an2034 - cap1xxx touch key controller tuning...
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AN2034CAP1XXX タッチキー コントローラ チューニング ガイド
注意 : この日本語版文書は参考資料としてご利用ください。最新情報は必ずオリジナルの英語版をご参照願います。
はじめに
このアプリケーション ノートに示すチューニングガイドは主に 2 つの章に分けられます。それはベーシック チューニングとアドバンスト チューニングです。ベーシック チューニングの章ではセンサ制御、LED制御、動作モードに関して説明します。アドバンストチューニングの章ではしきい値、ノイズ耐性、応答時間、消費電力、校正のチューニングに関して説明します。また、設定の保存 / 読み込みとドライバの統合についても説明します。
ベーシック チューニング
カバー
ほとんどの場合、センサはプリント基板 (PCB) とカバーから構成されています。カバーの材質と厚さが性能に影響します。誘電率が高く薄いと感度は高く、そうでない場合、低くなります。
ソフトウェア / ハードウェア ツール
チューニングを始めるには以下のソフトウェア / ハードウェア ツールが必要です。
• CAP1XXX グラフィカル ユーザ インターフェイス(GUI)
• USB I2C ブリッジ• 模擬フィンガ
CAP1XXX GUI
CAP1XXX GUI は、タッチキー コントローラのチューニングとタッチキー信号の監視が可能なホスト エミュレータです。この GUI はチューニングを始める前にインストールしておく必要があります。この GUI を使うと、タッチキー コントローラと PC の間の I2C 通信を介してタッチキー システム全体をチューニングできます。
USB I2C ブリッジ
USB I2C ブリッジは、タッチキー コントローラとコンピュータを接続してI2C-to-USBデータ通信を実現するハードウェア コンポーネントです。
CAP1188 と CAP1298 の評価用ボードは、デバイスに接続した通信コネクタを備えています。そのため、本評価用ボードがプロジェクト開発のための USBI2C ブリッジです。これらの評価用ボードは電源に関して異なる部分があります。CAP1298 EVB の最大電圧は 5.0 V ですが、CAP1188 EVB の最大電圧は3.3 V です。
図 1: 評価用ボード
模擬フィンガ
タッチキー システムの性能をチューニングする場合、標準化された金属製フィンガを使ってタッチキーの信号と感度を計測する事を推奨します。ほとんどの場合、金属製フィンガのサイズは 5 ～ 12 mm です。
模擬フィンガはユーザの電気的モデルを表す必要があります。JEDEC® JS-001-2012 規格と MIL-STD-883H規格はどちらも1500 Ωの抵抗と100 pFのコンデンサを直列で使う事を推奨しています。従って、この模擬フィンガの等価回路は金属製フィンガ、抵抗、コンデンサ、グランドで構成されます。
参照グランドは、最終製品におけるユーザのグランドと一致させる必要があります。ユーザとボードがグランドを共有している場合、そうでない場合とはシステムの挙動が異なります。
準備
タッチキー システムを適切な温度 (室温 (25 )を推奨 )の標準的な環境に配置します。全ての部品を接続、組み立てます。センサをタッチキー コントローラに接続します。ボードを I2C ブリッジ経由で PC に接続します。また、電源または他の部品からノイズが結合しないようにします。
著者 : Eric WangMicrochip Technology Inc.
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センサ制御
CAP1XXX シリアル タッチキー コントローラは最大14個のタッチキーと11個のLEDをサポートしています。また、タッチキー コントローラによってはガード機能もサポートしています。従って、回路図と性能要件に従ってセンサを割り当てる必要があります。
ハードウェア リソースと機能
CAP1XXX シリアル タッチキー コントローラは以下の 2 つのファミリで構成されています。
• CAP11XX ファミリ• CAP12XX ファミリ
各ファミリは異なるハードウェア リソースを備え、異なる機能をサポートしています。
CAP11XX ファミリ
CAP11XX ファミリはセンサ、LED 駆動、スライダをサポートしています。表 1 に、CAP11XX ファミリのハードウェア機能の概要を示します。
CAP12XX ファミリ
CAP12XX ファミリはセンサ、シグナルガード、コンボモードをサポートしています。しかし、LED 駆動はサポートしていません。従って、このファミリは最も低コストです。信号ガードに加えて、CAP12XX ファミリはコンボモードをサポートしています。このモードでは近接検出とタッチセンサを一緒に使えます。表 2 に、CAP12XX ファミリのハードウェア リソースおよび機能の概要を示します。
表 1: CAP11XX ファミリのハードウェア機能
CAP1133 CAP1106 CAP1126 CAP1128 CAP1166 CAP1188 CAP1114 CAP1214
センサ 3 6 6 8 6 8 14 14
スライダ — — — — — —
LED 3 0 2 2 6 8 11 11
近接検出
VDD 3.3 V 3.3 V 3.3 V 3.3 V 3.3 V 3.3 V 3.3 V 3.3 V
インターフェイス I2C I2C I2C/SPI I2C/SPI I2C/SPI I2C/SPI I2C I2C
