觸摸按鍵現(xiàn)在的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍了，今天給兄弟們簡(jiǎn)單介紹下電容觸摸的入門(mén)知識(shí)。
1 概述
電容式觸摸感應(yīng)，是一種通過(guò)電容的變化來(lái)檢測(cè)手指接近或觸及觸摸表面的技術(shù)。通過(guò)電容式感應(yīng)， 機(jī)械開(kāi)關(guān)和旋鈕可替換為外觀(guān)雅致的按鈕、 滑條和滾輪,以解決：
1. 長(zhǎng)時(shí)間使用后磨損和可靠性降低
2. 前面板與按鍵之間存在縫隙，容易被水分滲透，而引起不良
3. 需施加力度才能觸發(fā)
4. 前面板開(kāi)孔會(huì)一定程度上增加成本
5. 按鍵形狀較為固定
電容觸摸技術(shù)支持按鍵，接近感應(yīng)，滾輪，滑條，觸摸面板5種傳感器類(lèi)型，支持多種覆蓋材料。具有功耗低，感應(yīng)技術(shù)強(qiáng)大穩(wěn)定，抗噪能力強(qiáng)，支持防水功能的特點(diǎn)。
2 基本原理
常見(jiàn)的電容觸摸傳感器如圖2-1所示，一般以PCB上的覆銅作為電極。結(jié)構(gòu)上，頂層會(huì)覆蓋非導(dǎo)電性的防護(hù)層，如玻璃或塑料，利用膠水和PCB粘連。另外傳感器周?chē)鷷?huì)覆有網(wǎng)格地。
基于所檢測(cè)電容的類(lèi)型，電容觸摸可分為自感型電容檢測(cè)（檢測(cè)單電極和地之間的電容值），互感型電容檢測(cè)（檢測(cè)雙電極之間的電容值）。
2.1 自感型電容檢測(cè)
以最簡(jiǎn)單的單按鍵為例，自感型電容的檢測(cè)示意圖如圖 2-2 所示，檢測(cè)模型如圖 2-3 所示。自感型電容利用覆銅形成的單電極（接收電極Rx），來(lái)檢測(cè)電極對(duì)地的電容變化。按鍵對(duì)地的初始電容為Cp，當(dāng)人手觸摸時(shí)，會(huì)給整個(gè)環(huán)路引入 Ct，Ch 與 Cg，從而使按鍵的對(duì)地電容增大。
說(shuō)明：實(shí)線(xiàn)表示實(shí)際走線(xiàn)，虛線(xiàn)表示非實(shí)際走線(xiàn)。灰色元器件表示等效電容或電阻。
Rh: 人體電阻。
Rs: 串聯(lián)電阻，推薦值為 470Ω。
Cp: 按鍵與所連導(dǎo)線(xiàn)的對(duì)電源地寄生電容。
Cg: 電源地與大地之間的電容。對(duì)于電池應(yīng)用，大約為 1pF。對(duì)于接地應(yīng)用為短路。
Ch: 人體與大地之間的串聯(lián)電容。
Ct: 電級(jí)與人指尖形成的電容，類(lèi)似于平板電容器結(jié)構(gòu)。
Cd: 人手與電源地形成的電容。
為便于分析，忽略 Rh，Rs 的影響。按鍵對(duì)地的等效電容如公式 1-1 所示。靈敏度可以表征為觸摸產(chǎn)生的電容變化與基礎(chǔ)電容之間的比，如公式 1-1 所示。其中由于 Ch 較于 Cg 和 Ct 較大，因此可忽略。在地平面較稀時(shí)，Cd較小，因此Cg+Cd可約等于Cg。
A: 手指與傳感器墊片覆蓋層的接觸面積。
d: 覆蓋層的厚度。
ε0: 空氣介電常數(shù)。
εr: 覆蓋層的介電常數(shù)。
由公式 1-2 和 1-3 可知，提高靈敏度的方法有：
1）減小蓋板的厚度，提高蓋板的εr從而提高Ct；
2）減小網(wǎng)格地的密度，或增加 PCB 的厚度，從而降低Cp；
3）由于Ct與Cg數(shù)量級(jí)相同，合理的將電源地與大地相連從而增加Cg；
4）合理的增大電極的面積，通過(guò)提高手指與傳感器墊片覆蓋層的接觸面積 A 來(lái)提高 Ct。
要注意，無(wú)法通過(guò)無(wú)限增大電極的方式來(lái)增加靈敏度。主要因?yàn)槠叫邪咫娙?Ct 的最大有效面積與手指觸摸面積相同，另外過(guò)大的電極面積無(wú)法增加觸摸信號(hào)強(qiáng)度，反而會(huì)增加Cp，導(dǎo)致靈敏度降低。
2.2 互感型電容檢測(cè)
如圖 2-4 所示，互感型電容利用覆銅形成的雙電極（接收電極 Rx，發(fā)送電極 Tx）來(lái)檢測(cè)兩電極之間電容的變化?；ジ行碗娙輽z測(cè)的最大特點(diǎn)是可以忽略按鍵對(duì)電源地的寄生電容 Cp 的影響。以最簡(jiǎn)單的單按鍵為例，互感型電容的檢測(cè)模型如圖 2-5 所示。當(dāng)人手觸摸時(shí)，CRT 變成兩個(gè) 2CRT，同時(shí)引入 CRTt，Ct，Ch 與 Cg。最終使雙電極間的電容減小。
說(shuō)明：實(shí)線(xiàn)表示實(shí)際走線(xiàn)，虛線(xiàn)表示非實(shí)際走線(xiàn)。灰色元器件表示等效電容或電阻。
CRTt: 手指觸摸引入的Rx和Tx電極之間的并聯(lián)電容。
CRT: Rx和Tx電極之間的電容，當(dāng)人手觸摸時(shí)，等效分為兩個(gè)容值2CRT的電容。
Tx 與 Rx 之間的等效電容如公式1-4所示。靈敏度可以表征為觸摸產(chǎn)生的電容變化與基礎(chǔ)電容之間的比，如公式 1-5 所示。
對(duì)于互感觸摸，提高靈敏度的主要方式為：
1）降低覆層的厚度；
2）增大 Tx 和 Rx 之間的間距。要注意雖然增大 Tx 和 Rx 之間的間距能夠減小CRT，提高檢測(cè)距離，變相地提高靈敏度，但如果手指無(wú)法同時(shí)覆蓋 Tx與 Rx，靈敏度反而會(huì)減小。
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于自感與互感型電容檢測(cè)，手指觸摸產(chǎn)生的電容變化均在 1pF 左右。但自感的 base 電容（觸摸前的電容值）一般會(huì)高于互感的 base 電容。因此相對(duì)來(lái)說(shuō)互感的靈敏度更高，但也更易受噪聲的影響。
從應(yīng)用的角度來(lái)看，自感型方案由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用的更廣，而互感型方案更多的用于矩陣按鍵，以使支持的按鍵數(shù)遠(yuǎn)超過(guò)電容觸摸的 IO 口數(shù)（自感型按鍵數(shù)）。兩種方案之間的比較如表 2-1 所示。
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