1、介紹本應(yīng)用指南旨在為， 電容觸摸感應(yīng)設(shè)計(jì)所用的各種PCB(印刷電路板 ) ( 如 FR4、柔性 PCB或 ITO 面板 )的結(jié)構(gòu)和布局提供設(shè)計(jì)布局指導(dǎo)。在目前市場(chǎng)上可提供的PCB 基材中， FR4 是最常用的一種。FR4 是一種玻璃纖維增強(qiáng)型環(huán)氧樹脂層壓板，PCB 可以是單層或多層。在觸摸模塊的尺寸受限的情況下，使用單層PCB 不是總能行得通的，通常使用兩層或者多曾 PCB。我們將以最常用的兩層PCB 為例來介紹PCB 布局指南。PCB 設(shè)計(jì)與布局在結(jié)構(gòu)為兩層的PCB 中，觸摸控制器和其他部件被布設(shè)在PCB 的底層，傳感器電極被布設(shè)在 PCB 的頂層。圖 .1 基于兩層板的電容式觸摸模組的結(jié)構(gòu)

2、每個(gè)傳感器通道所需的調(diào)諧匹配電容器可以直接布設(shè)在該傳感器電極的底層。需要指出的是， 觸摸控制器布設(shè)在底層，應(yīng)該保證其對(duì)應(yīng)的頂層沒有布設(shè)有任何傳感器電極。頂層和底層的空白區(qū)域可填充網(wǎng)狀接地銅箔。1 / 8圖 2.1 兩層 PCB 板的頂層圖 2.2 兩層 PCB 板的底層設(shè)計(jì)規(guī)則第 1 層 (頂層 ) 傳感器電極位于 PCB 的頂層 (PCB 的上端與覆層板固定在一起 )。 為提高靈敏度，建議使用尺2 / 8寸為 10 x 10 毫米的感應(yīng)電極?？梢允褂酶〕叽绲母袘?yīng)電極，但會(huì)降低靈敏度。同時(shí)，建議感應(yīng)電極的尺寸不超過15 x 15 毫米。如果感應(yīng)電極超過這一尺寸，不但會(huì)降低靈敏度，而且會(huì)增加對(duì)

3、噪聲的易感性。 空白區(qū)域可填充接地銅箔(跡線寬度為6 密耳，網(wǎng)格尺寸為30 密耳 )。 頂層可用來布設(shè)普通信號(hào)跡線 (不包括傳感器信號(hào)跡線 )。 應(yīng)當(dāng)盡可能多地把傳感器信號(hào)跡線布設(shè)在底層。 感應(yīng)電極與接地銅箔的間距至少應(yīng)為0.75 毫米。第 2 層 (底層 ) 控制器和其它無源部件應(yīng)該設(shè)計(jì)布局在底層。 傳感器信號(hào)跡線將被布設(shè)在底層。 不要把一個(gè)通道的傳感器信號(hào)跡線布設(shè)在其他傳感通道的感應(yīng)電極的下面。圖 .3 觸摸極板下的傳感器信號(hào)跡線走線方式 空白區(qū)域可填充接地銅箔(跡線寬度為 6 密耳，網(wǎng)格尺寸為 30 密耳 )。 傳感器信號(hào)跡線與接地銅箔的間距應(yīng)當(dāng)至少是傳感器信號(hào)跡線寬度的兩倍。 為降低串

4、擾，應(yīng)當(dāng)盡可能地增大兩個(gè)感應(yīng)電極/感應(yīng)信號(hào)跡線之間的距離。在可能的情況下，在兩個(gè)感應(yīng)電極/感應(yīng)信號(hào)跡線之間加入接地銅箔。 傳感器信號(hào)跡線的長(zhǎng)度并不需要完全等長(zhǎng)。因?yàn)槭褂闷ヅ湔{(diào)諧電容，完全可以使兩條通道之間的輸入電容達(dá)到平衡。然而，在PCB 空間允許的情況下，最好使用長(zhǎng)度相等的傳感器信號(hào)跡線(傳感器電極的尺寸也是統(tǒng)一的)。這樣一來，為了把所有傳感通道的傳感器3 / 8容抗值調(diào)整至控制器感應(yīng)的動(dòng)態(tài)范圍以內(nèi)，只需設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考電容即可，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)難度。 任何時(shí)鐘、 數(shù)據(jù)或周期信號(hào)跡線都不應(yīng)該與傳感器的信號(hào)跡線相鄰平行布設(shè)。這些信號(hào)線應(yīng)當(dāng)盡可能地與傳感器的信號(hào)跡線垂直，或者布設(shè)在PCB 的其他區(qū)域。

