AN90071 CY8CMBR3xxx CapSense® Design Guide (Japanese).pdf

CY8CMBR3xxx
CapSense®設計ガイド
ドキュメント No. 001-91966 Rev. **
サイプレス セミコンダクタ
198 Champion Court
San Jose、CA 95134-1709
電話番号(米国):+1.800.858.1810
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を譲渡することも、または含意することもありません。サイプレス製品は、サイプレスとの書面による合意に基づくものでない
限り、医療、生命維持、救命、重要な管理、または安全の用途のために使用することを保証するものではなく、また使用する
ことを意図したものでもありません。さらにサイプレスは、誤動作や故障によって使用者に重大な傷害をもたらすことが合理的
に予想される生命維持システムの重要なコンポーネントとしてサイプレス製品を使用することを許可していません。生命維持
システムの用途にサイプレス製品を供することは、製造者がそのような使用におけるあらゆるリスクを負うことを意味し、その
結果サイプレスはあらゆる責任を免除されることを意味します。
商標
SmartSense™、 EZ-Click™および Programmable System-on-Chip™はサイプレス セミコンダクタ社の商標であり、
®
®
PSoC および CapSense はサイプレス セミコンダクタ社の登録商標です。本書で言及するその他全ての商標または
登録商標は、各社の所有物です。
ソースコード
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従います。サイプレスが本書面によりライセンシーに付与するライセンスは、個人的、非独占的かつ譲渡不能のライセンス
であり、 適用される契約で指定されたサイプレスの集積回路と併用されるライセンシーの製品のみをサポートするカスタム
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いません。生命維持システムの用途にサイプレス製品を供することは、製造者がそのような使用におけるあらゆるリスクを
負うことを意味し、その結果サイプレスはあらゆる責任を免除されることを意味します。
ソフトウェアの使用は、適用されるサイプレス ソフトウェア ライセンス契約によって制限され、かつ制約される場合があります。
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
Document No. 001-91966 Rev. **
2
目次
1.
2.
はじめに ........................................................................................................................................................................... 6
1.1
概要 ....................................................................................................................................................................... 6
1.2
はじめに ................................................................................................................................................................. 6
1.3
CY8CMBR3xxx ファミリの機能概要 ........................................................................................................................ 7
1.4
CY8CMBR3xxx ファミリの機能比較 ........................................................................................................................ 9
1.5
CY8CMBR3xxx CapSense システム概要 ............................................................................................................. 10
1.6
CapSense の設計フロー ....................................................................................................................................... 11
CapSense の技術 ......................................................................................................................................................... 13
2.1
CapSense の原理 ................................................................................................................................................ 13
2.2
CY8CMBR3xxx の静電容量式タッチ センシング技法............................................................................................. 15
2.3
CapSense チューニング........................................................................................................................................ 16
2.4
SmartSense 自動チューニング ............................................................................................................................. 16
2.5
センサの種類 ........................................................................................................................................................ 17
2.6
3.
ボタン(0 次元)......................................................................................................................................... 17
2.5.2
スライダ(1 次元) ..................................................................................................................................... 17
2.5.3
近接(3 次元) ........................................................................................................................................... 19
耐水性 .................................................................................................................................................................. 19
2.6.1
シールド電極 ............................................................................................................................................ 20
2.6.2
ガードセンサ ............................................................................................................................................ 21
CapSense 回路設計 ...................................................................................................................................................... 22
3.1
4.
2.5.1
回路図設計上の考慮事項 ..................................................................................................................................... 22
3.1.1
特定出力ピンの選択 ................................................................................................................................ 22
3.1.2
センサピンを選択 ..................................................................................................................................... 23
3.1.3
スライダ ピンを選択 .................................................................................................................................. 24
3.1.4
GPO を選択............................................................................................................................................. 25
3.2
回路図の設計チェックリスト ................................................................................................................................... 26
3.3
回路図の例........................................................................................................................................................... 26
3.3.1
携帯電話のタッチ ボタン ........................................................................................................................... 26
3.3.2
家電製品のタッチ ボタン ........................................................................................................................... 28
3.3.3
近接センシング ........................................................................................................................................ 30
CapSense レイアウト ガイドライン................................................................................................................................... 32
4.1
Design Toolbox(デザイン ツールボックス) ............................................................................................................ 32
4.1.1
全般的なレイアウト ガイドライン ................................................................................................................ 32
4.1.2
レイアウト エスティメータ ........................................................................................................................... 35
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
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3
目次
4.2
4.3
4.4
5.
CP、消費電力、応答時間計算器 ............................................................................................................... 36
4.1.4
設計検証 ................................................................................................................................................. 38
近接センサのレイアウト ガイドライン ...................................................................................................................... 40
4.2.1
センサの設計ガイドライン ......................................................................................................................... 40
4.2.2
近接距離への金属物体の影響 ................................................................................................................. 41
耐水性のレイアウト ガイドライン............................................................................................................................. 43
4.3.1
シールド電極の構造 ................................................................................................................................. 43
4.3.2
ガード センサ ........................................................................................................................................... 43
サンプル レイアウト ............................................................................................................................................... 44
4.4.1
FPC 上のタッチ ボタン .............................................................................................................................. 44
4.4.2
FR4 PCB 上のタッチ ボタン ...................................................................................................................... 45
4.4.3
FPC 上の近接センサ ............................................................................................................................... 45
CY8CMBR3xxx の設定 ................................................................................................................................................. 47
5.1
5.2
6.
4.1.3
CY8CMBR3xxx の構成 ........................................................................................................................................ 47
5.1.1
センサ構成 .............................................................................................................................................. 47
5.1.2
GPO 構成 ................................................................................................................................................ 51
5.1.3
ブザー設定 .............................................................................................................................................. 54
5.1.4
デバイス構成 ........................................................................................................................................... 56
CY8CMBR3xxx の設定 ........................................................................................................................................ 57
5.2.1
EZ-Click を使った CY8CMBR3xxx 設定 ................................................................................................... 57
5.2.2
サードパーティ プログラマを使った CY8CMBR3xxx 設定 .......................................................................... 59
CapSense 性能のチューニング ...................................................................................................................................... 60
6.1
一般的な注意事項 ................................................................................................................................................ 60
6.1.1
6.2
6.3
7.
信号、ノイズ、および SNR(信号対ノイズ比).............................................................................................. 60
ボタン、スライダ、およびガード センサのチューニング ............................................................................................. 62
6.2.1
最小限の SNR の確保方法 ...................................................................................................................... 62
6.2.2
ボタン閾値パラメータ ................................................................................................................................ 63
6.2.3
ボタン、スライダ、およびガード センサの閾値設定 ..................................................................................... 65
近接センサのチューニング .................................................................................................................................... 67
6.3.1
最小値の SNR の確保方法 ...................................................................................................................... 67
6.3.2
高度ロー パス(ALP)フィルタ .................................................................................................................... 69
6.3.3
近接センサの閾値パラメータ..................................................................................................................... 72
6.3.4
近接センサ閾値パラメータの設定 ............................................................................................................. 73
低消費電力設計上の注意事項 ........................................................................................................................................ 75
7.1
CY8CMBR3xxx の動作モード ............................................................................................................................... 75
7.1.1
アクティブ モード ....................................................................................................................................... 76
7.1.2
Look-for-Touch モード ............................................................................................................................. 76
7.1.3
Look-for-Proximity モード......................................................................................................................... 77
7.1.4
ディープスリープ モード............................................................................................................................. 77
7.1.5
設定モード ............................................................................................................................................... 77
7.2
消費電力に影響する要因 ...................................................................................................................................... 77
7.3
低消費電力向けのシステム設計推奨項目 ............................................................................................................. 78
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
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目次
8.
リソース .......................................................................................................................................................................... 79
8.1
ウェブサイト .......................................................................................................................................................... 79
8.2
データシート .......................................................................................................................................................... 79
8.3
レジスタ技術リファレンス マニュアル ...................................................................................................................... 79
8.4
デザイン ツールボックス ........................................................................................................................................ 79
8.5
EZ-Click™ 2.0 ..................................................................................................................................................... 79
8.6
開発キット ............................................................................................................................................................. 79
8.7
デザイン サポート .................................................................................................................................................. 80
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
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5
1. はじめに
1.1 概要
このガイド(CY8CMBR3xxx CapSense®設計ガイド)はCY8CMBR3xxx CapSenseコントローラ ファミリを使う静電容量の
タッチセンシング アプリケーションの設計方法について説明します。CY8CMBR3xxx CapSenseコントローラ ファミリは前例
のない信号対ノイズ比、クラス最高水準の防水、および多種多様なセンサ(ボタン、スライダや近接センサなど)を提供します。
このガイドではCY8CMBR3xxx CapSenseの設計の流れ、設計ツール、設計上の考慮事項および性能調整について説明
します。
1.2 はじめに
静電容量タッチ センサは、人体の静電容量を使ってセンサ上またはセンサ近くの指の存在を検出する ユーザー
インターフェースのデバイスです。静電容量センサは審美的に優れており、使い易く、長寿命を持っています。サイプレスの
CapSenseソリューションでは、ユーザーの製品に優雅で、信頼性が高く、簡単に使用できる静電容量タッチ センシング機能
をもたらしています。サイプレスのCapSenseソリューションは、40 億個以上の機械式ボタンを置き換えてきました。
CY8CMBR3xxx CapSense Express™コントローラは、高度な機能を持つが実装が簡単な静電容量タッチセンシングを使用
するユーザー インターフェース ソリューションを提供します。最大16の静電容量センシング入力をサポートするこのレジスタ設
定可能なファミリは、設計サイクルから時間のかかるファームウェア開発および調整手順を必要としません。これらの
コントローラは、最小限の開発サイクル時間で静電容量ボタン、スライダ及び近接センシング ソリューションを実装するのに
理想的なものです。CY8CMBR3xxxコントローラは、霧、湿気、水滴または流水に起因する誤検知をなくすることにより、堅牢
な耐水性のあるCapSenseアプリケーションを可能とします。
CY8CMBR3xxx CapSense の設計ガイドは、 CapSense コントローラの CY8CMBR3xxx ファミリを使用して、静電容量式
タッチセンシングの機能を実装する方法について説明します。このガイドでは、サイプレスの CapSense の技術に精通してい
ることを前提としています。CapSense の技術を初めて使用する場合、その基礎を理解するために CapSense 入門のガイド
を参照してください。
この設計ガイドでは、以下の項目について説明します。

CY8CMBR3xxx CapSense コントローラ ファミリの機能

CY8CMBR3xxx ファミリで利用される CapSense 技術

回路図およびレイアウト設計上の考慮事項

CY8CMBR3xxx ファミリの設定方法

性能チューニング

低消費電力設計上の注意事項
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
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6
CapSense レイアウト ガイドライン
1.3 CY8CMBR3xxx ファミリの機能概要
The CY8CMBR3xxx ファミリは、高度な機能を持つが実装が簡単な静電容量タッチセンシングを使用する ユーザー
インターフェース ソリューションを提供する高性能かつ低消費電力の CapSense Express™コントローラです。
CY8CMBR3xxx ファミリの機能は以下の通りです。



レジスタ設定可能な CapSense Express コントローラ
2

I C インターフェースを通じて設定可能

ファームウェア開発またはデバイス プログラミングは不要

最大 16 静電容量センシング入力をサポート

最大 8 汎用出力(GPO)をサポート

GPO は CapSense のセンサにリンクされるか、ホスト プロセッサによって制御される

GPO は直接 LED を駆動可能
SmartSense™ 自動チューニング

システム、製造及び環境の変化に応じて連続的に補正を行う CapSense アルゴリズム

最適な性能を実現するために自動的に静電容量ボタンのパラメータを設定する

システムの手動調整が不要

広範囲の寄生容量(CP)に対応(5 ~ 40pF)

必要に応じてユーザーが手動で閾値を設定することが可能
高度な機能

ウェイク オン アプローチ
o

耐水性
o

センサの ON/OFF 状態の間にユーザー設定可能な LED の輝度
隣接センサ抑制(FSS)
o
複数の隣接したボタンからの接触を識別する

SNR を改善する用のファームウェア フィルタ

音響タッチ フィードバック用のブザー信号出力

外部抵抗ブリッジを使用するアナログ電圧出力

センサの状態の変化をホストに知らせる為の割り込み出力

I2C インターフェースを通じたシステム診断データ
o

水滴、水流、または霧が存在する環境でも正常に静電容量ボタンが動作する性能
GPO ピンでの PWM 出力
o

近接イベントで低電力モードからアクティブモードへとシステムをウェークアップさせる
生産ラインのテストやシステムのデバッグを簡素化
ノイズ耐性

電磁妨害(EMI)を更に最小限するための疑似ランダムシーケンス(PRS)のクロックソース

外部の放射ノイズおよび伝導性ノイズに対して優れたノイズ耐性をサポートする電磁環境適合性(EMC)
®
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7
CapSense レイアウト ガイドライン



システム診断機能は以下のものを検出

VDD とグランドに短絡されるセンサ

センサ間の短絡

センサがシールドと短絡

変調コンデンサ(CMOD)の不適切な値

寄生容量(CP)の値が範囲外
2
I C インターフェース

400-kHz までの速度をサポート

ハードウェアのアドレス一致のウェークアップ

クロック ストレッチなし
動作電圧範囲が広い


1.8V(±5%)、2.0~5.5V
低消費電力

デバイスの消費電力を低減するために異なる動作モードをサポート

スキャン 120ms の周期でセンサ当たりの平均電流消費量は 22µA

I2C が ON になる状態のディープスリープ電流:2.5µA

工業用途向け温度範囲: -40℃ ~ +85℃

パッケージのオプション

8 ピン SOIC(150 mil)

16 ピン SOIC(150 mil)

16 ピン QFN(3×3×0.6mm)

24 ピン QFN(4×4×0.6mm)
®
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8
CapSense レイアウト ガイドライン
1.4 CY8CMBR3xxx ファミリの機能比較
表 1-1 は CY8CMBR3xxx ファミリの異なるコントローラにサポートされている機能を比較します。これらのコントローラは
サポートされるセンサや機能の数に基づいて区別されます。設計要求を満たす適切なデバイスを選択するのにこの表を使用
します。
表 1-1.CY8CMBR3xxx コントローラの比較
機能
#
1
ボタンの最大数
2
スライダ セグメントの
最大数
3
近接センサの最大数
4
シールド電極
5
ガードセンサ
5
ウェイク オン アプローチ
6
耐水性
7
GPOs/LED 駆動出力
の最大数
8
LED 輝度調整
9
I2C インターフェース
10
ブザー駆動出力
11
ホスト割り込み出力
12
FSS
13
14
MBR3116
16
MBR3106S
11
MBR3110
MBR3108
MBR3102
10
8
2
MBR3002
2
10
2
2
2
2
2
8
0
5
4
1
2
メジアン及び IIR
フィルタ
アドバンスト ロー パス
フィルタ
15
電磁環境適合性(EMC)
16
感度制御
17
自動指閾値
18
柔軟な指閾値
19
LED ON 時間
20
トグル モード
21
システム診断機能
22
センサ自動リセット
注:

CY8CMBR3102コントローラはガードセンサをサポートしないため、水流ではなく水滴のみに対して耐水性を提供します。

CY8CMBR3002用のセンサ自動リセットは20秒に固定され、 変更することができません。
®
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9
CapSense レイアウト ガイドライン
1.5 CY8CMBR3xxx CapSense システム概要
図 1-1 は、CY8CMBR3xxx CapSense コントローラとの CapSense アプリケーションの典型的なシステム レベルの
ブロック図を示します。The CY8CMBR3xxx コントローラは、ユーザー インターフェース パネル上の指タッチを検出し、タッチ
2
状態をホスト プロセッサに報告するスレーブ デバイスとして作動します。CY8CMBR3xxx コントローラは、ホストが I C
インターフェースを通じてセンサの状態を読み込むために、センサの状態が変化するたびにホスト プロセッサに割り込みパル
スを送信します。CY8CMBR3xxx コントローラは駆動 GPOs および専用ブザー出力でタッチ フィードバックを提供します。
TM
2
EZ-Click ツールは I C インターフェースを使用して CY8CMBR3xxx コントローラを設定し、デバッグするために使用されま
す。
図 1-1. CY8CMBR3xxx コントローラを備えた CapSense システムのブロック図
CapSense Sensors
EZ-Click
Buttons
Sliders
CSD PLUS With
SmartSense
I2C
Proximity
Host
Processor
CY8CMBR3xxx
®
LEDs
GPO Drive
and Control
Buzzer
PWM
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
Host
Interrupt
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CapSense レイアウト ガイドライン
1.6 CapSense の設計フロー
図 1-2 は CY8CMBR3xxx コントローラを使用する静電容量センシングの製品設計サイクルの代表的なフローを示したもの
で す 。 表 1-2 に は CY8CMBR3xxx コ ン ト ロ ー ラ を 使 用 す る CapSense ア プ リ ケ ー シ ョン を 設 計 る た め の サ ポー ト
ドキュメンテーションおよびエコシステムが一覧表示されます。
図 1-2 標準的な CapSense の製品設計フロー
1. Understand CapSense
Technology
2. Specify System
Requirements and
Characteristics
3. Study Feasibility and Select
Part
4. Evaluate CY8CMBR3xxx
Features Using MBR3 Kit
5. Design CapSense
Schematic
6. Design CapSense Layout
and Mechanical Structure
7. Configure CapSense
Controller
8. Preproduction Build
(Prototype)
9. Design Validation: Test and
Evaluate System Functionality
and CapSense Performance
Meets
Specifications?
No
Yes
10. Production
®
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= Topics covered in this document
= Topics covered in an other document
= Not covered in any document; user
should define the process based on
application
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11
CapSense レイアウト ガイドライン
表 1-2.サポートしているドキュメンテーション及びエコシステム
サイプレスのサポート ドキュメンテーション
フローチャート
内のステップ
ドキュメント名
章
1. CapSense
技術を理解する
CapSense 入門
CY8CMBR3xxx CapSense の設計ガイド(本書)
第2章
2. システム要求
および特性を
指定する
いかなるドキュメントにも記載されていない; ユーザーはアプリケーションに基づいてプロセスを定義す
該当なし
3. 実行可能性の
調査: パーツ
選択
CY8CMBR3xxx CapSense の設計ガイド(本書)
CY8CMBR3xxx データシート
第1章
4. MBR3 キット
を使用して
CY8CMBR3xxx
の機能を評価
する
CY3280-MBR3 評価キットのユーザー ガイド
該当なし
CapSense 回路
設計
CY8CMBR3xxx CapSense の設計ガイド(本書)
第3章
6. CapSense レ
イアウト及び機
械構造を設計
する
CY8CMBR3xxx CapSense の設計ガイド(本書)
第4章
7. CapSense コ
ントローラを設定
する
CY8CMBR3xxx CapSense の設計ガイド(本書)
第5章
8. 試作ビルド
いかなるドキュメントにも記載されていない; ユーザーはアプリケーションに基づいてプロセスを定義す
該当なし
る必要があります。
る必要があります。
9. 設計検証
CY8CMBR3xxx CapSense の設計ガイド(本書)
第6章
10. 製造
いかなるドキュメントにも記載されていない; ユーザーはアプリケーションに基づいてプロセスを定義す
該当なし
る必要があります。
®
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12
2. CapSense の技術
静電容量式タッチセンシング技術は、タッチ面上または近傍の指の存在を検出するために、面(センサ)とその周辺環境との
間で起きる静電容量の変化を測定します。
2.1 CapSense の原理
標準的な CapSense センサは、プリント回路基板(PCB) の表面にエッチングされた銅パッドからできています。図 2-1 に
示したように、非導電性のオーバーレイ素材はセンサのタッチ面として機能します。
図 2-1 静電容量タッチセンサ
PCB 基板の配線とビアは、センサパッドを CY8CMBR3xxx コントローラの CapSense 入力ピンに接続します。図 2-2 に
示したように、各センサピンの合計静電容量は、CX1、CX2〜CXn の値を持つ等価集中コンデンサとしてモデル化されます。
CY8CMBR3xxx コントローラ内の CapSense 回路は、 これらの静電容量の値を等価のデジタル カウントに変換します。
そして、これらデジタルカウントは接触を検出するためにコントローラで処理されます。
図 2-2.CY8CMBR3xxx デバイスへの CapSense の実装
560 Ω
560 Ω
Sensor 1
CX1
Sensor 4
CX4
560 Ω
Sensor 2
CX2
560 Ω
CY8CMBR3xxx
Sensor n
CXn
560 Ω
CMOD
Sensor 3
CX3
注:CY8CMBR3xxx コントローラは、CMOD ピンとグランドの間に接続される外部コンデンサ CMOD を必要とします。
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
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13
CapSense レイアウト ガイドライン
指を置かない場合のセンサの静電容量は寄生容量 CP と呼ばれます。寄生容量は、センサ(センサパッド、配線、ビアを含む)
とシステム内の他の導電体(グランド面、配線、製品のシャーシまたは封入物その他)の間で生じる電場により生じます。また、
CY8CMBR3xxx コントローラのセンサ ピン及び内部容量も寄生容量に寄与します。 しかし、これらの内部容量はセンサ容量
に比べ非常に小さいです。図 2-3 は、 CY8CMBR3xxx センサ ピンが配線とピアでセンサパッドに接続する方法について
説明しています。一般的には、グランドハッチは、他のセンサと配線から分離させるためにセンサパッドの周りを囲んでいます。
この図はセンサパッド周辺で幾つかの磁力線を示していますが、実際の電界分布は非常に複雑です。
図 2-3 寄生容量
図 2-4 に示すように、指がオーバーレイに触れると、人体の導電性と大きな体積によりセンサパッドに対し平行な接地された
導体面と成りまます。
図 2-4 指でセンサが起動した時の典型的な CapSense 基板の断面図
ここでの構造は平行板のキャパシタとなります。センサパッドと指の間の静電容量は次の通りです。
(式 1)
0=真空の誘電率
r
= オーバレイの比誘電率
A = 指とセンサパッドが重なっている面積
D=オーバーレイの厚さ
CF は指の容量として知られています。寄生容量 CP と指の静電容量 CF は互いに並列です。これは、両者がセンサピンと
グランド間で容量になるためです。そのため、指がセンサに触れている時のセンサの総静電容量 CS は、CP と CF の合計に
なります。
式2
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
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14
CapSense レイアウト ガイドライン
接触していない場合は、 CX は CP です。
CY8CMBR3xxx コントローラは、raw カウントと呼ばれる等価デジタル カウントを容量 CX に変換します。指の接触により、
センサ ピンの合計容量が増加するので、raw カウント内の増加は指タッチを示します。寄生容量 CP が増加すると、CF の CP
に対する比率は減り、指タッチに対応する静電容量の単位当たりの変化も減ります。そのため、CP が増加すると、タッチ検出
がより困難になります。
一般的に、 CP は CF より桁違いに大きい値です。CP は通常 10 pF ~ 20 pF の範囲ですが、極端な場合は 45 pF まで高く
なることもあります。CF は通常 100 〜 400 fF の範囲です。
2.2 CY8CMBR3xxx の静電容量式タッチ センシング技法
CY8CMBR3xxx コントローラは、静電容量式タッチ センシング技法ーCapSense シグマ デルタ PLUS (CSD PLUS)を使用
して、静電容量の変化をデジタル カウントに変換します。CSD PLUS タッチ センシング技法では、極端にノイズの多い環境下
でもタッチ精度を保証する信号対ノイズ比(SNR)を提供します。
CY8CMBR3xxx デバイスの CSD PLUS CapSense センシング技法は、 図 2-5 に示すように、CX をスイッチト キャパシタ
回路に組み込まれます。CX は、重複期間のないスイッチ Sw1 および Sw2 によって GND および AMUX バスに交互に接続
されます。Sw1 および Sw2 はプリチャージ クロックによって駆動され、AMUX バスから電流(ISENSOR)を流出します。 ISENSOR
は CX の大きさに直接比例します。シグマ デルタ コンバータは、AMUX バス電圧をサンプリングして、定電流源(IDAC)を
制御する変調ビット ストリームを生成します。IDAC は、AMUX バスの平均電圧が VREF に維持されるように AMUX を充電
します。センサは、変調コンデンサ (CMOD)から電流 ISENSOR を出力します。CMOD は、Rbus と一緒に、シグマ デルタ
コンバータの入力部でプリチャージ スイッチングの過渡電流を減衰させるロー パス フィルタを形成します。
図 2-5.CSD PLUS ブロック図
CY8CMBR3xxx
Precharge
Clock
IDAC
IDAC
GND
Sw1
VREF
GND
Cx
Sw2
Rbus
ISENSOR
AMUX
Bus
HI-Z Sigma–Delta
Input Converter
CMOD
AMUX バス電圧を VREF 電圧に維持するために、シグマ デルタ コンバータは、ビット ストリームのデューティ サイクルを制御
することで IDAC 出力電流を ISENSOR に一致させます。シグマ デルタ コンバータはセンサ スキャンの期間に渡ってビット
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CapSense レイアウト ガイドライン
ストリームを格納し、蓄積された結果が CX に正比例した、raw カウントであるデジタル出力となります。この raw カウントは、
高レベルのアルゴリズムによって解釈され、センサの状態を判断します。図 2-6 は、 センサを指で触れて離した間の連続した
ス キ ャ ン 数 に よ り CSD PLUS raw カ ウ ン ト を プ ロ ッ ト し た も の で す 。 CapSense の 原 理 で 説 明 し た よ う に 、 指 の
接触によって、CX が CF だけ増加し、その結果、ロー カウントが比例して増加します。定常状態で raw カウント レベルのシフト
をあらかじめ定められた閾値と比較することで、センサがオン(接触)状態であるかオフ(接触なし)状態であるかを高レベルの
アルゴリズムにより決定できます。raw カウント、指の閾値および信号対ノイズ比(SNR)の詳細については、CapSense 入門
のガイド.を参照してください。
図 2-6.指を触れたときの CSD ローカウント
2.3 CapSense チューニング
CapSense システムの最適な性能は、基板のレイアウト、センサの寸法、オーバーレイの素材、およびアプリケーションの
要件などによって決まります。これらの要素は CapSense レイアウト ガイドラインで説明します。これらの要素に加え、CSD
PLUS センシング技法は堅牢な動作のために幾つのハードウェア及びソフトウェア パラメータがセットされることを要求します。
これらのパラメータの最適値を設定するプロセスは手動チューニングと呼ばれています。手動チューニングは面倒で時間の
かかるプロセスです。サイプレスの SmartSense 自動チューニング アルゴリズムは、全てのハードウェア及びソフトウェアの
パラメータを自動的に設定することで手動チューニング プロセスを不要にします。
2.4 SmartSense 自動チューニング
タッチ センシングのユーザー インターフェースのチューニングは、適切なシステムの動作と快適なユーザーの使用体験のた
めに重要です。標準的な設計フローには、初期設計段階、システム統合中、および生産立上げ前の最終製造の微細調整で
のセンサ インターフェースのチューニングが含まれています。チューニングは繰り返しプロセスなので時間がかかることがあり
ます。
SmartSense 自動チューニングは、最適な性能を実現するために静電容量ボタンのパラメータを自動的に設定する
CapSense アルゴリズムです。これは連続的にシステム、製造および環境変化のために補正し、ユーザーインターフェースの
開発サイクルを簡略化します。それは使い易く、試作や製造段階で手動チューニングを無くすことで、設計のサイクル時間を
短縮します。SmartSense 自動チューニングは、電源が入ったままで、各 CapSense ボタンを自動的にチューニングし、実行
時の最適なボタン操作を維持します。SmartSense 自動チューニングは PCBs 及びオーバレイの製造上のばらつきに適応し
ます。LCD インバータ、AC ライン、スイッチ モード電源等、様々なソースからのノイズを自動的に消します。SmartSense
アルゴリズムの動作方法を理解するために CapSense 入門のガイドを参照してください。
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CapSense レイアウト ガイドライン
2.5 センサの種類
CY8CMBR3xxx は、 図 2-7 に示すように、ボタン、スライダ及び近接センサの 3 種類の静電容量センサをサポートします。
図 2-7.CY8CMBR3xxx にサポートされる静電容量センサの種類
Button Sensor
Slider Sensor
Proximity Sensor
2.5.1 ボタン(0 次元)
CapSense のボタンは、多種多様なアプリケーション(家電、医療機器、照明管理および他の多くの製品)の中で使われてい
る機械式ボタンに取って代わります。これは、単一センサからなる CapSense センサの最も簡単な種類です。CapSense
のボタンは、2 つの出力状態の内の 1 つを出力します:アクティブ(指がボタンに接触)か非アクティブ(指がボタンに不接触)
です。これら 2 状態はそれぞれに ON と OFF 状態とも呼ばれます。簡単な CapSense ボタンは円形の銅パッドで構成
されます。図 2-8 に示したように、CY8CMBR3xxx コントローラ上の CapSense ボタンの機能のためにマークされるピンに
接続します。CY8CMBR3xxx では、CSx ピンはボタン センサがそれに接続できることを示します。ボタンは他のボタンや配線
から分離するためにグランドされた銅のハッチ部で囲まれています。円形のギャップは、ボタン パッドとグランド ハッチ部を
分離しています。レイアウトの推奨については、全般的なレイアウト ガイドライン節を参照してください。
図 2-8.簡単な CapSense ボタン
CS3
560 Ω
CS2
560 Ω
560 Ω
CS1
CY8CMBR3xxx
Button Sensor
Grounded
Hatch Pattern
2.5.2 スライダ(1 次元)
スライダは、必要な出力が漸次インクリメントまたはデクリメントされる形態である場合に使用されます。例としては、照明管理
(調光装置)、音量管理、グラフィック イコライザ、速度制御などが挙げられます。スライダは、互いに隣接する静電容量センサ
の配列で構成されます。これらの配列はセグメントと呼ばれます。1 個のセグメントに触れると、隣接するセグメントを部分的
に活性化します。ファームウェアは、図心位置(centroid position)として知られる指タッチの幾何学的中心の位置を計算
するために、触れたセグメントと近傍のセグメントからの raw カウントを処理します。
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CapSense レイアウト ガイドライン
計算された図心位置の実際の分解能は、スライダのセグメント数よりさらに高いです。例えば、 5 個のセグメントを持つ
スライダでは、少なくとも 100 ヶ所の物理的な指の位置を判別できます。この高精度の分解能は、スライダを横切る指の滑り
として図心位置のスムーズな移動を感知します。 図 2-9 に示した通り、リニアスライダにおいては、セグメントがインラインに
配置されます。
各 スライ ダ セグ メント は、 CY8CMBR3106S コ ントロ ーラ 上の スライ ダ の機 能用 にマ ークされ るピ ンに接 続 しま す 。
CY8CMBR3106S では、SLDxx ピンはスライダ セグメントがそれに接続できることを示します。スライダのセグメント用には、
ジグザグのパターン(二重の山形)が推奨されます。このレイアウトにより、セグメントに触れると、必ず隣接セグメントにも部分
的に触れます。これは、図心位置を計算する助けになります。レイアウトの推奨については、全般的なレイアウト ガイドライン
の節を参照してください。
図 2-9.リニアスライダ
SLD14
560 Ω
SLD13
560 Ω
SLD12
560 Ω
SLD11
560 Ω
560 Ω
SLD10
CY8CMBR3106S
Slider Segment
Grounded
Hatch Pattern
ラジアル スライダが連続していること以外は、ラジアル スライダはリニア スライダに似ています。図 2-10 は、一般的な
ラジアル スライダを示します。
図 2-10.ラジアルスライダ
SLD14
560 Ω
SLD13
560 Ω
SLD12
560 Ω
SLD11
560 Ω
560 Ω
SLD10
CY8CMBR3106S
Slider Segment
Grounded
Hatch Pattern
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CapSense レイアウト ガイドライン
2.5.3 近接(3 次元)
近接センサは、センサ周囲の 3 次元空間における手の存在を検出します。しかし、近接センサの実際の出力は、CapSense
のボタン同様に ON/OFF 状態です。近接センシングは、センサのサイズ及び構造により、数 cm ~ 10cm 離れて手を検出
できます。各近接センサは、CY8CMBR3xxx コントローラ上の近接センシングの機能用にマークされるピンに接続します。
CY8CMBR3xxx コントローラでは、PSx ピンは近接センサがそれに接続できることを示します。近接センシングには、ボタン
やスライダの使用時に比べてはるかに長い距離に放射される電界が必要であるために、大きなセンサ面積を要求とします。
近接センサは、図 2-11 に示すように、PCB 上の配線であるか、シンプルなワイヤ ループです。詳細については、近接センサ
のレイアウト ガイドライン節を参照してください。
図 2-11.近接センサ
560 Ω
PS0
CS3
CS2
560 Ω
560 Ω
560 Ω
CS1
CY8CMBR3xxx
Button Sensor
Proximity Sensor
2.6 耐水性
CapSense の設計において、誤ったタッチ検知は、タッチ面上の水膜か水滴の存在に起因して起こることがあります。家電製
品、車載アプリケーション、および産業用アプリケーションは、水、氷および湿度の変化を伴う環境で機能する必要がある
システムの例です。そのようなアプリケーションには、シールド電極およびガードセンサが堅牢なタッチスクリーンを提供します。
水滴や水分への耐性が必要な用途の場合は、シールド電極を使用する必要があります。接触面の水流に対する耐性も要求
する用途の場合は、シールド電極と共にガードセンサを使用する必要があります。
注: 耐水性は近接及びスライダ センサではサポートされません。
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 2-12.CY8CMBR3xxx に接続されるシールド電極 (SH)及びガードセンサ (GUARD)
GUARD
560 Ω
CY8CMBR3xxx
CS3
560 Ω
560 Ω
560 Ω
CS2
SH
CS1
560 Ω
Button Sensor
Guard Sensor
Shield Electrode
2.6.1 シールド電極
シールド電極は、CapSense ボタンセンサが水滴による誤ったタッチを検出しないように保護します。オーバーレイの表面に
水滴が存在する場合、図 2-13 に示すように、シールド電極とセンサ パッドの間のカップリングが CWD の分だけ増加します。
図 2-13.水滴を伴う静電容量測定
Water Drop
Overlay
CWD
Shield
Electrode
PCB
Guard Sensor

CWD – 水滴およびシールド電極間の静電容量
シールド電極の目的は、タッチセンサの周囲に水の影響の軽減に役立つ電場を設定することです。シールド電極は、
タッチセンサの電圧をミラーリングすることにより動作します。シールド電極およびセンサが同じ信号で駆動されるため、それら
の間の電位差はゼロであり、センサとシールド電極との間のいかなる静電容量は電荷移動を引き起こすことができません。
そのため、センサとシールド領域の両方に部分的に存在している水膜または水滴が、センサの容量を変化させず、
CapSense は水膜または水滴があっても操作できるようになります。
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CapSense レイアウト ガイドライン
2.6.2 ガードセンサ
ガードセンサは、図 2-12 に示すように、PCB 上の全てのセンサを取り囲んでいる銅配線です。水流の存在を検出するために
使用されます。感知表面に水流が存在する場合、図 2-14 に示すように、大静電容量(CST)がシステムに追加されます。この
静電容量は、CWD の数倍大きくなる可能性があります。このため、シールド電極の効果は完全にマスクされており、センサに
より測定される Raw カウントは、指のタッチと同じかそれより高くなります。この場合、ガードセンサが水流を検出すると、その
他のセンサがトリガするのをブロックします。
図 2-14.水流を伴う静電容量測定
Water Drop
CST
Overlay
CWD
Shield
Electrode
CWG
PCB
Guard Sensor

