电容式感应触摸开关设计笔记
电容式触摸传感器在智能手机的触摸按键布局设计
电容式触摸传感器在智能手机的触摸按键布局设计在本系列文章的第1部分中，我们不仅探讨了机械按键用户界面与电容式触摸传感器用户界面的差异，而且还讨论了步骤1（设备的外观与质感）以及步骤2中的原理图设计部分。
第2部分，我们将介绍将机械按键替换成电容式感应按键时所需的设计布局。
此外，我们还将举一个应用实例。
步骤2：布局：对于电容式传感器设计方案而言，布局非常重要，因为传感器很容易受外部噪声影响。
每个布局都必须针对特定应用创建，因此布局辅助工作通常着眼于提供建议。
所以，一般很难一开始就给出理想的设计。
在设计任何电容式传感器布局时，开发人员必须考虑的重要参数包括：●传感器尺寸：传感器尺寸取决于覆盖层厚度。
覆盖层越厚，传感器就越大。
考虑到较小按键对触摸不够敏感，而较大按键对触摸太过敏感，这都是我们不想要的，因此要优化按键尺寸。
●寄生电容（CP）：传感器的PC电路板迹线的固有电容叫寄生电容。
大传感器CP可使其更难感应传感器电容的微小变动，从而可降低灵敏度。
电容式感应布局应将传感器CP 保持为最小。
●迹线长度：较长的迹线长度可增大传感器的CP，从而可降低传感器灵敏度。
此外，长迹线还会像内部天线一样，降低传感器的抗噪性。
●功耗：传感器CP是影响器件功耗的主要因素之一。
较大的传感器CP可增大传感器因此而必需扫描的时间，导致整体功耗上升。
要降低功耗，传感器CP必须保持最小。
一次成功优化所有这些参数并非小事。
为了避免布局重新设计的多次反复进行，电容式感应技术厂商提供了各种高级工具来简化该流程。
例如，赛普拉斯提供的设计工具套件就是一款这样的工具，可帮助开发人员纠正布局设计。
此外，它还可帮助各团队避免不太容易发现的错误，这些错误的消除可能非常耗时耗力。
该设计工具套件是EZ-Click软件工具的一部分，可帮助配置MBR器件。
电容触摸感应开关原理
电容触摸感应开关原理
电容触摸感应开关是一种利用电容原理实现触摸操作的开关。
它的工作原理是基于人体电容的变化来实现开关的状态转换。
当没有触摸开关时，电容触摸感应开关的电路处于断开状态，输出电压为低电平或悬空状态。
当有人触摸开关面板时，人体电容会与开关面板形成一个电容耦合。
由于人体电容的存在，开关面板的电容值会发生变化。
当有人触摸开关时，电容触摸感应开关的电路将会接通，输出电压会发生变化。
这是因为当人体触摸开关时，电路中的电流从电源端流向人体，然后流回地端。
由于人体是导电体，电流可以通过人体流动。
这个过程中，电容传感器会测量到电流的变化，并反馈给电路。
根据电容传感器测量到的电流变化，电容触摸感应开关可以判断出是否有人触摸开关，并输出相应的信号。
当电容触摸感应开关检测到有人触摸时，输出电压会变为高电平，并完成开关的闭合操作。
反之，当没有人触摸开关时，输出电压会恢复为低电平，开关会保持断开状态。
电容触摸感应开关的工作原理基于电容的感应性质和人体的导电性质，通过测量人体与开关之间的电容变化来实现开关的触摸操作。
这种开关不需要物理按下，只需要轻触开关面板即可实现触摸操作，因此在触摸屏、电子设备和家庭开关等领域得到了广泛应用。
触摸芯片按键触摸应用开发笔记
触摸芯片按键触摸应用开发笔记
触摸按键应用原理
当有人体手指靠近触摸按键时，人体手指与大地构成的感应电容并联焊盘与大地构成的感应电容，会使总感应电容值增加。
电容式触摸按键IC在检测到某个按键的感应电容值发生改变后，将输出某个按键被按下的确定信号。
灵敏度调节
灵敏度电容值范围：1nf-47nf；触摸电容值越大越灵敏，反则灵敏度越小
pad触摸盘面积越大灵敏度越高，越小灵敏度越低
触摸盘上面的绝缘面板越厚灵敏度越低，越薄越高
灵敏度不宜调节过高，能实现功能就行，过高容易有误触发，灵敏度尽量低稳定性更好
若为触摸盘直接接受触摸则灵敏度可以调的很低，若中间需要贯穿绝缘体则灵敏度需调节较高
触摸灵敏度调节到最高可以隔空4-5mm触发按键
触摸盘的大小应该与触摸接触点的面积一样大为佳
