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簡要介紹瑞薩電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)CTSU2的互容式觸摸按鍵電極設(shè)計(jì)建議。

1. 概述

互電容方式中的按鍵電極具有優(yōu)異的防水性能、支持矩陣結(jié)構(gòu)，以及許多其他自電容所不具備的功能。然而，互電容需要復(fù)雜的按鍵電極配置和布線，使得靈敏度調(diào)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)布局圖案時(shí)，必須考慮每種方式的優(yōu)缺點(diǎn)。此外，與自電容方式不同，當(dāng)面板厚度低于指定水平時(shí)，靈敏度會(huì)降低。在確定面板厚度時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)考慮按鍵電極配置。

對(duì)于互電容方式，必須使用至少具有兩層的多層板。本文以雙層板為例。

2. 設(shè)計(jì)建議

本節(jié)提供了關(guān)于在印刷電路板上創(chuàng)建互電容式按鍵的參考設(shè)計(jì)信息。我們建議在電極周圍放置具有交叉影線圖案的GND屏蔽保護(hù)層。此外，我們還建議采用ESD對(duì)策，具體做法是屏蔽帶有GND平面圖案的電路板的外周。此處列出的編號(hào)對(duì)應(yīng)每幅圖中的編號(hào)，不包括編號(hào)8和9。稍后將詳細(xì)描述每個(gè)項(xiàng)目。

①電極形狀：方形（發(fā)射器電極TX和接收器電極RX組合）

②電極尺寸：至少10mm

③電極間距：電極間應(yīng)留有足夠的距離，以使其不會(huì)同時(shí)對(duì)觸摸物體（手指等）做出反應(yīng)（建議間距：至少為按鍵大小的0.8倍）

④線寬：可量產(chǎn)的最細(xì)導(dǎo)線；約0.15mm至0.20mm，用于印刷電路板

⑤導(dǎo)線長度：盡量縮短導(dǎo)線。在拐角處形成45度角，而非直角

⑥導(dǎo)線間距：

（A）盡可能留出較寬的間距，防止相鄰電極產(chǎn)生誤檢測。

（B）電極分離時(shí)：1.27mm中心距

（C）留出至少20mm的距離以防止在Tx和Rx之間產(chǎn)生耦合電容。

⑦交叉影線GND圖案（屏蔽保護(hù)層）距離

由于建議采用的按鍵圖案中的引腳寄生電容相對(duì)較小，因此引腳越靠近GND，寄生電容越大。

A：電極周圍至少4mm

我們還建議在電極之間使用約2mm寬的交叉影線GND平面圖案。

B：導(dǎo)線周圍至少1.27mm

⑧Tx、Rx寄生電容：不超過20pF

⑨電極+導(dǎo)線電阻：不超過2kΩ（含參考值為560Ω的阻尼電阻）

⑩請(qǐng)勿將GND圖案直接放置在電極或?qū)Ь€下方

有源屏蔽功能不能用于互電容方式

圖2-1 互電容方式中的按鍵圖案示例

3. 電極圖案設(shè)計(jì)

圖3-1所示為互電容方式的電極電路?；ル娙菔桨存I電極的配置包括接收電極（Rx）和發(fā)射電極（Tx）。在互電容方式中，1個(gè)電極的總電容值應(yīng)不超過20pF，總電阻（包括阻尼電阻）值應(yīng)不超過2kΩ。可以使用QE for Capacitive Touch確認(rèn)每個(gè)電極的總?cè)萘恐怠?/span>

圖3-1 互電容方式的電極電路

圖3-2所示為建議用于互電容方式的電極圖案。接收電極更容易受到噪聲的影響，可通過將Rx的側(cè)面與Tx的側(cè)面包圍來對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。這種配置會(huì)增加Tx和Rx相對(duì)側(cè)之間的距離（在此稱為“正對(duì)距離”）以及與手指接觸的表面積。該圖案支持2mm至3mm的覆蓋面板厚度。

圖3-2 互電容方式：建議采用的電極圖案

互電容式觸摸測量可測量Tx和Rx之間的電磁場（電容耦合），并捕捉電容耦合減小的現(xiàn)象，因?yàn)榭拷闹讣猓慈梭w的一部分）會(huì)吸引部分電磁場。因此，布局圖案必須設(shè)計(jì)為（1）盡量增加Rx和Tx之間的電容耦合，以及（2）盡量提高手指靠近時(shí)電容耦合降低的速率。

圖3-3所示為互電容式電極的Tx/Rx耦合電容電磁場的示意圖。使用厚覆蓋面板時(shí)，需要加大Tx/Rx的正對(duì)距離。但是，由于大多數(shù)產(chǎn)品會(huì)限制電極尺寸，因此通常很難增加Tx/Rx距離。如圖3-2所示，可能需要使用Tx/Rx距離更短的電極，如C形電極，但與2形電極相比，C形電極的Tx/Rx距離更短意味著測量值也可能更小。

圖3-3 互電容方式中的電極Tx-Rx電容耦合示意圖

圖3-4所示為互電容方式中基于電極焊盤Tx/Rx平行走線距離和Tx/Rx正對(duì)距離的電容耦合示意圖。發(fā)射電極Tx和接收電極Rx的平行走線距離越長，Tx/Rx耦合電容越大，進(jìn)而導(dǎo)致檢測到觸摸時(shí)測量值的變化越大。當(dāng)電極焊盤尺寸相同時(shí)，Tx/Rx平行走線距離越長，布局就越復(fù)雜。此外，Tx/Rx正對(duì)距離越長，支持的覆蓋面板和氣隙厚度越大，但會(huì)產(chǎn)生更密集的電磁場，從而導(dǎo)致傳感器計(jì)數(shù)減少。

圖3-4 互電容方式中基于電極Tx/Rx平行走線距離和正對(duì)距離的電容耦合示意圖