0 引言
电容式感应按键属于人机界面的输入设备，通过检测人体的电容来识别是否有按键动作需要输入。相对传统机械开关，其可以使家电产品显示界面设计的很漂亮，可适应绝大部分绝缘的界面覆盖材料（诸如玻璃面板、亚克力面板）且界面无需破孔，感应按键轻轻触摸即可识别，使用寿命长，甚至可以实现远距离的接近感应。 1 感应按键工作原理
典型的触摸按键传感器包括蚀刻在印刷线路板(PCB)表面上的铜盘（带有相应的形状和大小），以及传感器铜盘与人手之间的介质（覆盖材料）。覆盖材料作为触摸按键的触摸表面使用。触摸电路将人体触摸对应触摸按键后引入的电容值转换成等效的数字计数值，然后通过相应的算法处理这些计数值，以检验按键是否有被触摸。 57cao图1 感应按键工作原理
手指未接触触摸传感器板时，传感器得到的电容我们称之为寄生电容（C P ），见图1。寄生电容是由触摸控制器电路内部寄生电容与耦合电场共同产生的，后者是在传感器板（如PCB）、传感线路走线、过孔以及系统中的其他导体（如覆地铜
箔、其他线路信号走线、电气噪音、产品机壳或外壳中的任何金属）之间耦合产生的。
当手指接触触摸传感器板时，手指和传感器板通过它们之间的覆盖材料形成一个简单的平行板电容我们称之为手
指电容（C F ）
，见图2。图2 感应按键工作原理
手指电容可通过下面公式1计算得到： 0r F A C d εε=
（1）
其中：
飞星晒图机
ε0=空气介电常数
εr =覆盖材料的相对介电常数
A=手指与传感器板外覆盖材料的接触面积d=覆盖材料的厚度
由于寄生电容（C P ）和手指电容（C F ）均可以代表传感器与地面之间的电容，因此，两者的性质相同。所以当手指触摸按键传感器后，传感器得到的总电容（C S ）
等于寄生电容（C P ）和全自动保管箱
种方式适用于按键较少的情况。
（4）导电海绵：导电海绵一般的安装方式是通过导电胶将导电海绵与控制主板粘贴在一起，作用同弹簧。但此方式由一个问题就是运输过程中容易脱落。同样该种方式适用于按键较少的情况。
（5）ITO 导电膜：需要开模制作，作用同PCB，一般还需额外FPC 端子与控制主板连接，优点是导电膜装配位置可以与控制主板距离相对较远。但缺点则是此方案为所有按键方式里面成本最高的，往往几倍于前面的按键成本。
（6）悬空按键：顾名思义，控制主板与覆盖材料之间存在一定距离的空气介质。手指碰触覆盖材料后，与传感器板中间是隔空的，根据公式1可知，此时的手指电容是非常低的。往往需要增大软件处理的分辨率，但同样的，噪声亦被放大。
3 设计注意事项
寄生电容（C P ）与PCB 布局的特性很复杂。发生下面任何情况时，均会增加寄生电容（C P ）
。传感器焊盘大小增加；走线长度和宽度增加；传感器焊盘和接地网格之间的间隙减少；传感器焊盘以及周边走线信号较多较杂。
bipic
我们在设计中应尽量减少传感器走线的长度和宽度，以降低寄生电容（C P ）值。降低走线长度会增加抗噪能力。不推荐降低传感器焊盘的尺寸，因为这样也会降低手指电容（C F ）
。 由于电路中寄生电容（C P ）会随着周边线路环境信号以及耦合电场的影响进行变化，则该原始计数也是在不断轻微波动的，我们称之为噪音。当手指触摸后，手指电容（C F ）会使原始计数值增加，其增量部分我们称之为有效信号值。有效信号值：噪音值=信噪比，要得到良好的触摸性能，测有效信号值必须远远大于噪音值，推荐的信噪比最小值达到5:1。
持合理的间距。加大传感器焊盘和接地网格之间的间隙是降低寄生电容（C P ）值的另一种方法。然而，加大间隙同时也会降低抗噪能力。有些触摸芯片需有外部的阻容件来稳定内部参考电平，且一般是另一端接地，这些元件的接地走线或接地层需额外注意，要确保该接地走线或接地层尽量处于纯净状态。经常大家放置旁路退耦电容时没有注意，将该退耦电容的地直接连接在该净地点，导致该电容连接的大电流或高频信号干扰触控芯片内部参考电平，引入额外噪声。同时PCB 顶层和底层两面的网格接地层要连接时放置过孔，亦要注意确认最短电流路径，而不能盲目放置，盲目放置过孔可能会导致一处吸收到的干扰经过过孔流经传感器及其走线周边网格接地层，同样会引入其他噪声。
验证成品设计时，应使用最终成品的覆盖材料进行调试，同时应分别测量使用环境中的噪音值，以及手指触摸后的有效信号值，确保设计拥有良好的信噪比。建议使用铜棒代替人手指进行调试，以免不同的人设计出来的产品没有良好的一致性。在产品批量生产测试过程中也应尽量使用铜棒进行功能测试，以免PCB 或其他相关材质厂家工艺波动导致不良品被放出。同时验证阶段需通过实验手段诸如EFT （电快速瞬变脉冲）、CS （传导抗扰度），RS （辐射抗扰度）等进行最终按键效果确认，在
试验中亦应不时的触摸按键，以便确认按键功能正常，试验过程中应确保感应按键功能不会误触发，不会无响应。
4 总结
电容式感应按键方案目前已成熟应用于各个家电环境中。我们需要在掌握其基本原理的同时，还应该掌握其设计过程中的各种注意事项，以此来保证我们产品设计的合理
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图4 #1机组SR 工况启动
防爆软启动柜2 启动时间统计0%→10%10%→20%20%→30%30%→40%40%2428191721291818232918182229181724291718232917182329191818222023////////////
性。根据不同的设计方案选择不同的触摸按键实现方式，可以有效提升界面美观度，降低设计成本，并保证良好的可靠性。
参考文献
[1]吕红芳.利用CVD 实现电容触摸感应技术的研究[J].电
气自动化,2011(03).
[2]季鑫源，行鸿彦，徐伟.相对介电常数实时监测系统设计
[J].仪表技术与传感器,2016(02).
[3]邓小燕，王通.探地雷达探测中对媒质相对介电常数的测
定[J].物探与化探,2009(01).
[4]张志成.4×4电容式触摸键盘的设计与实现[J].工业仪
表与自动化装置,2015(04).
[5]田野，廖明燕.基于充放电原理的电容式触摸按键设计[J].
电子设计工程,2010(10).
[6]何燕冬，杨龙，彭涛.电容式触摸感应技术中的电容物理
学[J].电子产品世界,2009(08).
[7]向莉，董永贵.同面散射场电容传感器的电极结构与敏感
木制花瓶特性[J].清华大学学报(自然科学版).2004(11).
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