防干扰注意事项
芯片电源供电需要采用稳压滤波等电路来防止交流纹波干扰，如果VDD供电有较大幅度的跳变会影响触摸稳定性，出现误触发等问题，纹波尽量小于110mv
触摸盘上的绝缘体应互相紧密结合，不宜隔空，绝缘体不宜参入金属导电材质
触摸引脚与触摸盘之间一般会串联一个1k电阻，可以减少电波干扰
触摸按键到触摸芯片的走线应该越短越好，太长影响灵敏度
连线尽量细不要绕远，走线和触摸芯片底部不要穿叉其它信号线，特别是大电流线，否则会非常影响稳定性，出现误触发等问题。
触摸按键之间以及与其它元器件间，距离不宜过近，不少于4mm 调试时出现的问题
一上电就有触摸键出现误触发，上电电源不稳定受到影响，然后在软件加长上电延时就没有再出现了
当PCB板没有合理布好，或者触摸引线周围太近，灵敏度较高时会影响整个触摸效果，而把灵敏度调低又不会有问题。
电容感应触摸感应器的设计
电容感应触摸感应器的设计目 录1触摸感应器设计介绍 (2)1.1简介 (2)1.2自耦电容和互耦电容类型的感应器 (2)1.3方向分类 (2)1.4重要定义 (3)2基本的设计要求 (5)2.1电荷转移 (5)2.2元件选择 (6)2.3材质 (7)2.4靠近发光二极管 (9)2.5ESD防护 (10)3自耦的无方向感应器 (11)3.1介绍 (11)3.2平面感应器 (11)3.3地负载 (12)3.3非平面结构 (15)4互耦的无方向感应器 (19)4.1简介 (19)4.2平面结构 (19)4.3非平面结构 (27)5自耦的单方向感应器 (31)5.1简介 (31)5.2基本规则 (31)5.3典型的空间插值方式 (32)5.4典型的电阻插值方式 (34)6互耦的单方向感应器 (37)6.1简介 (37)6.2基本规则 (37)6.3典型的空间插值结构 (37)6.4典型的电阻插值方式 (43)7双方向感应器 (46)这篇设计概要的翻译，是为了配合库文件的设计。
目前电容感应触摸越来越多地应用到各个领域，希望这篇文档在按键的设计方面能为大家提供参考和帮助。
阿布猪 2009.07.08于首发，转载请注明出处。
1触摸感应器设计介绍1.1简介在设计触摸感应器的时候，有许多问题需要做出妥善的选择，比如产品结构中的材料，以及机械部分和电子部分的组装关系等等。
而这些问题中最关键的是设计实际的感应器（键/滑条/滚轮/触摸屏）和用户的接口部分。
感应器的设计是一种“黑箱技术”，感应电极和周围电场环境的分布参数只能大略上近似为集总的。
但是，按照一定的原则进行感应器的设计，可以实现一些适应性比较强并且具有相当的实用性和一致性的方案。
本设计指导旨在说明一些基本的规则，以便在PCB 或其它材质上建立感应电极。
当然本文并不能涵盖全部的感应电极设计方法，但它提供了一个基本的建立感应触摸应用的方法和不错的起点。
用户应参考QTAN0032 获得更多的电容感应按键设计的信息。
触摸开关的设计原理
触摸开关的设计原理
触摸开关是一种使用人体的电容来感应和控制开关状态的装置。
其设计原理主要包括以下几个部分：
1. 电容感应：触摸开关的导电板（也称为感应板）上覆盖了一个绝缘层，当人体接近导电板时，人体和导电板之间会形成一个电容，而人体作为一个导体，具有一定的电容值。
触摸开关会通过电容感应技术检测人体与导电板之间的电容值。
2. 信号放大：触摸开关会将感应到的微弱电容信号放大，以便后续电路可以正确地接收和处理这个信号。
3. 边界判断：触摸开关会设定一个电容值的阈值，当检测到的电容值超过这个阈值时，触摸开关会判断为有人接触。
4. 控制回路：当触摸开关检测到有人接触，并且超过了阈值，触摸开关会触发控制回路，以实现开关的开启或关闭。
控制回路可以采用晶体管等电子器件来实现，并通过控制电流的导通或断开来控制开关的状态。
需要注意的是，触摸开关的感应距离一般较短，需要人体与导电板非常接近时才能触发。
同时，触摸开关的导电板表面一般采用绝缘材料进行覆盖，以避免因为静电等原因导致误触发。
美的内部资料—基于QT1080的电容感应式触摸按键电路设计指引.
