电容触摸按键设计
电容式触摸传感器在智能手机的触摸按键布局设计
电容式触摸传感器在智能手机的触摸按键布局设计在本系列文章的第1部分中，我们不仅探讨了机械按键用户界面与电容式触摸传感器用户界面的差异，而且还讨论了步骤1（设备的外观与质感）以及步骤2中的原理图设计部分。
第2部分，我们将介绍将机械按键替换成电容式感应按键时所需的设计布局。
此外，我们还将举一个应用实例。
步骤2：布局：对于电容式传感器设计方案而言，布局非常重要，因为传感器很容易受外部噪声影响。
每个布局都必须针对特定应用创建，因此布局辅助工作通常着眼于提供建议。
所以，一般很难一开始就给出理想的设计。
在设计任何电容式传感器布局时，开发人员必须考虑的重要参数包括：●传感器尺寸：传感器尺寸取决于覆盖层厚度。
覆盖层越厚，传感器就越大。
考虑到较小按键对触摸不够敏感，而较大按键对触摸太过敏感，这都是我们不想要的，因此要优化按键尺寸。
●寄生电容（CP）：传感器的PC电路板迹线的固有电容叫寄生电容。
大传感器CP可使其更难感应传感器电容的微小变动，从而可降低灵敏度。
电容式感应布局应将传感器CP 保持为最小。
●迹线长度：较长的迹线长度可增大传感器的CP，从而可降低传感器灵敏度。
此外，长迹线还会像内部天线一样，降低传感器的抗噪性。
●功耗：传感器CP是影响器件功耗的主要因素之一。
较大的传感器CP可增大传感器因此而必需扫描的时间，导致整体功耗上升。
要降低功耗，传感器CP必须保持最小。
一次成功优化所有这些参数并非小事。
为了避免布局重新设计的多次反复进行，电容式感应技术厂商提供了各种高级工具来简化该流程。
例如，赛普拉斯提供的设计工具套件就是一款这样的工具，可帮助开发人员纠正布局设计。
此外，它还可帮助各团队避免不太容易发现的错误，这些错误的消除可能非常耗时耗力。
该设计工具套件是EZ-Click软件工具的一部分，可帮助配置MBR器件。
电容触摸按键原理及代码
电容触摸按键原理及代码一。
电容触摸按键原理1. RC 充放电电路原理Cx电压从0开始充电，一直到V1。
如果达到同样的电压值，如果电容越大，那么达到的时间越长。
手指按下后，电容值为Cs+Cx，电容变大，充电时间变长，通过判断充电时间长短来判断TPAD是否被按下。
2. 电容触摸按键在PCB板上怎么画首先，人体是具有一定电容的。
当我们把PCB上的铜画成如下形式的时候，就完成了一个最基本的触摸感应按键。
上图左边，是一个基本的触摸按键，中间圆形绿色的为铜（我们可以称之为“按键”），在这些按键中会引出一根导线与MCU相连，MCU通过这些导线来检测是否有按键“按下”（检测的方法多种多样，这将在后面章节中谈到）；外围的绿色也是铜，不过外围的这些铜是与GND大地相连的。
在“按键”和外围的铜之间是空隙（我们可以称为空隙d）。
上图右边是左图的截面图，当没有手指接触时，只有一个电容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。
下图更简单的说明了上述原理材料：PCB铜箔形状：原则上可以做成任意形状，中间可留孔或镂空。
我们推荐做成边缘圆滑的形状，如圆形或六角形，可以避免尖端放电效应。
大小：最小4mmX4mm, 最大30mmX30mm，有的建议不要大于15mmX15mm，太大的话，外界的干扰相应的也会增加。
底板覆铜：在电路板底层覆铜是很有必要的，这些接地的覆铜能够最大限度的降低触摸按键的噪声以及外部环境对触摸按键的影响。
推荐采用50%--70%的网格覆铜。
灵敏度：一般的感应按键面积大小和灵敏度成正比。
一般来说，按键感应盘的直径要大于面板厚度的4倍，并且增大电极的尺寸，可以提高信噪比。
各个感应盘的形状、面积应该相同，以保证灵敏度一致。
灵敏度与外接CIN电容的大小成反比；与面板的厚度成反比；与按键感应盘的大小成正比。
外接 CIN电容的选择：CIN电容可在0PF～50PF选择。
电容越小，灵敏度越高，但是抗干扰能力越差。
电容触摸按键设计
在目前市场上可提供的PCB（印刷电路板）基材中，FR4是最常用的一种。
FR4是一种玻璃纤维增强型环氧树脂层压板，PCB可以是单层或多层。
在触摸模块的尺寸受限的情况下，使用单层PCB不是总能行得通的，通常使用四层或两层PCB。
在本文中，我们将以最常用的两层PCB为例来介绍PCB布局，意在为S-Touch TM电容触摸感应设计所用的各种PCB （如FR4、柔性PCB或ITO面板）的结构和布局提供设计布局指导。
PCB设计与布局在结构为两层的PCB中，S-Touch TM触摸控制器和其他部件被布设在PCB的底层，传感器电极被布设在PCB的顶层。
每个传感器通道所需的调谐匹配电容器可以直接布设在该传感器电极的底层。
需要指出的是，S-Touch TM触摸控制器布设在底层，应该保证其对应的顶层没有布设有任何传感器电极。
顶层和底层的空白区域可填充网状接地铜箔。
图 2.1 两层 PCB 板的顶层图 2.2 两层 PCB 板的底层设计规则第1 层（顶层）•传感器电极位于PCB的顶层（PCB的上端与覆层板固定在一起）。
为提高灵敏度，建议使用尺寸为10 x 10 毫米的感应电极。
可以使用更小尺寸的感应电极，但会降低灵敏度。
同时，建议感应电极的尺寸不超过15 x 15 毫米。
如果感应电极超过这一尺寸，不但会降低灵敏度，而且会增加对噪声的易感性。
•空白区域可填充接地铜箔（迹线宽度为6 密耳，网格尺寸为30 密耳）。
•顶层可用来布设普通信号迹线（不包括传感器信号迹线）。
应当尽可能多地把传感器信号迹线布设在底层。
•感应电极与接地铜箔的间距至少应为0.75 毫米。
第2 层（底层）•S -Touch TM控制器和其它无源部件应该设计布局在底层。
•传感器信号迹线将被布设在底层。
不要把一个通道的传感器信号迹线布设在其他传感通道的感应电极的下面。
•空白区域可填充接地铜箔（迹线宽度为6 密耳，网格尺寸为30密耳）。
•传感器信号迹线与接地铜箔的间距应当至少是传感器信号迹线宽度的两倍。
触摸感应按键设计指南
触摸感应按键设计指南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ε0：空气中的介电常数εr：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“按键”前后，总电容的变化率为：C%=((Cp+Cf)-Cp)/Cp=Cf/Cp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。
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）。
b、单个触摸按键顶层（TOP）铺地形式：可以铺实地或网格地，如图。
电容式触摸按键设计指南
Capacitive Touch SensorDesign GuideOctober 16, 2008Copyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.1YU-TECH-0002-012-1 (3) (3) (5) (9) (11) (11) (17) (20)Copyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.2YU-TECH-0002-012-1Copyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.3YU-TECH-0002-012-11.2.( ) 3M 468MP NITTO 500 818Copyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.4YU-TECH-0002-012-13.4.Front PanelSensor PadSensor PadElectroplatingOrSpray PaintNothingCopyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.5YU-TECH-0002-012-11. (FPC) ITO (Membrane)ITO ITO ( 10K )FPC ITO MEMBRANEPCBCopyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.6YU-TECH-0002-012-12.ITO LCD ITO ( 10K )3. 