電容式觸控電路設(shè)計(jì)的七個(gè)步驟

電容式觸控技術(shù)在廚房設(shè)備中的應(yīng)用已經(jīng)有幾年了，例如在烤箱和煎鍋的不透明玻璃面板后面采用分離按鍵實(shí)現(xiàn)。這些觸摸控制鍵逐漸替代了機(jī)械按鍵，因?yàn)楹笳呔哂惺褂脡勖獭⒉粔蛐l(wèi)生等方面的問(wèn)題，而且還有在面板上開(kāi)孔安裝按鍵的相關(guān)成本，圖1是電容式感應(yīng)技術(shù)原理示意圖。

圖1 技術(shù)原理示意圖

電容式感應(yīng)技術(shù)由于具有耐用、較易于低成本實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，而逐漸成為觸摸控制的首選技術(shù)。此外，由于具有可擴(kuò)展性，該技術(shù)還可以提供其它技術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的用戶功能。在顯示屏上以軟按鍵方式提供用戶界面，這通常被稱為觸摸屏。

觸摸輸入滾動(dòng)/指示功能器件，例如iPod音樂(lè)播放器上的點(diǎn)擊式轉(zhuǎn)盤(pán)，這類器件在消費(fèi)市場(chǎng)已經(jīng)獲得廣泛的認(rèn)可，正在逐漸出現(xiàn)在更多的消費(fèi)設(shè)備市場(chǎng)。有兩種基本類型的滾動(dòng)器件：第一種是絕對(duì)報(bào)告類型，提供直接位置輸出報(bào)告；另外一種是相對(duì)類型，這類器件提供用來(lái)增加或減少某個(gè)值的直接報(bào)告。

使用電容式感應(yīng)的IC設(shè)計(jì)感應(yīng)開(kāi)關(guān)電路板與其它電路的開(kāi)發(fā)流程略有不同，因?yàn)殡娙菔介_(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)上會(huì)受到機(jī)構(gòu)與其它電路設(shè)計(jì)上的影響，會(huì)有比較多的調(diào)整程序，所以需要一個(gè)比較復(fù)雜的開(kāi)發(fā)流程，現(xiàn)就以出道較早且具有代表性的“Quantum ”產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程及要點(diǎn)介紹給大家，希望對(duì)需要的朋友有所幫助。下圖是開(kāi)發(fā)流程圖：

1.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

a.面板的材質(zhì)必須是塑膠，玻璃，等非導(dǎo)電物質(zhì)。

b. 在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)階段同時(shí)也必需設(shè)計(jì)操作流程，以選擇合適的產(chǎn)品，如果是按鍵的產(chǎn)品，要考慮是否有復(fù)合按鍵的設(shè)計(jì)，或是綜合滑動(dòng)操作及按鍵操作等，如果是以滑動(dòng)操作的產(chǎn)品，就必須考慮是否需要切割出按鍵。

c.由於感應(yīng)電極與面板接觸點(diǎn)之間不能有空隙，所以機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上必須考慮將感應(yīng)驗(yàn)路板直接黏貼在外殼面板的內(nèi)側(cè)，以及考慮面板的組裝方式。

d.同樣的，感應(yīng)電極與手指之間不能有金屬層夾在中間，所以面板上不可以有金屬電鍍及含金屬超過(guò)15%的噴漆等會(huì)形成導(dǎo)電層的設(shè)計(jì)。

e.如果必須電鍍或高金屬含量漆，請(qǐng)?jiān)诎存I區(qū)域的邊緣保留一圈不要電鍍或噴漆，用以隔絕其他感應(yīng)開(kāi)關(guān)。

f.如果面板是有弧度而非平面，可以利用軟板、彈簧、導(dǎo)電橡皮等導(dǎo)電物將感應(yīng)電極延伸到面板上，并在面板內(nèi)側(cè)制造出感應(yīng)電極，如果面板與感應(yīng)電極之間有空隙也可以用這個(gè)方式填補(bǔ)空隙，或加厚感應(yīng)電極區(qū)域的面板。

g.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的外殼厚度會(huì)影響感應(yīng)電極的大小，所以必須先完成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能接續(xù)開(kāi)發(fā)流程。

h.如果感應(yīng)電路板後面有大片金屬或電路板，必須保留若干空隙，以避免靈敏度降低或干擾感應(yīng)電極，如果是金屬板，金屬板必須接地，空隙保留至少0.3mm以上，如果是電路板，盡量減少高頻電路經(jīng)過(guò)，并保留至少1.0mm的空隙。

