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。Vt=0 ，最大充电电流值等于V1/R 。随着电容C两极上电荷的积累， Vt电阻R上的电压逐渐增加，电阻R上的电压逐渐增加Vr=V1-Vt ，充电电流(V1-Vt) /R。随着时间的增加，电流逐渐减少， Vt直到 V1=Vt、i=0 (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。

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

短路后，电容C开始放电，公式为：

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C 。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C 增加，充放电周期就变长，频率则相应降低。

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中，很多硬件元器件如电容、电阻、LED、连接头等都会增加触摸按键的寄生电容，即使是无关的走线也有可能与感应元件产生耦合，从而降低触摸按键的灵敏度。因此在设计PCB时必须仔细检查和优化整个布局走线。

2.1 按键的形状与尺寸

2.1.1形状

如图2.1所示，任何形状都可用于触摸按键在PCB上的设计，并不影响触摸的性能，仅于板子的美观程度有关。

                        图2.1按键形状

2.1.2尺寸

通常情况下，按键感应盘越大，与手指接触的面积越大，相应的也会显著提升C 。推荐面积应尽量接近手指接触按键的有效面积。较小的按键也可以工作，但会降低一定的灵敏度。同时，按键感应盘的面积增大到一定程度后，接着增加面积几乎不能带来灵敏度的提升，反而容易受到干扰降低灵敏度。

表1触摸按键的感应盘尺寸和等效电容参考