下载文档原格式
电容式触摸传感器在智能手机的触摸按键布局设计在本系列文章的第1部分中，我们不仅探讨了机械按键用户界面与电容式触摸传感器用户界面的差异，而且还讨论了步骤1（设备的外观与质感）以及步骤2中的原理图设计部分。
第2部分，我们将介绍将机械按键替换成电容式感应按键时所需的设计布局。
此外，我们还将举一个应用实例。
步骤2：布局：对于电容式传感器设计方案而言，布局非常重要，因为传感器很容易受外部噪声影响。
每个布局都必须针对特定应用创建，因此布局辅助工作通常着眼于提供建议。
所以，一般很难一开始就给出理想的设计。
在设计任何电容式传感器布局时，开发人员必须考虑的重要参数包括：●传感器尺寸：传感器尺寸取决于覆盖层厚度。
覆盖层越厚，传感器就越大。
考虑到较小按键对触摸不够敏感，而较大按键对触摸太过敏感，这都是我们不想要的，因此要优化按键尺寸。
●寄生电容（CP）：传感器的PC电路板迹线的固有电容叫寄生电容。
大传感器CP可使其更难感应传感器电容的微小变动，从而可降低灵敏度。
电容式感应布局应将传感器CP 保持为最小。
●迹线长度：较长的迹线长度可增大传感器的CP，从而可降低传感器灵敏度。
此外，长迹线还会像内部天线一样，降低传感器的抗噪性。
●功耗：传感器CP是影响器件功耗的主要因素之一。
较大的传感器CP可增大传感器因此而必需扫描的时间，导致整体功耗上升。
要降低功耗，传感器CP必须保持最小。
一次成功优化所有这些参数并非小事。
为了避免布局重新设计的多次反复进行，电容式感应技术厂商提供了各种高级工具来简化该流程。
例如，赛普拉斯提供的设计工具套件就是一款这样的工具，可帮助开发人员纠正布局设计。
此外，它还可帮助各团队避免不太容易发现的错误，这些错误的消除可能非常耗时耗力。
该设计工具套件是EZ-Click软件工具的一部分，可帮助配置MBR器件。
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。
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。
在目前市场上可提供的PCB（印刷电路板）基材中，FR4是最常用的一种。
FR4是一种玻璃纤维增强型环氧树脂层压板，PCB可以是单层或多层。
在触摸模块的尺寸受限的情况下，使用单层PCB不是总能行得通的，通常使用四层或两层PCB。
在本文中，我们将以最常用的两层PCB为例来介绍PCB布局，意在为S-Touch TM电容触摸感应设计所用的各种PCB （如FR4、柔性PCB或ITO面板）的结构和布局提供设计布局指导。
PCB设计与布局在结构为两层的PCB中，S-Touch TM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 TM触摸控制器布设在底层，应该保证其对应的顶层没有布设有任何传感器电极。
顶层和底层的空白区域可填充网状接地铜箔。
图 2.1 两层 PCB 板的顶层图 2.2 两层 PCB 板的底层设计规则第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）。
为提高灵敏度，建议使用尺寸为10 x 10 毫米的感应电极。
可以使用更小尺寸的感应电极，但会降低灵敏度。
同时，建议感应电极的尺寸不超过15 x 15 毫米。
如果感应电极超过这一尺寸，不但会降低灵敏度，而且会增加对噪声的易感性。
•空白区域可填充接地铜箔（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。
•感应电极与接地铜箔的间距至少应为0.75 毫米。
第2 层（底层）•S -Touch TM控制器和其它无源部件应该设计布局在底层。
•传感器信号迹线将被布设在底层。
不要把一个通道的传感器信号迹线布设在其他传感通道的感应电极的下面。
•空白区域可填充接地铜箔（迹线宽度为6 密耳，网格尺寸为30密耳）。
•传感器信号迹线与接地铜箔的间距应当至少是传感器信号迹线宽度的两倍。
触摸式感应按键的设计原理及指南
一、触摸式感应按键的设计原理
触摸式感应按键（Touch Sensitive Buttons）是一种控制开关，通
常用于电子设备中，它是在按压按键时会产生电子信号，从而控制电子设
