隨著技術(shù)的發(fā)展，觸摸感應(yīng)技術(shù)正日益受到更多關(guān)注和應(yīng)用，電容式觸摸按鍵可以穿透絕緣材料外殼（玻璃、塑料等等），準(zhǔn)確無誤地偵測到手指的有效觸摸，并保證了產(chǎn)品的靈敏度、穩(wěn)定性、可靠性等不會因環(huán)境條件的改變或長期使用而發(fā)生變化，并具有防水和抗干擾能力。

與傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵相比，電容式觸摸按鍵不僅美觀時(shí)尚，而且壽命長、功耗小、成本低、體積小，持久耐用。只要輕輕觸碰，就可以實(shí)現(xiàn)對按鍵的開關(guān)控制，量化調(diào)節(jié)甚至方向控制。現(xiàn)在電容式觸摸按鍵已經(jīng)廣泛應(yīng)用于遙控器、燈具調(diào)光、各類開關(guān)以及車載、小家電和家用電器控制界面等應(yīng)用中。

中微愛芯推出的一款16鍵電容式觸摸芯片AiP5916，可替代匯頂科技(GOODIX)的HA3516。該芯片目前可批量供應(yīng)，有需要的客戶可在國芯思辰官網(wǎng)進(jìn)行樣品申請，或者撥打0755-82565229/0755-82565116詢價(jià)訂購。

概述

AiP5916是一款16通道多用途的電容式觸摸按鍵電路，適合多種形式的觸摸按鍵控制。

AiP5916內(nèi)置靈活的、多功能的寄存器，MCU可以通過I2C接口配置AiP5916內(nèi)部寄存器來調(diào)整靈敏度、工作模式等參數(shù)以適應(yīng)不同的應(yīng)用要求。AiP5916有16個(gè)按鍵通道，在不作為按鍵使用時(shí)，也可以配置成通用的GPIO口。

主要特點(diǎn)

●電容式觸摸按鍵：16通道；

●GPIO：16通道（不作為觸摸按鍵使用時(shí)）；

●通信接口：I2C通信接口；

●INT輸出按鍵中斷信號；

●高信噪比（SNR) 120 : 1，抗噪性能業(yè)界領(lǐng)先；

●高靈敏度：亞克力玻璃面板厚度可達(dá)15mm。靈敏度通過寄存器調(diào)節(jié)，并且每個(gè)按鍵靈敏度可單獨(dú)調(diào)節(jié)；

●環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)：自動適應(yīng)外界環(huán)境變化（比如溫濕度變化），保證靈敏度的一致性及穩(wěn)定性；

●超低功耗；

●工作頻率1MHz，典型電流：70μA@5V；

●工作頻率500KHz，典型電流：43μA@5V；

●工作頻率250KHz，典型電流：30μA@5V；

●工作頻率125KHz，典型電流：23μA@5V；

●深度睡眠模式，最大電流：1μA@5V；

●內(nèi)置LDO：提高抗噪性能，并減少系統(tǒng)成本；

●按鍵識別模式：單鍵模式和多鍵模式；

●工作溫度：-40℃~+85℃；

●工作電壓：2.2V~5.5V；

●封裝：QFN24、SSOP24

應(yīng)用

AiP5916可替代傳統(tǒng)機(jī)械式按鈕，廣泛應(yīng)用于電磁爐、微波爐、抽油煙機(jī)、冰箱、消毒柜等家電產(chǎn)品。

觸摸按鍵原理

兩塊導(dǎo)體（極板）中間夾著一塊絕緣體（介質(zhì)）就能構(gòu)成電容器。對觸摸按鍵而言，PCB板上的金屬感應(yīng)焊盤就是電容的一個(gè)極板，而周圍的覆銅或手指構(gòu)成了另一個(gè)極板，PCB材料本身或者PCB板上覆蓋的介質(zhì)就是電容中間的絕緣體，因而構(gòu)成一個(gè)電容器。

當(dāng)沒有手指觸摸時(shí)，只有基準(zhǔn)電容Cp，當(dāng)有手指觸摸時(shí)，“按鍵”通過手指就形成了電容Cf，從而產(chǎn)生電容的變化。電容變化引起芯片內(nèi)部振蕩頻率或充放電時(shí)間的變化，使芯片內(nèi)部能夠檢測到觸摸發(fā)生，從而產(chǎn)生觸發(fā)信號。電容的變化率越大，觸摸就越容易檢測到。

觸摸按鍵PCB設(shè)計(jì)

觸摸按鍵最關(guān)鍵的應(yīng)用設(shè)計(jì)是在PCB的設(shè)計(jì)上，為了獲得穩(wěn)定且較高的靈敏度，應(yīng)遵循以下原則：

●PCB基準(zhǔn)電容值小

●基準(zhǔn)電容穩(wěn)定抗噪

●盡量獲得大的電容變化

1、感應(yīng)Pad形狀及尺寸

感應(yīng)Pad可以是任何形狀，但還是建議集中在一個(gè)正方形或是圓形的長寬比例之內(nèi)，最大的貼合手指接觸面以確保感應(yīng)效果良好，應(yīng)避免設(shè)計(jì)成窄長的形狀。感應(yīng)Pad可以用電路板的銅箔來做，也可以采用軟性電路板(FPC)，ITO或銀漆印刷等導(dǎo)電物質(zhì)來完成。

