電容式觸控電路設計的七個步驟

　    圖1是電容式感應技術原理示意圖。

　　圖1 技術原理示意圖

　　電容式感應技術由于具有耐用、較易于低成本實現等特點，而逐漸成為觸摸控制的首選技術。此外，由于具有可擴展性，該技術還可以提供其它技術所不能實現的用戶功能。在顯示屏上以軟按鍵方式提供用戶界面，這通常被稱為觸摸屏。

　　觸摸輸入滾動/指示功能器件，例如iPod音樂播放器上的點擊式轉盤，這類器件在消費市場已經獲得廣泛的認可，正在逐漸出現在更多的消費設備市場。有兩種基本類型的滾動器件：第一種是絕對報告類型，提供直接位置輸出報告;另外一種是相對類型，這類器件提供用來增加或減少某個值的直接報告。

　　使用電容式感應的IC設計感應開關電路板與其它電路的開發(fā)流程略有不同，因為電容式開關的設計上會受到機構與其它電路設計上的影響，會有比較多的調整程序，所以需要一個比較復雜的開發(fā)流程，現就以出道較早且具有代表性的“Quantum ”產品的開發(fā)流程及要點介紹給大家，希望對需要的朋友有所幫助。下圖是開發(fā)流程圖：

　　1.機構設計

　　a.面板的材質必須是塑膠，玻璃，等非導電物質。

　　b. 在機構設計階段同時也必需設計操作流程，以選擇合適的產品，如果是按鍵的產品，要考慮是否有復合按鍵的設計，或是綜合滑動操作及按鍵操作等，如果是以滑動操作的產品，就必須考慮是否需要切割出按鍵。

　　c.由於感應電極與面板接觸點之間不能有空隙，所以機構設計上必須考慮將感應驗路板直接黏貼在外殼面板的內側，以及考慮面板的組裝方式。

　　d.同樣的，感應電極與手指之間不能有金屬層夾在中間，所以面板上不可以有金屬電鍍及含金屬超過15%的噴漆等會形成導電層的設計。

　　e.如果必須電鍍或高金屬含量漆，請在按鍵區(qū)域的邊緣保留一圈不要電鍍或噴漆，用以隔絕其他感應開關。

　　 f.如果面板是有弧度而非平面，可以利用軟板、彈簧、導電橡皮等導電物將感應電極延伸到面板上，并在面板內側制造出感應電極，如果面板與感應電極之間有空隙也可以用這個方式填補空隙，或加厚感應電極區(qū)域的面板。

　　g.機構設計的外殼厚度會影響感應電極的大小，所以必須先完成機構設計，才能接續(xù)開發(fā)流程。

　　h.如果感應電路板後面有大片金屬或電路板，必須保留若干空隙，以避免靈敏度降低或干擾感應電極，如果是金屬板，金屬板必須接地，空隙保留至少0.3mm以上，如果是電路板，盡量減少高頻電路經過，并保留至少1.0mm的空隙。

　　i.有上述狀況的感應電路板，雖然保留了足夠的間距，最好能將感應電極再加大，以利後續(xù)調整靈敏度的步驟。

　　j.感應電極可以用電路板銅箔來做，亦可以采用FPC軟性電路板，ITO蝕ORGACON(CARBON)印刷等導電物質。

　　2. 決定感應電極的尺寸

　　a. 依照機構設計的面板厚度決定感應電極的最小尺寸，面板厚度1mm時感應電極最小3mm直徑的圓，面板厚度7mm時感應電極最小10mm直徑的圓，在機構及電路板空間的允許下盡量將感應電極加大。

　　b.感應電極最小不可以小於1/3個手指的面積。

　　c.注意感應電極附近是否有金屬螺絲或鐵板等大型金屬物，如果有，必須將金屬物接地，并再加大感應電極的面積，以避免靈敏度降低。

　　d.如果在感應電極中開孔加裝LED，必須加大感應電極以彌補開孔所損失的面積，所以增加的感應電極面積至少必須相等於開孔的面積。

　　e. 感應電極可以是任何形狀，但是盡可能采用圓形或方形，如果必須利用所有的空間來增加感應電極的面積，盡量避免將感應電極設計成狹長的形狀。3. 感應電路板電路設計及布線

　　a.電路設計以IC規(guī)格書內的范例電路為基礎即可。

　　b.必須利用穩(wěn)壓IC(VOLTAGE REGULATOR)來確保QUANTUM IC的電源是乾凈沒有雜訊的。

　　c. 感應電極附屬的電阻與電容要盡量靠近IC，如果是雙面板或是多層板，在電阻與電容的下方盡量避免通過高頻線路，鋪設地線，或是比較寬的線路。

　　d.如果是單層板，感應電極附近不要有高頻線路，其他線路也盡量遠離感應電極及其連線。如果選用的IC有AKS功能，請盡量采用此功能以減少鄰近的感應電極互相干擾。

　　e.如果沒有開啟AKS功能，在感應電極及其連線之間加一條地線，也可以減少鄰近的感應電極之間的互相干擾，地線必須放置在鄰近的兩個感應電極的中央，線寬不要超過兩個感應電極間距的1/5，或是用地線將感應電極及其連線圍繞隔開，但是原則上圍繞的地線離的越遠越好。