备的功能或者更改其设置参数。
这种按键的原理非常简单，通常由两个金
属层组成，其中一层为电极，用于获取输入信号并将其转换为电流信号，
另一层为另一个电极，用于将电流信号转换为电压信号，从而达到控制功
能的目的。
当触摸按钮被按下时，两个电极之间会形成一个完整的电路，
从而使电路发生电动势，从而产生电子信号。
二、触摸式感应按键的指南
1、在触摸式感应按键的设计中，应该考虑到按键的体积和尺寸，以
便在电子设备中更容易操作。
2、触摸感知开关的尺寸设计应尽量紧凑，以便尽可能的节省电子元
件的空间，以节约空间，同时也提高电路的密度。
3、触摸式感应按键的设计要考虑材料选择问题，材料应选择抗静电、耐高温的高品质材料，这样才能确保触摸按键能够在高温下长期运行。
4、在触摸式感应按键的设计中，还应考虑触点的位置，防止触点太
近或太远，这样可以避免按键感应失效的情况，有利于确保触摸按键的正
常操作。
电容感应触摸感应器的设计目 录1触摸感应器设计介绍 (2)1.1简介 (2)1.2自耦电容和互耦电容类型的感应器 (2)1.3方向分类 (2)1.4重要定义 (3)2基本的设计要求 (5)2.1电荷转移 (5)2.2元件选择 (6)2.3材质 (7)2.4靠近发光二极管 (9)2.5ESD防护 (10)3自耦的无方向感应器 (11)3.1介绍 (11)3.2平面感应器 (11)3.3地负载 (12)3.3非平面结构 (15)4互耦的无方向感应器 (19)4.1简介 (19)4.2平面结构 (19)4.3非平面结构 (27)5自耦的单方向感应器 (31)5.1简介 (31)5.2基本规则 (31)5.3典型的空间插值方式 (32)5.4典型的电阻插值方式 (34)6互耦的单方向感应器 (37)6.1简介 (37)6.2基本规则 (37)6.3典型的空间插值结构 (37)6.4典型的电阻插值方式 (43)7双方向感应器 (46)这篇设计概要的翻译，是为了配合库文件的设计。
目前电容感应触摸越来越多地应用到各个领域，希望这篇文档在按键的设计方面能为大家提供参考和帮助。
阿布猪 2009.07.08于首发，转载请注明出处。
1触摸感应器设计介绍1.1简介在设计触摸感应器的时候，有许多问题需要做出妥善的选择，比如产品结构中的材料，以及机械部分和电子部分的组装关系等等。
而这些问题中最关键的是设计实际的感应器（键/滑条/滚轮/触摸屏）和用户的接口部分。
感应器的设计是一种“黑箱技术”，感应电极和周围电场环境的分布参数只能大略上近似为集总的。
但是，按照一定的原则进行感应器的设计，可以实现一些适应性比较强并且具有相当的实用性和一致性的方案。
本设计指导旨在说明一些基本的规则，以便在PCB 或其它材质上建立感应电极。
当然本文并不能涵盖全部的感应电极设计方法，但它提供了一个基本的建立感应触摸应用的方法和不错的起点。
用户应参考QTAN0032 获得更多的电容感应按键设计的信息。
使用MBR器件设计电容式触摸传感器的五大步骤按键被广泛应用于消费类产品、家用电器以及工业系统等各种终端产品。
现今深谙技术的消费者希望得到具有时尚可靠用户界面的产品。
他们希望即便是简单的产品都应该款式新颖，按键耐磨且易于维修。
在传统的用户界面（UI）设计中使用的是可靠性差且笨重没吸引力的机械按键。
基于这些以及其他原因，电容式感应按键逐步开始替代机械按键。
电容式感应按键可以完全融入产品设计之中，而且永远不会磨损。
因此，基于电容式触摸感应技术的用户界面成为了目前用户界面的设计趋势。
然而，电容式感应按键的设计以及实现稳定的实现方案对系统工程师来说是一项非常繁重的工作。
在本文中，我们将重点介绍如何通过五个简单的步骤来设计出可靠的电容式触摸传感器。
传统按键系统：在谈论怎么将机械按键系统改造成电容式系统设计之前，让我们先来快速地了解下机械按键系统。
机械按键一般都是使用诸如塑料、木材或金属之类的材料制成。
这些系统必须具备极高的可靠性，因为它们很容易受到灰尘等环境因素的影响，而且不耐磨。
机械开关可循环使用的次数决定了其使用寿命（而且通常还决定了产品的使用寿命）。
为了让机械开关实现超长使用寿命，必须进行可靠、长时间的设计。
在设计中要考虑到的另外一个因素是美学设计。
