电容式触摸按键解决方案.doc

电容式触摸按键解决方案
电容式触摸按键解决方案
一、方案简介
在便携式媒体播放器和移动手持终端等大容量、高可视性产品的应用中，触摸按键已被广泛采用。由于其具有方便易用，时尚和低成本的优势，越来越多的电子产品开始从传统机械按键转向触摸式按键。
触摸按键方案优点:
1、没有任何机械部件，不会磨损，无限寿命，减少后期维护成本。
2、其感测部分可以放置到任何绝缘层（通常为玻璃或塑料材料）的后面，很容易制成与周围环境相密封的键盘。以起到防潮防水的作用。
3、面板图案随心所欲，按键大小、形状任意设计，字符、商标、透视窗等任意搭配，外型美观、时尚，不褪色、不变形、经久耐用。从根本上解决了各种金属面板以及各种机械面板无法达到的效果。其可靠性和美观设计随意性，可以直接取代现有普通面板（金属键盘、薄膜键盘、导电胶键盘），而且给您的产品倍增活力！
4、触摸按键板可提供UART、IIC、SPI等多种接口，满足各种产品接口需求。
二、原理概述
如图1所示在PCB上构建的电容器，电容式触摸感应按键实际上只是PCB上的一小块“覆铜焊盘”，触摸按键与周围的“地信号”构成一个感应电容，当手指靠近电容上方区域时，它会干扰电场，从而引起电容相应变化。根据这个电容量的变化，可以检测是否有人体接近或接触该触摸按键。
接地板通常放置在按键板的下方，用于屏蔽其它电子产品产生的干扰。此类设计受PCB上的寄生电容和温度以及湿度等环境因素的影响，检测系统需持续监控和跟踪此变化并作出基准值调整。
基准电容值由特定结构的PCB产生，介质变化时，电容大小亦发生变化。
图1 PCB上构建开放式电容器示意图
三、方案实现
该系列电容式触摸按键方案，充分利用触摸按键芯片内的比较器特性，结合外部一个电容传感器，构造一个简单的振荡器，针对传感器上电容的变化，频率对应发生变化，然后利用内部的计时器来测量出该变化，从而达到响应触摸功能的实现。
该芯片内部本身集成了电容式触摸传感模块，可以做到一个I/O口对应一个按键，外围电路简洁、无需外部组件的情况下即可通过片上振荡器和电容式触摸感应IO实现触摸按键接口；
-，支持电池供电。
超低功耗触摸按键待机电流消耗可低至1uA、;
MCU内部的数控振荡器(DCO)，可提供高达16MHz的频率，能在1uS时间内激活并实现稳定工作。
MCU上电启动自动校准，生产、测试过程简单；
可支持按钮、滑块、滚轮以及近距离传感器；
适用于5mm以内的任何绝缘材料、如玻璃、陶瓷、塑料等；
灵敏度可调节，具有很高的调节性；
具有先进的防干扰措施，防止按键误动作，全自动补偿，不受环境温湿度影响。
通讯接口多样性：提供IIC、SPI、UART等接口。
图2 方案示意图
触摸按键原理图
图3 子机21键触摸按键方案原理图
实物图片

图4 无绳子机21键PCB
六、电路板布局注意事项：
1．将电路连接到触摸板
由于电线会增加基准电容，因此应尽量缩短触摸板的连接线。
由于弯曲可能影响整个电容变化，连接线应尽可能保持稳定的形状，这点同样非常重要。
由于触摸板驱动电路本身具有高阻抗，因此应避免将高速或大电流驱动电线靠近触摸板电线。
触摸板的形状和大小
可使用标准实体填充的圆形或方形按键板。 可在按键板上钻孔以便提供背光，这不会影响电容性能。
按键板周围通常是接地区域。 可以使用网状和实体填充。 与接地区域的间隙通常为按键板尺寸的 1/20。
如果使用 10mm 的按键板，则适合使用 的间隙（请参见 图 5）。
材料的介电常数越高，手指与传感器板之间的电容耦合性能就越佳。
除空气和某些木头外，上述材料非常适合用作覆盖材料。
由于空气具有较低的电容耦合特征，因此应尽量不要在传感器板与覆盖材料之间留有空隙。
空隙还可能聚集水分，当温度突然改变时这些水分可能凝聚到传感器表面。 请参阅
Section了解有关粘合和填充复合材料的信息。
表 2 显示通过覆盖一些常用材料，可避免出现 12kV 损坏的最小厚度：
要增强 ESD 保护，可添加一层聚酰亚胺薄膜，这可以大幅提高覆盖层的击穿容限。
2. 覆盖层厚度与敏感度对比
覆盖层厚度通常与敏感度成反比，也成反向指数关系。
诸多因素可能影响电容传感板的敏感度：
按键板尺寸
覆盖层材料及其厚度
感应方法增益（包括 IIR 滤波器增益和时钟速度）
粘合和其它填充复合材料
在