1.电容式传感的基本原理
电容传感技能为开发人员供给了一种与用户互动的全新方法，在规划一个电容感应式触摸开关时，需求考虑许多不同的要素。从以往的运用经历来看，在各种不同的作业条件下，开关的灵敏性有必要与多种状况相兼容。本节咱们要评论在规划电容感应式触摸开关PCB触点图形时，各种不同的排板规划对开关灵敏度的影响，包含电容式传感技能怎么使器材具有更高的牢靠性以及办理电容式传感技能的操控器怎么通过供给更多功用为客户带来增值服务和下降维护本钱。
触摸传感电容开关不带任何机械部件，并能轻松适应曲面运用的要求，因而能够成为当时各类产品运用的抱负技能。运用动态再装备功用，咱们可完成硬件的重复运用，在不添加额定本钱的状况下完成更多的体系功用。
如下图所示，电容式开关主要由两片相邻的电路极板构成，而依据物理原理，两片极板之间会发生电容。假如手指等导体挨近这些极板，平行电容(parallelcaPACi-tance)就会与传感器相耦合。将手指置于电容式传感器上时，电容量会升高;移开手指，电容量则会下降，通过丈量电容量就能够判别手指的碰触。
电容式传感器由两片电路极板及相互之间的必定空间所构成。这些电路极板可所以电路板的一部分，上面直接掩盖绝缘层，当然，也能够使极板适应各种曲面的弧度。
构建电容式开关的要素包含：电容器、电容丈量电路体系、从电容值转换成感应状况的部分智能设备。
典型的电容式传感器电容值介于10~30pF之间。一般来说，手指经由Imm绝缘层触摸到传感器所构成的耦合电容介于1~2pF的规模。越厚的绝缘层所发生的耦合电容愈低。若要传感手指的触碰，有必要完成能够检测到1%以下电容改动的电容传感电路。
增量求和调制器是一种用于丈量电容的高效、简略的电路，下图给出了典型的拓扑结构。相位开关使传感器电容向积分电容中注入电荷。该电压继续升高，直到大于参阅电压停止。比较器转为高电压，使放电电阻器开端作业。在积分电压降至参阅电压以下时，该电阻器停止作业。比较器供给所需的负反应，使积分器电压与参阅电压相匹配。
2.传感器充电电流
在第1阶段，传感电容(Csensor)的充电到达供电电压水平;在第2阶段，电荷被传输至积分电容(Cint)。反应使积分电容上的电压挨近参阅电压(kVdd)的值。每次发动该开关组合都会传输必定量的电荷。关于下式显现的充电电流而言，电荷传输的速度与开关频率(fc)成正比
3.放电电流
放电电流通过电阻完成。在比较器高电压时，会发动开关以衔接至放电电阻。比较器按必定份额在高、低压间循环，以使积分电容电压等于参阅电压。可将比较器为高电压时的百分比界说为“DensitYout”,仅在这部分百分比的时刻段放电。有关电流的核算为
在安稳状况下，充电电流与放电电流有必要匹配。设置IC使其与ID相匹配，则得到
传感器电容与密度成正比。已知采样频率、放电电阻以及参阅电压(VDDK)，只需丈量密度就能核算出传感器的电容。可使参阅电压与供电电压成正比，这样供电电压就对电容/密度的核算结果没有影响了，这也使得该电路关于电源具有较强的抗动摇才能。
数字电路用于检测密度，下图给出了这种电路的典范。
该脉宽调制器(PWM)可操控密度输入至计数器(enablegate)，假如PWM的脉宽为“m”个周期，假设在这段时刻中计数器积累了“n”个采样，那么密度则为n/m;假如PWM的脉宽为100个周期，就会得到1/100的分辨率，这个时刻再扩展10倍，则得到1110000的分辨率。观测的周期数越大，分辨率也就越高。
机械开关比较简单磨损，乃至磨坏产品外壳，导致缺口或裂口处侵入污染物。电容式传感器就不会发生损坏产品外壳的状况，也不会呈现缺口粘连物，更不会呈现磨损。因而，选用这种技能的开关器材是代替多种机械开关产品的抱负挑选。
4.对开关灵敏度的影响
光有一个触摸感应开关是不能运用的，除非体系能牢靠测定开关所在的状况。运用机械开关来完成电气衔接是没问题的，假如机械开关能合理地衔接，那么能正确地决议开或关的状况。运用感应触摸开关时，开关所在的状况有时很难显着界定。
电容感应式触摸开关在实践运用时，可能会呈现：当运用者的手指在碰到触摸开关时，触摸感应开关端的电容还没有充分地充电而手指现已离开了触摸点，那这时开关的状况处于何种状况呢?因而当手指碰触时，为了添加检测开关的牢靠性，使电容充电最佳化，下列几项内容对充电电容的性能参数影响较大。
(1)尺度、形状和在PCB上的开关放置方位。
(2)衔接在PCB和运用者手指之间的资料。
(3)衔接到开关与MCU之间连线参数。
上述这些条件，对触摸式感应开关的灵敏度都有直接的影响，因而有必要正确规划感应开关。
5.触摸感应开关的PCB图形
为了取得“开关电容PCB图形”,下图给出了触摸感应开关的12种PCB规划图形。这些感应开关具有不同的形状与尺度，咱们将其排列成三列(A~C)、四行(1~4)，其间A列与C列的尺度是20mmX20mm,B列的尺度是15mmX15mm.
