触摸感应 IC PCB 设计指南

1. 概述 3
2. 触摸按键的原理 3
3. 介质外壳对穿透力的影响 4
4. 触摸PCB设计 5
4.1 触摸按键的形式 5
4.1.1 单个形式---按键 5
4.1.2 复用形式---复合按键 5
4.1.3 弹簧触摸按键 5
4.1.4 组合形式---滑条 6
4.1.5 组合形式---滚轮 6
4.2 PCB  设计关键点： 6
4.3 减小PCB的基准电容 6
4.4 铺地形式及铺地间距 7
4.4.1 单个触摸按键 7
4.4.2 复合按键 7
4.4.3 组合形式---滑条 8
4.4.4 组合形式---滚轮 8
4.4.5 按键底层铺地技巧 8
4.4.6 其它铺地技巧 9
4.5 感应走线 10
4.6  布局 13
5. 对电源的考虑 14
EMC设计建议

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. 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  
图1                   
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  图2

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。

1. 介质外壳对穿透力的影响

根据板级电容的计算公式， 我们得出结论：
 
                                                                 εr ： 两极板间介质的相对介电常数
· 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：

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

这就不难理解，为什么盖上普通玻璃介质的触摸板要远比盖上相同厚度的亚克力触摸板灵敏度高， 为什么在装配产品时， 一定要使感应盘与绝缘面板背面紧密贴合不留空气间隙。
· 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。
1. 触摸PCB设计

1.1 触摸按键的形式

1.1.1 单个形式---按键

· 外形

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）。

 

1.1.1 复用形式---复合按键

 

 

1.1.1 弹簧触摸按键