触摸感应面板硬件设计与测试方法

1、电容式触控电路设计的七个步骤电容式触控技术在厨房设备中的应用已经有几年了，例如在烤箱和煎锅的不透明玻璃面板后面采用分离按键实现。这些触摸控制键逐渐替代了机械按键，因为后者具有使用寿命短、不够卫生等方面的问题，而且还有在面板上开孔安装按键的相关成本。电容式感应技术由于具有耐用、较易于低成本实现等特点，而逐渐成为触摸控制的首选技术。此外，由于具有可扩展性，该技术还可以提供其它技术所不能实现的用户功能。在显示屏上以软按键方式提供用户界面，这通常被称为触摸屏。 触摸输入滚动/指示功能器件，例如iPod 音乐播放器上的点击式转盘，这类器件在消费市场已经获得广泛的认可，正在逐渐出现在更多的消费设备市场。有

2、两种基本类型的滚动器件：第一种是绝对报告类型，提供直接位置输出报告；另外一种是相对类型，这类器件提供用来增加或减少某个值的直接报告。 使用电容式感应的IC 设计感应开关电路板与其它电路的开发流程略有不同，因为电容式开关的设计上会受到机构与其它电路设计上的影响，会有比较多的调整程序，所以需要一个比较复杂的开发流程，现就以出道较早且具有代表性的“Quantum ”产品的开发流程及要点介绍给大家，希望对需要的朋友有所帮助。1. 机构设计a. 面板的材质必须是塑胶，玻璃，等非导电物质。b. 在机构设计阶段同时也必需设计操作流程，以选择合适的产品，如果是按键的产品，要考虑是否有复合按键的设计，或是综合滑

3、动操作及按键操作等，如果是以滑动操作的产品，就必须考虑是否需要切割出按键。c. 由于感应电极与面板接触点之间不能有空隙，所以结构设计上必须考虑将感应验路板直接黏贴在外壳面板的内侧，以及考虑面板的组装方式。d. 同样的，感应电极与手指之间不能有金属层夹在中间，所以面板上不可以有金属电镀及含金属超过15%的喷漆等会形成导电层的设计。e. 如果必须电镀或高金属含量漆，请在按键区域的边缘保留一圈不要电镀或喷漆，用以隔绝其他感应开关。f. 如果面板是有弧度而非平面，可以利用软板、弹簧、导电橡皮等导电物将感应电极延伸到面板上，并在面板内侧制造出感应电极，如果面板与感应电极之间有空隙也可以用这个方式填补空隙

4、，或加厚感应电极区域的面板。g. 机构设计的外壳厚度会影响感应电极的大小，所以必须先完成机构设计，才能接续开发流程。h. 如果感应电路板後面有大片金属或电路板，必须保留若干空隙，以避免灵敏度降低或干扰感应电极，如果是金属板，金属板必须接地，空隙保留至少0.3mm 以上，如果是电路板，尽量减少高频电路经过，并保留至少1.0mm 的空隙。 i. 有上述状况的感应电路板，虽然保留了足够的间距，最好能将感应电极再加大，以利后续调整灵敏度的步骤。j. 感应电极可以用电路板铜箔来做，亦可以采用FPC 软性电路板，ITO 蚀ORGACON （CARBON ）印刷等导电物质。2. 决定感应电极的尺寸a. 依照

5、机构设计的面板厚度决定感应电极的最小尺寸，面板厚度1mm 时感应电极最小3mm 直径的圆，面板厚度7mm 时感应电极最小10mm 直径的圆，在机构及电路板空间的允许下尽量将感应电极加大。b. 感应电极最小不可以小于1/3个手指的面积。c. 注意感应电极附近是否有金属螺丝或铁板等大型金属物，如果有，必须将金属物接地，并再加大感应电极的面积，以避免灵敏度降低。d. 如果在感应电极中开孔加装LED ，必须加大感应电极以弥补开孔所损失的面积，所以增加的感应电极面积至少必须相等于开孔的面积。e. 感应电极可以是任何形状，但是尽可能采用圆形或方形，如果必须利用所有的空间来增加感应电极的面积，尽量避免将感应

6、电极设计成狭长的形状。3. 感应电路板电路设计及布线a. 电路设计以IC 规格书内的范例电路为基础即可。b. 必须利用稳压IC （VOLTAGE REGULATOR）来确保QUANTUM IC的电源是乾净没有杂讯的。c. 感应电极附属的电阻与电容要尽量靠近IC ，如果是双面板或是多层板，在电阻与电容的下方尽量避免通过高频线路，铺设地线，或是比较宽的线路。d. 如果是单层板，感应电极附近不要有高频线路，其他线路也尽量远离感应电极及其连线。如果选用的IC 有AKS 功能，请尽量采用此功能以减少邻近的感应电极互相干扰。e. 如果没有开启AKS 功能，在感应电极及其连线之间加一条地线，也可以减少邻近的

