电容式触摸按键原理

现阶段，随着电容式触摸按键在外形美观和使用寿命等方面都优于传统的机械按键，电容式触摸按键的应用领域也日益广泛，包括家电、消费电子、工业控制和移动设备等。本文就一种具体的电容式触摸开关芯片SJT5104介绍一下电容式触摸按键的基本工作原理和材料选择。

      一 工作原理
      任何两个导电的物体之间都存在着感应电容，一个按键即一个焊盘与大地也可构成一个感应电容，在周围环境不变的情况下，该感应电容值是固定不变的微小值。当有人体手指靠近触摸按键时，人体手指与大地构成的感应电容并联焊盘与大地构成的感应电容，会使总感应电容值增加。电容式触摸按键IC在检测到某个按键的感应电容值发生改变后，将输出某个按键被按下的确定信号。电容式触摸按键因为没有机械构造，所有的检测都是电量的微小变化，所以对各种干扰会更加敏感，因此触摸按键设计、触摸面板的设计以及触摸IC的选择都十分关键。

     二 触摸PAD设计

1.   触摸PAD材料

触摸PAD可以用PCB铜箔、金属片、平顶圆柱弹簧、导电棉、导电油墨、导电橡胶、导电玻璃的ITO层等。不管使用什么材料，按键感应盘必须紧密贴在面板上，中间不能有空气间隙。当用平顶圆柱弹簧时，触摸线和弹簧连接处的PCB，镂空铺地的直径应该稍大于弹簧的直径，保证弹簧即使被压缩到PCB板上，也不会接触到铺地。

2.   触摸PAD形状

原则上可以做成任意形状，中间可留孔或镂空。作者推荐做成边缘圆滑的形状，可以避免尖端放电效应。一般应用圆形和正方形较常见。

3.   触摸PAD面积大小

按键感应盘面积大小：最小4mm×4mm，最大30mm×30mm。实际面积大小根据灵敏度的需求而定，面积大小和灵敏度成正比。一般来说，按键感应盘的直径要大于面板厚度的4倍，并且增大电极的尺寸，可以提高信噪比。各个感应盘的形状和面积应该相同，以保证灵敏度一致。通常在绝大多数应用里，12mm×12mm是个典型值。

4.   触摸PAD之间距离

各个触摸PAD间的距离要尽可能的大一些（大于5mm），这样可以减少它们形成的电场之间的相互干扰。当用PCB铜箔做触摸PAD时，若触摸PAD间距离较近（5mm～10mm），触摸PAD必须用铺地隔离。如果各个触摸PAD距离较远，也应该尽可能的铺地隔离。适当拉大各触摸PAD间的距离，对提高触摸灵敏度有一定帮助。

三、触摸面板选择
1.   触摸面板材料

面板必须选用绝缘材料，可以是玻璃、聚苯乙烯、聚**乙烯（pvc）、尼龙、树脂玻璃等，按键正上方1mm以内不能有金属，触摸按键50mm以内的金属必须接地，否则金属会影响案件的灵敏度。在生产过程中，要保持面板的材质和厚度不变，面板的表面喷涂必须使用绝缘的涂料。

2.   触摸面板厚度

通常面板厚度设置在0～10mm之间。不同的材料对应着不同的典型厚度，例如亚克力材料一般设置在2mm～4mm之间，普通玻璃材料一般设置在3mm～6mm之间。

3.   双面胶

触摸按键PCB与触摸面板通过双面胶粘接，双面胶的厚度取0.1～0.15mm比较合适，推荐采用3M468MP，其厚度0.13mm。要求PCB与面板之间没有空气，因为空气的介电系数为1，与面板的介电系数差异较大。空气会对触摸按键的灵敏度影响很大。所以双面胶与面板，双面胶与PCB粘接，都是触摸按键生产装配中的关键工序，必须保证质量。

PCB与双面板粘接，PCB带双面胶与面板装配时都要用定位夹具完成装配，装配完成后，要人工或用夹具压紧。为了保证PCB板与面板之间没有空气，需要在双面板上开孔和排气槽，并且与PCB上开孔配合。设计夹紧夹具时，重点压触摸按键的部位，确保感应部位没有空气。

四、触摸IC选用

目前，世界知名电子元器件供应商均加大了对电容式触摸按键IC的应用研究，并推出了众多的专业芯片（本文简称触摸芯片），也有众多基于MCU集成类的IC，设计人员选择空间较大，可以根据功能的需求和芯片的性价比来选择适合设计需要的IC，也可以自己设计基于MCU的A/D口实现触摸IC。

五、SJT5104触摸IC介绍
1.   基本介绍

SJT5104 是一颗低成本高可靠度的电容式触摸感应IC，提供4 个触摸感应按键和4 个直接输出端口；内建LDO 稳压电路，电源噪声耐受力高；外围元件少，设计简单，只需极少的元件即可完成硬件设计。提供2 种输出模式、输出高/低电平可选、2 种工作模式、多键消重功能、2 种输出型态。每个触摸感应按键的灵敏度均可根据需要自由调节，增加了产品的可操作性，使设计更加灵活多变。

SJT5104是专为四路触摸开关、四键触摸按键以及要求省电的电子产品而设计的低功耗低成本的4通道电容式触摸感应IC；提供SSOP-20小体积封装，四个按键的灵敏度均可独立设置；内嵌稳压系统，抗电源波动跌落干扰能力强；SJT5104具备环境温度、湿度的自适应能力，不会天气或环境变化而影响灵敏度和工作稳定性；在2.5V~5V电压范围内均可稳定工作，待机电流仅3uA，提供模拟机械按钮的直接输出模式和模拟机械开关的触发输出模式；触摸检测生效，其对应输出的高/低电平可通过功能设置端口直接设置。可设置多重按键消除功能，检测到几个按键同时触摸生效则只允许一个生效。

2.   基本参数和优势

●4 个电容式触摸感应按键；
● 工作电压：2.5V～5.5V；     

● 功率消耗：VDD=3V 无负载；低功耗模式2.5uA，快速模式9uA；       

● 每个按键的灵敏度均可通过外部电容自由调节；       

● 提供直接模式和触发模式、高阻输出和CMOS 输出；       

● 内嵌LDO 稳压电路，抗电源波动跌落干扰能力强；       

● 环境温度湿度变化自动适应功能；       

● 多重按键消除功能：允许单键模式和多键模式；       

● 超强的抗EMC 干扰能力。