CWD - 水流およびシールド電極間の静電容量

CST - 水流およびシステム グランド間の静電容量

CWG - 水流およびガードセンサ間の静電容量
耐水性のある設計をするために、以下の手順に従ってください。
1.
アプリケーションは水滴や水分に対する耐性が必要な用途の場合は、シールド機能を持つ CY8CMBR3xxx コントローラ
を選択します。水流に対しても耐性が必要な用途の場合は、シールドとガード機能の両方を持つ CY8CMBR3xxx
コントローラを選択します。コントローラを選択するために、表 1-1 を参照してください。
2.
シールド電極及びガードセンサを構成するために、 耐水性のレイアウト ガイドライン節で説明した回路図とレイアウト
ガイドラインに従ってください。
3.
シールドおよびガード センサ設定の節で説明した通り、EZ-Click のシールドとガードセンサの機能を有効にします。
4.
ボタン、スライダ、およびガード センサのチューニング節で説明した通りにガードセンサを調整します。
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3. CapSense 回路設計
CY8CMBR3xxx コントローラは専用ピンのボタン、スライダ及び近接センサをサポートします。サポートされているボタン、
スライダ及び近接センサの数はまたこのコントローラに固定されます。センサ ピンの選択は CapSense アプリケーションを
設計するための最初のステップです。この章では、CapSense 回路図を設計するためのセンサ ピンを選択するガイドラインを
提供します。
3.1 回路図設計上の考慮事項
CY8CMBR3xxx で回路図を設計する手順は以下の通りです。
1.
特定の出力ピン(SPO)の選択
2.
センサ ピンの選択
3.
GPO ピンの選択
4.
電源及びグランド接続
5.
I C 回線接続
2
2
この章は特定の出力、センサ及び GPO ピンの選択する方法について説明します。電源、グラウンド及び I C 回線接続に
ついては、CY8CMBR3xxx データシートを参照してください。
3.1.1 特定出力ピンの選択
シールド電極、ガードセンサ、 ブザー及びホスト割り込みピンは特定出力ピン(SPOs)と呼ばれます。これらの機能はセンサ
ピンと多重化され、専用のピンでのみサポートされます。そのため、センサピンを接続する前に、これらの特定出力ピンを選択
するのは重要です。
例えば、7 ボタン、ブザー出力及び耐水機能を必要とする CapSense 設計を検討してください。 表 1-1 にリストされたように、
CY8CMBR3116 及び CY8CMBR3110 コントローラは設計要求に適合します。例示の目的のために、CY8CMBR3110 が
選択されます。ブザー(BUZ)、シールド(SH)及びガード(GUARD)ピンは図 3-1 に示すように、センサと GPO ピンに多重化
されるため、 回路図設計の最初のステップはこれらのピンを選択することです。同じピンでサポートされる複数の機能に
ついては、CY8CMBR3xxx データシートのピン配置の節を参照してください。特定の出力ピンが選択された後、図 3-2 に示す
ように、ボタン センサ CS0、 CS1、 CS3、 CS5、 CS6、 CS7 及び CS8 を選択してください。
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 3-1. 単一のピンでサポートされる複数の機能
Multiple features (CapSense, GPO,
Host Interrupt and Buzzer output)
Multiplexed on a single pin
1
16
CS4/SH
I2C SCL
2
15
CS3
CS0/PS0
3
14
CS9/GPO4/HI/BUZ
CS1/PS1
4
13
CS2/GUARD
CMOD
5
12
CS8/GPO3
VCC
6
11
CS7/GPO2
VDD
7
10
CS6/GPO1
VSS
8
9
CS5/GPO0
CY8CMBR3110
I2C SDA
図 3-2.特定の出力ピン(SPO)の選択
CS1
16
2
15
3
560 Ω
4
5
6
CY8CMBR3110
CS0
560 Ω
560 Ω
1
14
13
12
11
7
10
8
9
560 Ω
560 Ω
560 Ω
560 Ω
560 Ω
560 Ω
SH
CS3
BUZ
GUARD
CS8
CS7
CS6
CS5
3.1.2 センサピンを選択
センサピンを選択する場合、GPO ピンの次、または GPO ピンの間のセンサピン(CSx、 SLDx、 PSx、または GUARD)を
選択しないでください。GPO ピンの次にあるセンサピンを選択するとクロストークが発生する場合があります。センサ配線
及び GPO 配線が並列に動作する場合は、 GPO スイッチングは GPO ピンの次にあるセンサを謝ったトリガに引き起こすこと
があります。クロストークを回避するために、CapSense 入門ガイドの「PCB レイアウト ガイドライン」節を参照してください。
例えば、図 3-3 (a) はセンサ CS9 が GPO0 と GPO2 ピンの間にある回路図です。この場合では、CS9 配線が GPO0 また
は GPO2 配線と並列に動作すると、GPO0 または GPO2 のスイッチングはセンサ CS9 を誤ったトリガに引き起こします。
この誤ったトリガを回避するために、 図 3-3 (b) に示したように、GPO ピンの次ではないセンサピン CS3 を選択するか、また
はセンサ配線及び GPO 配線が並列に動作していないことを確保します。
ユーザーの設計は近接センサを必要とする場合、近接センサが 2 つのピンでのみサポートされるのでボタンピン(CSx)を選
択する前に近接センサピン(PSx)を選択してください。
ノイズ耐性を高めるために、560 Ω の直列抵抗をセンサ ピンに接続します。CapSense のいかなるピンが使用されていない
場合、センサピンとして設定し、グラウンドに接続することを推奨します。CapSense 入力としてピンを設定する方法について
は、センサ構成節を参照してください。
図 3-3. センサ ピンの選択ガイドライン
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CapSense レイアウト ガイドライン
5
14
GPO2
6
13
CS2
CS3
560 Ω
19
20
21
23
24
2
17
3
CY8CMBR3116
16
4
15
5
14
6
13
7
12
11
16
18
GPO0
GPO2
12
15
CY8CMBR3116
560 Ω
1
11
4
GPO0
560 Ω
CS9
3
560 Ω
10
PS1
560 Ω
9
17
CS0
8
19
20
21
22
23
24
2
10
560 Ω
18
7
CS2
560 Ω
1
9
PS1
560 Ω
8
CS0
22
(b)
(a)
3.1.3 スライダ ピンを選択
スライダ ピンを選択するために、表 3-1 を参照してください。
表 3-1. スライダ ピンの選択ガイドライン
セグメント数
推奨値
5 以下
SLD1x グ ル ー プ か ら ピ ン を 選 択 し ま す 。 SLD10 は 最 初 の ス ラ イ ダ セ グ メ ン ト で あ り 、 SLD14
は第 5 セグメントです。
5 以上
ス ラ イ ダ の 最 初 の 5 セ グ メ ン ト の た め に SLD1x グ ル ー プ か ら の 全 て の 5 ピ ン を 選 択 し 、 残 り の
セ グ メ ン ト の た め に SLD2x グ ル ー プ か ら の ピ ン を 選 択 し ま す 。 SLD10 は ス ラ イ ダ の 最 初 の
セグメント、SLD20 は第 6 セグメントであり、SLD24 は第 10 セグメントです。
図 3-4 は 7 セグメントでスライダ用に設計された回路図の例を示します。この回路図では、スライダのセグメント SLD0 ~
SLD4 はコントローラの SLD1x グループからのピンを使用し、 SLD5 及び SLD6 セグメントは SLD2x グループのピンを使用
します。 SLD2x グループの残りのピン(SLD22、 SLD23、 and SLD24)はボタンとして設定されます。未使用の場合、ボタン
として設定され、グラウンドに接続されます。
®
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24
CapSense レイアウト ガイドライン
19
20
21
22
23
24
図 3-4.スライダ ピン選択
1
18
2
17
3
16
CY8CMBR3106S
4
15
SLD6
560 Ω
SLD5
560 Ω SLD4
SLD1xグループ
560 Ω
12
560 Ω
SLD3
SLD2
560 Ω
SLD1
560 Ω
SLD0
560 Ω
11
13
10
6
9
14
8
5
7
SLD2xグループ
3.1.4 GPO を選択
GPO はホスト コントローラによって制御される場合、いかなる使用可能な GPO がタッチ フィードバックを提供するために使
用されます。GPO7~GPO0 の順で GPO を選択することを推奨します。例えば、ユーザーの設計は 8 ボタン及び 5 GPO を
必要とする場合、ボタン用に CS0~CS7 を、 GPO 用に GPO7~GPO3 を選択します。 これは、図 3-5 に示すように、GPO
ピンの次にあるセンサピンの選択を回避するためです。
図 3-5. ホスト制御が有効にされた時の GPO ピンの選択
2
17
560 Ω
CS6
CS7
CS4
19
560 Ω
560 Ω
20
21
22
560 Ω
CS0
560 Ω
CS1
560 Ω
CS2
560 Ω
CS3
24
560 Ω
23
GPO7
CS5
19
20
21
22
23
18
1
18
2
17
GPO0
15
GPO1
4
15
5
14
GPO2
5
14
6
13
GPO3
6
13
CY8CMBR3116
4
3
11
12
GPO5
GPO4
9
8
7
9
8
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7
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
®
560 Ω
560 Ω
CS6
CS7
16
GPO6
CY8CMBR3116
10
12
16
3
GPO4
560 Ω
560 Ω
CS4
560 Ω
24
560 Ω
CS3
560 Ω
1
11
CS2
560 Ω
10
CS0
CS1
CS5
(b)
(a)
GPO3
25
CapSense レイアウト ガイドライン
GPO ホスト制御が無効な場合、 CS0~CS7 からの各センサはそれぞれに GPO0~GPO7 にマップされます。この場合、
選択されたセンサに対応する GPO を選択します。例えば、GPO ホスト制御は無効で、CS0、 CS1 及び CS2 はボタン
として選択された場合、LEDs を駆動するために GPO0、GPO1 及び GPO2 を GPO ピンとして選択してください。
CY8CMBR3xxx コントローラは、 GPO ピンの LEDs を駆動するためにソースおよびシンク構成の両方をサポートします。
GPO のシンク機能はソース機能よりはるかに高いので、シンク構成で LED を接続することを推奨します。ソース及び
シンクの最大電流制限については、CY8CMBR3xxx データシートの DC I/O ポートの仕様を参照してください。
電流を制限するには、供給源の電圧によって適当な値の直列抵抗を追加します。ユーザーの設計は最大制限値より大きな
シンク電流が必要な場合、EZ-Click を使用して、外部トランジスタを GPO ピンに接続し、駆動モードで GPO を設定して
ください。
3.2 回路図の設計チェックリスト
回路図の設計を検証するために、表 3-2 のチェックリストを使用してください。
表 3-2.回路図の設計チェックリスト
No.
カテゴリ
推奨/注釈
1.
VDD1ピンのデカップリング コンデンサ
1 µF と 0.1 µF コンデンサを同時に接続する。
2.
VCC2ピンのデカップリング コンデンサ
VDD > 2 Vの場合、0.1 μF コンデンサを接続する。
VDDが1.71V~1.89Vの場合、このピンをVDDと短絡させる。
3.
VDDIO3ピンのデカップリング コンデンサ
1 µF と 0.1 µF コンデンサを同時に接続する。
3.
CMOD
2.2 nF、5 V、X7R または NPO コンデンサを接続する。
4.
CSx、PSx、SLDx、GUARD と SH ピンの直列抵抗
560 Ω 抵抗をピンと直列に接続する。
5.
I2C 線の直列抵抗
330 Ω 抵抗を SDA4と SCL5線と直列に接続する。
6.
I2C 線のプルアップ
I2C インターフェース電圧に応じて、適切な値を選択する。
7.
HI 線のプルアップ
I2C インターフェース電圧に応じて、適切な値を選択する。
8.
未使用の CapSense ピン(CSx、PSx、SLDx と GUARD)
それらをボタン センサとして設定し、接地する。6
3.3 回路図の例
3.3.1 携帯電話のタッチ ボタン
タッチ ボタンは、多くのアプリケーションに迅速にアクセスできるように携帯電話で使用されます。標準的携帯電話は最大 4
つのタッチ ボタンがあり、LED バックライトを必要とします。
図 3-6 に示す回路図はタッチ ボタンを携帯電話に実装する方法の例です。
図 3-6 では、CY8CMBR3108 コントローラは以下の方法で設定されます。

CS0-CS3: CapSense ボタン
1
VDD: これはチップへの主な電源で、1.8 (±5%)から、かつ、2.0~5.5Vで電源投入できる。
VCC: これはコアや静電容量センシング回路を電源投入する内部レギュレータ出力です。
3
VDDIO: これは、CY8CMBR3108のI2C SDA、I2C SCLとHI 線用の電源入力です。これらのI/Oの信号レベルはVDDIOに関して参照さ
れる。電源供給の詳細な情報については、CY8CMBR3xxxデータシートをご参照ください。
4
SDA - シリアル データ (SDA)線、I2CマスタとICスレーブとの間にデータを送信するために使用されます。
5
SCL - シリアル クロック (SCL)線は、I2CスレーブをI2C マスタと同期化するために使用されます。
6
有効になっているシステム診断機能は、これらのピンが接地されたと通知します。
2
®
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26
CapSense レイアウト ガイドライン
ノイズ耐性を向上するため、全ての CapSense ピンは(チップの近くに配置される)560 Ω の直列抵抗を持つ
必要がある。
GPO0–GPO3:外部 LED へ
 CY8MBR3xxx コントローラは HIGH 吸いこみ電流能力を持つため、各 LED がシンキング モードで接続される。
 直列抵抗は、GPO 電流を IIL 制限に限定するように、接続されます。
CMOD ピン:2.2nF のコンデンサを通して接地
VCC ピン:0.1 µF のコンデンサを通して接地
 電源電圧は 3.3 V であるため、VCC ピンは VDD ピンと短絡されない。
VDD ピン:外部電源電圧へ
 1 µF と 0.1のデカップリング コンデンサはVDDへ接続される。
VDDIOピン:電源電圧(≤ VDD)へ
2
 VDDIOはI C線に電源投入する。
2
2
2
I C_SCLとI C_SDA ピン: 330 オームの抵抗を通じて I C ヘッダーに接続
HIピン:ホストへ
2
 変わったセンサ状態を読み込むI Cトランザクションを初期化するように、ホストを求めるため。








図 3-6 携帯電話のタッチ ボタン用の回路図
注:

コンデンサ C1、C2、C3、C4、C5、C6 及び 560 Ω の直列抵抗をできる限り CapSense IC の近くに配置してください。
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
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27
CapSense レイアウト ガイドライン

2
I C線(SDAとSDL)及びHIはホスト側の外部プルアップ抵抗を必要とします。
表 3-3 部品表
番号
数量
リファレンス
説明
メーカー
メーカーのパーツ番号
1
2
C1、C4、C5
CAP CER 0.1 µF 10 V 10% X5R
0402
Taiyo Yuden
LMK105BJ104KV-F
2
1
C2、C6
CAP CER 1 µF 10 V 10% X5R
0402
TDK Corporation
C1005X5R1A105K050BB
3
1
C3
CAP CER 2200 pF 50 V 5% X7R
0402
Murata
GRM155R71H222JA01J
4
2
R1、R2
RES 330 オーム 1/10W 5%
0402 SMD
Panasonic Electronic
Components
ERJ-2GEJ331X
5
4
R3、R4、R5
、R10
RES 560 Ω 1/16 W 5% 0402
SMD
Yageo Corporation
RC0402JR-07560RL
6
4
R6、R7、R8
、R9
RES 1 kΩ 1/10 W 5% 0402
SMD
Panasonic Electronic
Components
ERJ-2GEJ102X
7
1
U1
CY8CMBR3108-LQXI-16QFN
Cypress Semiconductor
CY8CMBR3108-LQXI -16QFN
8
4
D3、D2、D1
、D4
LED CHIP ANGAN HER RA
0603
Avago Technologies US Inc.
516-2277-1-ND
3.3.2 家電製品のタッチ ボタン
タッチ ボタンは、メカニカル ボタンに代わって電化製品に使用されます。これらのアプリケーションの重要な仕様は耐水性の
ある CapSense ボタンやオーディオ フィードバックです。
図 3-7 に示す回路図はタッチ ボタンを IH 調理器に実装する例です。
図 3-7 では、CY8CMBR3110 コントローラは以下の方法で設定されます。








CS0、CS1、CS3、CS5、CS6、CS7、CS8:CapSense ボタン
 ノイズ耐性を向上するため、全ての CapSense ピンは(チップの近くに配置される)560 Ω の直列抵抗を持つ必要が
ある。
SH:シールド ピン
 ノイズ耐性を向上するため、シールド ピンは(チップの近くに配置される)560 Ω の直列抵抗を持つ必要がある。
GUARD:ガード センサ
 ノイズ耐性を向上するため、ガード センサは(チップの近くに配置される)560 Ω の直列抵抗を持つ必要がある。
BUZZER: 1 ピンブーズに接続。
CMOD ピン:2.2nF のコンデンサを通して接地
VCC ピン:0.1µF のコンデンサを通して接地(デバイス)
 電源電圧は 5V であるため、VCC ピンは VDD ピンと短絡されない。
VDD ピン:外部電源電圧へ
 1 µF と 0.1のデカップリング コンデンサはVDDへ接続される。
2
2
2
I C_SCLとI C_SDAピン:330Ωの抵抗を通じて I Cヘッダーに接続
®
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28
CapSense レイアウト ガイドライン
図 3-7 IH 調理器のタッチ ボタンの回路図
注:



コンデンサ C1、C2、C3、C4 及び 560 Ω の直列抵抗をできる限り CapSense IC の近くに配置してください。
この回路図に示されるLEDは、センサ状態に基づいてホスト コントローラにより駆動さます。
2
I C線(SDAとSDL)はホスト側の外部プルアップ抵抗を必要とします。
表 3-4 部品表
番号
数量
リファレンス
1
2
R1、R4
RES 330 Ω 1/10W 5% 0603
SMD
Yageo Corporation
RC0603JR-07330RL
2
9
R3、R6、R2、R5、R7
、R8、R9、R10、R11
RES 560 Ω 1/10W 5% 0603
SMD
Yageo Corporation
RC0603JR-07560RL
3
1
C1、C4
セラミック コンデンサ 1UF 10V
10% X5R 0603
Axios Corporation
0603ZD104KAT2A
4
1
C2
セラミック コンデンサ 1UF 10V
10% X5R 0603
TDK Corporation
C1608X5R1A105K080AC
5
1
C3
セラミック コンデンサ 15PF 50V
5% NP0 0603
Murata
GRM1885C1H222JA01D
6
1
U1
CY8CMBR3110-SX2I-16SOIC
Cypress
Semiconductor
CY8CMBR3110-SX2I-16SOIC
7
1
LS1
ブザー PIEZO 4KHZ 12.2MM
PC MNT
TDK
CORPORATION (
VA)
PS1240P02BT
8
7
D1、D2、D3、D4、D5
、D6、D7、D8
赤色 LED クリア 1206 背面実装
タイプ SMD
Stanley Electric Co
BR1111R-TR
9
7
R12, R13, R14,
R15, R16, R17, R18
抵抗 1.0 kΩ 1/10 W 5% 0603
SMD
Yageo
RC0603JR-071KL
10
1
J1
CONN HDR 100" SNGL PCB
5POS
Sullins Connector
Solutions
SWR25X-NRTC-S05-ST-BA
11
1
J2
CONN HEADER .100" DUAL
STR 80POS
Sullins Connector
Solutions
PRPC040DAAN-RC
®
説明
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
メーカー
メーカーのパーツ番号
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29
CapSense レイアウト ガイドライン
3.3.3 近接センシング
近接センシングは、ユーザーが電話中で、電話が耳の近い位置にある時、ディスプレーを OFF にし、キーパッドをディセーブ
ルにするために、携帯電話・タブレットに使用されます。近接センシングは、携帯電話・タブレットの比吸収率(SAR)規制用に
も使用されます。
図 3-8 に示される回路図は携帯電話・タブレットに近接センシングを実装する例です。
図 3-8 では、CY8CMBR3102 コントローラ 以下の方法で設定されます。






