感應(yīng)系統(tǒng)的組成:
除芯片以外,主要組成部分包括:絕緣的面板,按鍵感應(yīng)盤和連接線。使用者的手指接觸面板的敏感區(qū)域可以觸發(fā)按鍵;面板敏感區(qū)域的背后是按鍵感應(yīng)盤;連接線把感應(yīng)電極和芯片連接起來。
面板的選擇:
面板必須選用絕緣材料,可以是玻璃、聚苯乙烯、聚氯乙烯(pvc)、尼龍、樹脂玻璃等。在生產(chǎn)過程中,要保持面板的材質(zhì)和厚度不變,面板的表面噴涂必須使用絕緣的油漆。在電極不變的情況下,面板的厚度和材質(zhì)決定靈敏度。比如,3.2mm厚的尼龍(Nylon)相當于2.8mm厚的樹脂玻璃(Plexiglas)。通常,在厚度、面積相同的情況下,介電常數(shù)越大,靈敏度越高。但是在正常應(yīng)用中,我們推薦使用介電常數(shù)適中的材質(zhì),比如樹脂玻璃等。介電常數(shù)過小,會導(dǎo)致靈敏度差;介電常數(shù)過大,發(fā)生誤動作的幾率會變大。
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材料
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介電常數(shù) |
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Air
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1.0
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Common Glass
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7.6-8.0
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Mylar
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3.0-3.2
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Plexiglas
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2.8
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Nylon
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3.2
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ABS
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3.8-4.5
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按鍵感應(yīng)盤的選擇:
按鍵感應(yīng)盤材料:根據(jù)應(yīng)用場合可以選擇PCB銅箔、金屬片、平頂圓柱彈簧、導(dǎo)電棉、導(dǎo)電油墨、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電玻璃的ITO層等。不管使用什么材料,按鍵感應(yīng)盤必須緊密貼在面板上,中間不能有空氣間隙。
按鍵感應(yīng)盤形狀:原則上可以做成任意形狀,中間可留孔或鏤空。我們推薦做成邊緣圓滑的形狀,如圓形或六角形,可以避免尖端放電效應(yīng)。
按鍵感應(yīng)盤面積大小:最小4mmX4mm, 最大30mmX30mm。實際面積大小根據(jù)靈敏度的需求而定,面積大小和靈敏度成正比。一般來說,按鍵感應(yīng)盤的直徑要大于面板厚度的4倍,并且增大電極的尺寸,
可以提高信噪比。各個感應(yīng)盤的形狀、面積應(yīng)該相同,以保證靈敏度一致。
按鍵感應(yīng)盤之間的距離:各個感應(yīng)盤間的距離要盡可能的大一些(大于5mm),這樣可以減少它們形成的電場之間的相互干擾。當用PCB銅箔做感應(yīng)盤時,若感應(yīng)盤間距離較近(5MM~10MM),感應(yīng)盤必須用鋪地隔離,如圖(1)所示。如果各個感應(yīng)盤距離較遠,也應(yīng)該盡可能的鋪地隔離。

圖(1):感應(yīng)盤由鋪地隔開
按鍵感應(yīng)盤與IC觸摸端口的連接:通常有3種方式。
1:使用帶彈簧的感應(yīng)盤,將感應(yīng)盤頂在面板上。
2:使用導(dǎo)電橡膠或?qū)щ娒,?dǎo)電棉或?qū)щ娤鹉z頂端作為感應(yīng)盤緊貼在面板上。
3:將感應(yīng)盤用雙面膠緊密粘在面板上。
CIN電容的選擇:CIN電容可用普通的貼片電容。推薦使用誤差小于10%或精度更高的電容。電容精度越高,系統(tǒng)的一致性越好。
靈敏度的設(shè)定:靈敏度與外接CIN電容的大小成反比;與面板的厚度成反比;與按鍵感應(yīng)盤的大小成正比。
CIN電容的選擇:CIN電容可在0PF~50PF選擇。電容越小,靈敏度越高,但是抗干擾能力越差。電容越大,靈敏度越低,但是抗干擾能力越強。通常,我們推薦5PF~20PF。
面板厚度的選擇:通常在0~15MM。
按鍵感應(yīng)盤的大。鹤钚4mmX4mm, 最大30mmX30mm。增大感應(yīng)盤的面積,不但能增大靈敏度,還能提高抗干擾能力,所以在可能的情況下,盡量加大感應(yīng)盤的面積。
PCB布局的設(shè)計:
(1):CIN電容盡量靠近IC放置,各個通道的CIN電容必須用鋪地隔離。感應(yīng)盤也要盡量靠近IC,這樣感應(yīng)盤到IC的連線就會最短。如圖(2)所示

