美的內(nèi)部資料—基于QT1080的電容感應(yīng)式觸摸按鍵電路設(shè)計指引

1、基于QT1080的電容感應(yīng)式觸摸按鍵電路設(shè)計指引（發(fā)布日期：2008-11-08）1 范圍本標(biāo)準(zhǔn)對電容感應(yīng)式觸摸按鍵電路的電路原理，各器件的參數(shù)計算選擇，相關(guān)技術(shù)要求和實際使用中的設(shè)計方法等有關(guān)問題進行了闡述和規(guī)定。本標(biāo)準(zhǔn)適用于美的家用空調(diào)國內(nèi)事業(yè)部的電控系統(tǒng)中，使用QT1080芯片的電容感應(yīng)式觸摸按鍵電路的設(shè)計。2 電容感應(yīng)式觸摸按鍵（簡稱：觸摸按鍵）介紹基于QUANTUM公司的觸摸按鍵芯片QT1080，利用了克希荷夫電流定理，檢測電極中等效電容的電荷。當(dāng)人，或者導(dǎo)電體接觸到電極，會有大量的電荷轉(zhuǎn)移，芯片通過檢測電荷變化，完成檢測是否有人觸摸。3 工作原理3.1 觸摸按鍵芯片QT1080功能

2、介紹8個獨立按鍵。 3.1.1 最多支持檢測3.1.2 可進行低功耗模式設(shè)置。3.1.3 在工作中不需人為調(diào)整，自動根據(jù)環(huán)境變化調(diào)整檢測范圍。3.1.4 每個按鍵都可以設(shè)置成直接開關(guān)量輸出，或者BCD碼輸出。3.1.5 工作電壓：2.8V5V3.1.6 相鄰按鍵抑制(AKS)功能。3.1.7 展頻脈沖方式以達到最大噪聲抑制。3.2 芯片管腳分配（48-SSOP封裝）芯片管腳分配見右圖。管口類型說明：I：CMOS輸入I/O：CMOS 輸入和輸出O：CMOS推挽輸出OD：CMOS開漏輸出O/OD：CMOS推挽或開漏輸出（可選擇）3.3 芯片管腳功能定義3.4 應(yīng)用原理圖QT1080有兩種工作方式：

3、簡易模式和完整模式。我司現(xiàn)在使用的都是簡易模式。與完整模式相比，簡易模式元器件數(shù)量少，電路簡單，功能滿足現(xiàn)階段美的功能要求。3.4.1 簡易模式原理圖3.4.2 各元件的作用和選型在電路中，KEY1-KEY6是按鍵傳輸介質(zhì)，使用導(dǎo)電物質(zhì)即可，如導(dǎo)電海面、彈簧等，用于連接面板按鍵區(qū)域與PCB；R1-R6為匹配限流電阻，使用10k，不建議更改；R9-R14為匹配限流電阻，使用2.2k，不建議更改；Cx 為觸摸按鍵比較電容，用來調(diào)整按鍵的靈敏度。在其他條件不變的情況下，容值越大，靈敏度越大；容值越小，靈敏度越小。根據(jù)按鍵的靈敏度實際情況，在2.2nF100nF之間調(diào)整，優(yōu)選5精度，不得大于10精度；

4、R16用來選擇是否啟用AKS功能。接地為關(guān)閉AKS功能；推薦設(shè)置為關(guān)閉。當(dāng)設(shè)置為啟用的時候，在快速按鍵操作的時候，容易使芯片處理速度嚴(yán)重遲緩。使用1M。R15為功能選擇，接上選擇工作模式為簡易模式；R17,R18用來決定晶振頻率，R17使用16k,R18使用39k；可路調(diào)整。3.4.3 完整模式原理圖3.4.4 完整模式功能介紹 根據(jù)實際按鍵的反應(yīng)速度適當(dāng)調(diào)整；AKS/快速檢測 功能選擇：QT1080按鍵檢測通道分為2組，其中按鍵0/1/4/5為1組，按鍵2/3/6/7為1組。如果關(guān)閉AKS功能，則任何一個按鍵檢測到觸摸信號，對應(yīng)的輸出都會有相應(yīng)。如果打開AKS功能，選分為2組的模式，則當(dāng)0/

