`电容式触摸按键 1. 电源 A.优先采用线性电源，因为开关电源有所产生的纹波对于触摸芯片来说影响比较大 B.触摸IC的电源采用开关电源时，尽量控制纹波幅度和噪声。在做电源变化时，如果纹波不好控制， 可采用LDO经行转换 C.触摸芯片的电源要与其他的电源分开，可采用星型接法，同时要进行滤波处理。 如果电源干扰的纹波比较大时可以采用如下的方式： 2.感应按键 A. 材料 根据应用场合可以选择PCB铜箔、金属片、平顶圆柱弹簧、导电棉、导电油墨、导电橡胶、导电玻璃的ITO层等 但在安装时不管使用什么材料，按键感应盘必须紧密贴在面板上，中间不能有空气间隙。 B. 形状： 原则上可以做成任意形状，中间可留孔或镂空。我们推荐做成边缘圆滑的形状，如圆形或六角形，可以避免尖端放电效应 C. 大小 最小4mmX4mm, 最大30mmX30mm，有的建议不要大于15mmX15mm，太大的话，外界的干扰相应的也会增加 D. 灵敏度 一般的感应按键面积大小和灵敏度成正比。一般来说，按键感应盘的直径要大于面板厚度的4倍，并且增大电极的尺寸，可以提高信噪比。各个感应盘的形状、面积应该相同，以保证灵敏度一致。 灵敏度与外接CIN电容的大小成反比；与面板的厚度成反比；与按键感应盘的大小成正比。 CIN电容的选择： CIN电容可在0PF～50PF选择。电容越小，灵敏度越高，但是抗干扰能力越差。电容越大，灵敏度越低，但是抗干扰能力越强。通常，我们推荐5PF～20PF E. 按键的间距 各个感应盘间的距离要尽可能的大一些（大于5mm），以减少它们形成的电场之间的相互干扰。当用PCB铜箔做感应盘时，若感应盘间距离较近（5MM～10MM），感应盘周围必须用铺地隔离。 如图：各个按键距离比较远，周围空白的都用地线隔开了。但注意地线要与按键保持一定的距离
电容式触控电路设计的七个步骤 文章来自赣州宇辉仪器设备有限公司https://www.doczj.com/doc/fd16558066.html, 中心议题： 电容式触控电路设计的七个步骤 电容式触控技术在厨房设备中的应用已经有几年了，例如在烤箱和煎锅的不透明玻璃面板后面采用分离按键实现。这些触摸控制键逐渐替代了机械按键，因为后者具有使用寿命短、不够卫生等方面的问题，而且还有在面板上开孔安装按键的相关成本，图1是电容式感应技术原理示意图。 图1 技术原理示意图 电容式感应技术由于具有耐用、较易于低成本实现等特点，而逐渐成为触摸控制的首选技术。此外，由于具有可扩展性，该技术还可以提供其它技术所不能实现的用户功能。在显示屏上以软按键方式提供用户界面，这通常被称为触摸屏。 触摸输入滚动/指示功能器件，例如iPod音乐播放器上的点击式转盘，这类器件在消费市场已经获得广泛的认可，正在逐渐出现在更多的消费设备市场。有两种基本类型的滚动器件：第一种是绝对报告类型，提供直接位置输出报告；另外一种是相对类型，这类器件提供用来增加或减少某个值的直接报告。 使用电容式感应的IC设计感应开关电路板与其它电路的开发流程略有不同，因为电容式开关的设计上会受到机构与其它电路设计上的影响，会有比较多的调整程序，所以需要一个比较复杂的开发流程，现就以出道较早且具有代表性的“Quantum ”产品的开发流程及要点介绍给大家，希望对需要的朋友有所帮助。 1.机构设计 a.面板的材质必须是塑胶，玻璃，等非导电物质。 b. 在机构设计阶段同时也必需设计操作流程，以选择合适的产品，如果是按键的产品，要考虑是否有复合按键的设计，或是综合滑动操作及按键操作等，如果
是以滑动操作的产品，就必须考虑是否需要切割出按键。 c.由於感应电极与面板接触点之间不能有空隙，所以机构设计上必须考虑将感应验路板直接黏贴在外壳面板的内侧，以及考虑面板的组装方式。 d.同样的，感应电极与手指之间不能有金属层夹在中间，所以面板上不可以有金属电镀及含金属超过15%的喷漆等会形成导电层的设计。 e.如果必须电镀或高金属含量漆，请在按键区域的边缘保留一圈不要电镀或喷漆，用以隔绝其他感应开关。 f.如果面板是有弧度而非平面，可以利用软板、弹簧、导电橡皮等导电物将感应电极延伸到面板上，并在面板内侧制造出感应电极，如果面板与感应电极之间有空隙也可以用这个方式填补空隙，或加厚感应电极区域的面板。 g.机构设计的外壳厚度会影响感应电极的大小，所以必须先完成机构设计，才能接续开发流程。 h.如果感应电路板後面有大片金属或电路板，必须保留若干空隙，以避免灵敏度降低或干扰感应电极，如果是金属板，金属板必须接地，空隙保留至少0.3mm 以上，如果是电路板，尽量减少高频电路经过，并保留至少1.0mm的空隙。 i.有上述状况的感应电路板，虽然保留了足够的间距，最好能将感应电极再加大，以利後续调整灵敏度的步骤。 j.感应电极可以用电路板铜箔来做，亦可以采用FPC软性电路板，ITO蚀ORGACON （CARBON）印刷等导电物质。 2. 决定感应电极的尺寸 a. 依照机构设计的面板厚度决定感应电极的最小尺寸，面板厚度1mm时感应电极最小3mm直径的圆，面板厚度7mm时感应电极最小10mm直径的圆，在机构及电路板空间的允许下尽量将感应电极加大。
电容式触摸感应IC工作原理 任何两个导电的物体之间都存在着感应电容，一个按键即一个焊盘与大地也可构成一个感应电容，在周围环境不变的情况下，该感应电容值是固定不变的微小值。当有人体手指靠近触摸按键时，人体手指与大地构成的感应电容并联焊盘与大地构成的感应电容，会使总感应电容值增加。电容式触摸按键IC在检测到某个按键的感应电容值发生改变后，将输出某个按键被按下的确定信号。电容式触摸按键因为没有机械构造，所有的检测都是电量的微小变化，所以对各种干扰会更加敏感，因此触摸按键设计、触摸面板的设计以及触摸IC的选择都十分关键。 一，触摸PAD设计 1. 触摸PAD材料 触摸PAD可以用PCB铜箔、金属片、平顶圆柱弹簧、导电棉、导电油墨、导电橡胶、导电玻璃的ITO层等。不管使用什么材料，按键感应盘必须紧密贴在面板上，中间不能有空气间隙。当用平顶圆柱弹簧时，触摸线和弹簧连接处的PCB，镂空铺地的直径应该稍大于弹簧的直径，保证弹簧即使被压缩到PCB板上，也不会接触到铺地。 2. 触摸PAD形状 原则上可以做成任意形状，中间可留孔或镂空。作者推荐做成边缘圆滑的形状，可以避免尖端放电效应。一般应用圆形和正方形较常见。 3. 触摸PAD面积大小 按键感应盘面积大小：最小4mm×4mm，最大30mm×30mm。实际面积大小根据灵敏度的需求而定，面积大小和灵敏度成正比。一般来说，按键感应盘的直径要大于面板厚度的4倍，并且增大电极的尺寸，可以提高信噪比。各个感应盘的形状和面积应该相同，以保证灵敏度一致。通常在绝大多数应用里，12mm×12mm是个典型值。