1mm 8mm ( 8mm X 8mm )1mm 8mm X 8mm 2mm 10mm X 10mm 3mm 12mm X 12mm 4mm 15mm X 15mm 5mm18mm X 18mm( ) 196.85 mil (5mm)0.254mm(10mil)2mm 5mm2mmCopyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.7YU-TECH-0002-012-14.5. 20mil (0.508mm) IC 20mil (0.508mm) 10mil (0.254mm) 78.74 mil (2mm)Copyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.8YU-TECH-0002-012-16. IC 30cm20cm IC 7. LED( )Copyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.9YU-TECH-0002-012-11.LCD ( ) 2mm2.RF 6mm ( )Copyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.10YU-TECH-0002-012-13.( 10mm) ( )4.1 2mmIC IC IC1. IC2. 10M ±10%±10% (1uF) (22pF) ±20%3. ±500mV(VDD=5V) ±300mV(VDD=3V) ±100mV/1V(VDD)IC 2.5V4. 8MHz RC OSCI (C =22pF)RC OSCI IC ICCopyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.11YU-TECH-0002-012-1Copyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.12YU-TECH-0002-012-15.CHIP OP VDD VSS OP+R VDD VSS (R 47K 100K )6. Button (GPIO) 1 (Active-High) 0(Active-Low) Button 1 0 1 0 1 07. Open-Drain GPIO 0 (Vss) 1Wire AND ( )IC Open-Drain8. Toggle Toggle (ON)(OFF) ON 0 1 OFF 0 1 (Mode)OUTn ActiveINPn T TActiveT TCopyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.13YU-TECH-0002-012-19. Inter-Lock Toggle Push-Pull Active-Low OUT1INP1 OUT2OUT3 OUT4 OUT3 OUT2 OUT410. (INP) 10M (GND) 10M22pF 256uS IC 30cm 20cmKEYINP10MCopyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.14YU-TECH-0002-012-1Copyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.15YU-TECH-0002-012-111. IC ( IC ) ICIC SLEEP VDD VSS HOST 0 IC HOST 1 IC IC 256mS 384mS SLEEP 1 ICCopyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.16YU-TECH-0002-012-112. 6.5 ICTouch INPn OUTnActive Touch Active 13.(INP) 3.2IC 14. IC 16mS 24mS Active-LowPull-High Active-High Pull-Low15. MODE VSS(GND) R=47KC=0.001uF(102) C=0.01uF(103) IC OSCI 250KHz ( 50%)MODERCopyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.17YU-TECH-0002-012-11.INP 10M OSCI RC Bypass IC IC ( ) 2. OSCI RC3.ITO ITO 10K4.IC ( ) 196.85 mil (5mm)Layer2Layer 1Layer 10.254mm(10mil)2mm 2mm5mm5mm5. 1mm 8mm ( 8mm X8mm)1mm8mm X 8mm2mm10mm X 10mm3mm12mm X 12mm4mm15mm X 15mm5mm18mm X 18mm( ) 196.85 mil (5mm)0.254mm(10mil)5mm 2mm5mm2mm 0.508mm(20mil)2mm5mm0.254mm(10mil)2mmCopyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.18YU-TECH-0002-012-16. INP 10mil (0.254mm) IC 20mil (0.508mm)20mil (0.508mm) 78.74 mil (2mm) 196.85 mil (5mm) IC 30cm 20cmCopyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.19YU-TECH-0002-012-1Copyright © 2007-2008 Yured International Co., Ltd.20YU-TECH-0002-012-1OSCI 8MHz VDD ±100mV/1V (VDD)。
基于AD的电容触摸按键电路设计
（宁波方太厨具有限公司, 浙江 宁波 315336）
摘要: 电容式感应按键以其无机械磨损、寿命长、防水防污、易清洁和时尚的特点, 近几年应用
领域和数量迅速增加. 因此, 结合电容感应按键的特点, 设计了一种用 A/D 口搭配简单的电路实
现电容感应按键的方法. 经测试, 电路的稳定性较高, 在低成本的电路中适用性较强.
Abstract: In recent years, capacitive touch button has been widely used and its applications have been
increasing rapidly. The users can benefit from its characteristics such as minimal mechanical wearing, long
图 6 电容充电时间与电压的关系
图 7 手指触摸时的电平变化
3 A/D 法电容感应按键、读键流程
将电容电压引入 MCU 通用 A/D 口, 即可将电 容 C1 上的电压值转换为数字量; 并通过 MCU 计算 出电容 C1 两端电压的变化大小, 从而判断出是否 有手指或其他导电物体靠近或离开触摸按键, 实
在该电路中, 充放电电阻大, 流过的充放电电 流小, 二极管 1N4148 的导通电压也较小, 若以充 电电路为图 5(a)、放电电路为图 5(c)来计算, 充电 时间常数τ = 放电时间常数 = 0.1 s, 而充放电时间 为τ p = 1.67 ×10−6 s.
假定二极管电压在微弱电流下按 0.2 V 计算, 根据(1)式和(2)式, 运用迭代可计算出电容电压最 后稳定在 5.9 V, 而以上计算不考虑由手指触摸等 任何情况引起的能量损耗.
美的内部资料—基于QT1080的电容感应式触摸按键电路设计指引.
