触摸按键PCB 设计要点V01_20111121

觸摸按鍵应用要點

摘要：

为解决传统的机械式按键输入方式易磨损、易藏污垢、寿命短等问题，将电容式触摸技术应用到触摸按键之中，开展了对电容式触摸感应技术的分板，电容式触摸技术电路简单，因些适用

到MCU VDD,VSS 脚。且不要在MCU VDD 脚引电源去驱动其它负载。参考图2，图3 儘量在電源端保留一塊舖地;同時GND走線面積>VDD走線面積。 Reset 电路元件尽可能靠近IC, Layout 以最寬及最短距離處理 .且Reset回路的电源（VDD）

和地（GND）接在电源和地的104电容后端。参考图(2),图(3)

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图(2) 图(3)

图(4)（不合理的电源走线） 图(5)（合理的电源走线）

Sensor Pad 上的电阻尽可能靠近IC（参考图6）(电阻范围为1K-10K,电阻越大，对抗RF 干

扰越好，建议值2K)，电阻离IC 管脚距离越远，抗RF 效果就越差。串1K电阻后BS83 / BS85

系列可承受 5W 無線電發射器 (Kenwood TH77 144MHz)，在 9cm 以外距離不受干擾。

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图(6)

Sensor Pad佈線要求：

Sensor Pad 到MCU 触摸管脚的走線要儘量短和細( 建議7~10mil )，長度越短越佳，以確保

信號的穩定。

多个KEY走线时，Sensor Pad到MCU 触摸管脚的走線要儘量做到长度一致（IC放在多个KEY

的中心位置）。如下图7、图8

所示：

图（7）（理想的布局方式）

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图（8）（不理想的布局方式）

走线间的间距儘量保持2倍線寬以上距離，最小不能小于7mil，如果空间允许应尽量大。如图7所示：

不同Touch模塊相對應的鍵(例:key1;key5)避免走線靠在一起，即使靠在一起,也要在兩線中間走一條地線。

同一條線(Via)儘量不使用過孔(Via) ，若要用不要超過兩個以上，避免干擾源增加。 各Sensor Pad 触摸通道的走線彼此間要儘量遠離，且也要遠離其他元件和走線，尤其是要遠離信號線( 例如IIC 、SPI 通信線、高频通信走线) 。在沒有辦法避免的情況下，請讓兩者垂直佈線，不能平行走線，或在兩線中間加上地線。

在Sensor Pad 的感度足夠的情況下，可將Sensor Pad 的周圍铺地網，使Sensor Pad 的信號相對穩定。

按键感应盘的选择：

影响Sensor Pad设计的三个因数：Sensor Pad尺寸大小、Pad材质、Pad面板材质和厚度

Sensor Pad材质选择：

PCB铜箔、金属片、平顶弹簧、导电棉、导电橡胶、ITO

玻璃层等。

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图（9）

透明图案化触控薄膜。如图10

所示：

图(10)

FPC软性电路板，ITO蚀刻，ORGACON印刷，银漆印刷，石墨（CARBON）印刷等导电物质。

如图11

所示：

图(11)

按键感应盘必须紧密贴在面板上，中间不能有空气间隙，以保持穩定的感度。

如果按键感应盘没有紧密粘贴在面板上会造成灵敏降低，以及抗干扰能力降低。

图（12）

ε0：真空介电常数 εr：面板的介电常数 C:电容变化量 A： Sensor Pad面积 d： 面板厚度

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Sensor Pad 形狀：

可以為圓形、方形、三角形等，以及鏤空型， 原则上可以做成任意形状，一般建議使用

圓形，当面积小的时候建议用方形，增大感应面积，使感應效果更佳。 做单独的TOUCH KEY时，尽量避免设计成狭长的形状。

触摸做滚轮，滑条方案时，形状较多，Sensor Pad间距不要太大。参考图

13-17

图（13） 图（14）

图（15） 图（16）

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图（17）

Sensor Pad 尺寸：

Sensor Pad 面積越大靈敏度越好，面积大小和灵敏度成正比，增大Pad的面积，可以提高信噪比，但超過手指按壓範圍的部分對增加靈敏度沒有作用。 以圓形為例，一般設計建議為8 mm~15mm 的直徑，符合成人手指的大小；特殊應用時，最小則不可低於4mm 。

