AN25001-CP25XX系列电容性触摸检测芯片-应用设计-指南

CP25XX系列电容性触摸检测芯片应用设计指南版权所有©2010启攀微电子（上海）有限公司第1页共13页Subject:应用文档AN25001Rev1.0ModelName:电容性触摸检测驱动系列CP25XX系列电容性触摸检测芯片应用设计指南1电容性触摸感应芯片CP25XX系列简介在电容性触摸感应芯片CP25XX系列中，CP2526、CP2528、CP2532分别对应6感应器、8感应器、12感应器，具体产品型号及其特点见下表：产品型号产品描述其他功能封装形式CP25266键电容性触摸检测芯片背光、嗡鸣、滑动检测SOP28CP25288键电容性触摸检测芯片背光、嗡鸣、滑动检测QFN32LQFP32CP253212键电容性触摸检测芯片背光、嗡鸣、滑动检测QFN40LQFP44LQFP482CP25XX典型应用CP25XX支持单点触发、直线滑动、圆形滑动和接近感应触发，I2C/SPI接口和可扩展GPIO接口使应用更加灵活简单。（典型应用如图1所示）CP25XX系列电容性触摸检测芯片应用设计指南版权所有©2010启攀微电子（上海）有限公司第2页共13页图1CP25XX典型应用：指示灯，单点、滚动输入，与HOST芯片串口通信2.1CP2528典型应用图2.1.1I2C接口模式1516910111213262729283031321425S1S2INTN/ACT/BZOGPIO5ENCHWMDASSPDIFMDS0GPIO7GPIO3GPIO4ToMCUInterfaceI2CAddressS3GP1O6GPIO2图2CP2528典型应用图——I2C接口模式CP25XX系列电容性触摸检测芯片应用设计指南版权所有©2010启攀微电子（上海）有限公司第3页共13页2.1.2SPI接口模式PAD4PAD5PAD6PAD7PAD3PAD2PAD1PAD0VDD1234567815169101112132122232417181926272928303132142025CP2528S1S2SCLKSDOINTN/ACT/BZOGPIO5CSNGPIO1GPIO0DVDDAVSSENCHWMDASSPDIADJIFMDS0S4S5S6S7CREFGPIO7GPIO3GPIO4DVSSSDIToMCUInterfaceGND1uF10KBPS3GPIO6GPIO21uF图3CP2528典型应用图——SPI接口模式2.1.3硬件模式1516910111213262729283031321425S1S2ACTGPIO5ENCHWMDASSPDIFMDS0GPIO7GPIO3GPIO4S3GPIO6GPIO2ControlOptionsTimeOptionsControlOptions图4CP2528典型应用——硬件模式CP25XX系列电容性触摸检测芯片应用设计指南版权所有©2010启攀微电子（上海）有限公司第4页共13页2.2CP2532典型应用图2.2.1I2C接口模式1819111213141516333436353738394017203231S1S2S10BPINTN/ACT/BZOGPIO5ENCHWMDASSPDIFMDS0S11GPIO10GPIO11GPIO7GPIO8GPIO3GPIO4GPIO9ToMCUInterfaceI2CAddress图5CP2532典型应用图，使用I2C接口2.2.2SPI接口模式PAD4PAD5PAD6PAD7PAD8PAD9PAD3PAD10PAD11PAD2PAD1PAD0VDD12345678181911121314151626272829212223243334363537383940910172025303231CP2532S1S2S10BPSCLKSDOINTN/ACT/BZOGPIO5CSNGPIO1GPIO0DVDDAVSSENCHWMDASSPDIADJIFMDS0S4S5S6S11S7S8