前言
本应用笔记介绍了适用于触摸感应应用的布线和结构设计准则。
与机械用户界面相比，电容感应界面的优势相当多。它们：
● 具有时尚的外观和风格
● 易于清洁
● 防水
● 耐用
使用电容感应界面的应用越来越多。
设计这类界面主要难点在于确保各项目之间不会相互干扰。
本文档提供的简单准则主要涵盖以下三个方面：
1. 印刷电路板 (PCB)
2. 涂层和面板材料
3. 电容感应环境中其它所有项目
根据正在设计的应用，用户可能不必阅读本文档中的全部内容。阅读完包含主要电容感应准则的通用部分后，用户便可转到相应章节。例如，如果开发只使用投射式电极的应用，应首先阅读主要电容感应准则，然后直接转到介绍适合投射式电极设计的具体建议的章节。
表 1 列出了本应用笔记所涉及的微控制器。



1 ST 的电容感应技术
意法半导体的 STM8 和 STM32 系列产品采用不同的电容感应技术。这些技术基于：
● STM8A、STM8S 和 STM8L 微控制器的 RC 采集原理。
● STM8L、STM32 F0 和 STM32 L1 微控制器的电荷转移采集原理。
● STM8T14x 微控制器的表面式 ProxSenseTM 采集原理。
● STM8TL5x 微控制器的投射式 ProxSenseTM 采集原理。
注： ProxSense™ 为 Azoteq 的商标。
1.1 RC 采集原理
RC 采集原理以测量电极电容通过电阻的充电 / 放电时间为基础。触摸电容时，充电 / 放电时间时间会延长，因此可利用这种变化来检测手指是否接近。AN2927 中详细介绍了 RC 采集原理。

1.2 电荷转移采集原理
电荷转移采集原理利用了电容电荷 (Q) 的电气特性。在采样电容中反复对电极电容进行充放电，直到采样电容的电压达到给定阀值。达到阀值所需的转移次数表示电极电容的大小。
“触摸”电极时，电极中储存的电荷增加，因此采样电容充电所需的转移次数减少。

1.3 表面式 ProxSenseTM 采集原理
表面式 ProxSenseTM 采集原理与电荷转移采集原理相似，只是其采集过程完全由性能更强的专用硬件 IP 管理。有关详细信息，请参见应用笔记 AN2970。

1.4 投射式 ProxSenseTM 采集原理
投射式 ProxSenseTM 采集原理测量从一个驱动电极转移到另一电极的电荷量。与电荷转移原理一样，其中也使用采样电容储存来自构成耦合电容的电极中的电荷，电极电容小于采样电容。当手指靠近时，因（两个电极间的）电介质发生变化，因此电容减小。结果，采样电容所需的充电时间延长，利用这种差异便可检测是否存在手指。

1.5 表面电容
当手指靠近感应电极时，电容发生变化。
回路通过以下电容之一形成：
● 通过用户的脚接地的电容
● 用户的手与设备间的电容
● 用户的身体与应用板之间通过空气产生的电容（类似天线）



CX 是电极的寄生电容。
CX 由两个电容组成：第一个电容是指大地，此电容不太重要并且可以忽略；第二个电容是指应用地，其取决于 PCB 或电路板布线。后一个寄生电容包括 GPIO 焊盘电容以及电极走线与应用地间的耦合电容。
设计 PCB 和电路板布线时，必须尽可能减少寄生电容。
CF 是大地与应用间的反馈电容。它会对表面触摸感应应用产生重要影响，尤其是未与大地直接相连的应用。
CT 是手指触摸产生的电容，也是有用信号的来源。其参考点是大地而不是应用地。
测得的总电容是 CX、CF 和 CT 的组合，其中只有 CT 对应用有意义。因此，我们测量 CX 与 CT 之和并与 CF 并联，结果由以下公式给出：CX + 1 / ((1 / CT) + (1 / CF))。

1.6 投射式电容
当手指靠近感应电极时，电容发生变化。手指改变了介电性能。
传感器由两个电极组成：
● Tx，由输出模式下的端口驱动，
● Rx，位于与读取模式下的专用端口相连的回路中。

2 主要电容感应准则
2.1 概述
通常，表面式或投射式电容传感器由以下各层组成：
● PCB 基板
● 一组铜箔制成的电极
● 由有机玻璃或任何不导电材料制成的面板
● 丝印层





2.2 结构
2.2.1 衬底
衬底是承载电极的基底材料。
可以选择任一种不导电材料作为衬底，实际应用中，可以使用 PCB 材料（如 FR4、CEM-1）、聚酯等丙烯酸树脂 (PET) 或聚碳酸酯。玻璃也是一种非常适合用作衬底的材料。
注： 对于上述投射材料（技术），建议不要使用 (εR) 过高的相对介电常数。
很多情况下，电子应用中使用的衬底也适用于电容感应。特别注意需要注意的是，应避免使用能保存大气中水分的材料（例如，以纸为基本成分的吸湿材料）。因为这些材料会导致εR（相对介电常数）随环境条件的变化而变化。
建议用按压或粘合的方式将衬底紧密地粘合在前面板上。如果衬底和面板之间存在湿气或气泡，则会导致灵敏度发生变化。事实上，如果衬底与面板彼此紧密贴合，可有效避免发生程度不同且难以预测的灵敏度丢失（当气泡直径大于 2 mm 时）。因此，以机械方式或使用适当的粘结材料将二者牢固粘合。
此外，也可以制造不依靠衬底的传感器。本文档将在独立的章节（第 2.2.7 节、第 3.5.3 节 和第 4.4.1 章）中介绍这类传感器。






越来越多的应用需要使用柔性 PCB 或 FFC/FPC(b) 进行电路互连；如果整个应用的机械性能稳定，则它非常适合。此外，FPC 走线也将成为触摸传感器的一部分。因此，只要柔性电路板稍有移动，即使是几微米，环境的电容也一定会发生变化，并且可能非常明显，从而导致虚假触摸检测或灵敏度下降。将柔性电路板置于金属底架或其它信号附近，或置于存在噪声的电路上方，都可能导致问题（灵敏度损失或虚假检测）。







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