一、触摸按键简介
1、概述
2、原理介绍
3、应用简介
二、触摸按键的几个案例分析
一、触摸按键简介
1、概述随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到并利用触摸按键，因为触摸按键具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于操作等许多优点。根据工作原理不同，触摸式按键可分为四大类：电阻式、电容式、红外线式以及表面声波式感应按键。电阻式触摸按键：电阻式的触摸按键原理非常类似于触摸屏技术，需要由多块导电薄膜上面按照按键的位置印制而成，因此这种按键需要在设备表面贴一张触摸薄膜。电阻式触摸技术一直由于其低廉的价格而深受厂商的喜爱，但是由于导电薄膜的耐用性较低，并且也会降低透光性，因此已经被越来越多的厂家所抛弃。电阻式、红外线式与表面声波式触摸技术主要应用于触摸屏上，单个按键很少使用。
电容式触摸按键：主要是为了克服电阻式触摸按键的耐用性所提出的，电容式触摸按键采用电容量为判断标准。对于单个按键来说它具有的优点如下： 1、可直接集成在PCB中； 2、灵活的外形尺寸； 3、相对额外成本极低。
2、原理介绍 C=C基+△C 基电容C基由PCB材质和结构决定，它主要由铜盘与地之间的电容和电路即有寄生电容组成；变化电容△C是基于寄生效应，主要指外界导体与PAD之间的寄生电容；
图1
2、原理介绍(TI)
如图2，根据电路可知：B点要么为高要么为低，即只有3.3V和0V两个状态；因此A点对应为2.2V和1.1V两个状态；假设B为高，则A点电压为2.2V，此时B点3.3V通过R24对电容C进行充电，当电容上的电压大于2.2V时，比较器翻转，B点电压为低，A点电压为1.1V，电容C通过R24对B点进行放电，当电容电压小于1.1V，比较器再次翻转，B点为高，由此循环下去。由于每个周期中C点放电的始末电压和充电的终始电压对应相等，由T=RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]，因此冲放电时间相等；可见，这是一个标准的占空比为50％的方波发生器。
各点电压波形如下图3：
由上可知，电容C与R24决定了B点方波的周期T，而电路中电阻值不会改变，当电容C发生变化时，相应单位时间内方波的翻转次数改变，当增大或减小的值等于某预设值时，MCU判断相应键被按下。 TI的msp430F2111内部集成16M时钟发生器，扫描六个键的时间周期为14.6ms；实际应用中将单位扫描周期内翻转次数变化达到百分之三为判断依据；例如某键基电容为25pf，则冲放电周期为： T=2*RC*Ln[(Vcc-V0)/(Vcc-Vt)] =2*100*103*25*10-12*LN[(3.3-1.1)/(3.3-2.2)]s =3.465us 单位扫描周期内（2.62ms）方波翻转次数为： n=2*2.62/3.465*1000=1512次则临界翻转次数为： △n=1512*3%=46次即检测到翻转次数小于等于1466次时判定按键按下。实际应用中只考虑电容变大的百分率达到百分之三为触发临界，而电容减小的情况不予响应。
3、应用简介(TI)
3、应用简介触摸按键最关键的的设计是在PCB排版上，为了获得稳定且较高的灵敏度，应遵从以下原则： a、基电容容值小； b、基电容稳定抗噪； c、尽量获得大的△C； 常见做法有：优化触摸铜盘大小尺寸；减小铜盘与地之间的距离；减小铜盘与手的距离；触摸盘背面铺地用30％～60％的网格铺设等等。
图5
CYPRESS: Cypress主要采用一种叫做CapSense触摸感应技术，它是Cypress半导体使用CY8C21x34系列PSoC芯片开发的、用于触摸式按键、触摸式滚动条（Slider）、触摸式平板(Touchpad)的触摸感应技术。它利用PSoC的CY8C21x34系列芯片一些特有的资源，根据电容感应的原理和松弛震荡器的技术实现触摸感应。区别于其他触摸感应技术，CapSense技术具有几乎不需要外围元件，每一个按键的灵敏度可单独调整，一个芯片可同时实施多个触摸式按键和触摸式滚动条等优点。可用于各种家电产品代替传统的轻触按键和薄膜键盘。同样它也非常适合在时尚的手机上使用。
