电容式触摸感应技术原理之自容式触摸按键电极设计建议（3）

3. 电极抗噪布局设计

电极电路配置会使电路产生天线效应（MCU引脚仅在电容耦合时处于开路状态），并使其容易受到电磁场噪声的影响。MCU采用多种抗噪对策来确保高抗噪性。然而，仅靠MCU并不能防止所有噪声的影响。在噪声严重的环境中使用MCU时，硬件对策必不可少。以下几个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，噪声与许多噪声频率同步和混合的可能性就越大。确保按键电极和触摸MCU之间的导线尽可能短。

防止因外部噪声而导致故障的最佳方法是对触摸按键周围进行屏蔽保护。CH582支持有源屏蔽。

 

3.1 图案设计

图3-1所示为交叉影线图案的尺寸。屏蔽电极和电极导线是一种有效的抗EMS噪声对策。屏蔽保护层可以放置在多层板上的电极或电极导线的正下方，但GND平面图案具有很大的耦合容量，这将使电极在受到触摸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。

• 中心距：1.5mm

• 线宽：0.15mm

• 线路间距：1.35mm

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                                                                                            图3-1 交叉影线图案尺寸

• 3.2 GND屏蔽

  在电极和电极导线周围放置GND图案会产生电容耦合，这会抑制由于外部噪声影响引起的电位波动。请注意，如果GND屏蔽离电极太近，则会导致寄生电容增加过多，这可能会阻碍触摸检测。当由于环境噪声严重而需要靠近屏蔽时，我们建议使用可减少电容耦合的影线形状。此外，必须平行走线的线路越长，寄生电容增加得越多。因此，可能需要调整导线和屏蔽之间的距离。

• 下面是顶层建议采用的形状和布线条件。这些建议假设电极焊盘放置在顶层。

  • 电极与交叉影线GND屏蔽之间的距离：5mm

  • 交叉影线GND屏蔽的宽度：不超过5mm

  • 确保连接交叉影线GND图案和GND平面。

  • 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所示为多层板的GND屏蔽图案示例。

• • 电极与交叉影线GND屏蔽之间的距离：5mm

  • 交叉影线GND屏蔽的宽度：不超过5mm

  • 确保连接交叉影线GND图案和GND平面。

  • 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所示为多层板的GND屏蔽图案示例。

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                                                                      图3-1 多层板（顶层）的GND屏蔽图案示例

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                                                                         图3-2 多层板（底层）的GND屏蔽图案示例

• 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。使用有源屏蔽将会减少电极和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驱动，驱动方式与普通电极相同。需要注意的是，若寄生电容较大，则无法驱动有源屏蔽，因为这会导致与电极发生相移，从而无法获得有效的结果。
• 图3-3所示为屏蔽电极电路的示例。有源屏蔽可以看作是连接到TS端子的按键电极。屏蔽电极电路的设计方式与普通电极相同，但必须格外注意尺寸和图案设计。由于该屏蔽是用来覆盖电极的，因此电极数量越多，屏蔽电极的寄生电容就越大，从而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个问题。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3-3 屏蔽电极电路

• 下面是建议采用的有源屏蔽形状和布线条件。这些建议假设电极焊盘放置在顶层。

  • 触摸电极与有源屏蔽电极之间的距离：3mm

  • 有源屏蔽电极的宽度：3mm

  • 有源屏蔽电极与GND平面图案之间的距离：至少3mm

  • 使用有源屏蔽电极覆盖电极和导线正下方的所有区域。

  图3-4和图3-5所示为多层板的有源屏蔽图案示例。

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                                                                               图3-4 多层板（顶层）的有源屏蔽图案示例

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                                                                                图3-5 多层板（底层）的有源屏蔽图案示例

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  4. 按键面板厚度的影响

  自电容方式可检测人体与按键电极接触时产生的电容。因此，在这种触摸检测中，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是有限的（10mm到15mm），因此距离或面板厚度是调节灵敏度的关键因素。

• 4.1 面板厚度与触摸灵敏度的关系

  图4-1所示为自电容方式中电容变化量和灵敏度距离的关系。在这种方式中，电容随着手指和电极之间距离的变化增加或减少，从而支持在较大的范围（距离）内进行触摸检测。然而，这也意味着如果阈值的余量与电容相比范围较大，则触摸检测可能在手指实际接触面板之前发生。触摸时电容可能会增加或减少，具体取决于面板材料的相对介电常数。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，请务必牢记这一点。

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                                                                        图4-1 电容变化与灵敏度距离的关系 

•                                                                       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