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触摸IC PCB Layout注意事项

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HY觸控IC PCB注意事項
V0.2 2018/06/28
一. MCU電源及RESET電路layout 注意事項
l MCU RESET電路儘量靠近IC。
l 觸控電路(包含MCU及週邊電路)的地線不要和其他電路的地線共用,應該單獨連到板子電源輸入的接地點,也就是通常說的採用"星形接地"。




l 電源回路也應遵循同樣的處理辦法。觸摸IC最好用一根獨立的走線從板子的供電點取電,不要和其他的電路共用電源回路。如果做不到完全獨立,也應該保證供電的電源線先進入觸摸IC的電源,然後再引到其它的電路電源。這樣可以減小其他電路在電源上產生的噪聲對觸摸IC的影響。
l 觸控MCU的VDD 及VSS要平行走線並盡量拉等寬與等距的線, 要先經過104電解電容 (104儘量靠近IC ),再接到MCU的VDD及VSS,此走線要在同一層。
l 無論使用單面PCB板或雙面PCB板,PCB的空白處都應鋪地,並用地將按鍵感應盤到IC的輸入Pin之間的連線包起來,可以吸收電磁板輻射,提升EMC指標,使用雙面板鋪地的方法有特別要求。
二. 按鍵Sensor Pad的選擇
影響Sensor Pad設計的三個因數:Sensor Pad尺寸大小,PCB板材質,觸摸面板材質和厚度
l Sensor Pad材質選擇
u PCB上的銅箔,金屬片,平頂彈簧,導電棉,導電橡膠,ITO玻璃層等。
u Sensor Pad必須緊密貼在面板上,中間不能有空氣間隙,以保持穩定的靈敏度。
u 如果Sensor Pad沒有緊密貼在面板上,會造成靈敏度及抗干擾能力降低。
l Sensor Pad形狀
u Sensor Pad形狀可以為圓形、方形、三角形等,原則上可以做成任意形狀,一般建議使用直徑大於10mm的圓形金屬片或其他導體,當面積小的時候建議使用方形,增大感應面積,使感應效果更佳。
u 做單獨的Touch Key時,盡量避免設計成狹長的形狀。
u 使用在滾輪或滑條方案時,形狀較多,Sensor Pad間距不要太太。
l Sensor Pad尺寸
u Sensor Pad面積越大靈敏度越好,面積大小和靈敏度成正比,增大Pad的面積,可以提高信噪比,但超過手指按壓範圍的部分,對增加靈敏度沒有作用。
u 每個Sensor Pad的面積應盡量保持相同,以確保靈敏度相同。如果在Sensor Pad中開孔,須加大Sensor Pad的面積。
u 以圓形為例,一般設計建議為12~20mm的直徑,符合成人手指的大小。必須根據機構設計的面板材質和厚度來決定Sensor Pad的最小尺寸。
l Sensor Pad之間的距離
u 兩個按鍵以上的應用,在Sensor Pad之間的距離至少保持0.5mm以上,以避免相鄰按鍵在偵測KEY時發生相互干擾。在特殊的情況下,可以加大Sensor Pad之間的距離來獲得滿意的觸摸效果。
u Sensor Pad之間的距離過小時,需在Pad中間加地綫作隔離。
u 滑條及滾輪的應用則保持在0.3mm-1mm即可
u 當用PCB銅箔做Sensor Pad時,若Sensor Pad之間有空間,則Pad之間用鋪地隔離。如果各個Sensor Pad距離較遠,其走線也應該盡可能的鋪地隔離。
u 鋪地網需視電場大小,感應距離….等因素考量,並非每一個案子都相同。
l 感應盤正對的背面
u PCB厚度1.0mm以上,且面板不是很厚的情況下(3mm以下的壓克力),建議鋪網格地。
u PCB厚度在1.0mm以下,或用軟PCB做Sensor Pad,強烈建議Sensor正下方不鋪地和不走其它信號線。
u 面板較厚的情況下(4mm以上壓克力厚度),建議Sensor Pad背面不鋪地。
三. 觸摸面板的選擇