CREFGPIO10GPIO11GPIO7GPIO8GPIO3GPIO4GPIO9DVSSS9SDIS3GPIO2GPIO6ToMCUInterfaceGND1uF10K1uF图6CP2532典型应用图，使用SPI接口CP25XX系列电容性触摸检测芯片应用设计指南版权所有©2010启攀微电子（上海）有限公司第5页共13页2.2.3硬件模式PAD4PAD5PAD6PAD7PAD8PAD9PAD3PAD10PAD11PAD2PAD1PAD0VDD12345678181911121314151626272829212223243334363537383940910172025303231CP2532S1S2S10BPMOT1MOT0INTN/ACT/BZOGPIO5ADD0GPIO1GPIO0DVDDAVSSENCHWMDASSPDIADJIFMDS0S4S5S6S11S7S8CREFGPIO10GPIO11GPIO7GPIO8GPIO3GPIO4GPIO9DVSSS9ADD1S3GPIO2GPIO6TimeOptionsGND1uF10K1uF4.7uF20KControlOptionsControlOptions图7CP2532典型应用——硬件模式注意：1、在I2C通讯模式下，SDA、CLK需要通过上拉电阻上拉到DVDD；2、INTN被作为中断引脚使用时也需要加上拉电阻，上拉到DVDD；3、建议CREF引脚上预留一个到地的参考电容PAD，方便调试使用。4、CP2528/32在硬件工作模式下，建议在CP2528/32的PD引脚上增加上电延时复位电路，具体实现为：在CP2528/32的PD引脚增加一个RC延时复位电路（延时时间约为100ms），R=20Kohm、C=4.7uF。3PCB设计指导平板电容效应与三个因素有关：平板面积、平板间距和介电常数。在实际电路应用中，需要考虑到这三点。感应电极尺寸、电极引线长度和宽度、芯片走线分布、感应通路与地的间距、铺地面积、板的厚度和电极薄膜层厚度都是PCB设计中需要考虑的因素。3.1PCB板选择在电容感应应用中，大多采用2层PCB板。感应电极和网格地位于TOP层，其余所有器件和引线位于BOTTOM层（见图8）。当PCB面积受限制时，也可以采用4层CP25XX系列电容性触摸检测芯片应用设计指南版权所有©2010启攀微电子（上海）有限公司第6页共13页PCB板。典型设计为：感应电极位于TOP层；感应通道引线位于第2层；第3层为铺地层；其余所有器件和引线位于BOTTOM层（见图9）。图8两层板布局设计图9四层板布局设计2层PCB板和4层PCB板的厚度可以参考这个规则：位于同一平面的感应电极与地的间距应小于感应电极与不同层地之间的垂直距离。3.2感应电极设计感应电极常常需要设计成不同形状、不同面积以满足不同的应用环境。CP25XX电容感应芯片系列灵活的灵敏度配置可以支持各种面积大小和形状的电极。电极尺寸：在实际应用中，PCB上感应电极应比理论面积稍大一点，特别是电极周围存在铺地的情况下。不同面积大小的感应电极，在相同薄膜材料覆盖下，感应灵敏度不同。感应电极面积越大，灵敏度越高，抗干扰能力越强。但是不建议把感应电极尺寸设计的过大，电极尺寸上限由待感测导电物体的有效面积决定（对人的大拇指来说，约为225mm2）。CP25XX系列电容性触摸检测芯片应用设计指南版权所有©2010启攀微电子（上海）有限公司第7页共13页引线与通孔：在两层PCB应用中，把电极引线分布在非电极层（即感应电极处于PCB板正面，电极引线就分布在PCB反面），其优点是不会因导电物体接触引线区域而误触；根据感应电极的位置，尽量均匀分布电极引线，并且引线间距不能太小；若PCB布线空间很小，需要用通孔连接板子正反面电极引线的情况下，要尽可能减少通孔数量，并且通孔越小越好，因为通孔会增加额外寄生电容。电极引线过宽或者过长都会导致寄生电容较大，导电物体接触到电极引线可能引起误触发。