1. 序言

隨著智能觸控和智能表面概念在汽車應(yīng)用上的興起，純電容觸控技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)外飾應(yīng)用中，替代傳統(tǒng)機(jī)械按鍵，在一定程度上提升了汽車人機(jī)交互體驗(yàn)感和科技感，但隨著越來越多各類人機(jī)交互應(yīng)用場景的出現(xiàn)，以及基于傳統(tǒng)純電容方案大規(guī)模進(jìn)入汽車走向市場，單純的電容觸控方案的弊端從開發(fā)側(cè)到用戶側(cè)越來越顯現(xiàn)出來，包括按鍵誤觸問題，多按鍵盲操問題，水的誤觸發(fā)問題，EMC抗干擾問題等等都對智能觸控和智能表面在汽車上的更大規(guī)模應(yīng)用與普及構(gòu)成了一定的障礙。行業(yè)也都在積極思考如何在可接受的成本范圍內(nèi)，通過技術(shù)迭代改進(jìn)解決現(xiàn)有痛點(diǎn)，提升方案的可靠性。

泰矽微所倡導(dǎo)的壓感+電容雙模3D觸控芯片及整體方案正是在這樣的大背景下應(yīng)運(yùn)而生的。整體方案構(gòu)成包括由泰矽微開發(fā)的車規(guī)級專用人機(jī)交互MCU和來自于深圳紐迪瑞公司開發(fā)的基于惠斯通電橋原理的車規(guī)級壓力感應(yīng)柔性傳感器。整體方案解決了現(xiàn)有純電容觸控存在的所有痛點(diǎn)，且成本可控，具備較強(qiáng)的可生產(chǎn)性。方案所包含的芯片和傳感器均已通過相關(guān)AEC-Q100/200測試認(rèn)證。本文接下來的篇幅將會更詳細(xì)的展開介紹相關(guān)方案的市場，技術(shù)及應(yīng)用情況。

本材料面向從事汽車人機(jī)交互，智能內(nèi)外飾件相關(guān)應(yīng)用的技術(shù)及市場人員，汽車相關(guān)行業(yè)分析師及行業(yè)投資機(jī)構(gòu)等。希望能給行業(yè)帶來一定的參考價值。 ?

2. 市場縱觀和需求分析

2.1? ? ?智能按鍵和智能表面市場概述

隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，汽車動力系統(tǒng)已經(jīng)越來越難以實(shí)現(xiàn)差異化， 汽車行業(yè)的發(fā)展由過去基于機(jī)械和內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的動力系統(tǒng)的競爭演變?yōu)橹悄芑孢m化，科技感等的競爭，隨之帶來的是整個生態(tài)系統(tǒng)的快速演變。

智能按鍵和智能表面作為汽車智能化的重要部分，目前正處于快速發(fā)展階段，隨著由儀表，娛樂，空調(diào)等分離單元組成的傳統(tǒng)座艙快速向座艙域+ADAS域演變，一體貫穿屏和雙聯(lián)屏越來越多的被用于新發(fā)布車型中，傳統(tǒng)中控部分用于調(diào)節(jié)空調(diào)和娛樂導(dǎo)航等功能的機(jī)械按鍵被集成進(jìn)大顯示屏或轉(zhuǎn)換為智能按鍵被轉(zhuǎn)移到其它位置，對于集成于顯示屏的功能鍵面臨多層菜單的操作復(fù)雜度，比較適合于與駕駛和車身控制無關(guān)的娛樂，導(dǎo)航，通訊等功能的集成；對于一些常用和用戶希望快捷響應(yīng)的涉及車量行駛和車身控制的功能，按鍵形式無論從便捷性和安全性考慮會更適合，但受限于可用的面積和空間，空間占用比較大的機(jī)械按鍵會轉(zhuǎn)變?yōu)楦有∏傻闹悄馨存I轉(zhuǎn)移至顯示屏下方、檔把控制板或多功能方向盤。智能按鍵除在結(jié)構(gòu)件的小體積輕量化方面有優(yōu)勢之外，也帶來用戶體驗(yàn)的提升如觸覺反饋，聲音反饋，光效反饋等， 在汽車上的應(yīng)用呈快速增加的態(tài)勢。

基于傳統(tǒng)機(jī)械按鍵的內(nèi)飾

?大屏+智能按鍵

智能表面是未來汽車內(nèi)外飾發(fā)展的方向，它通過在內(nèi)外飾材料上增加電子功能的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)塑電一體化，在我們不需要的時候隱藏，需要時通過接近，手勢或語音控制等形式來激活，獲得反饋和響應(yīng)。在信息展現(xiàn)上，智能表面能夠?qū)④噧?nèi)所有功能無縫整合至統(tǒng)一表面，實(shí)現(xiàn)無縫銜接。

在未來，車內(nèi)的每一個表面都可以是智能表面 。我們只需在車內(nèi)覆蓋的表面上方動動手，某個互動界面或動態(tài)氛圍燈即會顯現(xiàn)，這些表面可以與我們互動，可以根據(jù)用戶需求出現(xiàn)在恰當(dāng)?shù)牡胤?，其展現(xiàn)形式有很多種：

方向盤的智能表面設(shè)計(jì)：可通過觸摸、按壓或手勢等方式觸發(fā)轉(zhuǎn)向信號、汽車娛樂系統(tǒng)控制、汽車檔位車速控制等功能。

門飾板和車把手：可以通過觸控技術(shù)集成后視鏡、車窗控制、座椅調(diào)節(jié)等為一體

智能座椅控制：通過智能表面來實(shí)現(xiàn)不同的場景的設(shè)置，如座椅調(diào)節(jié)、座椅加熱、按摩、一鍵零重力、氛圍燈光等功能的控制。

智能玻璃和天窗的設(shè)計(jì)：使用特殊的薄膜設(shè)計(jì)，插入玻璃中，再通過電子控制信號改變透明度來實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部氛圍燈、影像的控制功能。

無處不在的智能表面

智能表面在設(shè)計(jì)方面的自由度也將變得更為靈活。一方面，我們可以調(diào)整占用者的可見功能數(shù)量及其當(dāng)前需求；另一方面，也有利于設(shè)計(jì)師充分發(fā)揮想象，設(shè)計(jì)出具有更多高科技感和美感的作品，從而改善內(nèi)部視覺和觸覺效果。智能表面可以減少多余的按鈕和開關(guān)，暫時沒有被使用的功能也可以變暗或消失。而在未來，幾乎任意一個表面都可以加載功能，這樣多出來的地方可以作為儲物空間或置放其他物品。使車內(nèi)縫隙最小化，從而實(shí)現(xiàn)了整體內(nèi)飾風(fēng)格的無縫統(tǒng)一，擴(kuò)大了空間使用率。

