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- ELETTRONICA OGGI 456 - SETTEMBRE 2016
può essere costituito da un filo o una lamina in rame,
incorporata in un supporto in tessuto. In alternativa,
in alcune auto di fascia alta, il volante contiene un
elemento riscaldante che può essere utilizzato come
un elettrodo di rilevamento. In entrambi i casi, l’im-
plementazione hardware è semplice e il conducente
avvertirà l’uso del sensore come qualcosa di naturale
e confortevole.
Inoltre, il funzionamento del rilevamento capacitivo è
ben noto ai progettisti di sistemi, dato che il successo
dei telefoni con touchscreen ha spinto i produttori di
componenti elettronici a commercializzare una gran-
de varietà di controller per il rilevamento capacitivo.
Quali sono allora gli ostacoli alla realizzazione di un
sistema di rilevamento capacitivo efficace nello sterzo
usando i circuiti convenzionali già esistenti? A cosa
vanno incontro le case automobilistiche?
I problemi nascono da tre cause: la compatibilità elet-
tromagnetica (EMC), la temperatura e l’umidità.
L’elettrodo che segue la circonferenza del volante agi-
sce come un’antenna grande ed efficiente, in grado
di trasmettere e ricevere interferenze. Purtroppo, i
controller per touchscreen odierni dipendono dall’ac-
coppiamento di un segnale digitale ad alta frequenza
nell’elettrodo del sensore: si tratta di un segnale che
crea interferenze potenzialmente dannose quando
sono trasmesse dal volante all’interno di un veicolo.
Anche le oscillazioni della temperatura devono esse-
re prese in considerazione nel progetto di un senso-
re per volanti: il materiale di imbottitura del volante
presenta una certa costante dielettrica a temperatura
ambiente, che definisce la capacità elettrica più bassa
che l’elettrodo è in grado di rilevare. Tuttavia, la co-
stante dielettrica in questione varia in funzione della
temperatura, pertanto il sistema deve essere in grado
di adattarsi a una capacità elettrica di base variabile in
un intervallo di temperature di esercizio in auto com-
prese tra -40 °C e 125 °C.
Infine, l’abitacolo di un veicolo è concepito per ospita-
re le persone e può capitare, ad esempio, che il condu-
cente versi una bevanda sul volante mentre è alla gui-
da. Di conseguenza, il sensore capacitivo deve essere
in grado di funzionare correttamente anche quando il
volante è bagnato.
Sebbene i sensori touchscreen siano in grado di ge-
stire la presenza di goccioline d’acqua sullo schermo,
lo stesso non accade quando l’intera superficie è rico-
perta da un liquido.
Inoltre, le soluzioni basate su microcontrollori usate
nei touchscreen e negli elettrodomestici odierni sono
poco adatte alle specifiche rigorose delle applicazioni
automotive. Tuttavia, una nuova implementazione ana-
logica del rilevamento capacitivo offre una risposta ai
problemi associati ai sensori digitali convenzionali.
La soluzione: gestire l’impedenza complessa
La nuova soluzione di rilevamento analogica è offerta
da un dispositivo prodotto da ams e denominato Capsic
(Fig. 1). Essendo in grado di rilevare l’impedenza com-
plessa nell’elettrodo del volante, può affrontare senza
problemi diverse condizioni ambientali, come gli sbalzi
di temperatura e la saturazione dovuta all’umidità.
Il funzionamento del sensore Capsic si basa sull’invio
di un segnale pilota all’elettrodo, utilizzando un gene-
ratore interno di onde sinusoidali a bassa frequenza
accompagnato da un amplificatore. La tensione e la
frequenza del segnale di pilotaggio sono monitorate
con attenzione per garantire che la corrente di pilotag-
gio sia proporzionale all’impedenza complessa inviata
al pin Sense (rilevamento). La corrente di pilotaggio
equivale quindi a:
Come mostrato nella formula, la corrente ha una
componente reale e una immaginaria. Le due compo-
nenti presentano una differenza fondamentale: una
ha la stessa fase della tensione di pilotaggio, l’altra è
sfasata di 90° rispetto alla stessa. Un metodo comune
per illustrare tale concetto è un diagramma di fase
(Fig. 2). La corrente totale è costituita dalla combina-
zione della componente in fase e della componente
sfasata di 90°. La circuiteria convenzionale misura
solo la corrente totale e non le rispettive componenti
costitutive.
All’interno del sensore Capsic, la corrente di pilotag-
gio complessa è demodulata in due percorsi, uno con
una fase a 0° rispetto alla tensione di pilotaggio e l’al-
tro con una fase a 90°. L’uscita di questi demodulatori
Fig. 3 – Circuito equivalente semplificato del sensore nel volante
CAPACITIVE SENSING