白皮書下載｜車規3D觸控方案白皮書

隨著智能觸摸和智能表面概念在汽車應用中的興起，純電容式觸摸技術被廣泛應用于汽車內外裝飾應用中，取代了傳統的機械按鍵，在一定程度上提升了汽車中的人機交互體驗感和科技感。然而，隨著越來越多的人機交互應用場景的出現，以及基于傳統純電容方案的汽車大規模進入市場，純電容觸控方案的弊端從開發端到用戶端已經越來越明顯。包括按鍵的誤觸、多個按鍵的盲目操作、水的誤觸發、EMC抗干擾等等，都給智能觸摸和智能表面在汽車上更大范圍的應用和普及造成了一定的障礙。業界也在積極思考如何在可接受的成本范圍內，通過技術迭代改進，解決現有的痛點，提高方案的可靠性。在這種背景下，泰西威倡導的雙模3D觸控芯片及其整體方案應運而生。整個方案由泰西微公司開發的專用人機交互MCU和深圳紐迪瑞公司開發的基于惠斯通電橋的柔性壓力傳感器組成。整體方案解決了現有純電容觸控的所有痛點，成本可控，生產力強。方案中包含的芯片和傳感器均通過了相關的AEC-Q100/200測試認證。本文后面幾頁將更詳細地介紹相關方案的市場、技術和應用。

本白皮書面向從事汽車人機交互、智能內外飾相關應用的技術和營銷人員、汽車相關行業分析師和行業投資機構。希望能給行業帶來一些參考價值。

可以通過掃描以下二維碼下載完整的白皮書:

市場調查和需求分析

智能鑰匙和智能表面市場概述

隨著新能源技術的發展，汽車動力系統越來越難以區分。汽車行業的發展已經從基于機械和內燃機系統的動力系統的競爭，演變為智能、舒適和科技感的競爭，帶來了整個生態系統的快速進化。

智能按鈕和智能表面作為汽車智能化的重要組成部分，目前正處于快速發展階段。隨著由儀表、娛樂、空調等獨立單元組成的傳統駕駛艙向駕駛艙域+ADAS域的快速演進，集成的透屏和雙屏越來越多地用于新發布的車型中，傳統中控部分用于調節空調和娛樂導航等功能的機械按鈕被集成到大顯示屏中或轉換為智能按鈕并轉移到其他位置。對于集成在顯示屏中的功能鍵，面臨多層菜單的操作復雜度，更適合集成娛樂、導航、通訊等與駕駛、車身控制無關的功能；對于一些常用且用戶希望快速響應的與車輛駕駛和車身控制相關的功能，按鈕形式將更適合方便和安全，但受限于可用面積和空間，占用空間較大的機械按鈕將被轉化為更小的智能按鈕，并轉移到顯示屏的下部、檔位控制面板或多功能方向盤上。智能按鍵不僅具有結構件體積小、重量輕的優勢，還能改善觸覺反饋、聲音反饋、光效反饋等用戶體驗。，并且它們在汽車中的應用正在迅速增加。

圖1基于傳統機械鑰匙的室內裝飾

圖2大屏幕+智能按鈕

智能表面是未來汽車內外飾的發展方向。它通過在室內外裝修材料中加入電子產品結構，實現了塑電一體化，在我們不需要的時候隱藏起來，必要的時候通過靠近、手勢或語音控制激活，得到反饋和響應。在信息顯示方面，智能面可以將車內的所有功能無縫集成到一個統一的面上，實現無縫連接。

在未來，汽車的每個表面都可以是智能表面。我們只需要在車內覆蓋的表面上移動雙手，就會出現一個交互界面或者動態氛圍燈。這些表面可以和我們互動，根據用戶的需求出現在合適的地方。有很多方法可以展示它們:

●方向盤智能表面設計:通過觸摸、按壓或手勢可以觸發轉向信號、車載娛樂系統控制、汽車排擋速度控制等功能。

●車門飾板和把手:后視鏡、車窗控制和座椅調節可以通過觸摸技術集成。

●智能座椅控制:智能表面用于設置不同的場景，如座椅調節、座椅加熱、按摩、一鍵零重力、環境照明等功能。

智能玻璃和天窗設計，采用特殊的薄膜設計，插入玻璃中，然后通過電子控制信號改變透明度來實現汽車內部氛圍燈和圖像的控制功能。

圖3無處不在的智能表面

智能曲面在設計上的自由度也會變得更加靈活。一方面，我們可以調整居住者的可視功能數量和他們當前的需求；另一方面，也有利于設計師充分發揮想象力，設計出更具高科技感和美感的作品，從而提高內在的視覺和觸覺效果。智能表面可以減少多余的按鈕和開關，暫時不用的功能可以變暗或消失。在未來，幾乎任何表面都可以加載功能，因此多余的空間可以用作存儲空間或其他物品。盡量減少車內空隙，從而實現整體內飾風格的無縫統一，擴大空間利用率。

目前，智能表面技術正在快速發展，未來車輛的內部將被一個集視覺美感和功能性于一體的大型智能表面所覆蓋。在整體設計上，也讓消費者感受到更多的設計感和科技感。智能按鈕作為人機交互的基本形式，將是智能按鈕的基本組成部分。

除了內飾部分的應用，外飾部分在智能按鍵和智能表面的應用也發展迅速。比如隱藏式觸摸門把手的應用，讓車輛外觀更加美觀節能，尾門踢開控制器解決了用戶雙手拿東西時打開尾門的困難。智能B柱作為共享汽車的輸入板塊，也呈現出越來越多的應用案例。

基于以上情況，預計每輛自行車的智能按鈕芯片數量將達到20至30個之多，這對整車的智能體驗和成本越來越重要，相應方案的選擇也越來越重要。

智能鑰匙和智能面系統的組成及方案選擇

智能按鍵的人機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來可靠識別用戶的觸摸動作，主要有電容式、電阻式、紅外式、電感式等。反饋部分是對用戶的操作進行反饋，確認操作成功。兩者結合，在功能和用戶習慣上完全可以替代傳統的機械按鍵，同時外觀更加美觀，占用空間更少，提升整車科技感。

在智能鑰匙的技術選型上，電容式觸摸方案作為最通用、性價比最高的方案被廣泛采用，但也存在很多問題，如防水問題、防誤操作問題、防電磁干擾問題、裝配精度問題等。這是單個電容檢測難以完美解決的問題。多模方案自然成為業界尋求的改進方案。其中壓力和紅外是最常用的方案。其中紅外探測主要使用高成本的光電轉換器件，對裝配精度要求較高。而且信號輸出與地表變形的關系也是非線性的，對環境變化的適應靈敏度較弱。還有電容式或電阻式壓力檢測方法，其中電容式壓力法要求兩片電容膜之間為真空環境，支撐面需要平整，壓力和電容變化呈非線性，在工程實踐中面臨許多難以克服的挑戰。作為一種新型的檢測方式，電阻式壓力傳感器具有高線性度、靈活組裝、高靈敏度和低功耗等特點，將成為多模式觸控的首選方案，并得到越來越多業界客戶的認可。

傳統電容式觸摸方案介紹

根據感應方式的不同，傳統的觸摸方案大致可以分為四類:電阻式、電容式、紅外線和超聲波。目前大部分應用(包括汽車)都采用電容式觸控。

電容式觸摸可分為自含式和互含式兩種檢測方式，應用原理不同，應用場合也不同。

圖4是自含式觸摸的原理示意圖。自電容檢測使用電極，觸摸芯片會檢測電極與地之間的電容。如果將手指放在傳感器上，測得的電容將會增加。自電容感應最適合單點觸摸傳感器，比如按鈕。

圖古……4獨立觸摸原理

圖5是自電容原理的示意圖。互電容感應將測量兩個電極之間的電容。其中一個電極稱為發射電極(TX ),另一個稱為接收電極(RX)。在互電容測量系統中，數字電壓(VDDD和GND之間的信號切換)提供給TX引腳，并測量RX引腳上接收的電荷。RX電極接收的電荷與兩個電極之間的互電容(Cx)成正比。當手指放在TX和RX電極之間時，互電容Cx將降至。由于互電容的減少，RX電極上接收的電荷也將減少。互電容效應最適合多點觸控系統，比如觸摸屏和觸摸板。

圖5相互觸摸原理

圖6是對自帶電容式觸摸工作原理的介紹，分為觸摸狀態和非觸摸狀態。

圖6獨立工作原理

非觸摸狀態下的物理模型如上圖所示。整個系統將由三個等效電容組成，一個是寄生電容Cp(寄生電容)，一個是電極電容Ce(電極電容)，一個是地回路電容Cg(地回路電容)。這三個電容不是靜態的，它們會因周圍環境的變化而變化，所以在非觸摸狀態下，電容值會有波動，這就是所謂的電容本底噪聲。需要通過軟件進行修正，保證不會因為周圍環境的變化而出現誤判。

圖7基于自電容的人體感應原理。

如圖7所示，人體靠近電容檢測電極時的物理模型如上圖所示，與不靠近時相比將增加一個觸摸電容Ct(touch cap)。人體離電容檢測電極越近，Ct就會越大。當電容變化在一定時間范圍內達到一定閾值時，我們就可以判斷有觸摸事件發生。

雖然自含式觸摸在汽車上應用廣泛，但也存在一些難以解決的問題，主要有:

1.防水效果差

像車窗附近的汽車外觀和汽車內飾部件，很容易碰到一些水滴或者水流，電容式觸摸在這種場景下很容易產生一些誤操作。比如門把手、尾門開關、車窗升降開關，在雨天或者洗車場景下容易出現誤判。

2.容易誤觸低阻抗的物體。

因為電容式觸摸的檢測原理是在短時間內檢測周圍環境介電常數的變化來判斷是否有觸摸動作，所以當有低阻抗或介電常數與人體相近的物體(如金屬)靠近時，很容易做出反應。

3.抗電磁干擾能力差

由于電容觸摸采用共模檢測，電容檢測電極類似于天線，容易對電源紋波和高頻噪聲干擾造成誤觸，尤其是EMC測試中射頻噪聲和電源線、地線噪聲的抗干擾效果不佳。

4.盲目鍛煉效果差

用戶不經意的操作會造成誤觸發，比如方向盤控制器。在駕駛過程中需要駕駛員盲目操作的場景下，手很大概率會觸碰到電容式按鍵較多的觸摸區域。

5.對開發者的技術能力要求很高。

由于電容式觸控抗干擾性差，對周圍器件的高頻干擾容易產生串擾，因此在結構堆疊、版圖設計和器件放置，以及觸控算法的調試等方面都有一定的難度，開發周期長。所以在設計過程中，對結構工程師、硬件工程師、軟件工程師的要求都非常高。