i.有上述狀況的感應(yīng)電路板，雖然保留了足夠的間距，最好能將感應(yīng)電極再加大，以利後續(xù)調(diào)整靈敏度的步驟。

j.感應(yīng)電極可以用電路板銅箔來(lái)做，亦可以采用FPC軟性電路板，ITO蝕ORGACON（CARBON）印刷等導(dǎo)電物質(zhì)。

2. 決定感應(yīng)電極的尺寸

a. 依照機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的面板厚度決定感應(yīng)電極的最小尺寸，面板厚度1mm時(shí)感應(yīng)電極最小3mm直徑的圓，面板厚度7mm時(shí)感應(yīng)電極最小10mm直徑的圓，在機(jī)構(gòu)及電路板空間的允許下盡量將感應(yīng)電極加大。

b.感應(yīng)電極最小不可以小於1/3個(gè)手指的面積。

c.注意感應(yīng)電極附近是否有金屬螺絲或鐵板等大型金屬物，如果有，必須將金屬物接地，并再加大感應(yīng)電極的面積，以避免靈敏度降低。

d.如果在感應(yīng)電極中開(kāi)孔加裝LED，必須加大感應(yīng)電極以彌補(bǔ)開(kāi)孔所損失的面積，所以增加的感應(yīng)電極面積至少必須相等於開(kāi)孔的面積。

e. 感應(yīng)電極可以是任何形狀，但是盡可能采用圓形或方形，如果必須利用所有的空間來(lái)增加感應(yīng)電極的面積，盡量避免將感應(yīng)電極設(shè)計(jì)成狹長(zhǎng)的形狀。

3. 感應(yīng)電路板電路設(shè)計(jì)及布線

a.電路設(shè)計(jì)以IC規(guī)格書(shū)內(nèi)的范例電路為基礎(chǔ)即可。

b.必須利用穩(wěn)壓IC（VOLTAGE REGULATOR）來(lái)確保QUANTUM IC的電源是乾凈沒(méi)有雜訊的。

c. 感應(yīng)電極附屬的電阻與電容要盡量靠近IC，如果是雙面板或是多層板，在電阻與電容的下方盡量避免通過(guò)高頻線路，鋪設(shè)地線，或是比較寬的線路。

d.如果是單層板，感應(yīng)電極附近不要有高頻線路，其他線路也盡量遠(yuǎn)離感應(yīng)電極及其連線。如果選用的IC有AKS功能，請(qǐng)盡量采用此功能以減少鄰近的感應(yīng)電極互相干擾。

e.如果沒(méi)有開(kāi)啟AKS功能，在感應(yīng)電極及其連線之間加一條地線，也可以減少鄰近的感應(yīng)電極之間的互相干擾，地線必須放置在鄰近的兩個(gè)感應(yīng)電極的中央，線寬不要超過(guò)兩個(gè)感應(yīng)電極間距的1/5，或是用地線將感應(yīng)電極及其連線圍繞隔開(kāi)，但是原則上圍繞的地線離的越遠(yuǎn)越好。

f. 從感應(yīng)電極的附屬零件到感應(yīng)電極的之間的線路以最小線寬來(lái)鋪設(shè)即可，感應(yīng)電極的連線與其他線路至少間距線寬的5倍以上，感應(yīng)電極的連線與另一個(gè)感應(yīng)電極的連線之間的距離則是越遠(yuǎn)越好，最近距離為線寬的2倍以上。

g.如果無(wú)法達(dá)到連線之間的間距，最好在線與線之間用一條地線作隔離，用最小的線寬來(lái)鋪設(shè)地線即可，線距采用一般安全間距。

h.從感應(yīng)電極的附屬零件到感應(yīng)電極連線最長(zhǎng)不要超過(guò)30cm，感應(yīng)電極的的線路可以經(jīng)過(guò)感應(yīng)電極的下方，避免圍繞在其他感應(yīng)電極的周邊。

i. 感應(yīng)電極連線的下方盡量避免通過(guò)高頻線路，鋪設(shè)地線，或是比較寬的線路，如果難以避免，盡量以交錯(cuò)通過(guò)，其他線路盡量不要與感應(yīng)電極連線平行。

j.如果確實(shí)需要減少來(lái)自感應(yīng)電極下方的干擾而需要鋪設(shè)地線的話，不要鋪設(shè)整片實(shí)體的地線，用網(wǎng)格狀鋪銅，網(wǎng)格1.27mm以上，格線用最小。