5、1/4/5中的任何按鍵檢測到信號時，僅輸出感應(yīng)量最大的一個通道；2/3/6/7同樣輸出感應(yīng)到最強信號的一個按鍵。如果選擇了8個按鍵為1組，則如果8個按鍵都感應(yīng)到了按鍵信號，僅感應(yīng)到最強信號的一個通道輸出有相應(yīng)。最大復(fù)位校準(zhǔn)延遲： 8美的家用空調(diào)國內(nèi)事業(yè)部設(shè)計規(guī)范規(guī)范編號：QMN-J33.235-2008 最大復(fù)位校準(zhǔn)延遲模式是指當(dāng)按鍵檢測到同樣的感應(yīng)強度時，會自動計數(shù)。如果同樣的強度保持了10s或60s，芯片會認(rèn)為是環(huán)境發(fā)生了變化，芯片會重新校準(zhǔn)基準(zhǔn)值。這也是芯片的“自校準(zhǔn)”功能。輸出方式：SYNC/LP功能：3.4.5 工作模式的選擇在我司現(xiàn)有的設(shè)計中，都使用簡易模式。在設(shè)計的時候，如果沒有

6、非常充分的理由，必須使用簡易模式，元器件的選型必須使用推薦值。任何與推薦電路不符的地方都必須組織部門評審?fù)ㄟ^方可使用。 4 設(shè)計流程QUANTUM芯片有其特別的開發(fā)流程。如果使用其它廠家的方案，如賽普拉斯芯片方案，則需要增加軟件調(diào)試、仿真等步驟。使用QT1080設(shè)計感應(yīng)開關(guān)電路板與其它電路的開發(fā)流程略有不同，因為電容式開關(guān)的設(shè)計上會受到結(jié)構(gòu)與其它電路設(shè)計上的影響，會有比較多的調(diào)整程序，所以需要一個比較復(fù)雜的開發(fā)流程，參考下圖：步驟1：結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟2：確定感應(yīng)電極尺寸開發(fā)完成4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計的外殼厚度會影響感應(yīng)電極的大小，所以必須先完成結(jié)構(gòu)設(shè)計，才能繼續(xù)開發(fā)流程。鋼化玻璃的厚度要求為3m

7、m。4.1.1 面板的材料必須是塑膠，玻璃等非導(dǎo)電物質(zhì)，與感應(yīng)電極接觸的材料，如按鍵保護套也必須是非導(dǎo)電物質(zhì)。面板材質(zhì)的導(dǎo)電率和感應(yīng)按鍵的靈敏度緊密聯(lián)系。導(dǎo)電率越高，靈敏度越大，但同時受到外界的騷擾也越大。面板材料中含金屬成分過多，會導(dǎo)致按鍵串?dāng)_（按一個按鍵，其他按鍵動作），ESD不合格（將靜電放電誤認(rèn)為人手觸摸）。4.1.2 在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段同時也必須設(shè)計操作流程，以選擇合適的芯片和方案。要考慮是否有復(fù)合按鍵的設(shè)計，或是綜合滑動操作及按鍵操作等，如果是有滑動操作的按鍵，就必須考慮是否需要切割出按鍵。4.1.3 感應(yīng)電極與面板接觸點之間不能有空隙。面板與電極接觸部分須保證平滑，不能有顆粒，以保證

