圖1是電容式感應(yīng)技術(shù)原理示意圖。
圖1 技術(shù)原理示意圖
電容式感應(yīng)技術(shù)由于具有耐用、較易于低成本實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn),而逐漸成為觸摸控制的首選技術(shù)。此外,由于具有可擴(kuò)展性,該技術(shù)還可以提供其它技術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的用戶功能。在顯示屏上以軟按鍵方式提供用戶界面,這通常被稱為觸摸屏。
觸摸輸入滾動(dòng)/指示功能器件,例如iPod音樂播放器上的點(diǎn)擊式轉(zhuǎn)盤,這類器件在消費(fèi)市場(chǎng)已經(jīng)獲得廣泛的認(rèn)可,正在逐漸出現(xiàn)在更多的消費(fèi)設(shè)備市場(chǎng)。有兩種基本類型的滾動(dòng)器件:第一種是絕對(duì)報(bào)告類型,提供直接位置輸出報(bào)告;另外一種是相對(duì)類型,這類器件提供用來增加或減少某個(gè)值的直接報(bào)告。
使用電容式感應(yīng)的IC設(shè)計(jì)感應(yīng)開關(guān)電路板與其它電路的開發(fā)流程略有不同,因?yàn)殡娙菔介_關(guān)的設(shè)計(jì)上會(huì)受到機(jī)構(gòu)與其它電路設(shè)計(jì)上的影響,會(huì)有比較多的調(diào)整程序,所以需要一個(gè)比較復(fù)雜的開發(fā)流程,現(xiàn)就以出道較早且具有代表性的“Quantum ”產(chǎn)品的開發(fā)流程及要點(diǎn)介紹給大家,希望對(duì)需要的朋友有所幫助。下圖是開發(fā)流程圖:
1.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
a.面板的材質(zhì)必須是塑膠,玻璃,等非導(dǎo)電物質(zhì)。
b. 在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)階段同時(shí)也必需設(shè)計(jì)操作流程,以選擇合適的產(chǎn)品,如果是按鍵的產(chǎn)品,要考慮是否有復(fù)合按鍵的設(shè)計(jì),或是綜合滑動(dòng)操作及按鍵操作等,如果是以滑動(dòng)操作的產(chǎn)品,就必須考慮是否需要切割出按鍵。
c.由於感應(yīng)電極與面板接觸點(diǎn)之間不能有空隙,所以機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上必須考慮將感應(yīng)驗(yàn)路板直接黏貼在外殼面板的內(nèi)側(cè),以及考慮面板的組裝方式。
d.同樣的,感應(yīng)電極與手指之間不能有金屬層夾在中間,所以面板上不可以有金屬電鍍及含金屬超過15%的噴漆等會(huì)形成導(dǎo)電層的設(shè)計(jì)。
e.如果必須電鍍或高金屬含量漆,請(qǐng)?jiān)诎存I區(qū)域的邊緣保留一圈不要電鍍或噴漆,用以隔絕其他感應(yīng)開關(guān)。
g.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的外殼厚度會(huì)影響感應(yīng)電極的大小,所以必須先完成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),才能接續(xù)開發(fā)流程。
h.如果感應(yīng)電路板後面有大片金屬或電路板,必須保留若干空隙,以避免靈敏度降低或干擾感應(yīng)電極,如果是金屬板,金屬板必須接地,空隙保留至少0.3mm以上,如果是電路板,盡量減少高頻電路經(jīng)過,并保留至少1.0mm的空隙。