目前，智能表面技術(shù)正在迅速發(fā)展，未來的車輛內(nèi)部將被集視覺美與功能性于一身的大型智能表面所覆蓋。在整體的設(shè)計(jì)上，也讓消費(fèi)者覺得更具設(shè)計(jì)感和科技感。智能按鍵作為人機(jī)交互的基本實(shí)現(xiàn)形式將會是智能按鍵的基本組成部分。

除了內(nèi)飾部分的應(yīng)用，外飾件對于智能按鍵和智能表面的應(yīng)用也出現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢，如隱藏式觸控門把手的應(yīng)用使車輛外觀更加美觀和節(jié)能，尾門腳踢控制器解決了用戶在雙手抱物的情況下開尾門的難點(diǎn)，智能B柱作為共享汽車的輸入截面也呈現(xiàn)出越來越多的應(yīng)用案例。

綜合以上情況， 預(yù)計(jì)智能按鍵芯片的單車用量將會達(dá)到20到30顆之多，對整車的智能化體驗(yàn)和成本越來越重要，相應(yīng)的方案的選擇顯得越來越重要。

2.2? ? ?智能按鍵和智能表面系統(tǒng)組成和方案選擇

智能按鍵人機(jī)交互主要包括感知和反饋兩部分，感知部分主要是利用各種傳感器對用戶的觸摸動作進(jìn)行可靠識別，主要形式有電容式，電阻式，紅外式，電感式等， 反饋部分是對用戶操作進(jìn)行回饋以確認(rèn)操作成功。兩者結(jié)合可在功能和用戶習(xí)慣上完全替代傳統(tǒng)機(jī)械按鍵，同時比之機(jī)械按鍵擁有更為美觀的外形，占用更少空間，以及提升了整車的科技感。

在智能按鍵的技術(shù)選擇方面，電容觸控方案作為最通用和高性價比的方案被廣泛采用，但也存在諸多問題， 如防水問題，防誤觸問題，抗電磁干擾問題，裝配精度問題等僅靠單一電容檢測的方式很難做到完美解決，多，模方案自然而然就成了業(yè)界共同尋求的改進(jìn)方案。其中壓力，紅外是最常使用的方案, 其中紅外檢測主要用到高成本的光電轉(zhuǎn)換器件，對裝配的精度要求高而且，信號輸出與表面的變形量也是非線性關(guān)系，靈敏度適應(yīng)環(huán)境變化的能力弱；壓力檢測的方式也有電容或電阻方式， 其中電容壓力方式要求兩個電容薄膜之間需要真空環(huán)境，支撐面需要平整，壓力和電容變化非線性等在工程實(shí)踐過程中面臨很多難以克服的挑戰(zhàn)。電阻式壓力傳感器作為新型的檢測方式具有的高線性度，裝配方式靈活，靈敏度高，低功耗等特性將成為多模觸控的優(yōu)選方案，得到越來越多業(yè)內(nèi)客戶的認(rèn)可。

3. 傳統(tǒng)電容觸摸方案介紹

傳統(tǒng)的觸摸方案依照感應(yīng)方式的不同，大致可以分為電阻式，電容式，紅外線式和超聲波式四類，目前絕大部分應(yīng)用（包括汽車）采用的是是電容式觸摸。

電容式觸摸又分自容式和互容式兩種檢測方式，這兩種檢測方式應(yīng)用原理不同，應(yīng)用場合也不同。

圖四是自容式觸摸的原理簡圖，自電容檢測是用一個電極，觸摸芯片會測試該電極和大地之間的電容，若將手指放在傳感器上，則測得的電容會增加。自電容感應(yīng)最適合用于單點(diǎn)觸摸傳感器，如按鍵。

圖四 自容觸控原理

圖五是自容式的原理簡圖，互電容感應(yīng)將測量兩個電極間的電容。其中一個電極被稱為發(fā)送電極（TX），另一個被稱為接收電極（RX）。在互電容測量系統(tǒng)中，為 TX 引腳提供數(shù)字電壓（VDDD 和 GND 間的信號切換），并測量 RX 引腳上所接收到的電荷。在 RX 電極上接收到的電荷與兩個電極間的互電容（Cx）成正比。在 TX 和 RX 電極間放置手指時，互電容Cx會降低。由于互電容降低，RX 電極上接收到的電荷也會降低。互電容效應(yīng)最適合用于多點(diǎn)觸摸系統(tǒng)，如觸摸屏和觸控板。

圖五 互容觸控原理

圖六是自容式電容觸摸的工作原理介紹，分為觸摸態(tài)和非觸摸態(tài)。

圖六 自容工作原理

在非觸摸態(tài)的時候的物理模型如上圖所示，整個系統(tǒng)會有3個等效電容組成，一個是寄生電容Cp（Parasitic Cap），一個是電極電容Ce（Electrode Cap），還有一個回地電容Cg（Ground return Cap）。這3個電容并不是一成不變的，他們會由于周圍環(huán)境的變化而發(fā)生變化，所以在非觸摸態(tài)下，電容值會產(chǎn)生波動，我們稱之為電容底噪，需要通過軟件來對這種波動值進(jìn)行修正，來保證不會由于周圍環(huán)境的變化而產(chǎn)生誤判斷。

圖七 基于自容的人體感應(yīng)原理

如圖七所示，當(dāng)人體靠近電容檢測電極時的物理模型如上圖所示，要比未靠近的時候會增加一個觸摸電容Ct（touch cap）。當(dāng)人體離這個電容檢測電極越近，Ct會越大，當(dāng)在一定時間范圍內(nèi)電容變化量達(dá)到一定的門限后，我們就判斷有觸摸事件發(fā)生。

雖然自容式觸摸在汽車上的應(yīng)用廣泛，但是也存在一些比較難解決的問題，主要為以下幾種：

1. 防水效果差：

像車外飾以及靠近車窗的車內(nèi)飾組件容易遇到一些水滴或者水流的情況，這種場景下電容觸控容易產(chǎn)生一些誤動作。例如門把手，尾門開關(guān)，車窗升降開關(guān)，在下雨或洗車等場景下，容易產(chǎn)生誤判。

2. 對低阻抗的物體容易產(chǎn)生誤觸：

因?yàn)殡娙萦|控的檢測原理是通過pad來檢測周圍環(huán)境的介電常數(shù)在短時間的變化量來判斷是有觸摸動作，所以當(dāng)有低阻抗或者介電常數(shù)跟人體的介電常數(shù)相似的物體（如金屬）靠近時也容易產(chǎn)生響應(yīng)。

3. 電磁抗干擾差：

由于電容觸摸采用的是共模檢測的方式，并且電容檢測電極類似于天線，所以對電源紋波和高頻噪音干擾容易產(chǎn)生誤觸，特別是EMC測試中射頻噪音和電源線以及地線上噪音的抗干擾效果不好。

4. 盲操效果差：

對于用戶的一些不經(jīng)意的操作會引起誤觸發(fā)，比如方向盤控制器，在駕駛者行駛過程中需要盲操的場景下，手對電容按鍵較多的觸摸區(qū)域操作時會有很大概率產(chǎn)生誤觸。

5. 對開發(fā)人員的技術(shù)能力要求高

由于電容觸摸的抗干擾性差，對周圍器件的高頻干擾容易受串?dāng)_，所以結(jié)構(gòu)堆疊，Layout設(shè)計(jì)和器件擺放以及對于觸摸算法調(diào)試都存在一定的難度，開發(fā)周期長。所以在設(shè)計(jì)過程中，對結(jié)構(gòu)工程師，硬件工程師和軟件工程師的要求都非常高。

? ?