u 觸摸面板是覆蓋在感應盤之上的絕緣實體,如塑膠、有機玻璃、大理石、木材、紙張等都可以作為觸摸介面的面板。
u 觸摸面板材質應是絕緣或是非導電性的。
u 與感應Pad直接接觸的外殼材料,避免使用金屬及含碳等導電材質。
u 各種不同材質的面板,其介電常數不同,相同厚度的不同材質的面板,介電常數越大,觸摸感應靈敏度越高,介電常數越小,觸摸感應靈敏度越低。空氣的介電常數很小(為1),這就是在安裝觸摸板時,一定要消除空氣間隙的原因。
u 壓克力的厚度越薄越好,最高能做到6mm,理想厚度為3mm,滑條應用時理想厚度為1mm。
u 同一材質的覆蓋面板的厚度越厚,觸摸的靈敏度越小,面板越薄,靈敏度越高。
u 若Sensor Pad的面積越小,其感應的範圍越小,覆蓋板要求越薄越好。
四. Sensor Pad layout注意事項
l 觸摸IC應盡量放在觸摸板的中間位置,使IC的每個輸入Pin到Sensor Pad距離差異最小。
l IC 輸入Pin到Sensor Pad間串1K電阻(電阻越大,對抗RF干擾越好, 但是會降低靈敏度),電阻要盡可能靠近IC 輸入Pin,電阻離IC輸入Pin越遠,抗RF的效果就越差。
l IC 輸入Pin到Sensor Pad之間的走線之線寬,要盡量短和細 (單面板建議10-15mil線寬,雙面板建議5-8mil線寬),走線長度越短越佳,以確保信號的穩定。最好能將觸摸IC放置在按鍵的板子上。連線的背面和周圍0.5mm不要鋪銅和放置其他回路,以保證Sensor Pad有好的靈敏度並避免觸發。
l KEY與KEY走線要盡量遠離,至少保持2倍線寬以上的距離,最小不能小於7mil,而且也要遠離其他元件和走線,尤其是要遠離信號線(例如IIC,SPI,高頻信號走線)。在無法避免的情況下,請讓兩者垂直佈線,不能平行佈線。或者在兩平行線中間加上地線。
l 如果採用單面板PCB板,用彈簧或其他導電物體做Sensor Pad,Sensor Pad到IC輸入Pin的連線間,應不走或盡量少走跳線。
l 如果直接使用PCB板上的銅箔作觸摸Sensor Pad,應使用雙面板PCB板。觸摸IC和Sensor Pad到IC輸入Pin的連線應放在背面(BOTTOM)。Sensor Pad應放在頂層(TOP),安裝時需緊貼觸摸面板。
l 連線與Sensor Pad的過孔連接請選用以下的連接方式
l Cs電容應放置靠近IC處,為方便於微調電容值,可以多放2-3個並聯的Cs電容焊點。
l PCB為單層板時,將PCB空白處全部鋪實銅皮,鋪地距離Sensor Pad連線0.5mm以上,Sensor Pad連線需被地包裹,可獲得較高的EMC數據。
l PCB為雙層板時,TOP面空白部分鋪網格地,並且網格中銅的面積不超過網格總面積的40%。網格線寬5-8mil,網格大小為1mm*1mm,鋪銅必須離Sensor Pad有0.5mm以上的距離。BOTTOM面的鋪銅可以用實心銅皮,但鋪銅必須離Sensor Pad到觸摸IC的連線有0.5mm以上的距離。按鍵Sensor Pad正對的背面不允許鋪詷和走其他高頻信號線。
l Sensor Pad銅箔應敷綠油,不露銅。
五. 滑條和滾輪的PCB layout注意事項
l 對於滾輪面積較大和滑條較長的應用,建議用戶使用厚度1.2mm以上的雙面板,避免因PCB變形而導致與面板背面接觸不緊密,影響觸摸效果。面積較小的滾輪或滑條也可選用1.0mm的雙面PCB板。
l 滑條的推薦尺寸為:15mm*85mm或10mm*70mm。
l 為使操作靈敏順滑,滑條的感應單元之間需要按照一定的角度咬合,原則上,滑條寬度為5mm時,感應單元設計為一個箭頭,滑條寬度每增加5mm,感應單元就增加一箭頭。滑條可以設計成直線段也可以設計成曲線段。
l 滾輪的推薦尺寸為:內徑18mm,外徑36mm、內徑20mm,外徑45mm、內徑30mm,外徑55mm。用戶可根據面板設計要求,按比例適當縮放尺寸。