基于純電容式觸摸存在的諸多問題，越來越多的人機交互觸摸方案開始考慮集成壓力檢測技術。通過壓力檢測判斷按壓動作，常用的壓力檢測技術……邏輯包括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壓力傳感檢測和惠斯通電橋壓力傳感檢測技術。

主要壓力傳感技術路線分析

電容式壓力傳感器檢測技術

電容式壓力傳感器的檢測技術需要在壓力檢測位置搭建一個電容，檢測按壓過程中電容的電容變化來判斷按壓動作。隨著智能觸摸和智能表面概念在汽車應用中的興起，純電容式觸摸技術被廣泛應用于汽車內外裝飾應用中，取代了傳統的機械按鍵，在一定程度上提升了汽車中的人機交互體驗感和科技感。然而，隨著越來越多的人機交互應用場景的出現，以及基于傳統純電容方案的汽車大規模進入市場，純電容觸控方案的弊端從開發端到用戶端已經越來越明顯。包括按鍵的誤觸、多個按鍵的盲目操作、水的誤觸發、EMC抗干擾等等，都給智能觸摸和智能表面在汽車上更大范圍的應用和普及造成了一定的障礙。業界也在積極思考如何在可接受的成本范圍內，通過技術迭代改進，解決現有的痛點，提高方案的可靠性。在這種背景下，泰西威倡導的雙模3D觸控芯片及其整體方案應運而生。整個方案由泰西微公司開發的專用人機交互MCU和深圳紐迪瑞公司開發的基于惠斯通電橋的柔性壓力傳感器組成。整體方案解決了現有純電容觸控的所有痛點，成本可控，生產力強。方案中包含的芯片和傳感器均通過了相關的AEC-Q100/200測試認證。本文后面幾頁將更詳細地介紹相關方案的市場、技術和應用。

本白皮書面向從事汽車人機交互、智能內外飾相關應用的技術和營銷人員、汽車相關行業分析師和行業投資機構。希望能給行業帶來一些參考價值。

可以通過掃描以下二維碼下載完整的白皮書:

市場調查和需求分析

智能鑰匙和智能表面市場概述

隨著新能源技術的發展，汽車動力系統越來越難以區分。汽車行業的發展已經從基于機械和內燃機系統的動力系統的競爭，演變為智能、舒適和科技感的競爭，帶來了整個生態系統的快速進化。

智能按鈕和智能表面作為汽車智能化的重要組成部分，目前正處于快速發展階段。隨著由儀表、娛樂、空調等獨立單元組成的傳統駕駛艙向駕駛艙域+ADAS域的快速演進，集成的透屏和雙屏越來越多地用于新發布的車型中，傳統中控部分用于調節空調和娛樂導航等功能的機械按鈕被集成到大顯示屏中或轉換為智能按鈕并轉移到其他位置。對于集成在顯示屏中的功能鍵，面臨多層菜單的操作復雜度，更適合集成娛樂、導航、通訊等與駕駛、車身控制無關的功能；對于一些常用且用戶希望快速響應的與車輛駕駛和車身控制相關的功能，按鈕形式將更適合方便和安全，但受限于可用面積和空間，占用空間較大的機械按鈕將被轉化為更小的智能按鈕，并轉移到顯示屏的下部、檔位控制面板或多功能方向盤上。智能按鍵不僅具有結構件體積小、重量輕的優勢，還能改善觸覺反饋、聲音反饋、光效反饋等用戶體驗。，并且它們在汽車中的應用正在迅速增加。

圖1基于傳統機械鑰匙的室內裝飾

圖2大屏幕+智能按鈕

智能表面是未來汽車內外飾的發展方向。它通過在室內外裝修材料中加入電子產品結構，實現了塑電一體化，在我們不需要的時候隱藏起來，必要的時候通過靠近、手勢或語音控制激活，得到反饋和響應。在信息顯示方面，智能面可以將車內的所有功能無縫集成到一個統一的面上，實現無縫連接。

在未來，汽車的每個表面都可以是智能表面。我們只需要在車內覆蓋的表面上移動雙手，就會出現一個交互界面或者動態氛圍燈。這些表面可以和我們互動，根據用戶的需求出現在合適的地方。有很多方法可以展示它們:

●方向盤智能表面設計:通過觸摸、按壓或手勢可以觸發轉向信號、車載娛樂系統控制、汽車排擋速度控制等功能。

●車門飾板和把手:后視鏡、車窗控制和座椅調節可以通過觸摸技術集成。

●智能座椅控制:智能表面用于設置不同的場景，如座椅調節、座椅加熱、按摩、一鍵零重力、環境照明等功能。

智能玻璃和天窗設計，采用特殊的薄膜設計，插入玻璃中，然后通過電子控制信號改變透明度來實現汽車內部氛圍燈和圖像的控制功能。

圖3無處不在的智能表面

智能曲面在設計上的自由度也會變得更加靈活。一方面，我們可以調整居住者的可視功能數量和他們當前的需求；另一方面，也有利于設計師充分發揮想象力，設計出更具高科技感和美感的作品，從而提高內在的視覺和觸覺效果。智能表面可以減少多余的按鈕和開關，暫時不用的功能可以變暗或消失。在未來，幾乎任何表面都可以加載功能，因此多余的空間可以用作存儲空間或其他物品。盡量減少車內空隙，從而實現整體內飾風格的無縫統一，擴大空間利用率。

目前，智能表面技術正在快速發展，未來車輛的內部將被一個集視覺美感和功能性于一體的大型智能表面所覆蓋。在整體設計上，也讓消費者感受到更多的設計感和科技感。智能按鈕作為人機交互的基本形式，將是智能按鈕的基本組成部分。

除了內飾部分的應用，外飾部分在智能按鍵和智能表面的應用也發展迅速。比如隱藏式觸摸門把手的應用，讓車輛外觀更加美觀節能，尾門踢開控制器解決了用戶雙手拿東西時打開尾門的困難。智能B柱作為共享汽車的輸入板塊，也呈現出越來越多的應用案例。

基于以上情況，預計每輛自行車的智能按鈕芯片數量將達到20至30個之多，這對整車的智能體驗和成本越來越重要，相應方案的選擇也越來越重要。

智能鑰匙和智能面系統的組成及方案選擇

智能按鍵的人機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來可靠識別用戶的觸摸動作，主要有電容式、電阻式、紅外式、電感式等。反饋部分是對用戶的操作進行反饋，確認操作成功。兩者結合，在功能和用戶習慣上完全可以替代傳統的機械按鍵，同時外觀更加美觀，占用空間更少，提升整車科技感。

在智能鑰匙的技術選型上，電容式觸摸方案作為最通用、性價比最高的方案被廣泛采用，但也存在很多問題，如防水問題、防誤操作問題、防電磁干擾問題、裝配精度問題等。這是單個電容檢測難以完美解決的問題。多模方案自然成為業界尋求的改進方案。其中壓力和紅外是最常用的方案。其中紅外探測主要使用高成本的光電轉換器件，對裝配精度要求較高。而且信號輸出與地表變形的關系也是非線性的，對環境變化的適應靈敏度較弱。還有電容式或電阻式壓力檢測方法，其中電容式壓力法要求兩片電容膜之間為真空環境，支撐面需要平整，壓力和電容變化呈非線性，在工程實踐中面臨許多難以克服的挑戰。作為一種新型的檢測方式，電阻式壓力傳感器具有高線性度、靈活組裝、高靈敏度和低功耗等特點，將成為多模式觸控的首選方案，并得到越來越多業界客戶的認可。

傳統電容式觸摸方案介紹

根據感應方式的不同，傳統的觸摸方案大致可以分為四類:電阻式、電容式、紅外線和超聲波。目前大部分應用(包括汽車)都采用電容式觸控。

電容式觸摸可分為自含式和互含式兩種檢測方式，應用原理不同，應用場合也不同。

圖4是自含式觸摸的原理示意圖。自電容檢測使用電極，觸摸芯片會檢測電極與地之間的電容。如果將手指放在傳感器上，測得的電容將會增加。自電容感應最適合單點觸摸傳感器，比如按鈕。

圖古……4獨立觸摸原理

圖5是自電容原理的示意圖。互電容感應將測量兩個電極之間的電容。其中一個電極稱為發射電極(TX ),另一個稱為接收電極(RX)。在互電容測量系統中，數字電壓(VDDD和GND之間的信號切換)提供給TX引腳，并測量RX引腳上接收的電荷。RX電極接收的電荷與兩個電極之間的互電容(Cx)成正比。當手指放在TX和RX電極之間時，互電容Cx將降至。由于互電容的減少，RX電極上接收的電荷也將減少。互電容效應最適合多點觸控系統，比如觸摸屏和觸摸板。

圖5相互觸摸原理

圖6是對自帶電容式觸摸工作原理的介紹，分為觸摸狀態和非觸摸狀態。

圖6獨立工作原理

非觸摸狀態下的物理模型如上圖所示。整個系統將由三個等效電容組成，一個是寄生電容Cp(寄生電容)，一個是電極電容Ce(電極電容)，一個是地回路電容Cg(地回路電容)。這三個電容不是靜態的，它們會因周圍環境的變化而變化，所以在非觸摸狀態下，電容值會有波動，這就是所謂的電容本底噪聲。需要通過軟件進行修正，保證不會因為周圍環境的變化而出現誤判。

圖7基于自電容的人體感應原理。

如圖7所示，人體靠近電容檢測電極時的物理模型如上圖所示，與不靠近時相比將增加一個觸摸電容Ct(touch cap)。人體離電容檢測電極越近，Ct就會越大。當電容變化在一定時間范圍內達到一定閾值時，我們就可以判斷有觸摸事件發生。

雖然自含式觸摸在汽車上應用廣泛，但也存在一些難以解決的問題，主要有:

1.防水效果差

像車窗附近的汽車外觀和汽車內飾部件，很容易碰到一些水滴或者水流，電容式觸摸在這種場景下很容易產生一些誤操作。比如門把手、尾門開關、車窗升降開關，在雨天或者洗車場景下容易出現誤判。

2.容易誤觸低阻抗的物體。

因為電容式觸摸的檢測原理是在短時間內檢測周圍環境介電常數的變化來判斷是否有觸摸動作，所以當有低阻抗或介電常數與人體相近的物體(如金屬)靠近時，很容易做出反應。

3.抗電磁干擾能力差

由于電容觸摸采用共模檢測，電容檢測電極類似于天線，容易對電源紋波和高頻噪聲干擾造成誤觸，尤其是EMC測試中射頻噪聲和電源線、地線噪聲的抗干擾效果不佳。

4.盲目鍛煉效果差

用戶不經意的操作會造成誤觸發，比如方向盤控制器。在駕駛過程中需要駕駛員盲目操作的場景下，手很大概率會觸碰到電容式按鍵較多的觸摸區域。

5.對開發者的技術能力要求很高。

由于電容式觸控抗干擾性差，對周圍器件的高頻干擾容易產生串擾，因此在結構堆疊、版圖設計和器件放置，以及觸控算法的調試等方面都有一定的難度，開發周期長。所以在設計過程中，對結構工程師、硬件工程師、軟件工程師的要求都非常高。

基于純電容式觸摸存在的諸多問題，越來越多的人機交互觸摸方案開始考慮集成壓力檢測技術。通過壓力檢測判斷按壓動作，常用的壓力檢測技術……邏輯包括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壓力傳感檢測和惠斯通電橋壓力傳感檢測技術。

主要壓力傳感技術路線分析

電容式壓力傳感器檢測技術

電容式壓力傳感器的檢測技術需要在壓力檢測位置搭建一個電容，檢測按壓過程中電容的電容變化來判斷按壓動作。電容器由兩個相互面對的平行導體和夾在它們之間的絕緣介質組成，其電容為

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其中包括:

ε是兩平行導體間絕緣介質的相對介電常數；

a是兩個平行導體所覆蓋的面積；

d是兩個平行導體之間的距離；

c是電容；

當ε、a或d發生變化時，電容c也會發生變化。

電容式壓力傳感器檢測技術是一種通過改變按壓時兩平行導體之間的距離來實現電容變化的技術。

可見，實現電容式壓力傳感器檢測的關鍵是在按壓位置建立一個穩定、一致、可靠的電容，按壓時能產生一定的行程距離。

因此，在設計電容時，必須確保:

①電容器的兩平行導體在空間上應完全重疊，兩導體間的距離應一致。

②檢測電路可以有效地檢測按壓過程中適當的位移行程引起的電容變化。

(3)絕緣介質的相對介電常數在各種使用環境下是一致的。

上述條件對電容器的載體結構和平行導體的生產和裝配精度要求極高，甚至需要在兩平行導體之間構建一個封閉的環境，并充入特定的氣體，以保證電容器中絕緣介質的相對介電常數在各種使用環境下保持不變，從而保證產品的性能和一致性，生產難度和成本極高。

電容檢測多采用電容觸摸的檢測原理，所以這種檢測技術不僅有構建電容的難度，還有電容觸摸固有的缺陷，比如防水誤觸、EMC、手套觸摸等，降低了客戶體驗。

電感式壓力傳感器檢測技術

電感式壓力傳感器檢測技術是利用電磁感應原理將壓力轉化為電感線圈自感的變化，再通過測量電路將其轉化為電壓或電流的變化來判斷按壓操作的檢測技術。

電感式壓力傳感器又稱變磁阻壓力傳感器，由鐵芯、線圈和電樞組成。如圖8所示:

圖8感應壓力傳感原理

線圈纏繞在鐵芯上，鐵芯和銜鐵均由導磁材料制成。電樞與鐵芯之間的氣隙距離為d，根據電磁感應定律，線圈電感的近似計算公式為:

6

其中包括:

n是纏繞在鐵芯上的線圈的匝數；

μ0是空氣的滲透性；

Ae是鐵芯的截面積；

d是鐵芯和電樞之間的氣隙厚度；

l是線圈電感；可以看出，磁路的氣隙磁阻可以僅通過改變鐵芯和電樞之間的氣隙或氣隙橫截面積來改變。

當壓力作用在電樞上時，電樞與鐵芯之間的氣隙d發生變化，引起氣隙中的磁阻發生變化，從而導致線圈電感的變化。然后是處理電路，常用的處理電路有交流橋式、變壓器式和諧振式等。，將這個電感的變化轉換成相應的電信號輸出，從而達到判斷按壓動作的目的。

電感式壓力傳感器具有結構相對簡單、無活動電觸點、使用壽命長、工作可靠等優點。其致命的缺點是低頻響應，不適合需要快速動態檢測的應用場景。

紅外壓力傳感器檢測技術

紅外壓力傳感器檢測技術是一種利用紅外的物理特性來檢測按壓位移的傳感器檢測技術。

紅外線是一種不可見光，具有光的所有特性，如透射、反射、折射、散射、吸收等。紅外傳感器根據紅外光產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。在紅外壓力傳感器的檢測技術中，采用了主動式紅外傳感器。

主動紅外傳感器技術主要采用發射和接收的系統結構。發射器由電源、光源和光學系統組成，接收器由光學系統、光電傳感器、放大器和信號處理組成。發射器中的紅外發光二極管在電源的激勵下發出調制后的紅外光束，由紅外接收器接收，將光信號轉換成電信號，經電路處理后傳輸給MCU進行處理。以便在發射器和接收器之間形成由紅外光束組成的警戒線。正常情況下，接收器接收到穩定的光信號。當發射器和接收器對不準時，或者紅外光的反射和折射距離發生變化時，紅外光束會被完全或部分遮擋，使接收器接收到的紅外信號發生變化，輸出電信號的強度發生變化，從而檢測到位移。

使用主動式紅外傳感器檢測位移時，需要保證以下條件:

①發射器和接收器的安裝位置需要在同一平面，且夾角固定，以保證發射器發出的紅外光被接收器有效接收。

(2)發生位移時，發射器和接收器之間的位移需要足夠大，以保證能夠檢測到紅外信號的變化。因為機械位移行程，結構上會有縫隙，會帶來防水問題，需要額外的結構設計來解決防水問題。

(3)發射器發出的紅外光束在不同的溫度環境下不能有明顯的變化。對于環境溫度過低的場景，需要專門的加熱器來保證探測器的正常工作。

④在整個產品生命周期中，需要為紅外檢測系統提供一個相對干凈、密封的工作環境，避免水汽、灰塵的雜亂情況，保證在相同的位移行程下，產生的信號變化是一致的。

綜上所述，利用紅外探測技術實現壓力感應操作有以下痛點:

①結構不能設計成一體式結構，所以防水。

②紅外光發射裝置和接收裝置的安裝位置要求位于同一平面，夾角固定，精度要求高，增加了生產和裝配的難度。

③需要額外的防塵防水設計，滿足防塵防水的要求，減少紅外光束的反射。

LED線性差，軟件算法復雜。

⑤系統復雜，功耗大，器件多，成本高。不能用在高密度的重點區域。

MEMS壓力傳感器檢測技術

MEMS壓力傳感器的檢測方案是一種高靈敏度、高靈敏度的壓力檢測方案集成，采用硅技術。采用MEMS器件作為敏感器件，將觸摸表面的形變轉化為電壓變化，通過芯片內部電路將電壓模擬量轉化為數字量，再通過芯片內置的比較器來判斷按壓操作。

這種方案的優點是可以檢測到觸控面板的微小變形，在理想條件下具有高靈敏度的特點。同時硬件設計簡單，沒有設計門檻。同時，在產品設計、生產工藝和性能方面存在以下問題，限制了其在汽車上大規模應用的可行性:

①傳感器芯片體積小、厚度薄、強度低，導致芯片在運輸、保壓甚至用戶使用過程中容易損壞，這是可靠性要求高的汽車應用中首先要避免的問題。

(2)如圖9所示，當傳感器貼在觸摸按壓面板底部時，雙面膠需要足夠的保壓時間和壓力才能激活，由于MEMS芯片表面的應力強度有限，很難保壓貼合。

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圖9 MEMS壓力傳感器表面安裝疊層結構

(3)如圖10所示，當傳感器采用簡支梁方案將力從觸摸面板直接傳導到傳感器表面時，由于MEMS芯片表面的應力強度有限，要求簡支梁端部與傳感器表面之間的位移行程控制在0.1mm±0.05mm以內。對結構和裝配精度提出了很高的要求，大大增加了生產難度和生產成本。

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圖10 MEMS壓力傳感器的簡支梁疊層結構

(4)由于傳感器位于芯片的底部，焊料的水平和焊接的飽滿度對芯片的靈敏度影響很大，對焊接技術要求很高。

MEMS壓力傳感器的輸出是ADC采集的數字信號，無法直接測量傳感器橋臂電阻，可測程度低。

⑥對于大面積智能表面應用，需要多個傳感器覆蓋整個表面。MEMS壓力傳感器由傳感器和測量芯片封裝而成，無法在單個芯片上支持多個壓力傳感器，導致整體成本較高。

惠斯通電橋柔性壓力傳感器檢測技術

基本原理

惠斯通電橋柔性壓力傳感器是一種基于壓阻材料的微型壓力傳感器，它利用惠斯通電橋結構將觸摸表面的按壓變形轉換成電壓變化的模擬量。它可以同時檢測拉伸應變和壓縮應變，如果受到壓縮力，其電阻值會被限制得更小；如果受到拉力，其電阻值會顯著增加。

傳感器的原理如圖11所示:

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圖11惠斯通電橋的傳感原理

傳感器產生的信號和曲率之間的關系如下:

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其中包括:

k:應變系數

ε:應變

Vcc:傳感器電源電壓

在這種壓力傳感器檢測技術中，影響檢測靈敏度的關鍵因素有兩個，一是傳感器的供電質量，二是溫度的影響。傳感器的電阻值隨溫度而變化。如果橋臂上的電阻處于不同的溫度區域，電阻值的溫度變化不一樣，會帶來測量誤差。上海泰西微電子有限公司的TCAE31A從硬件和軟件兩方面很好的解決了這兩個問題。TCAE31A芯片內部為傳感器提供了高質量、低紋波的電源。溫度對傳感器的影響可以通過泰西微提供的軟件算法進行實時修正和補償。