基于純電容觸控存在的諸多問題，越來越多的人家交互觸摸方案中開始考慮融入壓力檢測技術(shù)。通過壓力檢測判斷按壓動作，通過常用的壓力檢測技術(shù)有電容式壓力傳感檢測、電感式壓力傳感檢測、紅外壓力傳感檢測、MEMS壓力傳感檢測、惠斯通電橋壓力傳感檢測技術(shù)。

4. 主要壓感技術(shù)路線分析

4.1? ? ?電容式壓力傳感器檢測技術(shù)

電容式壓力傳感器檢測技術(shù)，需要在壓力檢測位置上構(gòu)建一個電容器，按壓過程中檢測該電容器電容量的變化來判斷按壓動作。

電容器由兩塊正對的平行導(dǎo)體，以及它們之間夾著的絕緣介質(zhì)構(gòu)成，其電容量為

其中：

ε為兩平行導(dǎo)體之間的絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)

A為兩平行導(dǎo)體所覆蓋的面積

d為兩平行導(dǎo)體之間的距離

C為電容量

當(dāng)ε、A或d發(fā)生變化時，電容量也會隨之發(fā)生變化。

電容式壓力傳感器檢測技術(shù)是通過檢測按壓時改變兩平行導(dǎo)體間距來實(shí)現(xiàn)電容量變化的技術(shù)。

由此可見，實(shí)現(xiàn)電容式壓力傳感器檢測的關(guān)鍵在于在按壓位置上構(gòu)建一個穩(wěn)定、一致，可靠，并在按壓時能夠產(chǎn)生一定行程距離的電容器。

這就使得設(shè)計(jì)電容器時需確保：

①電容器兩平行導(dǎo)體空間上既要完全重疊，又要保證兩導(dǎo)體之間的距離一致

②按壓時產(chǎn)生合適的位移行程引起的電容量的變化能被檢測電路有效檢測出來

③各種使用環(huán)境下絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)一致。

以上條件對電容的載體結(jié)構(gòu)件、平行導(dǎo)體的生產(chǎn)裝配精度要求極其苛刻，甚至需要在兩平行導(dǎo)體之間構(gòu)建密閉環(huán)境并充填特定氣體以確保各種使用環(huán)境下電容器中的絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)不變，這樣才能保證產(chǎn)品的性能和一致性，生產(chǎn)難度和生產(chǎn)成本極高。

電容量的檢測大多采用的是電容觸摸的檢測原理，因此該檢測技術(shù)除了存在構(gòu)建電容器的難度以外，還帶有電容觸摸的先天缺陷，比如防水誤觸、EMC、帶手套觸摸等問題，降低了客戶的體驗(yàn)度。

4.2? ? 電感式壓力傳感器檢測技術(shù)

電感式壓力傳感器檢測技術(shù)是利用電磁感應(yīng)原理將壓力轉(zhuǎn)換成電感線圈自感量的變化，再由測量電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化，來判斷按壓操作的檢測技術(shù)。

電感式壓力傳感器也稱變磁阻式壓力傳感器，由鐵芯、線圈和銜鐵三部分組成。如圖八所示：

圖八 電感式壓力傳感原理

線圈繞在鐵芯上，鐵芯和銜鐵都由導(dǎo)磁材料制成，銜鐵與鐵芯之間的氣隙距離為d，由電磁感應(yīng)定律可知，線圈電感量近似計(jì)算公式為：

其中：

N為繞制在鐵芯上的線圈匝數(shù)

μ0為空氣的磁導(dǎo)率；

Ae為鐵芯截面積；

d為鐵芯與銜鐵之間的氣隙厚度

L為線圈電感量

可見只要改變鐵芯和銜鐵之間的氣隙或氣隙截面積就可以改變磁路的氣隙磁阻。

當(dāng)壓力作用于銜鐵上，銜鐵和鐵芯之間的氣隙d發(fā)生變化，引起氣隙中的磁阻發(fā)生變化，從而導(dǎo)致線圈電感量的變化。再由處理電路，常用的處理電路有交流電橋式、變壓器式以及諧振式等，把這個電感的變化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號輸出，從而達(dá)到判斷按壓動作的目的。

電感式壓力傳感器，具有結(jié)構(gòu)相對簡單，沒有活動的電觸點(diǎn)，壽命長，工作可靠。其致命缺點(diǎn)是自身頻率響應(yīng)低，不適合需要快速動態(tài)檢測的應(yīng)用場景。

4.3? ? 紅外式壓力傳感器檢測技術(shù)

紅外式壓力傳感器檢測技術(shù)是利用紅外線的物理特性進(jìn)行按壓位移檢測的傳感器檢測技術(shù)。

紅外線是一種不可見光，具有光線的所有特性，比如透射、反射、折射、散射、吸收等等。紅外傳感器根據(jù)紅外光產(chǎn)生的方式可以分為主動式紅外傳感器和被動式紅外傳感器。在紅外式壓力傳感器檢測技術(shù)中，使用的是主動式紅外傳感器。

主動式紅外傳感器技術(shù)主要采用一發(fā)一收的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，發(fā)射機(jī)是由電源、發(fā)光源和光學(xué)系統(tǒng)組成，接收機(jī)由光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號處理等部分組成。發(fā)射機(jī)中的紅外發(fā)光二極管在電源的激發(fā)下發(fā)出一束經(jīng)調(diào)制的紅外光束，被紅外接收機(jī)接收，把光信號轉(zhuǎn)成電信號，經(jīng)電路處理后傳輸給MCU處理。從而在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間形成一條紅外光束組成的警戒線。正常情況下，接收機(jī)接收到一個穩(wěn)定的光信號，當(dāng)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)發(fā)生錯位時，或紅外光反射、折射距離變化時，必然會全部或部分遮擋紅外光束，使得接收機(jī)接收到的紅外信號發(fā)生變化，輸出的電信號的強(qiáng)度會因此發(fā)生變化，從而檢測出發(fā)生位移。

在使用主動式紅外傳感器檢測位移時，需要保證以下條件：

①發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的安裝位置需要處于同一平面，且夾角固定，確保發(fā)射機(jī)發(fā)射出的紅外光被接收機(jī)有效接收。