美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-2008美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-2008基于QT1080的电容感应式触摸按键电路设计指引（发布日期：2008-11-08）1 范围本标准对电容感应式触摸按键电路的电路原理，各器件的参数计算选择，相关技术要求和实际使用中的设计方法等有关问题进行了阐述和规定。
本标准适用于美的家用空调国内事业部的电控系统中，使用QT1080芯片的电容感应式触摸按键电路的设计。
2 电容感应式触摸按键（简称：触摸按键）介绍基于QUANTUM公司的触摸按键芯片QT1080，利用了克希荷夫电流定理，检测电极中等效电容的电荷。
当人，或者导电体接触到电极，会有大量的电荷转移，芯片通过检测电荷变化，完成检测是否有人触摸。
3 工作原理3.1 触摸按键芯片QT1080功能介绍8个独立按键。
3.1.1 最多支持检测3.1.2 可进行低功耗模式设置。
3.1.3 在工作中不需人为调整，自动根据环境变化调整检测范围。
美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-2008 3.1.4 每个按键都可以设置成直接开关量输出，或者BCD码输出。
3.1.5 工作电压：2.8V~5V3.1.6 相邻按键抑制(AKS)功能。
3.1.7 展频脉冲方式以达到最大噪声抑制。
3.2 芯片管脚分配（48-SSOP封装）芯片管脚分配见右图。
管口类型说明：I：CMOS输入I/O：CMOS 输入和输出O：CMOS推挽输出OD：CMOS开漏输出O/OD：CMOS推挽或开漏输出（可选择）3.3 芯片管脚功能定义美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-2008美的家用空调国内事业部设计规范规范编号：QMN-J33.235-20083.4 应用原理图QT1080有两种工作方式：简易模式和完整模式。
我司现在使用的都是简易模式。
与完整模式相比，简易模式元器件数量少，电路简单，功能满足现阶段美的功能要求。
两种电容式触摸按键电路设计要点
两种电容式触摸按键电路设计要点发布时间：2022-09-13T11:19:45.931Z 来源：《中国科技信息》2022年第5月9期作者：胡浩然宋志忠[导读] TS08N/NE和CAP 1298是家用电器显示板常用的两款电容式触摸芯片胡浩然宋志忠珠海格力电器股份有限公司广东珠海 519000摘要：TS08N/NE和CAP 1298是家用电器显示板常用的两款电容式触摸芯片。
前者引脚较多，电路设计复杂、成本高，但是软件开发工作量较小；而后者引脚较少，电路设计简单、成本低，但是需要进行一定的软件开发。
两种设计方案均存在一定的设计难度。
本文作者在大量工程实践的基础上面，提炼出了相关设计要点供大家参考。
关键词：TS08N/NE CAP 1298 电容式触摸芯片显示板Key points of design of two capacitive touch key circuitsHu Haoran ?Song ZhizhongGree Electric Appliances, Inc.of Zhuhai Zhuhai Guangdong 519000Abstract: TS08N/NE and CAP 1298 are two capacitive touch chips commonly used in display boards of household appliances. The former has more pins, complex circuit design and high cost, but less software development work; The latter has fewer pins, simple circuit design and low cost, but requires certain