智能門鎖：觸摸設(shè)計注意事項

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作者：雕塑者

在智能門鎖的觸摸方案中，有電感式觸摸、電容式觸摸、機械按鍵觸摸，基于成本、方案成熟度、結(jié)構(gòu)空間限制問題，電容式觸控目前已然成為智能門鎖觸控的首選方案。閱讀本文之前，關(guān)于電容式觸摸的基本原理可查看《智能門鎖：觸控原理概述》。

觸控設(shè)計注意事項：覆蓋層選擇、電磁兼容性、PCB布局走線

覆蓋物選擇

選擇覆蓋材料考慮的關(guān)鍵因素：電容耦合性能（介電常數(shù)）

材料上需要注意，介電常數(shù)越高，手指與傳感器板之間的電容耦合性能就越好，如下幾款材料，除空氣、木頭外，都適合用作覆蓋材料。

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結(jié)構(gòu)上必須注意，盡量不要在傳感器與覆蓋材料之間留有空隙，由于空隙可能聚集水分，當溫度突然改變時這些水分可能凝聚到傳感器表面，導(dǎo)致觸摸異常。

厚度上必須注意，對應(yīng)不同材料觸控芯片都會有最大的覆蓋物厚度限制，比如大多數(shù)芯片方案玻璃的最大厚度必須控制在3mm以內(nèi)，超過這個厚度，觸控靈敏度明顯下降。

電磁兼容性（EMC）

電磁兼容性與材料、結(jié)構(gòu)、電路設(shè)計都相關(guān)；

材料上，如下為一些常用材料12kV ESD保護的最小厚度，在結(jié)構(gòu)上，避免觸控板與外界直接可物理接觸；

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電路設(shè)計上參考如下幾個點：

在觸摸芯片VDD與GND之間并聯(lián)放置0.1uf電容，起退耦和旁路作用，該電容盡量接近芯片電源；

適當增大觸控按鍵通道匹配電阻，如在按鍵通道引線上靠近芯片端串聯(lián)100Ω電阻，可以降低脈沖電平邊沿的陡峭程度，減少高次諧波。該匹配電阻是否需要預(yù)留具體參考芯片推薦設(shè)計；

鋪地，將觸控焊盤到芯片之間的走線進行包地處理，吸收電磁輻射，另外，焊盤背面若鋪地，可采用網(wǎng)格鋪地的方式，既保證靈敏度，又可提升抗干擾能力。針對不同芯片設(shè)計效果，有些方案可能會推薦實鋪地的方式

PCB布局走線

盡量減少走線和觸控傳感器的的寄生電容，當走線縮短變窄時，走線電容會變小，有些芯片為了調(diào)節(jié)走線電容，會在芯片端預(yù)留電容位置，用以調(diào)節(jié)靈敏度；

走線寬度、間隙查看芯片推薦值，以sypress Capsense推薦為例：走線不能大于7mil（0.18mm），走線必須圍繞著網(wǎng)格接地，且走線與接地間的間隙介于 10 mil 到20 mil（0.25 mm 到 0.51 mm）之間；

為避免信號串擾，不要在通信線路接近的地方走線，如果必須交叉，則需要確保交叉點呈直角

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4. 使用最小的過孔數(shù)量，為了減短走線長度，可將過孔放置在傳感器的導(dǎo)電片上

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5. 接地，在感應(yīng)板的頂層、底層進行接地層填充，對于實地、網(wǎng)格地，包括網(wǎng)格地與間隙的問題，由于實地、過于密集的GND會增加電容，相對降低靈敏度，因此需要在維持良好的觸摸信號和增加系統(tǒng)抗噪能力之間進行權(quán)衡。以sypress capsense推薦為例，網(wǎng)格接地規(guī)格是：25%在頂層（7 mil 線路， 45 mil 間距）和 17%在底層（7 mil 線路， 70 mil 間距）

6. 在芯片選型時，可關(guān)注是否支持接近感應(yīng)功能，接近感應(yīng)功能可在手指尚未觸碰至覆蓋材料時即開啟快速偵測功能，且對于水滴引發(fā)的誤觸發(fā)可通過加屏蔽電極的方法起到一個屏蔽處理的功能。

參考文獻：

《Getting_Started_with_CapSense》

《CY8CMBR2044_CapSense_Design_Guide》