②當(dāng)發(fā)生位移時，需要發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的位移要有足夠的大的位移行程，確保紅外信號的變化能被檢測出來。由于需要機(jī)械位移行程，結(jié)構(gòu)上就會存在空隙，就會帶來防水問題，這就需要增加額外的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來解決防水問題。

③在不同使用溫度環(huán)境中，發(fā)射機(jī)發(fā)射出的紅外光束不能出現(xiàn)明顯的變化。對于環(huán)境溫度過低的場景，需要專用的加熱器以保證探測器的正常工作。

④在整個產(chǎn)品的使用周期中，需要為紅外檢測系統(tǒng)提供一個相對干凈、密封的工作環(huán)境，以避免出現(xiàn)水汽、灰塵的臟亂情況，確保在相同位移行程的條件下，產(chǎn)生的信號變化量一致。

綜上所述，利用紅外檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓感操作，存在如下痛點(diǎn)：

①結(jié)構(gòu)不能設(shè)計(jì)成一體式結(jié)構(gòu)，存在防水問題。

②對紅外光發(fā)射裝置和接收裝置安裝位置要求位于同一平面，且夾角固定，精度要求高，增加生產(chǎn)裝配難度。

③需要增加額外的防塵、防水設(shè)計(jì)，以達(dá)到防塵防水要求，減少紅外光束反射。

④發(fā)光管線性度差，軟件算法復(fù)雜。

⑤系統(tǒng)復(fù)雜，功耗高，器件多，成本高。不能使用在高密度按鍵區(qū)域。

4.4? ? MEMS壓力傳感器檢測技術(shù)

MEMS壓力傳感器檢測方案，是一種高靈敏度的、高集成的、采用硅工藝的壓力檢測方案。通過MEMS元器件作為敏感器件，將觸摸表面的形變轉(zhuǎn)化成電壓變化，通過芯片內(nèi)部電路將電壓模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再通過芯片內(nèi)置的比較器，對按壓操作進(jìn)行判斷。

該方案優(yōu)點(diǎn)在于能檢測出觸摸按壓面板的微小形變，在理想情況下具有高靈敏度的特性，同時硬件設(shè)計(jì)簡單，無設(shè)計(jì)門檻。與此同時，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程及性能方面存在如下問題，限制了其大規(guī)模在汽車應(yīng)用的可行性：

①傳感器芯片尺寸小，厚度薄，強(qiáng)度小，導(dǎo)致芯片在運(yùn)輸、保壓甚至是用戶使用過程中非常容易損壞，這是高可靠性要求的汽車應(yīng)用中首要規(guī)避的問題。

②如圖九所示，傳感器采用面貼在觸摸按壓面板下方方案時，雙面膠需要足夠的保壓時間和壓強(qiáng)進(jìn)行激活，由于MEMS芯片表面受力強(qiáng)度有限，保壓貼合難度高。

圖九 MEMS壓力傳感器面貼疊層結(jié)構(gòu)

③如圖十所示，傳感器采用簡支梁方案將力從觸摸面板直接傳導(dǎo)作用在傳感器表面時，由于MEMS芯片表面受力強(qiáng)度有限，設(shè)計(jì)上要求簡支梁末端與傳感器表面的位移行程控制在0.1mm±0.05mm范圍內(nèi)。對結(jié)構(gòu)、裝配精度提出了很高的要求，大大增加了生產(chǎn)難度和生產(chǎn)成本。

圖十 MEMS壓力傳感器 簡支梁疊層結(jié)構(gòu)

④由于sensor布局在芯片底部，焊錫高低，焊接飽滿程度對芯片靈敏度的影響非常大，對焊接工藝要求高。

⑤MEMS壓力傳感器輸出的是經(jīng)過ADC采集的數(shù)字信號，無法直接測量傳感器橋臂電阻，可測量程度較低。

⑥對于較大面積的智能表面應(yīng)用來說，需要多顆傳感器覆蓋整面，MEMS壓力傳感器采用傳感器與測量芯片合封方式，無法實(shí)現(xiàn)單顆芯片支持多路壓感傳感器，導(dǎo)致整體成本較高。

4.5? ? 惠斯通電橋柔性壓力傳感器檢測技術(shù)

4.5.1 基本原理

惠斯通電橋柔性壓力傳感器，是一種基于壓阻式材料的微壓力傳感器，采用惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，將觸摸表面的按壓形變轉(zhuǎn)化成電壓變化的模擬量?？赏瑫r檢測拉伸或壓縮兩種應(yīng)變，如果受到的是壓縮力，其電阻值會限制變??；如果受到的是拉伸力，其電阻值會顯著變大。

傳感器的原理如圖十一所示：?

圖十一 惠斯通電橋傳感原理

傳感器產(chǎn)生的信號與曲率的關(guān)系為：

其中：

k:應(yīng)變系數(shù)

ε：應(yīng)變

Vcc：傳感器供電電壓

該壓力傳感器檢測技術(shù)中，影響檢測靈敏度的關(guān)鍵因數(shù)有兩個，一是傳感器供電質(zhì)量，二是溫度的影響，傳感器電阻值隨溫度變化，如果橋臂上的電阻在不同溫度區(qū)域內(nèi)，電阻值溫度變化不同，會帶來測量誤差。上海泰矽微電子有限公司的TCAE31A從硬件以及軟件兩個方面很好的解決了這兩個問題，TCAE31A芯片內(nèi)部提供了一個高質(zhì)量低紋波的電源專供傳感器。溫度對傳感器的影響，則可通過泰矽微提供的軟件算法實(shí)時進(jìn)行基線修正和補(bǔ)償。

基于TCAE31A低至3.6uV的電壓分辨率和傳感器的靈敏度，有效量程曲率半徑可達(dá)0.91至1944米，具有極高的靈敏度和形變及壓力承受能力。

4.5.2獨(dú)特優(yōu)勢

惠斯通電橋柔性壓力傳感器檢測技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①高靈敏度，面板微小的形變即可產(chǎn)生變化較大的電壓差，可直接檢測面板形變。

②面板材質(zhì)要求寬松，適用性強(qiáng)。

③面板一體化，易實(shí)現(xiàn)整體防水。

④易安裝，可選擇面貼方式貼附在觸摸按壓面板下方，也可貼附在PCB上，選擇簡支梁方式將力傳導(dǎo)到PCB上，簡支梁作用點(diǎn)不需作用在傳感器上。

柔性壓力傳感器面貼方案疊層結(jié)構(gòu)如圖十二所示：

圖十二 柔性壓力傳感器面貼疊層結(jié)構(gòu)

柔性壓力傳感器簡支梁方案疊層結(jié)構(gòu)如圖十三所示：

圖十三 柔性壓力傳感器簡支梁疊層結(jié)構(gòu)