5、 如果時(shí)鐘、數(shù)據(jù)或任何周期信號(hào)跡線確實(shí)需要與傳感器的信號(hào)跡線平行布設(shè)，它們應(yīng)當(dāng)被布設(shè)在不同的層并且不能重疊，而且應(yīng)當(dāng)盡可能地縮短信號(hào)跡線平行部分的長(zhǎng)度。圖.4 傳感器信號(hào)跡線和周期信號(hào)跡線相鄰時(shí)平行布設(shè)接地銅箔在前面對(duì)兩層FR4 PCB 的介紹中，接地銅箔被用來填充 PCB 的空白截面區(qū)域。 接地銅箔能夠幫助觸摸模塊屏蔽外部噪聲源，還能夠穩(wěn)定傳感器線路的固有電容。然而，使用接地銅箔時(shí)需要事先注意幾個(gè)問題。這是因?yàn)榻拥劂~箔會(huì)增加傳感器的固有電容，還會(huì)增加由于水滴導(dǎo)致的錯(cuò)誤檢測(cè)的可能性。接地銅箔設(shè)計(jì)指南： 建議使用網(wǎng)狀的接地銅箔， 而非實(shí)心的接地銅箔。 建議使用 20%的網(wǎng)狀接地銅箔 (跡線寬度為

6、 6 密耳，網(wǎng)格尺寸為 30 密耳 ) 。 接地銅箔的角度應(yīng)當(dāng)設(shè)置為 45。 傳感器到接地銅箔的間隔應(yīng)當(dāng)至少為0.5 毫米，建議使用0.75 毫米。 傳感器信號(hào)跡線到接地銅箔的間隙應(yīng)當(dāng)至少是跡線寬度的兩倍。 對(duì)于四層PCB 來說，如果布設(shè)在第三層的傳感器信號(hào)跡線大于10 厘米，為了把長(zhǎng)跡線的電容負(fù)載降至最低，建議不要在底層布設(shè)接地銅箔。 如果對(duì)覆層板使用部分導(dǎo)電材料，建議不要在頂層布設(shè)接地銅箔。4 / 8 如果電容感應(yīng)系統(tǒng)需要在潮濕環(huán)境中工作，建議不要在頂層布設(shè)接地銅箔。傳感器基本功能描述與指南電容傳感器電極是指一種用來測(cè)量手指電容的導(dǎo)電極板。它被連接至控制器的感應(yīng)通道的輸入端。 傳感器電極可

7、以被制作成各種幾何形狀和尺寸， 以便具有不同的功能和應(yīng)用。觸摸按鍵觸摸按鍵的基本功能是檢測(cè)是否有手指在觸按?？刂破骺蓽y(cè)量觸摸按鍵感應(yīng)電極的電容。 如果手指比較靠近觸摸按鍵，當(dāng)所測(cè)量的電容變化超過預(yù)先設(shè)定的閥值，就會(huì)檢測(cè)到手指觸摸的發(fā)生。圖 .5 觸摸按鍵形狀觸摸按鍵可以被設(shè)計(jì)成各種形狀，例如方形、圓形、三角形或其他形狀。如果限定了PCB 的尺寸，所設(shè)計(jì)的按鈕形狀應(yīng)當(dāng)最大化地利用空間，以便提供最佳的靈敏度。對(duì)于覆蓋有2-3 毫米的丙稀酸塑料層外殼的應(yīng)用，建議使用最小尺寸為10 x 10 毫米的正方形傳感電極。建議最大尺寸不要超過15 x 15 毫米。 如果超過該尺寸，不僅無法提高靈敏度，而且還會(huì)

8、加劇噪聲易感性。觸摸滑動(dòng)條觸摸滑動(dòng)條的基本功能是用來檢測(cè)手指在一維方向上的滑動(dòng)位置。觸摸滑動(dòng)條的典型應(yīng)用之一是進(jìn)行音量控制?？梢允褂脙煞N方法來實(shí)現(xiàn)觸摸滑動(dòng)條：觸摸狀態(tài)滑動(dòng)條和比例計(jì)量滑動(dòng)條。把方形觸摸按鍵按順序緊密排列在一起，即可以設(shè)計(jì)成觸摸狀態(tài)滑動(dòng)條。5 / 8圖 .6 觸摸狀態(tài)滑動(dòng)條的實(shí)現(xiàn)位置 傳感器開啟（ ON ）表 1 觸摸狀態(tài)滑動(dòng)條的設(shè)計(jì)當(dāng)檢測(cè)到某傳感通道處于開啟狀態(tài)時(shí)，就能確定手指在觸摸滑動(dòng)條上的位置。在上例中，使用了 5 個(gè)傳感通到來檢測(cè) 9 個(gè)位置。 如果 S1 和 S2 通道同時(shí)處于開啟狀態(tài)，就意味著手指的位置位于位置 2對(duì)于覆蓋有2-3 毫米的丙稀酸塑料層外殼的應(yīng)用，建議使