很多机械按键的设计都不好看又不吸引人，因此还需要花一些额外的功夫来进行美学方面的精美设计。
由于机械按键通常会在设备上凸出来，因此要设计出一个带机械按键的时尚而稳健可靠的用户界面系统并不是一件容易的事。
而在这方面电容式传感器按键可以大大简化这方面的设计。
然而，要设计出一个电容式感应系统也并非易事。
它要比设计机械按键系统复杂很多，因为：1.在感应和开/关判定逻辑上会涉及到诸多感应参数。
2.电容式触摸传感器易受到外部噪声的干扰。
触摸开关的设计原理
触摸开关是一种使用人体的电容来感应和控制开关状态的装置。
其设计原理主要包括以下几个部分：
1. 电容感应：触摸开关的导电板（也称为感应板）上覆盖了一个绝缘层，当人体接近导电板时，人体和导电板之间会形成一个电容，而人体作为一个导体，具有一定的电容值。
触摸开关会通过电容感应技术检测人体与导电板之间的电容值。
2. 信号放大：触摸开关会将感应到的微弱电容信号放大，以便后续电路可以正确地接收和处理这个信号。
3. 边界判断：触摸开关会设定一个电容值的阈值，当检测到的电容值超过这个阈值时，触摸开关会判断为有人接触。
4. 控制回路：当触摸开关检测到有人接触，并且超过了阈值，触摸开关会触发控制回路，以实现开关的开启或关闭。
控制回路可以采用晶体管等电子器件来实现，并通过控制电流的导通或断开来控制开关的状态。
需要注意的是，触摸开关的感应距离一般较短，需要人体与导电板非常接近时才能触发。
同时，触摸开关的导电板表面一般采用绝缘材料进行覆盖，以避免因为静电等原因导致误触发。
美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-2008美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-2008基于QT1080的电容感应式触摸按键电路设计指引（发布日期：2008-11-08）1 范围本标准对电容感应式触摸按键电路的电路原理，各器件的参数计算选择，相关技术要求和实际使用中的设计方法等有关问题进行了阐述和规定。
本标准适用于美的家用空调国内事业部的电控系统中，使用QT1080芯片的电容感应式触摸按键电路的设计。
2 电容感应式触摸按键（简称：触摸按键）介绍基于QUANTUM公司的触摸按键芯片QT1080，利用了克希荷夫电流定理，检测电极中等效电容的电荷。
当人，或者导电体接触到电极，会有大量的电荷转移，芯片通过检测电荷变化，完成检测是否有人触摸。
3 工作原理3.1 触摸按键芯片QT1080功能介绍8个独立按键。
3.1.1 最多支持检测3.1.2 可进行低功耗模式设置。
3.1.3 在工作中不需人为调整，自动根据环境变化调整检测范围。
美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-2008 3.1.4 每个按键都可以设置成直接开关量输出，或者BCD码输出。
3.1.5 工作电压：2.8V~5V3.1.6 相邻按键抑制(AKS)功能。
3.1.7 展频脉冲方式以达到最大噪声抑制。
3.2 芯片管脚分配（48-SSOP封装）芯片管脚分配见右图。
管口类型说明：I：CMOS输入I/O：CMOS 输入和输出O：CMOS推挽输出OD：CMOS开漏输出O/OD：CMOS推挽或开漏输出（可选择）3.3 芯片管脚功能定义美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-2008美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-20083.4 应用原理图QT1080有两种工作方式：简易模式和完整模式。
我司现在使用的都是简易模式。
与完整模式相比，简易模式元器件数量少，电路简单，功能满足现阶段美的功能要求。