パッケージ 3x3 DFN 3x3 DFN 4x4 QFN 4x4 QFN4x4 QFN/
SSOP4x4 QFN 5x5 QFN 5x5 QFN
ピン数 10 10 16 20 20/24 24 32 32
Note: CAP11XX および CAP12XX はどちらも最小 VDD は 3.0 V です。しかし、VDD のリップルを許容できるように VDD を 3.3 Vで設計する事を推奨します。VDD を低くしすぎるとCAP1XXXデバイスがリセットする場合があります。
表 2: CAP12XX ファミリのハードウェア機能
CAP1203 CAP1293 CAP1206 CAP1296 CAP1208 CAP1298
センサ 3 3 6 6 8 8
アラート
近接検出 — — —
シグナルガード — — —
コンボモード — — —
VDD 3.3 ～ 5.0 V 3.3 ～ 5.0 V 3.3 ～ 5.0 V 3.3 ～ 5.0 V 3.3 ～ 5.0 V 3.3 ～ 5.0 V
インターフェイス I2C I2C I2C I2C I2C I2C
パッケージ2x3 TDFN-8/
SOIC-82x3 TDFN-8/
SOIC-83x3 DFN-10/
SOIC-143x3 DFN-10/
SOIC-143x3 QFN-16/
SOIC-143x3 QFN-16/
SOIC-14
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個別センサ設定
図2に示すように、個別センサ設定にはSensor Enable、Sensor Interrupt、Standby Channel があります。また、CAP129X ファミリはシグナルガード機能をサポートしています。シグナルガード イネーブルは CAP129Xファミリのみの機能です ( 図 3 参照 )。
図 2: CAP11XX ファミリのセンサ設定
図 3: CAP12XX ファミリのセンサ設定
Sensor Enable
CAP12XX ファミリでは、設計の回路図に従って指定したセンサが有効になります。例えば、CAP1298タッチキー コントローラ評価用ボードでは最大8個のタッチキーをサポートしています。しかし、回路図によるとセンサ5は性能向上のためのガードとして使われ、センサ 1 はスタンバイセンサとして割り当てられています。残りのセンサはアクティブセンサとして割り当てられています。アクティブモードでは、6 個のセンサがタッチキーになります。図 4 に、センサの割り当ての詳細を示します。
図 4: CAP12XX ファミリの個別センサ設定
CAP11XX ファミリでは、センサはアクティブセンサまたはスタンバイセンサのどちらかとして割り当てられます。シグナルガード機能はサポートされていません( 図 5 参照 )。
図 5: CAP11XX ファミリの個別センサ設定
Sensor Interrupt
センサ割り込みが有効な場合、有効なタッチまたは離れた事を検出した事をホストに知らせるために割り込み信号がアサートされます。すると、ホストはそのタッチキーのステータスを読み出します。それ以外の場合、割り込み信号は生成されません。
センサにチェックを入れると (「1」にセット )、そのセンサでタッチが検出されると INT が生成されます。図 6 に示すように、全てのセンサで割り込み機能が有効です。
割り込みがアサートされるとステータスおよび制御パネルの INT は赤色になります ( 図 7 参照 )。割り込みがアサートされていない場合、INT は灰色です。
センサの割り込みを有効にしておく事を推奨します。
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図 6: 割り込み制御
図 7: 割り込みがアサートされている場合の割り込みステータス
Standby Channel
センサをスタンバイ チャンネルとして有効にした場合、スタンバイモードでもスキャンを続けます。しかし、アクティブセンサのスキャンはスタンバイモードでは停止します。例えば、図 8 のセンサ 1 はスタンバイチャンネルが有効であるため、スタンバイモードでもスキャンを続けます。しかし、その他のセンサはスキャンを停止します。この機能は、最小限のセンサのみをスキャンする事で、消費電力の低減に役立ちます。代表的な応用回路では、近接検出を行うセンサを 1 つスタンバイ チャンネルに割り当てられています ( 図 8参照 )。
図 8: スタンバイセンサの制御
シグナルガード
シグナルガードは、CAP129X タッチキー コントローラの新機能です。回路図とデータシートに従って、適切なセンサをシグナルガードとして割り当てます。ガード設計を使って性能を改善する事ができます。
図 9: シグナルガードの制御
電源ボタン
ほとんどの設計では、ボタンはタッチに素早く応答するようにチューニングします。しかし、アプリケーションによっては、機器を ON/OFF する電源ボタンとしてボタンを使う場合があります。電源ボタンは、うっかり触れてもON/OFFしないようにする必要があります。ボタンを電源ボタンとして割り当てている場合、一定時間継続してタッチを検出した場合のみ割り込みが生成されます。
電源ボタン機能は、アクティブモードとスタンバイモードで別々に有効 / 無効にできます ( 図 10 参照 )。
図 10 に、電源ボタンの設定を示します。電源ボタンの設定では、電源ボタン機能の有効 / 無効と割り込み生成の条件とする時間を決定します。
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チューニングの推奨事項は以下の通りです。
• 回路図と設計要件に従って適切なセンサを電源ボタンとして割り当てます。
