電容式感應技術可以檢測外部目標（待測物體）對傳感器電極電場造成的失真。傳感器電極通常是一種導電結構（如銅板），可將電場輻射到目標上，從而在傳感器電極和目標之間形成互電容。電容式傳感器器件（在本例中為 FDC1004）可檢測電容變化，并提供反映新電容值的輸出數據。

圖 4-14 展示了電容式感應如何用于接近檢測、液位檢測和材料檢測。在接近檢測（本應用手冊將側重于此應用）中，接地的導電物體（如左圖中所示的手指）實際上是一個接地平面，并與傳感器形成互電容。當手指朝著傳感器移動或遠離傳感器時，電容會發生變化，隨后電容式感應器件便會檢測到這一變化情況。在液位檢測中，傳感器和目標（液體）的位置是固定的，液位的變化會導致傳感器或液體電容發生變化，而這一變化便可通過器件檢測到。在材料檢測中，傳感器和目標可以有固定的尺寸和位置，傳感器或目標電容可以通過目標材料的介電常數 (ε_t = ε_rε_o) 和對電容的影響來幫助區分不同的材料。更多詳細信息，請參閱 FDC1004：電容式感應的基礎知識和應用。

圖 4-14 電容式感測應用

電容式感應面臨的兩個挑戰是來自附近物體的干擾和周圍環境中的電磁 (EM) 能量。兩者都可以通過良好的機械設計和使用有源屏蔽 來管理。與接地屏蔽相比，有源屏蔽的優勢在于可以放置在靠近傳感器的位置以充分提供保護，而不會給傳感器帶來不利負載，也不會影響目標電容的測量。與根據定義保持在零電壓的接地屏蔽不同，有源屏蔽采用與傳感器相同的波形進行驅動，因此傳感器電極和有源屏蔽之間沒有電壓差。傳感器波形和屏蔽波形之間的零電壓差將避免附近的屏蔽給傳感器帶來負載。屏蔽驅動器的低輸出阻抗將減弱入射到屏蔽層上的外部電磁場，并使傳感器與附近的物體隔離。有源屏蔽有助于將檢測區域聚焦到傳感器的非屏蔽側。

屏蔽電極可通過多種方式與傳感器電極配對，如圖 4-15 所示。

• 與傳感器電極大小相同 的屏蔽物直接置于傳感器下方。

  這種配置代表需要使用的最小屏蔽尺寸。

• 比傳感器電極更大 的屏蔽物直接置于傳感器下方。與相同大小 的傳感器相比，這種配置可以更好地衰減來自傳感器下方側面的干擾。
• 屏蔽環 緊挨并圍繞傳感器頂部，屏蔽物位于傳感器下方。這種配置可對源自傳感器下方和側面的干擾進行最出色的衰減。

為確保對傳感器電極的相關干擾進行最出色的衰減，需要盡可能縮短傳感器與屏蔽電極之間的距離。

圖 4-15 有源屏蔽配置

請注意，連接到傳感器電極的 PCB 布線也可能對干擾敏感。根據設計和 PCB 布局，也許可以屏蔽連接到傳感器的 PCB 布線，從而減弱布線上的干擾。更多詳細信息，請參閱電容式感應：有源屏蔽的來龍去脈。

傳感器電極的設計可能差異很大，通常取決于系統的機械限制。很難提供通用指南，最終的傳感器設計通常會涉及試錯，甚至可能（但并不總是）需要電磁仿真。對于觸控檢測應用，最好先考慮適用于平行板電容器的眾所周知的公式：

其中：

• A = 兩個板的面積（以平方米為單位）
• ε_r = 兩個板之間材料的相對介電常數
• ε₀ = 自由空間的介電常數 (8.85 x10^-12 F/m)
• d = 板間的間隔距離（以米為單位）

圖 4-16 平行板電容器

最好先根據機械要求考慮可用的傳感器面積，并使用方程式 2 來估算產生的電容。對于處于靜止位置（例如，附近沒有手）的車門把手，傳感器電極可能有弧度或輪廓，有效接地平面可能包含不同距離的表面，因此很難進行直接計算。再加上傳感器和接地電極之間可能會放置具有介電常數 (ε_T = ε_rε₀) 的其他材料，就像水汽和其他污染物一樣，所有這些因素都可能影響電容。這種非活動狀態確定了傳感器的標稱靜息 電容，因此至關重要。

如果車門把手被激活，則附近的手必須是主要的接地表面，且其面積可能大于或小于傳感器。如果手或手指的面積大于傳感器面積，則可以通過方程式 2 計算合理的近似值。如果手或手指的面積小于傳感器面積，則實際傳感器電容可能會小于該公式預測的值。

更多詳細信息，請參閱采用 FDC1004 的電容式接近感應 應用手冊。