电容感应式触摸开关的应用设计

6.不同材料的影响

在许多产品中，PCB上的开关不能直接被使用者触摸到。从美观与对电路板的保护角度考虑，通常在PCB与使用者之间会隔着一层塑料或玻璃制品。

下表给出了在感应开关与使用手指之间采用不同材料、不同厚度对感应电容影响的百分比。

从下表中可知，在PCB与用户手指之间放置不同材料，对感应电容影响效果是明显的，因此在设计该类产品时，我们可以按照下面的设计规则。

(1)开关图形的设计。无论在静态与动态时，上图中的第4行、第4列展示出最好的电容特性，不但图形设计容易，而且开关特性安全可靠。

(2)为了使PCB与手指间的感应电容改变最小，需要使用最薄的材料。

(3)为了使触摸开关具有绝对的电容量，所使用的材料需要具有更高的介电常数。

相对于在开关与其他电容之间的更高电容值，例如，走线或其他电容，在静态或动态时，MCU能直接检测到电容量的改变。

7.走线长度

另外一个重要因素是连接在触摸开关与MCU之间走线的长度对开关的影响作用。

走线越长对开关的寄生电容效用越明显，过大的寄生电容会使开关不能正常工作。如果寄生电容太大，当手指与触摸开关接触时，过大的寄生电容使MCU不能检测到开关状态的变化。通常，根据不同的开关图形与所用的材料不同，触摸开关感应电容一般控制在2~15pF之间是比较合理的。

在设计触摸感应开关系统时，一个比较安全的准则是感应电容量改变0.5%时，MCU能检测到。必须仔细检查触摸开关PCB图形与走线，将感应电容设计到最小，因此，当手指碰触时典型的电容改变量控制在总电容量的0.5%.

8.供电电压VDD的影响

另一个设计考虑的因素是MCUVDD电压源。VDD电压的稳定与否，与MCU的安全可靠检测紧密相关。因为该电压直接影响了触摸感应电容的充电与放电开关特性，因此在触摸感应控制IC的VDD与Vss(地)之间必须设置旁路电容，同时前级最好用三端稳压器供电，供电电源走线必须短而粗，切忌设计成细而长且绕圈子的形式。

9.触摸感应开关设计

基于上述2、3点测试与设计限制的结论，在设计触摸感应开关时要考虑使用许多通用材料，例如玻璃、树脂塑料和ABS塑料等，为了实现有效控制和能采用多种材料，我们选择4C开关电路图形。即使电路开关具有最低的静态电容，它同样具有足够高的寄生电容和同样好的开关特性。下图是最佳的开关电路尺寸与图形。

为了防止在每个开关节点之间产生的耦合，两个相邻开关之间的距离至少要大于lOmm.如果距离小于10mm,那么检测将可能发生问题，但是更合理的设计必须经过计算。

如果在开关前面覆盖一个面板，特别要考虑其稳定性，在开关与面板之间必须紧密接触，不能有任何缝隙存在。因为缝隙同样能改变静态与动态电容。

如果系统需要多个开关，下图给出了最佳的PCB设计方案。虚线为顶层走线，按键同样设计在顶层，实线是底层走。

这种

排列方式能减少走线之间的寄生电容量。

为了减少走线之间的寄生电容量，在PCB布板请按照以下方式：

(1)走线宽度不要超过0.3mm.

(2)避免信号线与地线平行。

(3)保持信号线之间的距离大于Imm.

(4)避免信号线穿越地平面。

(5)避免信号线接近高频或高变化率的电路。

键盘布局图