美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-2008美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-2008基于QT1080的电容感应式触摸按键电路设计指引（发布日期：2008-11-08）1 范围本标准对电容感应式触摸按键电路的电路原理，各器件的参数计算选择，相关技术要求和实际使用中的设计方法等有关问题进行了阐述和规定。
本标准适用于美的家用空调国内事业部的电控系统中，使用QT1080芯片的电容感应式触摸按键电路的设计。
2 电容感应式触摸按键（简称：触摸按键）介绍基于QUANTUM公司的触摸按键芯片QT1080，利用了克希荷夫电流定理，检测电极中等效电容的电荷。
当人，或者导电体接触到电极，会有大量的电荷转移，芯片通过检测电荷变化，完成检测是否有人触摸。
3 工作原理3.1 触摸按键芯片QT1080功能介绍8个独立按键。
3.1.1 最多支持检测3.1.2 可进行低功耗模式设置。
3.1.3 在工作中不需人为调整，自动根据环境变化调整检测范围。
美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-2008 3.1.4 每个按键都可以设置成直接开关量输出，或者BCD码输出。
3.1.5 工作电压：2.8V~5V3.1.6 相邻按键抑制(AKS)功能。
3.1.7 展频脉冲方式以达到最大噪声抑制。
3.2 芯片管脚分配（48-SSOP封装）芯片管脚分配见右图。
管口类型说明：I：CMOS输入I/O：CMOS 输入和输出O：CMOS推挽输出OD：CMOS开漏输出O/OD：CMOS推挽或开漏输出（可选择）3.3 芯片管脚功能定义美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-2008美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-20083.4 应用原理图QT1080有两种工作方式：简易模式和完整模式。
我司现在使用的都是简易模式。
与完整模式相比，简易模式元器件数量少，电路简单，功能满足现阶段美的功能要求。
触摸按键设计要求规范
cx电压从0开始充电，一直到v1上图右边是一个最基本的触摸按键，中间圆形绿色的为铜（我们可以称之为按键），在这些按键中会引出一根导线与MAU相连，MAU通过这些导线来检测是否有按键按下，外围的绿色也是铜不过这些铜与GND大地相连，在按键和外围铜直接是空隙（空隙d）上图右边是左图的截面图，当没有手指接触时只有一个电容cp,，当有手指接触时，按键通过手指就形成了电容cf二。
硬件连接电容式触摸按键原理现阶段，随着电容式触摸按键在外形美观和使用寿命等方面都优于传统的机械按键，电容式触摸按键的应用领域也日益广泛，包括家电、消费电子、工业控制和移动设备等。
本文就一种具体的电容式触摸开关芯片SJT5104介绍一下电容式触摸按键的基本工作原理和材料选择。
一工作原理任何两个导电的物体之间都存在着感应电容，一个按键即一个焊盘与大地也可构成一个感应电容，在周围环境不变的情况下，该感应电容值是固定不变的微小值。
当有人体手指靠近触摸按键时，人体手指与大地构成的感应电容并联焊盘与大地构成的感应电容，会使总感应电容值增加。
电容式触摸按键IC在检测到某个按键的感应电容值发生改变后，将输出某个按键被按下的确定信号。
电容式触摸按键因为没有机械构造，所有的检测都是电量的微小变化，所以对各种干扰会更加敏感，因此触摸按键设计、触摸面板的设计以及触摸IC的选择都十分关键。
二触摸PAD设计1. 触摸PAD材料触摸PAD可以用PCB铜箔、金属片、平顶圆柱弹簧、导电棉、导电油墨、导电橡胶、导电玻璃的ITO层等。
不管使用什么材料，按键感应盘必须紧密贴在面板上，中间不能有空气间隙。
当用平顶圆柱弹簧时，触摸线和弹簧连接处的PCB，镂空铺地的直径应该稍大于弹簧的直径，保证弹簧即使被压缩到PCB板上，也不会接触到铺地。
2. 触摸PAD形状原则上可以做成任意形状，中间可留孔或镂空。
作者推荐做成边缘圆滑的形状，可以避免尖端放电效应。
一般应用圆形和正方形较常见。
电容式触摸按键布线分享
电容式触摸按键布线分享1）:电容式触摸按键特点及应用与传统的机械按键相比，电容式触摸感应按键不仅美观时尚而且寿命长，功耗小，成本低，体积小，持久耐用。
它颠覆了传统意义上的机械按键控制，只要轻轻触碰，他就可以实现对按键的开关控制，量化调节甚至方向控制，现在电容式触摸感应按键已经广泛用于手机，DVD,电视，洗衣机等一系列消费类电子产品中！2）:电容式触摸按工作基本原理所谓感应式触摸按键，并不是要多大的力量去按，相反，力量大和小的效果是一样的，因为外层一般是一块硬邦邦的塑料壳。
具体就电容式而言，是利用人手接触改变电容大小来实现的，通俗点，你手触摸到哪个位置，那里的电容就会发生变化，检测电路就会检测到，并将由于电容改变而带来的模拟信号的改变转化为数字信号的变化，进行处理！3）: 电容式触摸按电容构成及判断PCB材料构成基本电容，PCB上大面积的焊盘（触摸按键）与附近的地构成的分布电容，由于人体电容的存在，当手指按上按键后，改变了分布电容的容量(原来的电容并上了人体电容)，通过对PAD构成的分布电容充放电或构成振荡电路，再检测充放电的时间，或者振荡频率，脉冲宽度等方式可以检测电容容量的变化，继而可判断按键是否被按下。
电容式触摸按键布板要求1）: PCB板的电容构成因素：PCB板中电容构成因素如右图：其中代表PCB板最终生成电容代表空气中的介质常数代表两板电介质常数代表两极板面面积代表两板距离2）: PCB板的布局电容式感应触摸按键实际只是PCB上的一小块覆铜焊盘，当没有手指触摸时，焊盘和低型号产生约5—10PF的电容值，我们称之为“基准电容”故为了PCB设计尽量达到这值，PCB需要进行更好设计！如下图：虽然触摸按键最终的效果可能与其他一些因素还有很多直接或间接的关系，但做为PCB的绘制人员，我们因该尽量保证我们所绘制的PCB效果达到最佳（及控制好触摸按键的中的基准电容值）PCB布板至关重要，因为PCB构成的电容容量极小,而且必须要尽量控制等效电容，不能过大，因为人体电容也是极小的（数pF），不同的人之间差异也比较大，而触摸按键的灵敏度就在于手指接触按键前后PAD电容量的差异，而且这么小的电容充放电极易受到干扰，所以布线的关键两点就是：1、控制电容量2、避免干扰影响电容容量的因素是极板的面积和极板间的介质材料，在实际应用中人体是不太可能直接接触PCB的，所以PCB与按键接触面必须有覆盖层，在触摸按键应中影响容量的因素有：1、 PAD的面积与铺地间的距离以及铺地的面积2、 PAD上的覆盖层的厚度和材质（介质）3、 PCB的厚度和材质对应的策略如下：1、 PAD的面积应尽量接近手指接触按键的有效面积。
两种电容式触摸按键电路设计要点
两种电容式触摸按键电路设计要点珠海格力电器股份有限公司广东珠海 519000摘要：TS08N/NE和CAP 1298是家用电器显示板常用的两款电容式触摸芯片。
前者引脚较多，电路设计复杂、成本高，但是软件开发工作量较小；而后者引脚较少，电路设计简单、成本低，但是需要进行一定的软件开发。
两种设计方案均存在一定的设计难度。
本文作者在大量工程实践的基础上面，提炼出了相关设计要点供大家参考。
关键词：TS08N/NE CAP 1298电容式触摸芯片显示板Key points of design of two capacitive touch key circuitsHu Haoran Song ZhizhongGree Electric Appliances, Inc.of Zhuhai Zhuhai Guangdong 519000Abstract: TS08N/NE and CAP 1298 are two capacitive touch chips commonly used in display boards of household appliances. The former has more pins, complex circuit design and high cost, but less software development work; The latter has fewer pins, simple circuit design and low cost, but requires certain software development. The two design schemes have certain design difficulties. Based on a large number of engineering practices, the author has extracted the relevant design points for your reference.Keywords: TS08N/NE,CAP 1298,Capacitive Touch Chip, Display Board 1两种电容式触摸按键电路设计要点1 引言目前市场上供家用电器使用的触摸芯片种类繁多，如何对触摸芯片进行合理选型，需从多方面考虑，比如：触摸按键的通道数、触摸按键的灵敏度、触摸按键的可靠性、控制器成本等。
电容触摸式按键设计规范及注意事项
电容触摸式按键设计规范及注意事项电容触摸式按键设计规范及注意事项技术研发中⼼查达新所有电容式触摸传感系统的核⼼部分都是⼀组与电场相互作⽤的导体。
在⽪肤下⾯，⼈体组织中充满了传导电解质(⼀种有损电介质)。
正是⼿指的这种导电特性，使得电容式触摸式按键应⽤于电路中，替代传统的机械式按键操作。
关于电容触摸式按键设计，有下列要求：1.PCB触摸焊盘①.感应按键⾯积，即焊盘接触⾯积应不⼩于⼿指⾯积的2/3，可⼤致设计为5*6mm、6*7mm；且按键间的距离不⼩于5mm，如下图：②.连接触摸按键的⾛线，若是双⾯板尽可能⾛按键的背⾯，⾛在正⾯的画需保证离其他按键2mm以上间距；③.感应按键与覆铜的距离不⼩于2mm，减少地线的影响；2.感应按键⾯壳或外壳①.⾯壳材料只要不含有⾦属都可以，如：塑胶，玻璃，亚克⼒等。
若⾯壳喷漆，需保证油漆中不含⾦属，否则会对按键产⽣较⼤影响，可⽤万⽤表电阻档测量油漆表⾯导电程度，正常不含⾦属油漆的⾯壳电阻值应为兆欧级别或⽆穷⼤。
通常⾯壳厚度设置在0～10mm之间。
不同的材料对应着不同的典型厚度，例如亚克⼒材料⼀般设置在2mm～4mm之间，普通玻璃材料⼀般设置在3mm～6mm之间。
②.可以⽤3M胶把按键焊盘与⾯壳感应端黏连、固定，或者通过弹簧⽚⽅式焊接在PCB焊盘的过孔上与⾯壳感应端相连；如下图：③.触摸按键PCB与触摸⾯板通过双⾯胶粘接，双⾯胶的厚度取0.1～0.15mm ⽐较合适，推荐采⽤3M468MP，其厚度0.13mm。
要求PCB与⾯板之间没有空⽓，因为空⽓的介电系数为1，与⾯板的介电系数差异较⼤。
空⽓会对触摸按键的灵敏度影响很⼤。
所以双⾯胶与⾯板，双⾯胶与PCB粘接，都是触摸按键⽣产装配中的关键⼯序，必须保证质量。
PCB与双⾯板粘接，PCB带双⾯胶与⾯板装配时都要⽤定位夹具完成装配，装配完成后，要⼈⼯或⽤夹具压紧。
为了保证PCB板与⾯板之间没有空⽓，需要在双⾯板上开孔和排⽓槽，并且与PCB上开孔配合。
