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電容觸摸IC應用設計的要點(diǎn)
文章來(lái)源: 更新時(shí)間:2011/8/31 17:40:00
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感應系統的組成:
除芯片以外,主要組成部分包括:絕緣的面板,按鍵感應盤(pán)和連接線(xiàn)。使用者的手指接觸面板的敏感區域可以觸發(fā)按鍵;面板敏感區域的背后是按鍵感應盤(pán);連接線(xiàn)把感應電極和芯片連接起來(lái)。 
 
面板的選擇: 
面板必須選用絕緣材料,可以是玻璃、聚苯乙烯、聚氯乙烯(pvc)、尼龍、樹(shù)脂玻璃等。在生產(chǎn)過(guò)程中,要保持面板的材質(zhì)和厚度不變,面板的表面噴涂必須使用絕緣的油漆。在電極不變的情況下,面板的厚度和材質(zhì)決定靈敏度。比如,3.2mm厚的尼龍(Nylon)相當于2.8mm厚的樹(shù)脂玻璃(Plexiglas)。通常,在厚度、面積相同的情況下,介電常數越大,靈敏度越高。但是在正常應用中,我們推薦使用介電常數適中的材質(zhì),比如樹(shù)脂玻璃等。介電常數過(guò)小,會(huì )導致靈敏度差;介電常數過(guò)大,發(fā)生誤動(dòng)作的幾率會(huì )變大。

材料

介電常數

Air

1.0

Common Glass

7.6-8.0

Mylar 

3.0-3.2

Plexiglas

2.8

Nylon

 3.2

ABS 

3.8-4.5

按鍵感應盤(pán)的選擇: 
按鍵感應盤(pán)材料:根據應用場(chǎng)合可以選擇PCB銅箔、金屬片、平頂圓柱彈簧、導電棉、導電油墨、導電橡膠、導電玻璃的ITO層等。不管使用什么材料,按鍵感應盤(pán)必須緊密貼在面板上,中間不能有空氣間隙。

按鍵感應盤(pán)形狀:原則上可以做成任意形狀,中間可留孔或鏤空。我們推薦做成邊緣圓滑的形狀,如圓形或六角形,可以避免尖端放電效應。

按鍵感應盤(pán)面積大。鹤钚4mmX4mm, 最大30mmX30mm。實(shí)際面積大小根據靈敏度的需求而定,面積大小和靈敏度成正比。一般來(lái)說(shuō),按鍵感應盤(pán)的直徑要大于面板厚度的4倍,并且增大電極的尺寸,
可以提高信噪比。各個(gè)感應盤(pán)的形狀、面積應該相同,以保證靈敏度一致。

按鍵感應盤(pán)之間的距離:各個(gè)感應盤(pán)間的距離要盡可能的大一些(大于5mm),這樣可以減少它們形成的電場(chǎng)之間的相互干擾。當用PCB銅箔做感應盤(pán)時(shí),若感應盤(pán)間距離較近(5MM~10MM),感應盤(pán)必須用鋪地隔離,如圖(1)所示。如果各個(gè)感應盤(pán)距離較遠,也應該盡可能的鋪地隔離。

                    圖(1):感應盤(pán)由鋪地隔開(kāi)

按鍵感應盤(pán)與IC觸摸端口的連接:通常有3種方式。
1:使用帶彈簧的感應盤(pán),將感應盤(pán)頂在面板上。
2:使用導電橡膠或導電棉,導電棉或導電橡膠頂端作為感應盤(pán)緊貼在面板上。
3:將感應盤(pán)用雙面膠緊密粘在面板上。
CIN電容的選擇:CIN電容可用普通的貼片電容。推薦使用誤差小于10%或精度更高的電容。電容精度越高,系統的一致性越好。
 
靈敏度的設定:靈敏度與外接CIN電容的大小成反比;與面板的厚度成反比;與按鍵感應盤(pán)的大小成正比。 
CIN電容的選擇:CIN電容可在0PF~50PF選擇。電容越小,靈敏度越高,但是抗干擾能力越差。電容越大,靈敏度越低,但是抗干擾能力越強。通常,我們推薦5PF~20PF。
面板厚度的選擇:通常在0~15MM。

按鍵感應盤(pán)的大。鹤钚4mmX4mm, 最大30mmX30mm。增大感應盤(pán)的面積,不但能增大靈敏度,還能提高抗干擾能力,所以在可能的情況下,盡量加大感應盤(pán)的面積。
 PCB布局的設計:
(1):CIN電容盡量靠近IC放置,各個(gè)通道的CIN電容必須用鋪地隔離。感應盤(pán)也要盡量靠近IC,這樣感應盤(pán)到IC的連線(xiàn)就會(huì )最短。如圖(2)所示

              圖(2)