基于TCAE31A低至3.6uV的電壓分辨率和傳感器的靈敏度，有效范圍的曲率半徑可達0.91至1944米，具有極高的靈敏度、變形和耐壓能力。

獨特的優勢

惠斯通電橋柔性壓力傳感器檢測技術具有以下優點:

①靈敏度高，面板的微小變形能產生較大的電壓差，可直接檢測面板的變形。

②面板材質要求寬松，適用性強。

(3)面板一體化，容易實現整體防水。

(4)安裝方便。你可以把它貼在觸摸面板的底部，或者貼在印刷電路板上。選擇簡支梁將力傳導到PCB上，簡支梁的作用點不需要作用在傳感器上。

柔性壓力傳感器表面貼裝方案的疊層結構如圖12所示:

1

圖12柔性壓力傳感器的疊層結構。

柔性壓力傳感器簡支梁方案的疊層結構如圖13所示:

2

圖13柔性壓力傳感器簡支梁的疊層結構

⑤裝配精度不高，生產成本低。

⑥具有正壓阻效應，輸出線性度高。

⑦承壓能力極高，不易損壞。

⑧技術成熟穩定，已在各種世界知名電子產品品牌生產上億片，并經過大規模產業化驗證和技術迭代。

⑨在多傳感器應用中，傳感器可以共用一個專用芯片，整體成本較低。

常見問題/常見問題

以下是一些關于這種傳感技術的常見問題，供大家參考。

1.如何考慮高低溫、劇烈震動導致的PCB材料、膠材、壓力傳感器、外殼材料的變形問題導致的數據誤判？

a)本方案選用的傳感器在選材上避免了具有強粘彈性的高分子材料，能夠有效控制振動、高低溫等環境變化的影響。同時，針對溫度沖擊對壓力靈敏度虛警的影響，也對算法和方案進行了優化，即通過實時基線跟蹤修正所有相關環節引起的漂移，可以有效避免溫度沖擊引起的虛警。整個實現方案，從傳感器材料的選擇和設計，到芯片的硬件電路設計，再到算法，都有相應的原創專利技術，保證整個方案在環境變化中的高可靠性。

b)機械振動對PCB材料、膠材、壓力傳感器的影響主要體現在金屬疲勞和信噪比上。金屬疲勞主要集中在焊料上，焊料在汽車電子中的應用非常廣泛，也非常成熟。信噪比主要由超低噪聲信號調理電路、共模抑制電路和s……芯片中實現的ll信號放大電路。積分噪聲低至10nV√Hz，整個鏈路的有效分辨率為22bit，保證了整個信號鏈路的高信噪比性能。電容器由兩個相互面對的平行導體和夾在它們之間的絕緣介質組成，其電容為

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其中包括:

ε是兩平行導體間絕緣介質的相對介電常數；

a是兩個平行導體所覆蓋的面積；

d是兩個平行導體之間的距離；

c是電容；

當ε、a或d發生變化時，電容c也會發生變化。

電容式壓力傳感器檢測技術是一種通過按壓時改變兩平行導體之間的距離來實現電容變化的技術。

可見，實現電容式壓力傳感器檢測的關鍵是在按壓位置建立一個穩定、一致、可靠的電容，按壓時能產生一定的行程距離。

因此，在設計電容時，必須確保:

①電容器的兩平行導體在空間上應完全重疊，兩導體間的距離應一致。

②檢測電路可以有效地檢測按壓過程中適當的位移行程引起的電容變化。

(3)絕緣介質的相對介電常數在各種使用環境下是一致的。

上述條件對電容器的載體結構和平行導體的生產和裝配精度要求極高，甚至需要在兩平行導體之間構建一個封閉的環境，并充入特定的氣體，以保證電容器中絕緣介質的相對介電常數在各種使用環境下保持不變，從而保證產品的性能和一致性，生產難度和成本極高。

電容檢測多采用電容觸摸的檢測原理，所以這種檢測技術不僅有構建電容的難度，還有電容觸摸固有的缺陷，比如防水誤觸、EMC、手套觸摸等，降低了客戶體驗。

電感式壓力傳感器檢測技術

電感式壓力傳感器檢測技術是利用電磁感應原理將壓力轉化為電感線圈自感的變化，再通過測量電路將其轉化為電壓或電流的變化來判斷按壓操作的檢測技術。

電感式壓力傳感器又稱變磁阻壓力傳感器，由鐵芯、線圈和電樞組成。如圖8所示:

圖8感應壓力傳感原理

線圈纏繞在鐵芯上，鐵芯和銜鐵均由導磁材料制成。電樞與鐵芯之間的氣隙距離為d，根據電磁感應定律，線圈電感的近似計算公式為:

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其中包括:

n是纏繞在鐵芯上的線圈的匝數；

μ0是空氣的滲透性；

Ae是鐵芯的截面積；

d是鐵芯和電樞之間的氣隙厚度；

l是線圈電感；可以看出，磁路的氣隙磁阻可以僅通過改變鐵芯和電樞之間的氣隙或氣隙橫截面積來改變。

當壓力作用在電樞上時，電樞與鐵芯之間的氣隙d發生變化，引起氣隙中的磁阻發生變化，從而導致線圈電感的變化。然后是處理電路，常用的處理電路有交流橋式、變壓器式和諧振式等。，將這個電感的變化轉換成相應的電信號輸出，從而達到判斷按壓動作的目的。

電感式壓力傳感器具有結構相對簡單、無活動電觸點、使用壽命長、工作可靠等優點。其致命的缺點是低頻響應，不適合需要快速動態檢測的應用場景。

紅外壓力傳感器檢測技術

紅外壓力傳感器檢測技術是一種利用紅外的物理特性來檢測按壓位移的傳感器檢測技術。

紅外線是一種不可見光，具有光的所有特性，如透射、反射、折射、散射、吸收等。紅外傳感器根據紅外光產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。在紅外壓力傳感器的檢測技術中，采用了主動式紅外傳感器。

主動紅外傳感器技術主要采用發射和接收的系統結構。發射器由電源、光源和光學系統組成，接收器由光學系統、光電傳感器、放大器和信號處理組成。發射器中的紅外發光二極管在電源的激勵下發出調制后的紅外光束，由紅外接收器接收，將光信號轉換成電信號，經電路處理后傳輸給MCU進行處理。以便在發射器和接收器之間形成由紅外光束組成的警戒線。正常情況下，接收器接收到穩定的光信號。當發射器和接收器對不準時，或者紅外光的反射和折射距離發生變化時，紅外光束會被完全或部分遮擋，使接收器接收到的紅外信號發生變化，輸出電信號的強度發生變化，從而檢測到位移。

使用主動式紅外傳感器檢測位移時，需要保證以下條件:

①發射器和接收器的安裝位置需要在同一平面，且夾角固定，以保證發射器發出的紅外光被接收器有效接收。

(2)發生位移時，發射器和接收器之間的位移需要足夠大，以保證能夠檢測到紅外信號的變化。因為機械位移行程，結構上會有縫隙，會帶來防水問題，需要額外的結構設計來解決防水問題。

(3)發射器發出的紅外光束在不同的溫度環境下不能有明顯的變化。對于環境溫度過低的場景，需要專門的加熱器來保證探測器的正常工作。

④在整個產品生命周期中，需要為紅外檢測系統提供一個相對干凈、密封的工作環境，避免水汽、灰塵的雜亂情況，保證在相同的位移行程下，產生的信號變化是一致的。

綜上所述，利用紅外探測技術實現壓力感應操作有以下痛點:

①結構不能設計成一體式結構，所以防水。

②紅外光發射裝置和接收裝置的安裝位置要求位于同一平面，夾角固定，精度要求高，增加了生產和裝配的難度。

③需要額外的防塵防水設計，滿足防塵防水的要求，減少紅外光束的反射。

LED線性差，軟件算法復雜。

⑤系統復雜，功耗大，器件多，成本高。不能用在高密度的重點區域。

MEMS壓力傳感器檢測技術

MEMS壓力傳感器的檢測方案是一種高靈敏度、高靈敏度的壓力檢測方案集成，采用硅技術。采用MEMS器件作為敏感器件，將觸摸表面的形變轉化為電壓變化，通過芯片內部電路將電壓模擬量轉化為數字量，再通過芯片內置的比較器來判斷按壓操作。

這種方案的優點是可以檢測到觸控面板的微小變形，在理想條件下具有高靈敏度的特點。同時硬件設計簡單，沒有設計門檻。同時，在產品設計、生產工藝和性能方面存在以下問題，限制了其在汽車上大規模應用的可行性:

①傳感器芯片體積小、厚度薄、強度低，導致芯片在運輸、保壓甚至用戶使用過程中容易損壞，這是可靠性要求高的汽車應用中首先要避免的問題。

(2)如圖9所示，當傳感器貼在觸摸按壓面板底部時，雙面膠需要足夠的保壓時間和壓力才能激活，由于MEMS芯片表面的應力強度有限，很難保壓貼合。

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圖9 MEMS壓力傳感器表面安裝疊層結構

(3)如圖10所示，當傳感器采用簡支梁方案將力從觸摸面板直接傳導到傳感器表面時，由于MEMS芯片表面的應力強度有限，要求簡支梁端部與傳感器表面之間的位移行程控制在0.1mm±0.05mm以內。對結構和裝配精度提出了很高的要求，大大增加了生產難度和生產成本。

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圖10 MEMS壓力傳感器的簡支梁疊層結構

(4)由于傳感器位于芯片的底部，焊料的水平和焊接的飽滿度對芯片的靈敏度影響很大，對焊接技術要求很高。

MEMS壓力傳感器的輸出是ADC采集的數字信號，無法直接測量傳感器橋臂電阻，可測程度低。

⑥對于大面積智能表面應用，需要多個傳感器覆蓋整個表面。MEMS壓力傳感器由傳感器和測量芯片封裝而成，無法在單個芯片上支持多個壓力傳感器，導致整體成本較高。

惠斯通電橋柔性壓力傳感器檢測技術

基本原理

惠斯通電橋柔性壓力傳感器是一種基于壓阻材料的微型壓力傳感器，它利用惠斯通電橋結構將觸摸表面的按壓變形轉換成電壓變化的模擬量。它可以同時檢測拉伸應變和壓縮應變，如果受到壓縮力，其電阻值會被限制得更小；如果受到拉力，其電阻值會顯著增加。