• 既定値の時間はほとんどの設計に適しています。しかし、プロジェクトの要件に従って調整できます。
図 10: 電源ボタン
マルチタッチ設定
マルチタッチ パターン (MTP) 検出回路を使うと、カバーを閉じる等のイベントを検出できます。指定した個数以上のセンサ入力または指定したセンサ入力が同時に MTP しきい値を超えた場合、イベントフラグを立てる事ができます。MTP アラートが有効な場合、このイベントフラグが立つと割り込みが生成されます。[Multiple Block Enable] にチェックを入れると (「1」にセット )、MTP イベント中は全てのタッチが無効になります (図 11 参照 )。
1. [MTP ENABLE]
チェックを入れると (「1」にセット ) この機能は有効です。チェックを外すと (「0」にクリア ) この機能は無効です。
2. [MTP THRS]
MTP機能のしきい値です。センサ入力しきい値を百分率(%) で設定します。
3. [MTP ALERT]
チェックを入れると (「1」にセット )、MTP イベントで割り込みがアサートされます。
チェックを外すと (「0」にクリア )、MTP イベントで割り込みはアサートされません。
4. [COMP PTRN]
MTP 検出回路がマルチタッチ パターンレジスタを特定のセンサ入力パターンとして使うか、センサ入力の個数として使うかを決定します。
チェックを入れると (「1」にセット )、MTP 検出はパターン認識を使います。
チェックを外すと (「0」にクリア )、MTP 検出は同時にトリガするセンサ入力の個数として MTP レジスタを使います。設定するビット数は、MTP イベントをトリガするために MTP しきい値を超える必要があるセンサの個数です。
5. [MTP Pattern]
MTP イベントのセンサ入力プロファイルを識別するパターンです。
センサにチェックを入れると (「1」にセット )、MTPパターンの一部として使われます。
センサにチェックを外すと (「0」にクリア )、MTPパターンの一部としては使われません。
図 11: MTP の設定
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マルチタッチのチューニング手順
1. [Multiple Block Enable] にチェックを入れ、タッチ検出を阻止する機能を有効にする。
2. プロジェクトの要件に従ってセンサの個数を設定する ( 図 11 の例ではセンサは 2 個 )。
3. [MTP ENABLE] にチェックを入れ、MTP 機能を有効にする。
4. [COMP PTRN] にチェックを入れる。
5. [MTP ALERT] のチェックを外し、MTP イベントの INT を無効にする。
6. 図 11 に示すように、MTP パターンを設定するセンサにチェックを入れる ( センサ 2 とセンサ 4が有効になります。センサ 2 とセンサ 4 を同時に押した場合、タッチ検出は阻止されます。しかし、その他の組み合わせのセンサタッチは可能です。例えば、センサ 2 とセンサ 3 は同時に押せます )。
LED 制御
CAP11XX ファミリは LED 制御機能をサポートしています。LED 制御チューニングには LED 制御と LED 挙動設定が含まれます。
全 LED 制御
LED 制御には以下の項目が含まれます。
1. LED 出力タイプ
LED 出力タイプは、LED ピンの出力タイプを制御します。チェックを外すと (「0」にクリア )、対応するLED ピンがオープンドレイン出力になります。チェックを入れると (「1」にセット )、その LED ピンはプッシュプル出力になります。図 12 の例では、LED7 ピンはプッシュプル出力として、その他の LED ピンはオープンドレイン出力として設定されています。
2. LED センサのリンク処理
LED センサのリンク処理は、静電容量式タッチセンサを LED 出力にリンクするかどうかを制御します。チェックを入れると (「1」にセット )、対応する LED出力ピンはタッチセンサ入力にリンクし、センサへのタッチで LED が点灯します。チェックを外すと (「0」にクリア )、LED 出力はタッチセンサ入力にリンクしません。図 12 に示すように、LED1 ～ LED7 はタッチセンサにリンクしています。LED8 はタッチセンサ 8 にリンクしていません。この設定は、CAP1XXX の通信を通してホストがLED出力を手動で制御する場合に使います。
3. LED 極性
LED 極性は、LED 出力の論理極性を制御します。
チェックを外すと (「0」にクリア )、LED 出力は反転します。例えば、LED 出力制御レジスタを「1」にセットすると LED ピンに論理「0」が出力されます。チェックを入れると (「1」にセット )、LED 出力は反転しません。例えば、LED 出力制御レジスタを「1」にセットすると LED ピンに論理「1」が出力されます。
4. LED 出力制御
LED 出力制御レジスタは、センサ入力にリンクしていない LED ピンの出力を制御します。LED 出力はセンサ入力にはリンクしておらず、LED 出力レジスタの状態にリンクしています。
チェックを外すと (「0」にクリア )、LED 出力は最小デューティで駆動されるか OFF になります。
チェックを入れると (「1」にセット )、LED 出力は最大デューティで駆動されるか ON になります。
図 12 に示すように、LED8 はセンサ入力にはリンクしておらず、LEDの状態はLED出力制御で決定されます。
5. LED リンク切り換え
LED リンク切り換えレジスタは、LED をタッチセンサ入力とリンクした時の駆動を制御します。