9、用最小尺寸為10 x 10 毫米的傳感電極?；瑒?dòng)條傳感器之間的間隙值建議為0.75 毫米。兩個(gè)相鄰傳感電極之間的間隙不要超過1毫米。這是為了確保當(dāng)手指正好位于間隙內(nèi)時(shí)，兩個(gè)傳感器通道能夠同時(shí)開啟。觸摸狀態(tài)滑動(dòng)條的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，在噪聲環(huán)境下具有較高的穩(wěn)定性。然而，如果需要數(shù)量較多的位置，該方法則會(huì)因?yàn)樾枰^多傳感器通道而無法實(shí)施。另一種方法是使用比例計(jì)量滑動(dòng)條。該方法不是通過檢測(cè)每個(gè)傳感通道上的觸摸狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)而是根據(jù)每個(gè)傳感器通道所測(cè)得的確切電容變化來確定手指的位置。當(dāng)測(cè)得每個(gè)傳感通道的確切電容變化后，通過進(jìn)行比例計(jì)算來確定手指的確切位置。6 / 8圖 .7 比例計(jì)量滑動(dòng)條的實(shí)現(xiàn)上述位置中的手

10、指觸摸會(huì)導(dǎo)致三個(gè)傳感通道電極的電容增加。由于手指覆蓋面積的不同，每個(gè)傳感器所增加的電容值也不相同。然后，對(duì)傳感器的原始電容數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就可以獲得手指在滑動(dòng)條上的絕對(duì)位置。觸摸旋轉(zhuǎn)器同滑動(dòng)條一樣，觸摸旋轉(zhuǎn)器也是基于觸摸狀態(tài)和比例計(jì)量方法實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)用觸摸狀態(tài)方法的旋轉(zhuǎn)器通過檢查每個(gè)傳感通道的狀態(tài)來確定手指的位置。應(yīng)用比例計(jì)量方法的旋轉(zhuǎn)器， 通過測(cè)量由于手指觸摸而導(dǎo)致的各個(gè)傳感通道增加的確切電容來確定手指的位置。手指在旋轉(zhuǎn)器上滾動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致幾個(gè)傳感通道的電容增大。然后，通過計(jì)算這些傳感通道所增加的電容值，可以計(jì)算得出手指觸摸的確切位置。7 / 8圖.8 觸摸狀態(tài)和比例計(jì)量觸摸旋轉(zhuǎn)器的實(shí)現(xiàn)觸摸旋轉(zhuǎn)器

11、對(duì)于手指觸摸檢測(cè)的穩(wěn)定性取決于要求的分辨率和傳感通道的數(shù)量。對(duì)于高分辨率的觸摸旋轉(zhuǎn)器來說， 可能需要使用更多的傳感通道， 而不一定像圖 8 中所示的那樣僅使用了三個(gè)傳感通道。其他考慮因素按照這些基本的設(shè)計(jì)指引進(jìn)行PCB 設(shè)計(jì)和布局，能夠使電容感應(yīng)應(yīng)用更加可靠。在PCB 設(shè)計(jì)中還要考慮其他的重要因素，包括： PCB 上無浮板 /極板。 PCB 的空白區(qū)域可填充接地銅箔或留空。PCB 應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)成所需要的參考電容值小于20 pF (該參考電容值是在硬件調(diào)整期間確定的 )并且各個(gè)通道的固有電容應(yīng)小于10pF。如果大于此值，則需要修改某些基本布局，如降低接地銅箔的密度，擴(kuò)大感應(yīng)輸入跡線/電極到接地銅箔的間距，縮小傳感器信號(hào)跡線的寬度，甚至去除接地銅箔。如果感應(yīng)輸入電容的最大值超過10 pF，則需要使用調(diào)諧電容進(jìn)行匹配設(shè)置。盡可能地把