傳感器的原理如圖11所示:

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圖11惠斯通電橋的傳感原理

傳感器產生的信號和曲率之間的關系如下:

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其中包括:

k:應變系數

ε:應變

Vcc:傳感器電源電壓

在這種壓力傳感器檢測技術中，影響檢測靈敏度的關鍵因素有兩個，一是傳感器的供電質量，二是溫度的影響。傳感器的電阻值隨溫度而變化。如果橋臂上的電阻處于不同的溫度區域，電阻值的溫度變化不一樣，會帶來測量誤差。上海泰西微電子有限公司的TCAE31A從硬件和軟件兩方面很好的解決了這兩個問題。TCAE31A芯片內部為傳感器提供了高質量、低紋波的電源。溫度對傳感器的影響可以通過泰西微提供的軟件算法進行實時修正和補償。

基于TCAE31A低至3.6uV的電壓分辨率和傳感器的靈敏度，有效范圍的曲率半徑可達0.91至1944米，具有極高的靈敏度、變形和耐壓能力。

獨特的優勢

惠斯通電橋柔性壓力傳感器檢測技術具有以下優點:

①靈敏度高，面板的微小變形能產生較大的電壓差，可直接檢測面板的變形。

②面板材質要求寬松，適用性強。

(3)面板一體化，容易實現整體防水。

(4)安裝方便。你可以把它貼在觸摸面板的底部，或者貼在印刷電路板上。選擇簡支梁將力傳導到PCB上，簡支梁的作用點不需要作用在傳感器上。

柔性壓力傳感器表面貼裝方案的疊層結構如圖12所示:

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圖12柔性壓力傳感器的疊層結構。

柔性壓力傳感器簡支梁方案的疊層結構如圖13所示:

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圖13柔性壓力傳感器簡支梁的疊層結構

⑤裝配精度不高，生產成本低。

⑥具有正壓阻效應，輸出線性度高。

⑦承壓能力極高，不易損壞。

⑧技術成熟穩定，已在各種世界知名電子產品品牌生產上億片，并經過大規模產業化驗證和技術迭代。

⑨在多傳感器應用中，傳感器可以共用一個專用芯片，整體成本較低。

常見問題/常見問題

以下是一些關于這種傳感技術的常見問題，供大家參考。

1.如何考慮高低溫、劇烈震動導致的PCB材料、膠材、壓力傳感器、外殼材料的變形問題導致的數據誤判？

a)本方案選用的傳感器在選材上避免了具有強粘彈性的高分子材料，能夠有效控制振動、高低溫等環境變化的影響。同時，針對溫度沖擊對壓力靈敏度虛警的影響，也對算法和方案進行了優化，即通過實時基線跟蹤修正所有相關環節引起的漂移，可以有效避免溫度沖擊引起的虛警。整個實現方案，從傳感器材料的選擇和設計，到芯片的硬件電路設計，再到算法，都有相應的原創專利技術，保證整個方案在環境變化中的高可靠性。

b)機械振動對PCB材料、膠材、壓力傳感器的影響主要體現在金屬疲勞和信噪比上。金屬疲勞主要集中在焊料上，焊料在汽車電子中的應用非常廣泛，也非常成熟。信噪比主要由超低噪聲信號調理電路、共模抑制電路和s……芯片中實現的ll信號放大電路。積分噪聲低至10nV√Hz，整個鏈路的有效分辨率為22bit，保證了整個信號鏈路的高信噪比性能。2.如何考慮生產工藝裝配、品控保證、測試方案、良品率的一致性？

大規模生產裝配過程中必然會帶來物理一致性問題。本方案選用的傳感器在其他產品中積累了大量的量產經驗。累計數量超過1億件，主要集中在以下兩點:1)關注設計制造因素，提前優化設計制造細節，保證方案的物理一致性和平均信噪比，關注制造過程中相應細節的落實。2)生產線實施校準措施，軟件補償物理一致性。泰斯微將與傳感器廠商合作，幫助保證以上兩點，保證量產工藝的整體一致性。

3.壓力格式帶來的可能失效的邊界問題。

壓力傳感故障可能如下:

a)主要通過理論仿真和實驗測試來避免方案問題，如方案的理論信號量低。泰思微將協助每個客戶進行每個項目的相關模擬和方案推薦。

b)制造問題，主要通過理論分析和優化預警，提出避免的設計要點。同時，制造過程控制這些干擾項目。

c)可靠性，這個主要有兩個方面。1)方案設計，保證設計合理，規避風險。2)通過早期功能機進行相關的合理測試和驗證。

4.壓力傳感器的線性度是多少？溫度變化會影響壓力傳感器的工作嗎？

該方案使用的壓力傳感器具有良好的線性度，傳感器輸出的差分電壓隨壓力變形具有標準的線性特性。溫度變化確實會影響壓力傳感器的靜態噪底和壓力與變形的斜率關系，但不會影響線性特性，只是對應的斜率會發生變化。這就需要MCU根據溫度因素動態調整壓力傳感器算法。此外，溫度變化有時會引起結構變形，這種變形會反映在壓力傳感器上，導致傳感器原始數據的噪底整體改善或降低。當噪底觸發特定閾值時，匹配的MCU可以自動動態調整失調。

5.壓力傳感器的靈敏度是多少？有必要在每個關鍵位置配置一個壓力傳感器嗎？如何評估具體方案中需要多少個壓力傳感器？

該壓力傳感器靈敏度高，典型值為7000uV/m-1，最大變形曲率為1.1 m-1，可檢測微米級變形。不需要在每個關鍵位置都配備芯片進行檢測。通過結合電容觸摸技術，多個按鍵可以共享一個壓力傳感器，并且多個傳感器可以共享一個專用的MCU，這特別適合于智能表面應用。數量、放置位置和安裝方法的具體選擇需要通過結構模擬最終得出。泰西微協助客戶進行仿真、方案開發、量產。

各種壓力傳感檢測技術方案的特點對比分析

表1:壓力傳感檢測技術特征對比

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泰西微型雙模3D觸控方案介紹

本文分析了傳統電容式觸摸方案在汽車人機交互應用中的局限性，分析了不同壓力傳感技術的優缺點。不難得出以下兩個結論:1)越來越多的智能觸摸和汽車內外飾智能表面需要結合多種觸摸技術，實現越來越可靠的交互功能；2)基于惠斯通電橋原理的電容式觸摸和壓力傳感技術的集成方案是目前的最優組合。按壓動作可以通過壓力感應可靠識別，稱為Z軸觸摸，按壓的精確位置可以通過電容觸摸校準，稱為XY軸。通過兩者的融合，形成了XYZ三軸構成的3D觸控方案。

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圖14 3D觸摸示意圖

泰西微型3D觸控芯片TCAE31A介紹

基于上述集成方案的要求，太西微于2022年3月發布了首款汽車級雙模人機交互芯片TCAE31A，該芯片將電容觸控和壓力感應技術集成在單個芯片中，實現了真正的3D觸控。該方案一經推出，就受到了市場的高度關注和青睞，并逐漸進入了幾家主流汽車主機廠的定點項目。

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圖15 tcae 31 a芯片結構框圖

TCAE31A的產品特性如下:

基于Arm Cortex -M0內核，主頻高達32MHz，芯片內集成64KB Flash和4 KB SRAM。

基于專有技術Tinywork，可以實現外設之間的信號聯動，可以大大降低應用方案的動態功耗。

超低功耗設計，靜態功耗低至3uA，單通道壓力傳感器平均功耗低至18.7uA

單個芯片可以實現2路壓力感應和10路電容觸摸，并且具有可擴展性。

內置專利技術的壓力感應和觸摸融合算法

信號鏈的有效分辨率高達22位，可以提供高靈敏度、高分辨率、高信噪比、高線性度的壓力傳感檢測。

支持LIN通信的協議棧

支持基于UDS的bootloader升級方案。

8kV HBM ESD

符合AEC-Q100等級2(-40℃~105℃)

qfn 28 4毫米* 4毫米* 0.75毫米封裝

基于TCAE31A的生態系統簡介

TCAE31A提供標準的EVK開發套件和完整的SDK開發套件，包括數據手冊、用戶手冊、驅動程序、樣例、KEIL Pack包、PC端調試工具等。即使是從未接觸過壓力傳感和電容觸摸技術的嵌入式工程師，也能在極短的時間內完成一個高質量的產品應用開發。SDK軟件架構如圖16所示:

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圖XVI TCAE31A軟件架構

SDK軟件架構的特點:

分層設計

模塊化

可擴展和可維護

輕量級選手

自研輕量級OS，資源消耗低，結構清晰。

消息驅動，任務可以通過消息進行通信。

沒有對立的任務堆棧，沒有上下文切換，時間片輪換，非實時搶占

SDK中提供的觸摸相關功能:

算法部分以lib庫的形式提供。

觸摸任務通過回調函數將觸摸事件通知給APP。

支持按鍵觸摸類型識別

①按下

②釋放

③雙擊

④長按

支持的觸摸事件類型

①擊鍵

②滑塊

③踢腿

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圖17觸摸軟件流程圖

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圖18電容觸摸算法介紹

SDK中提供的壓敏相關功能和特性:

算法部分以lib庫的形式提供。

該算法根據壓力傳感器固有的失調特性，在初始化時進行靜態校準，然后在后期運行過程中根據閾值條件進行動態校準，以保證壓力傳感器的正常工作。

Lib庫分為單通道算法庫和多通道擴展的算法庫。理論上，它可以支持多達16個壓力感測通道，但在實際項目中受到特定RAM的使用限制。對于純壓力感測應用，官方演示用例最多可支持9個通道，對于觸摸和壓力感測雙模應用，官方演示用例最多可支持7個啟用觸摸的通道。

壓力傳感算法的結構如圖6所示，壓力傳感的多通道擴展應用如圖……泰西微通過自己的專利技術，實現了多路壓力傳感信號自動跟蹤檢測的算法，幫助客戶在多路壓力傳感領域進行創新。