8、良好接觸。安裝方式可以用PCB銅箔做感應(yīng)電極，直接將PCB粘貼在面板上，也可以通過其他介質(zhì)做電極，延伸至面板內(nèi)側(cè)并可靠接觸，比如彈簧，導(dǎo)電海綿等。并要考慮面板的組裝方式。如果面板是有弧度而非平面，可以利用軟板、彈簧、導(dǎo)電橡膠等導(dǎo)電物將感應(yīng)電極延伸到面板上，并在面板內(nèi)側(cè)制造出感應(yīng)電極，如果面板與感應(yīng)電極之間有空隙也可以用這個方法填補空隙。4.1.4 同樣的，感應(yīng)電極與手指之間不能有金屬層夾在中間，所以面板上不可以有金屬電 鍍及金屬超過15的噴漆等會形成導(dǎo)電層的設(shè)計。如果必須電鍍或使用高金屬含量漆，須在按鍵區(qū)域的邊緣保留一圈不要電鍍或噴漆，用于隔絕其它感應(yīng)按鍵。4.1.5 如果感應(yīng)電路板后面有大片

9、金屬或電路板，必須保留若干空隙，以避免靈敏度降低或干擾感應(yīng)電極，如果是金屬板，金屬板必須接地，空隙保留至少10mm以上，如果是電路板，盡量減少高頻電路經(jīng)過，并保留至少10mm的空隙。有這樣情況的感應(yīng)電路板，雖然保留了足夠的間距，最好能將感應(yīng)電極再加大，以利后續(xù)調(diào)整靈敏度的步驟。4.1.6 感應(yīng)電極可以用電路板銅箔來做，也可以采用FPC軟性電路板，ITO蝕刻，ORGACON印刷，銀漆印刷，石墨(CARBON)印刷等導(dǎo)電物質(zhì)。推薦使用錳鋼材質(zhì)的彈簧。感應(yīng)電極需使用導(dǎo)電介質(zhì)（電阻100m）。一般彈簧和導(dǎo)電海綿均可。彈簧需要求不生銹，頂?shù)矫姘搴髩嚎s量3mm，彈簧相鄰的匝間距彈簧線直徑，否則彈簧將成為一

10、個圓柱形等勢體，影響感應(yīng)。彈簧壓縮后的力應(yīng)適中，不能接觸不良，也不能彈力過大，將面板頂出。如果使用導(dǎo)電海綿，需考慮海綿的使用環(huán)境，是否會發(fā)霉，海綿彈性等因素。4.2 確定感應(yīng)電極尺寸4.2.1 依照結(jié)構(gòu)設(shè)計的面板厚度決定感應(yīng)電極的最小尺寸，面板厚度1mm時，感應(yīng)電極最小為3mm直徑的圓，面板厚度7mm時感應(yīng)電極最小為10mm直徑的圓。感應(yīng)電極的尺寸過小，靈敏度不容易調(diào)整，感應(yīng)電極的尺寸過大，不容易找合適容值的電容。現(xiàn)在我司標(biāo)準(zhǔn)電極尺寸是直徑9mm的圓，可配3mm厚的平面玻璃。其他形狀、質(zhì)材的面板，需要重新調(diào)整。盡量采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的電極，調(diào)整感應(yīng)電容。感應(yīng)電極最小不可以小于1/3個手指的面積。4.

11、2.2 感應(yīng)電極（指與面板接觸處）與其他任何導(dǎo)電物質(zhì)間距不小于10mm，包括其他的感應(yīng)電極。4.2.3 如果在感應(yīng)電極中開孔加裝LED，必須加大感應(yīng)電極以彌補開孔所損失的面積，所以增加的感應(yīng)電極面積至少必須相等于開孔的面積。4.2.4 感應(yīng)電極可以是任何形狀，但是盡可能采用圓形或方形，如果必須利用所有的空間來增加感應(yīng)電極的面積，盡量避免將感應(yīng)電極設(shè)計成狹長的形狀。4.2.5 如果感應(yīng)電極是圓形，面板絲印按鍵區(qū)域（用戶看到的按鍵區(qū)域）也為圓形，則絲印圓直徑須比電極圓直徑大4mm，以保證裝配后彈簧的偏移公差。面板絲印更大的話，須根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)實際靈敏度，一般不能大于5mm。如果感應(yīng)電極是圓形，面

