合泰BS83B16A-3觸摸按鍵PCB應(yīng)用要點(diǎn)

ID:388675 · 發(fā)表于 2018-8-21 20:56

觸摸按鍵 PCB 應(yīng)用要點(diǎn)

摘要：

為解決傳統(tǒng)的機(jī)械式按鍵輸入方式易磨損、易藏污垢、壽命短等問(wèn)題，將電容式觸摸技術(shù)應(yīng) 用到觸摸按鍵之中，開(kāi)展了對(duì)電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)的分析，電容式觸摸技術(shù)電路簡(jiǎn)單，因此適用于各種家用電器。

根據(jù)采用觸摸傳感器類型的不同，觸摸輸入方式可以分為電阻式、電波式（如表面聲波）、光學(xué)式（紅外線）、電感式、電容式和電磁式等幾種類型。電容式觸摸輸入方式憑借其工藝成本低、觸摸檢測(cè)方便、硬件免維護(hù)、按鍵精度高、靈敏度可調(diào)、外觀時(shí)尚美觀等特點(diǎn)，成為觸摸輸入方式的主要選擇。

BS 系列應(yīng)用電路：

以 BS83B16A-3 為例，如圖（1）所示：

圖(1)

布局要求：

VDD 與 VSS 之間的 104 電容，一定要緊靠 MCU。

規(guī)劃原理圖和 PCB 時(shí),建議預(yù)留 ICP/IIC 接口,以配合 e-Writer pro 或 e-Link 使用。

MCU 電源考慮：

電源與地平行走線并盡量拉等寬與等距的線，作用是電容效用濾波、減小共模干擾。

電源與地平行走線需先經(jīng)過(guò) 104 電容（104 電容盡量靠近 IC）再到 MCU VDD,VSS 腳，這樣對(duì) 濾除 EFT 測(cè)試等高頻干擾極有效。參考圖 2，圖 3。（圖 4 中和圖 5 紅色框中差異為：圖 4 采用跳線，未全部平行走線，EFT 測(cè)試相對(duì)較差；圖 5 有平行走線，這樣對(duì) EFT 干擾比較有幫

助。）

不要在 MCU VDD 腳引電源去驅(qū)動(dòng)其它負(fù)載。

 盡量在電源端保留一塊鋪地;同時(shí) GND 走線面積>VDD 走線面積，作用是屏蔽外界干擾信號(hào)。

圖(2) 圖(3)

圖(4)（不合理的電源走線）圖(5)（合理的電源走線）

觸控布線要求：

Sensor Pad 到 MCU 觸摸管腳的走線盡量短和細(xì)( 建議 7~10mil )，長(zhǎng)度越短越佳，以確保信號(hào)的穩(wěn)定。多個(gè) KEY 走線時(shí)， Sensor Pad 到 MCU 觸摸管腳的走線要盡量做到長(zhǎng)度一致（ IC 放在多個(gè)

KEY 的中心位置），致使每個(gè)觸控按鍵 RC 特性&觸控效果較一致，如下圖 6、圖 7 所示：

BS8XXXA

圖（6）（理想的布局方式）

BS8XXXA

圖（7）（不理想的布局方式）

走線間的間距盡量保持 2 倍線寬以上距離，最小不能小于 7mil，如果空間允許應(yīng)盡量大。如圖 6 所示：

不同 Touch 模塊相對(duì)應(yīng)的鍵如:(key1;key5,key9,key13,key17);(key2;key6,key10,key14,); (key3;key7,key11,key15,key18); (key4;key8,key12,key16,key20)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。

同一條線盡量不使用過(guò)孔(Via) ，即使用也不要超過(guò)兩個(gè)，避免干擾源增加。

各 Sensor Pad 觸摸通道的走線彼此間要盡量遠(yuǎn)，且也要遠(yuǎn)離其他組件和走線，尤其是要遠(yuǎn) 離信號(hào)線( 例如 IIC 、SPI通信線、高頻通信走線)。在沒(méi)有辦法避免的情況下，請(qǐng)讓兩者

垂直布線，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 的周圍鋪地網(wǎng)，使 Sensor Pad 的信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定。

按鍵感應(yīng)盤(pán)的選擇：

影響 Sensor Pad 設(shè)計(jì)的三個(gè)因數(shù)：Sensor Pad 尺寸大小、Pad 材質(zhì)、Pad 面板材質(zhì)和厚度

Sensor Pad 材質(zhì)選擇：

PCB 銅箔、金屬片、平頂彈簧、導(dǎo)電棉、導(dǎo)電橡膠、ITO 玻璃層等。

透明圖案化觸控薄膜。如圖 9 所示：

圖（8）

圖(9)