チェックを外すと (「0」にクリア )、LED 出力制御ビットは「1」になります。LED がタッチセンサにリンクしており、かつタッチが検出されていない場合、LED の状態が変化します。
チェックを入れ (INV_LINK_TRAN ビットを「1」にセット )、LED 出力制御ビットが「1」であり、センサが LED にリンクしており、かつタッチが検出されていない場合、LED の状態は変化しません。しかし、センサでタッチを検出すると LED の状態が変化します。
6. LED ミラー
LED ミラー制御レジスタは、極性を反転していないLEDチャンネルにおけるデューティ設定の意味を決定します。極性を反転なしに設定した場合、正しい LEDの挙動を得るには、最小および最大デューティの基準を既定値の 0% でなく 100% にする必要があります。
チェックを外すと (「0」にクリア )、デューティ設定の基準は 0%、すなわち設定値がそのまま振幅となります。
チェックを入れると (「1」にセット )、デューティ設定の基準は 100% となります。
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図 12: 全 LED 設定
LED 挙動設定
LED 挙動設定は以下の 4 つをサポートしています。ダイレクト、パルス 1、パルス 2、ブリーズです ( 図 13参照 )。
図 13: LED 挙動設定
ダイレクト
LED が特定のタッチセンサにリンクしている場合、LEDはタッチセンサの状態に従ってONまたはOFFし、LED は設定された状態に駆動されます。
ダイレクト挙動では最小および最大 LED 出力、立ち上がり速度、OFF 遅延、立ち下がり速度を設定します。例として図 14 にダイレクト挙動の設定を示し、図 15に駆動パルスのプロファイルを示します。
Note: チューニングに関して言えば、既定値はほとんどの設計に適しています。しかし、プロジェクト要件に従って調整する事もできます。
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図 14: ダイレクトの設定
図 15: ダイレクトパルスのプロファイル
パルス 1 とパルス 2
LED がタッチセンサにリンクしており、パルス 1 またはパルス 2 として設定されている場合、その LED はタッチセンサの状態に従って ON/OFF します。LED の輝度は設定したパルスによって制御されます。LED は設定した回数「パルス」します。パルス周期で最小輝度から最大輝度、再び最小輝度へと変化します。
このパルスの設定には LED 出力の最大 / 最小値、パルス周期、パルス数、トリガ条件が含まれます。
1. LED 出力の最大値 / 最小値
LED 出力の最大値 / 最小値は、デューディの最大値 /最小値を決定します。既定値はほとんどの設計に適しています。
2. パルス周期
このパラメータは単一パルスの周期を定義します。図 16 に示すように、パルス 1 とパルス 2 の周期はそれぞれ 1024 ms と 640 ms です。図 17 に、パルス 1とパルス 2 に対応するプロファイルを示します。既定値はほとんどの設計に適しています。しかし、このパラメータはプロジェクトの要件に従って調整できます。
3. パルス数
このパラメータは、1 つのイベントでの単一パルスの個数を決定します。図 16 に示すように、パルスの個数はそれぞれ 2 と 1 です。図 17 に、パルス 1 とパルス 2の対応するプロファイルを示します。既定値はほとんどの設計に適しています。しかし、このパラメータはプロジェクトの要件に従って調整できます。
4. 開始トリガ
開始トリガは、LED のパルス挙動のトリガ方法を決定します。これには、タッチおよびタッチ解除機能が含まれます。
開始トリガがタッチである場合、タッチが検出される( 駆動ビットがセットされる ) と、LED はパルス駆動されます。
開始トリガがタッチ解除である場合、タッチが解除される ( 駆動ビットがクリアされる ) と、LED はパルス駆動されます。
既定値はほとんどの設計に適しています。しかし、その値はプロジェクトの要件に従って調整できます。
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図 16: パルス 1 とパルス 2 の設定
図 17: パルスのプロファイル
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ブリージング
LED がブリージング モードに設定されている場合、LED ドライバの出力デューディは、最小値から最大値まで徐々に上昇した後、再び最小値へと徐々に戻ります。上昇と下降はそれぞれ周期の半分です。
ブリージング モードの設定には最大値 / 最小値と周期が含まれます。
1. 最大値 / 最小値
このパラメータは、LEDを駆動するパルスのデューディの最大値と最小値を決定します。
既定値はほとんどの設計に適しています。しかし、その値はプロジェクトの要件に従って調整できます。
2. ブリージング周期
このパラメータは、各ブリージングの周期を決定します。
既定値はほとんどの設計に適しています。しかし、プロジェクトの要件に従って調整できます。図 18 に示すように、周期は 2976 ms です。図 19 に、このパルスのプロファイルを示します。
図 18: ブリージングの設定
図 19: パルスのプロファイル
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個別 LED 制御
全 LED 制御でパラメータを変更した場合、個別 LED制御で対応するパラメータは自動的に更新されます。
