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ANALOG/MIXED SIGNAL CAPACITIVE SENSING 27 - ELETTRONICA OGGI 471 - GIUGNO-LUGLIO 2018 scegliere tra il substrato FR4 per applicazioni a basso costo oppu- re il substrato RT Duroid a basse perdite nel caso di applicazioni per le quali il costo non rappre- senta un fattore critico. Un altro componente importante è la piaz- zola (pad) del sensore. Si tratta di un componente sensibile per cui è necessario seguire certi criteri per il suo progetto e il posizionamento sulla scheda PCB. L’ultimo, e il più importante, componente è il con- trollore, ovvero il “cervello” del sistema responsabile del condizionamento del segnale e dell’elaborazione richiesti per implementare un’interfaccia tattile utiliz- zando l’elemento di rilevamento. Le misure di capacità possono essere effettuate se- guendo due modalità: capacità mutua (mutual capa- citance) e auto-capacità (self capacitance). Nella fi- gura 2 è schematizzato il principio di funzionamento delle due modalità. In un sensore capacitivo basato sull’auto-capacità, la capacità è misurata rispetto a massa. Nel caso della capacità mutua, sono utilizza- ti un elettrodo di trasmissione (Tx) e uno di ricezione (Rx) per rilevare sia un tocco sia l’assenza di tocco. Nel momento in cui si verifica un tocco, il segnale pas- sa dall’elettrodo di trasmissione a quello di ricezione. Questo segnale è direttamente proporzionale alla ca- pacità mutua. In presenza di un tocco, la mutua capaci- tà diminuisce mentre la auto-capacità aumenta. L’auto- capacità è più adatta nelle applicazioni a tocco singolo (interfaccia che prevede l’uso di un solo dito), mentre nelle applicazioni multi-tocco (in cui sono usate più dita come i gesti effettuati con due dita) è necessario utilizzare la tecnologia a capacità mutua. Metodologie di progetto Poiché il rilevamento capacitivo permette di realizzare un’interfaccia in grado di realizzare le aspettative degli utilizzatori, i progettisti devono garantire uniformità di prestazioni nel rispetto di severi vincoli di budget. Ro- bustezza, affidabilità, ripetibilità, accuratezza e sensi- bilità sono alcune tra le caratteristiche più importanti che un progettista deve essere in grado di implemen- tare nelle applicazioni che prevedono l’uso del rileva- mento tattile capacitivo. Scelta del controllore La scelta del controllore è un aspetto molto importan- te del progetto. Attualmente sono disponibili parecchi controllori, ciascuno con le proprie caratteristiche e funzionalità. Per il rilevamento capacitivo è necessario un controllore che integra una circuiteria analogica caratterizzata da un elevato rapporto tra segnale e ru- more (SNR) per garantire i livelli di prestazioni e accu- ratezza richiesti. Il controllore deve inoltre supportare funzionalità di condizionamento dei segnali in quanto l’elaborazione di segnali capacitivi, in particolar modo quelli relativi alle applicazioni multi-tocco, richiedono numerose operazioni di condizionamento dei segna- li. L’aggiunta di ulteriori componenti hardware, come circuiti di pilotaggio (driver), buffer o convertitori per il condizionamento dei segnali oltre al controllore non è consigliabile, in quanto contribuisce a incrementare perdite e rumore, oltre ovviamente ai costi. Anche la progettazione delle piste che trasportano i segnali è un compito abbastanza impegnativo in considerazione del fatto che le dimensioni delle piste influenzano l’in- tensità del segnale che è proporzionale all’adattamento dell’impedenza. I controllori PSoC (Programmable Sy- stem-on-Chip) integrano funzionalità di rilevamento capacitivo oltre a circuiti per il condizionamento dei segnali come amplificatori operazionali e amplificato- ri TIA (Trans-Impedance Amplifier). In questo modo i progettisti possono inter- facciare direttamente il sensore con il controllore senza ricorrere a hardware aggiuntivo. Fig. 1 – I principali componenti di un sotto-sistema per il rilevamento capacitivo Fig. 2 – Principio di funzionamento delle duemetodologie per lamisura della capacità