjutīgo bibliotēku lietojumprogrammām.

• Ja risinājums izmanto MCU mazjaudas režīmu, lai samazinātu kopējo enerģijas patēriņu, ir jāizmanto PET, PEN, PPS vai NPO kondensatoru veidi.
• Ja risinājumā tiek izmantoti lineāri vai rotējoši pieskāriena sensori, jāizmanto PET, PEN, PPS vai NPO kondensatoru veidi.
• Ja risinājums izmanto tikai skārienjutīgus sensorus, var izmantot visu veidu kondensatorus, izņemot tantalu.

Pārskatīšanas vēsture

3. tabula. Dokumentu pārskatīšanas vēsture

Datums	Versija	Izmaiņas
15. gada 2013. jūlijs	1	Sākotnējā izlaišana.
11-jūnijs-2014	2	Pievienots STM32L0 sērijas un STM8AL sērijas atbalsts.
20. gada 2015. oktobris	3	Atjaunināta 1. tabula. Pievienots STM32L4 sērijas atbalsts.
23. janvāris — 2019. janvāris	4	Atjaunināts: Dokumenta nosaukums 1. tabula. Piemērojamie produkti
23.-2021. augusts	5	Atjaunināts: Sadaļa Ievads. Piemērojamo produktu tabula. Maksas pārskaitījuma iegūšanas princips ir beidziesview sadaļā.
10. janvāris — 2023. janvāris	6	Atjaunināts Sadaļas ievads sadaļā 1. tabula. Piemērojamie produkti lai iekļautu STM32WBA sēriju. Atjaunināts viss dokuments ar nelielām izmaiņām.

SVARĪGS PAZIŅOJUMS – UZMANĪGI IZLASIET
STMicroelectronics NV un tā meitasuzņēmumi (“ST”) patur tiesības jebkurā laikā bez brīdinājuma veikt izmaiņas, labojumus, uzlabojumus, modifikācijas un uzlabojumus ST izstrādājumos un/vai šajā dokumentā. Pirms pasūtījuma veikšanas pircējiem jāiegūst jaunākā atbilstošā informācija par ST produktiem. ST produkti tiek pārdoti saskaņā ar ST pārdošanas noteikumiem un nosacījumiem, kas ir spēkā pasūtījuma apstiprināšanas brīdī.
Pircēji ir pilnībā atbildīgi par ST produktu izvēli, izvēli un lietošanu, un ST neuzņemas nekādu atbildību par palīdzību pielietošanā vai pircēja produktu dizainu.
ST šeit nepiešķir nekādas tiešas vai netiešas licences jebkādām intelektuālā īpašuma tiesībām.
ST produktu tālākpārdošana ar noteikumiem, kas atšķiras no šeit norādītās informācijas, anulē jebkādu ST piešķirto garantiju šādam produktam.
ST un ST logotips ir ST preču zīmes. Papildinformāciju par ST preču zīmēm skatiet www.st.com/trademarks. Visi pārējie produktu vai pakalpojumu nosaukumi ir to attiecīgo īpašnieku īpašums.

Informācija šajā dokumentā aizstāj un aizstāj informāciju, kas iepriekš sniegta jebkurās iepriekšējās šī dokumenta versijās.
© 2023 STMicroelectronics – visas tiesības paturētas

Dokumenti / Resursi

ST AN4310 Sampling kondensatora izvēles rokasgrāmata skārienjutības lietojumprogrammām [pdfLietotāja rokasgrāmata AN4310 Samplinga kondensatora izvēles rokasgrāmata skārienjutības lietojumprogrammām, AN4310, Sampling kondensatora izvēles rokasgrāmata skārienjutības lietojumprogrammām, atlases rokasgrāmata skārienjutības lietojumprogrammām, skārienjutības lietojumprogrammas, sensoru lietojumprogrammas, lietojumprogrammas

Atsauces

• Lietotāja rokasgrāmata