触摸按键PCB 设计要点V01_20111121

优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁1/16觸摸按鍵应用要點摘要：为解决传统的机械式按键输入方式易磨损、易藏污垢、寿命短等问题，将电容式触摸技术应用到触摸按键之中，开展了对电容式触摸感应技术的分板，电容式触摸技术电路简单，因些适用于各种家用电器。根据采用触摸传感器类型的不同，触摸输入方式可以分为电阻式、电波式（如表面声波）、光学式（红外线）、电感式、电容式和电磁式等几种类型。电容式触摸输入方式凭借其工艺成本低、触摸检测方便、硬件免维护、按键精度高、灵敏度可调、外观时尚美观等特点，成为触摸输入方式的主要选择。BS系列应用电路：应用电路详见Datasheet，以BS83B16-3為例，如图（1）所示：104C2VDD+10uF/16VC110KR17104C3RESVDDGNDKEY1KEY2KEY15KEY16VSSVDDRESSPI/IICI/OU11K~4K71K~4K71K~4K71K~4K7ControlDeviceSPI/IICDevoce12345ICPVDDRESPA2/SCK/SCLGNDPA0/SDI/SDA图(1)佈局要求：Reset電路，VDD與VSS之間的104電容，一定要緊靠MCU，串在SensorPad上的电阻尽可能近靠近IC管脚。佈線及規劃原理圖時,應預留ICP/IIC介面,以配合Writer或e-Link使用。MCU电源，RESET电路Layout考量：電源與地平行走线並儘量拉等寬與等距的線.并先经过104电容（104电容尽量靠近IC）再到MCUVDD,VSS脚。且不要在MCUVDD脚引电源去驱动其它负载。参考图2，图3儘量在電源端保留一塊舖地;同時GND走線面積VDD走線面積。Reset电路元件尽可能靠近IC,Layout以最寬及最短距離處理.且Reset回路的电源（VDD）和地（GND）接在电源和地的104电容后端。参考图(2),图(3)优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁2/16图(2)图(3)图(4)（不合理的电源走线）图(5)（合理的电源走线）SensorPad上的电阻尽可能靠近IC（参考图6）(电阻范围为1K-10K,电阻越大，对抗RF干扰越好，建议值2K)，电阻离IC管脚距离越远，抗RF效果就越差。串1K电阻后BS83/BS85系列可承受5W無線電發射器(KenwoodTH77144MHz)，在9cm以外距離不受干擾。优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁3/16图(6)SensorPad佈線要求：SensorPad到MCU触摸管脚的走線要儘量短和細(建議7~10mil)，長度越短越佳，以確保信號的穩定。多个KEY走线时，SensorPad到MCU触摸管脚的走線要儘量做到长度一致（IC放在多个KEY的中心位置）。如下图7、图8所示：图（7）（理想的布局方式）优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁4/16图（8）（不理想的布局方式）走线间的间距儘量保持2倍線寬以上距離，最小不能小于7mil，如果空间允许应尽量大。如图7所示：不同Touch模塊相對應的鍵(例:key1;key5)避免走線靠在一起，即使靠在一起,也要在兩線中間走一條地線。同一條線(Via)儘量不使用過孔(Via)，若要用不要超過兩個以上，避免干擾源增加。各SensorPad触摸通道的走線彼此間要儘量遠離，且也要遠離其他元件和走線，尤其是要遠離信號線(例如IIC、SPI通信線、高频通信走线)。在沒有辦法避免的情況下，請讓兩者垂直佈線，不能平行走線，或在兩線中間加上地線。在SensorPad的感度足夠的情況下，可將SensorPad的周圍铺地網，使SensorPad的信號相對穩定。按键感应盘的选择：影响SensorPad设计的三个因数：SensorPad尺寸大小、Pad材质、Pad面板材质和厚度SensorPad材质选择：PCB铜箔、金属片、平顶弹簧、导电棉、导电橡胶、ITO玻璃层等。