S-TouchTM 电容传感器触碰控制板PCB合理布局手册

　　详细介绍

　　本运用手册致力于为S-TouchTM电容器触碰磁感应设计方案常用的多种PCB(印刷线路板) (如FR4、软性PCB 或 ITO控制面板)的构造和合理布局给予设计方案合理布局具体指导。

　　在现在市場上可供应的PCB板材中，FR4是最常见的一种。 FR4是一种玻纤加强型环氧树脂胶聚酰亚胺薄膜，PCB能够 是单面或双层。

　　在触碰控制模块的规格受限制的情形下，应用单面PCB并不是总是能可行的，一般应用四层或双层PCB。 大家将以最常见的双层PCB为例子来详细介绍PCB合理布局手册。

　　PCB设计与合理布局

在构造为双层的PCB中，S-TouchTM触碰控制板和其它构件被布置在PCB的最底层， 感应器电级被布置在PCB的高层。

　　图.1 根据双层板的电容传感器触碰摸组的构造

　　每一个感应器安全通道需要的自动调谐配对电力电容器能够 立即布置在该感应器电级的最底层。必须强调的是，S-TouchTM触碰控制板布置在最底层，应当确保其相应的高层沒有布置有一切感应器电级。高层和底部的留白地区可添充网状结构接地装置铜泊。

　　图2.1 双层PCB板的高层

　　图 2.2 双层PCB板的最底层

　　设计方案标准

　　第1层(高层)

　　● 感应器电级坐落于PCB的高层(PCB的顶端与覆层板固定不动在一起)。 为提升敏感度，提议应用规格为10 x 10 mm的检测电级。 能够 采用更小规格的检测电级，但会减少敏感度。 与此同时，提议磁感应电级的规格不超过 15 x 15mm。 假如磁感应电级超出这一规格，不仅会减少敏感度，并且会提升对噪音的易感基因。

　　● 空缺地区可添充接地装置铜泊 (迹线总宽为6 密耳，网格图大小为30密耳)。

　　● 高层可以用来布置一般数据信号迹线(不包括感应器数据信号迹线)。 理应尽量多地把感应器数据信号迹线布置在最底层。

　　● 磁感应电级与接地装置铜泊的间隔最少应是0.75mm。

　　第2层(最底层)

　　● S-TouchTM控制板和其他微波感应器构件应当设计方案合理布局在最底层。

　　● 感应器数据信号迹线将被布置在最底层。 不必把一个安全通道的控制器数据信号迹线布置在别的感测器安全通道的检测电级的下边。

　　图.3 触碰极片下的控制器数据信号迹线布线方法

　　● 空缺地区可添充接地装置铜泊 (迹线总宽为6 密耳，网格图大小为30密耳)。

　　● 感应器数据信号迹线与接地装置铜泊的间隔理应最少是感应器数据信号迹线总宽的二倍。

　　● 为减少串扰，理应尽量地扩大2个磁感应电级/磁感应数据信号迹线中间的间距。 在有可能的情形下，在2个磁感应电级/磁感应数据信号迹线中间添加接地装置铜泊。

　　● 感应器数据信号迹线的长短并不一定彻底等长。 由于应用配对自动调谐电容器，彻底能够 使两根安全通道中间的输进电容器做到均衡。 殊不知，在PCB室内空间容许的情形下，最好是应用长短相同的控制器数据信号迹线(感应器电级的大小也是统一的)。 这样一来，为了更好地把全部感测器安全通道的感应器容抗值调节至控制板磁感应的采样率之内，只需设定一个规范参照电容器就可以，简单化了设计方案难度系数。

　　● 一切数字时钟、数据信息或周期时间数据信号迹线也不应当与控制器的数据信号迹线邻近平行面布置。 这种电源线理应尽量地与控制器的数据信号迹线竖直，或是布置在 PCB的其它地区。

　　● 假如数字时钟、数据信息或一切周期时间数据信号迹线的确必须与控制器的数据信号迹线平行面布置，他们理应被布置在不一样的层而且不可以重合，并且理应尽量地减少数据信号迹线平行面一部分的长短。

　　图.4 感应器数据信号迹线和时间数据信号迹线邻近时平行面布置

　　接地装置铜泊

　　在前面对双层FR4 PCB的讲解中，接地装置铜泊被用于添充PCB的空缺横截面地区。 接地装置铜泊可以协助触碰控制模块屏蔽掉外界噪音源，还可以平稳感应器路线的原有电容器。

　　殊不知，应用接地装置铜泊时必须事前留意一些难题。 这是由于接地装置铜泊会提高控制器的原有电容器，还会继续提升因为水珠造成 的异常检验的概率。

　　接地装置铜泊设计方案手册：

　　● 提议应用网状结构的接地装置铜泊，并非实芯的接地装置铜泊。 提议应用20%的网状结构接地装置铜泊(迹线总宽为6 密耳，网格图大小为30密耳)。 接地装置铜泊的视角理应设定为45°。

　　● 感应器到接地装置铜泊的间距理应最少为0.5 mm，提议应用0.75mm。

　　● 感应器数据信号迹线到接地装置铜泊的间距理应最少是迹线总宽的二倍。

　　● 针对四层PCB而言，假如布置在第三层的控制器数据信号迹线超过 10cm，为了更好地把长迹线的电容器负荷降至最少，提议不要在最底层布置接地装置铜泊。

　　● 假如对覆层板应用一部分导电性原材料，提议不要在高层布置接地装置铜泊。

　　● 假如电容器磁感应系统软件必须在湿冷工作环境，提议不要在高层布置接地装置铜泊。

　　感应器基本要素叙述与手册

　　电容传感器电级就是指一种用于精确测量手指头电容器的导电性极片。 它被联接至S-TouchTM控制板的磁感应安全通道的键入端。 感应器电级能够 被制造成各种各样几何图形形态和规格，便于具备不一样的基本功能和运用。