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圖19壓力傳感算法流程圖

泰西微提供的擁有專有技術的軟件算法，充分利用了雙模信號單芯片并行處理的優勢，優化了CPU的處理時間，大大提高了系統的處理效率，能夠快速給出最終的觸摸位置和位置對應的壓力信息，是構建3D touch的核心。TCAE31A中的SARADC模塊可以根據壓力傳感器的壓力傳感信號，自動補償和校準偏置電壓，將由于制造工藝、裝配差異或溫度變化等客觀因素導致的壓力傳感器超出測量范圍的差分電壓值自動調整到SARADC的工作范圍，即100mV以內。SARADC模塊采集原始數據后，軟件會進入壓力傳感算法處理中心，進行壓力傳感的窗口滑動濾波處理和動態溫度補償算法，自動跟蹤基線。SoC的壓力傳感算法處理中心處理的信號是力的信號，是基于實時數據和基線數據的差值，通過算法處理得到的值，整個力的范圍在1牛頓到10牛頓之間。根據電容式觸摸板的電容特征信號，當手指觸摸電容式觸摸板時，TinyTouch模塊會實時檢測外部電容的變化，并輸出一個與電容變化相關的原始數據。獲得原始數據后，軟件會進入觸摸算法處理中心，對觸摸數據進行一系列算法處理，包括軟件放大、特征濾波、判決器、基線跟蹤器、噪聲檢測器等。其中，決策模塊會根據用戶的不同特性進行配置，實現單按鈕、多按鈕、防水、滑蓋等多種應用場景的識別。在實際工程應用中，電容觸摸算法和壓力傳感算法并行處理，可以非常及時準確地構建三維觸摸信息。

泰西微型3D觸控解決方案的獨特優勢

總的來說，泰西微3D觸控解決方案具有以下突出優勢:

1)良好的防水效果:

水流容易引起電容器誤動作，但很難引起壓觸誤動作。壓力和電容采用“與”模式，水滴或水流同時觸發的概率顯著降低。此外，觸發的準確時間和波形分兩路生成，供二次軟件算法濾波判斷，可徹底杜絕因水可能造成的誤操作。

2)抗干擾能力強:

壓力+電容觸摸可以消除靜電、干擾、無意觸摸造成的誤觸，可靠性大大提高。

3)出色的EMC性能:

考試比較容易通過。壓力檢測是差分輸入，對共模干擾有很好的抑制作用。此外，電橋等效阻抗低(6kω)，接收干擾功率低，抗電磁干擾性能優異。電容電極類似天線，易受干擾，EMC難以通過，但實現成本低。將壓力和電容結合起來，可以充分發揮各自的優勢，縮短開發和測試周期。

4)靈活的裝配方式:

壓力檢測的裝配方式靈活，可以采用表面貼、懸臂梁、簡支梁等結構。好用。

5)高性價比:

成本不高。配合國內廠商泰西微研發的車載表壓和電容觸控雙模芯片，以及車載表壓觸控柔性傳感器，整體成本與傳統國外品牌純電容觸控芯片價格相當，但整體可靠性和人機交互體驗大幅提升。性價比很高。

目前，與泰西微型3D觸控芯片產品相關的發明專利有近20項……處于行業領先水平。其獨有的人機交互壓力觸控雙模式解決方案也已經廣泛滲透到汽車領域的諸多細分應用市場，相信在不久的將來，一定會給用戶帶來更加智能舒適的產品體驗。

泰西微3D觸控技術在汽車上的典型應用介紹

基于3D觸摸技術的汽車門把手

傳統的門把手都采用純電容式觸摸的檢測方案。電容式觸摸的工作原理決定了這種檢測方案的防水效果并不好。比如下雨、洗車等場景下，很難完全分辨出是人的觸摸還是水滴流造成的電容變化，所以非常容易造成誤觸發。目前還沒有很好的方法可以徹底解決防水問題。電容式觸摸和壓力的雙重檢測方案，通過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。

下圖是電容式觸摸+壓力感應檢測門把手的模塊圖:

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圖20基于3D觸摸技術的門把手方案

電容式觸摸+壓力感應門把手主要由四個模塊組成:

1.通信模塊:一般采用LIN接口或載波通信電路，主要用于與上位機的通信。

2.電容檢測模塊:包括檢測通道和參考通道，主要用于電容檢測和一些誤操作場景的識別。2.如何考慮生產工藝裝配、品控保證、測試方案、良品率的一致性？

大規模生產裝配過程中必然會帶來物理一致性問題。本方案選用的傳感器在其他產品中積累了大量的量產經驗。累計數量超過1億件，主要集中在以下兩點:1)關注設計制造因素，提前優化設計制造細節，保證方案的物理一致性和平均信噪比，關注制造過程中相應細節的落實。2)生產線實施校準措施，軟件補償物理一致性。泰斯微將與傳感器廠商合作，幫助保證以上兩點，保證量產工藝的整體一致性。

3.壓力格式帶來的可能失效的邊界問題。

壓力傳感故障可能如下:

a)主要通過理論仿真和實驗測試來避免方案問題，如方案的理論信號量低。泰思微將協助每個客戶進行每個項目的相關模擬和方案推薦。

b)制造問題，主要通過理論分析和優化預警，提出避免的設計要點。同時，制造過程控制這些干擾項目。

c)可靠性，這個主要有兩個方面。1)方案設計，保證設計合理，規避風險。2)通過早期功能機進行相關的合理測試和驗證。

4.壓力傳感器的線性度是多少？溫度變化會影響壓力傳感器的工作嗎？

該方案使用的壓力傳感器具有良好的線性度，傳感器輸出的差分電壓隨壓力變形具有標準的線性特性。溫度變化確實會影響壓力傳感器的靜態噪底和壓力與變形的斜率關系，但不會影響線性特性，只是對應的斜率會發生變化。這就需要MCU根據溫度因素動態調整壓力傳感器算法。此外，溫度變化有時會引起結構變形，這種變形會反映在壓力傳感器上，導致傳感器原始數據的噪底整體改善或降低。當噪底觸發特定閾值時，匹配的MCU可以自動動態調整失調。

5.壓力傳感器的靈敏度是多少？有必要在每個關鍵位置配置一個壓力傳感器嗎？如何評估具體方案中需要多少個壓力傳感器？

壓力傳感器……靈敏度高，典型值為7000uV/m-1，最大變形曲率為1.1 m-1，可檢測微米級變形。不需要在每個關鍵位置都配備芯片進行檢測。通過結合電容觸摸技術，多個按鍵可以共享一個壓力傳感器，并且多個傳感器可以共享一個專用的MCU，這特別適合于智能表面應用。數量、放置位置和安裝方法的具體選擇需要通過結構模擬最終得出。泰西微協助客戶進行仿真、方案開發、量產。

各種壓力傳感檢測技術方案的特點對比分析

表1:壓力傳感檢測技術特征對比

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泰西微型雙模3D觸控方案介紹

本文分析了傳統電容式觸摸方案在汽車人機交互應用中的局限性，分析了不同壓力傳感技術的優缺點。不難得出以下兩個結論:1)越來越多的智能觸摸和汽車內外飾智能表面需要結合多種觸摸技術，實現越來越可靠的交互功能；2)基于惠斯通電橋原理的電容式觸摸和壓力傳感技術的集成方案是目前的最優組合。按壓動作可以通過壓力感應可靠識別，稱為Z軸觸摸，按壓的精確位置可以通過電容觸摸校準，稱為XY軸。通過兩者的融合，形成了XYZ三軸構成的3D觸控方案。

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圖14 3D觸摸示意圖

泰西微型3D觸控芯片TCAE31A介紹

基于上述集成方案的要求，太西微于2022年3月發布了首款汽車級雙模人機交互芯片TCAE31A，該芯片將電容觸控和壓力感應技術集成在單個芯片中，實現了真正的3D觸控。該方案一經推出，就受到了市場的高度關注和青睞，并逐漸進入了幾家主流汽車主機廠的定點項目。

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圖15 tcae 31 a芯片結構框圖

TCAE31A的產品特性如下:

基于Arm Cortex -M0內核，主頻高達32MHz，芯片內集成64KB Flash和4 KB SRAM。

基于專有技術Tinywork，可以實現外設之間的信號聯動，可以大大降低應用方案的動態功耗。

超低功耗設計，靜態功耗低至3uA，單通道壓力傳感器平均功耗低至18.7uA

單個芯片可以實現2路壓力感應和10路電容觸摸，并且具有可擴展性。

內置專利技術的壓力感應和觸摸融合算法

信號鏈的有效分辨率高達22位，可以提供高靈敏度、高分辨率、高信噪比、高線性度的壓力傳感檢測。

支持LIN通信的協議棧

支持基于UDS的bootloader升級方案。

8kV HBM ESD

符合AEC-Q100等級2(-40℃~105℃)

qfn 28 4毫米* 4毫米* 0.75毫米封裝

基于TCAE31A的生態系統簡介

TCAE31A提供標準的EVK開發套件和完整的SDK開發套件，包括數據手冊、用戶手冊、驅動程序、樣例、KEIL Pack包、PC端調試工具等。即使是從未接觸過壓力傳感和電容觸摸技術的嵌入式工程師，也能在極短的時間內完成一個高質量的產品應用開發。SDK軟件架構如圖16所示:

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圖XVI TCAE31A軟件架構

SDK軟件架構的特點:

分層設計

模塊化

可擴展和可維護

輕量級選手

自研輕量級OS，資源消耗低，結構清晰。

消息驅動，任務可以通過消息進行通信。

沒有對立的任務堆棧，沒有上下文切換，時間片輪換，非實時搶占

SDK中提供的觸摸相關功能:

算法部分以lib庫的形式提供。

觸摸任務通過回調函數將觸摸事件通知給APP。

支持按鍵觸摸類型識別

①按下

②釋放

③雙擊

④長按

支持的觸摸事件類型

①擊鍵

②滑塊

③踢腿

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圖17觸摸軟件流程圖

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圖18電容觸摸算法介紹

SDK中提供的壓敏相關功能和特性:

算法部分以lib庫的形式提供。

該算法根據壓力傳感器固有的失調特性，在初始化時進行靜態校準，然后在后期運行過程中根據閾值條件進行動態校準，以保證壓力傳感器的正常工作。

Lib庫分為單通道算法庫和多通道擴展的算法庫。理論上，它可以支持多達16個壓力感測通道，但在實際項目中受到特定RAM的使用限制。對于純壓力感測應用，官方演示用例最多可支持9個通道，對于觸摸和壓力感測雙模應用，官方演示用例最多可支持7個啟用觸摸的通道。

