触摸感应按键设计

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1、奥普尚科技 1触摸感应按键设计一、触摸按键的原理两块导体（极板）中间夹着一块绝缘体（介质）就能构成的电容。对触摸感应按键而言，PCB板上的金属感应盘就是电容的一个极板，而周围铺铜或手指构成了另一个极板，PCB材料本身或者PCB板上覆盖的介质就是电容中间的绝缘体，因而构成一个电容器。平板电容器的容值计算公式为：其中：C ： PCB板最终生成电容0： 空气中的介电常数r： 两极板间介质的相对介电常数A ： 两极板面积d ： 两极板距离无手指触摸和有手指触摸时电容构成如下图。当没有手指接触时，只有基准电容Cp ； 当有手指接触时，“按键”通过手指就形成了电容Cf 。由于两个电容是并联的，所以手指接触

2、“按键”前后，总电容的变化率为：C% = (Cp+Cf)-Cp)/Cp = Cf/Cp奥普尚科技 2无手指触摸示意图有手指触摸示意图这个电容的变化引起芯片内部振荡频率或充放电时间的变化，使芯片内部能够检测到触摸发生，从而产生触发信号。电容的变化率越大，触摸就越易检测到。PCB的设计原则同样也是使触摸前后的电容变化率尽可能大：即减小PCB的基准电容，增大手指电容。所以PCB设计对触摸效果有很大的影响，甚至决定整个触摸产品的开发。奥普尚科技 3二、PCB设计考虑1、PCB设计关键点a、触摸模块单独做成一块PCB板（强烈建议）b、抑制干扰c、减小触摸PCB的基准电容2、减小PCB的基准电容：上面提到

3、的平板电容器的容值计算公式为：为使基准电容量尽可能小，主要控制极板面积和极板距离。极板面积主要体现在触摸盘的大小、铺地的比例、 感应走线的长度、宽度上，极板距离主要体现在触摸盘、感应走线与铺地的间距上。3、触摸按键的形式、间距和铺地考虑a、触摸按键形状触摸按键可以是任何形状，但尽量集中在正方形、长方形、圆形等比较规则的形状以确保良好的触摸效果，避免将触摸按键设计成窄长的形状（规则的形状的触摸效果要比不规则的好得多）。奥普尚科技 4b、单个触摸按键顶层（TOP） 铺地形式：可以铺实地或网格地， 如图。顶层（ TOP）铺地间距：需离感应盘1 mm以上的距离，详见如下表。触摸盘大小 d110mm*1

4、0mm及以下 1mm10mm*10mm15mm*15mm 1.2mm以上15mm*15mm20mm*20mm 1.7 mm以上20mm*20mm2.5mm*2.5mm 2.2mm以上触摸盘大小与间距d1 的关系C、按键底层铺地技巧底层（BOTTOM） 铺地形式：一般使用网格地， 网格中铜的面积不超过网格总面积的 30%。建议网格线宽 0.25mm, 网格大小为 1mm*1mm， 如图：底层按键感应盘正下方铺网格铜底层（ BOTTOM）不铺地一定程度提高灵敏度，但要注意的是按键感应盘正下方不能有其他电路板或金属奥普尚科技 5底层按键感应盘正下方不铺地d、其它铺地注意事项不要在信号线附近保留死铜，

5、避免意外的干扰。触摸盘距离PCB板边沿保持5mm以上的距离，在带有金属的外壳要保持在1cm以上距离。需要注意的是，铺地比例增加虽在一定程度上增加了 PCB的基准电容，降低了触摸灵敏度，但同时提高了抗干扰能力，所以建议在保证灵敏度的情况下加大铺地的比例。三、触摸芯片、触摸盘布局考虑触摸芯片和触摸盘应放置在同一块PCB板上，在PCB板空间允许的情况下，应尽量将触摸芯片放置在触摸板的中间位置，使触摸芯片的每个感应通道的引脚到感应盘的距离差异最小。最好的触摸芯片位置奥普尚科技 6不好的触摸芯片位置稳压电路和滤波电容与触摸芯片放置在同一块PCB板上，稳压芯片和滤波电容尽量靠近触摸芯片的电源脚，稳压芯片的