　　f. 從感應電極的附屬零件到感應電極的之間的線路以最小線寬來鋪設即可，感應電極的連線與其他線路至少間距線寬的5倍以上，感應電極的連線與另一個感應電極的連線之間的距離則是越遠越好，最近距離為線寬的2倍以上。

　　g.如果無法達到連線之間的間距，最好在線與線之間用一條地線作隔離，用最小的線寬來鋪設地線即可，線距采用一般安全間距。

　　h.從感應電極的附屬零件到感應電極連線最長不要超過30cm，感應電極的的線路可以經過感應電極的下方，避免圍繞在其他感應電極的周邊。

　　i. 感應電極連線的下方盡量避免通過高頻線路，鋪設地線，或是比較寬的線路，如果難以避免，盡量以交錯通過，其他線路盡量不要與感應電極連線平行。

　　j.如果確實需要減少來自感應電極下方的干擾而需要鋪設地線的話，不要鋪設整片實體的地線，用網格狀鋪銅，網格1.27mm以上，格線用最小。

　　k. 人體的自然電容量約5pF～30pF之間，布線的最終原則就是不要超過人體自然電容量的最小值5pF。

　　4.測試電路板

　　a. 這個階段主要是測試電路板的布線是否正確，感應動作是否正常。

　　b.在此階段只需要大概的調整靈敏度，不需要精確調整，因為當電路板裝入機殼之後會再變化。

　　c.測試時必須特別注意電路板的放置，測試電路板不可以直接放在桌面上，也不可以在測試按壓時有晃動的現象，理想的測試環(huán)境是黏貼上面板或與面板相同厚度及材料的替代面板，再加上橡膠腳墊架高電路板，同時可以穩(wěn)固電路板。

　　d.測試的電路板必須沒有跳線，如果有跳線，必須是與感應開關電路無關的，而且不可以經過感應IC及其附屬電路，也不可以在感應電極附近。

　　e. 如果測試不良，進入Step 4-1確定不良原因，如果用手直接觸摸感應電極可以正常動作，可以確定為靈敏度不良。

　　f.如果感應開關會自動觸發(fā)，或觸發(fā)後很久才釋放，先檢查電源是否穩(wěn)定，如果電源是穩(wěn)定的則可能是過度靈敏，將Cs電容數值減少降低靈敏度再測試。

　　g. 如果是屬於布線不良或布線錯誤，回到步驟3重新布線。

　　h.只要將靈敏度調整到不會有不穩(wěn)定或不動作的現象就可以進入下一階段再調整靈敏度。

5.裝入機殼內

　　a. 感應電路板裝入機殼內測試是必須的步驟，可以是手工機殼，試模機殼最好是量產機殼，機殼外部的印刷及噴漆必須與量產時的漆料相同。

　　b.機殼內的組件必須齊全，最好其他電路板都已經安裝妥當，且可以接上電源工作，其他電路板工作正常與否無關緊要，只要可以測試按鍵動作即可。

　　c.測試階段可以用一般無基材雙面膠黏貼，但是正式量產建議采用3M 468MP或NITTO 818無基材雙面膠。

　　6.測試靈敏度

　　a.適當的靈敏度是手指輕輕接觸到面板，感應開關有動作發(fā)生，如果需要用很大的力氣按壓面板感應開關才有動作，或是手指還未接觸到面板感應開關就有動作，是屬於靈敏度不良的狀況。

　　b. Cs電容數值加大可以提高靈敏度，數值減少是降低靈敏度，必須注意，不同的IC會有不同的數值范圍限制，請參考IC規(guī)格文件。

　　c. 提高靈敏度并不等於增加感應距離，在設計初期一定要確定面板的厚度，感應電極的面積一定要足夠。

　　d. 個別的感應開關會因為位置的不同，受機構或其他元件的影響不同，所以靈敏度的調整是每一個感應開關個別進行的。

　　e.理想的靈敏度可以根絕感應開關的誤動作，增加ESD測試的耐受性。(已經測試通過25KV)

　　7.確定BOM

　　a. 到這個階段才能完全確定BOM并進入試產及量產。

　　b. 與感應相關的電阻及電容建議采用SMD元件，電阻沒有特殊要求，一般±10%誤差的即可，電容建議采用X7R誤差在±10%以內的元件。