壓力傳感算法的結構如圖6所示，壓力傳感的多通道擴展應用如圖……泰西微通過自己的專利技術，實現了多路壓力傳感信號自動跟蹤檢測的算法，幫助客戶在多路壓力傳感領域進行創新。

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圖19壓力傳感算法流程圖

泰西微提供的擁有專有技術的軟件算法，充分利用了雙模信號單芯片并行處理的優勢，優化了CPU的處理時間，大大提高了系統的處理效率，能夠快速給出最終的觸摸位置和位置對應的壓力信息，是構建3D touch的核心。TCAE31A中的SARADC模塊可以根據壓力傳感器的壓力傳感信號，自動補償和校準偏置電壓，將由于制造工藝、裝配差異或溫度變化等客觀因素導致的壓力傳感器超出測量范圍的差分電壓值自動調整到SARADC的工作范圍，即100mV以內。SARADC模塊采集原始數據后，軟件會進入壓力傳感算法處理中心，進行壓力傳感的窗口滑動濾波處理和動態溫度補償算法，自動跟蹤基線。SoC的壓力傳感算法處理中心處理的信號是力的信號，是基于實時數據和基線數據的差值，通過算法處理得到的值，整個力的范圍在1牛頓到10牛頓之間。根據電容式觸摸板的電容特征信號，當手指觸摸電容式觸摸板時，TinyTouch模塊會實時檢測外部電容的變化，并輸出一個與電容變化相關的原始數據。獲得原始數據后，軟件會進入觸摸算法處理中心，對觸摸數據進行一系列算法處理，包括軟件放大、特征濾波、判決器、基線跟蹤器、噪聲檢測器等。其中，決策模塊會根據用戶的不同特性進行配置，實現單按鈕、多按鈕、防水、滑蓋等多種應用場景的識別。在實際工程應用中，電容觸摸算法和壓力傳感算法并行處理，可以非常及時準確地構建三維觸摸信息。

泰西微型3D觸控解決方案的獨特優勢

總的來說，泰西微3D觸控解決方案具有以下突出優勢:

1)良好的防水效果:

水流容易引起電容器誤動作，但很難引起壓觸誤動作。壓力和電容采用“與”模式，水滴或水流同時觸發的概率顯著降低。此外，觸發的準確時間和波形分兩路生成，供二次軟件算法濾波判斷，可徹底杜絕因水可能造成的誤操作。

2)抗干擾能力強:

壓力+電容觸摸可以消除靜電、干擾、無意觸摸造成的誤觸，可靠性大大提高。

3)出色的EMC性能:

考試比較容易通過。壓力檢測是差分輸入，對共模干擾有很好的抑制作用。此外，電橋等效阻抗低(6kω)，接收干擾功率低，抗電磁干擾性能優異。電容電極類似天線，易受干擾，EMC難以通過，但實現成本低。將壓力和電容結合起來，可以充分發揮各自的優勢，縮短開發和測試周期。

4)靈活的裝配方式:

壓力檢測的裝配方式靈活，可以采用表面貼、懸臂梁、簡支梁等結構。好用。

5)高性價比:

成本不高。配合國內廠商泰西微研發的車載表壓和電容觸控雙模芯片，以及車載表壓觸控柔性傳感器，整體成本與傳統國外品牌純電容觸控芯片價格相當，但整體可靠性和人機交互體驗大幅提升。性價比很高。

目前，與泰西微型3D觸控芯片產品相關的發明專利有近20項……處于行業領先水平。其獨有的人機交互壓力觸控雙模式解決方案也已經廣泛滲透到汽車領域的諸多細分應用市場，相信在不久的將來，一定會給用戶帶來更加智能舒適的產品體驗。

泰西微3D觸控技術在汽車上的典型應用介紹

基于3D觸摸技術的汽車門把手

傳統的門把手都采用純電容式觸摸的檢測方案。電容式觸摸的工作原理決定了這種檢測方案的防水效果并不好。比如下雨、洗車等場景下，很難完全分辨出是人的觸摸還是水滴流造成的電容變化，所以非常容易造成誤觸發。目前還沒有很好的方法可以徹底解決防水問題。電容式觸摸和壓力的雙重檢測方案，通過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。

下圖是電容式觸摸+壓力感應檢測門把手的模塊圖:

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圖20基于3D觸摸技術的門把手方案

電容式觸摸+壓力感應門把手主要由四個模塊組成:

1.通信模塊:一般采用LIN接口或載波通信電路，主要用于與上位機的通信。

2.電容檢測模塊:包括檢測通道和參考通道，主要用于電容檢測和一些誤操作場景的識別。3.壓力傳感檢測模塊:包括電阻式壓力檢測模塊和采樣電路，用于檢測表面壓力。

4.中央數據處理模塊:融合電容數據和壓敏數據，得到最終結果并通知主機。

太師威電容+壓力檢測的3D touch汽車門把手方案采用三個檢測通道，即電容檢測通道、電容參考通道和壓力檢測通道。這三個通道將實時收集當前電容和壓力數據。由于水霧、水流、手壓對這三個通道的影響會有所不同，通過組合判斷和數據融合處理，可以很好的區分各種干擾場景和人手的正常觸摸。

基于3D觸摸技術的汽車尾門開關

目前市場上大部分尾門開關都是機械開關。隨著用戶對汽車外觀的整合度越來越高，汽車廠商也在嘗試用電容或紅外來檢測尾門開關，但效果并不好，在某些場景下存在誤觸率。太師威的電容檢測和壓力檢測方案，可以準確識別洗車、擦車、人體倚靠、人手正常按壓等各種誤觸場景，大大提高了檢測精度。

下圖是電容式觸摸+壓力感應檢測的尾門開關模塊圖:

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圖21基于3D觸摸技術的電動尾門開關方案。

尾門壓力感應開關主要由四個模塊組成:

1.通信模塊:LIN接口一般用于與主機通信。

2.電容檢測模塊:包括檢測通道和防誤操作通道，用于一些誤操作場景的電容檢測和識別。

3.壓力傳感檢測模塊:包括電阻式壓力檢測模塊和采樣電路，用于檢測表面壓力。

4.中央數據處理模塊:融合電容數據和壓敏數據，得到最終結果并通知主機。

此外，還可以根據客戶的具體要求增加背光控制或振動反饋控制。

尾門壓敏開關通過電容檢測通道、電容防誤操作通道、壓敏通道三個通道的數據，智能判斷當前洗車、洗車、人體倚靠、異物按壓、正常手動操作等各種場景。雖然不同車廠的尾門LOGO開關差別很大，但是電容檢測和壓力檢測的所有算法和相關代碼……f泰西微都是自主研發，所以可以根據客戶的需求進行定制化的軟硬件設計，根據具體的結構形式增加相應的檢測模塊，靈活應對各種場景。

基于3D觸摸技術的汽車中控面板

目前市場上的中控面板一般采用純電容式觸摸或者電容式觸摸+MEMS壓力檢測方案。純電容式觸摸方案普遍存在誤觸率高的缺陷，而電容式觸摸+MEMS壓力檢測方案存在MEMS器件在高壓下易損壞、對組裝和容差控制要求高、生產良率低等缺點。而泰世威的壓力檢測方案采用電阻式壓力檢測傳感器，可以通過表面貼合或者簡支梁組裝，大大提高了組裝性。

下圖是帶電容觸摸和壓力感應檢測的汽車中控面板模塊圖:

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圖22基于3D觸摸技術的汽車中控方案。

中控面板的檢測主要由五個模塊組成:

1.通信模塊:LIN接口一般用于與主機通信。

2.電容檢測模塊:包括多個電容檢測通道，用于確認面板上的每個按鍵是否被觸發。

3.壓力傳感檢測模塊:包括電阻式壓力檢測模塊和用于檢測表面壓力的采樣電路。

4.背光顯示模塊:包括各種led和背光驅動電路，對按鍵事件進行各種光線反饋。

5.中央數據處理模塊:融合電容數據和壓力傳感數據，得到最終結果并通知主機。

泰世威的方案可以根據面板的材質和整個受力區域進行壓力模擬，來決定放多少個壓力傳感器，放在哪里。壓力傳感器可以檢測手是否被按壓，通過電容觸摸檢測手的具體位置。軟件會對各個通道的原始數據進行過濾檢測，最終輸出正確的結果，并且可以根據客戶的具體需求，通過添加背光或者震動反饋來實現。

基于3D觸摸技術的智能汽車B柱

目前越來越多的車會在B柱上加裝開關，實現智能進入。目前方案中多采用容性開關，邏輯相對簡單。當手指觸摸開關時，輸出開門信號。但由于電容式觸摸工作原理的限制，在洗車或雨天很容易誤開門。泰西微的電容和壓力雙重檢測機制可以保證開關的正確性。

下圖是電容式觸摸和壓力感應檢測的汽車智能B柱模塊圖:

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圖23基于3D觸摸技術的汽車智能B柱方案。

智能B柱主要由四個模塊組成:

1.通信模塊:一般采用LIN接口或載波通信電路，主要用于與上位機的通信。

2.電容檢測模塊:包括檢測通道和參考通道，主要用于電容檢測和一些誤操作場景的識別。

3.壓力傳感檢測模塊:包括電阻式壓力檢測模塊和采樣電路，用于檢測表面壓力。

4.中央數據處理模塊:融合電容數據和壓敏數據，得到最終結果并通知主機。

太師威電容+壓力檢測的智能B柱方案有三個檢測通道，分別是電容檢測通道、電容參考通道和壓力檢測通道。這三個通道將實時收集當前電容和壓力數據。由于這三個通道采集的數據與洗車水和雨水、人手按壓采集的數據有較大差異，所以通過組合判斷和數據融合處理，可以很好地區分各種干擾場景和正常的人觸摸。

基于3D觸摸技術方向盤控制器

目前汽車控制器多采用物理按鍵。隨著對汽車內飾一體化要求越來越高，方向盤控制……ller也將使用智能表面。但由于方向盤控制器多為盲控，僅使用純電容檢測會導致誤觸，增加壓力靈敏度成為工程師越來越多的選擇。泰西微的電容式+壓阻式3D觸控方案，很好的結合了可操作性和可靠性。