PS0:近接センサ
 ノイズ耐性を向上するため、全ての近接センサ ピンは(チップの近くに配置される)560 Ω の直列抵抗を持つ
必要がある。
GPO0:ホストへ
 GPO は、ホスト コントローラに近接センサ状態を示すために使用される。
CMOD ピン:2.2 nF のコンデンサを通して接地
VCC ピン:1.8 V 動作の場合、VDD ピンと短絡
VDD ピン:外部電源電圧へ
 1 µF と 0.1のデカップリング コンデンサはVDDへ接続される。
2
2
2
I C_SCLとI C_SDAピン:330Ωの抵抗を通じて I Cに接続
図 3-8 近接センサアプリケーションの回路図
注:

コンデンサ C1、C2、C3 及び 560 Ω の直列抵抗をできる限り CapSense IC の近くに配置してください。

I C 線(SDA と SDL)と Host_INT はホスト側のプルアップ抵抗を必要とします。
2
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
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30
CapSense レイアウト ガイドライン
表 3-5 部品表
番号
数量
リファレンス
説明
1
1
C1
セラミック コンデンサ 2200 pF 50 V 5%
X7R 0402
Murata
GRM155R71H222JA01J
2
1
C2
セラミック コンデンサ 0.1UF 10V 10%
X5R 0402
TDK Corporation
C1005X5R1A105K050BB
3
1
C3
セラミック コンデンサ 0.1UF 10V 10%
X5R 0402
Taiyo Yuden
LMK105BJ104KV-F
4
1
R3
抵抗 560 Ω 1/16 W 5% 0402 SMD
Yageo Corporation
RC0402JR-07560RL
5
2
R1、R2
抵抗 330Ω 1/10W 5% 0402 SMD
Panasonic Electronic
Components
ERJ-2GEJ331X
6
1
U1
CY8CMBR3102-SX1I-8SOIC
Cypress Semiconductor
CY8CMBR3102-SX1I-8SOIC
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
メーカー
メーカーのパーツ番号
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31
4. CapSense レイアウト ガイドライン
標準的な CapSense アプリケーションでは、容量センサは FR4/FR2 またはフレキシブル プリント基板(FPC)上の配線で
構成されています。CapSense レイアウト設計は、設計段階における重要なステップです。CapSense レイアウトの最善の
実践方法に従って、設計が高いノイズ耐性、低い寄生容量(CP)、および高い信号対ノイズ比(SNR)を実現できます。
以下は、CapSense レイアウトを設計する際に考慮すべき要因です。

寄生容量(CP):センサの高い CP は、センサの静電容量の小さな変化を検知することをさらに難しくして、感度を低下
させます。CapSense レイアウトは、センサの CP を最小限にするように設計する必要があります。

配線長:長い配線のため、センサの CP が増加し、センサの感度が低下します。また、長い配線がアンテナとして機能し、
センサのノイズ耐性を低下させます。

センサ寸法:センサ寸法はオーバーレイの厚さに依存します。厚いオーバーレイは、大きなセンサ寸法を必要とします。

消費電力:センサの消費電力は、センサの CP に依存します。センサの高い CP のため、センサのスキャン時間が増加
して、全体的な消費電力が多くなります。消費電力を削減するために、センサの CP を低下させます。
CP の低下、SNR の増加、および消費電力の削減を実現するには、「レイアウト ベスト プラクティス」に従ってください。これら
を実現する方法については、「CY8CMBR3xxx デザイン ツールボックス」を参照してください。
4.1 Design Toolbox(デザイン ツールボックス)
CY8CMBR3xxx デザイン ツールボックスは、一般的なレイアウト ガイドライン、センサ寸法と寄生容量の見積もり、センサの
平均消費電力と応答時間を提供するスプレッドシートです。デザイン ツールボックスは、EZ-Click からアクセスすることが
できます。デザイン ツールボックスの最新バージョンは、「CY8CMBR3xxx デザイン ツールボックス」からダウンロードする
ことができます。
このツールボックスには、4 つのセクションがあります。
1.
General Layout Guidelines(全般的なレイアウト ガイドライン )
2.
Layout Estimator(レイアウト エスティメータ)
3.
CP, Power Consumption, and Response Time Calculator(Cp、消費電力、応答時間計算器)
4.
Design Validation(設計検証)
4.1.1 全般的なレイアウト ガイドライン
このシートには、センサの形状、最大と最小寸法、配置、および PCB または FPC 上の配線ルーティングに関する推奨事項
があります。CapSense レイアウトを設計する際、これらのガイドラインに従ってください。
表 4-1 では、CapSense アプリケーションの設計のレイアウト ガイドラインをまとめています。ガイドラインの詳細ついては、
「CapSense 入門」ガイドを参照してください。
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
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32
CapSense レイアウト ガイドライン
表 4-1.レイアウトの推奨事項
詳細
Min
Max
推奨/注釈
1
ボタンの形状
該当なし
該当なし
塗りつぶし円形パターン、LED 穴のあ
る円形、または角が丸い長方形
2
ボタンのサイズ
5mm
15mm
「レイアウト エスティメータ」シート
を参照
3
ボタン間の間隔
ボタンとグランドの
間隔に等しい
該当なし
8mm
4
ボタンとグラウンドの間隔
0.5mm
2mm
オーバーレイの厚さに等しいが、
最少/最大限度以内
5
スライダ セグメントの形状
(リニア スライダ)
該当なし
該当なし
ジグザグ パターン(二重の山形)
6
スライダ セグメントの幅
1.5mm
4mm
オーバーレイの厚さに等しいが、
最少/最大限度以内
スライド セグメントの高さ
7mm
15mm
12mm
8
スライダ セグメントとグラ
ンドの間隔
0.5mm
2mm
オーバーレイの厚さに等しいが、
最少/最大限度以内
9
セグメント間の間隔
0.5mm
2mm
センサとグランドの間隔に等しい
#
カテゴリ
ボタン
7
スライダ

10
近接センサの形状
該当なし
11
近接センサの配線幅
1.5mm
1.5mm
近接ループとグランド ル
ープの間隔
1mm
1mm
グランド ループの配線幅
1.5mm
1.5mm
12
近接センサ
13
該当なし
PCB 上 の 広 い 面 積 を 占 め る
円形または角が丸い長方形
ループ

狭い面積を占める塗りつぶし円
形または長方形
近接センサをグランド ループで取り囲
むことを推奨しています。
14
近接センサ ループの直径
「推奨」列での
説明の通り
「推奨」列での
説明の通り
ALP フィルタが無効な場合、ループの
直径は少なくとも必要な近接距離に等
し い 必 要 が あ り ま す 。 ALP
フィルタが有効な場合、ループの
直径は少なくとも必要な近接距離の半
分に等しい必要があります。 近接
ループ センサの近くにあるグランド配
線/グランド面が近接距離を減少
させます。
16
ガード センサの形状
該当なし
該当なし
全てのボタン センサを取り囲む、
角が丸い長方形の PCB 配線
ガード センサの厚さ
2mm
グランド/シールド領域―
最上層
「推奨」列での説
明の通り
ガード
17
19
グランド/
シールド
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
2mm
「推奨」列での
説明の通り
ハッチ パターン、0.17mm(7mil)の配
線、1.143mm(45mil)のグリッド(15%
フィル)
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33
CapSense レイアウト ガイドライン
詳細
Min
Max
推奨/注釈
20
グランド/シールド領域―
最下層
「推奨」列での
説明の通り
「推奨」列での
説明の通り
ハッチ パターン、0.17mm(7mil)の配
線、1.778mm(70mil)のグリッド(10%
フィル)。FPC における CapSense 設
計の場合は、最下層でグランド フィル
を使用しないでください。
21
2 層 PCB における部品の
配置
該当なし
該当なし
#
カテゴリ
4 層 PCB における部品の
配置
該当なし
配線幅(FR4/FR2/FPC)
最上層:センサ
最下層:デバイス、他の部品、配
線。

最上層:センサ

第 2 層:CapSense 配線と VDD。
セ ン サ 下 の VDD 配 線 の
ルーティングを避けてください。

際 3 層:ハッチド グランド

最下層:デバイス、他の部品、
非 CapSense 配線。
該当なし
センサ パッドとデバイス
ピン間の配線長
22


0.17mm
520mm
520mm は、ボタン直径 5mm の FR4
PCB の場合の値です。異なる設計で
は、「レイアウト エスティメータ」シートを
参照してください。配線が短いほど、
センサの Cp が小さくなります。
0.20mm
0.17mm(7mil)
配線のルーティング
該当なし
該当なし
配線ルーティングは、センサを配置しな
い側で実行する必要があります。任意
の非 CapSense 配線が CapSense
配線に渡る場合、交差部分が直交
であることを確保してください。
24
センサのビア位置
該当なし
該当なし
ビアは、配線長を短くして、感度を
高めるために、ボタンの端の近くに配
置してください。
25
センサの配線のビア
ホール サイズ
26
センサの配線のビア数
23
ルーティング
27
CapSense 直列抵抗の
配置
28
CapSense 配線とグランド
領域の距離
10mil
1
0.254mm(10mil)
2
1
10mm
ノイズを抑制するために、CapSense
直列抵抗をデバイスの近くに配置して
ください。CapSense 抵抗は、LED 抵
抗より高い優先順位を持っています。
それらを先に配置してください。
0.508mm(20mil)
0.508mm(20mil)
29
デバイスの配置
該当なし
該当なし
センサの逆側の層にデバイスを実装し
てください。デバイスとセンサ間の
CapSense 配線長を最小限にする必
要があります(上記の配線長を
参照)。
32
LED バックライト
該当なし
該当なし
センサ パッドに穴を開けて、背面取り
付け可能な LED を使用します。
®
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
Document No. 001-91966 Rev. **
34
CapSense レイアウト ガイドライン
#
カテゴリ
33
36
Min
Max
推奨/注釈
基板の厚さ
「推奨」列での
説明の通り
「推奨」列での
説明の通り
CapSense FR4 ベ ー ス の 設 計 の
標準的な基板の厚さは 1.6mm です。
5mm
「レイアウト エスティメータ」シートを使
用してオーバーレイを決めてください。
最大値は、プラスチック オーバーレイ
の場合の値です。
該当なし
非導電性の素材(ガラス、ABS プラス
チック、フォーマイカ、木材など)を使用
してください。プリント基板とオーバーレ
イ間にエアギャップがないこと。接着剤
を使ってプリント基板とオーバーレイを
貼ってください。
該当なし
接着剤は、非導電性で、誘電的に均質
で あ る 必 要 が あ り ま す 。 3M 製 の
467MP と 468MP 接 着 剤 を 推 奨
します。
オーバーレイの厚さ
34
35
詳細
オーバーレイ
オーバーレイの素材
オーバーレイ接着剤
設計要件の通り
該当なし
該当なし
4.1.2 レイアウト エスティメータ
図 4-1 に示すように、「レイアウト エスティメータ」シートは、最終システムの要件および工業設計に基づいて、最小ボタン
サイズや最大配線長の推奨値を提供します。
このシートの入力は以下のパラメータです。

オーバーレイの厚さ:設計で使用するオーバーレイの厚さを入力します。CY8CMBR3xxx は、ボタン センサの場合に最
大厚さ 5mm のプラスチック オーバーレイ、およびスライダ センサの場合に最大厚さ 2mm のプラスチック オーバーレイ
をサポートしています。

オーバーレイの比誘電率:オーバーレイの比誘電率を入力します。幾つかの素材の比誘電率については、同シートの表
C を参照してください。素材の比誘電率が高いほど、センサの感度が高くなります。

1 インチ当たりの配線容量:同シートの表 C を参照して、1 インチ当たりの配線容量を入力してください。FPC に比べると、
FR4 PCB は小さい Cp を追加します。

ボタンの感度:このパラメータは、ボタン直径とオーバーレイ最大厚さを決めます。400fF を選択した場合、システムが
最低感度に調整され、100fF を選択した場合、システムが最高感度に調整されます。

スライダの感度:設計にスライダがある場合、スライダの感度を入力します。厚いオーバレイは、感度の値を小さくする
必要があります。

ノイズ状態:ノイズ状態は、センサ寸法を決める一つの要因です。ノイズが酷い環境で設計を実行する必要がある場合、
「High」を選択します。ノイズ状態が未定の場合、「Medium」を選択します。

近接センサ タイプ:設計に近接センサがある場合、近接センサ タイプを選択します。

必要な近接距離:必要な近接距離を選択します。有効範囲は 1~30cm です。

ALP フィルタ:設計では、小さいループ サイズで長い近接距離を必要とする場合、「有効」を選択します。そうでない場合、
「無効」を選択します。アドバンスト ロー パス(ALP)フィルタが有効になった場合、近接センサの応答時間が長くなります。
入力に応じて、ツールボックスは以下のものを見積もります。

SNR 5:1 を達成するのに最小限必要なボタン直径:ツールボックスは、SNR 5:1 を達成するのに最小限必要なボタン
直径が 15mm より大きい場合、オーバーレイの厚さを減らすか、またはセンサの感度を高めるよう警告を表示します。

SNR 5:1 を達成するのに最小限必要なスライダ寸法:ツールボックスは、スライダの必要な寸法が範囲外の場合、警告
を表示します。この場合、オーバーレイの厚さを減らすか、またはセンサの感度を低めます。

設計おけるボタンとスライダ センサの最大許容配線長
®
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35
CapSense レイアウト ガイドライン

スライダ セグメント間の間隔、およびボタンとグランドの間隔

SNR 5:1 で必要な近接距離を達成するのに最小限必要な近接ループ直径
図 4-1.レイアウト エスティメータ
4.1.3 CP、消費電力、応答時間計算器
基板レイアウトを完了した後、「CP,、消費電力、応答時間計算器」シートを使用して、設計の CP、平均消費電力、および応答
時間を見積もることができます。
4.1.3.1 CP 値の見積もり
センサの CP を見積もる手順は以下の通りです。
1.
表 A では、ドロップダウン リストから部品番号を選択します。
2.
選択した部品番号が「CY8C3106S」であり、スライダが設計に必要な場合、スライダ数および各スライダ グループ内の
セグメント数を入力します。
3.
表 B では、「Sensor Type」列でセンサ タイプを選択します。どのセンサにも接続されないか、または選択した部品番号
に適用できないピンの場合は、NC(接続なし)を選択します。ピンの詳細については、CY8CMBR3xxx データシートを
参照してください。
4.
選択したセンサの寸法を入力します。「Slider Length」列は、スライダ セグメントにのみ適用できます。選択したセンサの
寸法が最大範囲を超えた場合、ツールボックスは、センサ寸法を減少させるよう警告を表示します。センサ寸法の最小値
と最大値については、「全般的なレイアウト ガイドライン」を参照してください。
5.
各センサの配線長を「Trace Length」列に入力します。
6.
全てのパラメータが入力された後、ツールボックスはセンサの CP 値を見積もって、「Parasitic capacitance (Cp) of
sensors」列に表示します。積もりの CP 値が 45pF より大きい場合、CP 値が 45pF より小さくなるまで配線長を減少
させます。その値がが最大範囲以内の場合、センサ寸法を減少させることは推奨しません。
®
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36
CapSense レイアウト ガイドライン
図 4-2.センサの CP の見積もり
4.1.3.2 平均電流の見積もり
「CP 値の見積もり」節で説明されたようにセンサ寸法を入力した後、コントローラの平均消費電流を見積もる手順は以下の
通りです。
1.
表 B では、「Sensitivity」列から各センサの感度を選択します。感度値が大きいほど、消費電流が少なくなります。
2.
表 C では、スキャン期間を選択します。スキャン期間値が大きいほど、平均消費電流が少なくなります。
3.
状態タイムアウト期間を選択します。タイムアウト期間値が小さいほど、消費電流が少なくなります。この値を、設計の要
件に応じて選択してください。
4.
EMC が有効な場合、「Enabled」を選択します。無効な場合、「Disabled」を選択します。
5.
ブザーが有効な場合、ブザー オン時間を選択します。無効な場合、0 を選択します。ブザーが有効になった場合は、
ブザー オン時間値が大きいほど、平均消費電流が多くなります。
6.
PWM が GPO で有効な場合、「Enabled」を選択します。無効な場合、「Disabled」を選択します。
7.
1 時間当たりの平均接触回数および各センサ接触の期間を入力します。この値は、ユーザーがセンサを接触する頻度に
依存します。
8.
全てのパラメータが入力された後、ツールボックスは図 4-3 に示されるように、見積もりの 1 時間当たりの平均消費電流
を表示します。
図 4-3.平均消費電流の見積もり
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CapSense レイアウト ガイドライン
4.1.3.3 応答時間の見積もり
センサの応答時間は、表 B と表 C に入力された値に依存します。ボタンとスライダの応答時間を見積もるために、4.1.3.1 節
と 4.1.3.2 節それぞれで説明されたように、表 B と表 C のパラメータを入力します。
ボタンとスライダの応答時間を見積もる手順は以下の通りです。
1.
2.
3.
表 D では、デバウンス パラメータ値を選択します。
無限インパルス応答(IIR)とメジアン フィルタが有効な場合、それらに対応するセルで「Enabled」を選択します。無効な
場合、「Disabled」を選択します。
これらのパラメータが入力された後、図 4-4 に示されたように、ツールボックスは、ボタンとスライダそれぞれの最初の
接触応答時間と連続した接触応答時間を表示します。
近接センサの応答時間を見積もる手順は以下の通りです。
1.
2.
3.
4.
近接センサの応答時間を異なる動作モードで見積もるために、コントローラの動作状態を選択します。各動作モードの
詳細については、「CY8CMBR3xxx の動作モード」節を参照してください。
アドバンスト ロー パス(ALP)フィルタが有効な場合、「Enabled」を選択します。無効な場合、「Disabled」を選択します。
デバウンス パラメータ値を選択します。
これらのパラメータが入力された後、ツールボックスは、図 4-4 に示されたように、近接検知と近接リリースの応答時間を
表示します。
図 4-4.応答時間の見積もり
4.1.4 設計検証
試作基板が作られて試験された後、「設計検証」シートを使用して設計を検証します。「設計検証」シートを使用するには、
パラメータを「CP、消費電力、応答時間計算器」シートの表 B に入力する必要があります。
「設計検証」シートは、ボタンとスライダ センサの設計のみを検証します。近接センサの設計が様々な外部要因に依存する
ため、このシートは近接センサを検証せず、推奨を提供しません。
設計を検証する手順が以下の通りです。
1.
EZ-Click を使用して、ボタンとスライダの raw カウント、ノイズ、および CP 値を測定します。
2.
図 4-5 に示されたように、各センサの raw カウント、ノイズ、および CP 値を表 C に入力します。
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CapSense レイアウト ガイドライン
3.
ツールボックスはこれらのパラメータに基づいて、推奨のセンサ寸法を提供します。「CP、消費電力、応答時間計算器」
シートの表 B に入力されたセンサ寸法が推奨のセンサ寸法に等しいかそれ以上である場合、設計が「Pass」として
示されます。そうでない場合、「Fail」として示されます。
設計が合格した場合、試作段階が終了して、生産段階の準備ができています。
注:設計に近接センサがある場合、ツールボックスは近接センサの推奨を提供せず、全体の設計を検証しません。
設計が不合格した場合、以下の手順を行ってください。
1.
表 B では、感度パラメータ値を下げます。
2.
設計がまだ不合格する場合、図 4-6 のように、表 A で、オーバーレイの厚さを減少させます。
3.
感度値およびオーバーレイの厚さを減少させても設計がまだ不合格の場合、図 4-7 のように、表 C の推奨値に基づいて
表 B に新しいセンサ寸法を入力します。
注:レイアウトは、表 C の推奨値に基づいて再設計する必要があります。
図 4-5.設計検証―センサ寸法の推奨値表
図 4-6. 設計検証―実際の設計値表
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新しいオーバーレイ
の厚さ
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図 4-7. 設計検証―実際のセンサ寸法値表
新しいセンサ寸法値
4.2 近接センサのレイアウト ガイドライン
静電容量近接センサは、物理的接触なしに隣接する導電性物体を検知します。近接センサは、センサ構造とセンサ感度の2
つの側面でボタン センサとは異なります。近接センサは、もっと長い近接距離を得るために、電界線が最大距離まで発生
させるように構成する必要があります。近接距離は、センサの電界伝播(電界の強度)に依存します。伝播距離が長いほど、
検知範囲が長くなります。
4.2.1 センサの設計ガイドライン
近接センサの構造は、所望のアプリケーションおよび所要の近接範囲に依存します。携帯電話の顔近接検出やタブレットの
比吸収率(SAR)の調整などの応用は、最大3cmの近接距離を必要とします。この近接距離を得るには、狭い面積を占める
塗りつぶし形状のセンサは十分です。フォト フレーム、モニタ、キーボードなどの長い近接距離を必要とするアプリケーション
に対しては、デバイスの周囲を取り囲む大きいなセンサ ループを使用します。
以下のものを使用して、近接センサを構成することができます。