FPC 軟性電路板，ITO 蝕刻，ORGACON 印刷，銀漆印刷，石墨（CARBON）印刷等導(dǎo)電物質(zhì)。如圖 10 所示：

圖(10)

按鍵感應(yīng)盤(pán)必須緊密貼在面板上，中間不能有空氣間隙，以保持穩(wěn)定的感度。

如果按鍵感應(yīng)盤(pán)沒(méi)有緊密粘貼在面板上會(huì)造成靈敏度降低，以及抗干擾能力降低。

圖（11）

ε0：真空介電常數(shù)	εr：面板的介電常數(shù)	C:電容變化量
A： Sensor Pad 面積	d：面板厚度

Sensor Pad 形狀：

可以為圓形、方形、三角形等，以及鏤空型，原則上可以做成任意形狀，一般建議使用圓形，當(dāng)面積小的時(shí)候建議用方形，增大感應(yīng)面積，使感應(yīng)效果更佳。

做單獨(dú)的 TOUCH KEY 時(shí)，盡量避免設(shè)計(jì)成狹長(zhǎng)的形狀。

觸摸做滾輪，滑條方案時(shí)，形狀較多，Sensor Pad 間距不要太大。參考圖 12-16

圖（12）圖（13）

圖（14）圖（15）

Sensor Pad 尺寸：

圖（16）

Sensor Pad 面積越大靈敏度越好，面積大小和靈敏度成正比，增大 Pad 的面積，可以提高

信噪比，但超過(guò)手指按壓范圍的部分對(duì)增加靈敏度沒(méi)有作用。

以圓形為例，一般設(shè)計(jì)建議為 8 mm~15mm 的直徑，符合成人手指的大�。惶厥鈶�(yīng)用時(shí)，最小則不可低于 4mm 。

根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的面板材質(zhì)和厚度來(lái)決定 Sensor Pad 的最小尺寸。

如果在 Sensor Pad 中開(kāi)孔，須加大 Sensor Pad 的面積。

Sensor Pad 之間的距離：

單獨(dú)按鍵操作，兩個(gè)按鍵以上的應(yīng)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 之間的距離過(guò)小，需在中間加地線進(jìn)行隔離。

Slide 及 Wheel 的應(yīng)用則保持在（0.3mm-1mm）即可。

當(dāng)用 PCB 銅箔做感應(yīng)盤(pán)時(shí)，若感應(yīng) PAD 之間有空間，則感應(yīng)盤(pán)之間用鋪地隔離，如果各個(gè)感應(yīng)盤(pán)距離較遠(yuǎn)，其走線也應(yīng)該盡可能的鋪地隔離。

Sensor Pad 與鋪地之間的間隔：

間隔越大：Sensor Pad 的基礎(chǔ)電容越小，RC 震蕩的頻率越大，靈敏度也越高，間隔太大或不鋪地，地對(duì)電場(chǎng)的約束越小，干擾越大.

間隔太�。夯A(chǔ)電容太大，靈敏度相對(duì)降低，且電場(chǎng)對(duì)地的約束太大，不利于電場(chǎng)穿透覆蓋板，使得覆蓋板只能較薄。所需要取一合適的點(diǎn)：建議的間隔 0.5mm~2.0mm ，如 PCB 空間允許，建議 1mm 以上的間隔。

鋪地網(wǎng)需視電極大小,感應(yīng)距離….等因素考慮,并非每一個(gè)案子都相同。

感應(yīng)盤(pán)正對(duì)的背面：

PCB 厚度 1.0 mm 以上，且面板不是很厚情況下（ 3mm 以下壓克力），建議鋪網(wǎng)格線寬為 10mil,

網(wǎng)格間距為 80mil 的網(wǎng)格地：如圖（19）。

PCB 厚度在 1.0 mm 以下或用軟 PCB 做 Sensor Pad, 強(qiáng)烈建議 Sensor Pad 正下方不鋪地和不走其它信號(hào)線。參考圖（17），圖（18）。

面板較厚的情況下（4mm 以上壓克力厚度）,建議 Sensor Pad 不鋪地。

圖 17（TOP ）

圖 18（BOTTOM）PAD 下面不鋪地

圖 19（BOTTOM）PAD 下面鋪網(wǎng)格地

觸摸面板的選擇：

與感應(yīng) PAD 直接接觸的外殼材料，避免使用金屬及含碳等導(dǎo)電材質(zhì)，

不能承載太多的電荷數(shù)（低擴(kuò)散因數(shù)）；

觸摸面板材質(zhì)應(yīng)是絕緣或是非導(dǎo)電性的；

壓克力的厚度越薄越好，最高能做到 6mm，理想厚度為 3mm；Slider 應(yīng)用時(shí)理想厚度為 1mm。

覆蓋板的厚度越大，觸摸的靈敏度越小，信噪比也越低。Sensor Pad 的面積越小，其感應(yīng)的范圍越小，覆蓋板要求越薄。

可參考下表（常見(jiàn)物質(zhì)介電常數(shù)表），建議使用介電常數(shù) K 在 1.5~4 之間的材質(zhì)：比如玻璃、壓克力、塑料… 等等。

