S-TouchTM 电容式触摸控制器 PCB 布局指南

S-TouchTM 电容式触摸控制器 PCB 布局指南

本应用指南的目的是为S-TouchTM电容式触摸感应设计中使用的各种PCB（印刷电路板）（例如FR4、柔性PCB或ITO面板）的结构和布局提供设计布局指导。

FR4 是市场上最常用的 PCB 基板。 FR4是玻璃纤维增强环氧树脂层压板，PCB可以是单层或多层。

当触摸模块的尺寸有限时，并不总是可以使用单层PCB。 一般采用四层或两层PCB。 我们将以最常用的两层PCB为例来介绍PCB布局指南。

PCB设计和布局

在两层PCB中，S-TouchTM触摸控制器和其他元件布置在PCB的底层，传感器电极布置在PCB的顶层。

每个传感器通道所需的调谐匹配电容可以直接布置在传感器电极的底层。 需要指出的是，S-TouchTM触摸控制器设置在底层，应保证对应的顶层没有设置传感器电极。 顶层和底层的空白区域可以用网状接地铜箔填充。

设计规则

1楼（顶层）

• 传感器电极位于PCB 顶层（PCB 上端与复合板固定）。 为了提高灵敏度，建议使用尺寸为 10 x 10mm 的感应电极。 可以使用较小尺寸的传感电极，但灵敏度会降低。 还建议传感电极的尺寸不应超过 15 x 15 mm。 如果传感电极超过这个尺寸，不仅会降低灵敏度，还会增加对噪声的敏感性。
  

•  空白区域可用接地铜箔填充（走线宽度为6 mil，网格尺寸为30 mil）。
  

• 顶层可用于铺设普通信号走线（不包括传感器信号走线）。 传感器信号走线尽量走在底层。
  

• 感应电极与接地铜箔的距离至少为0.75mm。
  

2楼（地下）

•  S-TouchTM 控制器及其他无源器件应设计布置在底部。
  

•  传感器信号走线走在底层。 请勿将一个通道的传感器信号走线布置在其他传感通道的传感电极下方。
  

•  空白区域可用接地铜箔填充（走线宽度为6 mil，网格尺寸为30 mil）。
  

• 传感器信号走线与接地铜箔的距离至少为传感器信号走线宽度的2 倍。
  

• 为了减少串扰，应尽可能增加两个感应电极/感应信号走线之间的距离。 如果可能，在两个传感电极/传感信号走线之间添加接地铜箔。
  

• 传感器信号走线的长度不需要完全相等。 由于使用了匹配的调谐电容，两个通道之间的输入电容可以完全平衡。 但如果PCB空间允许，最好使用等长的传感器信号走线（传感器电极的尺寸也统一）。 这样，为了将所有传感通道的传感器电抗值调整到控制器引起的动态范围内，只需要设置一个标准参考电容，简化了设计难度。
  

• 任何时钟、数据或周期信号走线不得与传感器信号走线相邻并行敷设。 这些信号线应尽可能垂直于传感器的信号走线，或者敷设在PCB的其他区域。
  

• 如果时钟、数据或任何周期信号走线确实需要与传感器信号走线平行敷设，则应分层敷设，不能重叠，且信号走线平行部分的长度应为 尽可能缩短。
  

接地铜箔

在前面介绍的两层FR4 PCB中，接地铜箔用于填充PCB的空白截面区域。 接地铜箔可以帮助屏蔽触控模块免受外部噪声源的影响，并稳定传感器电路的固有电容。

但在使用接地铜箔时，应事先注意几个问题。 这是因为接地铜箔会增加传感器的固有电容，同时也会增加因水滴而误检测的可能性。

接地铜箔设计指南：

• 建议使用网状接地铜箔，不要使用实心接地铜箔。 建议使用20%网状接地铜箔（走线宽度为6 mils，网格尺寸为30 mils）。 接地铜箔的角度应设置为45°。
  

• 传感器与接地铜箔的距离至少为0.5mm，建议0.75mm。
  

• 传感器信号走线与接地铜箔之间的间隙应至少为走线宽度的两倍。
  

• 对于四层PCB，如果第三层敷设的传感器信号走线大于10cm，建议底层不要敷设接地铜箔，以尽量减少长走线的容性负载。
  

• 如果复合板使用某些导电材料，建议顶层不要铺设接地铜箔。
  

•  如果电容感应系统需要在潮湿环境下工作，建议顶部不要铺设接地铜箔。
  

传感器基本功能说明及使用指南

电容传感器电极是指用于测量手指电容的导电电极板。 它连接到S-TouchTM控制器的传感通道的输入。 传感器电极可以制造成各种几何形状和尺寸，以适应不同的功能和应用。

触摸按键

触摸按键的基本功能是检测手指是否触摸。 S-TouchTM控制器可以测量触摸按键感应电极的电容。 如果手指靠近触摸按键，当测量到的电容变化超过预设阈值时，就会检测到手指触摸。

触摸按键可以设计成各种形状，例如方形、圆形、三角形或其他形状。 如果PCB尺寸有限，设计的按钮形状应最大限度地利用空间，以提供最佳的灵敏度。

对于覆盖有 2-3 mm 丙烯酸塑料外壳的应用，建议使用最小尺寸为 10 x 10 mm 的方形传感电极。 建议最大尺寸不超过 15 x 15 毫米。 如果超过该尺寸，不仅灵敏度无法提高，而且噪声敏感性也会增加。

触摸滑块

触摸滑块的基本功能是检测手指在一维方向上的滑动位置。

触摸滑块的典型应用之一是音量控制。 可以使用两种方法来实现触摸滑块：触摸状态滑块和比例测光滑块。

方形触摸按钮可以紧密排列，以设计触摸状态滑块。

当检测到感应通道打开时，即可确定手指在触摸滑块上的位置。 在上面的例子中，使用了5个传感器来检测9个位置。 如果S1和S2通道同时打开，则表示手指位置在位置2。

对于覆盖有 2-3 mm 丙烯酸塑料外壳的应用，建议使用最小尺寸为 10 x 10 mm 的传感电极。 滑条传感器之间的建议间隙为 0.75 毫米。 相邻两个传感电极之间的间隙不应超过1mm。 这是为了确保当手指正好位于间隙中时，两个传感器通道可以同时打开。

触摸状态滑块的优点是设计简单并且在嘈杂环境中稳定性高。 然而，如果需要大量的位置，则该方法无法实现，因为需要太多的传感器通道。

另一种方法是使用比例计量滑块。 该方法不是通过检测每个传感器通道上的触摸状态来实现的，而是根据每个传感器通道测量到的准确电容变化来确定手指位置。 测量出各个传感通道的准确电容变化后，通过比例计算即可确定手指的准确位置。

手指触摸上述位置会增加三个感应通道电极的电容。 由于手指覆盖面积不同，每个传感器的附加电容也不同。 然后，通过处理传感器的原始电容数据就可以得到手指在滑块上的绝对位置。

触摸旋转器

与滑块一样，触摸旋转器也是根据触摸状态和比例来实现的。