i.有上述狀況的感應(yīng)電路板,雖然保留了足夠的間距,最好能將感應(yīng)電極再加大,以利後續(xù)調(diào)整靈敏度的步驟。
j.感應(yīng)電極可以用電路板銅箔來做,亦可以采用FPC軟性電路板,ITO蝕ORGACON(CARBON)印刷等導(dǎo)電物質(zhì)。
2. 決定感應(yīng)電極的尺寸
a. 依照機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的面板厚度決定感應(yīng)電極的最小尺寸,面板厚度1mm時(shí)感應(yīng)電極最小3mm直徑的圓,面板厚度7mm時(shí)感應(yīng)電極最小10mm直徑的圓,在機(jī)構(gòu)及電路板空間的允許下盡量將感應(yīng)電極加大。
b.感應(yīng)電極最小不可以小於1/3個(gè)手指的面積。
c.注意感應(yīng)電極附近是否有金屬螺絲或鐵板等大型金屬物,如果有,必須將金屬物接地,并再加大感應(yīng)電極的面積,以避免靈敏度降低。
d.如果在感應(yīng)電極中開孔加裝LED,必須加大感應(yīng)電極以彌補(bǔ)開孔所損失的面積,所以增加的感應(yīng)電極面積至少必須相等於開孔的面積。
e. 感應(yīng)電極可以是任何形狀,但是盡可能采用圓形或方形,如果必須利用所有的空間來增加感應(yīng)電極的面積,盡量避免將感應(yīng)電極設(shè)計(jì)成狹長的形狀。
3. 感應(yīng)電路板電路設(shè)計(jì)及布線
a.電路設(shè)計(jì)以IC規(guī)格書內(nèi)的范例電路為基礎(chǔ)即可。
b.必須利用穩(wěn)壓IC(VOLTAGE REGULATOR)來確保QUANTUM IC的電源是乾凈沒有雜訊的。
c. 感應(yīng)電極附屬的電阻與電容要盡量靠近IC,如果是雙面板或是多層板,在電阻與電容的下方盡量避免通過高頻線路,鋪設(shè)地線,或是比較寬的線路。
d.如果是單層板,感應(yīng)電極附近不要有高頻線路,其他線路也盡量遠(yuǎn)離感應(yīng)電極及其連線。如果選用的IC有AKS功能,請(qǐng)盡量采用此功能以減少鄰近的感應(yīng)電極互相干擾。
e.如果沒有開啟AKS功能,在感應(yīng)電極及其連線之間加一條地線,也可以減少鄰近的感應(yīng)電極之間的互相干擾,地線必須放置在鄰近的兩個(gè)感應(yīng)電極的中央,線寬不要超過兩個(gè)感應(yīng)電極間距的1/5,或是用地線將感應(yīng)電極及其連線圍繞隔開,但是原則上圍繞的地線離的越遠(yuǎn)越好。
f. 從感應(yīng)電極的附屬零件到感應(yīng)電極的之間的線路以最小線寬來鋪設(shè)即可,感應(yīng)電極的連線與其他線路至少間距線寬的5倍以上,感應(yīng)電極的連線與另一個(gè)感應(yīng)電極的連線之間的距離則是越遠(yuǎn)越好,最近距離為線寬的2倍以上。
g.如果無法達(dá)到連線之間的間距,最好在線與線之間用一條地線作隔離,用最小的線寬來鋪設(shè)地線即可,線距采用一般安全間距。
h.從感應(yīng)電極的附屬零件到感應(yīng)電極連線最長不要超過30cm,感應(yīng)電極的的線路可以經(jīng)過感應(yīng)電極的下方,避免圍繞在其他感應(yīng)電極的周邊。
i. 感應(yīng)電極連線的下方盡量避免通過高頻線路,鋪設(shè)地線,或是比較寬的線路,如果難以避免,盡量以交錯(cuò)通過,其他線路盡量不要與感應(yīng)電極連線平行。
j.如果確實(shí)需要減少來自感應(yīng)電極下方的干擾而需要鋪設(shè)地線的話,不要鋪設(shè)整片實(shí)體的地線,用網(wǎng)格狀鋪銅,網(wǎng)格1.27mm以上,格線用最小。
k. 人體的自然電容量約5pF~30pF之間,布線的最終原則就是不要超過人體自然電容量的最小值5pF。