ARXXX 系列触摸感应按键设计指南(参考资料V1.0阿达电子目录1. 概述 .........................................................................................................................................3 2. 触摸按键的原理........................................................................................................................ 3 3. 触摸PCB 设计考虑 ....................................................................................................................4 3.1 PCB 设计关键点: ................................................................................................................ 4 3.2 减小PCB 的基准电容 . (4)3.3 触摸按键形式、间和铺地考虑 (4阿达电子1.概述现在的电子产品,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、电视机面板、移动电源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。
两种电容式触摸按键电路设计要点珠海格力电器股份有限公司广东珠海 519000摘要：TS08N/NE和CAP 1298是家用电器显示板常用的两款电容式触摸芯片。
前者引脚较多，电路设计复杂、成本高，但是软件开发工作量较小；而后者引脚较少，电路设计简单、成本低，但是需要进行一定的软件开发。
两种设计方案均存在一定的设计难度。
本文作者在大量工程实践的基础上面，提炼出了相关设计要点供大家参考。
关键词：TS08N/NE CAP 1298电容式触摸芯片显示板Key points of design of two capacitive touch key circuitsHu Haoran Song ZhizhongGree Electric Appliances, Inc.of Zhuhai Zhuhai Guangdong 519000Abstract: TS08N/NE and CAP 1298 are two capacitive touch chips commonly used in display boards of household appliances. The former has more pins, complex circuit design and high cost, but less software development work; The latter has fewer pins, simple circuit design and low cost, but requires certain software development. The two design schemes have certain design difficulties. Based on a large number of engineering practices, the author has extracted the relevant design points for your reference.Keywords: TS08N/NE,CAP 1298,Capacitive Touch Chip, Display Board 1两种电容式触摸按键电路设计要点1 引言目前市场上供家用电器使用的触摸芯片种类繁多，如何对触摸芯片进行合理选型，需从多方面考虑，比如：触摸按键的通道数、触摸按键的灵敏度、触摸按键的可靠性、控制器成本等。
触摸开关方案简介触摸开关是一种能够通过触摸操作来开关电路的装置。
随着科技的发展，触摸开关越来越得到人们的关注和使用。
它具有结构简单、灵敏度高、操作方便等优点，在家庭、办公室、医院等许多场合被广泛应用。
本文将介绍几种常见的触摸开关方案。
1. 电容触摸开关1.1 原理电容触摸开关是利用人体或物体的电容效应来实现触摸开关的操作。
当人体或物体靠近电容触摸开关时，会改变传感器的电容值，通过电路判断电容值是否大于设定阈值，从而判断触摸开关是否被触摸。
