本帖最后由 WCHTech2 于 2019-9-29 17:56 编辑
一、摘要 CH554系列内置USB全速主从控制器和电容式触摸检测通道，可用于各种USB主机和设备应用；6通道触摸信号输入定时自动采样，最多支持互电容方式15个触摸按键，电容测量范围5pF-150pF，本文档主要关注触摸使用时的检测电路、触摸PCB画法和面板介质选择等几个方面。 二、总体概述 电容式开关主要是由2片相邻的电路极板构成，根据物理原理，2片极板之间会产生电容。如果手指等导体靠近这些极板，通道固有的电容会和手指与PCB产生的电容耦合。将手指置于触摸按键上时，电容量会升高；移开手指，电容量则会降低，通过测量电容量就可以判断手指的碰触。
MCU采集到的电容主要包含2个部分，寄生电容和感应电容；寄生电容一般是由于PCB走线或者与其他器件之间相互关系产生的电容，一般是比较大的；感应电容是触摸按键PCB画图产生的电容（2pF~20pF）；理论上应该尽量减小寄生电容，否则电容量超出测量范围，会导致无法正常使用触摸按键，如何减小寄生电容在下文会提到。 (1)、检测模式：自电容和互电容方式以CH554评估板画法为例；直径约440mil(约1.1cm) 评估板触摸按键PCB图PCB按键直连检测通道，无须添加其他器件，外围电路简单。原理图按照普通按键画法就可以，主要是PCB画图不同，原理图如下：
(2)触摸按键设计注意点：虽然触摸按键的电容量计算比较复杂，但是根据电容容量和介电常数关系公式： C = εS/4πkd C：电容量 ε：板间介质的介电常数 S：面积 d：距离 k：常量 触摸按键设计主要是尽量增大感应电容，减小寄生电容，所以在设计PCB主要注意以下几点：·尺寸、形状和在PCB上的位置。·面板材料。·触摸按键到MCU之间的走线等。上述这些因素，对触摸式感应开关的灵敏度和有效操作都有直接的影响。
（3 ）、触摸按键PCB图形 下图给出了触摸按键的12种PCB设计图形 ，具有不同的形状与尺寸，我们将其排列成三列（A~C）、四行（1~4），其中A列与C列的尺寸是 20mmX20mm,B列的尺寸是15mmX15mm。 注：数据来自网络，只是为了说明不同PCB对触摸按键电容的影响和大小对应关系 （单位pF ）。 行/列 | A | B | C | 1 | 8.4 | 4.8 | 6.4 | 2 | 8.4 | 4.8 | 6.4 | 3 | 3.9 | 2.5 | 3.1 | 4 | 2.2 | 1.1 | 1.9 |
（4）、不同材料的影响在许多产品中，PCB上的触摸按键不能直接被使用者触摸到。从美观与对电路板的保护角度考虑，通常在PCB与使用者之间会隔着一层塑料或玻璃制品。下表给出了在感应开关与使用手指之间采用不同材料的介电质常数。 材料 | 介电常数 | 空气 | 1 | 木质 | 2 | 有机玻璃（亚克力） | 3 | ABS | 4 | 玻璃（陶瓷） | 6 | 玻璃（标准） | 4.6~8.0 |
- 触摸按键PCB图形的设计，可以直接参考CH554评估板原理图。
- PCB与手指间的感应电容改变大小与使用材料薄厚有关，材料越薄，感应效果越好。
- 材料介质常数会直接影响触摸按键的感应电容，介电常数越大，感应效果越好。
- 控制触摸按键与其他电容之间的电容值（寄生电容），例如，走线或其他电容，寄生电容越小越好。
（5）、走线长度 另外一个重要因素是连接在触摸按键与MCU之间走线的长度对开关的影响作用。 走线越长对开关的寄生电容效用越明显，过大的寄生电容可能导致无法识别触摸按键。如果寄生电容太大，当手指与触摸开关接触时，过大的寄生电容使MCU不能检测到开关状态的变化。通常，根据不同的开关图形与所用的材料不同，触摸开关感应电容一般在2~ 20pF。在设计触摸感应开关系统时，一个比较安全的准则是感应电容量改变0.5%时，MCU能检测到。
（6）、供电电压VDD的影响 由于IC 检测时，电压的微小变化容易引起误操作，要求电源的纹波和噪声要小，要注意避免由电源串入的外界强干扰，在使用过程中必须能有效隔离外部干扰及电压突变，因此要求电源有较高的稳定度。 (7)、触摸 按键设计·触摸 按键的面积越大，灵敏度越高。为了保证足够的灵敏度，触摸按键建议一般设计为10mm*10mm以上。·介质材料及厚度：介质的厚度越薄，灵敏度越高，介质材料的介 电系数，空气最低，标准玻璃最高，介电系数越高越好。· 使用PCB 板上的铜箔图案作触摸 按键，应使用双面PCB 板。 触摸按键到CH554 引脚的连线应放在感应盘铜箔的背面，感应盘应紧贴触摸面板。·尽量保证各触摸走线长度一致。·感应走线与铺地的距离d1至少保持1mm以上，感应走线与感应走线之间的间距保持在1mm以上，感应走线尽量避免与其它感应走线平行，防止触摸之间相互干扰。·触摸盘与触摸盘边距保证在5mm以上。 - 感应盘到触摸芯片的连线尽量短和细，如果PCB 工艺允许尽量采用5mil 的线宽。
- PCB板触摸盘正面、背面不铺地，灵敏度有较大幅度提升，但同时降低了抗干扰能力。一般建议在保证灵敏度的情况下触摸盘周围铺地，以提高抗干扰能力。感应盘铜皮面的铺铜应采用网格图案，并且网格中铜的面积不超过网格总面积的40%。铺铜必须离感应盘有0.5mm以上的距离。原则是感应盘到IC 连线的背面如果铺铜必须采用如图所示的图案，铜的面积不超过网格总面积的40%。
三、硬件设计 CH554触摸键盘扫描驱动电路，硬件如下图： CH554是增强型51内核的全速(12Mbps)USB单片机，内置晶振，芯片外围也足够简洁。 四、软件设计软件主要包括以下方面：(1)、获取触摸按键基准值，上电或者程序运行中定时执行，实时调整基准值，可以有效减少按键采集偏差。 (2)、定时查询各触摸按键，设定按键误差范围，将获取当前的按键状态与基准值比较，当前按键状态小于基准值，则按键被按下。此处使用查询方式，也可以使用中断方式操作，详见CH554EVT。 五、可拓展功能六、应用场合应用于各种消费电子触摸产品，如智能家居灯光控制开关，台灯控制开关等。比如：
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