4. 触摸PAD之间距离 各个触摸PAD间的距离要尽可能的大一些（大于5mm），这样可以减少它们形成的电场之间的相互干扰。当用PCB铜箔做触摸PAD时，若触摸PAD间距离较近（5mm～10mm），触摸PAD必须用铺地隔离。如果各个触摸PAD距离较远，也应该尽可能的铺地隔离。适当拉大各触摸PAD间的距离，对提高触摸灵敏度有一定帮助。 三、触摸面板选择 1. 触摸面板材料 面板必须选用绝缘材料，可以是玻璃、聚苯乙烯、聚**乙烯（pvc）、尼龙、树脂玻璃等，按键正上方1mm以内不能有金属，触摸按键50mm以内的金属必须接地，否则金属会影响案件的灵敏度。在生产过程中，要保持面板的材质和厚度不变，面板的表面喷涂必须使用绝缘的涂料。 2. 触摸面板厚度 通常面板厚度设置在0～10mm之间。不同的材料对应着不同的典型厚度，例如亚克力材料一般设置在2mm～4mm之间，普通玻璃材料一般设置在3mm～6mm之间。 3. 双面胶 触摸按键PCB与触摸面板通过双面胶粘接，双面胶的厚度取0.1～0.15mm比较合适，推荐采用3M468MP，其厚度0.13mm。要求PCB与面板之间没有空气，因为空气的介电系数为1，与面板的介电系数差异较大。空气会对触摸按键的灵敏度影响很大。所以双面胶与面板，双面胶与PCB粘接，都是触摸按键生产装配中的关键工序，必须保证质量。
电容式触摸感应按键的基本原理 ◆Silicon Labs 现提供一种可侦测因触摸而改变的电容的方法 电容式触摸感应按键的基本原理就是一个不断地充电和放电的张弛振荡器。如果不触摸开关，张弛振荡器有一个固定的充电放电周期，频率是可以测量的。如果我们用手指或者触摸笔接触开关，就会增加电容器的介电常数，充电放电周期就变长，频率就会相应减少。所以，我们测量周期的变化，就可以侦测触摸动作。 具体测量的方式有二种： (一)可以测量频率，计算固定时间内张弛振荡器的周期数。如果在固定时间内测到的周期数较原先校准的为少，则此开关便被视作为被按压。 (二)也可以测量周期，即在固定次数的张弛周期间计算系统时钟周期的总数。如果开关被按压，则张弛振荡器的频率会减少，则在相同次数周期会测量到更多的系统时钟周期。 Silicon Labs推出的C8051F9xx微控制器(MCU)系列，可通过使用芯片上比较器和定时器实现触摸感应按键功能，连接最多23个感应按键。而且无须外部器件，通过PCB走线/开关作为电容部分，由内部触摸感应按键电路进行测量以得知电容值的变化。
◆以Silicon Labs的MCU实现触摸感应按键 利用Silicon Labs其它MCU系列，仅需搭配无源器件，即可实现电容式触摸感应按键方案。与C8051F93x-F92x方案相比，唯一所需的外部器件是(3+N) 电阻器，其中N是开关的数目，以及3个提供反馈的额外端口接点。C8051F93x-F92x 之外，Silicon Labs其它MCU系列可直接连接12个开关，或者通过外部模拟多路复用器连接更多开关。 设计触摸感应按键开关 因为我们要侦测电容值的变化，所以希望变化幅度越大越好。现在，有三个主要因素会影响开关电容及变化幅度。 ?PCB上开关的大小、形状和配置 ?PCB走线和使用者手指间的材料种类 ?连接开关和MCU的走线特性 我们测试了下图中这12种不同开关。目的是为了发现开关的形状尺寸会如何影响开关的空闲和被接触的状态，还可以发现哪一种开关的空闲电容最大，就不容易被PCB上的寄生电容而影响。测试结果表明，在特定区域中的开关越大且走线越多，则此开关的闲置电容便越高。图中的环状开关具有最低的电容，所以当开关动作时，可显现最大的电容相对变化。
电容式触摸面板PCB Layout 指南 本文旨在为S-Touch T M 电容触摸感应设计所采用的各种PcB(印刷电路板)的结构和布局提供设计布局指导,包括触摸键,滑动条和旋转条。鉴于在多种应用中,两层PCB 板被广泛采用,本文以两层PCB 板为例,介绍PCB 板的设计布局 PCB 设计与布局 在结构为两层的PCB 中，S-Touch 触摸控制器和其他部件被布设在 PCB 的底层，传感器电极被布设在PCB 的顶层。每个传感器通道所需的调谐匹配电容器可以直接布设在该传感器电极的底层。需要指出的是，S-Touch 触摸控制器布设在底层，应该保证其对应的顶层没有布任何传感器电极。顶层和底层的空白区域可填充网状接地铜箔，铜箔距离感应电极需在3mm 以上 PCB 设计规则 第1层（顶层） ?传感器电极位于PCB 的顶层（PCB 的上端与覆层板固定在一起），感应电极一般布置 为一个焊盘，所有感应电极面积尽量保持一致大小，有效面积不得小于25mm 2，但也不能超过15mm 2×15mm 2，若超过这一尺寸，不但会降低灵敏度，而且会增加对噪声的易感性。感应电极大小应根据覆层板（外壳）的材料和厚度来适当布置，对应关系为（仅供参考）： 空白区域可填充网状接地铜箔(迹线宽度为6密耳，网格尺寸为30密耳)。 ?顶层可用来布设普通信号迹线（不包括传感器信号迹线）。应当尽可能多地把传感器信 号迹线布设在底层。传感器信号迹线宽度请选用0.15mm~0.2mm ，建议不要超过0.2mm 。 ?感应电极与接地铜箔的距离至少应为2mm ，我公司建议在3mm 以上 感应电极面积亚克力普通玻璃ABS 6mm ×6mm 1.0mm 2.0mm 1.0mm 7mm ×7mm 2.0mm 3.0mm 2.0mm 8mm ×8mm 3.5mm 4.0mm 3.5mm 10mm ×10mm 4.5mm 6.0mm 4.5mm 12mm ×12mm 6.0mm 8.0mm 6.0mm 15mm ×15mm 8.0mm 12mm 8.0mm