⑤裝配精度要求不高，生產(chǎn)成本低。

⑥具有正向壓阻效應(yīng)，輸出線性度高。

⑦壓力承受能力極高，不易損壞。

⑧技術(shù)成熟穩(wěn)定，已在各類全球知名電子產(chǎn)品品牌中累計(jì)生產(chǎn)數(shù)億片，經(jīng)受過大批量產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)證和技術(shù)迭代。

⑨多傳感器應(yīng)用中，傳感器可共用一顆專用芯片，總體成本低。

4.5.3常見問題/FAQ

以下列舉針對于該傳感技術(shù)的部分常見問題，以供參考:

1. 如何考慮高低溫、劇烈振動情況所帶來的PCB材料、膠水材料、壓感傳感器、外殼材料等形變問題而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)誤判問題？

a) 本方案所選用的傳感器在材料選擇上規(guī)避了具有較強(qiáng)粘彈性屬性的高分子材料，可有效控制振動和高低溫等環(huán)境變化帶來的影響。同時，針對溫度沖擊對壓感誤報(bào)影響，在算法和方案層面也做了雙重優(yōu)化，即，通過實(shí)時基線追蹤修正所有相關(guān)環(huán)節(jié)帶來的漂移，可有效規(guī)避溫度沖擊帶來的誤報(bào)。整個實(shí)現(xiàn)方案，從傳感器材料選型和設(shè)計(jì)到芯片的硬件電路設(shè)計(jì)再到算法，全部都有相應(yīng)原創(chuàng)專利技術(shù)保障整體方案在環(huán)境變化方面的高可靠性。

b) 關(guān)于機(jī)械振動給PCB材料、膠水材料、壓感傳感器帶來的影響主要體現(xiàn)在金屬疲勞和信噪比方面。金屬疲勞主要集中在焊錫上，這一點(diǎn)汽車電子已經(jīng)廣泛使用，非常成熟。信噪比方面主要是通過芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的超低噪聲信號調(diào)理電路，共模抑制電路及小信號放大電路予以保障，積分噪聲低至，外加全鏈路22bit的有效分辨率，確保了整個信號鏈路的高信噪比性能。

2. 如何考慮生產(chǎn)過程裝配的一致性，品控保證，測試方案，良率問題?

量產(chǎn)裝配制程必然會帶來物理一致性問題，本方案所選用的傳感器在其他各類產(chǎn)品上已積累大量量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。累計(jì)數(shù)量超億片，主要集中在如下兩點(diǎn)：

1）關(guān)注方案設(shè)計(jì)及制造因素，提前優(yōu)化設(shè)計(jì)制造細(xì)節(jié)要點(diǎn)，保障物理一致性及方案信噪比均值，同時關(guān)注制造過程中相應(yīng)細(xì)節(jié)實(shí)施。

2）產(chǎn)線實(shí)施校準(zhǔn)措施，軟件補(bǔ)償物理一致性。泰矽微會協(xié)同傳感器廠商全程協(xié)助做好以上兩點(diǎn)的保障，確保量產(chǎn)過程整體一致性。

3. 壓力方案所帶來的可能失效的邊界問題；

壓感失效可能如下：

a) 方案問題，比如方案理論信號量均值偏低，主要通過理論仿真和實(shí)驗(yàn)測試規(guī)避，泰矽微會協(xié)助每個客戶的每個項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)仿真和方案推薦。

b) 制造問題，主要通過理論分析優(yōu)化提前預(yù)警，提出設(shè)計(jì)要點(diǎn)規(guī)避。同時，制造環(huán)節(jié)把控這些干擾項(xiàng)。

c) 可靠性問題，關(guān)于這一點(diǎn)主要兩方面。

1）方案設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)合理，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

2）通過前期功能機(jī)進(jìn)行相關(guān)合理測試驗(yàn)證。

4. 壓力傳感器的線性度如何，溫度變化是否會影響壓力傳感器的工作

本方案采用的壓力傳感器線性度很好，傳感器輸出的差分電壓值跟壓力形變具有標(biāo)準(zhǔn)的線性特性。溫度變化確實(shí)會對壓力傳感器的靜態(tài)底噪，還有壓力和形變的斜率關(guān)系造成影響，但影響不了線性特性，只是對應(yīng)的斜率會有變化，這個需要MCU在壓力傳感器的算法里面根據(jù)溫度的因素去做動態(tài)調(diào)整。另外溫度變化有時也會引起結(jié)構(gòu)件的形變，會被反映到壓力傳感器上，導(dǎo)致傳感器原始數(shù)據(jù)的底噪整體被提升或者被降低，可在與之配套的MCU在底噪觸發(fā)特定閾值的時候進(jìn)行offset自動動態(tài)調(diào)整。

5. 壓力傳感器的靈敏度如何，是否需要每個按鍵的位置都配置一個壓力傳感器，如何評估具體方案中需要多少顆壓力傳感器

該壓力傳感器靈敏度很高，典型值為7000uV/m-1，最大變形曲率1.1 m-1，能夠檢測到微米級別的形變。無需每個按鍵位置配備一顆芯片進(jìn)行檢測，通過結(jié)合電容觸控技術(shù)，可以做到多個按鍵共享一顆壓力傳感器，多個傳感器共用一顆專用MCU，尤其適合智能表面應(yīng)用，具體選用顆數(shù)，擺放位置及安裝方式等需經(jīng)過結(jié)構(gòu)仿真最終得出結(jié)論。泰矽微全程協(xié)助客戶進(jìn)行仿真和方案開發(fā)直至量產(chǎn)。

4.6? ? 各壓力傳感檢測技術(shù)方案特性對比分析

表一：壓力傳感檢測技術(shù)特性對比

5. 泰矽微雙模3D觸控方案介紹

本篇前文分析了傳統(tǒng)電容觸控方案在汽車人機(jī)交互應(yīng)用中的局限性，分析了不同壓感技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，從中不難得出如下兩個結(jié)論:

1）越來越多的汽車內(nèi)外飾的智能觸控和智能表面需要結(jié)合多種觸控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)更多更可靠的交互功能；

2）電容觸控和基于惠斯通電橋原理的壓力傳感技術(shù)融合方案在目前階段是最優(yōu)組合。通過壓力傳感可以非常可靠的識別按壓動作，我們稱之為Z軸觸控，同時，通過電容觸控來標(biāo)定按壓的精確位置，稱之為XY軸。通過兩者融合形成XYZ三軸形成的3D觸控方案。

圖十四 3D觸控示意圖

5.1? ??泰矽微3D觸控芯片TCAE31A介紹

基于如上融合方案需求，泰矽微于2022年3月發(fā)布了業(yè)內(nèi)首顆車規(guī)級雙模人機(jī)交互芯片TCAE31A，在單芯片內(nèi)同時集成了電容觸摸和壓感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的3D觸控。方案一經(jīng)推出就獲得了市場高度關(guān)注與青睞，并逐步進(jìn)入多個主流汽車主機(jī)廠的定點(diǎn)項(xiàng)目中。

圖十五 TCAE31A芯片結(jié)構(gòu)框圖

TCAE31A的產(chǎn)品特性如下:

基于Arm Cortex-M0 內(nèi)核，工作主頻高達(dá)32MHz，芯片內(nèi)部集成64KB Flash 和 4 KB SRAM

基于自有專利技術(shù)Tinywork，實(shí)現(xiàn)外設(shè)之間的信號聯(lián)動，可以大大降低應(yīng)用方案的動態(tài)功耗

超低功耗設(shè)計(jì)，靜態(tài)功耗低至3uA，單通道壓感平均功耗低至18.7uA

單芯片可實(shí)現(xiàn)2路壓感+10路電容觸摸通道，并具備可擴(kuò)展性?