7、感应电极之间的互相干扰，地线必须放置在邻近的两个感应电极的中央，线宽不要超过两个感应电极间距的1/5，或是用地线将感应电极及其连线围绕隔开，但是原则上围绕的地线离的越远越好。f. 从感应电极的附属零件到感应电极的之间的线路以最小线宽来铺设即可，感应电极的连线与其他线路至少间距线宽的5倍以上，感应电极的连线与另一个感应电极的连线之间的距离则是越远越好，最近距离为线宽的2倍以上。g. 如果无法达到连线之间的间距，最好在线与线之间用一条地线作隔离，用最小的线宽来铺设地线即可，线距采用一般安全间距。h. 从感应电极的附属零件到感应电极连线最长不要超过30cm ，感应电极的的线路可以经过感应电极的下方，

8、避免围绕在其他感应电极的周边。i. 感应电极连线的下方尽量避免通过高频线路，铺设地线，或是比较宽的线路，如果难以避免，尽量以交错通过，其他线路尽量不要与感应电极连线平行。 j. 如果确实需要减少来自感应电极下方的干扰而需要铺设地线的话，不要铺设整片实体的地线，用网格状铺铜，网格1.27mm 以上，格线用最小。k. 人体的自然电容量约5pF 30pF 之间，布线的最终原则就是不要超过人体自然电容量的最小值5pF 。4. 测试电路板a. 这个阶段主要是测试电路板的布线是否正确，感应动作是否正常。b. 在此阶段只需要大概的调整灵敏度，不需要精确调整，因为当电路板装入机壳之後会再变化。c. 测试时必须

9、特别注意电路板的放置，测试电路板不可以直接放在桌面上，也不可以在测试按压时有晃动的现象，理想的测试环境是黏贴上面板或与面板相同厚度及材料的替代面板，再加上橡胶脚垫架高电路板，同时可以稳固电路板。d. 测试的电路板必须没有跳线，如果有跳线，必须是与感应开关电路无关的，而且不可以经过感应IC 及其附属电路，也不可以在感应电极附近。e. 如果测试不良，进入Step 4-1确定不良原因，如果用手直接触摸感应电极可以正常动作，可以确定为灵敏度不良。f. 如果感应开关会自动触发，或触发后很久才释放，先检查电源是否稳定，如果电源是稳定的则可能是过度灵敏，将Cs 电容数值减少降低灵敏度再测试。 g. 如果是属

10、於布线不良或布线错误，回到步骤3重新布线。h. 只要将灵敏度调整到不会有不稳定或不动作的现象就可以进入下一阶段再调整灵敏度。5. 装入机壳内a. 感应电路板装入机壳内测试是必须的步骤，可以是手工机壳，试模机壳最好是量产机壳，机壳外部的印刷及喷漆必须与量产时的漆料相同。b. 机壳内的组件必须齐全，最好其他电路板都已经安装妥当，且可以接上电源工作，其他电路板工作正常与否无关紧要，只要可以测试按键动作即可。c. 测试阶段可以用一般无基材双面胶黏贴，但是正式量产建议采用3M 468MP或NITTO 818无基材双面胶。6. 测试灵敏度a. 适当的灵敏度是手指轻轻接触到面板，感应开关有动作发生，如果需要

11、用很大的力气按压面板感应开关才有动作，或是手指还未接触到面板感应开关就有动作，是属于灵敏度不良的状况。b. Cs 电容数值加大可以提高灵敏度，数值减少是降低灵敏度，必须注意，不同的IC 会有不同的数值范围限制，请参考IC 规格文件。c. 提高灵敏度并不等於增加感应距离，在设计初期一定要确定面板的厚度，感应电极的面积一定要足够。d. 个别的感应开关会因为位置的不同，受机构或其他元件的影响不同，所以灵敏度的调整是每一个感应开关个别进行的。e. 理想的灵敏度可以根绝感应开关的误动作，增加ESD 测试的耐受性。（已经测试通过25KV ）7. 确定BOMa. 到这个阶段才能完全确定BOM 并进入试产及量

12、产。b. 与感应相关的电阻及电容建议采用SMD 元件，电阻没有特殊要求，一般10%误差的即可，电容建议采用NPO 或者X7R ，误差在10%以内的元件。触摸感应面板稳定性的测试方法关键词： 触摸感应 误动作 可靠性测试摘要: 触摸式感应面板由于无机械损耗，且时尚、美观可以提升产品的附加值，而迅速 成为一项热门技术。但由于各个公司提供触摸感应技术的水平不一和技术支持的不到位，给不少采用了该技术的厂家带来了因为触摸感应不稳定而退货的困扰。本文分析了触摸感应面板容易出现稳定性问题的原因并提供了测试触摸感应面板稳定性较全面和贴近实际的测试方法。引 言触摸感应的操作面板因为其坚固、耐磨损、可以绝缘、隔尘