在实际应用中为避免出现这种情况，PCB板设计中要尽量减小电极引线产生的寄生电容。对于大多数应用，一般单点感应电极引线长度建议不宜超过300mm，宽度在0.17~0.20mm范围内。感应电极与处于非感应电极层的电极引线由通孔连接。推荐把通孔位置设计在感应电极边缘（见图10），使电极引线尽可能短，以减少引线寄生电容。图10电极上通孔位置电极形状：根据不同应用需要，感应电极可被设计成各种形状。单点感应触发应用中，常采用圆形或者方形。在不改变灵敏度设置的情况下，若希望增加单点感应区域，可以把电极设计成环形。直线滑动应用中，可把感应电极设计成简单的方形或者锯齿状。当手指在感应电极上滑动时，齿形电极比方形电极能更精确地判断滑动趋势。由于滑动条两端的感应电极特别灵敏，需要在滑动条边缘接地。图11为方形和齿形直线滑动条设计示例。CP25XX系列电容性触摸检测芯片应用设计指南版权所有©2010启攀微电子（上海）有限公司第8页共13页图11方形感应电极和齿形感应电极滑动条示例圆形滑动应用中，可把感应电极设计成扇形，如图12所示。图12圆形滑动电极形状设计示例3.3PCB引线与外围器件分布设计非感应电路分布注意点：推荐把非感应电路器件和串口引线放在感应区域外。串口引线不宜靠近感应电极和电极引线。若串口引线必须跨越电极引线时，将电极引线与串口垂直分布（不要平行分布）；非感应电路器件和引线都推荐放置在非感应电极层。外围器件推荐配置：CP25XX电容感应芯片所需外围器件少，只需要一个调节电流的电阻、一个参考电容（一般不需要配置）和一个BYPASS电容。调节电阻推荐选择的范围是5Kohm~50Kohm之间，阻值低于3.5Kohm，电容感应芯片将不能正常工作。电阻阻值越大，灵敏度越高，但是抗干扰能力下降。通常情况下，采用CP25XX系列电容感应芯片的方案不需要外接参考电容，把REFC引脚悬空即可。当感应通路采样值非常大的时候，可以增加参考电容来减小采样值。此时，根据实际应用中采样值范围，在REFC引脚上连接一个1pF~10pF的电容，并且该电容在PCB上要尽可能的靠近感应芯片引脚。CP25XX系列电容性触摸检测芯片应用设计指南版权所有©2010启攀微电子（上海）有限公司第9页共13页BYPASS电容一般选择10pF电容。需要注意的是，这三个外围器件不宜分布在感应区域，因为它们会对电容感应采样造成影响。3.4感应电极上薄膜设计通常，感应电极表面需要覆盖一个绝缘层。该薄膜既可避免用户直接接触电极，同时减小外界环境对电路的影响。理想情况下，当导体接触电极上薄膜时形成平行板电容效应，即dSCr0εε=。电容式传感器应用比理想的平行板电容应用更复杂，但总体来说可简单地归结为),(0dSfCrεε=，即感应电容与薄膜材料的介电常数成正比。薄膜材料：表1给出了一些常用薄膜材料的介电常数。如果该材料的介电常数在2.0~8.0之间，那么就很适合电容传感应用。表1常见材料的介电常数薄膜材料介电常数空气1.0普通玻璃7.6~8.0陶瓷玻璃6.0丽光板4.6~4.9聚脂薄膜3.2树脂玻璃2.8ABS3.8~4.5木制1.2~2.5在电极覆盖层厚度相同时，介电常数高的薄膜材料灵敏度更高。应用时，确保感应电极与薄膜材料之间没有空气间隔。为了保证薄膜材料与电极完全接触，应采用粘合剂。选择粘合剂时，注意：粘合剂不能保持电荷。不宜选择“双面胶”，因为胶带本身会吸CP25XX系列电容性触摸检测芯片应用设计指南版权所有©2010启攀微电子（上海）有限公司第10页共13页收一些电荷。推荐采用3M的粘合剂467和468。这两种粘合剂不保持电荷，且足够薄，不会影响薄膜材料传导。薄膜材料厚度：在确定某种薄膜材料厚度以后，可通过配置CP25XX灵敏度来获得一个满意的感应效果。同样，当已知某种薄膜厚度应用效果，若希望在不改变原有灵敏度的情况下用其他薄膜材料替代，则可以根据两种薄膜材料的介电常数之比计算出替代材料厚度。2121rrTTεε=，1T和2T分别是两种薄膜材料厚度，1rε和2rε是两种材料的介电常数。3