触摸按键设计参考与问题总结

一、概述

随着电容式触摸按钮在外观美观、使用寿命等方面优于传统机械按钮，电容式触摸按钮的应用越来越广泛，包括家电、消费电子、工业控制和移动设备。本文介绍了电容式触摸按钮的基本工作原理和材料选择。

二、工作原理

感应电容存在于任何两个导电对象之间。一个按钮，即一个焊盘和地球，也可以形成一个感应电容。当周围环境不变时，感应电容值为固定的小值。当人体手指靠近触摸按钮时，人体手指与地球并联焊盘和地球的感应电容会增加总感应电容值。电容式触摸按钮IC在检测到按钮的感应电容值发生变化后，输出按钮的确定信号。电容式触摸按钮对各种干扰更敏感，因为没有机械结构，所有检测都是电量的小变化。因此，触摸按钮设计、触摸面板设计和触摸IC所有的选择都很关键。

三、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、导电墨、导电橡胶、导电玻璃ITO层等。无论使用什么材料，按钮感应盘都必须紧贴在面板上，中间没有空气间隙。当使用平顶圆柱弹簧时，触摸线与弹簧连接处PCB，镂空铺地的直径应略大于弹簧的直径，以确保即使弹簧被压缩PCB板上，也不会接触铺地。

2、触摸PAD形状

原则上可以做成任何形状，中间可以留孔或镂空。边缘光滑的形状可以避免尖端放电效。圆形和正方形通常用于应用。

3、触摸PAD面积大小

按钮感应盘面积大小：最小4mm×4mm，最大30mm×30mm。实际面积的大小取决于灵敏度的要求，面积与灵敏度成正比。一般来说，按键感应盘的直径要大于面板厚度的4倍，并且增加电极的尺寸可以提高信噪比。各感应盘的形状和面积应相同，以确保灵敏度一致。通常在绝大多数应用程序中，12mm×12mm最好不要低于典型值10mm×10mm。

4、触摸PAD之间距离

各个触摸PAD间距应尽可能大(大于5)mm），这可以减少电场之间的相互干扰。当使用时PCB铜箔做触摸PAD时，若触摸PAD近距离(5)mm～10mm），触摸PAD必须用铺地隔离。假如每PAD如果距离较远，应尽可能隔离铺地。适当拉大触摸PAD间距有助于提高触摸灵敏度。

5、触摸PAD走线

在工艺允许的情况下，走线应尽可能细LED如果驱动线交叉，尽量90度交叉，避免近距离平行。尽可能避免过孔。高速信号线同样尽量远离触摸传感器走线，如果有交叉，尽量垂直交叉，地线与高速信号线耦合，避免高速信号线与触摸传感器线耦合。

四、选择触摸面板

1.触摸面板材料

玻璃、聚苯乙烯璃、聚苯乙烯、聚乙烯等绝缘材料（pvc）、尼龙、树脂玻璃等，按键正上方1mm内部不能有金属，触摸按钮50mm内部的金属必须接地，否则金属会影响按钮的灵敏度。在生产过程中，必须使用绝缘涂层来保持面板的材料和厚度不变。覆盖层的厚薄是影响触摸按键效果的重要因素，覆盖层过厚会影响电容变化率，建议在条件允许的情况下尽可能薄，建议不得超过 3mm，在覆盖层比较厚的情况，可以在触摸按键上方开槽填充导电泡沫和垫片等材料。高介电常数的覆盖材料比低介电常数更灵敏，但高介电常数的覆盖层更容易引起串扰，特别是当触摸传感器靠近时。尽量避免覆盖层和触摸按钮之间的空气，否则介电常数会大大降低，1mm 气隙会导致灵敏度下降 1/4~1/2，如量使用粘合剂将覆盖层和PCB 粘合好。如果触摸按钮之间的距离太近，可以考虑在相邻触摸按钮在相邻触摸按钮槽，以避免串扰。一般情况下，不建议使用导电覆盖层。