(2):布局時(shí)應盡量保證觸摸IC到感應盤(pán)的距離基本平衡。合理的布局如圖(3)所示,不合理的布局如圖(4)所示。

圖(3):合理的布局

圖(4):不合理的布局

(3)感應盤(pán)到觸摸芯片的連線(xiàn)盡量短和細,如果PCB工藝允許盡量采用5MIL的線(xiàn)寬。
(4)感應盤(pán)到觸摸IC的連線(xiàn)不要跨越其他信號線(xiàn)。尤其不能跨越強干擾、高頻的信號線(xiàn)。
(5)感應盤(pán)到觸摸IC的連線(xiàn)周?chē)?.5MM不要走其他信號線(xiàn)。
(6)如果使用哪個(gè)PCB板上的銅箔圖案做觸摸感應盤(pán),盡量使用雙面PCB,觸摸芯片和感應盤(pán)到IC引腳的連線(xiàn)應放在感應盤(pán)銅箔的背面(BOTTOM)。感應盤(pán)應緊貼觸摸面板。
(7)鋪地 :觸摸IC及其相關(guān)的外圍電路要用45°網(wǎng)格鋪地,網(wǎng)格中銅的面積大概應該占總面積的60%。連線(xiàn)周?chē)?0MIL不能鋪地。感應盤(pán)和鋪地至少要有1.5mm的距離。感應盤(pán)正對的背面不允許鋪地,也不允許有任何大面積的銅箔和其他信號線(xiàn)。

        TOP                                BOTTOM

                    圖(5):感應盤(pán)鋪地實(shí)例

電源的要求:
觸摸IC測量的是電容的微小變化,要求電源的紋波和噪聲要小,要注意避免由電源串入的外界強干擾。尤其時(shí)應用于電磁爐、微波爐時(shí),必須能有效隔離
外部干擾及電壓突變,因此要求電源由較高穩定度。建議采用如圖(1)所示7805組成的穩壓電路:

                              圖(6)

7805及外圍器件與觸摸IC必須放置在同一電路板上,并集中放置,7805組件必須緊靠觸摸IC VDD管腳,杜絕電源線(xiàn)過(guò)長(cháng)帶來(lái)噪聲。
在PCB排版時(shí),如果環(huán)境較惡劣,建議預留圖(6)中電感T1焊盤(pán),應對電磁爐等高噪聲的干擾。在普通的應用中,可以不需要此電感。 

如果用戶(hù)直接使用主機的5V電源,需要在觸摸IC電源前加如圖(2)所示的濾波電路。 


 圖(7)

 同樣,在PCB排版時(shí),如果環(huán)境較惡劣,建議預留圖(7)電感T1、T2、RL焊盤(pán),應對電磁爐等高噪聲的干擾。在普通的應用中,可以不用加T1、T2、RL。
在環(huán)境較惡劣時(shí),觸摸IC部分最好單獨供電。以上圖(6)、圖(7)兩個(gè)電路是專(zhuān)門(mén)給觸摸IC及其組件提供電源的,不要接其他負載。LED燈、其他IC的負載需要另外的電源供應。 電容在PCB版上的排列順序請按原理圖標明的順序,不要隨意排列。觸摸IC部分的地與系統中其他電路中的地請分開(kāi)用星型連接法。
其它要點(diǎn):

(1)PCB板的清潔:殘留的助焊劑和污物,在惡劣的溫度和濕度環(huán)境下會(huì )嚴重影響芯片工作的穩定性。 
(2)ST02(舊版)、ST04(舊版)、ST08應用的時(shí)候,RB端接電阻到地,提供內部工作基準電流源。較小的電阻值可以提高內部工作頻率,并且可以增加芯片的抗干擾能力。為了提高RB端口電壓的穩定性,可以加一個(gè)到vdd的電容,電容值推薦1nf-10nf。Cin管腳的工作頻率,最好和MCU的工作頻率和電源頻率有較大的不同。Cin的工作頻率是由RB電阻值和Cin電容值,以及感應電極和GND之間的寄生電容值決定。Cin的工作頻率可以用示波器直接觀(guān)察(觀(guān)察時(shí),Cin和示波器探針之間可以用薄的絕緣物體隔離)。另外,當芯片暴露在高頻干擾的環(huán)境下,在cin端口串聯(lián)一個(gè)200左右的電阻是必須的。 
(3)ST04C如果PCB不合理,比如觸摸PAD間距離較近、觸摸PAD間沒(méi)有用鋪地隔離等,極少數芯片上電后會(huì )有閃爍現象,上電過(guò)后幾秒內恢復正常,這是因為上電時(shí)通道間相互干擾所致(通道0,1屬于一個(gè)工作組,通道2,3屬于另一個(gè)工作組。同一組中的通道不會(huì )相互干擾。)。應對辦法就是觸摸PAD間距離要大于5MM,并且觸摸PAD間要用鋪地隔離。如果因為種種原因做不到以上兩點(diǎn),還可以用的辦法是CIN0、CIN1上的電容值要和CIN2、CIN3上的電容值要差5PF(這個(gè)電容值是CIN端的總電容值,包括寄生電容)。比如CIN0、CIN1接10PF,CIN2、CIN3接15PF。 
 (4)沒(méi)有用到的通道,相應的CIN和OUT懸空即可。

我公司專(zhuān)業(yè)致力于具備超強抗干擾能力的電容式觸摸感應IC推廣銷(xiāo)售,詳細的產(chǎn)品資料請查閱:http://www.webuyspringsrealestate.com/product_1044.htm

 
 
 
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