　　触摸开关

　　触摸开关的基本要素是检验是不是有手指头在触按。 S-TouchTM控制板可精确测量触摸开关磁感应电级的电容器。 假如手指头较为挨近触摸开关，当所测定的电容器转变超出提前制定的阈值，便会监测到手指头触碰的产生。

　　图.5 触摸开关样子

　　触摸开关能够 被制定成各种形状，比如正方形、环形、三角形或其它样子。 假如限制了 PCB的规格，所制定的按键样子理应利润最大化地使用室内空间，便于给予最好的敏感度。

　　针对遮盖有2-3mm的丙稀酸塑胶层机壳的运用，提议采用最少规格为10 x 10mm的方形感测器电级。 提议较大 规格不能超出15 x 15mm。假如超出该规格，不但没法提升敏感度，并且也会加重噪音易感基因。

　　触碰滚动条

　　触碰滚动条的基本要素是用于检验手指头在一维方位上的滚动部位。

　　触碰滚动条的常见运用之一是开展音量。 能够 采用这两种办法来完成触碰滚动条：触碰情况滚动条和占比计量检定滚动条。

　　把正方形触摸开关按序密切排序在一起，即能够 制定成触碰情况滚动条。

　　图.6 触碰情况滚动条的完成

　　部位 感应器打开（ON）

　　表1 触碰情况滚动条的设计方案

　　当检验到某感测器安全通道处在打开模式时，就能明确手指头在触碰滚动条上的部位。 在上例中，应用了五个感测器通来临检验9个部位。 假如S1 和S2 安全通道与此同时位于打开情况，就代表着手指头的地方坐落于部位2。

　　针对遮盖有2-3mm的丙稀酸塑胶层机壳的运用，提议采用最少规格为10 x 10mm的感测器电级。滚动条感应器中间的间距值提议为0.75mm。2个邻近感测器电级中间的间距不必超出1毫米。这也是为了能保证当手指头恰好坐落于空隙内时，2个感应器安全通道可以与此同时打开。

　　触碰情况滚动条的特点是制定简易，在噪音自然环境下有着较高的可靠性。 殊不知，假如必须总数较多的部位，该方式 则会由于必须太多感应器安全通道而没法执行。

　　另一种办法是应用占比计量检定滚动条。 该方式 并不是根据检验每一个感测器安全通道上的触碰情况来完成，只是依据各个感应器安全通道所测量的准确电容器转变来明确手指头的部位。 当测出每一个感测器安全通道的准确电容器转变后，根据开展比例计算来明确手指头的准确部位。

　　图.7 占比计量检定滚动条的完成

　　以上部位中的手指头触碰会造成 三个感测器安全通道电级的电容器提升。 因为手指头覆盖范围的不一样，每一个感应器所提升的电容器值都不同样。 随后，对控制器的初始电容器数据信息完成解决，就可以得到 手指头在滚动条上的一定部位。

　　触碰转动器

　　同滚动条一样，触碰转动器也是根据触碰情况和占比计量检定方式 建立的。

　　运用触碰情况方式 的转动器根据检测每一个感测器安全通道的情况来明确手指头的部位。 运用占比计量检定方式 的转动器，根据精确测量因为手指头触碰而致使的每个感测器安全通道提升的准确电容器来明确手指头的部位。 手指头在转动器上翻转时，会造成 好多个感测器安全通道的电容器扩大。 随后，根据测算这种感测器安全通道所提升的电容器值，能够 测算得到手指头触碰的准确部位。

　　图.8 触碰情况和占比计量检定触碰转动器的完成

　　触碰转动器针对手指头触碰检验的稳定在于规定的屏幕分辨率和感测器安全通道的总数。 针对高像素的触碰转动器而言，很有可能必须采用大量的感测器安全通道，而不一定像图8中一样的那般仅采用了三个感测器安全通道。

　　别的考量要素

　　依照这种基础的设计方案引导开展PCB设计和合理布局，可以使电容器磁感应运用更为靠谱。 在PCB设计中，还需要考虑到别的的主要要素，包含：

　　● PCB上无浮板/极片。 PCB 的留白地区可添充接地装置铜泊或空出。

　　● PCB理应设计方案成所需用的参照电容器值低于20 pF (该参照电容器值是在硬件配置调节期内明确的)，而且每个安全通道的原有电容器应少于10pF。假如超过此值，则必须改动一些基本上合理布局，如减少接地装置铜泊的相对密度，扩张磁感应键入迹线/电级到接地装置铜泊的间隔，变小感应器数据信号迹线的总宽，乃至除去接地装置铜泊。 假如磁感应键入电阻的最高值超出 10 pF，则必须应用自动调谐电容器开展配对设定。

　　● 尽量地把每个磁感应安全通道中间的原有电容器的区别操纵在10 pF 之内(可在硬件配置调节期内测量这一区别)。 假如超出10 pF，必须减少迹线长短和感应器电级规格的失配，来实现再次合理布局便于把区别降至最少。

　　● 在I2C SDA和SCL路线中安裝串连电阻，便于过虑联接电脑主板和触碰控制模块的整车线束所造成的噪音影响，或来源于很有可能造成 I2C数据信号失确实开关电源噪音的影响。

上一篇：RF电路及其音频电路的PCB设计技巧

下一篇：2009中国集成电路市场喜忧参半