电容式触摸按键的设计与实现(软件部分)
学校代码： 11059学号： 0805070076Hefei University毕业论文（设计）B A CH ELO R D IS S ERTATIO N论文题目：电容式触摸按键的设计与实现（软件部分）学位类别：工学学士学科专业：自动化作者姓名：贾克慎导师姓名：储忠完成时间： 2012-5-24电容式触摸按键的设计与实现(软件部分)中文摘要当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，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，触摸式按键作为一种接口技术已被广泛采用。
由于具有方便易用，时尚和低成本的优势，越来越多的电子产品开始从传统的机械按键转向触摸式按键。
在触摸按键技术方面，目前主要可分为电阻式触摸按键与电容式感应按键。
由于电阻式的触摸按键需要在设备表面贴一张触摸电阻薄膜, 其耐用性较低；而电容感应按键技术具有在非金属操作面板上无须开孔处理、防水防污、易清洁、无机械开关磨损而寿命长等优点。
本论文通过分析电容式触摸感应技术，研究人体触摸算法，设计出基于PIC单片机的电容式触摸按键系统。
根据系统的要求完成了整体方案设计，在所设计的控制方案里对控制系统的软、硬件设计作了详细论述。
本论文主要介绍软件部分，并将系统软件分为：系统初始化模块、按键识别模块、LCD显示模块、高优先级和低优先级中断服务程序模块。
首先将各个模块进行分析研究，然后进行软硬件联合调试，最后完成该毕业设计所要求的内容。
关键词：电容式触摸感应；模块化；调试；PIC16F1937Design and implementation of capacitive touch keysAbstractNowadays，automatic control systems have been widely used and developed in Every aspect of life，the applicatio n of portable media players and mobile handsets, such as large-capacity, high-visib ility products, the touch buttons as an interface techno logy has been widely adopted. Easy to use, stylish and low-cost advantage, more and more electronic products began to shift fro m the traditio nal mechanical b uttons with to uch button.Touch-button techno logy can be divided into resistive touch butto ns and capacitive sensing buttons. Resistive touch keys touch the surface of the device is attached a resistive film, the lower its d urability; Capacitive sensing key technolo gies has a hand le on the panel o f no n-metallic operating without opening, watering pollution, easy to cleaning, non-mechanical switches wear long life advantages.In this paper, by analyzing capacitive touch sensing techno logy and studying human touch algorithm, we finish the design of capacitive touch b utton system ba sed on PIC microcontroller. According to the requirements of the system we complete the overall design of the control system，in which hardware and software design are discussed in detail. This paper mainly introduces the software part, which is divided into four modules: the system initialization module, the key recognition module, LCD display module, a high priority and low priority interrupt service routine module. First do analysis and stud y on every module. Then co mb ine hardware with so ftware and debug. Finally comp lete the g raduatio n design’s requirements.KEY WORD:Capacitive touch sensing；Modular design；Debugging；PIC16F1937目录第一章前言 (1)1.1 系统简介 (1)1.2 课题的研究背景 (1)1.3 课题研究现状与发展趋势 (1)1.4 课题研究的内容 (2)1.5 本章小结 (2)第二章系统设计 (3)2.1 设计任务 (3)2.1.1 电容触摸感应技术的分析 (3)2.1.2人体触摸检测算法的研究 (5)2.2 总体方案分析 (5)2.2.1中央处理模块 (6)2.2.2电源转换电路 (6)2.2.3信息显示模块 (6)2.3 系统功能结构及组成 (6)2.3.1 系统功能结构 (6)2.3.2 系统组成 (7)2.4 本章小结 (7)第三章系统软件设计 (8)3.1 软件设计思想 (8)3.1.1按键检测思想 (8)3.1.2 各个显示模块设计思想 (10)3.2 主处理程序设计 (10)3.3 按键设计模块 (14)3.3.1 按键识别 (14)3.3.2 按键的程序框图 (15)3.4 显示模块程序设计 (18)3.4.3 LCD显示模块 (18)3.5 软件开发环境介绍 (19)3.5.1 工程文件的建立 (19)3.5.2 源程序的加载 (21)3.5.3 源程序编译、下载 (22)3.6 本章小结 (23)第四章硬件设计 (24)4.1 硬件设计原则 (24)4.2 电容式触摸式按键的设计 (24)4.2.1 PCB常规设计 (24)4.2.2电极与元件的设计 (26)4.2.3覆盖物 (28)4.2.4触摸式按键的原理 (28)4.3 显示模块的设计 (30)4.4 段式液晶驱动HT1621 (30)4.5 本章小结 (32)第五章系统测试 (33)第六章总结 (37)参考文献 (38)致谢 (40)附录A系统原理图 (41)附录B 系统PCB布线图 (42)附录C 实物图片 (43)附录D 程序代码 (44)第一章前言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，触摸式按键作为一种接口技术已被广泛采用[1]。
低成本电容式触摸按键设计
低成本电容式触摸按键设计周志永;胡建人【摘要】In order to solve the problems of the traditional mechanism button which is slide and short life, the capacitive touch technology was used in touch buttons. It is widely used in many home appliances because of its simple circuit: just need one MCU and some other peripheral circuits. At first, a general introduce was given to this technology. To reduce the cost and improve the reliability, general-purpose chip PSoC CY8C24423 was used to replace the CapSense one, designs both hardware and software were included. The experimental results show that the capacitive touch buttons have a high precision, low wrong operation rate and adjustable sensitivity.%为解决传统的机械式按键输入方式易磨损、寿命短等问题,将电容式触摸技术应用到触摸按键之中,开展了对电容式触摸感应技术的分析,电容式触摸技术电路简单,只需要一个微处理器和一些外嗣电路就可以实现按键的检测与控制,因此适用于各种家用电器.首先介绍了电容式触摸控制的基本原理,本着降低成本和提高可靠性的前提,采用PSoC通用型芯片CY8C24423取代常规使用的CapSense型芯片,并给出了具体的软、硬件设计方案.研究结果表明,所设计的电容式触摸按键精度高、灵敏度可调、误操作率低,具有很大实用价值.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2011(028)003【总页数】4页(P365-368)【关键词】电容式触摸;PSoC;灵敏度;CY8C24423【作者】周志永;胡建人【作者单位】杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,浙江,杭州,310018;杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所,浙江,杭州,310018【正文语种】中文【中图分类】TP334.70 引言触摸输入方式已经在许多的领域得到了应用，例如手机触摸屏、MP3触摸滑条、抽油烟机触摸按键等。
基于STM8的触摸按键方案
基于STM8的电容感应式触摸按键方案在电磁炉中的应用1、引言相较于机械式按键和电阻式触摸按键，电容式触摸按键不仅耐用，造价低廉，结构简单易于安装，防水防污，而且还能提供如滚轮、滑动条的功能。
但是电容式触摸按键也存在很多的问题，因为没有机械构造，所有的检测都是电量的微小变化，所以对各种干扰敏感得多。
ST针对家电应用特别是电磁炉应用，推出了一个基于STM8系列8位通用微控制器平台的电容式触摸感应方案，无需增加专用触摸芯片，仅用简单的外围电路即可实现电容式触摸感应功能，方便客户二次开发。
