S-TouchTM 电容式接触控制器PCB布局攻略

S-TouchTM 电容式接触控制器PCB布局攻略

在结构为两层的PCB中，S-TouchTM接触控制器和其他部件被布设在PCB的底层， 传感器电极被布设在PCB的顶层。

　　图.1 依据两层板的电容式接触模组的结构

　　每个传感器通道所需的调谐匹配电容器可以直接布设在该传感器电极的底层。需求指出的是，S-TouchTM接触控制器布设在底层，应该保证其对应的顶层没有布设有任何传感器电极。顶层和底层的空白区域可填充网状接地铜箔。

　　图2.1  两层PCB板的顶层

　　图 2.2  两层PCB板的底层

　　规划规矩

　　第1层(顶层)

　　● 传感器电极坐落PCB的顶层(PCB的上端与覆层板固定在一起)。 为进步灵敏度，主张运用尺度为10 x 10 毫米的感应电极。 可以运用更小尺度的感应电极，但会下降灵敏度。 一起，主张感应电极的尺度不超越 15 x 15毫米。 假如感应电极超越这一尺度，不但会下降灵敏度，而且会添加对噪声的易理性。

　　● 空白区域可填充接地铜箔 (迹线宽度为6 密耳，网格尺度为30密耳)。

　　● 顶层可用来布设一般信号迹线(不包含传感器信号迹线)。 应当尽或许多地把传感器信号迹线布设在底层。

　　● 感应电极与接地铜箔的距离至少应为0.75毫米。

　　第2层(底层)

　　● S-TouchTM控制器和其它无源部件应该规划布局在底层。

　　● 传感器信号迹线将被布设在底层。 不要把一个通道的传感器信号迹线布设在其他传感通道的感应电极的下面。

　　图.3 接触极板下的传感器信号迹线走线办法

　　● 空白区域可填充接地铜箔 (迹线宽度为6 密耳，网格尺度为30密耳)。

　　● 传感器信号迹线与接地铜箔的距离应当至少是传感器信号迹线宽度的两倍。

　　● 为下降串扰，应当尽或许地增大两个感应电极/感应信号迹线之间的距离。 在或许的情况下，在两个感应电极/感应信号迹线之间参加接地铜箔。

　　● 传感器信号迹线的长度并不需求彻底等长。 因为运用匹配调谐电容，彻底可以使两条通道之间的输入电容到达平衡。 但是，在PCB空间答应的情况下，最好运用长度持平的传感器信号迹线(传感器电极的尺度也是一致的)。 这样一来，为了把一切传感通道的传感器容抗值调整至控制器感应的动态规模以内，只需设置一个规范参阅电容即可，简化了规划难度。

　　● 任何时钟、数据或周期信号迹线都不应该与传感器的信号迹线相邻平行布设。 这些信号线应当尽或许地与传感器的信号迹线笔直，或许布设在 PCB的其他区域。

　　● 假如时钟、数据或任何周期信号迹线的确需求与传感器的信号迹线平行布设，它们应当被布设在不同的层而且不能堆叠，而且应当尽或许地缩短信号迹线平行部分的长度。

　　图.4 传感器信号迹线和周期信号迹线相邻时平行布设

　　接地铜箔

　　在前面临两层FR4 PCB的介绍中，接地铜箔被用来填充PCB的空白截面区域。 接地铜箔可以协助接触模块屏蔽外部噪声源，还可以安稳传感器线路的固有电容。

　　但是，运用接地铜箔时需求事前留意几个问题。 这是因为接地铜箔会添加传感器的固有电容，还会添加因为水滴导致的过错检测的或许性。

　　接地铜箔规划攻略：

　　● 主张运用网状的接地铜箔，而非实心的接地铜箔。 主张运用20%的网状接地铜箔(迹线宽度为6 密耳，网格尺度为30密耳)。 接地铜箔的视点应当设置为45°。

　　● 传感器到接地铜箔的距离应当至少为0.5 毫米，主张运用0.75毫米。

　　● 传感器信号迹线到接地铜箔的空隙应当至少是迹线宽度的两倍。

　　● 关于四层PCB来说，假如布设在第三层的传感器信号迹线大于 10厘米，为了把长迹线的电容负载降至最低，主张不要在底层布设接地铜箔。

　　● 假如对覆层板运用部分导电资料，主张不要在顶层布设接地铜箔。

　　● 假如电容感应体系需求在湿润环境中作业，主张不要在顶层布设接地铜箔。

　　传感器根本功用描绘与攻略

　　电容传感器电极是指一种用来丈量手指电容的导电极板。 它被衔接至S-TouchTM控制器的感应通道的输入端。 传感器电极可以被制作成各种几许形状和尺度，以便具有不同的功用和运用。