电容式触摸感应按键技术原理及应用 2010-05-26 12:45:02| 分类：维修 | 标签： |字号大中小订阅 市场上的消费电子产品已经开始逐步采用触摸感应按键，以取代传统的机械式按键。针对此趋势，Silicon Labs公司推出了置微控制器(MCU)功能的电容式触摸感应按键(Capacitive Touch Sense)方案。电容式触摸感应按键开关，部是一个以电容器为基础的开关。以传导性物体（例如手指）触摸电容器可改变电容，此改变会被內置于微控制器的电路所侦测。 电容式触摸感应按键的基本原理 ◆Silicon Labs 现提供一种可侦测因触摸而改变的电容的方法 电容式触摸感应按键的基本原理就是一个不断地充电和放电的弛振荡器。如果不触摸开关，弛振荡器有一个固定的充电放电周期，频率是可以测量的。如果我们用手指或者触摸笔接触开关，就会增加电容器的介电常数，充电放电周期就变长，频率就会相应减少。所以，我们测量周期的变化，就可以侦测触摸动作。 具体测量的方式有二种： (一)可以测量频率，计算固定时间弛振荡器的周期数。如果在固定时间测到的周期数较原先校准的为少，则此开关便被视作为被按压。 (二)也可以测量周期，即在固定次数的弛周期间计算系统时钟周期的总数。如果开关被按压，则弛振荡器的频率会减少，则在相同次数周期会测量到更多的系统时钟周期。 Silicon Labs推出的C8051F9xx微控制器(MCU)系列，可通过使用芯片上比较器和定时器实现触摸感应按键功能，连接最多23个感应按键。而且无须外部器件，通过PCB走线/开关作为电容部分，由部触摸感应按键电路进行测量以得知电容值的变化。 ◆以Silicon Labs的MCU实现触摸感应按键 利用Silicon Labs其它MCU系列，仅需搭配无源器件，即可实现电容式触摸感应按键方案。与C8051F93x-F92x方案相比，唯一所需的外部器件是(3+N)电阻器，其中N是开关的数目，以及3个提供反馈的额外端口接点。C8051F93x-F92x之外，Silicon Labs其它MCU系列可直接连接12个开关，或者通过外部模拟多路复用器连接更多开关。 设计触摸感应按键开关 因为我们要侦测电容值的变化，所以希望变化幅度越大越好。现在，有三个主要因素会影响开关电容及变化幅度。 PCB上开关的大小、形状和配置
PSoC电容式触摸感应技术 PSoC是由Cypress半导体公司推出的具有数字和模拟混合处理能力的可编程片上系统芯片，某些系列的PSoC（如CY8C21X34系列），由于其内部配备的特殊资源，使得它可以很容易地实现电容式触摸感应功能，仅需少量的几个外置分立元件，可以将每一个通用的I/O都配置为电容感应输入。 电容式触摸感应原理如图1所示，电路板上两块相邻的覆铜之间存在一个固有的寄生电容Cp，当手指（或其他导体）靠近时，手指和两块覆铜之间又产生新的电容，这些电容相当于并联到原来的Cp之上，当我们把其中一块覆铜连接到PSoC的模拟I/O上，另一块连接到地上，就可以通过测量电容的变化来判断手指的存在。 我们把连接到PSoC上的覆铜称之为电容传感器（Capacitive Sensor），电容传感器上需覆盖绝缘材料（产品外壳）。通过在PSoC内部搭建电路并用内建8位处理器的程序来控制电路的运作，就可以把电容的变化转化成计数值的变化，进而转化成按键动作所需要的开关量。 P SoC内部有几种预先设计好的电容感应用户模块，用户模块可以看作是硬件电路配置与软件库函数（API）的集合，用户所需要做的就是在PSoC开发环境（PSoC designer）中将用户模块配置到数字/模拟阵列中，开发环境会自动生成硬件寄存器配置及库函数，剩下的工作就是一些用户模块参数的调整，以及应用代码的编写。整个开发过程非常直观、流畅，对于有嵌入式系统开发经验的工程师来说，很快就会得心应手。 电容式感应技术为工业设计提供新的思路 有了电容式感应技术，工业设计师首先能想到的就是把传统的机械按键换成电容式的感应开关。这增加了工业设计的灵活性，因为电容式开关可以隐藏在一块完整的表面下边，不需要像机械按键那样需要预留机械部件运动的空间。在有些便携式产品上，设计师希望能在产品上赋予自然的灵性，比如像贝壳一样的MP3播放器、像卵石一样的手机，用电容式开关取代机械按键可以在最大程度上还原设计师的构思，让产品外观有浑然天成的效果。 按键是电容式感应技术最常见的应用方式，利用PSoC内建8位处理器的运算，可以在产品上实现更为人性化的操作方式，比如滑动条（一维操作）和触摸板（二维操作）。 将多个电容传感器并排放在一起就可以实现滑动条（slider）的功能，如图2所示，PSoC按顺序感测每一个传感器的电容变化，除当前正在被感测的传感器以外，其他的传感器都在PSoC内部连接到地上，这样可以保证每个传感器的电容一致性。
