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合泰BS83B16A-3触摸按键PCB应用要点

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ID:388675 发表于 2018-8-21 20:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
触摸按键 PCB 应用要点

    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析,电容式触摸技术电路简单,因此适用 于各种家用电器。

根据采用触摸传感器类型的不同,触摸输入方式可以分为电阻式、电波式(如表面声波)、 光学式(红外线)、电感式、电容式和电磁式等几种类型。电容式触摸输入方式凭借其工艺成本 低、触摸检测方便、硬件免维护、按键精度高、灵敏度可调、外观时尚美观等特点,成为触摸输 入方式的主要选择。


    BS 系列应用电路:

以 BS83B16A-3 为例,如图(1)所示:

图(1)





   布局要求:

              VDD 与 VSS 之间的 104 电容,一定要紧靠 MCU。
              规划原理图和 PCB 时,建议预留 ICP/IIC 接口,以配合 e-Writer pro 或 e-Link 使用。
   MCU 电源考虑:
              电源与地平行走线并尽量拉等宽与等距的线 ,作用是电容效用滤波、减小共模干扰。
              电源与地平行走线需先经过 104 电容(104 电容尽量靠近 IC)再到 MCU VDD,VSS 脚,这样对 滤除 EFT 测试等高频干扰极有效。参考图 2,图 3。(图 4 中和图 5 红色框中差异为:图 4 采 用跳线,未全部平行走线,EFT 测试相对较差;图 5 有平行走线,这样对 EFT 干扰比较有帮
助。)
              不要在 MCU VDD 脚引电源去驱动其它负载。
              尽量在电源端保留一块铺地;同时 GND 走线面积>VDD 走线面积,作用是屏蔽外界干扰信号。

图(2)              图(3)

图(4)(不合理的电源走线)              图(5)(合理的电源走线)





  触控布线要求:

              Sensor Pad 到 MCU 触摸管脚的走线尽量短和细( 建议 7~10mil ),长度越短越佳,以确保信 号的稳定。  多个 KEY 走线时, Sensor Pad 到 MCU 触摸管脚的走线要尽量做到长度一致( IC 放在多个
KEY 的中心位置),致使每个触控按键 RC 特性&触控效果较一致,如下图 6、图 7 所示:

BS8XXXA

图(6)(理想的布局方式)

BS8XXXA

图(7)(不理想的布局方式)
              走线间的间距尽量保持 2 倍线宽以上距离,最小不能小于 7mil,如果空间允许应尽量大。如 图 6 所示:
              不同 Touch 模块相对应的键如:(key1;key5,key9,key13,key17);(key2;key6,key10,key14,); (key3;key7,key11,key15,key18); (key4;key8,key12,key16,key20)避免走线靠在一起,即 使靠在一起,也要在两线中间走一条地线。
              同一条线尽量不使用过孔(Via) ,即使用也不要超过两个,避免干扰源增加。
              各 Sensor Pad 触摸通道的走线彼此间要尽量远,且也要远离其他组件和走线,尤其是要远 离信号线( 例如 IIC 、SPI通信线、高频通信走线)。在没有办法避免的情况下,请让两者
垂直布线,不能平行走线,或在两线中间加上地线。
              在 Sensor Pad 的感度足够的情况下,可将 Sensor Pad 的周围铺地网,使 Sensor Pad 的信 号相对稳定。



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。



  透明图案化触控薄膜。如图 9 所示:
图(8)




图(9)
              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 10 所示:

图(10)




         按键感应盘必须紧密贴在面板上,中间不能有空气间隙,以保持稳定的感度。
            如果按键感应盘没有紧密粘贴在面板上会造成灵敏度降低,以及抗干扰能力降低。


图(11)

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



Sensor Pad 形狀:

              可以为圆形、方形、三角形等,以及镂空型, 原则上可以做成任意形状,一般建议使用 圆形,当面积小的时候建议用方形,增大感应面积,使感应效果更佳。
              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 12-16

图(12)              图(13)





图(14)              图(15)
Sensor Pad 尺寸:
图(16)





  Sensor Pad 面积越大灵敏度越好,面积大小和灵敏度成正比,增大 Pad 的面积,可以提高
信噪比,但超过手指按压范围的部分对增加灵敏度没有作用。
  以圆形为例,一般设计建议为 8 mm~15mm 的直径,符合成人手指的大小;特殊应用时,最小 则不可低于 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 之间的距离:

  单独按键操作,两个按键以上的应用,在 Sensor Pad 之间的距离至少保持 2.5mm 以上,避 免相邻按键的交换干扰。
  Sensor Pad 之间的距离过小,需在中间加地线进行隔离。
  Slide 及 Wheel 的应用则保持在(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 与铺地之间的间隔:

  间隔越大:Sensor Pad 的基础电容越小,RC 震荡的频率越大,灵敏度也越高,间隔太大或 不铺地,地对电场的约束越小,干扰越大.
间隔太小:基础电容太大,灵敏度相对降低,且电场对地的约束太大,不利于电场穿透覆盖 板,使得覆盖板只能较薄。所需要取一合适的点:建议的间隔 0.5mm~2.0mm ,如 PCB 空间 允许,建议 1mm 以上的间隔。
  铺地网需视电极大小,感应距离….等因素考虑,并非每一个案子都相同。


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),建议铺网格线宽为 10mil,
网格间距为 80mil 的网格地:如图(19)。
  PCB 厚度在 1.0 mm 以下或用软 PCB 做 Sensor Pad, 强烈建议 Sensor Pad 正下方不铺地和 不走其它信号线。参考图(17),图(18)。
  面板较厚的情况下(4mm 以上压克力厚度),建议 Sensor Pad 不铺地。


图 17(TOP )





图 18(BOTTOM)PAD 下面不铺地

图 19(BOTTOM)PAD 下面铺网格地



触摸面板的选择:

  与感应 PAD 直接接触的外壳材料,避免使用金属及含碳等导电材质,
  不能承载太多的电荷数(低扩散因数);
  触摸面板材质应是绝缘或是非导电性的;
  压克力的厚度越薄越好,最高能做到 6mm,理想厚度为 3mm;Slider 应用时理想厚度为 1mm。
  覆盖板的厚度越大,触摸的灵敏度越小,信噪比也越低。Sensor Pad 的面积越小,其感应的 范围越小,覆盖板要求越薄。
  可参考下表(常见物质介电常数表), 建议使用介电常数 K 在 1.5~4 之间的材质:比如玻璃、 压克力、塑料… 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。


0.png


  操作电压的要求:

              触控产品的应用,对电源的要求稳定;所以在 IC 电源端的稳压设计,是必需要考虑的重点, 例如:加一个稳压器,以稳定电源。
              BS 全系列(BS80X 除外)都允许 ±10% VDD 的电压变动率。



    机构设计考虑:

              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 20 所示:


图(20)
              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,建议金 属做接地。




    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(21)所示:
              Sensor Pad 可以采用 ITO,以达到好的透光效果。


图(21)
              LED 放在 Sensor Pad 下面,做背焊式焊接。

图(22)




              LED 放在 Sensor Pad 上边,如图(22)所示:
              PCB 板挖孔进行透光,如图(23)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:
图(23)

图(24)




图(25)

  ITO 应用说明
  ITO 阻抗应小于 10KΩ,其走线跟 PCB LAYOUT 的要求一样。
  ITO+LCD 显示的效果如图(26)所示:




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触摸按键PCB应用要点V5_20150720.pdf (1.04 MB, 下载次数: 163)
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ID:286670 发表于 2019-2-7 15:51 | 显示全部楼层
刚好需要了解,是个不错的资料!
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ID:276761 发表于 2019-2-7 19:47 | 显示全部楼层
我也正好需要     
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ID:524495 发表于 2019-5-6 15:27 | 显示全部楼层
资料不错 相互学习 QQ:3005658915
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ID:227731 发表于 2019-7-11 16:04 | 显示全部楼层
thank you.
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ID:243394 发表于 2019-7-16 12:13 | 显示全部楼层
小白一个,先学习学习
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ID:587195 发表于 2019-8-8 16:30 | 显示全部楼层
很详细的资料
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ID:615560 发表于 2019-9-24 10:38 | 显示全部楼层
很好,楼主是合泰的工作人员吗?
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ID:824201 发表于 2020-9-28 14:16 | 显示全部楼层
刚好需要了解,谢谢楼主了!
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ID:71117 发表于 2020-10-5 21:43 | 显示全部楼层
这个芯片是不是要对芯片编程才能用?
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ID:1045770 发表于 2022-9-24 17:38 | 显示全部楼层

刚好需要了解,是个不错的资料
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