【免费申请】品佳Microchip 触摸感应设计方案EVB

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发表于 2021-8-10 09:13:37

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大联大品佳Microchip 触摸感应设计方案EVB
市场参考价：200元，免费地址>>

触摸感应正在成为一种潮流。无论是我们家里的冰箱、空调、洗衣机，办公室的笔记本、台式机，还是手中的手机、iPad、遥控器，亦或汽车的中控屏、娱乐屏、车窗控制、车门控制、灯光调节、温度调节……，触摸感应方式几乎随处可见，正以它的美观耐用吸引着大家。在市场瞬息万变的今天，我们迫切需要一种触摸感应设计，它操作简单，并在很短的时间内就可以完成。本方案以Microchip ATTINY1616为例，介绍如何方便、灵活地实现触摸按键、滑条的设计。您的产品也将受到更多的人追捧。

下面我将从原理、抗噪、防水、软件、硬件、调试等方面展开介绍，让您轻松进入触摸世界。

电容感应原理

电容感应分为自电容和互电容，本方案采用的是自电容感应，如果您对互电容也比较感兴趣，请与大联大品佳当地办事处联系。简单而言，电容感应原理就是检测Sensor电容的变化。Sensor(电容式按键和滑条)就是PCB上的铺铜，Sensor和地之间会有一个寄生电容Cp，当触摸发生时，会再形成一个电容，称作手指电容Cf, 这时候总的电容就变为Cs, 也就是Cp+Cf。如下图所示。

Microchip 的ATTINY1616是一颗8位的MCU, 配合Atmel Studio开发环境可以非常方便地实现触摸按键、滑条、滚轮等设计。

Microchip电容感应技术有两种，一种是基于mTouch®技术CVD，许多PIC®器件支持CVD。另一种是QTouch®技术PTC，许多AVR® MCU、 SAM MCU和MPU都配有PTC。本方案ATTINY1616采用的是QTouch技术。

自电容传感器模型如下：

电极的自电容是相对于电路GND网络，测量传感器电极对GND电容变化。

抗噪设计

噪声问题是电容式触摸无法避免的问题。在我们的生活中，有很多噪声源，比如对讲机、手机、电机、荧光灯、插座等。差模噪声会影响所有的触摸按钮，例如辐射噪声荧光灯以及靠近前面板的RF发射器，传导噪声前面板上的LED以及应用中的电机等。共模噪声只影响被触摸的按键，例如电源噪声、开关模式PSU、与存在噪声的设备有线通信等。共模噪声并不明显，只是在触摸之后才能感受到，对于设计人员来说更有挑战。不管是共模噪声还是差模噪声，在设计之初都需要考虑好抗噪。Microchip触摸方案可以做到很好的抗噪设计，可以通过硬件设计+软件调试实现。

防水设计

防水设计也是电容式触摸需要考虑的问题。不管是水雾、水滴、还是水流，都会对按键或滑条本身的电容产生影响，产生误触摸或者触摸无反应现象，如下图所示。

Microchip触摸方案可以通过增加Driven Shield或Driven Shield+来实现防水设计。

硬件设计

硬件设计的时候请注意面板不能是导电的！需要确认其成分！如果掺杂了“微量”金属，一定要取得材料提前测试！要让所有项目参与者了解，尤其是采购！

PCB Layout注意事项如下：

走线尽量细。尤其是信号接收线。推荐走工艺许可的最小线宽。如果是ITO或PEDOT等高阻抗透明线，要综合考虑阻抗和加宽之后可能引入的干扰。线长控制在150mm以内。
透明材料有一个方阻的概念。而且阻值比较高（高的有Kohm级别）。在布线的时候时刻要注意用银浆线降低阻抗。
对于互容设计，X线可以与X线成束并排走线，Y线可以与Y线成束并排走线，线间距最好达到至少两倍线宽。但是X线与Y线在非按键区一定要有地线隔离。地线宽至少取X/Y线宽的3倍。
X/Y引脚预留0603尺寸以上的电阻，以处理可能的EMC问题。电阻靠近芯片摆放。
如果结构上实在没有办法搞定ESD，可以考虑外加TVS。需要考虑总体的电容量，选择容值足够小的器件，并摆放在PCB板进线处。
如果通过接口转接，接口要尽量靠近芯片摆放。
尽量远离电源线/地线/其他信号线，尤其是大电流的高速切换信号线，比如PWM调光的LED连线，要通过地层隔离、移到其他层和/或使用Driven Shield的方式降低干扰。
电极与Shield的耦合要尽量低；电极与 GND在各个方向上的间距至少为前面板厚度的一半。详细信息请参见如下链接“layout with driven shield”的部分 http://microchipdeveloper.com/touch:guide-for-ptc-driven-shield-design同时要注意，这种方式不适合FPC。

软件设计

ATTINY1616可以通过Atmel Studio（Microchip Studio）或MPLAB-X-IDE集成开发环境进行软件设计。

本文以Atmel Studio为例进行设计。下载网址：https://www.microchip.com/en-us/development-tools-tools-and-software/microchip-studio-for-avr-and-sam-devices

Microchip MCU的优势之一就是集成了CIP（独立于内核的外设）, ATTINY1616也不例外。 QTouch®外设触摸控制器（ Peripheral Touch Controller， PTC）可以用于按钮、滑条和滚轮设计，提供用于电容式触摸测量的内置硬件。 PTC 支持互电容和自电容测量，无需任何外部元件，即能够提供出色的灵敏度、抗噪性以及自校准功能，并且可最大限度地降低用户调节灵敏度所需的工作量。

使用Atmel Studio可以非常方便的添加按键、滑条、滚轮等设计，并且对参数进行调节。