12、板絲印按鍵區(qū)域為矩形，則矩形的寬須比電極圓直徑大4mm，以保證裝配后彈簧的偏移公差。4.3 電路設(shè)計及布線4.3.1 必須用穩(wěn)壓IC來確保QT1080的電源是干凈沒有干擾的。QT1080可與小電流電路共同使用一個穩(wěn)壓IC（如7805），當(dāng)有大電流電路時，必須另加電源IC。4.3.2 感應(yīng)電極附屬的電阻與電容要盡量靠近IC，如果是雙面板或是多層板，在電阻與電容的下方盡量避免通過高頻線路，鋪設(shè)地線，或是比較寬的線路。4.3.3 如果是單面板或雙面板的走線在同一面，感應(yīng)電極不要有高頻線路，其它線路也盡量遠離感應(yīng)電極及其走線。QT1080芯片對8個按鍵檢測通道分為2組，按鍵0/1/4/5為一組，按鍵2

13、/3/6/7為一組。同組間的線間距不小于2倍線寬，不同組間的線間距最少為10mm，如不能達到，則需開槽。按鍵檢測信號線與其他銅箔間的間距最少為10mm，如不能達到，則需開槽。分組和開槽的主要目的是為了防潮美的家用空調(diào)國內(nèi)事業(yè)部設(shè)計規(guī)范 規(guī)范編號：QMN-J33.235-2008 防水，避免按鍵之間互相影響。按鍵檢測信號線的線徑雙面板為0.2mm，單面板為0.3mm。感應(yīng)信號線從電極到芯片最長為30cm。如果是雙面走信號線，在走線交叉的地方，盡量垂直交叉，避免平行走線。感應(yīng)信號線不允許使用跳線。4.3.4 如果沒有開放AKS功能，在感應(yīng)電極及其走線之間加一條地線，也可以減少臨近的感應(yīng)電極之間的相

14、互干擾，地線必須放置在臨近的兩個感應(yīng)電極的中央，線寬不要超過兩個感應(yīng)電極間距的1/5，或是用地線將感應(yīng)電極及其走線圍繞隔開，但是原則上圍繞的地線離的越遠越好。這里需要說明的是，如果采用彈簧、導(dǎo)電海綿等方案，感應(yīng)電極實際上與PCB不在一個平面上，這時用地線隔離感應(yīng)線反而是有害的，因為地線并沒有隔離感應(yīng)區(qū)，而是在信號傳輸?shù)牡胤皆黾恿烁蓴_。4.3.5 如果確實需要在感應(yīng)信號線下面鋪銅的話，須將覆銅鋪為網(wǎng)格狀。4.3.6 人體的自然電容量約5pF30pF之間，布線的最終原則就是不要超過人體自然電容量的最小值5pF。4.4 測試電路板這個階段主要是測試電路板的布線是否正確，感應(yīng)動作是否正美的家用空調(diào)國內(nèi)

15、事業(yè)部設(shè)計規(guī)范 規(guī)范編號：QMN-J33.235-2008 常，抗電壓波動、防水防潮、抗干擾性能。4.4.1 在此階段只需要大概的調(diào)整靈敏度，不需要精確調(diào)整，因為當(dāng)電路板裝入整機之后會再變化。4.4.2 測試時必須特別注意電路板的放置，測試電路板不可以直接放在桌面上，也不可以在測試按壓時有晃動的現(xiàn)象，理想的測試環(huán)境是可靠接觸面板或與面板相同厚度及材料的替代面板，再加上橡膠腳墊架高電路板，同時可以穩(wěn)固電路板。4.4.3 如果測試不良，須確定不良原因，如果用手直接觸摸感應(yīng)電極可以正常動作，可以確定為靈敏度不良。4.4.4 如果感應(yīng)開關(guān)會自動觸發(fā)，或觸發(fā)后很久才釋放，先檢查電源是否穩(wěn)定，如果電源是穩(wěn)