PCBまたはFPC上の銅配線:長いPCB配線は近接センサとして使用することができます。配線は、直線であるか、また
は図4-8のようにシステムのユーザー インターフェースの周囲を囲むことがあります。PCB配線による近接センサの
構成方法は、大量生産には適していますが、ワイヤ センサほど感度は高くありません。 ノイズを低減させ、ESDイベント
に対する耐性を提供するために、近接センサをグランド ループで取り囲むことを推奨しています。近接範囲とノイズ耐性
およびESD性能間にトレードオフがあります。近接センサおよびグランド ループ レイアウトの推奨については、設計
ツールボックスの「全般的なレイアウト ガイドライン」シートを参照してください。
図 4-8.PCB/FPC 上の近接センサの構成
Figure 4-8 (a)
Figure 4-8 (b)
Proximity Sensor
Outer Ground Loop
Outer Ground Loop
Proximity Sensor
PCB/FPC
PCB/FPC
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CapSense レイアウト ガイドライン

ワイヤ:単一長さのワイヤは、近接センサとして正常に機能します。手の検知は電界の変化による静電容量の変化に
依存しているため、ワイヤの周囲の電界に影響を与える浮遊静電容量または物体は近接センサの範囲に影響を与えま
す。ワイヤセンサの使用は、製造コストや複雑さから、大量生産に関する最適なソリューションではありません。
近接範囲を増加するために、以下のガイドラインに従います。
 近接センサ ループ サイズを大きくします:図4-9に示されたように、近接センサ範囲が大きいほど、近接距離が長くなりま
す。
 近接分解能を最大値に設定します:近接センサ分解能が高いほど、近接距離が長くなります。
 アドバンスト ロー パス(ALP)フィルタを有効にします:図4-9に示されたように、ALPフィルタは近接センサのrawカウント
のノイズを減衰させ、近接距離を長くします。
 近接センサを全ての隣接する金属物体から保護します:近接センサの近くに置かれた金属物体は、感度を低くし、近接
距離を短くします。金属物体の影響を無くし、近接距離を長くするために、シールド電極を使用します。
図 4-9.近接ループ サイズと近接距離の関係
30
近接性 distance (cm)
25
20
15
Proximity Distance
With ALP Filter
10
Proximity Distance
Without ALP Filter
5
0
1
3
5
8
10
Proximity loop size (cm)
注:


図 4-9 に示された近接距離は理想的な条件で測定されます。実際の適用では、この距離は動作環境によって減少する
ことがあります。
図 4-9 に示された近接距離は、近接センサがグランド ループによって取り囲まれている条件で測定されます。近接
ループとグランド ループの間隔は 1mm に維持されます。
4.2.2 近接距離への金属物体の影響
センサの近くに金属面があると、近接検知範囲は大幅に減少します。多くの家庭電化製品と車載用アプリケーションに金属
フレームまたはケースがあるため、これらのアプリケーションでは大きい近接範囲を達成するのは困難です。
導電性物体がセンサの近くに置かれた時、以下の因数により近接検知範囲は大幅に減少します。
 センサの寄生容量が増加します。大きい浮遊容量は、センサの動作周波数を減少させて、近接距離を減少させることが
多いです。
 接地された金属面がセンサの電界の一部をキャッチして、手のひらで追加された容量を低下します。
図4-12のように、近接センサと金属物体の間にシールド電極を配置することで、センサに対する隣接する金属面の影響を減
少させることができます。
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 4-10.金属物体がない場合の単一センサ構成の電界伝播
Finger
Detection
distance
PCB
Sensor
図 4-11. 固体金属物体がある場合の単一センサ構成の電界伝播
Finger
Sensor
Detection distance
PCB
Earth Ground
Metal Surface
図 4-12. 金属物体の影響を減少させるためのシールド電極の使用
Finger
Detection
distance
Sensor
PCB
Isolation
Shield
Electrode
Earth Ground
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Metal Surface
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CapSense レイアウト ガイドライン
4.3 耐水性のレイアウト ガイドライン
オーバーレイ上に水滴または連続水流があると、容量性接触センサが誤ってトリガする可能性があります。水滴に起因した
センサへの誤った接触を防ぐために、シールド電極を使用します。同様に、連続水流に起因した誤った接触を防ぐために、
ガード センサを使用します。シールドおよびガード センサの動作については、「耐水性」節を参照してください。
4.3.1 シールド電極の構造
耐水性容量センシング アプリケーションを設計する際は、以下のガイドラインに留意しておいてください。

0.17mm(7mil)の配線と 1.143mm(45mil)のグリッドのハッチ グランドを PCB の最上層で使用し、このハッチ パターン
をシールド信号(SH ピン)で駆動します。

センサ パッドおよび曝される配線(1 層 PCB の場合)をシールド電極パターンで取り囲みます。

シールド電極をセンサから 1cm 以内に広げます。シールド電極を 1cm より広くすると、システム性能に少し影響します。
図 4-13. シールド電極パターン
Shield Hatch
1 cm
Sensor
PCB Ground
Plane
4.3.2 ガード センサ
図 4-14 に示されたように、ガード センサは、全てのセンサを取り囲んでいる銅配線です。シールド電極パターンは、ガード
センサと露出している配線を取り囲み、これらから 1cm 以内に広げることを保証する必要があります。ガード センサは、角が
丸い長方形でなければなりません。ガード センサの推奨厚さは 2mm で、ガード配線とシールド ハッチ間の最大距離は 1mm
です。
図 4-14.シールド電極とガード センサのある PCB レイアウト
Button Sensor
Guard Sensor
Shield Electrode
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CapSense レイアウト ガイドライン
4.4 サンプル レイアウト
4.4.1 FPC 上のタッチ ボタン
図 4-15 と図 4-16 には、FPC 上にタッチ ボタンを実装するよう設計されたレイアウトの最上層と最下層を示します。この設計
の回路図は、図 3-6 を参照してください。
このレイアウトでは、以下のベスト プラクティスに従います。
1.
2.
3.
最上層のみに銅を注ぐことで、センサの CP を最小限にします。
チップをセンサの近くに配置することで、センサの配線長を最小限にします。
2
VDD、LED、および I C ラインをセンサ配線から分離します。
4.
最高感度を得るために、センサの中心にある間隔(LED バックライティングの場合)を最小限にします。
図 4-15.FPC 上のタッチ ボタン―最上層
図 4-16. FPC 上のタッチ ボタン―最下層
I2Cライン
I2Cラインから分離されたセ
ンサ配線
CY8CMBR3108
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44
CapSense レイアウト ガイドライン
4.4.2 FR4 PCB 上のタッチ ボタン
図 4-17 と図 4-18 には、FR4 PCB 上に耐水性タッチ ボタンを実装するよう設計されたレイアウトの最上層と最下層を
示します。この設計の回路図は、図 3-7 を参照してください。
このレイアウトでは、以下のベスト プラクティスに従います。
1.
2.
3.
シールドとガード センサは、「耐水性のレイアウト ガイドライン」節で説明されたように構成します。
チップをセンサの近くに配置することで、センサの配線長を最小限にします。
2
VDD、LED、および I C ラインをセンサ配線から分離します。
4.
最高感度を得るために、センサの中心にある間隔(LED バックライティングの場合)を最小限にします。
図 4-17. FR4 PCB 上の耐水性タッチ ボタン―最上層
図 4-18. FR4 PCB 上の耐水性タッチ ボタン―最下層
VDD配線
CY8CMBR3110
センサ配線
4.4.3 FPC 上の近接センサ
図 4-19 と図 4-20 には、FPC 上に近接センサを実装するよう設計されたレイアウトの最上層と最下層を示します。 この設計
の回路図は、図 3-8 を参照してください。
このレイアウトでは、以下のベスト プラクティスに従います。
4.
ノイズ耐性および ESD 性能を向上させるために、近接センサ ループをグランド ループで取り囲みます。
ループ センサを使用することで、センサの CP を最小限にします。
ノイズを最小限にするために、近接センサをグランド リングで取り囲みます。ESD イベントに対する耐性を提供するのに
も役立ちます。
チップをセンサの近くに配置することで、センサの配線長を最小限にします。
5.
VDD および I C ラインをセンサ配線から分離します。
1.
2.
3.
2
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 4-19.FPC 上の近接センサ―最上層
近接センサ
図 4-20. FPC 上の近接センサ―最下層
CY8CMBR3102
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5. CY8CMBR3xxx の設定
2
CY8CMBR3xxx は、I C 設定可能な CapSense コントローラです。このコントローラは様々な機能に対応しており、EZ-Click
を使用して容易に設定されます。EZ-Click は、簡単かつ直観的なグラフィカル ユーザー インターフェース ツールであり、
CY8CMBR3xxx コントローラの設定とデバッグを容易にします。本節では、CY8CMBR3xxx ファミリでサポートされる様々な
構成およびそれらの設定方法について説明します。
5.1 CY8CMBR3xxx の構成
CY8CMBR3xxx コントローラでサポートされる構成は、以下の 4 つのカテゴリに分かれています。
1.
センサ構成
2.
GPO 構成
3.
ブザー構成
4.
グローバル デバイス構成
5.1.1 センサ構成
5.1.1.1 感度制御
この感度パラメータは、センサ信号の強度(差分カウント)を増加させるか減少させるのに使用されます。低い感度値(100fF)
を設定することにより、センサ信号の強度が高くなりますが、応答時間および消費電力は増加します。異なる使用可能な感度
の設定は 100fF、200fF、300fF、および 400fF です。感度パラメータは、ボタン センサ、ガード センサ、およびスライダの
グループそれぞれに対して設定することができます。感度パラメータは近接センサには適用できません。
以下の要因はセンサの感度に影響を与えます。
1.
オーバーレイの厚さ:厚いオーバーレイは、感度の値を小さくすることが必要です。
2.
システム ノイズ:システム ノイズが増加すると、センサの誤ったトリガを防止するために、感度を低くする必要があります。
3.
設計の形状の要因:相対的に大きいセンサ サイズは、感度値を高くすることが必要です。より小さいサイズのセンサは、
感度値を低くすることが必要です。
4.
消費電力:消費電力が多くなると、感度値が低くなります。低い消費電力は、感度値を高くすることが必要です。
消費電力は、100fF>200fF>300fF>400fF の順に減少します。
感度パラメータは、EZ-Click の「CapSense sensor Configuration」タブで設定します。感度パラメータを設定する方法に
ついては、「CapSense 性能のチューニング」節を参照してください。
5.1.1.2 近接分解能
近接距離は近接分解能パラメータに依存します。近接分解能が高いほど、近接距離が長くなります。分解能パラメータは、
それぞれの近接センサに対して指定する必要があります。このパラメータは 12~16 ビットの範囲内です。近接分解能
パラメータは、EZ-Click の「CapSense sensor Configuration」タブで設定します。このパラメータを設定する方法については、
「CapSense 性能のチューニング」節を参照してください。
5.1.1.3 スライダ分解能
スライダの分解能は、コントローラが分解できるユニークな位置数を示します。スライダは、分解能が高いほど、分解できる位
置数が多くなります。このパラメータは CY8CMBR3106S コントローラにのみ有効です。CY8CMBR3106S は最大 2 スライダ
グループをサポートします:SLD1x グループと SLD2x グループ。分解能パラメータは、それぞれのスライダ グループに対して
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CapSense レイアウト ガイドライン
指定する必要があります。しかし、両方のスライダを 1 つに結合した場合、分解能を 1 つだけ指定します。このパラメータ値は
1~254 の範囲内です。スライダ分解能パラメータは、EZ-Click の「CapSense sensor Configuration」タブで設定します。
5.1.1.4 電磁環境適合性(EMC)
EMC 機能は、外部の放射および伝導ノイズに対するデバイスの耐性を決定します。そのノイズは、電力増幅器からの可聴周
波数ノイズ、無線送信機からの無線周波数ノイズ、静電気放電や電力線サージ等です。ノイズが酷い環境で動作する
システムに対しては、EMC 機能を有効にします。EMC 機能が有効になると、消費電力および応答時間が増加します。
CY8CMBR3106S ベースの設計では、EMC 機能はセンサ CS0/PS0、CS1/PS1、および CS2~CS5 のセンサにのみ適用
できます。CS11~CS15 の全てのスライダ セグメントおよびボタンは EMC なしに動作します。
CY8CMBR3116 ベースの設計では、EMC 機能はセンサ CS0/PS0、CS1/PS1、および CS2~CS9 のセンサにのみ適用
できます。
以下の場合には、EMC 機能を無効にします。



CS10~CS15 の任意のボタンが CY8CMBR3116 コントローラで有効になりました。
フィルタが有効になりました(CY8CMBR3106S ベースの設計でのみ)。
設計が低ノイズ環境で実行されます。

ブザーが有効になりました。
EMC 機能は、EZ-Click の「Global Configuration」タブで有効にします。
5.1.1.5 隣接センサ抑制(FSS)
FSS 機能は、複数の隣接したボタンからのセンサ接触を識別して、誤検出を除去します。これにより、複数のセンサが
触れられた時にシステムが最初の触れられたボタンのみを認識することを保証できます。FSS は、図 5-2 のように、いつでも
1 個のボタンだけがオンとして報告されることを保証します。もし指が複数のボタンに触れても、接触状態を感知した最初の 1
個だけがオンとして報告されます。もし複数のボタンが同時に触れられた場合、小さい番号のセンサはオンとして報告
されます。
FSS 機能はボタンにのみ適用でき、EZ-Click の「CapSense sensor Configuration」タブでそれぞれのボタンに対して有効か
無効にします。
図 5-1.1 個のボタンのみが触れられた場合の FSS
CS0
CS1
CS2
CS3
接触の前にオンになったボタンがない
CS0
CS1
CS2
CS3
接触の時に CS1 はオンとして報告される
図 5-2.1 個のボタンが既にオンになっている状態で複数のボタンが触れられた場合の FSS
CS0
CS1
CS2
CS3
CS1 と CS2 両方が触れられた時に CS1
はオンとして報告される
®
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CS0
CS1
CS2
CS3
CS2 のみが触れられた時に CS2 はオン
として報告される
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5.1.1.6 ファームウェアフィルタ
CY8CMBR3xxx コントローラは、センサの raw カウントのノイズを減少させるために以下のフィルタをサポートしています。


メジアン フィルタ
IIR フィルタ

アドバンスト ロー パス(ALP)フィルタ
メジアンおよび IIR フィルタはボタン、スライダ、およびガード センサにのみ適用できます。ALP フィルタは近接センサにのみ
適用できます。
CY8CMBR3106S ベースの設計では、以下の注意事項に留意してください。