2、方案介绍ST的电容式触摸按键方案通过一个电阻和感应电极的电容CX构成的阻容网络的充电/放电时间来检测人体触摸所带来的电容变化。
如图1所示，当人手按下时相当于感应电极上并联了一个电容CT，增加了感应电极上的电容，感应电极进行充放电的时间会增加，从而检测到按键的状态。
而感应电极可以直接在PCB板上绘制成按键、滚轮或滑动条的应用样式，也可以做成弹簧件插在PCB板上，即使隔着绝缘层（玻璃、树脂）也不会对其检测性能有所影响。
图1 STM8S电容式触摸按键的工作原理电磁炉是采用磁场感应电流的加热原理对食物进行加热。
加热时，通过面板下方的线圈产生强磁场，磁力线穿过导磁体做的锅的底部时，锅具切割交变磁力线而在锅具底部产生涡流使锅底迅速发热，达到加热食物的目的。
在本解决方案中采用44pin的STM8S105S4做按键显示板的主控芯片，控制13个按键的扫描、24个LED及一个4位数码管的显示、I2C与主板的通讯，并留有一个SWIM接口方便工程师调试之用（如图2）。
图2 电磁炉按键板原理STM8S105S4采用的是ST高级STM8内核，具备3级流水线的哈佛结构，3.0~5.5V工作电压，内部16MHz RC 可提供MCU 16MHz工作频率，提供低功耗模式和外设时钟关闭功能，共有34个I/O可用。
STM8S105S4 具有2KB 的RAM和16KB的FLASH，还有可达30万次擦写次数的1KB EEPROM数据存储器。
基于ad的电容触摸按键电路设计
基于ad 的电容触摸按键电路设计The fourth chapter is the heat treatment of steelreviewing and thinkingA glossary of the1. heat treatmentHeat treatment is the process of heating, holding and cooling metal materials or workpieces in an appropriate way to obtain desired structure and properties.2. isothermal transformationIsothermal transformation refers to the phase transition of undercooled austenite when the workpiece is isothermally retained in a certain temperature range below the critical point.3. continuous cooling transformationContinuous cooling transformation refers to the phase transformation of undercooled austenite when the workpiece is cooled at different cooling rates after austenitizing.4. martensiteMartensite is supersaturated solid solution of carbon or alloyelements in alpha -Fe.5. annealingAnnealing of steel is a heat treatment process that heats the workpiece to a proper temperature, keeps it for a certain time and then cools slowly.6. normalizingNormalizing refers to the heat treatment process that the workpiece is heated and cooled in the air after austenitizing.7. quenchingQuenching of steel is the process of heat treatment to obtain martensite or (or) bainite structure by cooling the workpiece in an appropriate way after austenitizing.8. temperingTempering refers to the heat treatment process that the workpiece is hardened and heated to a certain temperature below Ac1, holding for a certain period of time and then cooling to room temperature.9. surface heat treatmentSurface heat treatment is to change the structure and properties of the surface of the workpiece, only the surface of the heat treatment process.10. carburizingIn order to improve the carbon content of the workpiece surface and form a certain carbon content gradient in it, the chemical heat treatment process of carburizing and holding the workpiece in the carburizing medium and permeating the carbon atoms is called carburizing.11. the nitridingIn a certain temperature, the chemical heat treatment process that makes the nitrogen atoms penetrate into the surface of the workpiece in a certain medium is called nitriding, also called nitriding.Two, fill in the blanks1. the overall heat treatment can be divided into annealing, normalizing, quenching and tempering. The2. according to the different heating methods, surface quenching methods are mainly: induction heating surface quenching, flame heating surface quenching, electric contact heating surface quenching, electrolyte heating surface quenching, etc.. The3. there are many chemical heat treatment methods, usually named by infiltration elements, such as carburizing, nitriding, carbonitriding and boriding. TheThe 4. heat treatment process consists of three stages: heating, holding and cooling. TheDuring the isothermal transformation of 5. eutectoid steel, the products of high temperature transformation are P, S and T. The6. bainite is divided into two kinds: upper bainite and lower bainite. The7. quenching methods are: single medium quenching, double medium quenching, martensite classification quenching and bainite isothermal quenching. The8. commonly used annealing methods are: full annealing, spheroidizing annealing and stress relieving annealing. The9. commonly used cooling media are water, oil, air and so on. The10. common quenching defects are overheating and over burning, oxidation and decarburization, hardness and soft point,Deformation and cracking, etc..The 11. induction heating surface hardening method, according to the current frequency is different, can be divided into the high frequency induction heating surface quenching, intermediate frequency induction heating surface hardening and frequency induction heating surface quenching three. Moreover, the higher the induction heating current frequency is, the shallower the hardened layer is. According to the 12. temperingtemperature range can be divided into low temperature tempering, tempering temperature and tempering temperature and tempering three. The13. chemical heat treatment is composed of three basic processes: decomposition, adsorption and diffusion. The14. according to the different physical state of carburizing medium, carburizing method