A列与B列具有不同的尺度，可是走线和间隔是相同的;B列与C列也具有不同的尺度，可是它们的走线和间隔是按份额添加的。下表给出了不同尺度与不同形状的PCB图形具有不同的感应电容值。关于触摸感应式开关来说，一个好的开关应具有好的灵敏性和高的感应电容值，由于这样可将走线的寄生电容与电感的影响降到最低，对开关的影响最小。
比较下图与下表中数据可知，A列与C列的PCB图尺度相同，但电容量却不同，这是由于在A列与C列的PCB图形中，在相同的20mm×20mm外框围住中其内部的走线密度不同所造成的。比较A列与B列可知，其感应电容量不同是由于其尺度不同所造成的。
在规划触摸感应开关电容时需求考虑两个主要要素，一个是开关电容的尺度，另一个是其形状，当然与触摸开关上面衔接的资料特性与厚度也有联系。
6.不同资料的影响
在许多产品中，PCB上的开关不能直接被运用者触摸到。从漂亮与对电路板的维护视点考虑，一般在PCB与运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运用手指之间选用不同资料、不同厚度对感应电容影响的百分比。
从下表中可知，在PCB与用户手指之间放置不同资料，对感应电容影响效果是显着的，因而在规划该类产品时，咱们能够依照下面的规划规矩。
(1)开关图形的规划。不管在静态与动态时，上图中的第4行、第4列展示出最好的电容特性，不光图形规划简单，并且开关特性安全牢靠。
(2)为了使PCB与手指间的感应电容改动最小，需求运用最薄的资料。
(3)为了使触摸开关具有肯定的电容量，所运用的资料需求具有更高的介电常数。
相关于在开关与其他电容之间的更高电容值，例如，走线或其他电容，在静态或动态时，MCU能直接检测到电容量的改动。
7.走线长度
别的一个重要要素是衔接在触摸开关与MCU之间走线的长度对开关的影响效果。
走线越长对开关的寄生电容功效越显着，过大的寄生电容会使开关不能正常作业。假如寄生电容太大，当手指与触摸开关触摸时，过大的寄生电容使MCU不能检测到开关状况的改动。一般，依据不同的开关图形与所用的资料不同，触摸开关感应电容一般操控在2~15pF之间是比较合理的。
在规划触摸感应开关体系时，一个比较安全的准则是感应电容量改动0.5%时，MCU能检测到。有必要仔细检查触摸开关PCB图形与走线，将感应电容规划到最小，因而，当手指碰触时典型的电容改动量操控在总电容量的0.5%.
8.供电电压VDD的影响
另一个规划考虑的要素是MCUVDD电压源。VDD电压的安稳与否，与MCU的安全牢靠检测严密相关。由于该电压直接影响了触摸感应电容的充电与放电开关特性，因而在触摸感应操控%&&&&&%的VDD与Vss(地)之间有必要设置旁路电容，一起前级最好用三端稳压器供电，供电电源走线有必要短而粗，切忌规划成细而长且绕圈子的方式。
9.触摸感应开关规划
根据上述2、3点测验与规划约束的定论，在规划触摸感应开关时要考虑运用许多通用资料，例如玻璃、树脂塑料和ABS塑料等，为了完成有用操控和能选用多种资料，咱们挑选4C开关电路图形。即便电路开关具有最低的静态电容，它相同具有足够高的寄生电容和相同好的开关特性。下图是最佳的开关电路尺度与图形。
为了避免在每个开关节点之间发生的耦合，两个相邻开关之间的间隔至少要大于lOmm.假如间隔小于10mm,那么检测将可能发生问题，可是更合理的规划有必要通过核算。
假如在开关前面掩盖一个面板，特别要考虑其安稳性，在开关与面板之间有必要严密触摸，不能有任何缝隙存在。由于缝隙相同能改动静态与动态%&&&&&%。
假如体系需求多个开关，下图给出了最佳的PCB规划方案。虚线为顶层走线，按键相同规划在顶层，实线是底层走。
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