介電常數(shù)過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致靈敏度差；介電常數(shù)過(guò)大，發(fā)生誤動(dòng)作的幾率會(huì)變大。

操作電壓的要求：

觸控產(chǎn)品的應(yīng)用，對(duì)電源的要求穩(wěn)定；所以在 IC 電源端的穩(wěn)壓設(shè)計(jì)，是必需要考慮的重點(diǎn)，例如：加一個(gè)穩(wěn)壓器，以穩(wěn)定電源。

BS 全系列（BS80X 除外）都允許 ±10% VDD 的電壓變動(dòng)率。

機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮：

面板的材質(zhì)必須是塑料、玻璃等非導(dǎo)電物質(zhì)。

Sensor Pad 與面板接觸點(diǎn)之間不能有空隙，所以機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上必須考慮面板的組裝方式。

Sensor Pad 與手指之間不能有金屬層夾在中間，所以面板上不能有金屬電鍍及其它導(dǎo)電物質(zhì)。

如果必須電鍍或其它導(dǎo)電物質(zhì)，請(qǐng)?jiān)诎存I區(qū)域的邊緣保留一圖不要電鍍，用以隔絕其它感應(yīng) 開(kāi)關(guān)，間距不能小于 2mm。如果結(jié)構(gòu)允許，將其與地連接更佳。Sensor Pad 大小須稍大于成

人手指大小。如圖 20 所示：

圖（20）

面板有弧度而非平面，可以得用軟板、平頂彈簧，導(dǎo)電海棉等導(dǎo)電物將 Sensor 延伸到面板上，如果面板與 Sensor Pad 間有空隙，也可以用這個(gè)方式填補(bǔ)空隙。

機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)外殼的材質(zhì)和厚度會(huì)影響到 Sensor Pad 的大小。

Sensor Pad 電路板后面有大片金屬或有其它 PCB 板時(shí)，需考慮將它們間的間距>1mm，建議金屬做接地。

觸摸透光的做法：

LED 放在 Sensor Pad 上面，但需在面板上挖出 LED 大小的孔。如圖（21）所示：

Sensor Pad 可以采用 ITO，以達(dá)到好的透光效果。

圖（21）

LED 放在 Sensor Pad 下面，做背焊式焊接。

圖（22）

LED 放在 Sensor Pad 上邊，如圖（22）所示：

PCB 板挖孔進(jìn)行透光，如圖（23）所示：

透光的方式有很多，但需機(jī)構(gòu)上進(jìn)行配合。特別注意的是 Sensor Pad 與面板一定要緊密結(jié)合。

透光效果跟 LED 散光效果有關(guān)，如果需要好的透光效果，可以選用背光屏來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖（26）所示：

圖（23）

圖（24）

圖（25）

ITO 應(yīng)用說(shuō)明

ITO 阻抗應(yīng)小于 10KΩ，其走線跟 PCB LAYOUT 的要求一樣。

ITO+LCD 顯示的效果如圖（26）所示：

完整的Word格式文檔51黑下載地址：

觸摸按鍵PCB應(yīng)用要點(diǎn)V5_20150720.pdf (1.04 MB, 下載次數(shù): 170)

ID:286670 · 發(fā)表于 2019-2-7 15:51

剛好需要了解，是個(gè)不錯(cuò)的資料！

ID:276761 · 發(fā)表于 2019-2-7 19:47

我也正好需要

ID:524495 · 發(fā)表于 2019-5-6 15:27

資料不錯(cuò) 相互學(xué)習(xí) QQ:3005658915

ID:227731 · 發(fā)表于 2019-7-11 16:04

thank you.

ID:243394 · 發(fā)表于 2019-7-16 12:13

小白一個(gè)，先學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)

ID:587195 · 發(fā)表于 2019-8-8 16:30

很詳細(xì)的資料

ID:615560 · 發(fā)表于 2019-9-24 10:38

很好，樓主是合泰的工作人員嗎？

ID:824201 · 發(fā)表于 2020-9-28 14:16

剛好需要了解,謝謝樓主了！

ID:71117 · 發(fā)表于 2020-10-5 21:43

這個(gè)芯片是不是要對(duì)芯片編程才能用？

ID:1045770 · 發(fā)表于 2022-9-24 17:38

剛好需要了解，是個(gè)不錯(cuò)的資料

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