下圖是帶電容觸摸和壓力感應檢測的方向盤控制器的模塊圖:

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圖24基于3D觸摸技術的方向盤按鍵方案

方向盤控制器主要由五個模塊組成:

1.通信模塊:LIN接口一般用于與主機通信。

2.電容檢測模塊:包括多個電容檢測通道，用于確認面板上的每個按鍵是否被觸發。

3.壓力傳感檢測模塊:包括電阻式壓力檢測模塊和用于檢測表面壓力的采樣電路。

4.振動反饋模塊:包括電機和驅動電路，對按鍵事件進行振動反饋。

5.中央數據處理模塊:融合電容數據和壓敏數據，得到最終結果并通知主機。

泰西微基于電容和壓力感的3D觸摸方向盤控制器方案，利用壓力傳感器檢測手的按壓，利用電容檢測定位相關按鍵的位置，通過電機振動及時反饋用戶的動作，可以保證盲人練習的正確性和快速反饋。根據具體應用，可以增加或減少電容鍵的數量和壓力感測檢測的數量。

基于3D觸摸技術的車窗升降控制器

窗口控制器是一個要求高可靠性的應用程序。比如下雨天，車窗升降開關容易沾水，駕駛過程中需要駕駛員盲目操作。這些問題是純電容方案難以解決的，存在一定的安全隱患。所以需要電容式觸摸和壓力的雙重檢測，保證可靠性和盲目性。

下圖是具有電容觸摸和壓力感應檢測的窗口控制器的模塊圖:

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圖25基于3D觸摸技術的窗口控制器方案

車窗升降控制器主要由四個模塊組成:

1.通信模塊:LIN接口一般用于與主機通信。

2.電容檢測模塊:包括多個電容檢測通道，用于確認特定的按鍵觸發事件。

3.壓力傳感檢測模塊:包括電阻式壓力檢測模塊和用于檢測表面壓力的采樣電路。

4.中央數據處理模塊:融合電容數據和壓敏數據，得到最終結果并通知主機。

泰西微基于電容和壓力感的3D觸摸窗控制器方案，利用壓力傳感器檢測手的按壓，利用電容檢測定位相關鍵位，通過電機振動及時反饋用戶的動作，可以保證盲人練習的正確性和快速反饋。根據具體應用，可以增加或減少電容鍵的數量和壓力感測檢測的數量。

3 3.壓力傳感檢測模塊:包括電阻式壓力檢測模塊和采樣電路，用于檢測表面壓力。

4.中央數據處理模塊:融合電容數據和壓敏數據，得到最終結果并通知主機。

太師威電容+壓力檢測的3D touch汽車門把手方案采用三個檢測通道，即電容檢測通道、電容參考通道和壓力檢測通道。這三個通道將實時收集當前電容和壓力數據。由于水霧、水流、手壓對這三個通道的影響會有所不同，通過組合判斷和數據融合處理，可以很好的區分各種干擾場景和人手的正常觸摸。

基于3D觸摸技術的汽車尾門開關

目前市場上大部分尾門開關都是機械開關。隨著用戶對汽車外觀的整合度越來越高，汽車制造商也在嘗試用電容或紅外線來檢測尾門開關，但效果不佳，而且……e是某些場景下的誤觸率。太師威的電容檢測和壓力檢測方案，可以準確識別洗車、擦車、人體倚靠、人手正常按壓等各種誤觸場景，大大提高了檢測精度。

下圖是電容式觸摸+壓力感應檢測的尾門開關模塊圖:

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圖21基于3D觸摸技術的電動尾門開關方案。

尾門壓力感應開關主要由四個模塊組成:

1.通信模塊:LIN接口一般用于與主機通信。

2.電容檢測模塊:包括檢測通道和防誤操作通道，用于一些誤操作場景的電容檢測和識別。

3.壓力傳感檢測模塊:包括電阻式壓力檢測模塊和采樣電路，用于檢測表面壓力。

4.中央數據處理模塊:融合電容數據和壓敏數據，得到最終結果并通知主機。

此外，還可以根據客戶的具體要求增加背光控制或振動反饋控制。

尾門壓敏開關通過電容檢測通道、電容防誤操作通道、壓敏通道三個通道的數據，智能判斷當前洗車、洗車、人體倚靠、異物按壓、正常手動操作等各種場景。雖然不同車廠的尾門LOGO開關差異很大，但泰西微的電容檢測和壓力檢測的所有算法和相關代碼都是自主研發的，因此可以根據客戶的需求進行定制化的軟硬件設計，根據具體的結構形式添加相應的檢測模塊，靈活應對各種場景。

基于3D觸摸技術的汽車中控面板

目前市場上的中控面板一般采用純電容式觸摸或者電容式觸摸+MEMS壓力檢測方案。純電容式觸摸方案普遍存在誤觸率高的缺陷，而電容式觸摸+MEMS壓力檢測方案存在MEMS器件在高壓下易損壞、對組裝和容差控制要求高、生產良率低等缺點。而泰世威的壓力檢測方案采用電阻式壓力檢測傳感器，可以通過表面貼合或者簡支梁組裝，大大提高了組裝性。

下圖是帶電容觸摸和壓力感應檢測的汽車中控面板模塊圖:

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圖22基于3D觸摸技術的汽車中控方案。

中控面板的檢測主要由五個模塊組成:

1.通信模塊:LIN接口一般用于與主機通信。

2.電容檢測模塊:包括多個電容檢測通道，用于確認面板上的每個按鍵是否被觸發。

3.壓力傳感檢測模塊:包括電阻式壓力檢測模塊和用于檢測表面壓力的采樣電路。

4.背光顯示模塊:包括各種led和背光驅動電路，對按鍵事件進行各種光線反饋。

5.中央數據處理模塊:融合電容數據和壓力傳感數據，得到最終結果并通知主機。

泰世威的方案可以根據面板的材質和整個受力區域進行壓力模擬，來決定放多少個壓力傳感器，放在哪里。壓力傳感器可以檢測手是否被按壓，通過電容觸摸檢測手的具體位置。軟件會對各個通道的原始數據進行過濾檢測，最終輸出正確的結果，并且可以根據客戶的具體需求，通過添加背光或者震動反饋來實現。

基于3D觸摸技術的智能汽車B柱

目前越來越多的車會在B柱上加裝開關，實現智能進入。目前方案中多采用容性開關，邏輯相對簡單。當手指觸摸開關時，輸出開門信號。但由于電容式觸摸工作原理的限制，在洗車或雨天很容易誤開門。電容和壓力的雙重檢測機制……f泰西微可以保證切換的正確性。

下圖是電容式觸摸和壓力感應檢測的汽車智能B柱模塊圖:

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圖23基于3D觸摸技術的汽車智能B柱方案。

智能B柱主要由四個模塊組成:

1.通信模塊:一般采用LIN接口或載波通信電路，主要用于與上位機的通信。

2.電容檢測模塊:包括檢測通道和參考通道，主要用于電容檢測和一些誤操作場景的識別。

3.壓力傳感檢測模塊:包括電阻式壓力檢測模塊和采樣電路，用于檢測表面壓力。

4.中央數據處理模塊:融合電容數據和壓敏數據，得到最終結果并通知主機。

太師威電容+壓力檢測的智能B柱方案有三個檢測通道，分別是電容檢測通道、電容參考通道和壓力檢測通道。這三個通道將實時收集當前電容和壓力數據。由于這三個通道采集的數據與洗車水和雨水、人手按壓采集的數據有較大差異，所以通過組合判斷和數據融合處理，可以很好地區分各種干擾場景和正常的人觸摸。

基于3D觸摸技術方向盤控制器

目前汽車控制器多采用物理按鍵。隨著汽車內部集成要求越來越高，方向盤控制器也將采用智能表面。但由于方向盤控制器多為盲控，僅使用純電容檢測會導致誤觸，增加壓力靈敏度成為工程師越來越多的選擇。泰西微的電容式+壓阻式3D觸控方案，很好的結合了可操作性和可靠性。

下圖是帶電容觸摸和壓力感應檢測的方向盤控制器的模塊圖:

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圖24基于3D觸摸技術的方向盤按鍵方案

方向盤控制器主要由五個模塊組成:

1.通信模塊:LIN接口一般用于與主機通信。

2.電容檢測模塊:包括多個電容檢測通道，用于確認面板上的每個按鍵是否被觸發。

3.壓力傳感檢測模塊:包括電阻式壓力檢測模塊和用于檢測表面壓力的采樣電路。

4.振動反饋模塊:包括電機和驅動電路，對按鍵事件進行振動反饋。

5.中央數據處理模塊:融合電容數據和壓敏數據，得到最終結果并通知主機。

泰西微基于電容和壓力感的3D觸摸方向盤控制器方案，利用壓力傳感器檢測手的按壓，利用電容檢測定位相關按鍵的位置，通過電機振動及時反饋用戶的動作，可以保證盲人練習的正確性和快速反饋。根據具體應用，可以增加或減少電容鍵的數量和壓力感測檢測的數量。

基于3D觸摸技術的車窗升降控制器

窗口控制器是一個要求高可靠性的應用程序。比如下雨天，車窗升降開關容易沾水，駕駛過程中需要駕駛員盲目操作。這些問題是純電容方案難以解決的，存在一定的安全隱患。所以需要電容式觸摸和壓力的雙重檢測，保證可靠性和盲目性。

下圖是具有電容觸摸和壓力感應檢測的窗口控制器的模塊圖:

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圖25基于3D觸摸技術的窗口控制器方案

車窗升降控制器主要由四個模塊組成:

1.通信模塊:LIN接口一般用于與主機通信。

2.電容檢測模塊:包括多個電容檢測通道，用于確認特定的按鍵觸發事件。

3.壓力傳感檢測模塊:包括電阻式壓力檢測模塊和用于檢測表面壓力的采樣電路。

4.中央數據處理模塊:保險絲t……電容數據和壓力敏感數據，以獲得最終結果并通知主機。

泰西微基于電容和壓力感的3D觸摸窗控制器方案，利用壓力傳感器檢測手的按壓，利用電容檢測定位相關鍵位，通過電機振動及時反饋用戶的動作，可以保證盲人練習的正確性和快速反饋。根據具體應用，可以增加或減少電容鍵的數量和壓力感測檢測的數量。

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標簽：RAMDS

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