QMatrix TM E6S3 32-KEY MATRIX EVAL BOARD：電容式按鍵感應(yīng)的創(chuàng)新解決方案

在電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，按鍵感應(yīng)技術(shù)至關(guān)重要。QMatrix TM E6S3 32 - KEY MATRIX EVAL BOARD 作為一款先進(jìn)的評(píng)估板，為電容式按鍵感應(yīng)帶來(lái)了新的突破。今天，我們就來(lái)深入了解這款評(píng)估板的特點(diǎn)、使用方法和技術(shù)原理。

文件下載：E6S3.pdf

一、評(píng)估板的基本設(shè)置與操作

1. 安裝矩陣電路

將 'Schurter flex - matrix' 貼在介電表面，比如附帶的透明塑料面板上。小心地揭下背紙，將柔性電路“滾動(dòng)”到塑料面板上，并邊操作邊按壓，防止形成氣泡。同時(shí)，要特別注意不要對(duì)矩陣尾部帶狀電纜連接器施加過(guò)大壓力，以免損壞銀墨軌道。

2. 連接電路

把 'Schurter' 電路尾部插入評(píng)估板，注意電纜和評(píng)估板的引腳 1 極性。

3. 抬高面板

使用橡膠腳墊或在角落、邊緣放置物品，將組裝好的面板塑料面朝上抬高 0.5cm 或更多。避免在鍵盤(pán)區(qū)域下方放置任何可能接觸到它的東西。

4. 連接電源

將 9V 電池夾（或其他 8 - 12V 直流電源）連接到 2 端子螺絲塊。

5. 連接串口

使用附帶的 RS232 串行擴(kuò)展電纜，將 E6S3 板連接到 PC 上的開(kāi)放串行通信端口，如 Com1 或 Com2。

6. 啟動(dòng)軟件與校準(zhǔn)

在 PC 上啟動(dòng) QmBtn 軟件，用新的 9V 電池或 8 - 12V 直流電源為評(píng)估板供電。校準(zhǔn)過(guò)程中，其中一個(gè) LED 會(huì)短暫亮起，通常只需不到一秒。校準(zhǔn)期間不要觸摸按鍵，否則可能導(dǎo)致校準(zhǔn)點(diǎn)不準(zhǔn)確（若發(fā)生這種情況，QT60320 IC 會(huì)在 10 秒后自動(dòng)糾正錯(cuò)誤）。

7. 正常運(yùn)行

LED 熄滅后，評(píng)估板開(kāi)始正常運(yùn)行。如果 E6S3 設(shè)置正確，當(dāng)通過(guò)面板觸摸按鍵時(shí)，LED 會(huì)閃爍，QmBtn 軟件會(huì)顯示當(dāng)前觸摸的按鍵。軟件還會(huì)用 'X' 標(biāo)記最后觸摸的按鍵。

二、E6S3 技術(shù)特點(diǎn)

1. 電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制

E6S3 采用 2 電極電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制，與 Quantum 的單電極感應(yīng)系統(tǒng)不同。它類(lèi)似于傳統(tǒng)掃描鍵盤(pán)，一組驅(qū)動(dòng)線產(chǎn)生用于尋址按鍵的信號(hào)，另一組線用于“讀出”按鍵信號(hào)。在每個(gè)驅(qū)動(dòng)線和讀線的交叉點(diǎn)存在一個(gè)“按鍵”，由交錯(cuò)或相鄰的電極組構(gòu)成，其間耦合著微小電場(chǎng)。

2. 信號(hào)處理創(chuàng)新

E6S3 的革命性在于其“前端”信號(hào)感應(yīng)方式和后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理。它使用“虛擬接地”電荷檢測(cè)器測(cè)量每個(gè)按鍵電極上轉(zhuǎn)移的電荷量，而不是關(guān)注接收電壓幅度或衰減常數(shù)。同時(shí)，應(yīng)用電荷抵消方法增加動(dòng)態(tài)范圍，允許矩陣內(nèi)的按鍵具有不同的尺寸和形狀。

3. 寬動(dòng)態(tài)范圍數(shù)字技術(shù)

E6S3 使用寬動(dòng)態(tài)范圍數(shù)字技術(shù)，具有內(nèi)在穩(wěn)定性，不依賴射頻或高增益電路。驅(qū)動(dòng)信號(hào)是數(shù)字脈沖，接收電路使用簡(jiǎn)單的模擬開(kāi)關(guān)和低成本 CMOS 運(yùn)算放大器。

4. 自適應(yīng)信號(hào)處理算法

內(nèi)置算法提供“高生存能力”自適應(yīng)信號(hào)處理，包括漂移補(bǔ)償、最大導(dǎo)通時(shí)間、中值濾波、擴(kuò)頻采集、可變突發(fā)長(zhǎng)度和數(shù)字控制可變閾值等功能，解決了電容式感應(yīng)常見(jiàn)的問(wèn)題。

5. 獨(dú)特的傳感技術(shù)

