觸摸感應 IC PCB 設計指南

1. 概述 3
2. 觸摸按鍵的原理 3
3. 介質外殼對穿透力的影響 4
4. 觸摸PCB設計 5
4.1 觸摸按鍵的形式 5
4.1.1 單個形式---按鍵 5
4.1.2 復用形式---復合按鍵 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  設計關鍵點： 6
4.3 減小PCB的基準電容 6
4.4 鋪地形式及鋪地間距 7
4.4.1 單個觸摸按鍵 7
4.4.2 復合按鍵 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 感應走線 10
4.6  布局 13
5. 對電源的考慮 14
EMC設計建議

1. 概述

現在電子產品中，觸摸感應技術正日益受到更多關注和應用，與傳統(tǒng)的機械按鍵相比，電容式觸摸感應按鍵不僅美觀時尚而且壽命長，功耗小，成本低，體積小，持久耐用。它顛覆了傳統(tǒng)意義上的機械按鍵控制， 只要輕輕觸碰， 他就可以實現對按鍵的開關控制， 量化調節(jié)甚至方向控制， 現在電容式觸摸感應按鍵已經廣泛用于玩具、電子手表、電視、洗衣機等一系列消費類電子產品中！ 
 

2. 觸摸按鍵的原理

兩塊導體（ 極板） 中間夾著一塊絕緣體（ 介質） 就能構成的電容。
對觸摸感應按鍵而言， PCB 板上的金屬感應盤就是電容的一個極板， 而周圍鋪銅或手指構成了另一個極板，PCB材料本身或者PCB板上覆蓋的介質就是電容中間的絕緣體，因而構成一個電容器。平板電容器的容值計算公式為：
其中：
 
C ： PCB板最終生成電容ε0 ： 空氣中的介電常數
εr ： 兩極板間介質的相對介電常數
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電容構成如下圖。當沒有手指接觸時， 只有基準電容Cp ； 當有手指接觸時，“按鍵”通過手指就形成了電容Cf 。由于兩個電容是并聯(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

這個電容的變化引起芯片內部振蕩頻率或充放電時間的變化， 使芯片內部能夠檢測到觸摸發(fā)生， 從而產生觸發(fā)信號。電容的變化率越大，觸摸就越易檢測到。PCB的設計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的基準電容，增大手指電容。 所以PCB設計對觸摸效果有很大的影響， 甚至決定整個觸摸產品的開發(fā)。

1. 介質外殼對穿透力的影響

根據板級電容的計算公式， 我們得出結論：
 
                                                                 εr ： 兩極板間介質的相對介電常數
· 觸摸感應面板的靈敏度與絕緣面板的材質有關， 介電常數越大， 觸摸感應靈敏度越高。下面列出幾種常用材料的相對介電常數， 以供設計觸摸界面時參考：

空氣	1
木質	1.2~2.5
有機玻璃	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（ 標準）	7.6~8.0

這就不難理解，為什么蓋上普通玻璃介質的觸摸板要遠比蓋上相同厚度的亞克力觸摸板靈敏度高， 為什么在裝配產品時， 一定要使感應盤與絕緣面板背面緊密貼合不留空氣間隙。
· 觸摸感應面板的靈敏度與介質的厚度有關， 同一介質厚度越薄， 靈敏度越高， 厚度越厚，靈敏度越低。
· 觸摸感應盤的正上方的介質不能是金屬（ 或具有導電性質的材料），否則觸摸無法感應或引起誤動作； 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設計

1.1 觸摸按鍵的形式

1.1.1 單個形式---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， 避免將觸摸按鍵設計成窄長的形狀（ 規(guī)則的形狀的觸摸效果要比不規(guī)則的好得多）。

 

1.1.1 復用形式---復合按鍵

 

 

1.1.1 彈簧觸摸按鍵