接近檢測(cè)被用于實(shí)現(xiàn)大量智能特性。例如貼近耳朵打電話時(shí)，采用接近感應(yīng)的面部檢測(cè)能在無(wú)需使用其它功能時(shí)禁用觸摸屏并關(guān)閉LCD，以防意外觸摸和節(jié)省電池電力。移動(dòng)設(shè)備中的接近檢測(cè)過(guò)去使用紅外（IR）傳感器實(shí)現(xiàn)。然而，為移動(dòng)設(shè)備添加IR接近傳感器會(huì)增加系統(tǒng)成本。本文將探討利用電容式觸摸屏系統(tǒng)的自身特性實(shí)現(xiàn)接近檢測(cè)，以降低成本和縮小設(shè)備尺寸。

接近傳感器是一種無(wú)需任何物理接觸即能檢測(cè)并報(bào)告附件物體存在的開(kāi)關(guān)。它們是具有觸摸屏界面的移動(dòng)設(shè)備的重要組件。

為什么需要接近檢測(cè)？

1. 移動(dòng)電話上接近檢測(cè)的主要功能是防止不必要的或意外的屏幕觸摸。這一特性最常見(jiàn)的用例是人的面部在打電話過(guò)程中與觸摸屏接觸。面部或耳垂在與觸摸屏表面接觸時(shí)會(huì)造成非必要的觸摸事件。

2. 另一項(xiàng)同樣重要的功能是接近檢測(cè)可用于在用戶(hù)通話時(shí)關(guān)閉移動(dòng)電話上的LCD顯示屏。在不需要的時(shí)候關(guān)閉電話的顯示屏可節(jié)省電力，延長(zhǎng)移動(dòng)設(shè)備的電池使用壽命（圖1：移動(dòng)電話中的接近檢測(cè)）。

3. 移動(dòng)設(shè)備上的接近傳感器有時(shí)也可用于其它功能，比如計(jì)算比吸收率（SAR）。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備靠近人體時(shí)，SAR可用于衰減設(shè)備的射頻功率。這一特性最常應(yīng)用于平板電腦，在移動(dòng)電話中也偶爾采用。

移動(dòng)設(shè)備中的接近傳感器類(lèi)型

在移動(dòng)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)接近檢測(cè)的常見(jiàn)方法有：

1. 光學(xué)（IR）

2. 電氣（電容式）

兩種方法都是非侵入式，遵循相同的工作原理：接近傳感器要么發(fā)射電場(chǎng)（電容式），要么發(fā)射紅外光束（光學(xué)），然后檢測(cè)電場(chǎng)或反射光的變化。這兩者的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、BOM成本、可靠性、功耗和性能各不相同。在兩種方法中，使用紅外信號(hào)的光檢測(cè)目前是最成熟，在移動(dòng)應(yīng)用中最廣泛使用的方式。

IR接近檢測(cè)

基于紅外技術(shù)的接近檢測(cè)需要兩個(gè)組件來(lái)構(gòu)成光學(xué)前端：

1. 用于發(fā)射器的紅外LED

2. 用于接收器的光電二極管

接近傳感器中的IR LED通過(guò)移動(dòng)設(shè)備中的孔徑向外發(fā)射編碼的IR信號(hào)。移動(dòng)設(shè)備附近的目標(biāo)（例如我們想要感應(yīng)的物體）會(huì)產(chǎn)生IR信號(hào)反射。部分反射的信號(hào)會(huì)再通過(guò)孔徑，被光電二極管捕獲。反射的信號(hào)可讓IR接近傳感器判斷孔徑形成的光錐中是否有物體存在。

IR接近解決方案的缺點(diǎn)

IR接近傳感器有一定的缺點(diǎn)與局限，使得它們難以成為移動(dòng)應(yīng)用中的理想選擇。部分局限性包括附加成本（BOM成本）、功耗、死區(qū)和隨環(huán)境光照變化的不可靠操作。IR接近傳感器的局限，加上近期電容式檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步以及對(duì)集成和更低成本的需求，促使移動(dòng)電話制造商尋求替代解決方案。

移動(dòng)設(shè)備中的電容式觸摸檢測(cè)