これらのパラメータについてはセクション「全 LED制御」を参照してください。
LED の挙動は個別に設定できます。
チューニング手順は以下の通りです。
1. 制御パネルの左側にある各LEDのボタンをクリックする。
2. 制御パネルに選択した LED が表示されたら、[Linkto Sensor] ボタンをクリックする
3. ( パネルに「Linked」と表示されたら、LED とタッチセンサのリンクに成功しています。図 20に示すように、LED1 はタッチセンサ 1 にリンクしています )。
4. LED がタッチセンサにリンクしたら、LED が設定可能になる ( 全てのパラメータはセクション「全LED 制御」のパラメータと同様です )。
5. [Behavior] をクリックして、要件に従って LED の挙動を設定する ( 挙動の設定はセクション「LED挙動設定」に記載しています )。
図 20: 個別 LED 設定
動作モード
CAP1XXX にはデバイスのハードウェア リソースに応じて 4 つまたは 3 つの動作モードがあります。詳細は各 CAP1XXXデバイスのデータシートを参照してください。
• アクティブモード
アクティブモードでは全ての機能が有効です。
• スタンバイモード
アクティブモードと比較して、感度、しきい値等の個別設定が実装されており、指定したセンサがスキャンされます。
• ディープスリープ モード
ディープスリープ モードでは、センサのスキャンとLED の駆動は停止します。
• コンボモード
コンボモードでは、アクティブセンサとスタンバイセンサが同時に別々の設定でスキャンされます。
図 21 と図 22 に示すように、CAP1XXX GUI でスイッチボタンをクリックする事で簡単にモードを変更できます。
ホストがデバイスを制御している場合、ホストは対応するビットをセットまたはクリアする事でモードを有効または無効にできます。
図 21: CAP129X ファミリの動作モード
図 22: CAP11XX ファミリの動作モード
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アドバンスト チューニング
ベーシック チューニングが完了したらアドバンストチューニングを始められます。アドバンスト チューニングには、全てのタッチキーで必要な性能を達成するための感度、ゲイン、しきい値、応答時間、校正、消費電力の各チューニングが含まれます。
スキャンおよび応答時間
1. 図 23 に示すように、[Defaults] ボタンをクリックして既定値から始める ( タッチキー コントローラは全て既定値で実行します )。
図 23: 既定値の設定
2. タッチキー システムを校正する ( 図 24 に示すように、既定値を設定した後、[Calibration Activate]ボタンをクリックしてシステムを校正します。校正が完了すると、図 25 に示すようにセンサのデルタカウントはほとんどゼロになります )。
図 24: タッチキー システムの校正
図 25: 校正後のセンサのデルタカウント
有効なセンサの個数が一定の場合、応答時間はサイクル時間、単一サンプリング時間、平均化のためのサンプル数で決まります ( 図 26 参照 )。
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図 26: 既定値によるスキャン設定
図 27: スキャンおよび応答時間
図27に基づいて、総スキャン時間は式1で表されます。
式 1: 総スキャン時間
更新周期は式 2 で表されます。
式 2: サイクル時間
応答時間のチューニング手順は以下の通りです。
1. 3 つのパラメータを既定値に設定する。
2. 標準金属製フィンガでキーをタッチし、応答性能を計測する。
3. 性能が要件を満たせない場合、サイクル時間を短くする ( 例 : 35 ms)。
4. 上記手順 2 を繰り返し、応答時間を計測する。
5. 応答時間が要件を満たせない場合、単一サンプリング時間を短くする ( 例 : 640 µs)。
6. 指先のタッチで応答時間を計測する。
7. 応答時間が要件を満たせない場合、平均化のためのサンプル数を減らす ( 例 : 4 以下にする )。
8. 3 つのパラメータ ( サイクル時間、単一サンプリング時間、平均化のための単一サンプル数 ) を調整し、十分な応答性能を得る。
9. 計算サイクル時間は設定サイクル時間以下にする必要がある。
感度としきい値のチューニング
スキャンと応答のチューニングが完了したら、感度としきい値のチューニングを始められます。感度としきい値はアクティブモードとスタンバイモードで異なります。従って、チューニングは 2 つの部分に分かれます。アクティブモードとスタンバイモードです。
アクティブモード
アクティブモードのチューニング手順は以下の通りです。
1. スイッチボタンをクリックしてアクティブモードに切り換える。
2. 指定の金属製フィンガでタッチキーに触れ、センサのデルタカウントを計測する ( 感度はアプリケーション要件で決まります。通常、フィンガのサイズは 9 mm です。デルタカウントは 60 ～ 110 とします。
3. 図 28 に示すようにセンサのデルタカウントが60 ～ 110 のレンジ外の場合、感度を調整してデルタカウントがレンジ内に収まるようにします )。
Note: 平均化はノイズ耐性に影響を与える場合があります。
Tscan Tsample Nsample Nsensor =
Tscan = 総スキャン時間
Tsample = 単一サンプリング時間
Nsample = 平均化のためのサンプル数
Nsensor = 有効なセンサ数
Tcycle Tscan Tidle+=
