抗噪声设计过程概述

整个对抗noise的一些设计上面 TI 有一个就是three sided approach 就是我们称为三个面向考量的方法 第一个当然就是硬件设计的原则 硬件设计当然就是你的电路必须要好好考虑过 然后你外面进来的电源的一些filter的技巧 必须要被使用 再来呢，对于元件的保护 内部元件的一些保护的一些硬件设计 还是必须被考虑进去 第二点的部分就是运用TI captive的对于 对抗ent noise的一些周边的功能 包括我们刚刚提的以激增为base的一个电荷转移 的一个引擎 再来就是一个offset 可以去减掉既生电容产生的offset的一个机制 然后再就是frequency hopping的一个功能 然后抓到的一些raw data 到第三点，第三点的部分，软件的部分 它有一个对multifrequency 就是你frequency hopping抓回来的data 它有内部的一个演算法 然后再来，你threshold的一个演算法的部分 它可以做一个by limit的一个调整 然后再来可以对于信号做一个oversampling 然后再经过一个iir的一个filter 跟de-bounce的一些功能 那我们建立就是说要做一个好的电容式触控 这三个点必须同时都被考虑进去 而且被完整的执行到你的系统设计 更详细的部分，它其实这一边有一个连接 来讨论这个所谓的三个面向的考量的一个做法 可以上网去看 拿在硬件设计上面 最主要的 就是三个目的 第一个目的就是 第一个目标，不是目的 第一个目标就是对于noise的部分 你应该是要尽早处理 也就是说，从io的部分 io是可以比较容易把noise给引进来的一个部分 还有你的power supply 你的电源进来的部分，如果你电源本身没有给处理好 后面其实是很不容易补救 左边这个图 示意图就是说 对于eds来讲 不管你今天是打air、buckkv或者说打contact 4kv 其实只要你的mcu拉到外面的接头 比如说你今天做一个通讯 你的mcu是有拉到你的机和机构外面 裸露的一个接头 你咋那个引脚你都必须要去加一个esd元件 比如说是tvs 那这个TVS，它会对于一个瞬间静电测试的高低 打进来，它会做第一步的限压的动作 那第二个部分就是在这样的一个引脚上面 应该要串接一个电阻 比如说是100Ω或470Ω 最主要的用意就是tvs它还是有它的耐受度 不可能说它100%帮你creating住 你要的一个电压 瞬间的电压进来之后 它做了第一步的creating之后呢 其实设计上的概念是 透过一个限流电阻 它才不会瞬间的一个很大的电流 又几有机会打进它的mcu的引脚 造成mcu的一个破坏 说到esd，其实比较常去提的一个概念就是 它其实瞬间打进来 esd的电压例如说8kv或者4kv 那当你的系统 去防护esd的能力不够的时候 即使会造成的是你的系统到的ground 你系统的ground会网上飘 我有时候跟客人在聊的时候 我就举例说 就像你今天用你的洗脸盆 你水开得再大 它其实水不会满出来 最主要原因是因为 它里面的排水管跟你水龙头的水量 它其实是计算过的 所以水龙头再开得怎么大 只要那个水管没有阻塞，它其实是不糊水满出来的 可是如果你今天提了一大桶水 在瞬间往那一个洗脸盆到 然后那一个排水管根本宣泄不了 它水就满出来了 esd其实是类似这个概念 那要解决这样子的方式 唯一的办法就是把你的排水管加大 排水管就像我们系统设计的ground 你ground如果接力得够好的话 你瞬间的电压打进来，它其实是在一个很短的时间 就可以把它宣泄掉 那么不会对你的系统造成影响 那如果你今天ground设计的不好 那瞬间电压打进来，宣泄不掉 那肯定会造成你的ground可能从本来是0V 可能变成0.1、0.5V甚至更高 就对你的系统造成影响 右边这个图呢 主要是提说 在电源的部分 其实可以的话 即使能够尽量隔离的话 会对你的系统的noise 造成的影响会更小 大概是这样子 这个部分呢 是有一点关于layout 就是要去保护你的sensing pad 不要去受到一些干扰 那图形的左下方 它是一个互电容 右下方它是一个自电容 就像早上提到的 它在layout上面也讲了很多 左边的部分 左边的部分呢 它是一个比较特殊的概念 就像CS讲的 它整个按键就像你人的一个手指大小 大概是10mm x 10mm 它在这边讲述的是说 如果说你的要抗noise 的能力还要再增加的话 你可以在那一个Tx 跟Rx的中间那个蓝色的小小的 部分再做一个扑拓 就是中心点的话，你再做一个扑拓 就是当你人体过来触摸到它的时候 它的一些cover more noise呢 就有可能可以透过中间点的ground的扑拓 然后把它给导掉 会提高你互电容的一个精准度 它会借力在Rx的部分加了一个68pF的一个电容 因为Rx是比较容易受到noise干扰的 所以加了一个68pF的电容 也可以去对于emc的滤波产生一定的效用 然后Rx的部分 它的总面积其实做的越小越好 就像刚刚提的，Rx其实是比较容易受到干扰的 那以这个互电容的layout来讲 它Tx是比较大的一个pad 然后Rx就会变得比较薄、比较细 最主要原因是因为 它把它的总体积变小 它才不容易受到一些noise干扰 然后以自电容的部分 当然我们都知道 pad越大，当然它的电容量变化也容易侦测 可是自电容必须要搭配一个好的扑拓 跟你的上代的一个overlay 这中间最主要的还是在说 自电容跟互电容，上面上的上代呢 你一定要完全密合 不要说里面有一些介质 另外的部分就是 尽可能的，你的touch bed 就是肢解在板子上面，不要去用table说我 机构分成两个部分 那我在做一个电容式侦测的时候 我就是在a点 然后透过一个table线把它拉过来v点 然后电容式的侦测是在v点这边进行一个演算 因为我们知道线材容易受到noise的干扰 