优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁5/16图（9）透明图案化触控薄膜。如图10所示：图(10)FPC软性电路板，ITO蚀刻，ORGACON印刷，银漆印刷，石墨（CARBON）印刷等导电物质。如图11所示：图(11)按键感应盘必须紧密贴在面板上，中间不能有空气间隙，以保持穩定的感度。如果按键感应盘没有紧密粘贴在面板上会造成灵敏降低，以及抗干扰能力降低。图（12）ε0：真空介电常数εr：面板的介电常数C:电容变化量A：SensorPad面积d：面板厚度优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁6/16SensorPad形狀：可以為圓形、方形、三角形等，以及鏤空型，原则上可以做成任意形状，一般建議使用圓形，当面积小的时候建议用方形，增大感应面积，使感應效果更佳。做单独的TOUCHKEY时，尽量避免设计成狭长的形状。触摸做滚轮，滑条方案时，形状较多，SensorPad间距不要太大。参考图13-17图（13）图（14）图（15）图（16）优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁7/16图（17）SensorPad尺寸：SensorPad面積越大靈敏度越好，面积大小和灵敏度成正比，增大Pad的面积，可以提高信噪比，但超過手指按壓範圍的部分對增加靈敏度沒有作用。以圓形為例，一般設計建議為8mm~15mm的直徑，符合成人手指的大小；特殊應用時，最小則不可低於4mm。根据机构设计的面板材质和厚度来决定SensorPad的最小尺寸。如果在SensorPad中开孔，须加大SensorPad的面积。SensorPad之間的距離：单独按键操作，兩個按鍵以上的應用，在SensorPad之間的距離至少保持2.5mm以上，避免相鄰按鍵的交換干擾。SensorPad之間的距離过小，需在中间加地线进行隔离。Slide及Wheel的應用則保持在（0.3mm-1mm）即可。当用PCB铜箔做感应盘时，若感应PAD之间有空间，则感应盘之间用铺地隔离，如果各个感应盘距离较远，其走线也应该尽可能的铺地隔离。SensorPad與铺地之間的間隔：間隔越大：SensorPad的基礎電容越小，RC震盪的頻率越大，靈敏度也越高，間隔太大或不铺地，地對電場的約束越小，干擾越大.間隔太小：基礎電容太大，靈敏度相對降低，且電場對地的約束太大，不利於電場穿透覆蓋板，使得覆蓋板只能較薄。所需要取一合适的点：建議的間隔0.5mm~2.0mm，如PCB空间允许，建议1mm以上的間隔。鋪地網需視電極大小,感應距離….等因素考量,並非每一個案子都相同。感应盘正对的背面：PCB厚度1.0mm以上，且面板不是很厚情况下（3mm以下压克力），建议铺网格地：如图（20）。PCB厚度在1.0以下或用软PCB做SensorPad,强烈建议SensorPad正下方不铺地和不走优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁8/16其它信号线。参考图（18），图（19）。面板较厚的情况下（4mm以上压克力厚度）,建议SensorPad不铺地。图18（TOP）图19（BOTTOM）PAD下面不铺地图20（BOTTOM）PAD下面铺网格地触摸面板的选择：與感應PAD直接接觸的外殼材料，避免使用金屬及含碳等導電材質，不能承载太多的电荷数（低扩散因数）；优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁9/16触摸面板材质应是绝缘或是非导电性的；压可力的厚度越薄越好，最高能做到6mm，理想厚度为3mm；Slider应用时理想厚度为1mm。覆蓋板的厚度越大，触摸的靈敏度越小，信噪比也越低。SensorPad的面積越小，其感應的範圍越小，覆蓋板要求越薄。可參考下表（常見物質介電常數表），建議使用介電常數K在1.5~4間之材質：比如玻璃、壓克力、塑膠…等等。