觸摸感應(yīng) IC PCB 設(shè)計(jì)指南

1. 概述 3
2. 觸摸按鍵的原理 3
3. 介質(zhì)外殼對(duì)穿透力的影響 4
4. 觸摸PCB設(shè)計(jì) 5
4.1 觸摸按鍵的形式 5
4.1.1 單個(gè)形式---按鍵 5
4.1.2 復(fù)用形式---復(fù)合按鍵 5
4.1.3 彈簧觸摸按鍵 5
4.1.4 組合形式---滑條 6
4.1.5 組合形式---滾輪 6
4.2 PCB  設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)： 6
4.3 減小PCB的基準(zhǔn)電容 6
4.4 鋪地形式及鋪地間距 7
4.4.1 單個(gè)觸摸按鍵 7
4.4.2 復(fù)合按鍵 7
4.4.3 組合形式---滑條 8
4.4.4 組合形式---滾輪 8
4.4.5 按鍵底層鋪地技巧 8
4.4.6 其它鋪地技巧 9
4.5 感應(yīng)走線 10
4.6  布局 13
5. 對(duì)電源的考慮 14
EMC設(shè)計(jì)建議

1. 概述

現(xiàn)在電子產(chǎn)品中，觸摸感應(yīng)技術(shù)正日益受到更多關(guān)注和應(yīng)用，與傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵相比，電容式觸摸感應(yīng)按鍵不僅美觀時(shí)尚而且壽命長(zhǎng)，功耗小，成本低，體積小，持久耐用。它顛覆了傳統(tǒng)意義上的機(jī)械按鍵控制， 只要輕輕觸碰， 他就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的開關(guān)控制， 量化調(diào)節(jié)甚至方向控制， 現(xiàn)在電容式觸摸感應(yīng)按鍵已經(jīng)廣泛用于玩具、電子手表、電視、洗衣機(jī)等一系列消費(fèi)類電子產(chǎn)品中！ 
 

2. 觸摸按鍵的原理

兩塊導(dǎo)體（ 極板） 中間夾著一塊絕緣體（ 介質(zhì)） 就能構(gòu)成的電容。
對(duì)觸摸感應(yīng)按鍵而言， PCB 板上的金屬感應(yīng)盤就是電容的一個(gè)極板， 而周圍鋪銅或手指構(gòu)成了另一個(gè)極板，PCB材料本身或者PCB板上覆蓋的介質(zhì)就是電容中間的絕緣體，因而構(gòu)成一個(gè)電容器。平板電容器的容值計(jì)算公式為：
其中：
 
C ： PCB板最終生成電容ε0 ： 空氣中的介電常數(shù)
εr ： 兩極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)
A  ： 兩極板面積
D  ： 兩極板距離  
圖1                   
無手指觸摸和有手指觸摸時(shí)電容構(gòu)成如下圖。當(dāng)沒有手指接觸時(shí)， 只有基準(zhǔn)電容Cp ； 當(dāng)有手指接觸時(shí)，“按鍵”通過手指就形成了電容Cf 。由于兩個(gè)電容是并聯(lián)的， 所以手指接觸“按鍵”前后， 總電容的變化率為： C% = ((Cp+Cf)-Cp)/Cp = Cf/Cp  圖2

這個(gè)電容的變化引起芯片內(nèi)部振蕩頻率或充放電時(shí)間的變化， 使芯片內(nèi)部能夠檢測(cè)到觸摸發(fā)生， 從而產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。電容的變化率越大，觸摸就越易檢測(cè)到。PCB的設(shè)計(jì)原則同樣也是使觸摸前后的電容變化率盡可能大：即減小PCB的基準(zhǔn)電容，增大手指電容。 所以PCB設(shè)計(jì)對(duì)觸摸效果有很大的影響， 甚至決定整個(gè)觸摸產(chǎn)品的開發(fā)。

1. 介質(zhì)外殼對(duì)穿透力的影響

根據(jù)板級(jí)電容的計(jì)算公式， 我們得出結(jié)論：
 
                                                                 εr ： 兩極板間介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)
· 觸摸感應(yīng)面板的靈敏度與絕緣面板的材質(zhì)有關(guān)， 介電常數(shù)越大， 觸摸感應(yīng)靈敏度越高。下面列出幾種常用材料的相對(duì)介電常數(shù)， 以供設(shè)計(jì)觸摸界面時(shí)參考：

空氣	1
木質(zhì)	1.2~2.5
有機(jī)玻璃	2.8
Mylar 聚脂薄膜	3.2
ABS	3.8~4.5
麗光板	4.6~4.9
玻璃（ 陶瓷）	6
玻璃（ 標(biāo)準(zhǔn)）	7.6~8.0

這就不難理解，為什么蓋上普通玻璃介質(zhì)的觸摸板要遠(yuǎn)比蓋上相同厚度的亞克力觸摸板靈敏度高， 為什么在裝配產(chǎn)品時(shí)， 一定要使感應(yīng)盤與絕緣面板背面緊密貼合不留空氣間隙。
· 觸摸感應(yīng)面板的靈敏度與介質(zhì)的厚度有關(guān)， 同一介質(zhì)厚度越薄， 靈敏度越高， 厚度越厚，靈敏度越低。
· 觸摸感應(yīng)盤的正上方的介質(zhì)不能是金屬（ 或具有導(dǎo)電性質(zhì)的材料），否則觸摸無法感應(yīng)或引起誤動(dòng)作； 如附近有金屬至少與觸摸盤間距1cm并將金屬接地。
1. 觸摸PCB設(shè)計(jì)

1.1 觸摸按鍵的形式

1.1.1 單個(gè)形式---按鍵

· 外形

觸摸按鍵可以是任何形狀，但盡量集中在正方形、長(zhǎng)方形、圓形等比較規(guī)則的形狀以確保良好的觸摸效果， 避免將觸摸按鍵設(shè)計(jì)成窄長(zhǎng)的形狀（ 規(guī)則的形狀的觸摸效果要比不規(guī)則的好得多）。

 

1.1.1 復(fù)用形式---復(fù)合按鍵

 

 

1.1.1 彈簧觸摸按鍵