ALP フィルタはサポートされていません
EMC 機能が有効になった場合、メジアンおよび IIR フィルタを無効にします
5.1.1.6.1
メジアン フィルタ
メジアン フィルタは、N サイズのバッファからメジアン値を計算する非線形フィルタです。このフィルタは、センサの raw
カウントからスパイク ノイズを取り除きます。CY8CMBR3xxx コントローラに実行されたメジアン フィルタは三次移動メジアン
フィルタです。このフィルタの用途については、「CapSense 性能のチューニング」節を参照してください。
メジアン フィルタが有効になった場合、自動閾値機能を無効にし、指閾値パラメータを手動で指定する必要があります。
5.1.1.6.2
無限インパルス応答(IIR)フィルタ
IIR フィルタは、RC フィルタと同様なステップ応答を生成します。このフィルタは、センサの raw カウントから高周波ホワイト
ノイズを減衰させます。このフィルタの用途については、「CapSense 性能のチューニング」節を参照してください。
メジアンと IIR フィルタが有効になった場合、メジアン フィルタは先に raw カウントに適用され、それに続いて IIR フィルタが
適用されます。
5.1.1.6.3
アドバンスト ロー パス(ALP)フィルタ
ALP フィルタは、近接センサの raw カウントのノイズを減衰させます。長い近接距離を得るには、近接センサは高い分解能を
必要とします。しかし、高い分解能設定の結果としては、raw カウントのノイズが増加します。この高周波ノイズを減衰させ、
5:1 より高い SNR を得るために、ALP フィルタを有効にします。ALP フィルタの用途、および有効になった時にそれの調整
する方法については、「近接センサのチューニング」節を参照してください。
5.1.1.7 自動閾値
自動閾値機能は、環境のノイズに応じて、ボタン センサの全ての閾値パラメータを動的に設定します。 可変ノイズの環境では、
この機能を有効にします。この機能はボタン センサのみに適用できます。
自動閾値機能を使用する際は、以下に留意してください。


EMC 機能が有効になった場合、自動閾値は無効になります。この場合、指閾値パラメータを手動で設定します。
この機能が無効になった場合、指閾値パラメータのみを設定します。他の全ての閾値パラメータは、指閾値パラメータ
に基づいて自動的に設定されます。

メジアン フィルタが有効になった場合、自動閾値機能を無効にし、指閾値パラメータを手動で指定します。
5.1.1.8 センサ自動リセット時間
センサ自動リセット時間は、センサがアクティブにされた時、センサがオンとして見なされる最大時間を決定します。図 5-3 の
ように、センサは自動リセット期間の後でオフになります。 この機能は、金属物体がセンサに接近して置かれる場合にセンサ
がオン状態から抜け出せないのを防止します。
自動リセット パラメータは 2 グループに分けられています:自動リセットと近接自動リセット。自動リセット パラメータはボタンと
スライダに提供できます。近接自動リセットは近接センサに適用できます。自動リセットはガード センサに適用できません。
自動リセット期間は無効になるか、または 5~20 秒に設定されます。
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 5-3.センサ自動リセット
Button Is Touched for More Than the Auto Reset Period
Finger ON
Auto Reset Period
Finger ON
CS0
GPO0
GPO0 Not Driven as CS0 Is Considered to Be OFF
5.1.1.9 デバウンス
デバウンス機能は、有効なオン状態になるまでにセンサが継続して触れられる時間を指定することで、センサがスパイク
ノイズやシステム グリッジにより誤検出されることを避けます。
デバウンス値はセンサの機能によって異なります。例えば、電源ボタンは不用意に切り替わるのを防ぐために、長い
デバウンス時間を持つ必要があります。デバウンス時間を短くすると、センサ接触や近接イベントへのデバイス応答が速くな
ります。デバウンス パラメータは、スライダ センサを除いてあらゆるセンサ タイプのに適用でき、1~15 の範囲内です。この
パラメータは、応答時間の要件に応じて設定します。詳細については、「応答時間の見積もり」節を参照してください。
5.1.1.10 システム診断機能
システム診断は、内蔵電源投入時セルフ テスト(BIST)メカニズムです。これは有効な場合、電源投入時リセット(POR)の時
またはソフトウェア リセットの後に、生産試験に有用な幾つかのテストを行います。あるセンサにフォルトが検出されと、それ
が無効になり、図 5-4 のように電源投入時に 50ms パルスが対応する GPO(GPO が無効な場合)で送信されます。また、
2
ホストが I C インターフェースを介してテスト結果を読み取れるように、システム診断の状態はレジスタ マップでも更新されま
す。詳細については、CY8CMBR3xxx レジスタ TRM を参照してください。
図 5-4.BIST に CS0 と CS1 は合格し、CS2 と CS3 に問題がある例
GPO0 (High)
GPO1 (High)
GPO2
50-ms Pulse
GPO3
50-ms Pulse
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電源投入時には、以下のテストを行います。
1. センサのグランドへの短絡:ブランドへの短絡が検出されると、センサは無効になります。
2. センサの VDD への短絡:VDD への短絡が検出されると、センサは無効になります。
3. センサ間の短絡:複数ボタンの相互短絡が検出されると、該当のボタンは無効になります。
4. 不適切な CMOD:CMOD の推奨値は 2.2nF±10%です。CMOD の値が 1nF より小さいか 4nF より大きいと、全てのボタンが
無効になり、50ms パルスが全ての GPO で送信されます。
5. ボタンの CP>45pF:センサの CP が 45pF より大きいと、センサは無効になります。CY8CMBR3xxx で見積もった CP の
誤差は±2pF です。従って、センサの CP が 43~47pF になると、センサは無効になります。
6. シールドが VDD 、グランド、またはセンサに短絡されると、全てのセンサが無効になり、50ms パルスが全ての有効な
GPO で送信されます。
7.
もし、任意のスライダ セグメントが上記のテストに不合格になると、スライダ全体が無効になります。
システム診断が有効な場合、CY8CMBR3xxx コントローラの起動時間が増加します。詳細については、CY8CMBR3xxx の
データシートの「System Specifications」節を参照してください。
2
注:CY8CMBR3106S は GPO をサポートしません。このため、I C インターフェースを介してレジスタ マップからシステム診断
結果を読み取ります。
5.1.1.11 シールドおよびガード センサ
シールドおよびガード センサは、耐水性 CapSense 設計に必要です。設計にシールド電極がある場合、EZ-Click の「Global
configuration」で「Enable shield」オプションを選択します。これにより、コントローラはシールド信号を SH ピンで駆動すること
ができます。
設計にガード センサがある場合、EZ-Click の「Global configuration」タブで「Enable Water Tolerance」オプションを選択
します。これにより、コントローラはピンをガード センサとして設定することができます。
5.1.2 GPO 構成
CY8CMBR3xxx コントローラは、最大 8 個の GPO をサポートして、D/A コンバータを形成するために LED を駆動するか外
部抵抗回路ネットワークを駆動します。GPO は構成に応じて、PWM 信号または DC 電圧レベルを出力します。GPO ピンが
CapSense センサ ピンと多重化されているため、EZ-Click で CY8CMBR3xxx ピンが CapSense ピンか GPO ピンであるか
を指定します。
5.1.2.1 GPO 駆動モード
CY8CMBR3xxx の GPO は 2 つの駆動モードをサポートします:オープンドレイン ローとストロング駆動。オープンドレイン
ロー モードでの GPO は、デフォルトで開けられた(n/o)スイッチに相当します。センサが非アクティブな時、対応する GPO が
HI-Z 状態になります。センサがアクティブな時、GPO は LOW にプルされます。この駆動モードは、D/A 変換を行うために
外部抵抗ネットワークを駆動するのに有用です。ストロング駆動モードは LED を駆動するのに使用されます。
GPO 駆動モードはグローバルで、全ての有効な GPO に適用されます。
5.1.2.2 GPO 論理レベル
CY8CMBR3xxx では、GPO ピンの論理レベル(アクティブ HIGH またはアクティブ LOW)を設定することができます。表 5-1
に示されたに、この機能により、センサの状態に応じて GPO の出力電圧を柔軟に制御することができます。この機能は
グローバルで、全ての有効な GPO ピンに適用されます。駆動モードをオープンドレイン ローに設定すると、表 5-1 は、ピンが
外部で VDD にプルされている時にのみ適用できます。
表 5-1. GPO 論理レベル
GPO 論理レベル
センサ状態
オン
オフ
オン
オフ
アクティブ HIGH
アクティブ LOW
®
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GPO での出力電圧
VDD
GND
GND
VDD
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51
CapSense レイアウト ガイドライン
5.1.2.3 GPO での PWM 出力
CY8CMBR3xxx は GPO ピンでの PWM 出力を提供します。PWM 信号は、LED の輝度を制御するのに有用です。GPO で
PWM 出力を有効にするために、EZ-Click の「Global configuration」タブでアクティブ デューティサイクルおよび非アクティブ
デューティサイクルのパーセンテージを指定します。100%のアクティブ デューティサイクルと 0%非アクティブ デューティ
サイクルが GPO での DC 出力となります。
PWM 出力機能はグローバルで、全ての有効な GPO ピンに適用されます。 PWM 信号の周波数は 106.6Hz です。PWM
デューティサイクルは、6.67%ステップ サイズでそれぞれの GPO に対して設定することができます。
5.1.2.4 GPO ホスト制御
CY8CMBR3xxx では、各 GPO(GPO0~GPO7)は CapSense ピン(CS0~CS7)に論理的にリンクされています。センサが
アクティブになると。対応する GPO が自動的にオンになります。但し、ホスト プロセッサが GPO ピンを制御する際は、GPO
ホスト制御機能を有効にする必要があります。この機能により、ホスト プロセッサは GPO_OUTPUT_STATE レジスタに
書き込むことで GPO ピンを制御することができます。詳細については、CY8CMBR3xxx レジスタ TRM を参照してください。
ホストがコマンドを書き込んでから CY8CMBR3xxx コントローラがこれらのコマンドに対応するまでの遅延時間は、
コントローラが Look-for-Touch モードと Look-for-Proximity モードで動作している時の 1 つのスキャン期間に等しいです。コ
ントローラがアクティブ モードで動作する時、この遅延時間は全てのセンサの総スキャン時間に依存します。
5.1.2.5 ホスト割り込み
ホスト割り込み機能は、図 5-5 のように、センサ状態またはスライダ位置が変化するたびに、HI ピンで 250µs のアクティブ
ロー パルス信号をホスト プロセッサに送信します。この機能を有効にするために、EZ-Click でホスト割り込みピンを指定しま
す。ホスト割り込みピンにはオープンドレイン ロー駆動モードがあり、正常な動作のために外部プルアップ抵抗を必要とします。
図 5-5. CSx ボタンが接触される時のホスト割り込みライン
Sensor Activated
Sensor Deactivated
CSX
HI
250 us
250 us
5.1.2.6 トグル
トグル機能がイネーブルされる時、GPO ピンの状態は、ボタンの立ち上がりエッジの度に近接センサの状態変化に応じて
変わります。この機能は、CapSense コントローラでメカニカル ボタンの切り替え動作を実施します。 トグルの構成を図 5-6 に
示します。 トグル機能は、各 GPO ピンで有効/無効にします。
トグル機能を使用する時に以下のことを考慮してください。


トグルと LED ON 時間機能は相互排他的な関係を持っています。両方の機能が有効にされたら、トグル機能はもっと
高い優先順位を付けられるため、LED ON 時間の機能は無効にされます。
トグル機能が有効にされ、いずれかの GPO がオンにされると、デバイスは Look-for-Proximity モードに移行しません。
ユーザーのデザインはウェーク オン アプローチ(近づいた時にオンになる)機能を必要とする場合、トグル機能を無効に
します。
®
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 5-6.トグル機能動作例
CS0
GPO0
5.1.2.7 LED ON 時間
LED ON 時間は、図 5-7 に示すように、対応センサが開放された後に GPO ピンが Low か High に駆動する期間を示します。
トグル機能は、各 GPO ピンで有効/無効にします。LED ON 時間は全ての GPO ピンに共有され、その範囲が 0~2000ms
で、分解能が 20ms です。
トグルと LED ON 時間機能は相互排他的な関係を持っています。両方の機能が有効にされたら、トグル機能はもっと高い
優先順位を付けられるため、LED ON 時間の機能は無効にされます。
図 5-7.LED ON 時間
CS0
GPO0
LED ON Time
5.1.2.8 アナログ電圧出力
図 5-8 に示すように、アナログ電圧出力機能は抵抗を使ってセンサ状態をホストへのアナログ電圧として示します。この設定
では、GPO 駆動モードをオープン ドレインの Low 駆動モードに設定する必要があります。センサが接触されると、対応 GPO
は論理 Low 信号に駆動され、電圧分周器は VOUT で設定されます。センサが開放されると、対応 GPO は HI-Z 状態に移行し、
電圧 VOUT は VDD です。特定の時点で 1 つのボタンのみがオンにされるために、FSS 機能を有効にすることができます。
アナログ電圧 VOUT は、以下の式で計算されます。
式3
ここで、R が VDD と VOUT 間の抵抗
Rn が VOUT とグラウンド間の実効抵抗
®
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 5-8. GPO と抵抗ネットワーウを使ったアナログ電圧出力
R0
CS0
CS0
VDD
GPO0
R1
CS1
CS1
CS2
GPO1
R
R2
CS2
CS3
CS3
CS4
CS4
CS5
CS5
CS6
CY8CMBR3xxx
GPO2
R3
GPO3
VOUT
R4
GPO4
GPO5
R5
R6
CS6
GPO6
CS7
CS7
R7
GPO7
5.1.3 ブザー設定
5.1.3.1 ブザー出力
CY8CMBR3xxx は単一入力の Piezo ブザーをサポートします。ブザーは PWM 信号により駆動され、その周波数が
定可能です。ブザーをイネーブルするには、EZ-Click でブザー ピンを選択します。
様々な Piezo-ブザ駆動要求に対応する、且ついろいろな異なったトーンを提供するために、CY8CMBR3xxx は、1.0、1.1、
1.3、1.6、2.0、2.6、および 4.0kHz のブザー周波数をサポートします。ブザー出力のデューティ サイクルは、50%に固定
されます。
5.1.3.2 ブザーON 時間
図 59 に示すように、ブザーON 時間により、センサがアクティブになった時にブザー出力もアクティブになる期間を指定するこ
とができます。ブザー信号出力は設定した時間の間駆動され、センサ接触時間に依存しません。出力は、センサがアクティブ
であっても、ブザーON 時間が経過した後にアイドル状態になります。
図 5-10 および図 5-11 に示すように、ブザーON 時間が経過する前に同じセンサまたは他のセンサが接触される場合、
ブザー信号出力機能は再開しません。ブザーON 時間の範囲は 100ms~12.7s で、その分解能が 100ms です。
®
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 59. 接触イベントによるブザー起動
Sensor Activated
CSx Active
CSx
BUZ
Buzzer ON Time
図 5-10. 同センサで連続接触時のブザー動作
Sensor
Activated
Sensor
Reactivated
CSx
BUZ
Buzzer ON Time
図 5-11. 複数センサがアクティブな時のブザー動作
CS0 Touched
CS1 Touched
CS0
CS1
BUZ
Buzzer ON Time
®
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CapSense レイアウト ガイドライン
5.1.4 デバイス構成
5.1.4.1 電源電圧
より適切な動作のために、CY8CMBR3xxx コントローラの電源電圧を EZ-Click で指定する必要があります。動作電圧が 2V
未満の場合、1.8(±5%)V オプションを選択します。そうしない場合、2.0~5.5V のオプションを選択します。
5.1.4.2 I2C アドレス
2
2
2
CY8CMBR3xxx コントローラは、I C インターフェースを介してホスト プロセッサに連絡します。通常の I C 通信では、I C バス
2
に 2 つ以上のスレーブ デバイスがあります。スレーブ デバイス間の I C アドレスの衝突を回避するために、CY8CMBR3xxx
2
2
は、コントローラの I C アドレスを指定するオプションを提供します。I C アドレスは、7 ビットの値で、8(0x08)~119(0x77)の
範囲内にあります。
5.1.4.3 スキャン期間
スキャン期間パラメータは、Look-for-Touch モードおよび Look-for-Proximity モードでの逐次のセンサ スキャン間の時間を
示します。パラメータの範囲は 20~500ms で、分解能が 20ms です。
コントローラの応答時間と消費電力は、スキャン期間に依存します。詳細は、低消費電力設計上の注意事項を参照してくださ
い。
5.1.4.4 状態タイムアウト
状態タイムアウトの間隔は、センサが接触されない時に、デバイスが現在の動作モードから他の動作モードに移行するのに
かかる時間を指定します。このパラメータは、連続接触時にセンサの応答時間に影響を及ぼします。設計要件に応じてこの
パラメータをセットする必要があります。これにより、コントローラがアクティブ モードに移行でき、連続接触に対して速く応答
できます。パラメータの範囲は 0~63s で、分解能が 1s です。
5.1.4.5 ウェイク オン アプローチ(近づいた時にオンになる)
消費電力を減少するために、CapSense デザインにウェイク オン アプローチ機能を適用します。この機能により、近接センサ
がイネーブルされる時に、デバイスは、Look-for-Proximity モードに移行できます。Look-for-proximity モードでは、近接
センサのみがスキャンされます。近接が検知されたら、コントローラは、センサがスキャンされる Look-for-Touch モードに
移行します。詳細は、低消費電力設計上の注意事項を参照してください。
®
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 5-12. Look-for-Touch モードから Look-for-Proximity モードへの遷移
Start
Look-for-Touch Mode
(Scan buttons and
proximity sensors)
Touch Detected?
Yes
Active Mode
No
Touch Detected?
No
Timeout Period
No
Elapsed?
Yes
No
Yes
Prox Sensor &
Wake-on-Approach
Enabled?
Yes
Timeout No
Period
Elapsed?
No
No
Yes
Look-for-Proximity
Mode ( Scan only
proximity sensors)
Proximity
Detected?
Yes
No
5.2 CY8CMBR3xxx の設定
CY8CMBR3xxx は次の方法のいずれかによって設定できます。
1.
EZ-Click カスタマイザ ツール
2.
サードパーティ プログラマ
5.2.1 EZ-Click を使った CY8CMBR3xxx 設定
EZ-Click は、簡単かつ直観的なグラフィカル ユーザー インターフェース(GUI)ツールであり、CY8CMBR3xxx CapSense
2
コントローラの設定に使用されます。必要なパラメータで、I C インターフェースを使用しているデバイスを設定します。
EZ-Click は以下の機能を提供します。

CY8CMBR3xxx コントローラを設定するために GUI を提供します。

リアル タイムでセンサ デバッグ データを表示し、パラメータを調整することがでます。
®
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57
CapSense レイアウト ガイドライン

生産ラインの試験をサポートし、システム診断と CapSense センサ SNR を表示します。

設定を保存し、それを他のサンプルに使用するオプションを提供します。

図 5-13 に示すように、ブリッジ コントロール パネルを使ってデバイスを設定するための I C 命令を含む設定ファイルを
生成します。

サードパーティのプログラミング ツールを使用してデバイスを設定するには、設定の HEX ファイルを生成します。
2
図 5-14 に示すように、EZ-Click は、5 つのタブがあります。