電容式觸摸屏系統(tǒng)可用于感應(yīng)和檢測(cè)與觸摸屏表面接觸的導(dǎo)電性物體。開(kāi)發(fā)人員通過(guò)調(diào)整這些系統(tǒng)的靈敏度，能夠可靠地檢測(cè)屏幕上尺寸最小的目標(biāo)物體（比如4-5mm的手指）。靈敏度調(diào)整，也稱(chēng)為靈敏度調(diào)校，一般是通過(guò)設(shè)計(jì)較大觸摸傳感器或修改運(yùn)行在觸摸控制器上的固件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

實(shí)驗(yàn)證明，可以利用電容式傳感器的固有屬性來(lái)檢測(cè)距離屏幕較遠(yuǎn)處的導(dǎo)電性物體。一般來(lái)說(shuō)，用于檢測(cè)手指觸摸的傳感器硬件也可感應(yīng)近距離物體。

電容式接近傳感器一般只有布爾值輸出，返回下列之一：

· 如果目標(biāo)物體接近傳感器，則為“真”;

· 如果目標(biāo)物體遠(yuǎn)離傳感器，則為“假”。

“真”與“假”輸出的切換取決于設(shè)定的信號(hào)閾值。信號(hào)閾值對(duì)應(yīng)的是當(dāng)近距物體能被可靠檢測(cè)時(shí)，其到觸摸屏的最小距離。接近信號(hào)閾值（即間接的接近距離）可通過(guò)改變觸摸屏的靈敏度加以調(diào)整。

為觸摸解決方案添加電容式接近檢測(cè)

增加接近功能的最直接方法是提升信號(hào)靈敏度，使之能夠可靠檢測(cè)遠(yuǎn)離屏幕的物體。

采用集成型觸摸和接近解決方案的優(yōu)秀系統(tǒng)應(yīng)該能夠：

· 可靠檢測(cè)所支持的最小手指尺寸;

· 在不造成信號(hào)值飽和的情況下，可靠檢測(cè)所支持的最大手指尺寸;

· 當(dāng)物體進(jìn)入一定距離閾值時(shí)，檢測(cè)接近中的物體。這種物體被稱(chēng)為“靠近”或“鄰近”傳感器（圖2：接近檢測(cè)閾值）。

· 檢測(cè)物體離開(kāi)或移出檢測(cè)區(qū)域。這種物體被稱(chēng)為“遠(yuǎn)離”傳感器（圖2：接近檢測(cè)閾值）。

· 在要求的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)通知主機(jī)控制器（接近的或離開(kāi)的物體）。

支持接近檢測(cè)的電容式觸摸系統(tǒng)必須克服信號(hào)飽和以及噪聲敏感性帶來(lái)的挑戰(zhàn)，才能實(shí)現(xiàn)可靠操作?？朔祟?lèi)挑戰(zhàn)的方法之一是運(yùn)行單獨(dú)、專(zhuān)用的高靈敏度掃描，以檢測(cè)近距物體。在這種方法中，觸摸系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)掃描方式，利用為標(biāo)準(zhǔn)靈敏度配置的固件檢測(cè)手指觸摸。此外也可以使用為高靈敏度配置的固件運(yùn)行專(zhuān)用掃描，檢測(cè)與設(shè)備鄰近的物體。固件經(jīng)過(guò)編程，可以只報(bào)告來(lái)自高靈敏度接近掃描的接近事件。來(lái)自其它物體的觸摸則不予報(bào)告。

與標(biāo)準(zhǔn)的手指事件相比，接近事件的響應(yīng)時(shí)間要求要寬松得多。因此根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置的要求，與標(biāo)準(zhǔn)的手指掃描相比，高靈敏度接近掃描的運(yùn)行頻率可以低得多。在典型例子中，接近掃描的執(zhí)行頻率可以是每五次標(biāo)準(zhǔn)掃描時(shí)執(zhí)行一次接近掃描。在這種情況下：

對(duì)接近事件而言，只需5次標(biāo)準(zhǔn)掃描+1次接近掃描+處理傳感器尺寸、使用固件算法或修改固件配置可以提高靈敏度。增大現(xiàn)有設(shè)計(jì)中的傳感器尺寸可能會(huì)造成過(guò)高成本。此外，傳感器尺寸還受設(shè)計(jì)和功耗因素的限制。這些限制讓固件修改成為提高靈敏度的最理想方法。

但是提高觸摸系統(tǒng)的靈敏度會(huì)帶來(lái)下列挑戰(zhàn)：

1）提高系統(tǒng)對(duì)接近物體的靈敏度也會(huì)提高系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)手指的靈敏度。這樣可能會(huì)造成其它觸摸物體（包括標(biāo)準(zhǔn)大小的手指）的信號(hào)值飽和。