圖(2)
(2):布局時應(yīng)盡量保證觸摸IC到感應(yīng)盤的距離基本平衡。合理的布局如圖(3)所示,不合理的布局如圖(4)所示。

圖(3):合理的布局

圖(4):不合理的布局
(3)感應(yīng)盤到觸摸芯片的連線盡量短和細,如果PCB工藝允許盡量采用5MIL的線寬。
(4)感應(yīng)盤到觸摸IC的連線不要跨越其他信號線。尤其不能跨越強干擾、高頻的信號線。
(5)感應(yīng)盤到觸摸IC的連線周圍0.5MM不要走其他信號線。
(6)如果使用哪個PCB板上的銅箔圖案做觸摸感應(yīng)盤,盡量使用雙面PCB,觸摸芯片和感應(yīng)盤到IC引腳的連線應(yīng)放在感應(yīng)盤銅箔的背面(BOTTOM)。感應(yīng)盤應(yīng)緊貼觸摸面板。
(7)鋪地 :觸摸IC及其相關(guān)的外圍電路要用45°網(wǎng)格鋪地,網(wǎng)格中銅的面積大概應(yīng)該占總面積的60%。連線周圍20MIL不能鋪地。感應(yīng)盤和鋪地至少要有1.5mm的距離。感應(yīng)盤正對的背面不允許鋪地,也不允許有任何大面積的銅箔和其他信號線。
 
TOP BOTTOM
圖(5):感應(yīng)盤鋪地實例
電源的要求:
觸摸IC測量的是電容的微小變化,要求電源的紋波和噪聲要小,要注意避免由電源串入的外界強干擾。尤其時應(yīng)用于電磁爐、微波爐時,必須能有效隔離
外部干擾及電壓突變,因此要求電源由較高穩(wěn)定度。建議采用如圖(1)所示7805組成的穩(wěn)壓電路:

圖(6)
7805及外圍器件與觸摸IC必須放置在同一電路板上,并集中放置,7805組件必須緊靠觸摸IC VDD管腳,杜絕電源線過長帶來噪聲。
在PCB排版時,如果環(huán)境較惡劣,建議預(yù)留圖(6)中電感T1焊盤,應(yīng)對電磁爐等高噪聲的干擾。在普通的應(yīng)用中,可以不需要此電感。
如果用戶直接使用主機的5V電源,需要在觸摸IC電源前加如圖(2)所示的濾波電路。

圖(7)
同樣,在PCB排版時,如果環(huán)境較惡劣,建議預(yù)留圖(7)電感T1、T2、RL焊盤,應(yīng)對電磁爐等高噪聲的干擾。在普通的應(yīng)用中,可以不用加T1、T2、RL。
在環(huán)境較惡劣時,觸摸IC部分最好單獨供電。以上圖(6)、圖(7)兩個電路是專門給觸摸IC及其組件提供電源的,不要接其他負載。LED燈、其他IC的負載需要另外的電源供應(yīng)。 電容在PCB版上的排列順序請按原理圖標明的順序,不要隨意排列。觸摸IC部分的地與系統(tǒng)中其他電路中的地請分開用星型連接法。
其它要點:
(1)PCB板的清潔:殘留的助焊劑和污物,在惡劣的溫度和濕度環(huán)境下會嚴重影響芯片工作的穩(wěn)定性。
(2)ST02(舊版)、ST04(舊版)、ST08應(yīng)用的時候,RB端接電阻到地,提供內(nèi)部工作基準電流源。較小的電阻值可以提高內(nèi)部工作頻率,并且可以增加芯片的抗干擾能力。為了提高RB端口電壓的穩(wěn)定性,可以加一個到vdd的電容,電容值推薦1nf-10nf。Cin管腳的工作頻率,最好和MCU的工作頻率和電源頻率有較大的不同。Cin的工作頻率是由RB電阻值和Cin電容值,以及感應(yīng)電極和GND之間的寄生電容值決定。Cin的工作頻率可以用示波器直接觀察(觀察時,Cin和示波器探針之間可以用薄的絕緣物體隔離)。另外,當芯片暴露在高頻干擾的環(huán)境下,在cin端口串聯(lián)一個200左右的電阻是必須的。
(3)ST04C如果PCB不合理,比如觸摸PAD間距離較近、觸摸PAD間沒有用鋪地隔離等,極少數(shù)芯片上電后會有閃爍現(xiàn)象,上電過后幾秒內(nèi)恢復(fù)正常,這是因為上電時通道間相互干擾所致(通道0,1屬于一個工作組,通道2,3屬于另一個工作組。同一組中的通道不會相互干擾。)。應(yīng)對辦法就是觸摸PAD間距離要大于5MM,并且觸摸PAD間要用鋪地隔離。如果因為種種原因做不到以上兩點,還可以用的辦法是CIN0、CIN1上的電容值要和CIN2、CIN3上的電容值要差5PF(這個電容值是CIN端的總電容值,包括寄生電容)。比如CIN0、CIN1接10PF,CIN2、CIN3接15PF。
(4)沒有用到的通道,相應(yīng)的CIN和OUT懸空即可。
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