「Start Page」タブ:プロジェクトの新規作成、構成ファイルの生成、および MBR ファミリのコントローラの設定の方法に
ついて説明します。

CapSense sensor configuration: このタブで、センサ数を選択し、全てのセンサのパラメータと機能を設定することが
可能です。

Global configuration:このタブで、GPO を有効にし、グローバル パラメータを指定することができます。

CapSense output:このタブで、センサ デバッグ データをリアル タイムで表示し、適切な指閾値のパラメータを指定する
ことができます。

System Diagnostics: このタブで、システム診断結果をセンサ毎に表示されます。
詳細は、EZ-Click ユーザーガイドを参照してください。
図 5-13. EZ-Click カスタマイザ ツールが生成した構成ファイルの例
®
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 5-14.EZ-Click カスタマイザ ツール
5.2.2 サードパーティ プログラマを使った CY8CMBR3xxx 設定
大量生産中に数多くのデバイスを設定するために、サイプレスは、RPM Systems Corporationのサードパーティ プログラマ
の使用を推奨します。サードパーティ プログラマを使ってCY8CMBR3xxxコントローラを設定するには、EZ-Clickが生成する
設定のhexファイルを使用します。
詳細は、RPM Systems Corporation にご連絡ください。
®
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59
6. CapSense 性能のチューニング
「CapSense の技術」の章で説明したように、サイプレスの SmartSense の自動チューニング アルゴリズムは、ハードウェアと
フ ァ ー ム ウ ェ ア の パ ラ メ ー タ を 自 動 的 に 調 整 す る こ とに よ り 手 動 で の チ ュ ー ニ ン グ の ニ ー ズ を 解 消 しま す 。 し か し、
SmartSense アルゴリズムは、各センサの SNR が 5:1 を超えることを確認するためにセンサの感度パラメータの設定を必要
とします。CY8CMBR3xxx により、閾値パラメータを手動で設定することができます。本節で、信頼できる接触が検知される時
のセンサ感度と閾値パラメータを設定する方法について説明します。
6.1 一般的な注意事項
6.1.1 信号、ノイズ、および SNR(信号対ノイズ比)
適切にチューニングされた CapSense システムによって、オンとオフのセンサ状態が確実に識別されます。良い性能を得るに
は、CapSense 信号は CapSense ノイズよりかなり大きくする必要があります。CapSense 信号は、信号対ノイズ比 (SNR)
という量を使用して CapSense ノイズと比較されます。SNR の詳細については、CapSense 入門に掲載している「CapSense
技術」の章を参照してください。CapSense のベスト プラクティスに応じて、全てのセンサの SNR を最小値 5:1 に設定する
必要があります。センサの SNR は、以下の式で計算されます。
式4
SNR=
ここでは、Signal=Raw カウント–ベースライン
Peak-to-Peak Noise=3000 サンプルにわたって Raw カウントで測定されるピーク ツー ピーク ノイズ
そのため、高い SNR に達成するための重要な方法は信号を増やし、ノイズを減少することです。
6.1.1.1 ノイズ カウントの測定
SNR を計算するために、センサの信号とノイズ カウントを測定する必要があります。
EZ-Click を使ってノイズ カウントを測定するには、以下の手順を行ってください。
1.
2.
3.
4.
構成ファイルを生成して、設定をデバイスにダウンロードします。
「CapSense output」タブへ進んで、「Raw count vs Baseline」のグラフを選択します。「Displayed Samples」フィールド
を 3000 に設定します。
「Start」ボタンをクリックして、3000 サンプルとも取得するまで待ちます。
注:ノイズ カウントを測定するために Raw カウント サンプルを取得中にセンサに触れないでください。
図 6-1 に示すように、「Raw カウント(最大値)-Raw カウント(最小値)」の式を使ってノイズ カウントを測定します。
図 6-1 に示しているグラフのノイズ カウントは、「2860 – 2845 = 15」カウントです。
®
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 6-1.EZ-Click カスタマイザでのノイズの測定
ピークツーピークノイズ
6.1.1.2 信号測定
ノイズ カウントを計算した後、センサの信号を測定し SNR を計算する必要があります。
信号を測定するために、以下の手順に従ってください。
1.
2.
3.
「CapSense output」タブでは、「Start」ボタンをクリックして、「Raw count vs Baseline」グラフを表示させます。
センサに 1000 サンプルの間で接触してから指を離します。
図 6-2 に示すように、非接触状態から接触状態への遷移を Raw カウントで測定します。
信号=Raw カウントの平均値(センサ接触時) - Raw カウントの平均値(センサ非接触時)
図 6-2 に示すグラフの場合、信号=2945-2855=90 カウントです。
SNR =
= 6:1
®
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 6-2.EZ-Click カスタマイザでの信号の測定
信号
6.2 ボタン、スライダ、およびガード センサのチューニング
図 6-3 に、ボタン、スライダ、およびガード センサのチューニングの標準的なフローを示します。
CY8CMBR3xxx コントローラ内のセンサのチューニングは、2 つの段階があります。
1.
SNR が 5:1 より大きいであると確認
2.
閾値のパラメータを推奨値に設定
6.2.1 最小限の SNR の確保方法
SNR が 5:1 より大きいことを確認するために、これらの手順を行ってください。
1.
センサの感度を 400fF に設定し、信号を測定します。
2.
信号が 50 カウントより小さい場合、感度値を信号が 50 を超えるまで下げます。感度値を最小値(100fF)に設定しても
信号がまだ 50 カウント以下の場合、オーバーレイの厚さを減衰するかセンサのサイズを増加します。
3.
信号が 50 カウントを超える場合、ノイズ カウントを測定します。ノイズが信号の 5 分の 1 より大きい場合、ノイズを制限
するためにフィルタを有効にします。IIR フィルタを有効にして、ノイズ カウントを測定します。ノイズが依然として信号の 5
分の 1 より大きい場合、メジアン フィルタを有効にします。メジアン フィルタが有効になった場合、自動閾値機能を無効に
し、指閾値パラメータを手動で指定する必要があります。
4.
SNR を計算し、SNR が 5:1 より大きいなら、閾値のパラメータを設定します。
®
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CapSense レイアウト ガイドライン
5.
フィルタを有効にしても SNR がまだ 5:1 以下の場合、感度値を低下して、SNR を計算します。感度値を最小値(100fF)
に設定して、フィルタを有効にした後、SNR が 5:1 未満の場合、SNR が 5:1 を超えるようにオーバーレイの厚さを減衰
するか、またはセンサのサイズを増加します。
注: スライダの場合、正確な図心位置を取得するために、信号はいつでも 255 未満でなければなりません。信号が 255 を
超える場合、信号が 255 未満になるまで感度のパラメータを上げます。
図 6-3.ボタン、スライダ、およびガード センサのチューニング
Start
Set Sensitivity = 400 fF
Signal > 50
Counts?
No
Reduce Sensitivity
Yes
No
SNR > 5:1?
Enable Median and IIR
Filter
Is Sensitivity = 100 fF &
Signal < 50 Counts?
Yes
No
SNR > 5:1?
Yes
Set Thresholds
No
Yes
Decrease Overlay
Thickness/Increase
Sensor Size
6.2.2 ボタン閾値パラメータ
全てのセンサの SNR が 5:1 より大きいであると確認した後、閾値パラメータを指定します。
以下の閾値パラメータはボタンとガード センサに適用可能です。