l 為使操作靈敏順滑,滾輪的感應單元之間需要按照一定的角度咬合,原則上,滾輪寬度為5mm時,感應單元設計為一個箭頭,滾輪寬度每增加5mm,感應單元就加加一箭頭。滾輪既可設計為圓形也可設計為橢圓形。
l 按鍵Sensor Pad和滑條或滾輪放置於PCB的TOP層,根據面板平面設計,要求進行平均分佈。
l 觸摸感應IC放在PCB Bottom層的適當位置,使其盡量靠近滑條或滾輪位置,應優先保證滑條或滾輪的效果。設計滾輪時,請盡量把觸摸感應IC放在滾輪中心。
l 觸摸感應IC的輸入Pin與Sensor Pad和滑條或滾輪感應單元的連線盡量全走PCB底層。
l 觸摸感應IC的輸入Pin到按鍵或滑條及滾輪的每個感應單元的連線應盡量長度相近。如需走過孔,應盡量使Top層的線段最短。
l 觸摸感應IC的輸入Pin連線要遠離高頻信號,不要和其他的信號線並行。盡量避開干擾和互感。
l 走線採用較細的線,寬度建議採用5-8mil。這樣可以提高按鍵和滑條的觸摸效果。
六. 操作電壓的要求
l 觸控產品的應用,要求電源必須非常穩定,所以在IC電源端的穩壓設計,是必須要考量的重點,例如:加一個穩壓器,以穩定電源。
七. 機構設計考量
l 面板的材質必須是塑料、玻璃等非導電物質。
l Sensor Pad與面板接觸點之間不能有空隙,所以機構設計上必須考慮面板的組裝方式。
l Sensor Pad表面要平整,與面板之間要緊密貼合不能隔空隙。若接觸面無法實現緊密貼合,需用導熱硅脂等膠狀物密封,保證與面板的結合面無空氣間隙。
l Sensor Pad與手指之間不能有金屬層夾在中間,所以面板上不能有金屬電鍍及其他導電物質。
l 如果必須電鍍或其他導電物質,請在按鍵區域的邊綠保留一圈不要電鍍,用以隔絕其他感應開關,間距不能小于2mm。如果結構允許,將其與地連接更佳。Sensor Pad大小須稍大於成人手指大小。
l 面板上有弧度而非平面,可以用軟板,平頂彈簧,導電海棉等導電物將Sensor Pad延伸到面板上,如果面板與Sensor Pad 間有空隙,也可以用這個方式填補空隙。
l 構構設計外殼的材質和厚度會影響到Sensor Pad的大小。
l Sensor Pad電路板後面有大片金屬或其它PCB板時,需考慮將它們間的間距> 1mm,金屬必須做接地。
八. 觸控測試方法介紹
l 潮濕環境測試
將待測的觸摸感應面板用水蒸氣蒸到面板上結滿露水。觀察有沒有誤動和反應遲鈍
的現象。
l 濺水和水淹試驗
1. 用噴壺近距離對感應面板盡量快噴水,直到面板上形成水"水窪"。尤其要注意將幾個不同的感應盤淹到同一個"水窪"裡。觀察有沒有誤動作和反應遲鈍的現象。也可以用杯子倒水讓水在感應面板上流成"瀑布"。但不要直接讓"水柱"沖感應盤。因為水柱此時就相當於人的手指,手指接觸到感應盤正對的絕緣面板當然會動作。但濺水和漫水絕對不能動作。
2. 這項測試對廚房電器和衛浴電器以及門禁對講系統非常重要。廚房經常會有濺湯和漫湯的情況。衛生間的噴頭也會噴水到電器的面板上,門禁對講系統會有雨水被風吹淋到面板上。這個問題應該是觸摸感應設計的一個重要觀點。
l 温度測試
1. 使用恆温恆濕機在高温低温情況下進行測試,測試時盡量避免温度突變的情況。
2. 使用恆温恆濕機加熱到高温95度時,打開門讓温度急速下降,觀察有沒有誤動和反應遲鈍的現象。
3. 用烘箱或電吹風加熱,用冰箱或冰櫃製冷。
l 電源干擾測試
使用40W以上老式"跳泡"和電抗器起輝的螢光灯和感應面板的電源插到同一個
電源插座上,反復開關螢光灯,同時觀察觸摸感應面板的反應,不能有誤觸發的情
況。
l 電磁干擾測試
1. 使用GSM手機(愛利信的手機信號較強,輻射大,適合做測試工具),將手機取消震動後放在觸摸感應面板的絕緣面板上後,對觸摸感應面板上電,反復撥打該手機號碼,觀察觸摸感應面板的反應。
2. 將400W以上的交流式手持式電鑽停在觸摸感應面板的絕緣面板上方,反復開關電鑽,觀察觸摸感應面板的反應。
l EMC,FCC,EFT等測試


1楼2020-08-13 08:50回复