所以这一点应该要尽量避免 第三个部分就是对你的design做一个优化 就像刚刚提的 你的电容式触控的paid 跟你上盖之间 最忌讳的就是说你没有完全贴紧 它会有一些空气当介质 那空气其实是一个介电系数比较低的 所以它不容易传导电荷 所以会对你的这个电容式触控的精准度 产生一个非常巨大的影响 所以这一点是一定要避免的 还有刚刚提的就是说不要去使用table 尽可能在一个单体上面完成你的电容式触控的侦测 然后你paid的感应线 尽量短，然后 宽度也是尽量窄一点儿 通常是建议小于10 这样可以不免你的传导线太长 或者是太粗，总顶机太长 来产生一个寄生电容在你的传导线上面 会影响到你的 出口的准确度 然后另外的建立就是 你所有出去的，不管你今天自电容或互电容 它会建立你换接一个100Ω或者是470、680Ω的电阻 主要是说因为我们知道 今天不管是自电容或互电容 你的paid，它其实就等同于一个等效电容 如果说你串接了一个电阻之后 即使对于系统上来说 它其实是等同一个low pass filter 就是低通滤波器 那它有助于，当它在动作的时候 帮你把一些高频率说，100MHz以上的 noise，它先帮你做一些衰减 甚至是滤除 这个样子的做法 会对于你系统的稳定度还有你性能侦测的稳定度 有很大的帮助 这一个页面，提的就是 刚刚我们提的TI的mcu 它里面所有的一些filter 就是说如果你从frequency hopping还有一个 积分式的，积分为base的一个电荷转移所取出来的 一个low data 然后会进到mcu的内部做一些步骤 第一个就是软件的一个multi frequency的一个演算法 一个处理的演算法 再来的部分你还会经过一个 可以经过一个overoversimpling 做一个average 然后再来经过一个iir filter 再来就是可以动态得去调整 它的threshold 再做一个de bounce 然后再来判读到底我们现在这个电容式触控 这一个东走到底有没有被真正触控到 在一边要值得提的就是说 你今天系统 如果设计的 把noise滤除的非常好，设计的非常干净 然后你的工作环境，例如说你在家里面使用 不容易受到干扰的话 不见得一定要开启这一个frequency hopping的一个动作 为什么 就是说，今天它本来固定一个频点在做扫描 如果系统一切都做得非常好 那如果你今天开了frequency hopping 那等同于它要，本来是一次扫描 它变成了四次扫描 然后进来之后 它对于扫进来的ro data 又必须做一个处置 所以时间上面会比较延迟 如果你需要再做一个oversimpling的话 那它当然又有一定时间的延迟 所以当你这些动作 没开启一个呢，其实它真正去侦测出来 有没有被触控到 它的时间反应就会变慢 那到底要开启哪一些function 拉搭配外面这些硬件工程师已经做好的硬件 来达到一个好的触控 那必须要去看 实际上应用才会知道 在TI的tunning的部分 下午会提到 即使如果你要enable这一个TI captive里面的 frequency hopping 的功能的话 你其实就是直接在左下方的jui 你只要勾选enable noise immunity这一个功能 它就会直接开启frequency hopping 还有那个by limit的freehold调整的一个方式 然后再来，你到底需不需要去enable 这个oversimpling呢 就直接可以在软件到时候直接做一些 开启或关闭的一个动作 然后再来，de bounce还有iir filter的部分呢 不管你今天这一个noise immunity有没有被开启 内部它其实都可以去做一个enable的动作 我在这右下方的一个部分 这一个部分更多的细节可能下午的的时候 直接上机的时候可以来看一下 然后再来，这边大概会提两个 TI的参考设计 第一个参考设计，它是一个对于emc防护的参考设计 这个参考设计它其实是有过这一个esd 还有eft 还有cni这三个noise的认证的 它是有通过认证的 那，里面用的mcu是fr2633 然后function block在右手边这边 它所有的 线路图，还有layout 还有一些软件，全部都可以在网站上面找得到 最主要是提供给 一些design，来参考它的layout 还有一些它的线路图上的一些规划 还有软件的一些设计 它最主要是要应用在家电 甚至在工厂端，它都可以去克服掉那些noise 更多细节可以在网站上面去找到 找到它的资料 另外TI有另外一个参考设计，就是 恒温器，就是more stayed部分 在这个参考设计上面 captive主要只负责了 电容式触控的部分 包括去，你看那个右下方的一个function block 它其实有一个mpu 就大的一个processor 然后它可以去点lcd 可以跟外面的模组做一些应用 走一些WiFi、sub或者其他ble的一些控制 然后它可能去负责其他的sensing 就是环境感测器的一些资料处理 captive只负责其中的一个小区块 可能没有用的时候就去把mcu给关掉 有需要触控的时候再去吧mcu开启 这两个参考设计最主要就是说 给各位看的就是，captive可以是整个系统的设计 它是可以办到的 另外一个搭配其他系统的部分 通过它自己滤掉noise的能力 做的相当不错 那么所以 也可以做成一个模块 跟其他的系统搭配使用 同样的 这一些参考设计的详细资料 都可以在网路上面找到 另外的部分就是其他的可以在网路上找的一些resource 它的一些白皮书，还有一些video online的一些video 还有一些noise immunity design guide 今天的内容主要是截录在这一个部分的内容 更多的细节就是在网路上面可以参考 然后TI的参考设计的网站 还有TI design的一个参考网站 今天就讲到这边