制作电容触摸开关需要以下材料： - 电容传感器 - 控制电路 - 外壳材料1.3 制作过程1.将电容传感器连接到控制电路上，形成电容触摸开关的基本电路结构。
2.将控制电路和电容传感器封装在外壳材料中，固定好各个部件的位置。
3.连接电容触摸开关的输入和输出电路，接通电源进行测试。
4.根据需要，可以增加灯光、声音等反馈装置，提高用户体验。
优点•结构简单、易于制造和安装。
•灵敏度高，触摸开关反应迅速。
•不需要物理按钮，可以防止按钮磨损和损坏。
缺点•对环境要求较高，受温度、湿度等因素影响较大。
•对电容传感器的要求较高，需要选择合适的传感器。
•对触摸物体的要求较高，只有导电性良好的物体才能触发开关。
2. 压力触摸开关2.1 原理压力触摸开关是利用人体或物体的压力来实现触摸开关的操作。
当人体或物体施加压力到开关上时，开关会闭合或打开电路，实现开关的功能。
2.2 材料制作压力触摸开关需要以下材料： - 压力传感器 - 控制电路 - 外壳材料2.3 制作过程1.将压力传感器连接到控制电路上，形成压力触摸开关的基本电路结构。
2.将控制电路和压力传感器封装在外壳材料中，固定好各个部件的位置。
3.连接压力触摸开关的输入和输出电路，接通电源进行测试。
4.根据需要，可以增加灯光、声音等反馈装置，提高用户体验。
2.4 优缺点优点•结构简单、易于制造和安装。
•对触摸物体的要求较低，可以触发开关的物体更加广泛。
电容触摸式按键设计规范及注意事项电容触摸式按键设计规范及注意事项技术研发中⼼查达新所有电容式触摸传感系统的核⼼部分都是⼀组与电场相互作⽤的导体。
在⽪肤下⾯，⼈体组织中充满了传导电解质(⼀种有损电介质)。
正是⼿指的这种导电特性，使得电容式触摸式按键应⽤于电路中，替代传统的机械式按键操作。
关于电容触摸式按键设计，有下列要求：1.PCB触摸焊盘①.感应按键⾯积，即焊盘接触⾯积应不⼩于⼿指⾯积的2/3，可⼤致设计为5*6mm、6*7mm；且按键间的距离不⼩于5mm，如下图：②.连接触摸按键的⾛线，若是双⾯板尽可能⾛按键的背⾯，⾛在正⾯的画需保证离其他按键2mm以上间距；③.感应按键与覆铜的距离不⼩于2mm，减少地线的影响；2.感应按键⾯壳或外壳①.⾯壳材料只要不含有⾦属都可以，如：塑胶，玻璃，亚克⼒等。
若⾯壳喷漆，需保证油漆中不含⾦属，否则会对按键产⽣较⼤影响，可⽤万⽤表电阻档测量油漆表⾯导电程度，正常不含⾦属油漆的⾯壳电阻值应为兆欧级别或⽆穷⼤。
通常⾯壳厚度设置在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。
②.可以⽤3M胶把按键焊盘与⾯壳感应端黏连、固定，或者通过弹簧⽚⽅式焊接在PCB焊盘的过孔上与⾯壳感应端相连；如下图：③.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。
PCB与双⾯板粘接，PCB带双⾯胶与⾯板装配时都要⽤定位夹具完成装配，装配完成后，要⼈⼯或⽤夹具压紧。
为了保证PCB板与⾯板之间没有空⽓，需要在双⾯板上开孔和排⽓槽，并且与PCB上开孔配合。
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。
关于电容式传感器的一个常见的误解是：为了使系统正常工作，手指必需接地。
手指是可以检测到的，因为它会保存电荷（而在手指浮置或接地时都将产生这种现象）。
传感器的PCB布局图1示出了一块印刷电路板（PCB）的顶视图，在本设计实例中，该PCB实现了其中的一个电容式传感器按钮。
轻松实现电容式触摸感应按键开关设计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，益登科技设计出以Silicon Labs 公司MCU 为内核的电容式触摸感应按键方案。
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。
测量周期的变化，就可以侦测触摸动作。
具体测量方式有两种：一是可以测量频率，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;二是可以测量周期，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。