software development. The two design schemes have certain design difficulties. Based on a large number of engineering practices, the author has extracted the relevant design points for your reference.Keywords: TS08N/NE,CAP 1298,Capacitive Touch Chip, Display Board1 引言目前市场上供家用电器使用的触摸芯片种类繁多，如何对触摸芯片进行合理选型，需从多方面考虑，比如：触摸按键的通道数、触摸按键的灵敏度、触摸按键的可靠性、控制器成本等。
TCH系列电容感应式触摸IC设计参考
2、 TCH08D 芯片灵敏度设定脚 SL1-SL4 哪个调节幅度最大？ 答：TCH08D 的 SL1-SL4 脚的接发分接地和悬空 2 种状态，接地灵敏度低，悬空灵敏度高。SL1、SL2、 SL3、SL4 的调节幅度分别为 2、4、8、16。可以参考附表一可以得到通俗的理解。
S2：2阶灵敏度调整 S1：1阶灵敏度调整
计算电压时候需要考虑IC内部导通电阻大约500欧姆
接地灵敏度低，悬空高
K7
+3. 3 V
K6
U1
C
1 OSL
SL4 28
C
K5
2 I7
SL3 27
S3
K4
3 I6
SL2 26
S2
K3
4 I5
SL1 25
S1
5 I4
DV 24
K2
6 I3
Q7 23
7 I2
Q6 22
附图二：
1
2
应用矩阵模式可以实现同主系统A/D接口通讯
D
A/D口读取按键原理图1
3
4
应用2个A/D口可以读8个KEY的信息。
如果2个KEY同时按，
输出电压为2个KEY电压其中较高电压 ！
所以：KEY的优先级别为：K6>K4>K2>K0
D
根据此原理用户也可以重选电阻值，以获得其他电压输出！
S3：3阶灵敏度调整
R6 3.60K
R4 3.60K
K7 --- 3.15V
AD1
K5 --- 2.34V
K3 --- 1.86V
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如何设计电容式感应触摸开关
电容感应式触摸开关，需要稳定的单火线电源处理以及稳定可靠的触摸感应芯片，做到防误触发、防各种电磁干扰、负载干扰、环境干扰、甚至需要防水防尘等智能触摸开关功能的要求。
1、电容式传感器的基本原理
电容传感技术为开发人员提供了一种互动的全新方式，在设计一个电容感应触摸开关时，需要考虑许多不同的因素。
从以往的使用经验来看，在各种不同的工作条件下，开关的灵敏性必须与多种情况兼容。
在设计电容感应式触摸开关PCB触点图形时，各种不同的排板设计对开关灵敏度的影响，包括电容式传感技术如何使器件具有更高的可靠性及管理电容式传感技术的控制器如何通过提供更多功能为客户带来增值服务和降低维护成本。
机械开关比较容易磨损，甚至磨坏产品外壳，导致缺口或裂口处侵入污染物。
电容式传感器就不会发生损坏产品外壳的情况，也不会出现缺口粘连物，更不会出现磨损。
因此，采用这种技术的开关器件是替代多种机械开关产品的理想选择。
如下图所示，电容式开关主要由两片相邻的电路极板构成，而根据物理原理，两片极板之间会产生电容。
如果手指等导体靠近这些极板，平行电容（parallelcaPACi-tance）就会与传感器相耦合。
将手指置于电容传感器上时，电容量会升高；松开手指，电容量则会降低，通过测量电容量就可以判断手指的碰触。
电容式传感器由两片电路极板及相互之间的一定空间所构成。
这些电路极板可以是电路板的一部分，上面直接覆盖绝缘层，当然，也可以使极板顺应各种曲面弧度。
构建电容式开关的要素包括：电容器、电容测量电路系统、从电容值转换成感应状态的局部智能装置。
典型的电容式传感器电容值介于10-30pF之间。
通常来说，手指经由1mm绝缘层接触到传感器所形成的耦合电容介于1-2pF的范围。
越厚的绝缘层所产生的耦合电容越低。