感應(yīng)Pad的尺寸與面板厚度有關(guān)，以下是矩形尺寸對應(yīng)的參考表：

上表為感應(yīng)Pad的最小尺寸，如果空間允許，感應(yīng)Pad越大越好。必須注意在感應(yīng)Pad周圍不需要圍繞地線，如果一定要圍繞地線，則地線距離感應(yīng)Pad至少196.85mil（5mm）。

2、布局與走線

電路布局開始前請先設(shè)計(jì)規(guī)劃并布局好觸摸按鍵，再去設(shè)計(jì)布局其他腳位。雙面PCB布局時(shí)建議PCB的頂層最好只放置觸摸按鍵的感應(yīng)Pad，不要放置其他零件。PCB的底層則放置IC與其他被動元件。建議PAD走線在底層，并在PAD上過孔。單面板一般建議使用觸摸彈簧片，彈簧片的Pad引線放在頂層或底層都可以。

PCB板的空間允許的話，IC盡量放在PCB板中間位置，以使IC到各個(gè)感應(yīng)Pad的連線盡量等長。感應(yīng)Pad與感應(yīng)Pad之間的距離建議大于5mm(間距越大，相互干擾越小)。感應(yīng)Pad到IC引腳的走線盡量短和細(xì)，線寬小于或等于10mil（0.254mm），觸摸按鍵到IC引腳盡量避免走跳線。如果空間允許，可以在信號線兩側(cè)距離78.74mil（2mm）加上地線以減少干擾。

感應(yīng)Pad應(yīng)遠(yuǎn)離PCB邊緣來減少雜訊干擾，且走線最好遠(yuǎn)離高頻信號線，不能與高頻信號線平行，必要時(shí)請以垂直方式橫跨高速信號線。

高頻信號與感應(yīng)信號位于不同層的處理

高頻信號與感應(yīng)信號位于同層的處理

3、鋪地

為了使Cpx最小化，頂層可以鋪實(shí)地或者進(jìn)行網(wǎng)格鋪地，而底層進(jìn)行30%的網(wǎng)格鋪地（建議網(wǎng)格線寬0.25mm，網(wǎng)格大小為1mm×1mm）。底層不鋪地一定程度能夠提高靈敏度，但注意感應(yīng)Pad正下方不能有其他電路板或者金屬。

底層感應(yīng)Pad正下方網(wǎng)格鋪地

底層感應(yīng)Pad正下方不鋪地

4、靈敏度調(diào)節(jié)

中微愛芯單鍵、雙鍵、三鍵和五鍵的靈敏度可通過電容來調(diào)整，調(diào)整范圍從1nF~22nF，電容越大，靈敏度越高。八鍵和十六鍵的靈敏度可通過修改寄存器的值來調(diào)整。

同時(shí)，感應(yīng)Pad的面積越大，靈敏度越高，為了保證靈敏度，感應(yīng)Pad建議一般設(shè)計(jì)為10mm×10mm以上。

5、電源

觸摸模塊設(shè)計(jì)時(shí)，建議在觸摸芯片的電源處預(yù)留LDO的位置，根據(jù)實(shí)際紋波情況決定是否使用LDO。建議觸摸模塊單獨(dú)用LDO穩(wěn)壓或跟主控共用LDO穩(wěn)壓，建議不要跟大電流負(fù)載共用。使用鋰電池或者干電池的場合，則要考慮長時(shí)間使用后的電壓波動對整個(gè)觸摸靈敏度的影響。

在許多系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)干擾，負(fù)載突變的原因，IC電壓會有一定的紋波干擾。為防止這些干擾來達(dá)到更好的觸摸效果，推薦加一些濾波電路。

RC濾波

LC濾波

串二極管

RC濾波電路，具有防止系統(tǒng)干擾的作用；LC濾波電路，具有防止較大高頻干擾的作用；串二極管方式，能夠防止電機(jī)啟動、蜂鳴器或紅外發(fā)射等引起的電壓波動。

6、EMC設(shè)計(jì)建議

（1）使用退耦電容

觸摸芯片的供電加退耦電容，這可以減小對電源的干擾。一般在接近芯片的 VCC和 GND端并接一個(gè)大于10uf電解電容和一個(gè) 104 的瓷片電容，就可以起到退耦和旁路的作用。

（2）使用較低的工作電壓

使用3.3V給觸摸芯片供電，可以有效降低觸摸芯片交流脈沖的幅度。

（3）適當(dāng)加大通道匹配電阻

適當(dāng)加大觸摸芯片感應(yīng)通道上串接的匹配電阻阻值，這樣可以降低交流脈沖邊沿的陡峭程度，減小高次諧波。需要注意的是匹配電阻加大后會降低感應(yīng)的靈敏度。

（4）正確鋪地

無論使用單面PCB板和雙面PCB板，PCB的空白處都建議鋪地，并用地將感應(yīng)Pad到 IC輸入引腳之間的連線包起來，可以吸收電磁波輻射，提升 EMC指標(biāo)。