can be divided into gas carburizing, liquid carburizing and solid carburizing three kinds. TheThree, the choice1. undercooling austenite is the austenite that has not been changed at C temperature.A.Ms;B. Mf;C. A1. TheTwoThe quenching heating temperature of the eutectoid steel should be chosen at A, while the hypo eutectoid steel should be chosen at C. TheA. Ac1+30 to 50 DEG C; aboveB.. Accm;C.. Ac3+3 0 to 50 DEG C. The3. quenching and tempering treatment is the heat treatment ofC. TheA. quenching + low temperature tempering;B. quenching + mediumtemperature tempering; C. quenching + high temperature turning back. The4. the basic difference between chemical heat treatment and other heat treatment methods is C. TheA. heating temperature;B. microstructure change;C. changes the surface chemical composition. TheAfter carburizing, 5. parts need to be treated so as to achieve the purpose of high hardness and wear resistance. TheA..B.. Quenching; normalizing; andC.. TheFour, to determine the problem "1. after quenching, the strength and hardness of the steel increase with the increase of tempering temperature. (wrong) "The maximum quenching hardness of 2. steel mainly depends on the mass fraction of austenite carbon in steel. (on the)The higher the mass fraction of carbon in 3. steel is, the higher the quenching heating temperature is. (wrong) "4. high carbon steel can be replaced by normalizing instead of annealing so as to improve its machinability. (wrong)When the grain of 5. steel is rough due to overheating, it tends to become brittle. (on the)Five, the short answer questionsIt is pointed out that Ac1, Ac3 and Accm 1. in; the relationship between Ar1, Ar3, Arcm and A1, A3, Acm. TheAnswer: the relationship between them is: Ar1< A1< Ac1; Ar3< A3< Ac3; Arcm <Acm < Accm.2. briefly describe the transition products and properties of undercooled austenite in eutectoid steel at A1 to Mf temperature, isothermal at different temperatures. TheAnswer: eutectoid steel undercooled austenite between A1 ~ Mf temperature, transformation products and properties of different isothermal temperatures in the table belowThe transition temperature range, undercooling, transition products represent symbolic morphology, lamellar spacing, transition product hardness(HRC) A1 to 650 DEG C small coarse pearlite P about 0.3 m <25 to 650 to 600 DEG C in sorbite S flakes, 0.1 ~ 0.3 m 25~35 600 to 550 DEG C larger trooslite T thin sheet of about 0.1 M 35~40 to 550 to 350 DEG C high upper bainite B on the feather - 40~45 350 ~ MS larger lower bainite B needle shape - 45~50 ~ Mf maximum MS M martensite lath - about 40 MS ~ Mf maximum M lenticular martensite - >55 3. Austenitic, undercooled austenite and austenite between the three what's the difference? "Answer: austenite exists above A1 temperature, undercoolingaustenite exists A1 temperature, residual austenite exists under MS temperature.What is the difference between the 4. annealing, spheroidizing annealing and stress relieving annealing at heating temperature, room temperature, microstructure and application? TheAnswer: the difference between full annealing, spheroidizing annealing and stress relieving annealing at heating temperature, room temperature, microstructure and application is shown in the following tableThe name of the annealing process heating specification process application range of fully annealed microstructure at room temperature on AC3 of pearlite and ferrite in hypoeutectoid steel spheroidizing annealing on AC1 spheroidal pearlitic eutectoid steel and hypereutectoid steel stress annealing under AC1 without tissue changes in all 5. steel normalizing and annealing have similarities and differences? What are the differences between the two applications? TheAnswer: normalizing is mainly applicable to low carbon steel, cooling mode is air cooling; annealing is mainly applicable to medium and high carbon steel, cooling mode is furnace cooling.This is the 6. after annealing of 45 steel, as FP, heating at 700 DEG C, 760 C and 840 C, holding time of water, what is the microstructure obtained? TheAnswer: heating at 700 DEG C, holding time of water, is theorganization of the FP; heating at 760 DEG C, holding time of water, is the organization of the FM; heating at 840 DEG C, holding time of water, M is obtained by the organization.7. what is the purpose of quenching? How to choose the quenching heating temperature of hypo eutectoid steel and super eutectoid steel? TheThe main purpose of quenching is to get martensite and bainite structure of steel parts, improve the hardness and strength of steel, and match with proper tempering process, so as to give full play to the potential of steel performance.The quenching heating temperature of eutectoid steel is above Ac3, and the temperature is between 30 and 50 degrees. Because