4.測(cè)試電路板
a. 這個(gè)階段主要是測(cè)試電路板的布線是否正確,感應(yīng)動(dòng)作是否正常。
b.在此階段只需要大概的調(diào)整靈敏度,不需要精確調(diào)整,因?yàn)楫?dāng)電路板裝入機(jī)殼之後會(huì)再變化。
c.測(cè)試時(shí)必須特別注意電路板的放置,測(cè)試電路板不可以直接放在桌面上,也不可以在測(cè)試按壓時(shí)有晃動(dòng)的現(xiàn)象,理想的測(cè)試環(huán)境是黏貼上面板或與面板相同厚度及材料的替代面板,再加上橡膠腳墊架高電路板,同時(shí)可以穩(wěn)固電路板。
d.測(cè)試的電路板必須沒有跳線,如果有跳線,必須是與感應(yīng)開關(guān)電路無關(guān)的,而且不可以經(jīng)過感應(yīng)IC及其附屬電路,也不可以在感應(yīng)電極附近。
e. 如果測(cè)試不良,進(jìn)入Step 4-1確定不良原因,如果用手直接觸摸感應(yīng)電極可以正常動(dòng)作,可以確定為靈敏度不良。
f.如果感應(yīng)開關(guān)會(huì)自動(dòng)觸發(fā),或觸發(fā)後很久才釋放,先檢查電源是否穩(wěn)定,如果電源是穩(wěn)定的則可能是過度靈敏,將Cs電容數(shù)值減少降低靈敏度再測(cè)試。
g. 如果是屬於布線不良或布線錯(cuò)誤,回到步驟3重新布線。
h.只要將靈敏度調(diào)整到不會(huì)有不穩(wěn)定或不動(dòng)作的現(xiàn)象就可以進(jìn)入下一階段再調(diào)整靈敏度。
5.裝入機(jī)殼內(nèi)
a. 感應(yīng)電路板裝入機(jī)殼內(nèi)測(cè)試是必須的步驟,可以是手工機(jī)殼,試模機(jī)殼最好是量產(chǎn)機(jī)殼,機(jī)殼外部的印刷及噴漆必須與量產(chǎn)時(shí)的漆料相同。
b.機(jī)殼內(nèi)的組件必須齊全,最好其他電路板都已經(jīng)安裝妥當(dāng),且可以接上電源工作,其他電路板工作正常與否無關(guān)緊要,只要可以測(cè)試按鍵動(dòng)作即可。
c.測(cè)試階段可以用一般無基材雙面膠黏貼,但是正式量產(chǎn)建議采用3M 468MP或NITTO 818無基材雙面膠。
6.測(cè)試靈敏度
a.適當(dāng)?shù)撵`敏度是手指輕輕接觸到面板,感應(yīng)開關(guān)有動(dòng)作發(fā)生,如果需要用很大的力氣按壓面板感應(yīng)開關(guān)才有動(dòng)作,或是手指還未接觸到面板感應(yīng)開關(guān)就有動(dòng)作,是屬於靈敏度不良的狀況。
b. Cs電容數(shù)值加大可以提高靈敏度,數(shù)值減少是降低靈敏度,必須注意,不同的IC會(huì)有不同的數(shù)值范圍限制,請(qǐng)參考IC規(guī)格文件。
c. 提高靈敏度并不等於增加感應(yīng)距離,在設(shè)計(jì)初期一定要確定面板的厚度,感應(yīng)電極的面積一定要足夠。
d. 個(gè)別的感應(yīng)開關(guān)會(huì)因?yàn)槲恢玫牟煌軝C(jī)構(gòu)或其他元件的影響不同,所以靈敏度的調(diào)整是每一個(gè)感應(yīng)開關(guān)個(gè)別進(jìn)行的。
e.理想的靈敏度可以根絕感應(yīng)開關(guān)的誤動(dòng)作,增加ESD測(cè)試的耐受性。(已經(jīng)測(cè)試通過25KV)
7.確定BOM
a. 到這個(gè)階段才能完全確定BOM并進(jìn)入試產(chǎn)及量產(chǎn)。
b. 與感應(yīng)相關(guān)的電阻及電容建議采用SMD元件,電阻沒有特殊要求,一般±10%誤差的即可,電容建議采用X7R誤差在±10%以內(nèi)的元件。