6、地到触摸芯片的地尽量短。触摸芯片、触摸盘、触摸感应走线 1cm之内不能放置大电流器件，比如充电管理芯片；触摸盘背面不能放置其他芯片。触摸感应通道匹配电阻尽量靠近IC放置， 灵敏度调节电容应靠近IC放置，如图 。奥普尚科技 7四、感应走线基本走线原则：保证走线尽量细、 到触摸IC的距离尽量短。果PCB 工艺允许，感应盘到IC的连线应尽量细，双面板采用 0.12-0.2mm(5-8mil)的线宽，单面板线宽 0.2-0.3mm(8-12mil)。感应走线与铺地的距离d1 至少保持0.75mm以上， 感应走线与感应走线之间的间距保持在0.75mm以上，感应走线尽量避免与其它感应走线平行，防止触摸之间

7、相互干扰。感应走线周围 1mm不要走其他信号线，当附近有大电流信号线（ 10mA）时应保持距离3mm以上；当附近有强干扰、高频的信号线时至少间距1cm并用铺地隔开。 感应走线距离PCB板边沿保持3mm以上的距离，在带有金属的外壳要保持在8mm以上距离。 双面板走线：感应盘应放在顶层（ TOP），安装时紧贴触摸面板；触摸芯片和感应走线应放在背面（ BOTTOM），感应走线与顶层触摸盘的过孔应尽量直接放在触摸盘上。奥普尚科技 8单面板走线， 如果采用单面PCB板，并用弹簧或其它导电物体做感应盘，感应盘到 IC引脚的连线应不走或尽量少走跳线。全部走PCB底层。触摸感应芯片的感应通道到滚轮或滑条每个感

8、应单元的连线应尽量长度相近。如需走过孔，则应尽量使顶层的线段最短。感应走线其它走线技巧 感应走线与感应盘的过孔连接有下图两种连接方式，但以左图 的连接方式更好。不要将感应走线靠近通讯线如 I2C或主SPI，至少间距1mm。通讯线的频率可影响电容传感器的性能。如果必须将通讯线与传感器引线相交叉，应确保在不同 PCB层并且交叉是垂直相交的。奥普尚科技 9传感器与通讯线位于同层的处理：传感器与通讯线不位于同层的处理：如果时钟、数据或任何周期信号迹线确实需要与传感器的信号迹线平行布设，它们应当被布设在不同的层并且不能重叠，而且应当尽可能地缩短信号迹线平行部分的长度。奥普尚科技 10五、灵敏度调节方法（

9、以手指轻触外壳表面为最佳灵敏度）灵敏度电容Cj容值越大，灵敏度越低，电阻Rs阻值越大，灵敏度越低；灵敏度电容Cj为粗调(050p），电阻Rs为微调(110k)，如下图：触摸感应盘（即触摸感应电极）的面积越大，灵敏度越高，面积大小决定了最高灵敏度，为了保证足够的灵敏度，触摸盘建议一般设计为10mm*10mm以上。六、介质外壳对穿透力的影响根据板级电容的计算公式，我们得出结论：r ： 两极板间介质的相对介电常数触摸感应面板的灵敏度与绝缘面板的材质有关，介电常数越大，触摸感应灵敏度越高。奥普尚科技 11下面列出几种常用材料的相对介电常数，以供设计触摸界面时参考：材料 介质常量r空气 1木质 1.2-

10、2.5有机玻璃 2.8Mylar 聚脂薄膜 3.2ABS 3.8-4.5丽光板 4.6-4.9玻璃（陶瓷） 6玻璃（标准） 7.6-8.0这就不难理解， 为什么盖上普通玻璃介质的触摸板要远比盖上相同厚度的亚克力触摸板灵敏度高，为什么在装配产品时，一定要使感应盘与绝缘面板背面紧密贴合不留空气间隙。 触摸感应面板的灵敏度与介质的厚度有关，同一介质厚度越薄，灵敏度越高，厚度越厚，灵敏度越低。 触摸感应盘的正上方的介质不能是金属（或具有导电性质的材料），否则触摸无法感应或引起误动作；如附近有金属至少与触摸盘间距1cm并将金属接地，不然触摸灵敏度不稳定。奥普尚科技 12七、触摸芯片电源设计考虑（要点是电