介电常数过小，会导致灵敏度差；介电常数过大，发生误动作的几率会变大。常見物質介電常數表介質名稱空氣聚苯乙烯顆粒洗衣粉奶粉環乙醇ABS顆粒丙烯酸樹脂介電常數11.05～1.51.1～1.31.8～2.221.5~2.52.7~6.0介質名稱乾燥煤粉石膏食用油尿烷異氰酸脂環氧樹脂麵粉介電常數2.21.8～2.52～46.5~7.17.52.5~6.02.5~3.0介質名稱濕沙氨膠乳丙酮甘油氯化鉀稻米介電常數15～20212420～30374.63~8介質名稱液態煤氣塑膠粒玻璃片汽油柴油丙酮工業酒精介電常數1.2～1.71.5～21.2～2.21.92.119.5~2016~31介質名稱糧食乾燥沙瀝青甲醚丁醇乙醇飛灰介電常數2.5～4.53～44～5511241.5~1.7介質名稱乙醇炭灰礦石甲醇硫酸PVC粉末生橡膠介電常數2.525～3025～3030841.42.1~2.7介質名稱鋁粉瀝青碳酸鈣硫酸鈣水泥煤粉PE（聚乙烯）顆粒介電常1.6~1.82.5~3.21.8~2.05.61.5~2.11.2~1.81.5优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁10/16數介質名稱原料玻璃砂糖液態乙烷氧化鐵煤油尼龍PP（聚丙烯）顆粒介電常數2.0~2.51.5~2.25.8~6.314.22.84~51.5~1.8介質名稱砂亞硫酸鈉糖甲苯，液體植物油小麥粉水介電常數3~5532.0~2.42.5~3.52.2~2.648~80介質名稱硫酸鋁笨.液體氯化鈣二氧化碳氯水咖啡粉焦炭介電常數62.311.81.622.4~2.61.1~2.2介質名稱穀物重油鹽酸液氮礦物油油漆玉米廢渣介電常數3~82.6~3.04~121.42.15~82.3~2.6介質名稱皂粉澱粉介電常數1.2~1.52~5操作電壓的要求：觸控產品的應用，對電源的要求要非常穩定的；所以在IC電源端的穩壓設計，是必需要考量的重點，例如：加一個穩壓器，以穩定電源。BS83及BS85系列允許VDD10%電壓變動率。优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁11/16机构设计考量：面板的材质必须是塑料、玻璃等非导电物质。SensorPad与面板接触点之间不能有空隙，所以机构设计上必须考虑面板的组装方式。SensorPad与手指之间不能有金属层夹在中间，所以面板上不能有金属电镀及其它导电物质。如果必须电镀或其它导电物质，请在按键区域的边缘保留一图不要电镀，用以隔绝其它感应开关，间距不能小于2mm。如果结构允许，将其与地连接更佳。SensorPad大小须稍大于成人手指大小。如图21所示：图（21）面板有弧度而非平面，可以得用软板、平顶弹簧，导电海棉等导电物将Sensor延伸到面板上，如果面板与SensorPad间有空隙，也可以用这个方式填补空隙。机构设计外壳的材质和厚度会影响到SensorPad的大小。SensorPad电路板后面有大片金属或有其它PCB板时，需考虑将它们间的间距1mm，金属必须做接地。触摸透光的做法：LED放在SensorPad上面，但需在面板上挖出LED大小的孔。如图（22）所示：SensorPad可以采用ITO，以达到好的透光效果。优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁12/16图（22）LED放在SensorPad下面，做背焊式焊接。图（23）LED放在SensorPad上边，如图（23）所示：PCB板挖孔进行透光，如图（26）所示：透光的方式有很多，但需机构上进行配合。特别注意的是SensorPad与面板一定要紧密结合。透光效果跟LED散光效果有关，如果需要好的透光效果，可以选用背光屏来实现，如图（26）所示：优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁13/16图（24）图（25）图（26）优方科技股份有限公司技术服务电话：[phone]頁14/16ITO应用说明ITO阻抗应小于10KΩ，其