触控芯片原理及应用

【中心议题】

•        *触控芯片原理
•        *触控芯片应用

【解决方案】

•        *人体手指的触摸引起输入电容的变化
•        *主MCU通过检测触摸芯片输出口的电平信号，从而判断出有无手指接触到按键

1概述

随着微电子技术的飞跃发展，电子产品更趋向于小型化、操作更加简单方便、外观更加时尚亮丽。机械式按键已经远不能满足现在电子产品的要求，触摸式按键的出现打破了原有机械式按键的设计理念，使按键操作更加灵活方便，按键面板更加新颖独特。目前触摸式按键已在电子产品中得到了越来越广泛的应用。现在我们所用的手机、家用电器等高端产品基本上都采用了触摸式按键。触摸式按键也逐步得到了广大消费者的认可，应用的范围也越来越广泛。

2触控芯片的原理

触摸按键是通过触控芯片来实现的。触控芯片的原理是通过人体手指的触摸引起输入电容的变化，输入电容和触控芯片内置的基准电容比较输出差分信号，再由放大电路放大后在输出端得到高低电平，从而实现对模拟信号的控制。主MCU通过检测触摸芯片输出口的电平信号，从而判断出有无手指接触到按键，实现触摸按键功能。

3触控芯片的特点

与传统机械式按键相比，触控芯片主要具有以下特点：

1）由于不是机械的按键，触摸按键没有机械损伤，按键寿命更长，一般可以达到10万次以上。

2）操作面板上没有实际的按键，操作面板外观整体性更好，外观可以更加新颖。

3）触摸按键的灵敏度可以根据灵敏度电容自由调节。

4）由于水气对输入电容影响不大，触摸按键的防潮和防水性较好。

4触控芯片的应用

当手指接触到面板按键丝印时，手指做为一个电极，面板做为电容的中间介质，面板下的导电介质连接到PCB板上的感应焊盘做为电容的另一个电极，这样就形成了一个输入电容。输入电容和触控芯片内置的基准电容比较输出差分信号，再由放大电路放大后在输出端（OUTPUT）得到高低电平，主MCU通过检测触摸芯片输出口（OUTPUT）的电平信号，从而判断出有无手指接触到按键，实现触摸按键功能。

5触控芯片应用注意事项

5.1面板介质要求

1）面板的厚度最好小于等于6mm，且要求面板厚度必须均匀。由于手指上的电荷有限，如果面板介质太厚电容变化量太小，触控芯片将不能识别，按键将没有响应。

2）面板材料可采用PMMA(有机玻璃）、大理石等非导电体材料，面板上丝印也必须是绝缘的，否则操作按键时会出现错乱。

5.2 PCB板的设计要求

1）感应焊盘的连线线宽度不能太宽，太宽寄生电容会增大，按键灵敏度降低。

2）感应焊盘的连线之间间距尽量拉大，防止相互干扰。

3）为改善ESD特性和更好的抗干扰性，感应焊盘的周围要求铺地，与感应焊盘的间距不能太近；如果周围干扰较大，则最好两面铺地。

4）感应焊盘的表面可以露铜或盖滤油。与感应焊盘的走线尽量不要在同一层面。

5）感应焊盘的走线应尽量减少过孔，走线越短越好。

6）感应焊盘的面积主要与贴附物的厚度、材质及IC的工作电压有关，材质越厚、IC工作电压越低，则要求感应焊盘的面积越大；否则，其灵敏度会降低。

7）感应焊盘的下面尽量不要走线，特别是大电流电路。

5.3面板与PCB感应焊盘间导电介质的要求

1）导电介质起导电的作用必须完全导电。

2）面板与导电介质必须紧密接触，如果面板与电极之间有空气间隙，这样会导致操作失常，因为空气间电介质常数是不稳定的。

5.4按键灵敏度可以通过感应焊盘及外加电容来调节

按键灵敏度主要与感应焊盘的面积、焊盘贴附物的厚度、面板材质、面板厚度及IC的工作电压有关，其灵敏度主要通过感应焊盘及外加电容来调节

5.5触摸芯片工作频率要求

触控芯片工作频率如上表所示，为使触控芯片不受其他工作频率干扰或干扰其他器件的工作频率，一般可以根据实际使用环境要求进行适当调节。

6触控芯片发展趋势

目前运用的触控芯片主要有两种，一种是电阻式，另一种是电容式。因电容式可靠性更高而得到更加广泛的应用。

目前应用触摸芯片的产品，单点触摸式是最为常见也是应用最为广泛的方式。

随着触控芯片的不断发展，各种各样形式的触摸按键已经出现在我们日常家用电器中，如滚轮和滑块式按键的出现更加丰富了触控芯片的应用。

早期的触控芯片比较简单，只能处理按键。随着技术的进一步发展，触控芯片已经不再是一个简单的按键处理芯片，现在已经完全可以作为一个主MCU来用，除了可以处理触摸按键外还可以处理如AD采样、LED控制、通讯等等。以前要实现触摸按键功能必须有两个芯片，一个触控芯片，一个主MCU，现在只需要一个触控芯片就可以解决问题，使产品的成本大大降低，也使得更多的产品可以运用触控按键技术。

因触控芯片集成为MCU以后，按键的检测也变得更加灵活，可以采用矩阵扫描或AD采样，这样就使得可以识别的按键个数越来越多，以前可能需要几个触控芯片才能完成，现在一个新的触控芯片就完全可以满足要求。

总结

触控芯片技术的出现，使按键的方式也出现了巨大的变化，按键操作变的更加灵活舒适，按键面板也变地更加时尚亮丽。触控按键以其独特的优势正被越来越多的产品所采用。

随着触控技术的不断发展，触控芯片的可靠性和实用性也将进一步提高，使得触控芯片的使用也就更加广泛。目前触控芯片集成度已越来越高，触控芯片既可以做主MCU也可以做触摸按键，这就使的触控芯片的性价比更高，成本更低，由此可见，触控芯片的应用将会越来越广泛。