单键触摸芯片又叫单键触摸ic（1键电容式触摸开关）。阿达电子公司主要单键触摸芯片有： AR101/AR101-C/AR101-D/ADA01-B/ADA01-C。 阿达电子公司单键触摸芯片芯片（单键触摸芯片）介绍： AR101-D：AR101是一款专门针对小体积、低功耗、宽电压、高性价比而设计的电容式触摸感应IC，可直接取代传统的机械式的轻触按键：自锁式按键和非自锁式按键。 ADA01（B版）1键电容式触摸开关：ADA01（B版）是一款专用标准IC，其功能具有：单键电容式触摸开关，广泛适用于楼道电容式触摸开关、墙壁电容式触摸开关、电动马达启动开关、按摩椅用电容式触摸开关、电源电容式触摸开关、台灯电容式触摸开关、门铃电容式触摸开关、床头灯电容式触摸开关、卫生间电容式触摸开关、壁橱电容式触摸开关。 ADA01-B1键触摸延时开关：ADA01（B版）是一款专用标准IC，其功能具有：单键触摸延时开关，延时时间可调，广泛适用于楼道电容式触摸开关、墙壁电容式触摸开关、电动马达启动开关、按摩椅用电容式触摸开关、电源电容式触摸开关、台灯电容式触摸开关、门铃电容式触摸开关、床头灯电容式触摸开关、卫生间电容式触摸开关、壁橱电容式触摸开关 ADA01-C 1键触摸IC：ADA01（C版）是一款专用标准IC，其功能具有：单键电容式触摸开关，广泛适用于楼道电容式触摸开关、墙壁电容式触摸开关、电动马达启动开关、按摩椅用电容式触摸开关、电源电容式触摸开关、台灯电容式触摸开关、门铃电容式触摸开关、床头灯电容式触摸开关、卫生间电容式触摸开关、壁橱电容式触摸开关
ADA01（C版）1键触摸延时开关：ADA01（C版）是一款专用标准IC，其功能具有：单键触摸延时开关，延时时间可调整，广泛适用于楼道电容式触摸开关、墙壁电容式触摸开关、电动马达启动开关、按摩椅用电容式触摸开关、电源电容式触摸开关、台灯电容式触摸开关、门铃电容式触摸开关、床头灯电容式触摸开关、卫生间电容式触摸开关、壁橱电容式触摸开关。 AR101：工作电压：2.4V~5.5V 封装：SOT23-6 功耗：1.5uA@3v 输出信号特征:TTL(ON/OFF)，自锁式开关，可保持输出电平； TTL非自锁式开关，触摸撤离，输出恢复原有状态。应用范围:可替代传统的机械按键，可用于玩具、礼品、消费电子、灯具、家电、智能控制等。
设计揭秘电容感应式触摸按键方案在电磁炉中的应用 —创新网小编 作者：于洁，张建新，张醒 本文介绍意法半导体的8位STM8微控制器实现的电容感应 式触摸按键原理，以及在电磁炉应用中的触摸按键解决方案。 该方案具有低成本，环境自适应，防水及防电磁干扰等特点， 在低品质电网环境中也能可靠工作。 相较于机械式按键和电阻式触摸按键，电容式触摸按键不仅耐用，造价低廉，机构简单易于安装，防水防污，而且还能提供如滚轮、滑动条的功能。但是电容式触摸按键也存在很多的问题，因为没有机械构造，所有的检测都是电量的微小变化，所以对各种干扰敏感得多。ST针对家电应用特别是电磁炉应用，推出了一个基于STM8系列8位通用微控制器平台的电容式触摸感应方案，无需增加专用触摸芯片，仅用简单的外围电路即可实现电容式触摸感应功能，方便客户二次开发。 方案介绍 ST的电容式触摸按键方案通过一个电阻和感应电极的电容CX构成的阻容网络的充电/放电时间来检测人体触摸所带来的电容变化。如图1所示，当人手按下时相当于感应电极上并联了一个电容CT，增加了感应电极上的电容，感应电极进行充放电的时间会增加，从而检测到按键的状态。而感应电极可以直接在PCB板上绘制成按键、滚轮或滑动条的应用样式，也可以做成弹簧件插在PCB板上，即使隔着绝缘层（玻璃、树脂）也不会对其检测性能有所影响。
图1 STM8S电容式触摸按键的工作原理 电磁炉是采用磁场感应电流的加热原理对食物进行加热。加热时，通过面板下方的线圈产生强磁场，磁力线穿过导磁体做的锅的底部时，锅具切割交变磁力线而在锅具底部产生涡流使锅底迅速发热，达到加热食物的目的。在本解决方案中采用44pin的STM8S105S4做按键显示板的主控芯片，控制13个按键的扫描、24个LED及一个4位数码管的显示、I2C与主板的通讯，并留有一个SWIM接口方便工程师调试之用（如图2）。
技术背景 现在电子产品中，触摸感应技术日益受到更多关注和应用，不仅美观耐用，而且较传统机械按键具有更大的灵敏度、稳定性、可靠性，同时可以大幅提高产品的品质。触摸感应解决方案受到越来越多的IC设计厂家的关注，不断有新的技术和IC面世，国内的公司也纷纷上马类似方案。Cpress公司的CapSense?技术可以说是感应技术的先驱，走在了这一领域的前列，在高端产品中有广泛应用，MCP推出了mTouch?，AT也推出了QTouch?技术，FSL推出的电场感应技术与MCP 的电感触摸也别具特色，甚至ST也有QST产品。 但是目前所有的触摸解决方案都使用专用IC，因而开发成本高，难度大，而本文介绍的基于RC充电检测（RC Acquisition）的方案可以在任何MCU上实现，是触摸感应技术领域革命性的突破。首先介绍了RC充电基础原理，以及充电时间的测试及改进方法，然后详细讨论了基于STM8S单片机实现的硬件、软件设计步骤，注意要点等。 一、RC充电检测基本原理 RC充电检测基本原理是对使用如PCB的电极式电容的充电放电时间进行测量，通过比较在人体接触时产生的微小变化来检测是否有‘按下’动作产生，可选用于任何单独或多按键、滚轮、滑条。 如图1(a)所示，在RC网络施加周期性充电电压Vin，测量Vout会得到如(b)的时序，通过检测充电开始到Vout到达某一门限值的时间tc的变化，就可以判断出是否有人体接触。图2显示出有人体接触时充电时间会变长。
实现电路如图3，使用一个I/O口对PCB构成的电容充电，另一个I/O口测量电压，对于多个按键时使用同一个I/O口充电。R1通常为几百K到几M，人体与PCB构成的电极电容一般只有几个pF，R2用于降低噪声干扰，通常为10K。 二、充电时间测量方法 对充电时间的测量可以使用MCU中定时器的捕捉功能，对于多个按键一般MCU没有足够的定时器为每个按键分配一个，也可以使用软件计时的方法，这要求能对MCU的时钟精确计数，并且保证每个周期的时钟个数保持一定。这种情况通常要求对按键使用一个独立的MCU，以保证不被其他任务中断。 为了提高系统的可靠性和稳定性，改进的测量方法是对Vout进行高和低两个门限进行测量。如图4所示，通过对t1和t2的测量，从而达到更可靠的效果。另外，多次测量也是有效的降低高频干扰的有效方法。