根据机构设计的面板材质和厚度来决定Sensor Pad的最小尺寸。 如果在Sensor Pad中开孔，须加大Sensor Pad的面积。

Sensor Pad 之間的距離：

单独按键操作，兩個按鍵以上的應用，在Sensor Pad 之間的距離至少保持2.5mm 以上，避免相鄰按鍵的交換干擾。

Sensor Pad 之間的距離过小，需在中间加地线进行隔离。 Slide 及Wheel 的應用則保持在（0.3mm-1mm）即可。

当用PCB铜箔做感应盘时，若感应PAD 之间有空间，则感应盘之间用铺地隔离，如果各个感

应盘距离较远，其走线也应该尽可能的铺地隔离。

Sensor Pad 與铺地之間的間隔：

間隔越大：Sensor Pad 的基礎電容越小，RC 震盪的頻率越大，靈敏度也越高，間隔太大或不铺地，地對電場的約束越小，干擾越大.

間隔太小：基礎電容太大，靈敏度相對降低，且電場對地的約束太大，不利於電場穿透覆蓋板，使得覆蓋板只能較薄。所需要取一合适的点：建議的間隔0.5mm~2.0mm ，如PCB 空间允许，建议1mm 以上的間隔。

鋪地網需視電極大小,感應距離….等因素考量,並非每一個案子都相同。

感应盘正对的背面：

PCB 厚度1.0 mm 以上，且面板不是很厚情况下（3mm以下压克力），建议铺网格地：如图（20）。 PCB 厚度在1.0以下或用软PCB 做Sensor Pad, 强烈建议Sensor Pad 正下方不铺地和不走

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其它信号线。参考图（18），图（19）。

面板较厚的情况下（4mm以上压克力厚度）,建议Sensor Pad

不铺地。

图

18（TOP ）

图

19（BOTTOM）PAD 下面不铺地

图20（BOTTOM）PAD 下面铺网格地

触摸面板的选择：

與感應PAD直接接觸的外殼材料，避免使用金屬及含碳等導電材質， 不能承载太多的电荷数（低扩散因数）；

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触摸面板材质应是绝缘或是非导电性的；

压可力的厚度越薄越好，最高能做到6mm，理想厚度为3mm；Slider应用时理想厚度为1mm。 覆蓋板的厚度越大，触摸的靈敏度越小，信噪比也越低。Sensor Pad的面積越小，其感應的範圍越小，覆蓋板要求越薄。 可參考下表（常見物質介電常數表）， 建議使用介電常數K在1.5~4間之材質：比如玻璃、壓克力、塑膠… 等等。

