电容式感应技术可以检测外部目标（待测物体）对传感器电极电场造成的失真。传感器电极通常是一种导电结构（如铜板），可将电场辐射到目标上，从而在传感器电极和目标之间形成互电容。电容式传感器器件（在本例中为 FDC1004）可检测电容变化，并提供反映新电容值的输出数据。

图 4-14 展示了电容式感应如何用于接近检测、液位检测和材料检测。在接近检测（本应用手册将侧重于此应用）中，接地的导电物体（如左图中所示的手指）实际上是一个接地平面，并与传感器形成互电容。当手指朝着传感器移动或远离传感器时，电容会发生变化，随后电容式感应器件便会检测到这一变化情况。在液位检测中，传感器和目标（液体）的位置是固定的，液位的变化会导致传感器或液体电容发生变化，而这一变化便可通过器件检测到。在材料检测中，传感器和目标可以有固定的尺寸和位置，传感器或目标电容可以通过目标材料的介电常数 (ε_t = ε_rε_o) 和对电容的影响来帮助区分不同的材料。更多详细信息，请参阅 FDC1004：电容式感应的基础知识和应用。

图 4-14 电容式感测应用

电容式感应面临的两个挑战是来自附近物体的干扰和周围环境中的电磁 (EM) 能量。两者都可以通过良好的机械设计和使用有源屏蔽 来管理。与接地屏蔽相比，有源屏蔽的优势在于可以放置在靠近传感器的位置以充分提供保护，而不会给传感器带来不利负载，也不会影响目标电容的测量。与根据定义保持在零电压的接地屏蔽不同，有源屏蔽采用与传感器相同的波形进行驱动，因此传感器电极和有源屏蔽之间没有电压差。传感器波形和屏蔽波形之间的零电压差将避免附近的屏蔽给传感器带来负载。屏蔽驱动器的低输出阻抗将减弱入射到屏蔽层上的外部电磁场，并使传感器与附近的物体隔离。有源屏蔽有助于将检测区域聚焦到传感器的非屏蔽侧。

屏蔽电极可通过多种方式与传感器电极配对，如图 4-15 所示。

• 与传感器电极大小相同 的屏蔽物直接置于传感器下方。

  这种配置代表需要使用的最小屏蔽尺寸。

• 比传感器电极更大 的屏蔽物直接置于传感器下方。与相同大小 的传感器相比，这种配置可以更好地衰减来自传感器下方侧面的干扰。
• 屏蔽环 紧挨并围绕传感器顶部，屏蔽物位于传感器下方。这种配置可对源自传感器下方和侧面的干扰进行最出色的衰减。

为确保对传感器电极的相关干扰进行最出色的衰减，需要尽可能缩短传感器与屏蔽电极之间的距离。

图 4-15 有源屏蔽配置

请注意，连接到传感器电极的 PCB 布线也可能对干扰敏感。根据设计和 PCB 布局，也许可以屏蔽连接到传感器的 PCB 布线，从而减弱布线上的干扰。更多详细信息，请参阅电容式感应：有源屏蔽的来龙去脉。

传感器电极的设计可能差异很大，通常取决于系统的机械限制。很难提供通用指南，最终的传感器设计通常会涉及试错，甚至可能（但并不总是）需要电磁仿真。对于触控检测应用，最好先考虑适用于平行板电容器的众所周知的公式：

其中：

• A = 两个板的面积（以平方米为单位）
• ε_r = 两个板之间材料的相对介电常数
• ε₀ = 自由空间的介电常数 (8.85 x10^-12 F/m)
• d = 板间的间隔距离（以米为单位）

图 4-16 平行板电容器

最好先根据机械要求考虑可用的传感器面积，并使用方程式 2 来估算产生的电容。对于处于静止位置（例如，附近没有手）的车门把手，传感器电极可能有弧度或轮廓，有效接地平面可能包含不同距离的表面，因此很难进行直接计算。再加上传感器和接地电极之间可能会放置具有介电常数 (ε_T = ε_rε₀) 的其他材料，就像水汽和其他污染物一样，所有这些因素都可能影响电容。这种非活动状态确定了传感器的标称静息 电容，因此至关重要。

如果车门把手被激活，则附近的手必须是主要的接地表面，且其面积可能大于或小于传感器。如果手或手指的面积大于传感器面积，则可以通过方程式 2 计算合理的近似值。如果手或手指的面积小于传感器面积，则实际传感器电容可能会小于该公式预测的值。

更多详细信息，请参阅采用 FDC1004 的电容式接近感应 应用手册。