11、源稳定）电源供电布局触摸模块电路设计时， 建议在触摸芯片的电源处预留 LDO的位置， 根据实际纹波情况决定是否用LDO。触摸芯片原理是对电容变化量的一个感应，要求提供稳定的电源给触摸芯片。在整个产品设计中，要充分考虑不同模块的电源配置，在触摸模块电源的设计中，建议单独用LDO稳压或跟主控共用LDO稳压。强烈建议不要跟大电流负载共用.如图:大电流负载常见的有： 功放模块、 电机、 LED灯珠、继电器、蓝牙无线模块等电源走线的考虑 采用 星形取电和星形接地星形取电用一根独立走线从LDO输出端取电，不要和其他电路共用电源回路。 如果做不到完全独立，也应该保证供电的电源线先进入触摸芯片的电源然后再引到

12、其它的电路的电源。星形接地要求触摸芯片的地单独连到电源输入的接地点，这样可以减小其他电路在电源上产生的噪声对触摸芯片的影响。奥普尚科技 13电源跌落和纹波处理防系统干扰 防较大幅值的高频干扰 防电源瞬间跌落触摸电源处加稳压芯片（ LDO）在稳压芯片选型上选用纹波抑制比高的芯片。选用较低的稳压电压，比如系统电压是5V，触摸芯片可以稳压在3V，有效降低触摸芯片的交流脉冲的幅度。如图：实际产品中电源设计的考虑锂电池供电产品电源考虑由于锂电池不能过放，一般设有保护电路其关断电压一般为 3.0V。如果LDO选型的是3.0V与关断电压一致，在实际使用中特别是锂电池电量不足再带负载就会存在瞬间低于3.0V的

13、情况。此时LDO就不能用 3.0V，而采用 2.5V预留 0.5V以上裕量，这样LDO一直稳定输出 2.5V。开关电源供电产品电源考虑开关电源的纹波一般都比较大，有的开关电源初、次级之间没有Y电容，这样触摸芯片采样的电容与地是一个浮空电场，再加上纹波的影响，造成触摸芯片灵敏度飘移或输出不稳定。所以建议选用有开关电源芯片设计的开关电源，纹波频率成分比较干净，在开关电源变压器初、次级之间跨接一个Y电容，再经LDO稳压输出给触摸芯片供电。奥普尚科技 14其他电源考虑触摸芯片输出与主控电平匹配问题。当主控的电源电压比触摸芯片的高时，通过主控的I/O口倒灌一个电压过来到触摸芯片的电源，造成触摸芯片的电源

14、不稳定，即电压倒灌现象。解决办法是将主控的I/O口设置识别高电平有效或触摸芯片输出采用 开漏方式输出。例如，主控为锂电池供电，触摸芯片为 2.5VLDO供电，锂电池电压较高时主控I/O口的电平比触摸芯片输出脚的电平要高，经过触摸芯片内部电路反馈到 LDO上，使得LDO输出的比2.5V要高。正确做法是将主控的I/O口设置识别高电平有效或触摸芯片输出采用 开漏方式输出 。八、EMC设计建议建议从以下方面提高EMC性能： 使用退耦电容触摸芯片的供电请加退耦电容，这可以减小触摸芯片对电源的干扰。一般在芯片的 VCC和 GND端并接一个并接大于10uf电解电容和一个104的瓷片电容，就可以起到退藕和旁路

15、的作用。电容应该尽量接近芯片电源。 使用较低的工作电压：使用 3.3V给触摸芯片供电，这样可以有效降低触摸芯片的交流脉冲的幅度。 适当加大通道匹配电阻适当加大触摸芯片传感器通道上串接的匹配电阻阻值，这样可以降低交流脉冲边沿的陡峭程度，减小高次谐波。注意的地方是匹配电阻加大后会降低感应的灵敏度。 正确铺地无论使用单面PCB 板和双面PCB板， PCB 的空白处都建议铺地，并用地将按键感应盘到 IC的输入引脚之间的连线包起来，可以吸收电磁波辐射，提升EMC指标。在电源加入压敏电阻或TVS管，以吸收高压脉冲群能量，以保护后面的电路。奥普尚科技 15九、产品结构考虑当触摸芯片与触摸区域相距较远时，强烈建议单独做成一块触摸PCB，缩短触摸芯片与触摸区域的距离。触摸盘与外壳不能有空隙，为避免空隙产生，有如下几种方式可以考虑：触摸弹簧、铜箔纸、导电海绵、导电胶、硅胶、小块PCB。触摸弹簧 铜箔纸 小块PCB触摸模块PCB放置在结构中应远离干扰源。触摸感应采用电线时应远离LED回路、远离开关电源变压器区域、交流强电区、高频模块，不能与喇叭线、电源线等大电流电线捆在一起，生产时触摸电线要固定好。