如何设计电容感应式触摸开关 电容感应式触摸开关，需要稳定的单火线电源处理以及稳定可靠的触摸感应芯片，做到防误触发、防各种电磁干扰、负载干扰、环境干扰、甚至需要防水防尘功能等智能触摸开关功能要求。 1.电容式传感的基本原理 电容传感技术为开发人员提供了一种与用户互动的全新方式，在设计一个电容感应式触摸开关时，需要考虑许多不同的因素。从以往的使用经验来看，在各种不同的工作条件下，开关的灵敏性必须与多种情况相兼容。本节我们要讨论在设计电容感应式触摸开关PCB触点图形时，各种不同的排板设计对开关灵敏度的影响，包括电容式传感技术如何使器件具有更高的可靠性以及管理电容式传感技术的控制器如何通过提供更多功能为客户带来增值服务和降低维护成本。 机械开关比较容易磨损，甚至磨坏产品外壳，导致缺口或裂口处侵入污染物。电容式传感器就不会发生损坏产品外壳的情况，也不会出现缺口粘连物，更不会出现磨损。因此，采用这种技术的开关器件是替代多种机械开关产品的理想选择。 如下图所示，电容式开关主要由两片相邻的电路极板构成，而根据物理原理，两片极板之间会产生电容。如果手指等导体靠近这些极板，平行电容(parallelca PAC i-tance)就会与传感器相耦合。将手指置于电容式传感器上时，电容量会升高；移开手指，电容量则会降低，通过测量电容量就可以判断手指的碰触。 电容式传感器由两片电路极板及相互之间的一定空间所构成。这些电路极板可以是电路板的一部分，上面直接覆盖绝缘层，当然，也可以使极板顺应各种曲面的弧度。
构建电容式开关的要素包括：电容器、电容测量电路系统、从电容值转换成感应状态的局部智能装置。 典型的电容式传感器电容值介于10～30pF之间。通常来说，手指经由Imm绝缘层接触到传感器所形成的耦合电容介于1～2pF的范围。越厚的绝缘层所产生的耦合电容愈低。若要传感手指的触碰，必须实现能够检测到1%以下电容变化的电容传感电路。 增量求和调制器是一种用于测量电容的高效、简单的电路，下图给出了典型的拓扑结构。相位开关使传感器电容向积分电容中注入电荷。该电压持续升高，直到大于参考电压为止。比较器转为高电压，使放电电阻器开始工作。在积分电压降至参考电压以下时，该电阻器停止工作。比较器提供所需的负反馈，使积分器电压与参考电压相匹配。 2．传感器充电电流 在第1阶段，传感电容（Csensor）的充电达到供电电压水平；在第2阶段，电荷被传输至积分电容(Cint)。反馈使积分电容上的电压接近参考电压（kVdd）的值。每次启动该开关组合都会传输一定量的电荷。对于下式显示的充电电流而言，电荷传输的速度与开关频率(fc)成正比 3．放电电流
电容式触摸感应按键技术原理及应用
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电容式触摸感应按键技术原理及应用 2010-05-26 12:45:02| 分类：维修| 标签：|字号大中小订阅 市场上的消费电子产品已经开始逐步采用触摸感应按键，以取代传统的机械式按键。针对此趋势，Silicon Labs公司推出了内置微控制器(MCU)功能的电容式触摸感应按键(Capacitive Touch Sense)方案。电容式触摸感应按键开关，内部是一个以电容器为基础的开关。以传导性物体（例如手指）触摸电容器可改变电容，此改变会被內置于微控制器内的电路所侦测。 电容式触摸感应按键的基本原理 ◆Silicon Labs 现提供一种可侦测因触摸而改变的电容的方法 电容式触摸感应按键的基本原理就是一个不断地充电和放电的张弛振荡器。如果不触摸开关，张弛振荡器有一个固定的充电放电周期，频率是可以测量的。如果我们用手指或者触摸笔接触开关，就会增加电容器的介电常数，充电放电周期就变长，频率就会相应减少。所以，我们测量周期的变化，就可以侦测触摸动作。 具体测量的方式有二种： (一)可以测量频率，计算固定时间内张弛振荡器的周期数。如果在固定时间内测到的周期数较原先校准的为少，则此开关便被视作为被按压。 (二)也可以测量周期，即在固定次数的张弛周期间计算系统时钟周期的总数。如果开关被按压，则张弛振荡器的频率会减少，则在相同次数周期会测量到更多的系统时钟周期。 Silicon Labs推出的C8051F9xx微控制器(MCU)系列，可通过使用芯片上比较器和定时器实现触摸感应按键功能，连接最多23个感应按键。而且无须外部器件，通过PCB走线/开关作为电容部分，由内部触摸感应按键电路进行测量以得知电容值的变化。 ◆以Silicon Labs的MCU实现触摸感应按键 利用Silicon Labs其它MCU系列，仅需搭配无源器件，即可实现电容式触摸感应按键方案。与C8051F93x-F92x方案相比，唯一所需的外部器件是(3+N)电阻器，其中N是开关的数目，以及3个提供反馈的额外端口接点。C8051F93x-F92x之外，Silicon Labs其它MCU系列可直接连接12个开关，或者通过外部模拟多路复用器连接更多开关。 设计触摸感应按键开关 因为我们要侦测电容值的变化，所以希望变化幅度越大越好。现在，有三个主要因素会影响开关电容及变化幅度。
如何设计电容式感应触摸开关 电容感应式触摸开关，需要稳定的单火线电源处理以及稳定可靠的触摸感应芯片，做到防误触发、防各种电磁干扰、负载干扰、环境干扰、甚至需要防水防尘等智能触摸开关功能的要求。 1、电容式传感器的基本原理 电容传感技术为开发人员提供了一种互动的全新方式，在设计一个电容感应触摸开关时，需要考虑许多不同的因素。从以往的使用经验来看，在各种不同的工作条件下，开关的灵敏性必须与多种情况兼容。 在设计电容感应式触摸开关PCB触点图形时，各种不同的排板设计对开关灵敏度的影响，包括电容式传感技术如何使器件具有更高的可靠性及管理电容式传感技术的控制器如何通过提供更多功能为客户带来增值服务和降低维护成本。 机械开关比较容易磨损，甚至磨坏产品外壳，导致缺口或裂口处侵入污染物。电容式传感器就不会发生损坏产品外壳的情况，也不会出现缺口粘连物，更不会出现磨损。因此，采用这种技术的开关器件是替代多种机械开关产品的理想选择。 如下图所示，电容式开关主要由两片相邻的电路极板构成，而根据物理原理，两片极板之间会产生电容。