指閾値
ヒステリシス
ノイズ閾値
負のノイズ閾値
低ベースライン リセット
6.2.3 節に、これらのパラメータの設定時点と設定方法について説明します。
6.2.2.1 指閾値
指閾値パラメータはセンサのアクティブ/非アクティブ状態を判定するために使用されます。センサの差分カウントの値が
「指閾値+ヒステリシス」より大きい場合、センサはオンとして判定され、センサの差分カウントが「指閾値–ヒステリシス」より
小さい場合、センサはオフとして判定されます。指閾値の範囲は31~200で、初期値が128です。表6-2を参照してこの
パラメータを設定します。
指閾値とセンサのオン/オフ状態の関係は以下の式て示します。
®
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63
CapSense レイアウト ガイドライン
{
(
(
)
)
式5
6.2.2.2 ヒステリシス
ヒステリシス パラメータは指閾値パラメータとともに使用され、式 センサの状態を決定します。Hysteresis はセンサ状態の
ノイズ遷移に対する耐性を提供します。このパラメータはボタンとガード センサに適用可能です。このパラメータの範囲は
0~31で、初期値が12です。表6-2を参照してこのパラメータを設定します。
6.2.2.3 ノイズ閾値
図6-4に示すように、ノイズ閾値パラメータはRawカウントの限界を設定します。この限界を超えたらベースラインが更新されま
せん。つまり、Rawカウントが「ベースライン+ノイズ閾値」を超える限り、ベースラインが一定のままです。これにより、
指の接触に起因してベースラインが高くなりすぎないように防ぎます。このパラメータの範囲は0~127で、初期値が51です。
表6-2を参照してこのパラメータを設定します。
6.2.2.4 負のノイズ閾値
Rawカウントが、低ベースライン リセット パラメータが指定するサンプル数の「ベースライン–負のノイズ閾値」より小さい場合、
ベースラインは新しいrawカウント値にリセットされます。ベースラインのこの変化は、デバイスの電源がオン状態中に
アクティブ状態になったままのセンサ(例えば、コントローラの電源投入中に接触されるセンサ)をリセットします。この
パラメータの範囲は0~127で、初期値が51です。表6-2を参照してこのパラメータを設定します。
6.2.2.5 低ベースライン リセット
ベースラインがRawカウントを超える時に、このパラメータは、負のノイズ閾値パラメータと共に使用されて、ベースラインを
リセットします。これは、ベースライン値をリセットするのに必要となる異常に低い raw カウントの数を数えます。これは、
デバイスが起動中に指がセンサに触れてから離す場合、ベースラインのリセットに使用されます。このパラメータの範囲は
0~127で、初期値が50です。表6-2を参照してこのパラメータを設定します。
®
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 6-4.ノイズ閾値
Rawカウントが「ベースライン+ノ
イズ閾値」を超えたら、ベースライ
ンは更新されません。
ノイズ閾値
6.2.3 ボタン、スライダ、およびガード センサの閾値設定
表 6-1 にボタン、スライダ、およびガード センサに適用可能な閾値パラメータを示します。
CY8CMBR3xxx は、ボタンの自動閾値機能を提供します。ユーザーが手動で指閾値を指定して要求しない限り、この機能は
常に有効にする必要があります。
スライダのセンサは、自動閾値機能がスライダセンサに適用されないため、手動で指閾値パラメータを指定するようにユーザ
ーに要求します。SmartSense 自動チューニング アルゴリズムは、全ての他の閾値パラメータを自動的に設定します。
ノイズ閾値、負のノイズ閾値、低ベースライン リセットを手動で指定するために、各閾値レジスタ内のそれぞれの閾値
オーバーライド ビットをセットし、これらの閾値を手動で指定します。閾値のパラメータを無効にしないことをお勧めします閾値
オーバーライド ビットをセットし、ノイズ閾値、負のノイズ閾値、および低ベースライン リセット パラメータを指定するには、
ブリッジ コントロール パーネル(BCP)ツールを使用します。EZ-click は、閾値パラメータを無効、指定するオプションを提供
しません。
表 6-1.ボタン、スライダ、およびガード センサの閾値パラメータ
センサの種類
閾値パラメータ
ボタン
指閾値
自動閾値機能が無効にされる時の
みに設定
®
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スライダ
常に手動で設定
ガード
自動閾値機能が無効にされる時の
みに設定
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ノイズ閾値
ノイズ閾値オーバーライド ビットが有
効にされる時のみに設定
スライダのノイズ閾値オーバーラ
イド ビットが有効にされる時のみ
に設定
ノイズ閾値オーバーライド ビットが有
効にされる時のみに設定
負のノイズ閾値
負のノイズ閾値オーバーライド ビット
が有効にされる時のみに設定
負のスライダノイズ閾値オーバー
ライド ビットが有効にされる時の
みに設定
負のノイズ閾値オーバーライド ビット
が有効にされる時のみに設定
ヒステリシス
ヒステリシス閾値オーバーライド ビッ
トが有効にされる時のみに設定
該当なし
ノイズ閾値オーバーライド ビットが有
効にされる時のみに設定
低ベースライン リセッ
ト
低ベースライン リセット オーバーラ
イド ビットがイネーブルされる場合に
み設定されます。
スライダの低ベースライン リセット
オーバーライド ビットがイネーブ
ルされる場合にみ設定されます。
低ベースライン リセット オーバーラ
イド ビットがイネーブルされる場合に
み設定されます。
注意:CY8CMBR3xxx が、ノイズ閾値を設定するためにボタンとスライダ専用の独立したレジスタ、および低ベースライン
リセット パラメータを備えています。
これらの閾値パラメータを設定するには、以下の手順に従ってください。
1.
2.
CapSense 出力タブで、「Diff count vs. Finger threshold」グラフを選択して、スタート ボタンをクリックします。
図 6-5 に示すようにセンサに触れて、差分カウントを測定します。
注:
 CY8CMBR3xxx コントローラ の差分カウントは正規化されます。それは、「Raw カウント(接触時)-ベースライン」の
結果に等しくありません。
 差分カウントが 255 より大きい場合、255 に切り捨てられます。この場合、閾値パラメータを正確に設定できません。
感度パラメータの値を差分カウントが 255 未満になるまで上げます。6.2.1 節に示す手順を従って感度パラメータ
の値を変更した後に、SNR が 5:1 を超えたことを確認します。
3.
閾値のパラメータを表 6-2 で示す値に設定します。
表 6-2.閾値パラメータの値
閾値パラメータ
推奨値
指閾値
差分カウントの 80%
ノイズ閾値
差分カウントの 40%
負のノイズ閾値
差分カウントの 40%
ヒステリシス
差分カウントの 10%
低ベースライン リセット
50 に設定
図 6-5 に示す例では、差分カウントが、約 210 カウントで、閾値のパラメータが以下のように設定されます。
指閾値=80%×210=168
ノイズ閾値=40%×210=84
負のノイズ閾値=ノイズ閾値 =84
ヒステリシス=10%×210=21
低ベースライン リセット=50
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図 6-5.差分カウントの測定
差分カウント
6.3 近接センサのチューニング
図 6-6 に近接センサのチューニングの標準的な流れを示します。
CY8CMBR3xxx コントローラ内の近接センサのチューニングは 2 段階があります。
1.
SNR が 5:1 より大きいであると確認
2.
適切な閾値のパラメータを設定
6.3.1 最小値の SNR の確保方法
SNR が 5:1 を超えることを確認するには、以下の手順に従ってください。
1.
近接センサの分解能を 12 ビットにセットし、必要な近接距離での信号を測定します。
2.
信号が 50 カウントより小さい場合、近接の分解能を信号が 50 を超えるまで上げます。分解能を最高値(16 ビット)に
設定しても信号がまた 50 カウント以下の場合、近接センサのサイズを増えます。
3.
図 6-7 に示すように、信号が 50 カウントを超えた後、ノイズ カウントを測定します。ノイズが信号の 5 分の 1 より
大きい場合、ノイズを制限するために ALP フィルタをイネーブルします。
注意:近接センサの場合、メジアン フィルタと IIR フィルタは適用されません。
4.
SNR を計算し、SNR が 5:1 より大きいなら、閾値のパラメータを設定します。
®
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5.
ALP フィルタを有効にしても SNR が 5:1 を超えない場合、分解能を上げて、SNR を計算します。分解能を最高値
(16 ビット)にセットしても SNR が 5:1 より小さい場合、SNR が 5:1 を超えるために近接センサのサイズを増加します。
図 6-6.近接センサのチューニング
Start
Set Proximity Resolution
= 12
Signal > 50 Counts?
No
Increase Resolution
Yes
Enable ALP Filter and
Measure Average Filtered
pk-pk Noise
SNR > 5:1?
Is Resolution = 16
and Signal < 50
counts?
No
No
Yes
Increase Proximity Sensor
Size
Yes
Is pk-pk Noise of
Average Filtered Data
<= (Signal/1.5)
No
Increase Resolution
Yes
Resolution =16?
Tune ALP Filter
(Section 6.3.2.2)
Yes
No
SNR > 5:1?
Set Thresholds
(Section 6.3.4)
No
Yes
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6.3.2 高度ロー パス(ALP)フィルタ
ALP フィルタが、近接センサのノイズを減衰するために特別に設計される複数のロー パス フィルタの組み合わせです。
ノイズを最小限に減衰し、適切な応答時間を提供するために ALP フィルタは、複数のロー パス フィルタの間で切り替えます。
適切な動作のために表 6-3 に示される ALP パラメータを設定します。
表 6-3.ALP フィルタ パラメータ
パラメータ
推奨値
K値
ALP フィルタが有効になる時に設定
正の近接閾値
ALP フィルタが有効になる時に設定
負の近接閾値
ALP フィルタが有効になる時に設定
6.3.2.1 ALP フィルタ パラメータ
6.3.2.1.1
K値
ALP フィルタの K 値は、近接センサの Raw カウント内ノイズの減衰を決めます。CY8CMBR3xxx コントローラは、1/16、1/32、
および 1/64 の 3 つの異なった K 値を持っています。
ノイズ減衰は、1/64>1/32>1/16 という順序で低下します。「ALP フィルタのチューニング」の節を参照してこのパラメータを設
定してください。
6.3.2.1.2
正の近接閾値
このパラメータは、近接センサのターンオン時間を決めます。その範囲は 0~255 で、初期値が 30 です。「ALP フィルタのチ
ューニング 」の節を参照してこのパラメータを設定してください。
6.3.2.1.3
負の近接閾値
このパラメータは、近接センサのターンオフ時間を決めます。その範囲は 0~255 で、初期値が 30 です。「ALP フィルタのチ
ューニング」の節を参照してこのパラメータを設定してください。
6.3.2.2 ALP フィルタのチューニング
ALP フィルタを調整するには、以下の手順に従ってください。
1.
図 6-7 に示すように、ALP フィルタを無効にし、3000 サンプルにわたってピーク ツー ピーク ノイズを Raw カウントで
測定します。詳細は、「ノイズ カウントの測定」を参照してください。
2.
表 6-4 に基づいて EZ-Click の「CapSense sensor configuration」タブで K 値を設定します。
表 6-4.K 値の選択
ピーク ツー ピーク ノイズ
®
推奨 K 値
32 カウント未満
1/16
32 カウントを超える
1/32
64 カウントを超える
1/64
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図 6-7.ALP フィルタが無効にされる時の近接センサのノイズ カウントの測定
Rawカウントで測定されるピーク ツーピーク
ノイズ
3.
図 6-8 に示すように、ALP フィルタを有効にし(K 値がセットされると、EZ-Click が ALP フィルタを自動的に有効にする)、
3000 サンプルのピーク ツー ピーク ノイズを高度なロー パス平均フィルタ処理データで測定します。平均フィルタ処理
データは、EZ-Click 内の「CapSense output」タブに表示できます。
®
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CapSense レイアウト ガイドライン
図 6-8.平均フィルタ処理データで測定されるピーク ツー ピーク ノイズ
平均フィルタ処理データで測定されるピーク ツーピークノイズ
4.
5.
6.
7.
8.
9.
正の近接閾値を「1.5×平均フィルタ処理データで測定されるピーク ツー ピーク ノイズ)」に等しい値に設定します。
負の近接閾値を「0.5×平均フィルタ処理データで測定されるピーク ツー ピーク ノイズ)」に等しい値に設定します。
指閾値を正の近接閾値に等しい値に設定します。これを行うには、ALP フィルタの応答を決めることが必要です。
デバイスをこれらの設定で構成され、raw カウントでノイズを測定します。
図 6-9 で示すように、必要な近接距離で離れたところに手を置いて、信号を測定します。
SNR を計算します。SNR が 5:1 以上の場合、表 6-5 に示すように、閾値の設定を行います。そうでない場合、近接の
分解能を増加し、ステップ 1 から繰り返します。
®
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図 6-9.近接センサ信号の測定
信号
6.3.3 近接センサの閾値パラメータ
表 6-5 に、近接センサに適用できる閾値のパラメータの一覧を示します。
表 6-5.近接センサの閾値
パラメータ
推奨値
近接閾値
常に手動で設定
近接接触閾値
常に手動で設定
近接ヒステリシス
ヒステリシスのオーバーライドが発生する時に設定
近接ノイズ閾値
ノイズ閾値が有効にされる時に設定
負の近接ノイズ閾値
負のノイズ閾値が有効にされる時に設定
近接低ベースライン リセット
低ベースライン リセットのオーバーライドが有効になる時に設定
®
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6.3.3.1 近接閾値
近接閾値のパラメータは、ボタンの指閾値のパラメータと同じです。近接センサのオン/オフ状態を決めます。差分カウントが
「近接閾値+ヒステリシス」の値を超える場合、近接状態がオンです。差分カウントが「近接閾値+ヒステリシス」の値より小さい
場合、近接状態がオフです。この閾値が、手動で設定すべきです。このパラメータの範囲は 31~200 で、初期値が 128 です。
推奨値は、表 6-6 を参照してください。
6.3.3.2 近接接触閾値
近接センサは 2 つイベントがあります。それらは、近接検知イベントと(近接センサに直接に触れる時の)接触検知イベント
です。近接閾値パラメータは、近接イベントのオン/オフ状態を決めます。近接接触閾値が近接センサの接触イベントを検知
するために使用されます。このパラメータの範囲は 62~65000 で、初期値が 512 です。推奨値は、表 6-6 を参照してください。
6.3.3.3 近接ヒステリシス
近接ヒステリシスのパラメータはボタンのヒステリシスと同じです。また、近接センサのオン/オフ状態を決めるために近接閾
値パラメータと共に使用されます。このパラメータは 0~127 の範囲内にあり、初期値が 5 です。推奨値は、表 6-6 を参照して
ください。
6.3.3.4 近接ノイズ閾値
近接ノイズ閾値のパラメータは、ボタンのノイズ閾値のパラメータと同じです。このパラメータの範囲は 0~27 で、初期値が 20
です。推奨値は、表 6-6 を参照してください。
6.3.3.5 負の近接ノイズ閾値
負の近接ノイズ閾値のパラメータは、ボタンの 負のノイズ閾値のパラメータと同じです。このパラメータの範囲は 0~127 で、
初期値が 20 です。推奨値は、表 6-6 を参照してください。
6.3.3.6 近接の低ベースライン リセット
近接低ベースライン リセットのパラメータは、ボタンの低ベースライン リセットのパラメータと同じです。このパラメータの範囲
は 0~127 で、初期値が 50 です。推奨値は、表 6-6 を参照してください。
6.3.4 近接センサ閾値パラメータの設定
近接センサでは、近接閾値と近接接触閾値のみを指定する必要があります。他の全ての閾値は SmartSense アルゴリズム
により内部で計算されます。
もし、何らかの理由で、これらのパラメータを無効にする必要がある場合、Bridge Control Panel(ブリッジ コントロール パー
2
ネル)を使用して I C コマンドを送信して、これらのパラメータを無効にします。詳細については、CY8CMBR3xxx レジスタ
TRM を参照してください。閾値のパラメータを無効にしないことを強くお勧めします。
近接センサ用の閾値パラメータを設定するには、以下の手順に従ってください。
1.
2.
3.
4.
5.
CapSense 出力タブで、「Diff count vs. Finger threshold」グラフを近接センサ用に選択して、スタート ボタンをクリック
します。
図 6-10 で示すように、必要な近接距離で離れたところに手を置いて、信号を測定します。
注:
 CY8CMBR3xxx コントローラ の差分カウントは正規化されます。それは、「Raw カウント(接触時)-ベースライン」の
結果に等しくありません。
 差分カウントが 255 より大きい場合、255 に切り捨てられます。この場合、閾値パラメータを正確に設定できません。
感度パラメータ値を差分カウントが 255 未満になるまで上げます。感度パラメータの値を変更した後に、SNR が 5:1
を超えたことを確認します。
閾値のパラメータを表 6-6 に示す値に設定します。
近接接触閾値を設定するために、近接センサに接触し差分カウントを測定します(近接センサ接触時)。
近接接触閾値を差分カウントの 80%に相当する値に設定します(近接センサ接触時)。
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表 6-6.近接閾値の設定
閾値パラメータ
推奨値
近接閾値
差分カウントの 80%
近接接触閾値
差分カウントの 80%(近接センサが接触される時)
近接ノイズ閾値
差分カウントの 40%
負の近接ノイズ閾値
差分カウントの 40%
近接ヒステリシス
差分カウントの 10%
近接の低ベースライン リセット
50 に設定
図 6-10.近接センサの閾値をセットするための差分カウント測定
差分カウント
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7. 低消費電力設計上の注意事項
容量性接触センシングは、蓄電池式でハンドヘルドの携帯用電子機器で使用されます。これらのデバイスが蓄電池式である
ため、消費電力とエネルギー効率は重要になります。この節で、CY8CMBR3xxx コントローラの消費電力に影響を及ぼす
要素について説明し、それに、消費電力を最小限にする方法も示します。
7.1 CY8CMBR3xxx の動作モード
CY8CMBR3xxx コントローラは、5 つの動作モードをサポートします。
1.
2.
3.
4.
アクティブ モード
Look-for-Touch モード
Look-for-Proximity モード
ディープ スリープ モード
5.
設定モード
図 7-1.CY8CMBR3xxx の動作モード
Deep
Sleep
SLEEP Command
SLEEP Command
I2C Address Match
SLEEP Command
No Proximity Event
No Touch
Reset Boot
Look-forTouch
Active
Proximity Event
Detected
Touch Detected
I2C Commands
Look-forProximity
I2C Commands
I2C Commands
Configuration
Reset
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7.1.1 アクティブ モード
CY8CMBR3xxx コントローラは、図 7-1 で示すようにリセット状態からアクティブ モードに入ります。アクティブ モードでは、
コントローラは全てのセンサをスキャンし、センサ データを更新し、そしてセンサの状態に応じて全ての設定した出力(GPO、
ブザー、およびホスト割り込み)を駆動します。初期設定では、アクティブ モード中に、高速の接触応答の確保のため、
スキャン速度が 20ms に設定されます。センサのスキャンとセンサ データの処理が 20ms 内で完成される場合、コントローラ
を「20ms–アクティブ時間」の期間でスリープ モードに移行させます。図 7-2 に示すように、20ms タイマの期限が切れると、
センサは繰り返しスキャンされ、スキャン サイクルは引き続きます。
全てのセンサのスキャン期間とセンサ データの処理期間が 20ms を超える場合、デバイスはスリープ モードには移行
しません。その代わりに、図 7-3 に示すように、次のスキャン サイクルが開始されます。
図 7-2.アクティブ時間が 20ms 未満の時のアクティブ モードでのスキャン/スリープのシーケンス
Scan Period (20 ms)
Active Time
Sensor Scanning
Sensor Data
Processing
Scan Period (20 ms)
Sleep Time
Active Time
Sleep Time
Next Cycle of Sensor
Scanning
Sensor Data
Processing
図 7-3.アクティブ時間が 20ms を超える時のアクティブ モードでのスキャン/スリープのシーケンス
Active Time > Scan Period (20ms)
20ms
20ms
Active Time
Sensor
Scanning
Active Time > Scan Period (20ms)
Sensor Data
Processing
Active Time
Next Cycle of Sensor
Scanning
Sensor Data Processing
7.1.2 Look-for-Touch モード
ア ク テ ィ ブ モ ー ド 中 に 、 状 態 タ イ ム ア ウ ト 値 に 相 当 す る 期 間 内 に 接 触 が 検 知 さ れ な い 場 合 、 CY8CMBR3xxx は
Look-for-Touch モードに移行します(図 7-1 を参照してください)。スキャン期間が設定可能なことを除いて、Look-for-Touch
®
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モードはアクティブ モードと同様です。スキャン期間の初期値が 120ms です。このモードでは、すべてのセンサがスキャン
され、センサ データが処理されます。いずれかのセンサがオンになると、出力(GPO、ブザーおよびホスト割り込み)は駆動
され、コントローラはアクティブ モードに入ります。
7.1.3 Look-for-Proximity モード
設計に近接センサがあり、ウェイク オン アプローチ(近づくとオンになる)機能がイネーブルされる場合、Look-for-Proximity
モードは適用可能です。Look-for-Touch モード中に、状態タイムアウト値以上の期間内に接触が検知されない場合、
コントローラは Look-for-Proximity モードに移行します(図 7-1.を参照してください)。
Look-for-Proximity モードでは、コントローラは近接センサのみスキャンします。近接イベントが検知されると、コントローラは
Look-for-Touch モードに移行します。Look-for-Proximity モードで接触イベントが検知されると、コントローラはアクティブ
モードに移行します。このモード内のスキャン時間は設定可能で、Look-for-Touch モードのスキャン期間に等しく、初期値が
120ms です。
7.1.4 ディープスリープ モード
ディープスリープ モードは最低の低消費電力モードです。ホストがスリープのコマンドを発行すると、 CY8CMBR3xxx
デバイスはディープスリープ モードに移行します。詳細は、CY8CMBR3xxx レジスタ TRM に示す CTRL_CMD レジスタに
2
関する説明を参照してください。ディープスリープ モードでは、デバイスはセンサをスキャンせず、出力は無効にされます。I C
2
アドレスが一致する時に、デバイスはウェイクアップします。最初の I C コマンドを受け入れなく、Look-for-Touch モードに
移行します。
7.1.5 設定モード
設定データが不揮発性メモリに保存されるように CMD_OP_CODE = 「2」を CTRL_CMD レジスタに書き込む時、デバイス
は設定モードに移行します。詳細については、CY8CMBR3xxx レジスタ TRM を参照してください。デバイスのリセット
(ソフトウェア リセットかハードウェア リセット)時のみにデバイスは設定モードを終了することができます。
7.2 消費電力に影響する要因
CY8CMBR3xxx コントローラの消費電力に影響を与える要因は以下です。

センサ数:センサの数が多ければ多いほどセンサの合計スキャン時間は多くなります。固定したスキャン期間に対して、
スキャン時間が増えると、デバイスがスリープ モードにある期間は少なくなります。これにより、デバイスの消費電力が
増加されます。

センサの CP:センサのスキャン時間に影響を与えます。CP が高ければ高いほど、センサのスキャン時間も多くなります。
よって、消費電力が増えます。センサの CP を最小限にするために、CapSense 入門 ガイドに説明している設計
ガイドラインに従ってください。

感度: このパラメータはセンサのスキャン時間に影響を及ぼします。センサ感度のパラメータ値が上がると、センサの
スキャン時間は増えます。その結果として、感度のパラメータ値が小さければ小さいほど、消費電力は多いです。
消費電力は 100fF>200fF>300fF>400fF の順序で減少します。

電磁環境適合性(EMC): EMC 機能が有効にする時、センサのスキャン時間が増えることに従って消費電力も多く
なります。

ブザー期間:ブザー出力している間、CY8CMBR3xxx コントローラはアクティブ状態にあります。ブザー期間が長ければ
長いほど、アクティブ時間は長くなって、消費電力も多くなります。

GPO の PWM:GPO 上の PWM を有効にすることは、ブザー出力のイネーブルがもたらす影響と同じ影響を与えます。
PWM 出力が GPO ピンで有効にされると、デバイスはスリープ モードに移行しません。よって、消費電力が増加します。

スキャン期間スキャン期間のパラメータは、デバイスがスリープ モードにある期間に影響を与えます。スキャン期間が
多ければ多いほど、消費電力は少なくなります。

状態タイムアウト:状態タイムアウトのパラメータがデバイスのアクティブ モードから look-for-touch モードへの移行速度、
または look-for-touch モードから look-for-proximity モードへの移行速度に影響を与えます。状態タイムアウトの間隔が
短ければ短いほど消費電力は少なくなります。
®
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77
CapSense レイアウト ガイドライン

2
I C 通信:アクティブ モードの節で説明したように、センサのスキャン処理が完成した後に CY8CMBR3xxx はスリープ
2
モードに移行します。ホスト プロセッサとの I C トランザクションがあったら、CY8CMBR3xxx はスリープ モードに移行
し ま せ ん 。 ま た 、 デ ィ ー プ ス リ ー プ モ ー ド に あ る 場 合 、 こ の モ ー ド を 終 了 しま す 。 そ の た め 、 よ く 行 わ れ る I2C
トランザクションによって、平均の消費電力が増加します。
平均の消費電力を減少するために、専用のホスト割り込みピンを実装し、CY8CMBR3xxx がホスト割り込みパルスを
2
送信する時のみに、I C トランザクションを開始します。
平均電流の見積もりの節に説明している設計入力に基づいて、 CY8CMBR3xxx デザイン ツールボックスを使用して
コントローラの平均の電流消費を見積もります。
7.3 低消費電力向けのシステム設計推奨項目
サイプレスの CY8CMBR3xxx は電池式のアプリケーションの低電力要件に対応しています。消費電力を最小化するには、
以下の手順を行います。

CapSense 入門および CY8CMBR3xxx デザイン ツールボックス で説明しているガイドラインに従ってセンサ CP を
最小限にします。

センサの感度を適切な値に設定します。感度制御の節を参照してください。

必要な場合のみ EMC をイネーブルします。電磁環境適合性(EMC)節を参照してください。

スキャン期間を増やし、状態タイムアウト期間を減少します。

センサのスキャン処理が不要になった時に、デバイスをディープスリープ モードに移行させる、またはパワー マネージャ
IC(PMIC)を使ってデバイスへの電源を切ります。

CY8CMBR3xxx コントローラへの頻繁な I C 読み込み/書き込みを回避します。CY8CMBR3xxx がホスト割り込み
2
パルスを送信した後のみにホスト割り込みピンを実装し、 C トランザクションを開始します。

近接センサを実行して、ウェーク オン アプローチ(近づいたときにオンになる)機能をイネーブルします。

ブザーON 時間の期間を減少します。

必要な場合のみ GPO 上の PWM をイネーブルします。
2
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8. リソース
8.1 ウェブサイト
サイプレスの CapSense コントローラウェブサイトを訪問すれば、本書で説明した全ての参照資料にアクセスできます。
CY8CMBR3xxx ウェブページで、様々な技術的リソースを見つけてください。
8.2 データシート
CapSense CY8CMBR3xxx デバイスのデータシートは、CY8CMBR3xxx データシードを参照してください。
8.3 レジスタ技術リファレンス マニュアル
レジスタ技術リファレンス マニュアルは、CY8CMBR3xxx レジスタ TRM に掲載されています。
8.4 デザイン ツールボックス
対話式のデザイン ツールボックス により、ユーザーは強固で信頼できる CY8CMBR3xxx CapSense ソリューションを設計す
ることができます。
8.5 EZ-Click™ 2.0
EZ-Click 2.0 は 、 CY8CMBR3xxx デ バ イ ス の 設 定 をカ ス タマイ ズ す る のに 使 用 する 簡 単な GUI ベ ー ス の ソ フト ウェ ア
ユーティリティです。
8.6 開発キット
CY3280-MBR3評価キットは、CY8CMBR3116 CapSenseコントローラ機能の紹介を目的としています。CY8CMBR3xxx
ソリューションの機能を迅速に評価するためにこのキットを使用します。
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CapSense レイアウト ガイドライン
8.7 デザイン サポート
サイプレスには様々なデザイン サポート チャネルがあり、お客様の CapSense ソリューションの成功を確実にしています。
知識ベース記事 – 製品ファミリ別の技術情報記事を閲覧したり、CapSense についての様々なトピックスを検索できます。
CapSense アプリケーション ノート – 本書で紹介した情報に基づいた幅広いアプリケーション ノートを詳細に調べます。
ホワイト ペーパー - 最先端の静電容量タッチ インターフェース トピックスについて学べます。
サイプレス開発コミュニティ - サイプレス技術コミュニティに参加し、情報交換できます。
CapSense 製品選択ガイド – 全ての CapSense 製品ラインを見ることができます。
ビデオ ライブラリ – チュートリアル ビデオで素早く学習できます。
品質および信頼性 - サイプレスは顧客満足を第一に考えます。当社の品質ウェブサイトで、信頼性および製品認定報告書
をご覧ください。
技術サポート - 世界一流の技術サポートをオンラインで利用することができます。
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修正履歴
ドキュメント改版履歴
ドキュメント名: CY8CMBR3xxx CapSense® Design Guide
ドキュメント番号: 001-91966
版
**
発行日
改版者
2014 年 2 月 19 日
®
DCHE
CY8CMBR3xxx CapSense Design Guide
変更内容
新しいデザインガイド
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