为AR眼镜等多种智能可穿戴设备添加穿戴状态检测功能（下）
来源：Azoteq
发布时间：2025-06-24
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在许多全球最受欢迎的电子产品中，触摸控制已经成为其便捷操作和优雅设计的重要部分。在本文的前两篇中，我们介绍了“穿戴状态检测”这一个术语的定义、设计要点和实现方法，并以智能手表和健身手环等可穿戴电子产品为例，介绍了该项功能在各种使用场景中，用穿戴状态检测去发现较长时间的近距离接近、触摸或穿戴状态触发器的方法。
作为全球领先的多传感器解决方案提供商，Azoteq正在为全球领先的AR/VR眼镜、头戴式耳机和入耳式耳塞、智能手表和健身手环等可穿戴电子产品提供先进可靠的检测和感知解决方案。本文作为整篇文章的第三个部分，在介绍穿戴状态检测功能系统设计，该功能的使用和使用环境，电容性传感器的内部设计建议之后，将介绍如何用市场上畅销的电容传感芯片来设计相关功能，并推荐了相应的原型设计流程。
用相应的芯片来实现设计
5.1 选择器件
根据所需和提供的通道数量，来决定具体的IQS器件。
为实现穿戴状态检测功能，现在推荐以下器件：
>IQS620A——2个CX引脚（仅有自电容）；3个软件通道
>IQS269A——8个CX引脚（自容&互容）；8个灵活的软件通道
>IQS626A——8个CX引脚（自容&互容）；3个灵活的软件通道
推荐：预留2个通道（两个单独的传感器CX引脚）来用于穿戴状态检测。参见下面的“参考通道”实现。
5.2 最优化的设置
尽管最新的IQS传感器（如上推荐）拥有各种软配置选项来调整传感器的性能，但在选择设置以微调性能之前，首先还是要成功进行适当的硬件设计（根据上述指南），这仍然是至关重要的。
针对穿戴状态检测，现推荐传感器设置如下：
>建议使用慢速充电转移频率（500kHz或更低）。
>基准值>= 100个，目标值±1000个。
硬件优化对于量产的成功至关重要。建议在试生产和量产期间验证传感器的参数（乘法器和补偿），以限制性能的分布范围，并识别和隔离制造故障或设计缺陷。
5.3 参考通道——内部和外部器件参考（基于IC和布局）
图5.1 图示主通道和参考通道的走线方式，以得到类似的布线寄生电容
使用“感应”和“参考”通道的优点：
>提供最佳的穿戴状态检测性能
>在可穿戴产品多元化的运行环境中优化传感器的完整性
>同时涵盖IC、PCB和FPC的环境变化
图5.2 图示是芯片和感应电极相隔距离远的例子，需要“参考跟随通道”来保证长时间后仍能精确触发
表5.1 传感和参考通道组合的典型案例
1 长期平均值（Long term average，LTA）是实际传感信号经过滤波后的平均值。
2 “LTA冻结”意味着当LTA被用作接近/触摸阈值的参考时，它不会被主动更新。通常，当达到接近阈值的时候，LTA将冻结。
Increase：增加
Decrease：减少
Capacitance：电容值
步骤1：感应通道触发器，此时参考通道开始影响通道1（CH1）
步骤2：加热PCB板，此时通道2（CH2）上的变化可用来作为CH1的参考（LTA）
步骤3：释放成功因为LTA通过参考通道校准成功
5.4 参考通道——内部器件参考（仅基于IC）
当需要一个更简单和性价比更高的选择时：
>还有一些不错的选择，如IQS620A和IQS624等器件
>它们只有2个CX传感器，没有片上参考通道UI执行
>这些可用于穿戴状态检测通过特殊的设计
在这些情况下，建议采取以下措施：
>使用一个通道作为主传感器，另一个通道来作为参考通道（需要适当的布线和电容负载）
>需要主机/主MCU去检索和处理电容测量数据，以确保能够检测出和补偿环境的变化。
>如果两个通道都用于传感器应用，如触摸界面和穿戴状态检测
>可以启用内部温度转换通道
>这是用于跟踪芯片本身所承载的任何温度变化
>在这种情况下，传感器电极和芯片所受到的影响应该是相同的，并且与成功的参考调整（如有必要）密切相关。
不建议将上面提到的（基于内部温度的参考方法）来作为故障安全解决方案，因为一些设计更容易受到复杂的、动态的外部变化影响，而这些变化IQS芯片无法准确的识别。
按照以下步骤正确地进行原型设计，即可为穿戴状态检测应用设计和评估传感器性能：
1.将IQS芯片放置在尽可能靠近传感器电极的位置（使寄生电容负载最小，减少走线暴露在噪声/环境变化中）
2.确定好可用的空间（即电极感应区域）和合适的材料来作为支架和盖板。
3.请根据本文档所讨论的结果来选择材料和感应盘尺寸。
4.在确定机械结构之前，反复打磨原型设计使其尽可能地接近预期的产品设计。
a.使用Azoteq提供的工具对具体的设计和传感器操作环境进行调试（如评估相对计数（delta）变化、测量绝对电容变化、评估电池供电引起的信号减弱的影响）。
b.在设计初期要进行环境变化测试，包括温度、湿度和机械运动等。
c.在使用参考通道时，需要反复测试以确保获得适当的参考跟踪/阻塞数据。
5.根据原型结果和优化措施来确定材料和感应盘尺寸。
6.通过长时间在不同环境（热、冷、出汗、水等）中的类似/重复测试和实际用户穿戴状态测试，确认最终设计符合原型测试结果。
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