电容式触摸按钮设计应用参考

电容式触摸按钮美观时尚。与传统的机械按钮相比，它具有使用寿命长、功耗低、成本低、体积小、耐用等优点。只要轻轻触摸，就可以实现开关控制、定量调整甚至方向控制，颠覆传统意义上的机械按钮。目前，电容式触摸按钮已广泛应用于手机、洗衣机、电视遥控器等一系列消费电子产品。

1. 触摸按键原理

1.1RC充放电电路

经常涉及模拟和脉冲数字电路RC根据电阻R和电容C的不同值、输入输出关系和处理波形关系，电路具有不同的功能RC微分电路、积分电路、滤波电路等电路。RC充放电电路如下图所示：

图1.1 RC充放电电路

当开关K断开时，电容C两端的电压等于零；当开关K关闭时，压降V1.电容C上的电压通过电阻R向电容C充电。 ，最大充电电流值等于 。随着电容C两极上电荷的积累， 电阻R上的电压逐渐增加，电阻R上的电压逐渐增加 ，充电电流 /R。随着时间的增加，电流逐渐减少， 直到 、 (理想状态)充电过程结束。

RC电路充电公式如下：

以上公式可知：

(1)充满电容C需要无限的时间，因为指数值只会无限接近0。 时， ；当 时， ，一般情况下，经过3~5个RC之后，充电过程结束。

(2)同等条件下，电容C越大，充电时间越长。

图1.2不同电容值的电压 随时间变化

1.2 电容形成

电容存在于任何两个导电物体之间。电容的大小与介质的导电性、极板的大小以及极板周围是否存在导电物质有关。PCB大面积焊盘(触摸按钮)与附近地面分布电容 。由于人体电容器的存在，当手指触摸按钮时，人体电容器并上分布，使总电容器增加，导致电容器变化 。触摸电容 变化如图1.3所示。

图1.3触摸电容 变化图

1.3 触摸按钮检测

触摸感应盘和单片机引脚形成连续充放电RC如果电路没有触摸按钮，RC电路有固定的充放电周期；如果手指触摸按钮，则等效电容 充放电周期增加，频率相应降低。

判断电容按钮是否按下一般有两种方法：

(1)单片机内部充电时间相同。AD收集触摸通道的电压值，与未按下的值差，然后按下并提升定义的阈值识别按钮CH549、CH579系列。

(2)固定时间段的脉冲数量在单片机内部收集，与未按时的脉冲数量差异，然后按下并提升固定阈值识别按钮，如CH554系列。

2. PCB常规设计指南

在PCB电容、电阻等许多硬件元件LED、连接器将增加触摸按钮的寄生电容器，即使是无关的布线也可能与感应元件耦合，从而降低触摸按钮的灵敏度。所以在设计中PCB整个布局布线必须仔细检查和优化。

2.1 按钮的形状和尺寸

2.1.1形状

如图2.1.触摸按钮可以使用任何形状PCB上部设计不影响触摸性能，仅与板的美观有关。

图2.1按键形状

2.1.2尺寸

一般情况下，按键感应盘越大，与手指接触的面积越大，相应的会显著改善 。推荐区域应尽可能接近手指接触按钮的有效区域。较小的按钮也可以工作，但会降低一定的灵敏度。同时，在按钮感应盘面积增加到一定程度后，增加面积几乎不能提高灵敏度，但容易干扰和降低灵敏度。

表1触摸按钮感应盘尺寸及等效电容参考

感应盘形状	最小尺寸	典型尺寸	最大尺寸	等效电容(参考值)
圆(直径)	4mm	10mm	25mm	4 ~ 6pF
四边形	4mm * 4mm	10mm * 10mm	25mm * 25 mm	4 ~ 6pF
八边形	4mm * 4mm	10mm * 10mm	25mm * 25 mm	4 ~ 8pF
滑动条	8mm * 8mm	12mm * 12mm	25mm * 25 mm	6 ~ 8pF（单个）

2.2 布局与走线

2.2.1布局参考

触摸按钮不仅可以完成普通的独立按钮，还可以通过相应的布局形成滑动条或圆盘滚轮触摸，如图2所示.2显示。一般来说，按钮相邻。如果间距太小，很容易一次触发多个按钮，建议间距大于4mm，同时，可以根据感应盘的大小适当增加一些间距。

图2.按键布局设计

2.2.2走线设计

触摸按键与处理器之间的走线的长度会增加并联电容，从而降低触摸检测的灵敏度。通常在走线时应注意以下几个方面。

（1）长度

接线时，应尽量将触摸按钮缩短到处理器，以降低元件与接线耦合的风险。建议接线长度小于100mm。

（2）宽度

接线宽度也会增加触摸按钮的感应电容，同时也会增加与其他元件的耦合。因此，在设计中，接线宽度应为制板工艺的最小线宽。通常，双面板应尽可能使用5~8mil线宽，单面板10~15mil的线宽。

(3)避免与其他信号线平行

禁止接近触摸按钮的接线IIC或SPI等待通信线，因为通信线的频率会影响触摸按钮的性能。如果必须靠近通信线，应将两者放置在不同的层，并确保垂直交叉或有一定的间隔。同时，相邻按钮之间的接线间距至少应为1mm以上。

图2.3.通信线路正误参考

（4）铺地

触摸按钮感应盘底部正下方不铺地。如果需要铺地隔离，一般采用网络铺地，触摸感应盘及其引线及其引线GND距离应大于3mm。

2.3电源

触摸检测是通过测量电容的微小变化来测量电源的纹波和噪声，并注意避免电源串入的外部强干扰。特别是在电磁炉和微波炉中，必须能够有效地隔离外部干扰和电压突变，因此对电源的稳定性有较高的要求。

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