內(nèi)置專利技術(shù)的壓感和觸摸融合算法

信號鏈有效分辨率高達(dá)22位，可提供高靈敏度，高分辨率，高信噪比及高線性度的壓力傳感檢測

支持LIN通信協(xié)議棧?

支持基于UDS的bootloader升級方案

8kV HBM ESD

滿足AEC-Q100 Grade 2(-40℃~105℃)

QFN28 4mm*4mm*0.75mm封裝

5.2? ??基于TCAE31A的生態(tài)系統(tǒng)介紹

TCAE31A提供標(biāo)準(zhǔn)的EVK開發(fā)套件，完整的SDK開發(fā)包，包括數(shù)據(jù)手冊，用戶手冊，驅(qū)動，樣例，KEIL Pack包，PC端調(diào)試工具等。即使從未接觸過壓力感應(yīng)和電容觸控技術(shù)的嵌入式工程師，也可以在非常短的時間內(nèi)完成一個高質(zhì)量的產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)。SDK軟件架構(gòu)如圖十六：

圖十六TCAE31A軟件架構(gòu)

SDK軟件架構(gòu)的特點(diǎn)：

分層設(shè)計(jì)

模塊化

可擴(kuò)展，可維護(hù)

輕量級

自研輕量級OS，資源消耗小，結(jié)構(gòu)清晰

消息驅(qū)動，任務(wù)之間可以通過消息通信

無對立任務(wù)棧，無上下文切換，時間片輪轉(zhuǎn)，非實(shí)時搶占

SDK中提供的觸摸相關(guān)功能特性：

算法部分以lib庫的形式提供

觸摸任務(wù)通過回調(diào)函數(shù)通知APP觸摸事件的發(fā)生

支持的按鍵觸摸類型識別

①按下

②釋放

③雙擊

④長按

支持的觸摸事件類型

①按鍵

②滑條

③腳踢

圖十七 觸摸軟件流程圖

圖十八 電容觸控算法介紹

SDK中提供的壓感相關(guān)功能特性：

算法部分以lib庫的形式提供

針對壓感的固有offset特性，算法會在初始化的時候進(jìn)行一次靜態(tài)校準(zhǔn)，然后在后面的運(yùn)行過程中，根據(jù)閾值條件適時地進(jìn)行動態(tài)校準(zhǔn)，以確保壓感正常地工作

Lib庫分為單通道算法庫和針對多通道擴(kuò)展的算法庫，理論上最多可支持16通道的壓感，但實(shí)際項(xiàng)目中要受到具體RAM的使用情況的限制，對于純壓感的應(yīng)用，官方demo用例最多支持到9通道，對于觸控和壓感雙模的應(yīng)用，官方demo用例在使能觸控的情況下最多支持到7通道

壓感算法架構(gòu)如圖6，壓感多通道擴(kuò)展應(yīng)用如圖7，泰矽微通過自有專利技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多通道壓感信號自動追蹤檢測的算法，助力客戶在多通道壓感領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng)新

圖十九 壓感算法流程圖

泰矽微提供的自有專利技術(shù)的軟件算法充分利用了單芯片并行處理雙模信號的優(yōu)勢，優(yōu)化了CPU的處理時間，大大提高了系統(tǒng)的處理效率，能夠快速地給出最后的觸控位置和對應(yīng)該位置的壓感力度信息，這是構(gòu)建3D觸控的核心所在。針對壓力傳感器的壓感信號，TCAE31A中的SARADC模塊能夠自動進(jìn)行偏置電壓的補(bǔ)償校準(zhǔn)，將壓力傳感器由于制造工藝、組裝差異或者溫度變化等客觀因素引起的超出測量范圍的差分電壓值自動調(diào)整到SARADC的工作量程內(nèi)即±100mV之內(nèi)。SARADC模塊采集完原始數(shù)據(jù)后軟件會進(jìn)入到壓感算法處理中心，進(jìn)行壓感的窗口滑動濾波處理和動態(tài)溫度補(bǔ)償算法，并進(jìn)行基線自動跟蹤，經(jīng)過SoC的壓感算法處理中心處理之后的信號即體現(xiàn)為一個力的信號，是通過實(shí)時數(shù)據(jù)跟基線數(shù)據(jù)的差值進(jìn)行算法處理得到的反映按壓力度的一個值，整個力度的范圍在1牛頓到10牛頓之間。針對電容觸控PAD的電容特性信號，當(dāng)手指跟電容PAD接觸的時候，TinyTouch模塊就會實(shí)時地檢測到外部電容的變化，并輸出一個跟該電容變化大小相關(guān)的原始數(shù)據(jù)。軟件獲得該原始數(shù)據(jù)后，會進(jìn)入到觸控算法處理中心，進(jìn)行觸控?cái)?shù)據(jù)的一系列算法處理，包括軟件放大，特征濾波器，判決器，基線跟蹤器以及噪聲檢測器。其中在判決器模塊會根據(jù)用戶不同的特征配置，實(shí)現(xiàn)單按鍵，多按鍵，防水，滑條等多種應(yīng)用場景的識別。在實(shí)際的項(xiàng)目應(yīng)用中電容觸控算法和壓感算法是并行處理的，能夠非常及時準(zhǔn)確地構(gòu)建出一個3D觸控的信息。

5.3? ? 泰矽微3D觸控方案獨(dú)特優(yōu)勢

總體而言，泰矽微3D觸控方案具有如下幾大突出優(yōu)勢：

1)防水效果好：

水流容易造成電容誤觸但難以造成壓力觸控的誤觸，壓力和電容采用“與”的方式，水滴或水流同時觸發(fā)的概率顯著降低，另，通過兩種方式產(chǎn)生觸發(fā)的精確時間和波形形態(tài)進(jìn)行二次軟件算法濾波與判斷，可完全杜絕由于水造成的可能的誤觸現(xiàn)象。