Note: Tcyle = サイクル時間
Tidle = アイドル時間
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図 28: タッチによるデルタカウント
4. ゲインを調整する。最大および最小感度が要件を満たせない場合、ゲイン値を 1 カウントずつ調整する ( 図 29 参照 )。
図 29: ゲイン値の調整
5. ゲインを調整した後、デルタカウントが要件を満たすまで手順 3 ～ 5 を繰り返す。
6. 適切なしきい値を設定する ( しきい値はタッチのデルタカウントの約 75% を推奨します。例えば、センサ 8 のデルタカウントは 93 であるため、センサ8のしきい値は式3に示すように設定します)。
式 3: センサ 8 のしきい値
この式は全てのタッチキーのしきい値の設定に適用できます ( 図 30 参照 )。
図 30: アクティブモードのしきい値
スタンバイモード
スタンバイモードでは、全てのセンサは 1 つのしきい値を共有します。図 31 に示すように、スタンバイチャンネルに割り当てられたセンサは、スタンバイモードでは同じしきい値を共有します。
図 31: スタンバイモードの感度としきい値
アクティブモードのチューニングが完了した後、ステータスおよび制御パネルの「STBY」スイッチをクリックしてスタンバイモードのチューニングに切り換えます。
ボタン
スタンバイモードでは、タッチキーをボタンまたは近接検出として使えます。タッチキーをボタンとして使う場合、チューニング手順はアクティブモードと同様です ( セクション「アクティブモード」の手順 3 ～ 5参照 )。
93 75% 70=
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近接検出
タッチキーを近接検出として使う場合、近接検出のチューニング手順を使います。
例として CAP1298 EVB を取り上げます ( センサ 1 はスタンバイセンサとして割り当てられています )。
1. [Max Duration Enable] を無効にし、最大継続時間の経過による再校正を防止する。
2. ノイズしきい値を使うため [Digital Noise Threshold]を無効にする。
3. ノイズしきい値を既定値に設定する。
4. スタンバイ感度を x8 に設定する。
5. 手のひらを近接センサの上にかざし、10 cm の距離を保つ。
6. センサのデルタカウントが 60 ～ 110 のレンジにない場合、スタンバイ感度を高くする ( 例 : x16)。
7. センサのデルタカウントがレンジ内に入るようにスタンバイ感度を上げる。
8. スタンバイ感度を最大にしても要件を満たせない場合、ゲインを大きくして手順 5 ～ 7 を繰り返す。
9. 性能が要件を満たすまでパラメータを調整する。
消費電力のチューニング
消費電力は、有効になっているセンサ入力の数、平均化に用いるサンプル数、サンプリング時間、サイクル時間で決まります。
アクティブまたはスタンバイモードで有効なセンサ数が一定の場合、消費電力はスキャン設定で決まります( 図 26 参照 )。
消費電力はサイクル時間に反比例します。サイクル時間が長いほど消費電力は小さくなります。
図 27 に示すように、サイクル時間が一定の場合消費電力は総スキャン時間に比例します。
消費電力のチューニング手順は以下の通りです。
1. スキャンのパラメータを既定値に設定する。
2. 消費電力を計測する。
3. 性能が要件を満たせない場合、サイクル時間を長くする ( 例 : 105 ms)。
4. 消費電力を計測する。
5. 性能が要件を満たせない場合、平均化のためのサンプル数を減らす ( 例 : 4)。
6. 消費電力を計測する。
7. 性能が要件を満たせない場合、単一サンプリング時間を短くする ( 例 : 640 µs)。
8. 上記の手順 2 ～ 7 を繰り返し、要件を満たすまで3 つのパラメータを調整する。
この調整は、応答時間のチューニングの設定を取り消します。
ノイズ耐性のチューニング
ノイズ耐性は、静電容量式センシング システムにとって重要です。CAP1XXX シリアル タッチキーコントローラは、ノイズを抑制するアナログおよびデジタルフィルタをサポートしています。
ノイズ耐性は、フィルタとスキャンの設定に関係しています。
フィルタのチューニング
フィルタにはデジタルフィルタとアナログフィルタがあります。
アナログノイズ
1. 低周波ノイズの検出
検出器は全センサチャンネルに配置されています。低周波ノイズがセンサチャンネルに注入されてサンプリング データが破損した場合、タッチキー コントローラは破損したデータを破棄します。
検出器が低周波ノイズを検出すると、対応するチャンネルのデルタカウントはゼロにリセットされます。
この機能は、[DISABLE ANALOG NOISE] 機能を無効にする事で有効になります。ノイズ耐性を向上させるため、この機能を有効にする事を推奨します ( 図 32参照 )。
図 32: フィルタのチューニング
2. RF ノイズの検出
アナログブロックが RF ノイズを検出すると、対応するチャンネルのデルタカウントはゼロにリセットされます。
Note: 無線通信信号に反応して有効なタッチを誤って遮る事があるため、新規設計にはRF ノイズ検出機能は推奨しません。この機能を無効にするには [DIS RF NOISE]にチェックを入れます。
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デジタルノイズ