• 門(mén)控求和結(jié)電荷采樣：每個(gè)按鍵通過(guò)求和結(jié)電荷檢測(cè)器進(jìn)行感應(yīng)，該檢測(cè)器在矩陣驅(qū)動(dòng)信號(hào)的上升沿附近進(jìn)行窄采樣，有效抑制了水膜信號(hào)。
• 低阻抗傳感：電荷接收器是低阻抗“求和結(jié)”，有助于減少外部射頻干擾和表面污染的影響。
• 單個(gè)按鍵校準(zhǔn)：每個(gè)按鍵在通電時(shí)獨(dú)立自動(dòng)校準(zhǔn)，無(wú)需擔(dān)心按鍵尺寸、形狀、覆蓋材料厚度或類(lèi)型，也無(wú)需考慮按鍵的布線或走線長(zhǎng)度。
• N - 鍵翻轉(zhuǎn)：可以同時(shí)感應(yīng)任意組合的按鍵，易于實(shí)現(xiàn)“Shift”或“Interlock”功能。
• 自動(dòng)漂移補(bǔ)償：能夠補(bǔ)償因濕度、熱漂移等引起的信號(hào)變化，同時(shí)保持觸摸檢測(cè)能力。
• 卡鍵恢復(fù)：如果某個(gè)按鍵持續(xù)檢測(cè) 10 秒，E6S3 會(huì)自動(dòng)重新校準(zhǔn)，然后繼續(xù)正常感應(yīng)。
• 可變突發(fā)長(zhǎng)度：每個(gè)按鍵有自己的突發(fā)長(zhǎng)度設(shè)置，可根據(jù)需要調(diào)整按鍵的靈敏度。
• 可變閾值：每個(gè)按鍵有自己的閾值水平，可單獨(dú)更改并編程到內(nèi)部 e2prom 中，與突發(fā)長(zhǎng)度參數(shù)配合實(shí)現(xiàn)精細(xì)調(diào)整。
• 共識(shí)噪聲濾波：每個(gè)按鍵結(jié)果采樣 5 次，確定信號(hào)的共識(shí)結(jié)果，有效減少電氣干擾引起的誤檢測(cè)。

三、QmBtn 軟件使用

1. 軟件安裝

將文件傳輸?shù)?PC 硬盤(pán)的指定子目錄進(jìn)行安裝，可在桌面或文件夾中創(chuàng)建 QmBtn.exe 文件的快捷方式。確保使用的通信端口沒(méi)有與鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)、傳真軟件、其他調(diào)制解調(diào)器程序和 TSR 等沖突。

2. 操作步驟

• 給評(píng)估板通電，啟動(dòng) QmBtn 軟件，等待其定位并與開(kāi)關(guān)矩陣通信，識(shí)別矩陣后會(huì)顯示“Capacitive Matrix Switch”。
• 選擇“Settings | Button Settings...”查看特定按鍵的增益和靈敏度設(shè)置，可逐鍵更改這些設(shè)置。
• 點(diǎn)擊查看器窗口中的特定矩陣按鈕或滑塊，可在“Gain & Sensitivity (G&S)”對(duì)話框中查看該按鍵的設(shè)置，點(diǎn)擊不同按鈕時(shí)，對(duì)話框頂部的“Key Coordinate”文本和 G&S 數(shù)字會(huì)更新。
• 更改特定按鍵的 G&S 設(shè)置時(shí)，可直接在 G&S 編輯框中輸入新值或使用小滾動(dòng)按鈕。新設(shè)置會(huì)在短暫延遲后上傳到 E6S3 板，QT60320 會(huì)在任何一個(gè)按鍵的增益重新編程后完全重新校準(zhǔn)所有按鍵。
• 更改按鍵的靈敏度（閾值水平）時(shí)，新設(shè)置立即生效并存儲(chǔ)到 E6S2 的 eeprom 中，無(wú)需重新校準(zhǔn)，校準(zhǔn) LED 不會(huì)亮起。
• “Apply to All”按鈕可將 G&S 設(shè)置應(yīng)用到 E6S3 上的所有按鈕，之后可單獨(dú)調(diào)整其他按鍵的 G&S。
• 使用“File | Save”和“File | Save As”選項(xiàng)可將所有按鍵組合的 G&S 設(shè)置保存到磁盤(pán)，“File | Open”可檢索這些設(shè)置并自動(dòng)下載到當(dāng)前連接的 E6S3 板。

3. 增益和閾值的關(guān)系

增益控制每個(gè)突發(fā)中的電荷轉(zhuǎn)移周期數(shù)，范圍從 4 到 255，通常使用范圍為 10 到 40。增益值乘以 2 得到突發(fā)長(zhǎng)度，較大的增益值使按鍵更靈敏。閾值與檢測(cè)所需的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)數(shù)有關(guān)，閾值越高，靈敏度越低。增益和閾值相互作用，調(diào)整其中一個(gè)參數(shù)會(huì)影響按鍵的靈敏度。在“漂移”環(huán)境中，可適當(dāng)降低增益并降低閾值來(lái)補(bǔ)償按鍵靈敏度。

四、串行協(xié)議

E6S3 使用板載 MAX232 類(lèi)型 RS232 驅(qū)動(dòng)器，采用軟件握手方式，沒(méi)有其他輸出。它通過(guò)輪詢方式響應(yīng)主機(jī)的“Evoke Codes”，波特率為 9600，無(wú)校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為 8 位，停止位為 1 位。不同的命令有不同的功能，如獲取按鍵狀態(tài)、設(shè)備識(shí)別、錯(cuò)誤報(bào)告、數(shù)據(jù)報(bào)告、設(shè)置報(bào)告和寫(xiě)入等。

五、總結(jié)

QMatrix TM E6S3 32 - KEY MATRIX EVAL BOARD 在電容式按鍵感應(yīng)技術(shù)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。其先進(jìn)的技術(shù)特點(diǎn)和靈活的軟件設(shè)置，為電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具，可用于設(shè)計(jì)各種具有電容式按鍵的電子設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求，充分利用 E6S3 的各項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的按鍵感應(yīng)解決方案。你在使用類(lèi)似評(píng)估板時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。