如果手指等导体靠近这些极板，平行电容（parallelcaPACi-tance）就会与传感器相耦合。将手指置于电容传感器上时，电容量会升高；松开手指，电容量则会降低，通过测量电容量就可以判断手指的碰触。 电容式传感器由两片电路极板及相互之间的一定空间所构成。这些电路极板可以是电路板的一部分，上面直接覆盖绝缘层，当然，也可以使极板顺应各种曲面弧度。 构建电容式开关的要素包括：电容器、电容测量电路系统、从电容值转换成感应状态的局部智能装置。 典型的电容式传感器电容值介于10-30pF之间。通常来说，手指经由1mm绝缘层接触到传感器所形成的耦合电容介于1-2pF的范围。越厚的绝缘层所产生的耦合电容越低。 若要传感手指的碰触，必须实现能够检测到1%以下电容变化的电容传感电路。 增量求和调制器是一种用于测量电容的高效、简单的电路，下图给出了典型的拓扑结构。 相位开关使传感器电容向积分电容中注入电荷。改电压持续升高，直到大于参考电压为止。比较器转换为高电压，使放电电阻器开始工作。在积分电压降至参考电压以下时，该电阻器停止工作。比较器提供所需的负反馈，使积分电压与参考电压相匹配。
使用普通I/O口实现电容触摸感应方案 浏览4992次 技术背景 现在电子产品中，触摸感应技术日益受到更多关注和应用，不仅美观耐用，而且较传统机械按键具有更大的灵敏度、稳定性、可靠性，同时可以大幅提高产品的品质。触摸感应解决方案受到越来越多的IC设计厂家的关注，不断有新的技术和IC面世，国内的公司也纷纷上马类似方案。Cpress公司的CapSense? 技术可以说是感应技术的先驱，走在了这一领域的前列，在高端产品中有广泛应用，MCP推出了mTouch?，AT也推出了QTouch?技术，FSL推出的电场感应技术与MCP的电感触摸也别具特色，甚至ST也有QST产品。 但是目前所有的触摸解决方案都使用专用IC，因而开发成本高，难度大，而本文介绍的基于RC充电检测（RC Acquisition）的方案可以在任何MCU上实现，是触摸感应技术领域革命性的突破。首先介绍了RC充电基础原理，以及充电时间的测试及改进方法，然后详细讨论了基于STM8S单片机实现的硬件、软件设计步骤，注意要点等。 一、RC充电检测基本原理 RC充电检测基本原理是对使用如PCB的电极式电容的充电放电时间进行测量，通过比较在人体接触时产生的微小变化来检测是否有‘按下’动作产生，可选用于任何单独或多按键、滚轮、滑条。 如图1(a)所示，在RC网络施加周期性充电电压Vin，测量Vout会得到如(b)的时序，通过检测充电开始到Vout到达某一门限值的时间tc的变化，就可以判断出是否有人体接触。图2显示出有人体接触时充电时间会变长。 实现电路如图3，使用一个I/O口对PCB构成的电容充电，另一个I/O口测量电压，对于多个按键时使用同一个I/O口充电。R1通常为几百K到几M，人体与PCB构成的电极电容一般只有几个pF，R2用于降
浅谈电容式触摸感应按键技术及常见问题解决办法 市场上的消费电子产品已经开始逐步采用触摸感应按键，以取代传统的机械式按键。针对此趋势，Silicon Labs公司推出了内置微控制器（MCU）功能的电容式触摸感应按键（Capa citive Touch Sense）方案。电容式触摸感应按键开关，内部是一个以电容器为基础的开关。以传导性物体（例如手指）触摸电容器可改变电容，此改变会被内置于微控制器内的电路所侦测。 图1：电容式触摸感应按键的基本原理 一种可侦测因触摸而改变的电容的方法
电容式触摸感应按键的基本原理就是一个不断地充电和放电的张弛振荡器。如果不触摸开关，张弛振荡器有一个固定的充电放电周期，频率是可以测量的。如果我们用手指或者触摸笔接触开关，就会增加电容器的介电常数，充电放电周期就变长，频率就会相应减少。所以，我们测量周期的变化，就可以侦测触摸动作。 具体测量的方式有二种： （一）可以测量频率，计算固定时间内张弛振荡器的周期数。如果在固定时间内测到的周期数较原先校准的为少，则此开关便被视作为被按压。 （二）也可以测量周期，即在固定次数的张弛周期间计算系统时钟周期的总数。如果开关被按压，则张弛振荡器的频率会减少，则在相同次数周期会测量到更多的系统时钟周期。 Silicon Labs推出的C8051F9xx微控制器（MCU）系列，可通过使用芯片上比较器和定时器实现触摸感应按键功能，连接最多23个感应按键。而且无须外部器件，通过PCB走线/开关作为电容部分，由内部触摸感应按键电路进行测量以得知电容值的变化。
图2：Silicon Labs推出的C8051F9xx微控制器（MCU）系列 以Silicon Labs的MCU实现触摸感应按键 利用Silicon Labs其它MCU系列，仅需搭配无源器件，即可实现电容式触摸感应按键方案。与C8051F93x-F92x方案相比，唯一所需的外部器件是（3+N）电阻器，其中N是开关的数目，以及3个提供反馈的额外端口接点。C8051F93x-F92x之外，Silicon Labs其它MC U系列可直接连接12个开关，或者通过外部模拟多路复用器连接更多开关。 设计触摸感应按键开关 因为我们要侦测电容值的变化，所以希望变化幅度越大越好。现在，有三个主要因素会影响开关电容及变化幅度。 1)PCB上开关的大小、形状和配置 2)PCB走线和使用者手指间的材料种类 3)连接开关和MCU的走线特性 我们测试了如图2中的12种不同开关。目的是为了发现开关的形状尺寸会如何影响开关的空闲和被接触的状态，还可以发现哪一种开关的空闲电容最大，就不容易被PCB上的寄生电容而影响。测试结果表明，在特定区域中的开关越大且走线越多，则此开关的闲置电容便越高。图中的环状开关具有最低的电容，所以当开关动作时，可显现最大的电容相对变化。