2)抗干擾能力強(qiáng)：

壓力+電容觸控可消除由于靜電，干擾以及無意觸碰等導(dǎo)致的誤觸現(xiàn)象，大大提高可靠性。

3)EMC性能優(yōu)：

測試更易通過，壓力檢測是差分輸入，內(nèi)在對共模干擾有很好的抑制作用，加上電橋等效阻抗低（6 KΩ），接收干擾的功率低，抗電磁干擾的性能優(yōu)異。電容電極類似天線，較容易受到干擾，EMC 較難通過，但實(shí)現(xiàn)成本低。通過結(jié)合壓力和電容可以發(fā)揮兩者各自的優(yōu)勢，縮短開發(fā)和測試周期。

4)裝配方式靈活：

壓力檢測裝配方式靈活，可以采用表貼也可以采用懸臂梁，簡支梁等結(jié)構(gòu)。使用簡易。

5)性價比高：

成本不高，采用國產(chǎn)廠商泰矽微研發(fā)的車規(guī)壓力和電容觸控二合一雙模芯片，配合車規(guī)級壓力觸控柔性傳感器，整體成本與傳統(tǒng)國外品牌純電容觸控芯片價格相當(dāng)，但整體可靠性和人機(jī)交互體驗(yàn)提升一大截。具有很高的性價比。

目前泰矽微3D觸控芯片產(chǎn)品相關(guān)發(fā)明專利近20件，處于業(yè)界領(lǐng)先水平。其獨(dú)有的人機(jī)交互壓力觸控雙模解決方案也已經(jīng)廣泛滲透到汽車領(lǐng)域地多個細(xì)分應(yīng)用市場，相信在不久的將來，必將會給用戶帶來更加智能和舒適的產(chǎn)品體驗(yàn)。

6. 泰矽微3D觸控技術(shù)在汽車上的典型應(yīng)用介紹

6.1? ? 基于3D觸控技術(shù)的汽車門把手

傳統(tǒng)的門把手都是采用純電容觸摸的檢測方案，電容觸摸的工作原理決定了這種檢測方案的防水效果不好，比如下雨，洗車等的場景下很難完全區(qū)分是人手觸摸還是水滴水流造成的電容變化，所以非常容易引起誤觸發(fā)，目前還沒有好的方法完全解決防水問題，電容觸摸+壓感的雙重檢測方案通過對電容和壓力的雙重檢測和融合判斷，大大提高了汽車門把手對人手按壓動作的識別成功率和防水成功率。

下圖是電容觸控+壓感檢測門把手的模塊圖：

圖二十 基于3D觸控技術(shù)的門把手方案

電容觸控+壓感檢測門把手主要有4個模塊組成：

1：通信模塊：一般采用LIN接口或者載波通信電路，主要用于跟主機(jī)通信。

2：電容檢測模塊：包括檢測通道和參考通道，主要用于電容檢測以及一些誤操作場景識別。

3：壓感檢測模塊：包括電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用于對表面壓力進(jìn)行檢測

4：中央數(shù)據(jù)處理模塊：對電容數(shù)據(jù)和壓感數(shù)據(jù)做融合處理，得到最后的結(jié)果，并通知主機(jī)。

泰矽微的電容+壓力檢測的3D觸控汽車門把手方案采用3個檢測通道的方案，分別為電容檢測通道，電容參考通道，壓力檢測通道，這3個通道會實(shí)時采集當(dāng)前的電容和壓力數(shù)據(jù)，由于水霧，水流和人手按壓對這3個通道的影響會各有差異，所以通過組合判斷以及對數(shù)據(jù)的融合處理，可以很好的區(qū)別出各種干擾場景和人手正常觸摸。

6.2? ?基于3D觸控技術(shù)的汽車尾門開關(guān)

目前市面上大部分尾門開關(guān)采用的是機(jī)械開關(guān)的方案，隨著用戶對汽車外觀一體化的越來越高，車廠也在嘗試尾門開關(guān)用電容或者紅外的檢測方式，但是效果都不好，在一些場景下存在誤觸率，泰矽微的電容檢測+壓力檢測的方案可以準(zhǔn)確識別出洗車，擦車，人體倚靠等各種誤觸場景和人手正常按壓，大大提高了檢測的準(zhǔn)確性。

下圖是電容觸控+壓感檢測的尾門開關(guān)的模塊圖：

圖二十一 基于3D觸控技術(shù)的電尾門開關(guān)方案

尾門壓感開關(guān)主要有4個模塊組成：

1：通信模塊：一般采用LIN接口，用于跟主機(jī)通信。

2：電容檢測模塊：包括檢測通道和防誤觸通道，用于電容檢測以及一些誤操作場景識別。

3：壓感檢測模塊：包括電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用于對表面壓力進(jìn)行檢測。

4：中央數(shù)據(jù)處理模塊：對電容數(shù)據(jù)和壓感數(shù)據(jù)做融合處理，得到最后的結(jié)果，并通知主機(jī)。

另外，可以根據(jù)客戶具體要求增加背光控制或者震動反饋控制。

尾門壓感開關(guān)通過電容檢測通道，電容防誤觸通道和壓感通道3個通道的數(shù)據(jù)作為一組數(shù)據(jù)來智能判斷當(dāng)前各種場景，比如洗車，擦車，人體倚靠，異物按壓和人手正常操作。雖然各個車廠的尾門LOGO開關(guān)存在較大差異，但是由于泰矽微所有電容檢測和壓力檢測的算法以及相關(guān)代碼全部是自主開發(fā)，可以針對客戶需求進(jìn)行定制化的硬件和軟件設(shè)計(jì)，可以根據(jù)具體結(jié)構(gòu)形態(tài)增加相應(yīng)的檢測模塊，靈活應(yīng)對各種場景。

6.3? ? 基于3D觸控技術(shù)的汽車中控面板

目前市面的中控面板一般采用純電容觸摸或者電容觸摸+MEMS壓力檢測的方案，對于純電容的觸摸方案，普遍存在誤觸率高的缺點(diǎn)，而電容觸摸+MEMS壓力檢測的方案則有MEMS器件在壓力大的情況下容易損壞，對組裝和公差控制的要求高等缺點(diǎn)，生產(chǎn)良率低，而泰矽微的壓力檢測方案采用電阻式的壓力檢測sensor，可以采用面貼或者簡支梁的組裝方式，大大提高了組裝可靠性。

下圖是電容觸控+壓感檢測的汽車中控面板的模塊圖：

圖二十二 基于3D觸控技術(shù)的汽車中控方案

中控面板檢測主要有5個模塊組成：

1：通信模塊：一般采用LIN接口，用于跟主機(jī)通信。

2：電容檢測模塊：包括多路電容檢測通道，用于確認(rèn)面板各個按鍵是否觸發(fā)。

3：壓感檢測模塊：包括是電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用于對表面壓力進(jìn)行檢測。