2）提高靈敏度還會(huì)增加系統(tǒng)對(duì)噪聲的敏感性。

接近信號(hào)值會(huì)隨目標(biāo)物體遠(yuǎn)離觸摸屏而減小。如果所需檢測(cè)閾值（距離）增大，觸摸屏的靈敏度也需要提高，從而增大發(fā)生飽和以及噪聲敏感性的幾率。

電容式接近檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)

移動(dòng)設(shè)備近來(lái)的趨勢(shì)是更輕更薄，讓設(shè)備表面和內(nèi)部的空間極為珍貴。利用電容式觸摸傳感器的接近檢測(cè)功能取代傳統(tǒng)的IR接近傳感器，可以降低系統(tǒng)成本、減少BOM、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。但這種方法的最大局限是其對(duì)導(dǎo)電性物體更加敏感。雖然這種方法能有效地檢測(cè)表面，但平板電腦和電子閱讀器不能使用這種方法檢測(cè)其是否被覆蓋或關(guān)閉，除非外殼是使用金屬或其它導(dǎo)電性材料制作而成。

成本下降

傳統(tǒng)IR接近傳感器（含發(fā)射器/接收器對(duì)）的成本一般在1美元左右，另需增加0.10美元成本用于這些組件的加工和布局（板上面積會(huì)增大制造成本）。另外還有把IR傳感器數(shù)據(jù)集成到主機(jī)處理器軟件發(fā)生的非經(jīng)常性工程成本（NRE）。

在使用傳統(tǒng)IR傳感器時(shí)，移動(dòng)設(shè)備上的彩色不透明覆蓋層需要一個(gè)透明窗口，才能讓光抵達(dá)IR接收器。電容式接近檢測(cè)可以無(wú)需該透明窗口，從而降低成本，增加美感。

BOM簡(jiǎn)化與集成

釋放電話上寶貴空間的方法之一是把多項(xiàng)功能集成到電話上的單個(gè)器件或IC上。在電容式觸摸控制器上集成接近檢測(cè)功能可減少BOM成本，節(jié)省板上空間。

提高可靠性

IR接近檢測(cè)器容易受環(huán)境光照條件造成的錯(cuò)誤讀取的影響，與電容式檢測(cè)器相比可靠性較低。IR接近檢測(cè)器布置在移動(dòng)電話頂部，讓兩側(cè)的接近檢測(cè)變得非常困難和不可靠。采用電容式接近檢測(cè)后，整個(gè)屏幕都可用于檢測(cè)物體，因此具有在移動(dòng)設(shè)備表面提供一致靈敏度的優(yōu)勢(shì)。

降低功耗

使用觸摸屏的電容式接近傳感器與IR傳感器相比非常節(jié)能。在現(xiàn)有觸摸屏上集成電容式接近特性能將系統(tǒng)電流消耗降低15到30mA。

傳感器實(shí)現(xiàn)、布局與加工

電容式接近檢測(cè)方法能重復(fù)利用觸摸屏傳感器，以檢測(cè)近距物體。無(wú)需為接近檢測(cè)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的傳感器設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、布局和加工。

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化

主機(jī)控制器只需就基本的觸摸事件和接近事件與觸摸屏控制器進(jìn)行通信。主機(jī)控制器的接近數(shù)據(jù)可作為標(biāo)準(zhǔn)觸摸報(bào)告的一部分進(jìn)行發(fā)送，從而簡(jiǎn)化軟件集成工作。

移動(dòng)設(shè)備正在越來(lái)越多地搭載智能特性。OEM廠商需要在不犧牲尺寸、美感或BOM成本的情況下增加新特性。利用電容式觸摸解決方案固有特性的接近檢測(cè)可幫助降低BOM、NRE和制造成本，在最大限度提高利潤(rùn)的同時(shí)讓移動(dòng)設(shè)備外形更加美觀實(shí)用。

賽普拉斯在旗下的多個(gè)產(chǎn)品線中提供面部檢測(cè)或接近檢測(cè)功能，其中包括CY8CTMA46X和CYTMA445A系列。采用賽普拉斯的高級(jí)觸摸解決方案設(shè)計(jì)接近特性，可確保實(shí)現(xiàn)高可靠性、高SNR、優(yōu)異的抗噪性、更低的功耗和系統(tǒng)成本，同時(shí)提升性能，增強(qiáng)最終用戶(hù)的體驗(yàn)。