电容式触摸感应检测方式 迟滞比较器原理详解
上篇文章《一文搞懂触摸感应原理》中提到两种检测电容触摸感应的方式，其中一种便是谐振式，即人手直接或间接触摸感应焊盘时，csensor增大，导致ca（comparison amplifier）输出端方波频率变化，mcu检测这种变化并作出响应。下图中的画法比较简要，本篇文章就详细分析这个电路，并在此基础上作出一些延伸设计。
上图中的检测部分可以等效为如下电路：
我们都知道lm393比较器内部结构决定了其开漏输出，必须要接r4上拉电阻，所以比较器输出端输出低电平时为0，输出高电平时并不是严格等于vcc而是略小一些，这里为简化计算，认为等于vcc，同时假设同相端电压为vref，假设反相端电压为vi，分析下这个电路工作原理：
第一阶段：上电初始阶段，比较器反向输入端的电容cx开始充电，起始电压可以认为是0v，同相输入端电压取决于r1、r2、r3、r4分压，可以得出r2两端电压大于0v，所以比较器输出端输出高电平；第二阶段：比较器输出端输出高电平vcc，由kcl定律可知，(vcc-vref)/r1+(vcc-vref)/r3=vref/r2。vout电压通过rc*cx网络给cx充电，充电时间与电压遵循公式t=rc*cx*ln((vcc-v0)/(vcc-vi))，vi电压值逐渐增大，当vi>vref时，比较器输出电压由高电平切换至低电平；第三阶段：比较器输出端输出低电平0，由kcl定律可知，(vcc-vref)/r1=vref/r3+vref/r2。此时rc*cx网络开始释放电荷，vi电压值逐渐减小，当vi后续为第二阶段与第三阶段依次循环，因此比较器输出端输出方波信号。
根据第二阶段与第三阶段中的两个公式分别计算vref：
由此可见，在比较器输出高、低电平时vref的值是不同的，如果把vref较小值定义为vth1，较大值定义为vth2，方波周期将满足如下关系：
由上式可知，输出方波的频率和rc、cx、vth1、vth2相关，在电容触摸感应应用中，cx值发生变化，保持其他三个变量不变。
pspice仿真结果如下：
cx=10pf
cx=1pf
延伸应用：迟滞比较器
以上含有vth1，vth2两个阈值的电路是一个具有迟滞传输特性的比较器，即迟滞比较器。在反相输入单门限电压比较器的基础上引入正反馈网络，就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比较器。
典型应用电路（注意此典型应用电路中比较器供电为双电源）：
门限电压计算：
传输特性曲线：
迟滞比较器在光感传感器中有广泛应用，例如传感器检测外界太阳光光强转换成电压信号，电压达到一定阈值时执行相应的动作。若不加迟滞比较器而直接判断电压，在临界电压点将会发生抖动，即表现为误触发，加上迟滞比较器电路可设置两个不同的门限电压，必须在经过一定的门限宽度后才能实现输出端电压变化，具有较好的抗干扰性。
下面计算两个门限电压：
pspice仿真结果：
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上图中的检测部分可以等效为如下电路：
我们都知道lm393比较器内部结构决定了其开漏输出，必须要接r4上拉电阻，所以比较器输出端输出低电平时为0，输出高电平时并不是严格等于vcc而是略小一些，这里为简化计算，认为等于vcc，同时假设同相端电压为vref，假设反相端电压为vi，分析下这个电路工作原理：
第一阶段：上电初始阶段，比较器反向输入端的电容cx开始充电，起始电压可以认为是0v，同相输入端电压取决于r1、r2、r3、r4分压，可以得出r2两端电压大于0v，所以比较器输出端输出高电平；第二阶段：比较器输出端输出高电平vcc，由kcl定律可知，(vcc-vref)/r1+(vcc-vref)/r3=vref/r2。vout电压通过rc*cx网络给cx充电，充电时间与电压遵循公式t=rc*cx*ln((vcc-v0)/(vcc-vi))，vi电压值逐渐增大，当vi>vref时，比较器输出电压由高电平切换至低电平；第三阶段：比较器输出端输出低电平0，由kcl定律可知，(vcc-vref)/r1=vref/r3+vref/r2。此时rc*cx网络开始释放电荷，vi电压值逐渐减小，当vi后续为第二阶段与第三阶段依次循环，因此比较器输出端输出方波信号。
根据第二阶段与第三阶段中的两个公式分别计算vref：
由此可见，在比较器输出高、低电平时vref的值是不同的，如果把vref较小值定义为vth1，较大值定义为vth2，方波周期将满足如下关系：
由上式可知，输出方波的频率和rc、cx、vth1、vth2相关，在电容触摸感应应用中，cx值发生变化，保持其他三个变量不变。
pspice仿真结果如下：
cx=10pf
cx=1pf
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以上含有vth1，vth2两个阈值的电路是一个具有迟滞传输特性的比较器，即迟滞比较器。在反相输入单门限电压比较器的基础上引入正反馈网络，就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比较器。
典型应用电路（注意此典型应用电路中比较器供电为双电源）：
门限电压计算：
传输特性曲线：
迟滞比较器在光感传感器中有广泛应用，例如传感器检测外界太阳光光强转换成电压信号，电压达到一定阈值时执行相应的动作。若不加迟滞比较器而直接判断电压，在临界电压点将会发生抖动，即表现为误触发，加上迟滞比较器电路可设置两个不同的门限电压，必须在经过一定的门限宽度后才能实现输出端电压变化，具有较好的抗干扰性。
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