S-TouchTM 電容式觸摸控制器 PCB 布局指南

本應用指南的目的是為S-TouchTM電容式觸摸感應設計中使用的各種PCB（印刷電路板）（例如FR4、柔性PCB或ITO面板）的結構和布局提供設計布局指導。

FR4 是市場上最常用的 PCB 基板。 FR4是玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂層壓板，PCB可以是單層或多層。

當觸摸模塊的尺寸有限時，并不總是可以使用單層PCB。 一般采用四層或兩層PCB。 我們將以最常用的兩層PCB為例來介紹PCB布局指南。

PCB設計和布局

在兩層PCB中，S-TouchTM觸摸控制器和其他元件布置在PCB的底層，傳感器電極布置在PCB的頂層。

每個傳感器通道所需的調諧匹配電容可以直接布置在傳感器電極的底層。 需要指出的是，S-TouchTM觸摸控制器設置在底層，應保證對應的頂層沒有設置傳感器電極。 頂層和底層的空白區(qū)域可以用網(wǎng)狀接地銅箔填充。

設計規(guī)則

1樓（頂層）

• 傳感器電極位于PCB 頂層（PCB 上端與復合板固定）。 為了提高靈敏度，建議使用尺寸為 10 x 10mm 的感應電極。 可以使用較小尺寸的傳感電極，但靈敏度會降低。 還建議傳感電極的尺寸不應超過 15 x 15 mm。 如果傳感電極超過這個尺寸，不僅會降低靈敏度，還會增加對噪聲的敏感性。
  

•  空白區(qū)域可用接地銅箔填充（走線寬度為6 mil，網(wǎng)格尺寸為30 mil）。
  

• 頂層可用于鋪設普通信號走線（不包括傳感器信號走線）。 傳感器信號走線盡量走在底層。
  

• 感應電極與接地銅箔的距離至少為0.75mm。
  

2樓（地下）

•  S-TouchTM 控制器及其他無源器件應設計布置在底部。
  

•  傳感器信號走線走在底層。 請勿將一個通道的傳感器信號走線布置在其他傳感通道的傳感電極下方。
  

•  空白區(qū)域可用接地銅箔填充（走線寬度為6 mil，網(wǎng)格尺寸為30 mil）。
  

• 傳感器信號走線與接地銅箔的距離至少為傳感器信號走線寬度的2 倍。
  

• 為了減少串擾，應盡可能增加兩個感應電極/感應信號走線之間的距離。 如果可能，在兩個傳感電極/傳感信號走線之間添加接地銅箔。
  

• 傳感器信號走線的長度不需要完全相等。 由于使用了匹配的調諧電容，兩個通道之間的輸入電容可以完全平衡。 但如果PCB空間允許，最好使用等長的傳感器信號走線（傳感器電極的尺寸也統(tǒng)一）。 這樣，為了將所有傳感通道的傳感器電抗值調整到控制器引起的動態(tài)范圍內(nèi)，只需要設置一個標準參考電容，簡化了設計難度。
  

• 任何時鐘、數(shù)據(jù)或周期信號走線不得與傳感器信號走線相鄰并行敷設。 這些信號線應盡可能垂直于傳感器的信號走線，或者敷設在PCB的其他區(qū)域。
  

• 如果時鐘、數(shù)據(jù)或任何周期信號走線確實需要與傳感器信號走線平行敷設，則應分層敷設，不能重疊，且信號走線平行部分的長度應為 盡可能縮短。
  

接地銅箔

在前面介紹的兩層FR4 PCB中，接地銅箔用于填充PCB的空白截面區(qū)域。 接地銅箔可以幫助屏蔽觸控模塊免受外部噪聲源的影響，并穩(wěn)定傳感器電路的固有電容。

