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电容式触摸按键、触摸芯片的工作原理

浏览:1040 发表时间:2019-12-20 10:48:39

       由于在外形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,包括消费电子、家电、工业控制和移动设备等。群智电子就电容式触摸芯片的基本工作原理和材料选择作详细介绍。

一、电容式触摸芯片工作原理

        群智电子是辉芒微单片机国内总代,提供辉芒微单片机,集成芯片,触摸芯片,台湾芯睿单片机,内置EEPRM,IO芯片,触摸主控二合一,AD芯片。

       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面积大小

       按键感应盘面积大小:最小4mm×4mm,最大30mm×30mm。实际面积大小根据灵敏度的需求而定,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。各个感应盘的形状和面积应该相同,以保证灵敏度一致。通常在绝大多数应用里,12mm×12mm是个典型值。

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。

3.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。

4.触摸PAD之间距离

       各个触摸PAD间的距离要尽可能的大一些(大于5mm),这样可以减少它们形成的电场之间的相互干扰。当用PCB铜箔做触摸PAD时,若触摸PAD间距离较近(5mm~10mm),触摸PAD必须用铺地隔离。如果各个触摸PAD距离较远,也应该尽可能的铺地隔离。适当拉大各触摸PAD间的距离,对提高触摸灵敏度有一定帮助。

三、触摸面板选择

1.触摸面板厚度

       通常面板厚度设置在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.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以内不能有金属,触摸按键50mm以内的金属必须接地,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。

3.双面胶

      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。设计夹紧夹具时,重点压触摸按键的部位,确保感应部位没有空气。

四、如何选择合适的触摸IC芯片

       目前,世界知名电子元器件供应商均加大了对电容式触摸按键IC的应用研究,并推出了众多的专业芯片(本文简称触摸芯片),也有众多基于MCU集成类的IC,设计人员选择空间较大,可以根据功能的需求和芯片的性价比来选择适合设计需要的IC,也可以自己设计基于MCU的A/D口实现触摸IC。

       触摸IC采购员必须综观全局,准确地把握企业对所购物品各方面的要求,锱铢必较,以便实现触摸芯片的最佳选择,切不可大而化之,选择触摸芯片要考虑的因素包括:技术、质量、交货时间、成本、环保。

五、触控芯片发展趋势

       目前运用的触摸芯片主要有两种,一种是电阻式,另一种是电容式。因电容式可靠性更高而得到更加广泛的应用。目前应用触摸芯片的产品,单点触摸式是最为常见也是应用最为广泛的方式。

       随着触控芯片的不断发展,各种各样形式的触摸按键已经出现在我们日常家用电器中,如滚轮和滑块式按键的出现更加丰富了触控芯片的应用。

       早期的触控芯片比较简单,只能处理按键。随着技术的进一步发展,触控芯片已经不再是一个简单的按键处理芯片,现在已经完全可以作为一个主MCU来用,除了可以处理触摸按键外还可以处理如AD采样、LED控制、通讯等等。以前要实现触摸按键功能必须有两个芯片,一个触控芯片,一个主MCU,现在只需要一个触控芯片就可以解决问题,使产品的成本大大降低,也使得更多的产品可以运用触控按键技术。

       因触控芯片集成为MCU以后,按键的检测也变得更加灵活,可以采用矩阵扫描或AD采样,这样就使得可以识别的按键个数越来越多,以前可能需要几个触控芯片才能完成,现在一个新的触控芯片就完全可以满足要求。

       因为触控芯片技术的出现,使按键的方式也出现了巨大的变化,按键操作变的更加灵活舒适,按键面板也变地更加时尚亮丽。触控按键以其独特的优势正被越来越多的产品所采用。

       随着触控技术的不断发展,触控芯片的可靠性和实用性也将进一步提高,使得触控芯片的使用也就更加广泛。目前触控芯片集成度已越来越高,触控芯片既可以做主MCU也可以做触摸按键,这就使的触控芯片的性价比更高,成本更低,由此可见,触控芯片的应用将会越来越广泛。


        群智电子是辉芒微单片机国内总代,提供台湾芯睿单片机,集单片机设计、开发、销售于一体的新型高新技术企业和软件企业,超强抗干扰,防水,不串件,移植性强,内置电阻,触膜主控二合一,自有烧路边带,咨询电话:020-87370785

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