of the temperature range, all the fine austenite grains can be obtained, and even fine martensite can be obtained after quenching. If the heating temperature is too high, the austenite grain will be coarse and the properties of the steel will be deteriorated; if the heating temperature is too low, there will be undissolved ferrite in the quenched structure, which will lead to the lack of hardness after quenching. TheEutectoid steel quenching temperature and eutectoid steel is Ac1 above 30 to 50 DEG C, the tissue of cementite particles for austenite after quenching, martensite and fine spherical cementite, can guarantee the steel after quenching has high hardness and wear resistance. If the heating temperature exceeds Accm, will cause the cementite disappeared, the austenite grain coarsening, quenching after coarse acicular martensite, residual austenite increases, the hardness andwear resistance decrease, increase the brittleness; if the quenching temperature is too low, may be non martensite, while the hardness of the steel is not up to the requirements. The8. what is the purpose of tempering? Why should the workpiece be tempered timely after quenching? TheThe purpose of tempering is to eliminate and reduce internal stress, to stabilize the structure and to adjust the properties so as to obtain better strength and toughness. The quenching microstructure consists of martensite and residual austenite (sometimes undissolved carbide), there are great internal stress, the high brittleness and low toughness, generally can not be used directly, if not eliminate, the deformation of the workpiece will be caused, or even cracking. The9. describe the room temperature structure, properties and applications of three common tempering methods. TheAnswer: the room temperature structure, properties and application of the three common tempering methods are listed belowApplication of low temperature tempering process on Microstructure and properties of room temperature tempering tempering martensite with high hardness and wear resistance, plasticity and toughness of low cutting tools, measuring tools, such as rolling bearing temperature tempering tempering troostite with moderate hardness, high elastic elastic components such as high temperature tempering sorbite with moderate hardness, what is good plasticity and toughness,connecting rod, shaft gear, bolts and other 10. carburizing purpose? Why should carburizing be quenched and tempered at low temperature? TheAnswer: the purpose of carburizing is to increase the carbon content of the workpiece surface and to form a certain carbon content gradient. After carburizing, the workpiece should be quenched and tempered at low temperature. In order to obtain high hardness (56 ~ 64HRC), wear resistance and fatigue strength of the workpiece surface, the core still maintains a certain strength and good toughness.11. low carbon steel and steel gear manufacturing, in order to make the gear surface with high hardness and high wear resistance, its core has a certain strength and toughness, the required heat treatment process how? What is the difference between the tissues after heat treatment?Answer: for low carbon steel gear, in order to make the gear surface with high hardness and high wear resistance, its core has a certain strength and toughness, need to be taken, carburizing quenching, low temperature tempering treatment. The treated microstructure is the tempered martensite (Gao Tan) and the tempered martensite (low carbon) at the center.For carbon steel gear, in order to make the gear surface with high hardness and high wear resistance, its core has a certain strength and toughness, required surface quenching,low-temperature heat treatment. After treatment, the surface layer is tempered martensite, and the core is ferrite + pearlite.Six, the extracurricular discussion questionsThrough mutual exchanges and discussions, the application of heat treatment in daily life and production, if necessary through the daily necessities and production of parts as an example, a comprehensive analysis of the material, heat treatment process and the required performance, in order to improve the ability of analyzing the practical problems, and deepen the understanding of knowledge.* [ jimisoft：未注册的软件只转换部分文件！阅读帮助以了解如何注册。
基于充放电原理的电容式触摸按键设计
与传统的机械式按键相比，电容式电容式触摸感应按键美观、耐用、寿命长。电容式触摸感应按键实际只是PCB上的一小块“覆铜焊盘焊盘”，与四周“地信号”构成一个感应电容，触摸该按键会影响该电容值。现在检测电容值的方法有很多种，如电流与电压相位差检测、由电容构成的振荡器频率检测、电容桥电荷转换检测。而这里则是利用感应电容与电阻构成的RC回路，检测充放电充放电时间的变化量，不需要专用检测电路检测电路，成本低廉。1 检测原理 电容式触摸按键触摸按键电路的原理构成，按键即是一个焊盘，与地构成一个感应电容，在周围环境不变的情况下电容值固定为微小值，具有固定的充放电时间，而当有一个导体向电极靠近时，会形成耦合电容，这样就会改变固有的充放电时间，而手指就是这样的导体。通过测量充放电时间的改变即可检测是否有按键被按下。充放电时间的计算公式如下： 式中，t，R，C分别为充放电时间，电阻值，电容值；V1为充放电终止电压值；V2为充放电起始电压值；Vt为充放电t时刻电容上的电压值。