C8051F9xx 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。
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。
以上这两种测量方法，都需要通过比较测量数值和一个预先设置的门限值，来判断开关是否被按压。
所以，门限值需要被适当地校准，以免影响开关的灵敏度。
在系统中，可以对所有开关做一次初始校准，设置门限值。
如果系。
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．放电电流放电电流通过电阻实现。
在比较器高电压时，会启动开关以连接至放电电阻。
比较器按一定比例在高、低压间循环，以使积分电容电压等于参考电压。
可将比较器为高电压时的百分比定义为“DensitYout”，仅在这部分百分比的时间段放电。
有关电流的计算为在稳定状态下，充电电流与放电电流必须匹配。
设置IC使其与ID相匹配，则得到传感器电容与密度成正比。
已知采样频率、放电电阻以及参考电压（VDDK），只需测量密度就能计算出传感器的电容。
可使参考电压与供电电压成正比，这样供电电压就对电容／密度的计算结果没有影响了，这也使得该电路对于电源具有较强的抗波动能力。
数字电路用于检测密度，下图给出了这种电路的范例。
该脉宽调制器(PWM)可控制密度输入至计数器(enablegate)，如果PWM的脉宽为“m”个周期，假设在这段时间中计数器积累了“n”个采样，那么密度则为n/m；如果PWM的脉宽为100个周期，就会得到1/100的分辨率，这个时间再扩大10倍，则得到1110000的分辨率。
观测的周期数越大，分辨率也就越高。
触摸传感电容开关不带任何机械部件，并能轻松顺应曲面应用的要求，因而能够成为当前各类产品应用的理想技术。
利用动态再配置功能，我们可实现硬件的重复使用，在不增加额外成本的情况下实现更多的系统功能。
4．对开关灵敏度的影响光有一个触摸感应开关是不能使用的，除非系统能可靠测定开关所处的状态。
使用机械开关来实现电气连接是没问题的，如果机械开关能合理地连接，那么能正确地决定开或关的状态。
使用感应触摸开关时，开关所处的状态有时很难明显界定。
电容感应式触摸开关在实际应用时，可能会出现：当使用者的手指在碰到触摸开关时，触摸感应开关端的电容还没有充分地充电而手指已经离开了触摸点，那这时开关的状态处于何种状态呢？因此当手指碰触时，为了增加检测开关的可靠性，使电容充电最佳化，下列几项内容对充电电容的性能参数影响较大。
(1)尺寸、形状和在PCB上的开关放置位置。
(2)连接在PCB和使用者手指之间的材料。
(3)连接到开关与MCU之间连线参数。
上述这些条件，对触摸式感应开关的灵敏度都有直接的影响，因此必须正确设计感应开关。
5．触摸感应开关的PCB图形为了获得“开关电容PCB图形”，下图给出了触摸感应开关的12种PCB设计图形。
这些感应开关具有不同的形状与尺寸，我们将其排列成三列(A～C)、四行(1～4)，其中A列与C 列的尺寸是20mmX20mm，B列的尺寸是15mmX15mm。
A列与B列具有不同的尺寸，但是走线和距离是相同的；B列与C列也具有不同的尺寸，但是它们的走线和间隔是按比例增加的。
下表给出了不同尺寸与不同形状的PCB图形具有不同的感应电容值。
对于触摸感应式开关来说，一个好的开关应具有好的灵敏性和高的感应电容值，因为这样可将走线的寄生电容与电感的影响降到最低，对开关的影响最小。
比较下图与下表中数据可知，A列与C列的PCB图尺寸相同，但电容量却不同，这是因为在A列与C列的PCB图形中，在相同的20mm×20mm外框包围中其内部的走线密度不同所致。
比较A列与B列可知，其感应电容量不同是由于其尺寸不同所致。
在设计触摸感应开关电容时需要考虑两个主要因素，一个是开关电容的尺寸，另一个是其形状，当然与触摸开关上面连接的材料特性与厚度也有关系。
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lOm m。
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。
