电极电路配置会使电路产生天线效应(MCU当电容耦合时,引脚只处于开路状态),并且容易受到电磁场噪声的影响。MCU采用多种抗噪对策,保证高抗噪性。然而,仅仅依靠MCU不能防止所有噪声的影响。在噪声严重的环境中使用MCU硬件对策至关重要。以下示例说明了如何保护系统免受外部噪声的影响。
一般来说,导线越长,噪声越有可能与许多噪声频率同步和混合。确保按键电极和触摸MCU导线之间尽可能短。
防止外部噪声引起故障的最佳方法是屏蔽触摸按钮周围。CH582支持有源屏蔽。
3.1 图案设计
图3-1显示了交叉影线图案的大小。屏蔽电极和电极导线是一种有效的阻力EMS噪声对策。屏蔽保护层可放置在多层板上的电极或电极线的正下方,但GND平面图案具有较大的耦合容量,使电极在接触时无法检测到电容波动。因此,应使用具有交叉影线图案的屏蔽保护层。此外,交叉影线图案根据导线方向倾斜45度,以减少与电极导线的电容耦合。
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中心距:1.5mm
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线宽:0.15mm
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线路间距:1.35mm
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图3-1 交叉影线图案尺寸
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3.2 GND屏蔽
在电极和电极导线周围放置GND图案产生电容耦合,抑制外部噪声引起的电位波动。如果GND如果屏蔽离电极太近,寄生电容会增加太多,这可能会阻碍触摸检测。当环境噪声严重且需要靠近屏蔽时,建议使用可以减少电容耦合的影线形状。此外,平行线路越长,寄生电容器越多。因此,电线与屏蔽之间的距离可能需要调整。
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以下是顶层在顶层使用的形状和布线条件。假设电极焊盘放置在顶层。
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电极与交叉影线GND屏蔽之间的距离:5mm
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交叉影线GND屏蔽宽度:不超过5mm
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确保交叉影线连接GND图案和GND平面。
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用交叉影线GND图案覆盖电极和导线正下方的区域。
图3-1和图3-2为多层板GND屏蔽图案示例。
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电极与交叉影线GND屏蔽之间的距离:5mm
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交叉影线GND屏蔽宽度:不超过5mm
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确保交叉影线连接GND图案和GND平面。
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用交叉影线GND图案覆盖电极和导线正下方的区域。
图3-2和图3-3为多层板GND屏蔽图案示例。
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图3-2 多层板(顶层)GND屏蔽图案示例
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图3-3 多层板(底层)GND屏蔽图案示例
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3.3 有源屏蔽
有源屏蔽功能使用与电极具有相同电位和相位的信号来驱动屏蔽保护层。使用有源屏蔽将减少电极与屏蔽保护层之间的电容耦合,并减少噪声干扰。有源屏蔽由开关电容器驱动,驱动方式与普通电极相同。需要注意的是,如果寄生电容器较大,则无法驱动有源屏蔽,因为它会导致与电极相移,从而无法获得有效的结果。
- 图3-4显示屏蔽电极电路的示例。有源屏蔽可视为连接TS按键电极端子。屏蔽电极电路的设计方法与普通电极相同,但必须特别注意尺寸和图案设计。由于屏蔽是用来覆盖电极的,电极越多,屏蔽电极的寄生电容越大,导致开关电容充放电不足。降低阻尼电阻值可能有助于改善这一问题。如果电极和有源屏蔽的电容差异很大,还可以考虑细分按键和有源屏蔽分组。
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图3-4 屏蔽电极电路
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以下是建议使用的有源屏蔽形状和布线条件。假设电极焊盘放置在顶层。
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触摸电极与有源屏蔽电极的距离:3mm
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有源屏蔽电极宽度:3mm
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有源屏蔽电极和GND平面图案之间的距离:至少3mm
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用有源屏蔽电极覆盖电极和导线正下方的所有区域。
图3-5和图3-6为多层板有源屏蔽图案示例。
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图3-5 多层板(顶层)有源屏蔽图案示例
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图3-6 多层板(底层)有源屏蔽图案示例
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自电容可以检测人体与按键电极接触时产生的电容。因此,在这种触摸测试中,按键电极的触摸面积越大,手指或身体其他部位与电极的距离越长,灵敏度越高。由于按键电极触摸表面的最大尺寸有限(10mm到15mm),因此,距离或面板厚度是调节灵敏度的关键因素。
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4.1 面板厚度与触摸灵敏度的关系
图4-1显示了自电容中电容变化量与灵敏度距离的关系。这样,电容器就会随着手指和电极之间距离的变化而增加或减少,从而支持在较大范围内进行触摸检测。然而,这意味着如果阈值的余量大于电容器,触摸检测可能发生在手指实际接触面板之前。根据面板材料的相对介电常数,触摸时电容可能会增加或减少。即使在相同的触摸距离下,相对介电常数高的材料也可能超出测量范围,请记住这一点。
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图4-1 电容变化与灵敏度距离的关系
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表4-1 每种材料的相对介电常数
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4.2 面板厚度与串扰的关系
图4-2所示为自电容方式中电极间距和面板厚度的关系。如果按键电极放置得太近,则可能会导致相邻按键电极错误地动作(图中左侧)。为防止误检测(串扰),在相邻按键电极之间,建议按键电极之间的距离为按键尺寸0.8倍。
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图4-2 自电容方式中电极间距和覆盖面板厚度的关系