2.触摸面板厚度

面板厚度通常设置为0~10mm之间。不同的材料对应不同的典型厚度，例如亚克力材料一般设置在2mm～4mm普通玻璃材料一般设置在3之间mm～6mm之间。

3、双面胶

触摸按键PCB用双面胶粘接触摸面板，取双面胶的厚度0.1～0.15mm比较合适，推荐使用3M468MP，其厚度0.13mm。要求PCB由于空气没有空气，因为空气的介电系数是1，与面板的介电系数差异很大。空气对触摸按钮的灵敏度有很大影响。因此，双面胶和面板、双面胶和面板PCB粘接是触摸按钮生产装配的关键工序，必须保证质量。

PCB粘合双面板，PCB装配双面胶和面板时，应使用定位夹具。装配完成后，应手动或用夹具压紧。为了保证PCB板与板之间没有空气，需要在双面板上开孔和排气槽，并且与PCB上孔配合。设计夹具时，重点按下按钮部位，确保感应部位无空气。

五、触摸IC选用

目前，世界知名的电子元器件供应商已经增加了电容式触摸按钮IC在应用研究中，推出了许多专业芯片（以下简称触摸芯片），也有许多基于MCU集成类的IC，设计师有很大的选择空间，可以根据功能要求和芯片的性价比来选择适合设计要求的IC，也可以自己设计MCU的A/D口实现触摸IC。

六、触摸过程中的问题点和解决方案

1.按键误触

原因分析:(1)灵敏度过高 (2)静电干扰 (3)按钮之间的串扰

解决办法：

(1)硬件处理方法

遵循硬件设计标准，适当调整硬件设计。

a、首先考虑硬件调整，如按钮间距、引入气隙等，然后考虑调整阈值（即触摸芯片旁边的灵敏度电容器）。

b、减少电源引起的干扰

• 电容效滤波，减少共模干扰，电源与地平行走线，尽量拉等宽等距线。

• 电源与地平行走线需先经过104 电容（ 104 尽量靠近电容 IC ）再到MCU的 VDD，VSS 脚，这样过滤掉 EFT 高频干扰频干扰非常有效。

• 电源处理 PCB 接地时，由于与人体形成共地回路，触摸效果优于不接地时。尽可能高 VDD 供电。如果没有覆盖层，需要考虑 ESD。

• 如果条件允许，尽量触摸IC单独供电。

c、触摸PAD到MCU触摸管脚的布线应尽可能短和细(建议7~10mil），长度越短越好，以确保信号的稳定性。同时，主动屏蔽可以减少各按钮之间的串扰、寄生电容器等接线干扰。建议主动屏蔽线在按钮周围的接线宽度不小于 1mm，建议屏蔽线与按钮之间的间距 2～3mm。屏蔽线的宽度可以与连接线保持一致，间隔可以缩短到 0.5mm。

d、覆盖板厚度越大，触摸灵敏度越小，信噪比越低。PAD面积越小，感应范围越小，覆盖板要求越薄。 触摸面板材料应绝缘或非导电。与触摸PAD直接接触的外壳材料，避免使用金属及含碳等导电质。

(2)软件处理方法

触摸按钮将不可避免地引入抖动和噪音MCU在资源允许的情况下，引入软件二次处理，软件处理方法较多，根据不同现象选择不同的软件处理方法。

• 增加软调试接口，使每个按钮的防抖时间可调，灵敏度可控。

• 脉冲噪声(针对毛刺)可用压摆率限流器滤波器。

  压摆率限流器滤波器——SRL 当新测量值高于当前值时，更新当前值 一、若新测量值 如果小于当前值，则更新当前值-1。这种滤波器需要更高的采样率。

• 针对工频干扰的工频平均采样平均法。

  工频周期采样平均-如果每个工频周期采样次数设置为10次，则每2次使用定时器ms触发 单个或多个通道一次采样，采样结果累计取平均值。

• 数字滤波器 。

2.按钮没有反应。

(1)原因分析:灵敏度过低

(2)解决方案:

• 硬件处理：考虑调整阈值，但更重要的是遵循硬件设计标准。

• 软件处理：增加软调试接口，减少每个按钮的防抖时间，控制灵敏度。

七、总结故障处理

• 按键串扰-首先考虑硬件调整，如按键间距、引入气隙等，其次考虑调整阈值；

• 脉冲噪声-最佳处理方法是软件方法，压摆率限流器滤波简单有效。

• 按钮无反应-调整阈值，更重要的是遵循硬件设计标准。

• 按钮突变-处理方法包括抖动和阈值调整。