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产业图谱
作者：Azoteq中国
图2.1 传感器系统设计课题
典型的“穿戴状态检测”应用需要区分电容测量值中非常小的差异，它因传感器尺寸和触摸与接近唤醒的特性影响而产生。
表2.1 不同穿戴状态检测应用的典型传感器尺寸和电容变化值
2.2 电容阈值vs系统总电容
表2.2 不同穿戴状态检测应用的典型传感器尺寸和电容变化值
图2.2 典型的实验室测试情况
图2.3 典型的使用场景测试——可能很容易在加热/冷却条件下显示250fF
3.1 面积和地线基准
接近传感器的最小推荐电极导体面积尺寸为：100mm²
图3.3 电池侧廓图显示了其中的非导电层和导电层（铝阻挡层）
图3.4电池壳对传感器电容的影响
3.3、屏蔽
根据图3.4，建议在感应盘和电池之间放置一个粗帽型网格化接地（hatched GND）屏蔽罩来最小化CBAT。
设计指南：
1.根据下一节提供的示例，评估所需的感应盘总面积（单位为mm²）。请注意，网格地（hatched pour）将缩短接近距离，这基于寄生负载的数量——请将其保持到最小值，以获得最佳灵敏度。
2.在相对的另一层铺网格地，并连接到IQS传感器相同的GND地线上。
5.调整网格大小参数，以得到所需的网格线宽在实际接地部分（GND）所占的百分比。
6.评估感应盘的形状，以使用适当的网格组模式（45°/ 90°/水平/垂直），这取决于哪种模式最能均匀地覆盖整个区域的感应盘。
7.在大约100mm²感应盘上，根据下列网格边缘所占百分比，应该提供可被接受的结果：
a.接地网格占比为7%——最大屏蔽，最高寄生负载
b.接地网格占比为5%——中等屏蔽，中等寄生负载
c.接地网格占比为3%——最小屏蔽，最小寄生负载
图3.2 从上到下：a. 接地网格屏蔽为7%；b. 接地网格屏蔽为5%；c. 接地网格屏蔽为3%
8.将接地网格的占比降到最小值，即使在跌落测试和其它电池运动诱发的使用/测试案例中，仍然可以成功地屏蔽传感器而不会误触发。
9.评估传感器信号在温度和长期激活情况下的稳定性。
3.4 传感器盘大小与接近检测距离的对比
图3.5 用于调整接近触发器距离测量的测试设置（类似于穿戴设备应用场景）
表3.1 测试用例检测传感盘的大小和布局，并获得最终的接近距离数据
3.5 放置位置和覆盖范围
图3.6 在采用双传感盘的典型健身手环中放置传感器的示例。
图3.7 在塑料件上放置天线图案的示例
3.6 材料
表3.2 典型的基底材料和用作各种传感器导体的载体适用性
3.7 温度
有关此主题的详细讨论，请参阅下一节。
3.8 防水能力
大多数可穿戴设备都具有复杂的机械设计，提供了可以密闭包裹电子部件的外壳，以实现防止或者阻挡水侵。
图3.8 存在保水性风险的超声焊接
3.9 水分
如果一款设计非常容易受到湿度变化的影响，或者对于一般针对不防水的设备，请参阅下一节讨论基底材料和吸湿影响。
例如，在耳罩中带有感应盘的头戴式耳机会增加受潮风险。在佩戴过程中，水分增加和水分保留通常会导致从头部移除耳机时，出现释放检测失败或显著延迟释放。
通过在对水分敏感区域的背面使用对水分不敏感的材料，如塑料印刷传感盘（LDS），即可避免这些影响。
4.1 长度和面积
图4.1 传感线路走线较长会使设计复杂化并限制性能，而走线较短则会简化设计并优化性能
4.2 地面效果和材料选择
表4.1 单层与相互重叠的多层走线——平面耦合
图4.2 平行板电容器参数
表4.2 以1mm²面积的双面平行板为例，观察到的常用印刷电路基底材料及其寄生电容贡献的典型范围
4.3 干扰因素
表4.3 平行共面与正交非共面走线交叉与耦合
4.4 吸湿性
当基板吸收了水分以后，就增加了材料的介电常数（εr），这转化为任何平行导电传感器板的寄生电容（Cp）的增加。
裸露的、未涂覆的层压板与涂有阻焊膜的板相比，具有更高的吸湿率。
表4.4 常用PCB/FPC衬底的典型吸水率
然而，湿度的存在仍然会影响电容式传感器的测量，即使使用适当的基底材料和具有低吸湿特性的外壳。对于相对湿度含量的变化，用户与传感器板之间的空隙的外部变化仍然可以动态变化。下图显示了一个例子，说明湿度会产生多么剧烈的影响。
图4.3 基于VOPcPho的Al/VOPcPho/Au电容式传感器的电容与相对湿度的关系[p
5.1 选择器件
根据所需和提供的通道数量，来决定具体的IQS器件。
为实现穿戴状态检测功能，现在推荐以下器件：
推荐：预留2个通道（两个单独的传感器CX引脚）来用于穿戴状态检测。参见下面的“参考通道”实现。
5.2 最优化的设置
针对穿戴状态检测，现推荐传感器设置如下：
硬件优化对于量产的成功至关重要。建议在试生产和量产期间验证传感器的参数（乘法器和补偿），以限制性能的分布范围，并识别和隔离制造故障或设计缺陷。
5.3 参考通道——内部和外部器件参考（基于IC和布局）
图5.1 图示主通道和参考通道的走线方式，以得到类似的布线寄生电容
使用“感应”和“参考”通道的优点：
表5.1 传感和参考通道组合的典型案例
1 长期平均值（Long term average，LTA）是实际传感信号经过滤波后的平均值。
2 “LTA冻结”意味着当LTA被用作接近/触摸阈值的参考时，它不会被主动更新。通常，当达到接近阈值的时候，LTA将冻结。
5.4 参考通道——内部器件参考（仅基于IC）
当需要一个更简单和性价比更高的选择时：
在这些情况下，建议采取以下措施：
不建议将上面提到的（基于内部温度的参考方法）来作为故障安全解决方案，因为一些设计更容易受到复杂的、动态的外部变化的影响，而这些变化IQS芯片无法准确的识别。
按照以下步骤正确地进行原型设计，即可为穿戴状态检测应用设计和评估传感器性能：
1.将IQS芯片放置在尽可能靠近传感器电极的位置（使寄生电容负载最小，减少走线暴露在噪声/环境变化中）
2.确定好可用的空间（即电极感应区域）和合适的材料来作为支架和盖板。
3.请根据本文档所讨论的结果来选择材料和感应盘尺寸。
4.在确定机械结构之前，反复打磨原型设计使其尽可能地接近预期的产品设计。
a. 使用Azoteq提供的工具对具体的设计和传感器操作环境进行调试（如评估相对计数（delta）变化、测量绝对电容变化、评估电池供电引起的信号减弱的影响）。
b. 在设计初期要进行环境变化测试，包括温度、湿度和机械运动等。
c. 在使用参考通道时，需要反复测试以确保获得适当的参考跟踪/阻塞数据。