静電容量式タッチセンサ入力が、センサノイズしきい値を超えたもののタッチしきい値を超えていない場合、その信号はノイズスパイクで生じたものと判断します。ここでタッチしきい値とは、アクティブ状態ではタッチしきい値、スタンバイ状態ではスタンバイしきい値の事です。この時のサンプルは、自動再校正ルーチンで使われないように破棄されます。
図 32 に示すように、[DISABLE DIGITAL NOISE] 機能を無効にする事でこの機能は有効になります。ノイズ耐性を向上させるため、この機能を有効にする事を推奨します。また、センサのノイズしきい値は実際のノイズレベルに従って適切に設定する必要があります。
スキャン設定のチューニング
適切なスキャン設定はノイズの抑制に役立つ事があります。アクティブおよびスタンバイモードでは、チャンネル出力は単一サンプルの平均値です。従って、これらのサンプルの平均化は、スパイクノイズを抑制できる一種のローパスフィルタです。
平均化に使う単一サンプル数が多いほどノイズ耐性が強くなります。
平均化に使う単一サンプル数には既定値を推奨します。センサのデルタカウントに明らかなノイズが検出される場合、ノイズを抑制するために大きな値を使います( 例 : x16 または x32)。
しかし、このチューニングは応答時間と消費電力に影響します。これは応答時間、消費電力、ノイズ耐性の間のトレードオフです。
校正と再校正
CAP1XXX シリアル タッチキー コントローラは、2 種類の校正 ( アナログ校正とデジタル校正 ) をサポートしています。校正はタッチ感度にとって非常に重要です。
アナログ校正
アナログ校正はパワーオン リセット、モード変更、ホストからの要求後に自動的に実行されます。
アナログ校正中、アナログ検出回路はタッチされていないパッドの静電容量に合わせて調整され、ベースカウントが確立されます。校正後、タッチされていないセンサカウントは全てゼロになります。
CAP1XXXシリアル タッチキー コントローラがサポートできる外部静電容量の最大値は 50 pF であるため、外部容量がそれより大きいとアナログ校正は失敗します。図 33 に、成功したアナログ校正を示します。この場合、各チャンネルの静電容量は 50 pF 以内です。
図 33: 校正結果
アナログ校正のトリガ
アナログ校正は以下の手順のいずれかによってトリガされます。
• タッチキー コントローラが起動する。• モードが変わる ( 例 : タッチ コントローラがスタンバイモードからアクティブモードに切り換わる )。
• ホストが校正コマンドを送る ( 図 34 に示すように、CAP1XXX GUI を使うと [Calibration Activate]スイッチをクリックして校正をトリガできます )。
図 34: 校正の手動トリガ
デジタル校正
デジタル校正は、以下の状況でトリガされます。
- アナログ校正が成功した後 - タッチしていない状態での通常校正- 最大継続時間のタッチのタイムアウト- 連続する負のデルタカウント
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定期的な自動再校正
各センサ入力は指定した間隔で定期的に再校正されます。再校正ルーチンは直近の計測値の平均値を保存し、静電容量式タッチセンサ入力のベースとなる「タッチしていない」設定を周期的に更新します。自動再校正は、デルタカウントがアクティブセンサの入力しきい値を下回っており、かつタッチが検出されていない場合にのみ実行されます。平均化する計測値の個数はユーザが指定します ( 図 35 参照 )。
図 35: 通常校正のサンプル数
ほとんどの場合、そのまま既定値を使えます。サンプル数を少なくすると校正頻度が高くなり、温度変化等の環境からの影響が低減され、システムの堅牢性が向上します。
負のデルタカウントの再校正
タッチキーがタッチに応答しなくなる事があります。このような状況は、ノイズの多い環境でパッドにタッチした状態で再校正したもののデルタカウントがしきい値を超えていなかった場合、その他の環境の変動等によるものです。その場合、ベースであるタッチしていない時のセンサ入力が負のデルタカウント値を生成する場合があります。負のデルタカウントが指定した個数だけ連続すると、校正が強制的にトリガされます。校正の後、タッチ解除後に負のデルタカウントと感度は回復します。図 36 に、負のデルタカウントの再校正のためのチューニングを示します。ほとんどの場合、そのまま既定値を使えます。しかし、必要に応じてこの設定を負のデルタカウントに合わせて調整します。
図 36: 再校正をトリガする負のデルタカウント
タイムアウト再校正
ボタン上に何かが置かれ、長時間にわたってタッチが検出される「スタックボタン」が発生する事があります。ボタンへのタッチが長く継続した場合、再校正をトリガできます。タイムアウト再校正は、デルタカウントがアクティブセンサの入力しきい値を上回っている場合にのみ実行されます。
タイムアウト校正のチューニング手順は以下の通りです。
• この機能を有効にする ( 図 37 参照 )。• 最大継続時間を設定する ( 図 38 参照 )。
図 37: タイムアウト再校正の有効化
図 38: 最大継続時間の設定
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設定の保存と読み込み
チューニング完了後、全設定値を保存する必要があります。こうすると、これらの設定値でデバイスを素早く設定、またはドライバ内に統合できます。図 39 に、保存と読み込みのためのツールを示します。
図 39: 設定の保存と読み込み
設定の保存方法
デバイス設定の保存手順は以下の通りです。
1. [Save and Load] タブを選択する。
2. パスをタップするかフォルダアイコンをクリックして保存場所を参照する。
3. [Save]スイッチをクリックして設定をファイルに保存する ( ファイル拡張子は .txt)。