13、、隔水，而且外观美观新颖 而迅速在很多领域被应用，成为近年的热门技术。但很多采用了触摸感应面板的产品都遇到 了诸如生产调试困难，触摸感应面板工作不稳定，在潮湿，强干扰环境下容易误动，造成客 户退货的难题。其中不乏国内的知名企业，有些更是把此项技术“打入冷宫” 。 问 题生产调试困难，无法上批量生产。触摸感应面板工作不稳定，在潮湿，强干扰环境下容 易误动，造成客户退货。产品长期工作稳定性差，生产线调试好的产品，经过运输或长期工 作以后灵敏度变化或经常误动而增加了很大的售后成本。这些原因造成了很多厂家既希望采用这一新技术， 又对采用了这个技术的产品是否能稳 定工作心存疑虑。因为触摸感应面板简单的试

14、用往往无法发现有什么不妥，经常要等到发货 后顾客使用一段时间才会出现形形色色的问题，这时不可避免的会给厂家带来成本和声誉上的损失。顾客遇到触摸感应面板的突出问题就是灵敏度和可靠性（无误动）各种环境下很难保持 稳定，尤其是长期工作的情况。问 题 分 析触摸感应面板目前主流的技术是采用电容感应技术来实现，因为手指在感应盘上带来的 电容变化极小，而且随着隔离的绝缘面板厚度增加，电容的大小会成指数降低。大概隔 5mm 的钢化玻璃后，人的手指触摸只能带来不到0.5PF 的电容变化。对于这样微小的测量量，湿度、温度的变化、电磁干扰、电源干扰等都会极大的影响测量电路的测量结果。如果没有特殊、专业的处理办法很

15、难保证触摸感应面板的工作稳定尤其是各种恶劣环境下的长期稳定性。现在提供触摸感应芯片和方案的公司较多，他们的水平参差不齐，技术水平高的公司可 以解决触摸感应面板设计的难点问题。有些公司提供的芯片和方案宣传作的很好，东西也较 便宜，但产品却只能保证“能动”。如果没有经过仔细的验证很难保证顾客在各种使用环境下不会出问题。我们完成了一个带触摸感应面板的产品设计后， 必须自己用贴近顾客使用环境且相对严 格的测试方法进行反复、长时间测试来确保产品的可靠性。测 试 方 法电子产品尤其是家电类的产品出厂往往需要通过 EMC ，FCC ，EFT 等测试，这些测试 需要专业的设备，而且通过了这些测试的产品往往也不

16、能保证在实际的应用环境下就可靠。 我们总结出了一些可以模拟实际使用环境下验证触摸感应面板性能的办法，在研发和小批量试产的条件下就能对触摸感应面板的性能做到心中有数，希望能与大家探讨。 1 潮湿环境测试测试方法： 将待测的触摸感应面板用水蒸气蒸直到面板上结满露水。观察有没有误动和反应迟钝的现象。2 溅水和水淹试验测试方法：用喷壶近距离对感应面板尽量快的喷水，直到面板上形成“水洼”。尤其要注意将几个不同的感应盘淹到一个“水洼”里，观察有没有误动和反应迟钝的现象以及按键“指东打西”的问题，也可以用杯子倒水让水在感应面板上流成“瀑布”，但不要直接让“水柱”冲感应盘。因为水柱此时就相当于人的手指，手指接

17、触到感应盘正对的绝缘面板当然会动作，但溅水和漫水绝对不能动作。这项测试对厨房电器和卫浴电器以及门禁对讲系统非常重要。 厨房经常会有溅汤和漫汤的情况。卫生间的喷头也会喷水到电器的面板上，门禁对讲系统会有雨水被风吹淋到面板上。 我们测试的绝大部分感应面板都通过不了这项测试。喷水时会误动，不同的感应盘淹到 一个“水洼”里后有时出现按 A 键同一个“水洼”里的 B 键却会动作。另外有些感应面板反应迟钝，以及无法操作，这个问题应该是触摸感应设计的一个重要难点。3 温度测试这项测试大家比较熟悉。用烘箱或电吹风加热，用冰箱或冰柜制冷就可以了。4 电源干扰测试电器设备长期工作会被电网上的噪声干扰，尤其是打雷和

18、附近有较大的电器设备启、停 时更是有强烈的干扰。测试工具：使用 40W 以上使用老式“跳泡”和电抗器起辉的荧光灯。目前的电子镇流器和节能灯因为无法在电网上形成强烈的 600800V 的高压脉冲群，无法模拟干扰源所以不能采用。测试方法： 将使用老式电抗器起辉的荧光灯荧光灯和感应面板的电源插到同一个电源插座上，反复开关荧光灯让“跳泡”不断的“跳”，同时观察触摸感应面板的反应，很多触摸感应面板会在这种测试条件下误动。5 电磁干扰测试5.1 测试工具：GSM 手机（山寨手机的手机信号较强，辐射大，适合做测试工具）CDMA 手机辐射小，不合用。测试原理：手机是目前最常见的射频干扰源。测试方法：将手机取消震动后放在触摸感应面板的绝缘面板上后对触摸感应面板上电，反复拨打该手机号码观察触摸感应面板的反应，这也是触摸感应设计难以通过的一个难点测试。5.2 测试工具：100W 以上，使用可控硅移相触发调光的白炽灯调光灯。测试原理：可控硅移相触发时会在220V 电源的正弦波上产生陡峭的边沿，灯的电源线会向 外发射高次谐波。测试方法：将灯