介电常数过小，会导致灵敏度差；介电常数过大，发生误动作的几率会变大。

常見物質介電常數表 介質名

空氣

稱 介電常

1

數

聚苯乙烯顆

洗衣粉 奶粉

粒

環乙醇 ABS丙烯酸樹脂

1.5~2.52.7~6.0

1.1～

1.05～1.5 1.8～2.2 2

1.3

食用油 尿烷 2～4 膠乳 24

介質名乾燥煤

石膏

稱 粉 介電常

2.2

數

介質名

濕沙

稱

1.8～2.5 氨

異氰酸環氧樹

麵粉

脂 脂

2.5~6.02.5~3.0 氯化鉀 稻米 4.6 丙酮

3~8 工業酒精

6.5~7.1 7.5 丙酮 20～30

甘油 37 柴油 2.1 丁醇 11 硫酸 84 水泥

介電常

15～20 21

數

介質名液態煤

塑膠粒

稱 氣 介電常1.2～

1. 5～2

數 1.7 介質名

糧食

稱

乾燥沙

玻璃片 汽油 1.2～

1.9

2.2 瀝青 4～5 礦石

甲醚 5 甲醇

19.5~2016~31 乙醇 24

飛灰 1.5~1.7

介電常2.5～

3～4

數 4.5 介質名

乙醇

稱

介電常

2.5

數

介質名

鋁粉

稱

炭灰 25～30 瀝青

PVC生橡膠 1.4 煤粉

2.1~2.7 PE（聚乙烯）顆粒

25～30 30 碳酸鈣 硫酸鈣 1.8~2.05.6

介電常1.5~2.11.2~1.81.5

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操作電壓的要求：

觸控產品的應用，對電源的要求要非常穩定的；所以在IC 電源端的穩壓設計，是必需要考

量的重點，例如：加一個穩壓器，以穩定電源。 BS83 及 BS85 系列允許 VDD 10% 電壓變動率。

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机构设计考量：

面板的材质必须是塑料、玻璃等非导电物质。

Sensor Pad与面板接触点之间不能有空隙，所以机构设计上必须考虑面板的组装方式。 Sensor Pad与手指之间不能有金属层夹在中间，所以面板上不能有金属电镀及其它导电物质。 如果必须电镀或其它导电物质，请在按键区域的边缘保留一图不要电镀，用以隔绝其它感应开关，间距不能小于2mm。如果结构允许，将其与地连接更佳。Sensor Pad大小须稍大于成人手指大小。如图21所示：

图（21）

面板有弧度而非平面，可以得用软板、平顶弹簧，导电海棉等导电物将Sensor延伸到面板上，如果面板与Sensor Pad间有空隙，也可以用这个方式填补空隙。 机构设计外壳的材质和厚度会影响到Sensor Pad的大小。 Sensor Pad电路板后面有大片金属或有其它PCB板时，需考虑将它们间的间距>1mm，金属必须做接地。

触摸透光的做法：

LED放在Sensor Pad上面，但需在面板上挖出LED大小的孔。如图（22）所示： Sensor Pad可以采用ITO，以达到好的透光效果。

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图（22）

LED放在Sensor Pad

下面，做背焊式焊接。

图（23）

LED放在Sensor Pad上边，如图（23）所示： PCB板挖孔进行透光，如图（26）所示： 透光的方式有很多，但需机构上进行配合。特别注意的是Sensor Pad与面板一定要紧密结合。 透光效果跟LED散光效果有关，如果需要好的透光效果，可以选用背光屏来实现，如图（26）所示：

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图（24）

图（25）

图（26）

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ITO应用说明

ITO阻抗应小于10KΩ，其走线跟PCB LAYOUT的要求一样。 Touch Key串的电阻阻值根据ITO的阻抗来决定。 ITO+LCD

显示的效果如图（27）所示：

图（27）

感度调试说明：

。 软体中打开IIC通信：在LIB的TKS_HEAD.INC文件中，打开“INCLUDE HXT_IIC.ASM”

将程序烧录进IC后，打开HXT_Editor软件进行调试。其界面如图（28）所示：

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图（28）

在“全局设定”中修改参数。

触控任意按键，观察实际差值。如图（29）所示：

图（29）

每个KEY“触发门槛值”设置为每个KEY的实际差值的50%~85%。

Slide 及Wheel应用时，感度应尽可能的高，但不能小于实际差值的25%。

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触控测试方法介绍： 潮湿环境测试： 测试方法：

将待测的触摸感应面板用水蒸气蒸直到面板上结满露水。观察有没有误动和反应迟钝的现象。

溅水和水淹试验： 测试方法：

用喷壶近距离对感应面板尽量快的喷水，直到面板上形成“水洼”。尤其要注意将几个不同的感应盘淹到一个“水洼”里。观察有没有误动和反应迟钝的现象。也可以用杯子倒水让水在感应面板上流成“瀑布”。但不要直接让“水柱”冲感应盘。因为水柱此时就相当于人的手指，手指接触到感应盘正对的绝缘面板当然会动作。但溅水和漫水绝对不能动作。 温度测试：

高温低温情况下进行测试，测试时尽量避免温度突变的情况。 电源干扰测试： 测试方法：

40W以上使用老式“跳泡”和电抗器起辉的荧光灯和感应面板的电源插到同一个电源插座上，反复开关荧光灯，同时观察触摸感应面板的反应，不能有误触发的情况。 电磁干扰测试： 测试方法：

对讲机测试。承受5W無線電發射器 (Kenwood TH77 144MHz)，在 9cm 以外距離不受干擾。如图30

所示：

图（30）

EMC，FCC，EFT等测试。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8gfi.html