16、定的則可能是過度靈敏，將Cs電容數(shù)值減少降低靈敏度再測試。4.4.5 如果是屬于布線不良或布線錯誤，回到步驟3重新布線。4.4.6 只要將靈敏度調(diào)整到不會有不穩(wěn)定或不動作的現(xiàn)象就可以進入下一階段再調(diào)整靈敏度。其他的可靠性測試必須通過。4.4.7 單板潮態(tài)試驗為必做測試。做測試前，須對電控組件做好防潮防水處理，比如擦好防潮油，打膠等。處理好后，對電路板的正反面噴水，要求程度為將電路板豎起來后，水滴沿板滴下。一般情況下按鍵不失靈為正常，如果失靈，重新上電后應(yīng)恢復(fù)正常。重上電后按鍵仍不能正常工作的為不合格。另外須用紙巾沾滿水，貼在電路板的按鍵感應(yīng)線上，重新上電后按鍵不能正常工作的為不合格。4.5 裝

17、整機4.5.1 感應(yīng)電路板裝入整機內(nèi)測試是必須的步驟，可以是手工機殼，測試機殼最好是量產(chǎn)機殼，機殼外部的印刷及噴漆必須與量產(chǎn)時的漆料相同。4.5.2 機殼內(nèi)的組件必須齊全，最好其它電路板都已經(jīng)安裝妥當(dāng)，且可以接上電源工作，其它電路板工作正常與否無關(guān)緊要，只要可以測試按鍵動作即可。4.6 整機測試這個階段需要完成整機按鍵的可靠性，尤其是ESD，不同靈敏度的感應(yīng)會對ESD產(chǎn)生較大的影響。4.6.1 適當(dāng)?shù)撵`敏度是手指輕輕接觸到面板，感應(yīng)開關(guān)有動作發(fā)生，如果需要用很大的力氣按壓面板感應(yīng)開關(guān)才有動作，或是手指還未接觸到面板感應(yīng)開關(guān)就有動作，是屬于靈敏度不良的狀況。要求在按面板絲印按鍵區(qū)域正中且面積在1

18、/2以上時，必須觸發(fā)；在按面板絲印按鍵區(qū)域外面的時候，一定不觸發(fā)。4.6.2 Cx電容數(shù)值加大可以提高靈敏度，數(shù)值減少是降低靈敏度，必美的家用空調(diào)國內(nèi)事業(yè)部設(shè)計規(guī)范 規(guī)范編號：QMN-J33.235-2008 須注意，不同的IC會有不同的數(shù)值范圍限制，請參考IC規(guī)格文件。QT1080所對應(yīng)電容取值的范圍為2.2nF100nF。4.6.3 提高靈敏度并不等于增加感應(yīng)距離，在設(shè)計初期一定要確定面板的厚度，不能在后期為了降低靈敏度而更改面板厚度，更改的話感應(yīng)按鍵電路也須重新設(shè)計。4.6.4 個別的感應(yīng)開關(guān)會因為位置的不同，受結(jié)構(gòu)、電阻電容等元器件或走線方式的影響不同，所以靈敏度的調(diào)整是每一個感應(yīng)開關(guān)個別進行的。4.6.5 在完成整機設(shè)計后，必須進行整機高濕度按鍵可靠性測試。即在實驗室的最大濕度工況（95濕度）下，連續(xù)待機（可單內(nèi)機）至少72小時，其間每隔2個小時檢測每個按鍵的工作情況。使用待機是為了避免顯示開啟后，發(fā)出熱量蒸發(fā)掉按鍵上的潮氣，同時模擬用戶夜晚關(guān)機的情況。正常工作的濕度測試可按照企標(biāo)執(zhí)行。4