若要传感手指的碰触，必须实现能够检测到1%以下电容变化的电容传感电路。
增量求和调制器是一种用于测量电容的高效、简单的电路，下图给出了典型的拓扑结构。
相位开关使传感器电容向积分电容中注入电荷。
改电压持续升高，直到大于参考电压为止。
比较器转换为高电压，使放电电阻器开始工作。
在积分电压降至参考电压以下时，该电阻器停止工作。
比较器提供所需的负反馈，使积分电压与参考电压相匹配。
2、传感器充电电流
在第一阶段，传感电容（Csensor）的充电达到供电电压水平；在第二阶段，电荷被传输至积分电容（Cint）。
反馈使积分电容上的电压接近参考电压（Kvdd）的值。
每次启动该开关组合都会传输一定量的电荷。
对于下式显示的充电电流而言，电荷传输的速度与开关频率(fc)成正比。
3、放电电流
放电电流通过电阻实现。
在比较器高电压时，会启动开关以连接至放电电阻。
比较器按一定比例在高、低压间循环，以使积分电容电压等于参考电压。
可将比较器为高电压时的百分比定义为“DensitYout”，仅在这部分百分比的时间段。
有关电流的计算为
在稳定状态下，充电电流与放电电流必须匹配。
设置IC使其与ID相匹配，则得到
传感器电容与密度成正比。
已知采样频率、放电电阻以及参考电压（VDDK）,只需测量密度就能算出传感器的电容。
可使参考电压与供电电压成正比，这样供电电压就对电容/密度的计算结果没有影响了，这也使得该电路对于电源具有较强的抗波动能力。
数字电路用于检测密度，下图给出了这种电路的范例。
该脉冲调制器(PWM)可控制密度输入至计数器(enablegate)，如果PWM的脉宽为”m”周期，假设在这段时间中计数器积累了”n”个采样，那么密度则为n/m；如果PWM的脉宽为100个周期，就会得到1/100的分辨率，这个时间在扩大10倍，则得到1110000的分辨率。
观测的周期数越大，分辨率也就越高。
触摸传感器电容开关不带任何机械部件，并能轻松顺应曲面应用的要求，因而，能够成为当前各类产品应用的理想技术。
利用动态再配置功能，可以实现硬件的重复使用，在不增加额外成本的情况下，实现更多的系统功能。
4、对开关灵敏度的影响
光有一个触摸感应开关是不能使用的，除非系统能可靠测定开关所处的状态。
使用机械开关来实现电气连接是没有问题的，如果机械开关能合理地连接，那么能正确地决定开或关的状态。
使用感应触摸开关时，开关所处的状态有时很难明显界定。
电容感应式触摸开关在实际应用时，可能会出现：当使用者的手指在碰到触摸开关时，触摸感应开关端的电容还没有充分地充电而手指已经离开了触摸点，那这时开关的状态处于何种状态呢因此，当手碰触时，为了增加检测开关的可靠性，使电容充电最佳化，下列几项内容对充电电容的性能参数影响较大。
（1）尺寸、形状和PCB上的开关放置位置；
（2）连接在PCB和使用者手指之间的材料；
（3）连接到开关与MCU之间连线参数。
上述这些条件，对触摸式感应开关的灵敏度都有直接的影响，因此，必须正确设计感应开关。
5、触摸感应开关的PCB图形
为了获得“开关电容PCB图形”，下图给出了触摸感应开关的12种PCB设计图形。
这些感应开关的形状与尺寸，我们将其排列成三列（A-C）、四行(1-4)，其中A列与C列的尺寸是20mm X 20mm，B列的尺寸是15mm X 15mm。
A列与B列具有不同的尺寸，但是，走线和距离是相同的；B列与C列也具有不同的尺寸，但是，它们的走线和间隔是按比例增加的。
下表给出了不同尺寸与不同形状的PCB图形具有不同的感应电容值。
对于触摸感应式开关来说，一个好的开关应具有好
的灵敏度和高的感应电容值，因此，这样可将走线的寄生电容与电感的影响降到最低，对开关的影响最小。
比较下与图下表中数据可知，A列与C列的PCB图尺寸相同，但容量却不同，这是因为在A列与C列的PCB图形中，在相同的20mm X 20mm外框包围中其内部的走线密度不同所致。
比较A列与B列可知，其感应电容量不同是由于其尺寸不同所致。
在设计触摸感应开关电容时需要考虑两个主要因素，一个是开关电容的尺寸，另一个是其形状，当然与触摸开关上面链接的材料特性和厚度也是有关系的。