基于单片机的电容感应式触摸按键原理与程序——原理 近年来，电容感应式触摸按键技术已日臻成熟，在家电领域中，对于各种玻璃面板的家电产品，电容感应式触摸按键，以其高灵敏度、面板免钻孔、安装方便、使用寿命长等优点得以广泛的应用；尤其在许多小家上电诸如电磁炉、音视频设备、电茶壶等等，其应用更是随处可见，但是，毕竟目前这一技术并未完全普及，另外各种专用芯片也尚未统一标准大量上市，出现故障后往往需要更换原厂配件，这就使得业余维修无从下手，目前常见的电容感应式触摸按键的实现方法有两种，一种是专用芯片，有几种键位可选，使用方便，另一种是以单片机为基础通过编程实现，这种方式是将按键功能及其它控制功能综合设计，大大的简化了整个系统的设计，减少了原件降低了成本，应用较多；为此，本文将就玻璃面板式家电上的电容感应式按键的原理进行简单的分析，并且将用STC单片机编程实现电容感式应按键的C源程序及调试方法分享给大家。 图1： 如图1所示，是电路原理图，它由两只二极管D1/D2、两只电阻R1/R2、一只充放电电容C0构成，弹簧将Φ12mm的金属片压紧到厚度为5mm的玻璃板的下方，玻璃板的另一面对应金属片的位置就是手指触摸区。 工作原理为：玻璃板接触金属片的附近，有电荷的集聚与其另一表面形成电容结构，无动作时电荷是很微量的电容值也极小，当有手指接触另一侧玻璃表面是，由于人体皮肤所带电荷的参与，使得电荷的运动发生了改变，电容值也会产生很多的变化，这就是感应电容的形成与变化过程，而感应电容的变化，又直接改变了充放电电容的充电电压值，这就给状态的检测提供了依据。在PWM_IN的高电平段，电源电压经R2、D1给C0充电，在PWM_IN的低电平段，C0经R1、D2对地放电，充放电状态稳定后，ADC0端可以检测到一个稳定的电压值，本系统实测为2.7V左右，当有指触动作时由于感应电容相当于与C0并联了一个电容，其ADC0端检测到的电压将下降，本系统实测为2.3V左右，这个的400mV 的模拟电压量，对于8位ADC而言，是可以准确判别的。
电容式触摸感应按键解决方案 方案简介 在便携式媒体播放器和移动手持终端等大容量、高可视性产品的应用中，触摸式按键作为一种接口技术已被广泛采用。由于具有方便易用，时尚和低成本的优势，越来越多的电子产品开始从传统的机械按键转向触摸式按键。 基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器的电容式触摸感应按键方案，采用LPC1100 的GPIO口和两个内部定时器，即可实现多达24个独立按键或滑条式电容触摸按键的应用。
本方案采用外围RC电路加软件检测技术，集成FIR滤波算法，拥有良好的抗干扰性能，可通过EFT（脉冲群抗干扰度测试）4KV的指标，非常适合由交流电驱动的电子设备。 原理概述 电容式触摸感应按键的基本原理如图1 所示，当人体（手指）接触金属感应片的时候，由于人体相当于一个接大地的电容，因此会在感应片和大地之间形成一个电容，感应电容量通常有几pF到几十pF。利用这个最基本的原理，在外部搭建相关电路，就可以根据这个电容量的变化，检测是否有人体接触金属感应片。 图1 电容式触摸感应原理 基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器电容式触摸感应按键原理如图2 所示，利用LPC1100的GPIO中断功能加上内部定时器，可很方便的测量外部电容量变化。处理流程如下：
?初始化KEY n为GPIO口，必须关闭内部上拉功能，配置为既不上拉也不下拉的模式；?使能并配置KEY n的高电平中断； ?将KEY n设置为输出，并输出低电平，此时电容放电； ?开启定时器，将KEY n配置为输入，并开启高电平中断，此时电容开始充电，在KEY n 的中断服务函数中读取定时器的时间； ?根据这个充电时间的变化量就可以判断出是否有按键按下。
电容式触摸感应的技巧 By (赛普拉斯半导体公司高级应用工程师Mark Lee) 触摸传感器被广泛使用已经有很多年了，不过，混合信号可编程器件的近期发展使得电容式触摸传感器在众多消费类产品中都成为了机械式开关的一种实用、增值型替代方案。本文将粗略地介绍一种可透过一层厚玻璃覆盖物来激活的触摸感应式按钮的设计实例。 典型的电容式传感器设计所规定的覆盖物厚度为3mm或更薄。随着覆盖物厚度的增加，透过一层覆盖物来检测手指的触摸将变得越来越困难。换句话说，伴随着覆盖物厚度的增加，系统调整的过程将从“科学”走向“技巧”。为了说明如何制作一个能够提升当今技术极限的电容式传感器，在本文所述的实例中，玻璃覆盖物的厚度被设定为10mm。玻璃易于使用，购买方便，而且是透明的（因此您可以看到位于其下方的金属感应垫）。玻璃覆盖物还被直接应用于白色家电。 手指电容 所有电容式触摸感应系统的核心部分都是一组与电场相互作用的导体。人体组织中充满了覆盖着一层皮肤（这是一种有损电介质）的导电电极。正是手指的导电特性使得电容式触摸感应成为可能。 简单的平行片电容器具有两个导体，其间隔着一层电介质。该系统中的大部分能量直接聚集在电容器极板之间。少许能量会溢出至电容器极板以外的区域中，而与该效应相关的电场线被称为“边缘场”。制作实用电容式传感器的部分难题是：需要设计一组印刷电路走线，以便将边缘场引导至一个用户可以够得到的有效感应区域。对于这样一种传感器模式来说，平行片电容器并非上佳之选。 把手指放在边缘电场的附近将增加电容式系统的导电表面积。由手指所产生的额外电荷积聚电容被称为手指电容C F。在本文中，无手指触摸时的传感器电容用C P来表示，它代表寄生电容。