　　接触按键

　　接触按键的根本功用是检测是否有手指在触按。 S-TouchTM控制器可丈量接触按键感应电极的电容。 假如手指比较接近接触按键，当所丈量的电容改变超越预先设定的阀值，就会检测到手指接触的发作。

　　图.5 接触按键形状

　　接触按键可以被规划成各种形状，例如方形、圆形、三角形或其他形状。 假如限制了 PCB的尺度，所规划的按钮形状应当最大化地运用空间，以便供给最佳的灵敏度。

　　关于掩盖有2-3毫米的丙稀酸塑料层外壳的运用，主张运用最小尺度为10 x 10毫米的正方形传感电极。 主张最大尺度不要超越15 x 15毫米。假如超越该尺度，不只无法进步灵敏度，而且还会加重噪声易理性。

　　接触滑动条

　　接触滑动条的根本功用是用来检测手指在一维方向上的滑动方位。

　　接触滑动条的典型运用之一是进行音量控制。 可以运用两种办法来完成接触滑动条：接触状况滑动条和份额计量滑动条。

　　把方形接触按键按次序严密摆放在一起，即可以规划成接触状况滑动条。

　　图.6 接触状况滑动条的完成

　　方位 传感器敞开（ON）

　　表1 接触状况滑动条的规划

　　当检测到某传感通道处于敞开状况时，就能确认手指在接触滑动条上的方位。 在上例中，运用了5个传感通到来检测9个方位。 假如S1 和S2 通道一起处于敞开状况，就意味着手指的方位坐落方位2。

　　关于掩盖有2-3毫米的丙稀酸塑料层外壳的运用，主张运用最小尺度为10 x 10毫米的传感电极。滑动条传感器之间的空隙值主张为0.75毫米。两个相邻传感电极之间的空隙不要超越1毫米。这是为了保证当手指正好坐落空隙内时，两个传感器通道可以一起敞开。

　　接触状况滑动条的长处是规划简略，在噪声环境下具有较高的安稳性。 但是，假如需求数量较多的方位，该办法则会因为需求过多传感器通道而无法施行。

　　另一种办法是运用份额计量滑动条。 该办法不是经过检测每个传感通道上的接触状况来完成，而是依据每个传感器通道所测得的切当电容改变来确认手指的方位。 当测得每个传感通道的切当电容改变后，经过进行份额核算来确认手指的切当方位。

　　图.7 份额计量滑动条的完成

　　上述方位中的手指接触会导致三个传感通道电极的电容添加。 因为手指掩盖面积的不同，每个传感器所添加的电容值也不相同。 然后，对传感器的原始电容数据进行处理，就可以取得手指在滑动条上的肯定方位。

　　接触旋转器

　　同滑动条相同，接触旋转器也是依据接触状况和份额计量办法完成的。

　　运用接触状况办法的旋转器经过查看每个传感通道的状况来确认手指的方位。 运用份额计量办法的旋转器，经过丈量因为手指接触而导致的各个传感通道添加的切当电容来确认手指的方位。 手指在旋转器上翻滚时，会导致几个传感通道的电容增大。 然后，经过核算这些传感通道所添加的电容值，可以核算得出手指接触的切当方位。

　　图.8 接触状况和份额计量接触旋转器的完成

　　接触旋转器关于手指接触检测的安稳性取决于要求的分辨率和传感通道的数量。 关于高分辨率的接触旋转器来说，或许需求运用更多的传感通道，而不一定像图8中所示的那样仅运用了三个传感通道。

　　其他考虑要素

　　依照这些根本的规划指引进行PCB规划和布局，可以使电容感应运用愈加牢靠。 在PCB规划中，还要考虑其他的重要要素，包含：

　　●  PCB上无浮板/极板。 PCB 的空白区域可填充接地铜箔或留空。

　　●  PCB应当规划成所需求的参阅电容值小于20 pF (该参阅电容值是在硬件调整期间确认的)，而且各个通道的固有电容应小于10pF。假如大于此值，则需求修正某些根本布局，如下降接地铜箔的密度，扩展感应输入迹线/电极到接地铜箔的距离，缩小传感器信号迹线的宽度，乃至去除接地铜箔。 假如感应输入电容的最大值超越 10 pF，则需求运用调谐电容进行匹配设置。

　　●  尽或许地把各个感应通道之间的固有电容的不同控制在10 pF 以内(可在硬件调整期间测定这一不同)。 假如超越10 pF，需求下降迹线长度和传感器电极尺度的失配，来进行从头布局以便把不同降至最低。

　　●  在I2C SDA和SCL线路中装置串联电阻器，以便过滤衔接主板和接触模块的线束所引起的噪声搅扰，或来自或许导致 I2C信号失真的电源噪声的搅扰。