k. 人體的自然電容量約5pF～30pF之間，布線的最終原則就是不要超過(guò)人體自然電容量的最小值5pF。

4.測(cè)試電路板

a. 這個(gè)階段主要是測(cè)試電路板的布線是否正確，感應(yīng)動(dòng)作是否正常。

b.在此階段只需要大概的調(diào)整靈敏度，不需要精確調(diào)整，因?yàn)楫?dāng)電路板裝入機(jī)殼之後會(huì)再變化。

c.測(cè)試時(shí)必須特別注意電路板的放置，測(cè)試電路板不可以直接放在桌面上，也不可以在測(cè)試按壓時(shí)有晃動(dòng)的現(xiàn)象，理想的測(cè)試環(huán)境是黏貼上面板或與面板相同厚度及材料的替代面板，再加上橡膠腳墊架高電路板，同時(shí)可以穩(wěn)固電路板。

d.測(cè)試的電路板必須沒(méi)有跳線，如果有跳線，必須是與感應(yīng)開(kāi)關(guān)電路無(wú)關(guān)的，而且不可以經(jīng)過(guò)感應(yīng)IC及其附屬電路，也不可以在感應(yīng)電極附近。

e. 如果測(cè)試不良，進(jìn)入STep 4-1確定不良原因，如果用手直接觸摸感應(yīng)電極可以正常動(dòng)作，可以確定為靈敏度不良。

f.如果感應(yīng)開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)，或觸發(fā)後很久才釋放，先檢查電源是否穩(wěn)定，如果電源是穩(wěn)定的則可能是過(guò)度靈敏，將Cs電容數(shù)值減少降低靈敏度再測(cè)試。

g. 如果是屬於布線不良或布線錯(cuò)誤，回到步驟3重新布線。

h.只要將靈敏度調(diào)整到不會(huì)有不穩(wěn)定或不動(dòng)作的現(xiàn)象就可以進(jìn)入下一階段再調(diào)整靈敏度。

5.裝入機(jī)殼內(nèi)

a. 感應(yīng)電路板裝入機(jī)殼內(nèi)測(cè)試是必須的步驟，可以是手工機(jī)殼，試模機(jī)殼最好是量產(chǎn)機(jī)殼，機(jī)殼外部的印刷及噴漆必須與量產(chǎn)時(shí)的漆料相同。

b.機(jī)殼內(nèi)的組件必須齊全，最好其他電路板都已經(jīng)安裝妥當(dāng)，且可以接上電源工作，其他電路板工作正常與否無(wú)關(guān)緊要，只要可以測(cè)試按鍵動(dòng)作即可。

c.測(cè)試階段可以用一般無(wú)基材雙面膠黏貼，但是正式量產(chǎn)建議采用3M 468MP或NITTO 818無(wú)基材雙面膠。

6.測(cè)試靈敏度

a.適當(dāng)?shù)撵`敏度是手指輕輕接觸到面板，感應(yīng)開(kāi)關(guān)有動(dòng)作發(fā)生，如果需要用很大的力氣按壓面板感應(yīng)開(kāi)關(guān)才有動(dòng)作，或是手指還未接觸到面板感應(yīng)開(kāi)關(guān)就有動(dòng)作，是屬於靈敏度不良的狀況。

b. Cs電容數(shù)值加大可以提高靈敏度，數(shù)值減少是降低靈敏度，必須注意，不同的IC會(huì)有不同的數(shù)值范圍限制，請(qǐng)參考IC規(guī)格文件。

c. 提高靈敏度并不等於增加感應(yīng)距離，在設(shè)計(jì)初期一定要確定面板的厚度，感應(yīng)電極的面積一定要足夠。

d. 個(gè)別的感應(yīng)開(kāi)關(guān)會(huì)因?yàn)槲恢玫牟煌?，受機(jī)構(gòu)或其他元件的影響不同，所以靈敏度的調(diào)整是每一個(gè)感應(yīng)開(kāi)關(guān)個(gè)別進(jìn)行的。

e.理想的靈敏度可以根絕感應(yīng)開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作，增加ESD測(cè)試的耐受性。（已經(jīng)測(cè)試通過(guò)25KV）

7.確定BOM

a. 到這個(gè)階段才能完全確定BOM并進(jìn)入試產(chǎn)及量產(chǎn)。

b. 與感應(yīng)相關(guān)的電阻及電容建議采用SMD元件，電阻沒(méi)有特殊要求，一般±10%誤差的即可，電容建議采用X7R誤差在±10%以內(nèi)的元件。