Application Report ZHCA078 – February 2010 1 电容式触摸按键的按键扩展方法 俞诗鲲 Semi/AEC/MSP430 摘要 基于MSP430的触摸式传感器采用张驰振荡技术,兼具超低功耗和抗干扰能力强的优点,为广大方案设计商所青睐.如今,越来越多的产品开始采用触摸式传感器,所需按键的数量也随之上升.但是MSP430受限于内置比较器的输入端口数量,只能直接支持6个按键.在这篇应用文档中,我们将介绍两种扩展按键数量的方法,同时提供一种更高效按键检测算法, 以利于在多按键应用中缩短检测时间. 目录 1. 触摸式应用要求更多的按键...............................................................................................................2 2. 基于MSP430的张驰振荡触摸按键方案简介.....................................................................................2 3. 扩展按键方法....................................................................................................................................3 3.1 口线复用.....................................................................................................................................4 3.2 使用外部I/O 扩展芯片..................................................................................................................6 4. 改进的检测技术.................................................................................................................................8 5. 总结.................................................................................................................................................10 6. 参考文献.. (11) 图表 图1. 基于MSP430的张驰振荡触摸按键原理...............................................................................2 图2. 振荡频率计算原理................................................................................................................3 图3. 口线复用扩展方法................................................................................................................4 图4. 灵敏度受按键大小影响.........................................................................................................5 图5. 使用口线复用方式设计的触摸式滑动条................................................................................5 图6. 口线复用方式下的按键走线..................................................................................................6 图7. 使用外部I/O 扩展芯片扩展按键...........................................................................................6 图8. 用LV4051扩展按键.............................................................................................................7 图9. LV4051的寄生电容.............................................................................................................7 图10. 检测窗口长度和检测精度的关系...........................................................................................8 图11. 新张驰振荡检测技术的系统框图...........................................................................................9 图12. 新张驰振荡检测技术的检测方法...........................................................................................9 图13. 新检测方法下的检测时间和检测精度对比..........................................................................10 图14. 两种按键扩展方法比较. (10)