但在使用接地銅箔時，應事先注意幾個問題。 這是因為接地銅箔會增加傳感器的固有電容，同時也會增加因水滴而誤檢測的可能性。

接地銅箔設計指南：

• 建議使用網(wǎng)狀接地銅箔，不要使用實心接地銅箔。 建議使用20%網(wǎng)狀接地銅箔（走線寬度為6 mils，網(wǎng)格尺寸為30 mils）。 接地銅箔的角度應設置為45°。
  

• 傳感器與接地銅箔的距離至少為0.5mm，建議0.75mm。
  

• 傳感器信號走線與接地銅箔之間的間隙應至少為走線寬度的兩倍。
  

• 對于四層PCB，如果第三層敷設的傳感器信號走線大于10cm，建議底層不要敷設接地銅箔，以盡量減少長走線的容性負載。
  

• 如果復合板使用某些導電材料，建議頂層不要鋪設接地銅箔。
  

•  如果電容感應系統(tǒng)需要在潮濕環(huán)境下工作，建議頂部不要鋪設接地銅箔。
  

傳感器基本功能說明及使用指南

電容傳感器電極是指用于測量手指電容的導電電極板。 它連接到S-TouchTM控制器的傳感通道的輸入。 傳感器電極可以制造成各種幾何形狀和尺寸，以適應不同的功能和應用。

觸摸按鍵

觸摸按鍵的基本功能是檢測手指是否觸摸。 S-TouchTM控制器可以測量觸摸按鍵感應電極的電容。 如果手指靠近觸摸按鍵，當測量到的電容變化超過預設閾值時，就會檢測到手指觸摸。

觸摸按鍵可以設計成各種形狀，例如方形、圓形、三角形或其他形狀。 如果PCB尺寸有限，設計的按鈕形狀應最大限度地利用空間，以提供最佳的靈敏度。

對于覆蓋有 2-3 mm 丙烯酸塑料外殼的應用，建議使用最小尺寸為 10 x 10 mm 的方形傳感電極。 建議最大尺寸不超過 15 x 15 毫米。 如果超過該尺寸，不僅靈敏度無法提高，而且噪聲敏感性也會增加。

觸摸滑塊

觸摸滑塊的基本功能是檢測手指在一維方向上的滑動位置。

觸摸滑塊的典型應用之一是音量控制。 可以使用兩種方法來實現(xiàn)觸摸滑塊：觸摸狀態(tài)滑塊和比例測光滑塊。

方形觸摸按鈕可以緊密排列，以設計觸摸狀態(tài)滑塊。

當檢測到感應通道打開時，即可確定手指在觸摸滑塊上的位置。 在上面的例子中，使用了5個傳感器來檢測9個位置。 如果S1和S2通道同時打開，則表示手指位置在位置2。

對于覆蓋有 2-3 mm 丙烯酸塑料外殼的應用，建議使用最小尺寸為 10 x 10 mm 的傳感電極。 滑條傳感器之間的建議間隙為 0.75 毫米。 相鄰兩個傳感電極之間的間隙不應超過1mm。 這是為了確保當手指正好位于間隙中時，兩個傳感器通道可以同時打開。

觸摸狀態(tài)滑塊的優(yōu)點是設計簡單并且在嘈雜環(huán)境中穩(wěn)定性高。 然而，如果需要大量的位置，則該方法無法實現(xiàn)，因為需要太多的傳感器通道。

另一種方法是使用比例計量滑塊。 該方法不是通過檢測每個傳感器通道上的觸摸狀態(tài)來實現(xiàn)的，而是根據(jù)每個傳感器通道測量到的準確電容變化來確定手指位置。 測量出各個傳感通道的準確電容變化后，通過比例計算即可確定手指的準確位置。

手指觸摸上述位置會增加三個感應通道電極的電容。 由于手指覆蓋面積不同，每個傳感器的附加電容也不同。 然后，通過處理傳感器的原始電容數(shù)據(jù)就可以得到手指在滑塊上的絕對位置。

觸摸旋轉器

與滑塊一樣，觸摸旋轉器也是根據(jù)觸摸狀態(tài)和比例來實現(xiàn)的。