設定の読み込み方法
デバイス設定の読み込み手順は以下の通りです。
1. [Save and Load] タブを選択する。
2. フォルダアイコンをクリックし、設定が保存されているファイルの場所を参照する。
3. [Load] スイッチをクリックして設定を読み込む。
図 39 に詳細を示します。
クイックロード
「クイックロード」機能を使うと素早く設定ファイルを読み込む事ができます ( 図 41 参照 )。
「クイックロード」ボタンは、ボタンの上に表示されているファイル名の、インストール フォルダ内の .txtファイルにリンクしています。例えば「C:\ProgramFiles (x86)\Microchip\CAP1XXX GUI\CAP11xx」です。
このフォルダ内にボタンと同じ名前のファイルが保存されています ( 図 40 参照 )。
図 40: クイックロード ファイル
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図 41: 設定のクイックロード 「クイックロード」を使ってデバイス設定を読み込む手順は以下の通りです。
1. チューニングが完了し、設定を保存した後、ファイル名を「Buttons」とする。
2. ボタンの上のテキストボックスにそのファイル名( 拡張子を除く ) を入力し、次にそのボックスの外でクリックしてファイルと「クイックロード」ボタンをリンクさせる。
3. このボタンをクリックしてファイルを素早く読み込む。
ドライバ統合
設定を保存したら、ドライバに統合できます。
ドライバのサンプルコードは以下のフォルダ内にあります。C:\Program Files (x86)\Microchip\CAP1XXX GUI\CAP1XXX I2C Driver Example
図 42: ドライバの場所
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以下の手順で設定をドライバに統合します。
1. cap_driver.cファイル内のCAP_defaultConfiguration 配列の内容を、保存された設定値と置き換える ( 図 43 参照 )。
2. パラメータの実際の数値に従ってパラメータCAP_NUM_WRITABLE_REGISTERS を変更する。
図 43: ソースコードの詳細
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補遺 A: 参考資料
Microchip 社はタッチキー コントローラを採用した設計をサポートするため一連の文書を作成しました。以下の一覧は、参考資料として適切な文書を見つけるのに役立ちます。
1. 『CAP1XXX User’s Guide』
2. 『CAP1xxx 評価用ボード ユーザガイド』(DS50002221)
3. CAP1188 データシート (DS00001620)
4. CAP1298 データシート (DS00001571)
補遺 B: 計測単位
この表には、本アプリケーション ノートで使う計測単位の一覧を示します。
表 3: 計測単位
記号 計測単位
摂氏
µA マイクロアンペア
µF マイクロ ファラッド
µs マイクロ秒
µV マイクロボルト
Kbps キロビット (1024 ビット ) 毎秒
kHz キロヘルツ
MHz メガヘルツ
MΩ メガオーム
mA ミリアンペア
ms ミリ秒
s 秒
pF ピコファラッド
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Microchip 社製デバイスのコード保護機能に関して以下の点にご注意ください。
• Microchip 社製品は、該当する Microchip 社データシートに記載の仕様を満たしています。
• Microchip 社では、通常の条件ならびに仕様に従って使用した場合、Microchip 社製品のセキュリティ レベルは、現在市場に
流通している同種製品の中でも最も高度であると考えています。
• しかし、コード保護機能を解除するための不正かつ違法な方法が存在する事もまた事実です。弊社の理解では、こうした手法
は Microchip 社データシートにある動作仕様書以外の方法で Microchip 社製品を使用する事になります。このような行為は知
的所有権の侵害に該当する可能性が非常に高いと言えます。
• Microchip 社は、コードの保全性に懸念を抱いているお客様と連携し、対応策に取り組んでいきます。
• Microchip 社を含む全ての半導体メーカーで、自社のコードのセキュリティを完全に保証できる企業はありません。コード保
護機能とは、Microchip 社が製品を「解読不能」として保証するものではありません。
コード保護機能は常に進歩しています。Microchip 社では、常に製品のコード保護機能の改善に取り組んでいます。Microchip 社の
コード保護機能の侵害は、デジタル ミレニアム著作権法に違反します。そのような行為によってソフトウェアまたはその他の著作
物に不正なアクセスを受けた場合、デジタル ミレニアム著作権法の定めるところにより損害賠償訴訟を起こす権利があります。
本書に記載されているデバイス アプリケーション等に関する
情報は、ユーザの便宜のためにのみ提供されているものであ
り、更新によって無効とされる事があります。お客様のアプ
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あります。Microchip 社は、明示的、暗黙的、書面、口頭、法
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11/07/16