如果控制器发现很长时间内没有按键被按下(这里设为60 s)，就开始启动校正功能，重新扫描键盘，获取新的充放电时间，并作为基准值，这样可以克服环境变化带来的影响。4 PCB设计与布局 键盘可以做成任意形状，但为尽量避免尖端放电效应，应尽可能采用圆弧形作为边缘，对于单个按键一般设计成直径10 mm的圆形，尺寸过小会使得检测信号微弱，不利于检测，尺寸过大会使未碰触时和碰触时电容量的差值降低，而设计时尽量使差异值最大化，所以按键既不能过大也不能过小。对于矩阵按键，应设计成相互交叉的手指状。各个感应盘的形状、面积应该相同，以保证灵敏度一致。各触摸按键之间应尽量远一点，以减少相互间的干扰，可用覆地隔开，通常按键与地信号间有O．5 mm的间隙，在按键的背面也覆一层地，以减少电磁干扰。触摸按键的连接线应尽量的细，不要跨越其他的信号线，尤其是高频、强干扰的信号线。5 结束语 触摸式按键的应用越来越广泛，如何有效地降低制造成本是产品研发中必须考虑的问题，而电容式触摸按键的检测方法有多种，本论文中用到的硬件设计利用检测RC电路充放电时间的原理以判别按键是否被按下，不仅可以检测单个按键，还可以检测矩阵按键，检测电路仅由电阻电容构成的充放电回路及单片机组成，替代了专用的检测芯片，这样简单、易用，且有效地降低了硬件成本。
触摸按键设计规范方案
1. 基本介绍
SJT5104 是一颗低成本高可靠度的电容式触摸感应IC，提供4 个触摸感应按键和4 个直接输出端口；建LDO 稳压电路，电源噪声耐受力高；外围元件少，设计简单，只需极少的元件即可完成硬件设计。提供2 种输出模式、输出高/低电平可选、2 种工作模式、多键消重功能、2 种输出型态。每个触摸感应按键的灵敏度均可根据需要自由调节，增加了产品的可操作性，使设计更加灵活多变。
二美观和使用寿命等方面都优于传统的机械按键，电容式触摸按键的应用领域也日益广泛，包括家电、消费电子、工业控制和移动设备等。本文就一种具体的电容式触摸开关芯片SJT5104介绍一下电容式触摸按键的基本工作原理和材料选择。
一 工作原理
任何两个导电的物体之间都存在着感应电容，一个按键即一个焊盘与也可构成一个感应电容，在周围环境不变的情况下，该感应电容值是固定不变的微小值。当有人体手指靠近触摸按键时，人体手指与构成的感应电容并联焊盘与构成的感应电容，会使总感应电容值增加。电容式触摸按键IC在检测到某个按键的感应电容值发生改变后，将输出某个按键被按下的确定信号。电容式触摸按键因为没有机械构造，所有的检测都是电量的微小变化，所以对各种干扰会更加敏感，因此触摸按键设计、触摸面板的设计以及触摸IC的选择都十分关键。
三、触摸面板选择
1. 触摸面板材料
面板必须选用绝缘材料，可以是玻璃、聚苯乙烯、聚**乙烯（pvc）、尼龙、树脂玻璃等，按键正上方1mm以不能有金属，触摸按键50mm以的金属必须接地，否则金属会影响案件的灵敏度。在生产过程中，要保持面板的材质和厚度不变，面板的表面喷涂必须使用绝缘的涂料。
2. 触摸面板厚度
2. 触摸PAD形状
原则上可以做成任意形状，中间可留孔或镂空。作者推荐做成边缘圆滑的形状，可以避免尖端放电效应。一般应用圆形和正方形较常见。
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在目前市场上可提供的PCB（印刷电路板）基材中，FR4是最常用的一种。
FR4是一种玻璃纤维增强型环氧树脂层压板，PCB可以是单层或多层。
在触摸模块的尺寸受限的情况下，使用单层PCB不是总能行得通的，通常使用四层或两层PCB。
在本文中，我们将以最常用的两层PCB为例来介绍PCB布局，意在为S-Touch TM电容触摸感应设计所用的各种PCB （如FR4、柔性PCB或ITO面板）的结构和布局提供设计布局指导。
PCB设计与布局
在结构为两层的PCB中，S-Touch TM触摸控制器和其他部件被布设在PCB的底层，传感器电极被布设在PCB的顶层。
每个传感器通道所需的调谐匹配电容器可以直接布设在该传感器电极的底层。
需要指出的是，S-Touch TM触摸控制器布设在底层，应该保证其对应的顶层没有布设有任何传感器电极。
顶层和底层的空白区域可填充网状接地铜箔。
图 2.1 两层 PCB 板的顶层
图 2.2 两层 PCB 板的底层
设计规则第1 层（顶层）
•传感器电极位于PCB的顶层（PCB的上端与覆层板固定在一起）。
为提高灵敏度，建议使用尺寸为10 x 10 毫米的感应电极。
可以使用更小尺寸的感应电极，但会降低灵敏度。
同时，建议感应电极的尺寸不超过15 x 15 毫米。
如果感应电极超过这一尺寸，不但会降低灵敏度，而且会增加对噪声的易感性。
•空白区域可填充接地铜箔（迹线宽度为6 密耳，网格尺寸为30 密耳）。
•顶层可用来布设普通信号迹线（不包括传感器信号迹线）。
应当尽可能多地把传感器信号迹线布设在底层。
•感应电极与接地铜箔的间距至少应为0.75 毫米。
第2 层（底层）
•S -Touch TM控制器和其它无源部件应该设计布局在底层。
•传感器信号迹线将被布设在底层。
不要把一个通道的传感器信号迹线布设在其他传感通道的感应电极的下面。
•空白区域可填充接地铜箔（迹线宽度为6 密耳，网格尺寸为30密耳）。
•传感器信号迹线与接地铜箔的间距应当至少是传感器信号迹线宽度的两倍。
图 3 触摸极板下的传感器信号迹线走线方式
•为降低串扰，应当尽可能地增大两个感应电极/ 感应信号迹线之间的距离。
在可能的情况下，在两个感应电极/ 感应信号迹线之间加入接地铜箔。
•传感器信号迹线的长度并不需要完全等长。
因为使用匹配调谐电容，完全可以使两条通道之间的输入电容达到平衡。
然而，在PCB空间允许的情况下，最好使用长度相等的传感器信号迹线（传感器电极的尺寸也是统一的）。
这样一来，为了把所有传感通道的传感器容抗值调整至控制器感应的动态范围以内，只需设置一个标准参考电容即可，简化了设计难度。
•任何时钟、数据或周期信号迹线都不应该与传感器的信号迹线相邻平行布设。
这些信号线应当尽可能地与传感器的信号迹线垂直，或者布设在PCB的其他区域。
•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。
图 4 传感器信号迹线和周期信号迹线相邻时平行布设
接地铜箔
在前面对两层FR4 PCB的介绍中，接地铜箔被用来填充PCB的空白截面区域。
接地铜箔能够帮助触摸模块屏蔽外部噪声源，还能够稳定传感器线路的固有电容。
然而，使用接地铜箔时需要事先注意几个问题。
这是因为接地铜箔会增加传感器的固有电容，还会增加由于水滴导致的错误检测的可能性。
接地铜箔设计指南：
•建议使用网状的接地铜箔，而非实心的接地铜箔。
建议使用20%的网状接地铜箔（迹线宽度为6 密耳，
网格尺寸为30 密耳）。
接地铜箔的角度应当设置为45°。
•传感器到接地铜箔的间隔应当至少为0.5 毫米，建议使用0.75 毫米。
•传感器信号迹线到接地铜箔的间隙应当至少是迹线宽度的两倍
•对于四层PCB来说，如果布设在第三层的传感器信号迹线大于10 厘米，为了把长迹线的电容负载降至最低，建议不要在底层布设接地铜箔。
•如果对覆层板使用部分导电材料，建议不要在顶层布设接地铜箔。
•如果电容感应系统需要在潮湿环境中工作，建议不要在顶层布设接地铜箔。
传感器基本功能描述与指南
电容传感器电极是指一种用来测量手指电容的导电极板。
它被连接至S-Touch TM控制器的感应通道的输入
端。
传感器电极可以被制作成各种几何形状和尺寸，以便具有不同的功能和应用。
触摸按键
触摸按键的基本功能是检测是否有手指在触按。
S-Touch TM控制器可测量触摸按键感应电极的电容。
如果手指比较靠近触摸按键，当所测量的电容变化超过预先设定的阀值，就会检测到手指触摸的发生。
图5 触摸按键形状
触摸按键可以被设计成各种形状，例如方形、圆形、三角形或其他形状。
如果限定了PCB的尺寸，所设计
的按钮形状应当最大化地利用空间，以便提供最佳的灵敏度。
对于覆盖有2-3 毫米的丙稀酸塑料层外壳的应用，建议使用最小尺寸为10 x 10 毫米的正方形传感电极建议最大尺寸不要超过15 x 15 毫米。
如果超过该尺寸，不仅无法提高灵敏度，而且还会加剧噪声易感性。
触摸滑动条
触摸滑动条的基本功能是用来检测手指在一维方向上的滑动位置。
触摸滑动条的典型应用之一是进行音量控制。
可以使用两种方法来实现触摸滑动条：触摸状态滑动条和比例计量滑动条。
把方形触摸按键按顺序紧密排列在一起，即可以设计成触摸状态滑动条。
图 6 触摸状态滑动条的实现
当检测到某传感通道处于开启状态时，就能确定手指在触摸滑动条上的位置。
在上例中，使用了 5 个传感
通到来检测9个位置。
如果S1 和S2 通道同时处于开启状态，就意味着手指的位置位于位置2。
对于覆盖有2-3 毫米的丙稀酸塑料层外壳的应用，建议使用最小尺寸为10 x 10 毫米的传感电极。
滑动条传感器之间的间隙值建议为0.75 毫米。
两个相邻传感电极之间的间隙不要超过1 毫米。
这是为了确保当手指正好位于间隙内时，两个传感器通道能够同时开启。
触摸状态滑动条的优点是设计简单，在噪声环境下具有较高的稳定性。
然而，如果需要数量较多的位置，该方法则会因为需要过多传感器通道而无法实施。
另一种方法是使用比例计量滑动条。
该方法不是通过检测每个传感通道上的触摸状态来实现，而是根据每个传感器通道所测得的确切电容变化来确定手指的位置。
当测得每个传感通道的确切电容变化后，通过进行比例计算来确定手指的确切位置。
图 7 比例计量滑动条的实现
上述位置中的手指触摸会导致三个传感通道电极的电容增加。
由于手指覆盖面积的不同，每个传感器所增加的电容值也不相同。
然后，对传感器的原始电容数据进行处理，就可以获得手指在滑动条上的绝对位置。
触摸旋转器
同滑动条一样，触摸旋转器也是基于触摸状态和比例计量方法实现的。
应用触摸状态方法的旋转器通过检查每个传感通道的状态来确定手指的位置。
应用比例计量方法的旋转器，通过测量由于手指触摸而导致的各个传感通道增加的确切电容来确定手指的位置。
手指在旋转器上滚动时，会导致几个传感通道的电容增大。
然后，通过计算这些传感通道所增加的电容值，可以计算得出手指触摸的确切位置。
图 8 触摸状态和比例计量触摸旋转器的实现
触摸旋转器对于手指触摸检测的稳定性取决于要求的分辨率和传感通道的数量。
对于高分辨率的触摸旋转器来说，可能需要使用更多的传感通道，而不一定像图8 中所示的那样仅使用了三个传感通道。
其他考虑因素按照这些基本的设计指引进行PCB设计和布局，能够使电容感应应用更加可靠。
在PCB设计中，还要考虑其他的重要因素，包括：•PCB上无浮板/ 极板。
PCB 的空白区域可填充接地铜箔或留空•PCB应当设计成所需要的参考电容值小于20 pF （该参考电容值是在硬件调整期间确定的），并且各个通道的固有电容应小于10pF。
如果大于此值，则需要修改某些基本布局，如降低接地铜箔的密度，扩大感应输入迹线/ 电极到接地铜箔的间距，缩小传感器信号迹线的宽度，甚至去除接地铜箔。
如果感应输入电容的最大值超过10 pF，则需要使用调谐电容进行匹配设置。
•尽可能地把各个感应通道之间的固有电容的差别控制在10 pF 以内（可在硬件调整期间测定这一差别）。
如果超过10 pF，需要降低迹线长度和传感器电极尺寸的失配，来进行重新布局以便把差别降至最低。
•在I2C SDA和SCL线路中安装串联电阻器，以便过滤连接主板和触摸模块的线束所引起的噪声干扰，或来自可能导致I2C 信号失真的电源噪声的干扰。