以前有做过电容触摸相关项目的例子,今天来讲一下关于电容触摸电路的设计。触摸按键用的地方挺多的,如电容屏,电磁炉面板,智能音箱,智能穿戴设备,灯具开关,小家电等。
相对实体机械按键,电容式触摸按键没有机械部件,不会磨损,寿命长,维护成本低,所以电容触摸按键的优势还是很多的。
电容触摸原理原理不难,当没有手指靠近时,按键上由于分布电容的存在,与地之间存在静态电容,当手指靠近按键时,手指上的寄生电容耦合到原有的静态电容上,使按键对地的总电容值增大。其实很好理解,就相当于多并联了几个电容,总的电容值增大。芯片内部将变化的电容信号转化为可测量的电信号。当检测到的电信号超过阈值,则判断有按键按下。
下面通过一个电容触摸感应的方案来介绍一下实际的应用。用的方案是DLT8T10触摸芯片,最大支持10通道的电容触摸感应,可在有介质(如玻璃,亚克力,塑料,陶瓷)隔离保护的情况下实现触摸,也可以直接接触金属等导电部件。同时外围电路器件较少,成本低。这款触摸芯片主要应用于消费电子,数码产品,便捷式产品,智能开关,灯具控制等。
应用注意绝缘材料的使用,注意绝对不能掺入金属或者其它导电材料,无论是亚克力,有机玻璃还是塑料等。若对EMC有要求,应在触摸芯片的触摸脚串接1k欧姆的电阻,降低电波干扰。触摸按键的PCB要尽量和上面的绝缘材料紧密结合。若之间的空隙较大,可以考虑用弹簧等材料配合。触摸芯片对纹波比较敏感,所以电源要求独立供电,不要与其他器件共用同一组电源,避免干扰。纹波应该小于110mV。
DLT8T10接口输出方式支持,BCD码输出,点对点输出,ADC(电压输出)输出,频率输出和I2C输出。这里介绍其中一种,I2C输出,这种比较适合系统资源比较紧张的应用,占用的IO资源较少,最多3个IO。输出方式是I2C INT,设计有5个触摸按键。请看下面原理图。
灵敏度调节初次调整参数时,灵敏度应设为最低值。当贯穿绝缘材料时,需要较高的灵敏度,灵敏度调高到能够正确检测按键就行了,调太高会误触发。
触摸灵敏度与绝缘面板厚度有关,同种介质,厚度越薄灵敏度越高。灵敏度还跟按键感应盘的有效面积有关,面积越大,灵敏度越高。注意DLT8T10的VC脚的电容是调节灵敏度的,电容范围是1~47nF,电容越大,灵敏度越高。电容材质要用NPO等温度系数好的材质。
PCB布线要求1) 触摸按键板尽量单独布板,这样可以降低干扰。
2)触摸按键到触摸芯片的走线距离越短越好。
3)使用双面 PCB,触摸感应 PAD可做成圆形、方形,从触摸感应 PAD 到 IC 管脚
的连线应该尽量走在触摸感应 PAD 的另外一面。同时连线应该尽量走细,不要绕远。
4) 触摸按键到触摸芯片的走线的间距大于 1mm 为佳,走线中绝对不能有其它的信号线穿过或者交叉,也不要从触摸 IC 的底部穿过。
5) 触摸按键的铜皮的背面不要走线,以免干扰。
6) 触摸按键面积的大小,以触摸体的接触面积相同为最佳,如果厚度塑胶在 2mm 左右,建议触摸 PAD 的面积在 12*12mm 左右。过大容易产生干扰,过小容易灵敏度不够 。
7) 触摸按键的面积与绝缘体的厚度都会影响到灵敏度,一般建议绝缘体的厚度以不超过 3mm 为最佳。
8) 触摸按键的最小面积建议不小于 5*5mm,但要视绝缘材料材质和厚度而定。
9) 触摸按键之间或触摸按键与元器件之间的最小距离以不小于 4mm 为最佳,如灵敏度调高则间距相对需要增加。
10)双面板触摸感应 PAD 的周围与背面一般建议不铺地,触摸感应 PAD 与 PAD 之间尽量避免不同 PAD 之平行引线距离过近,这些都能降低触摸按键的灵敏度。
11)因为空气介电常数太小,并且受湿度影响,所以介质中最好不要有空气。
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