4：背光顯示模塊：包括各類LED以及背光驅(qū)動電路，對按鍵事件做各種燈光反饋。

5：中央數(shù)據(jù)處理模塊：對電容數(shù)據(jù)和壓感數(shù)據(jù)做融合處理，得到最后的結(jié)果，并通知主機(jī)。

泰矽微的方案可以根據(jù)面板的材質(zhì)和整個受力面積進(jìn)行壓力仿真，來決定放幾路壓感sensor和放置壓感sensor的具體位置，通過壓感sensor來檢測人手是否按壓，通過電容觸摸來檢測人手按壓的具體位置，軟件會對各路原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的濾波算法和檢測算法，最終輸出正確的結(jié)果，并且可以根據(jù)客戶具體需求增加背光或者震動反饋來實(shí)現(xiàn)

6.4? ? 基于3D觸控技術(shù)的汽車智能B柱

目前越來越多的汽車會在B柱上增加開關(guān)用于智能進(jìn)入，目前的方案多用電容式開關(guān)，邏輯比較簡單，當(dāng)手指觸摸到開關(guān)，即輸出車門開門信號。但是由于電容觸控的工作原理限制，在洗車或者雨天環(huán)境下容易發(fā)生車門誤開啟的情況， 泰矽微的電容+壓力雙重檢測機(jī)制可以保證開關(guān)的正確性。

下圖是電容觸控+壓感檢測的汽車智能B柱的模塊圖：

圖二十三 基于3D觸控技術(shù)的汽車智能B柱方案

智能B柱主要有4個模塊組成：

1：通信模塊：一般采用LIN接口或者載波通信電路，主要用于跟主機(jī)通信。

2：電容檢測模塊：包括檢測通道和參考通道，主要用于電容檢測以及一些誤操作場景識別。

3：壓感檢測模塊：包括電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用于對表面壓力進(jìn)行檢測

4：中央數(shù)據(jù)處理模塊：對電容數(shù)據(jù)和壓感數(shù)據(jù)做融合處理，得到最后的結(jié)果，并通知主機(jī)。

泰矽微的電容+壓力檢測的智能B柱方案有3個檢測通道，分別為電容檢測通道，電容參考通道，壓力檢測通道，這3個通道會實(shí)時采集當(dāng)前的電容和壓力數(shù)據(jù)，由于洗車的水流和雨水跟人手按壓對這3個通道的所采集的數(shù)據(jù)有較大差異，所以通過組合判斷以及對數(shù)據(jù)的融合處理，可以很好的區(qū)別出各種干擾場景和人手正常觸摸。

6.5? ? 基于3D觸控技術(shù)方向盤控制器

目前汽車控制器多采用物理按鍵的方式，隨著汽車內(nèi)飾一體化要求的越來越高，方向盤控制器也將采用智能表面的方式，但是由于方向盤控制器多數(shù)情況下是盲操場景，所以只用純電容檢測會導(dǎo)致誤觸的產(chǎn)生，增加壓感也成為了工程師越來越多的選擇。泰矽微的電容+壓感的3D觸控方案很好的將易操作性和可靠性結(jié)合在一起。

下圖是電容觸控+壓感檢測的方向盤控制器的模塊圖：

圖二十四 基于3D觸控技術(shù)的方向盤按鍵方案

方向盤控制器主要有5個模塊組成：

1：通信模塊：一般采用LIN接口，用于跟主機(jī)通信。

2：電容檢測模塊：包括多路電容檢測通道，用于確認(rèn)面板各個按鍵是否觸發(fā)。

3：壓感檢測模塊：包括是電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用于對表面壓力進(jìn)行檢測。

4：震動反饋模塊：包括電機(jī)以及驅(qū)動電路，對按鍵事件做震動反饋。

5：中央數(shù)據(jù)處理模塊：對電容數(shù)據(jù)和壓感數(shù)據(jù)做融合處理，得到最后的結(jié)果，并通知主機(jī)。

泰矽微的電容+壓感的3D觸控方向盤控制器的方案采用壓力sensor來檢測人手按壓，用電容檢測來定位相關(guān)按鍵位置，并且通過電機(jī)震動對用戶動作的做及時的反饋，這樣可以保證盲操的正確性和快速反饋。電容按鍵數(shù)量和壓感檢測數(shù)量可以根據(jù)具體應(yīng)用做增加或者減少。

6.6? ? 基于3D觸控技術(shù)的車窗升降控制器

車窗控制器是一個對可靠性要求比較高的應(yīng)用，像下雨天車窗升降開關(guān)易碰水，駕駛者行駛過程中需要盲操，這些問題都是純電容方案難以解決的，存在一定的安全隱患。所以需要電容觸摸+壓力雙重檢測來保證可靠性和盲操性。

下圖是電容觸控+壓感檢測的車窗控制器的模塊圖：

圖二十五 基于3D觸控技術(shù)的車窗控制器方案

車窗升降控制器主要有4個模塊組成：

1：通信模塊：一般采用LIN接口，用于跟主機(jī)通信。

2：電容檢測模塊：包括幾路電容檢測通道，用于確認(rèn)具體的按鍵觸發(fā)事件。

3：壓感檢測模塊：包括是電阻式壓力檢測模組以及采樣電路，用于對表面壓力進(jìn)行檢測。

4：中央數(shù)據(jù)處理模塊：對電容數(shù)據(jù)和壓感數(shù)據(jù)做融合處理，得到最后的結(jié)果，并通知主機(jī)。

泰矽微的電容+壓感的3D觸控車窗控制器的方案采用壓力sensor來檢測人手按壓，用電容檢測來定位相關(guān)按鍵位置，并且通過電機(jī)震動對用戶動作的做及時的反饋，這樣可以保證盲操的正確性和快速反饋。電容按鍵數(shù)量和壓感檢測數(shù)量可以根據(jù)具體應(yīng)用做增加或者減少。

關(guān)于泰矽微

上海泰矽微電子有限公司2019年成立于上海張江，是一家中國領(lǐng)先的高性能專用MCU芯片供應(yīng)商。公司專注于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用相關(guān)的各類芯片的研發(fā)，已獲得多個知名投資機(jī)構(gòu)的大力扶持與投資。公司聚集了一批頂尖的半導(dǎo)體專家，致力于發(fā)展成為平臺型芯片企業(yè)。團(tuán)隊(duì)具有各類系統(tǒng)級復(fù)雜芯片的研發(fā)能力，所開發(fā)的芯片累計(jì)出貨達(dá)數(shù)十億顆。公司已在信號鏈、電源及射頻等方向積累了大量的MCU芯片方案，可覆蓋消費(fèi)類，工控及汽車等應(yīng)用領(lǐng)域。差異化的芯片產(chǎn)品在樹立行業(yè)標(biāo)桿的同時，也將為更多物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)賦能，更好服務(wù)于客戶需求。