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触摸芯片PCB设计注意事项

来 源:  时 间:2024-02-18

1.概述

现在电子产品中,触摸感应技术正日益受到更多关注和应用,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玩具、电子手表、电视、洗衣机等一系列消费类电子产品中。

2.介质对外壳穿透力的影响 触摸感应面板的灵敏度与绝缘面板的材质有关,介电常数越大, 触摸感应灵敏度越高。下面列出几种常用材料的相对介电常数, 以供设计触摸界面时参考:

材料 介质常量 εr
空气 1
木质 1.2-2.5
有机玻璃 2.8
Mylar 聚脂薄膜 3.2
ABS 3.8-4.5
丽光板 4.6-4.9
玻璃(陶瓷) 6
玻璃(标准) 7.6-8.0

注意事项: 

按键感应盘必须紧密贴在面板上,中间不能有空气间隙,以保持稳定的感度。

如果按键感应盘没有紧密粘贴在面板上会造成灵敏度降低,以及抗干扰能力降。 

触摸感应面板的灵敏度与介质的厚度有关,同一介质厚度越薄,灵敏度越高,厚度越厚,灵敏度越低。 

触摸感应盘的正上方的介质不能是金属( 或具有导电性质的材料),否则触摸无法感应或引起 误动作; 如附近有金属至少与触摸盘间距 1cm 并将金属接地。

3.PCB 设计规范 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 的形状以保持良好的触摸效果,避免将触摸按键设置成窄长的形状,因为规 则的形状触摸效果要比不规则的好得多。

如下图: 单个触摸按键外形:

多个按键滑条外形:

多按键滚轮形式:

4.PCB 焊盘铺地间距 .单个独立按键操作,两个按键以上的应用,两个 pad 的距离至少保持 2.5mm 以上,避免按 键之间的相互干扰。
顶层触摸 pad 这面可以铺实地或网格地,铺地间距需要离感应焊盘 1.5mm 以上,相对于 pad 正对的底层这面,铺地间距也需要保持离感应焊盘 1.5mm 以上。
 

铺地的间距可以适当的根据实际情况调整,对于灵敏度要求高的可以适当增加间距。 
不要在信号线附近保留死铜,避免意外的感应避免按键之间的相互干扰。
 

5.感应走线
基本走线原则:保证走线尽量细、到触摸IC引脚尽量短,尽量避免使用多个过孔。(建议 线宽 7~10mil)。
感应走线与地的间隔至少保持0.75mm以上,感应走线与走线的间距保持在0.6mm 以上,感应走线尽量避免与其它走线平行,防止触摸之间相互干扰。
 

感应走线周围 1mm 不要走其它信号线,当附近有大电流信号线(>10mA)时应保持间距 3mm 以上;当附近有强干扰、高频的信号线时至少间距 1cm 并用铺地隔开。
感应走线间距 PCB 板边沿保持 3mm 以上间距,在带有金属的外壳保持 6mm 以上间距。
双面板走线:感应盘放在顶层(TOP),安装时紧贴触摸面板;触摸芯片和感应走线应放在 背面(BOTTOM),感应走线与顶层触摸盘的过孔应尽量直接放在触摸焊盘上。

不要将感应走线靠近通讯线如 I2C 或 SPI,至少间距 1mm。通讯线的频率可影响电容传感器 的性能。如果必须将通讯线与传感器引线相交叉,应确保在不同 PCB 层并且交叉是垂直 相交的。
如果时钟、数据或任何周期信号轨迹确实需要与传感器的信号平行布设,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轨迹平行部分的长度。
6.布局
触摸感应到触摸芯片之间在PCB板空间允许的情况下,应尽量将触摸芯片放置在触摸板的中 间位置,使触摸芯片的每个感应通道的引脚到感应盘的距离差异最小。
触摸通道匹配电阻尽量靠近IC放置。
触摸灵敏度调节电容应靠近IC放置。
 

7.电源的干扰考虑
采用星形接地:触摸芯片的地线不要和其它电路公用,应该单独连到板子电源输入的接 地点。
电源上产生的噪声对触摸芯片的影响:触摸芯片最好用一根独立的走线从板子的供电端 取电,不要和其它的电路共用电源回路,如果做不到完全独立,也应该保证供电的电 源线先进入触摸芯片的电源然后再引到其它电路的电源。这样可以减少其它电路在电 源上产生的噪声对触摸芯片的影响。
触摸电源处加稳压电路;比如系统电压是5V,触摸芯片可以稳压在3.3V,有效降低触摸芯 片的交流脉冲的幅度。
在电源和负载变化很大的情况下,在给触摸芯片电源处加入稳压电路,单独给触摸芯片 供电,以保证不受电源和负载波动影响。
触摸芯片在芯片VCC和GND端拼接一个10uF电容和104电容,可以起到退藕和旁路的作用, 电容应该尽量接近芯片电源引脚。
适当加大触摸芯片传感器通道上串接的匹配电阻阻值,这样可以降低交流脉冲边沿的徒 峭程度,减小高次谐波。注意的地方是匹配电阻加大后会降低感应的灵敏度。
适无论使用单面PCB板和双面PCB板,PCB的空白处都建议铺地,并用地将按键感应盘到 IC的输入引脚之间的连线包起来,可以吸收电磁波辐射,提升EMC指标。

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