CapSense原理： CapSense技术是根据电容感应的原理和松弛震荡器来实现触摸感应。如下图6中左半面是一个松弛震荡器，它的工作原理为：使用恒流源以iCHARGE电流对Cp 充电，当Cp上的电压上升并刚好超过比较器的反向输入端的电压VBG（1.3V）时，比较器翻转到高电平，控制复位开关闭合，Cp迅速放电到零。比较器翻转恢复到低电平，恒流源以iCHARGE电流再对Cp充电…这个过程周而复始，形成震荡。 震荡的周期近似于充电的时间为：[Page]
CapSense原理：图中右半面是一个间隔计数器。它由一个8位的PWM和一个16位的定时器组成。它实施一段时间间隔（PWM的Duty）里16位的定时器对系统时钟的计数。PWM 的输入来自比较器的输出，16位的定时器被设置成捕捉定时器，它的输入来自系统时钟SYSCLK。当PWM进入Duty状态时启动16位的定时器工作，当PWM的Duty状态结束时捕捉16位的定时器的计数。这个计数的值为：
CapSense原理：
当⊿n大于预先设定的阀值时，就可以表明有手指触摸。图7是无手指触摸和有手指触摸对应松弛震荡器的波形和PWM及定时器计数值变化的示意图。
CYPRESS原理图：
图8
二、案例分析
1、按键长按无响应
现象描述：长半按音量+键时，响应大约六七秒后按键不响应，放开手两秒之后可恢复，但是灵敏度极差；若从边上慢慢按上去，按键直接不响应。分析：由于触摸按键是根据电容的变化来判断按键是否按下，所以它需要定义一基准电容（即C基），但是实际中C基的值并不是不变的,它会随着环境中温度、湿度等的变化而改变，因此软件中会实时对C基进行跟踪，并将跟踪到的电容值作为基准电容，用来判断按键是否被按下；可见软件更改跟踪速率可解决此问题。 解决办法：软件更改单片机对当前电容的跟踪速率。 备注：按键按下时单片机不跟踪当前电容值。
2、快速开关机按键无响应；现象描述：上述问题1产生之后，惠州QA及PE对TI触摸按键的适应能力进行了进一步测试，在极端情况下开关机，发现会出现按键全无响应现象；而且主要是在26寸上出现，32寸、42寸等机器极难模拟出来。分析：26寸和其他机型都使用相同的主板及小板组件，只有电源使用有差异，32寸和42寸都使用公司自制电源（37C03A&37C02A），而26 寸使用的是外购麦格米特电源，经测试，该电源5VSTB掉电奇慢，由于掉电不完全重新上电导致按键MCU复位异常造成上述现象可能性很大，经手动复位按键MCU后其不响应现象消失；测量3.3VS对地电阻只有5K 左右，因此在电容上并电阻可能性不大；后试着在前端5VS加二极管加快掉电，但并不能取得效果，可见电源前端决定了掉电慢，机芯后端无能为力。
3、按键长亮现象描述：量产L26E9AD&L32E9AD时在低温房中出现，按键中某个键一直处在被触发状态，并且不能被释放！经过在惠州低温房2天的实验，得到的结论是低温房电磁辐射较大，干扰了按键，在另一个低温房中测试全部没问题！可见触摸按键抗干扰能力较弱，这可能是TI芯片问题或程序设计不合理所致，后期继续跟进。 4、其他机型补充打ESD时按键易被打死；由于使用触摸按键的机型在做ESD时需打5K、8K&15K高压，某些机型按键（以CYPRESS方案居多）在做高压时会无作用。由于IC内部并未针对ESD做相应措施，而在电路中增加ESD器件需改版并且需在IC的每个脚都加！成本较高，所以解决这一问题从外部增加工艺措施入手。实际中在按键靠缝处贴一铝箔纸到屏可以解决这一问题，但此措施的生产工艺难度极大，因此很多机型这一措施并没有导入生产…
完结...
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