觸摸感應(yīng)面板硬件設(shè)計(jì)與測(cè)試方法

1、電容式觸控電路設(shè)計(jì)的七個(gè)步驟電容式觸控技術(shù)在廚房設(shè)備中的應(yīng)用已經(jīng)有幾年了，例如在烤箱和煎鍋的不透明玻璃面板后面采用分離按鍵實(shí)現(xiàn)。這些觸摸控制鍵逐漸替代了機(jī)械按鍵，因?yàn)楹笳呔哂惺褂脡勖獭⒉粔蛐l(wèi)生等方面的問(wèn)題，而且還有在面板上開(kāi)孔安裝按鍵的相關(guān)成本。電容式感應(yīng)技術(shù)由于具有耐用、較易于低成本實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，而逐漸成為觸摸控制的首選技術(shù)。此外，由于具有可擴(kuò)展性，該技術(shù)還可以提供其它技術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的用戶(hù)功能。在顯示屏上以軟按鍵方式提供用戶(hù)界面，這通常被稱(chēng)為觸摸屏。 觸摸輸入滾動(dòng)/指示功能器件，例如iPod 音樂(lè)播放器上的點(diǎn)擊式轉(zhuǎn)盤(pán)，這類(lèi)器件在消費(fèi)市場(chǎng)已經(jīng)獲得廣泛的認(rèn)可，正在逐漸出現(xiàn)在更多的消費(fèi)設(shè)備市場(chǎng)。有

2、兩種基本類(lèi)型的滾動(dòng)器件：第一種是絕對(duì)報(bào)告類(lèi)型，提供直接位置輸出報(bào)告；另外一種是相對(duì)類(lèi)型，這類(lèi)器件提供用來(lái)增加或減少某個(gè)值的直接報(bào)告。 使用電容式感應(yīng)的IC 設(shè)計(jì)感應(yīng)開(kāi)關(guān)電路板與其它電路的開(kāi)發(fā)流程略有不同，因?yàn)殡娙菔介_(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)上會(huì)受到機(jī)構(gòu)與其它電路設(shè)計(jì)上的影響，會(huì)有比較多的調(diào)整程序，所以需要一個(gè)比較復(fù)雜的開(kāi)發(fā)流程，現(xiàn)就以出道較早且具有代表性的“Quantum ”產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程及要點(diǎn)介紹給大家，希望對(duì)需要的朋友有所幫助。1. 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)a. 面板的材質(zhì)必須是塑膠，玻璃，等非導(dǎo)電物質(zhì)。b. 在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)階段同時(shí)也必需設(shè)計(jì)操作流程，以選擇合適的產(chǎn)品，如果是按鍵的產(chǎn)品，要考慮是否有復(fù)合按鍵的設(shè)計(jì)，或是綜合滑

3、動(dòng)操作及按鍵操作等，如果是以滑動(dòng)操作的產(chǎn)品，就必須考慮是否需要切割出按鍵。c. 由于感應(yīng)電極與面板接觸點(diǎn)之間不能有空隙，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上必須考慮將感應(yīng)驗(yàn)路板直接黏貼在外殼面板的內(nèi)側(cè)，以及考慮面板的組裝方式。d. 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含金屬超過(guò)15%的噴漆等會(huì)形成導(dǎo)電層的設(shè)計(jì)。e. 如果必須電鍍或高金屬含量漆，請(qǐng)?jiān)诎存I區(qū)域的邊緣保留一圈不要電鍍或噴漆，用以隔絕其他感應(yīng)開(kāi)關(guān)。f. 如果面板是有弧度而非平面，可以利用軟板、彈簧、導(dǎo)電橡皮等導(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(gè)方式填補(bǔ)空隙

4、，或加厚感應(yīng)電極區(qū)域的面板。g. 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的外殼厚度會(huì)影響感應(yīng)電極的大小，所以必須先完成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能接續(xù)開(kāi)發(fā)流程。h. 如果感應(yīng)電路板後面有大片金屬或電路板，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0.3mm 以上，如果是電路板，盡量減少高頻電路經(jīng)過(guò)，并保留至少1.0mm 的空隙。 i. 有上述狀況的感應(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。j. 感應(yīng)電極可以用電路板銅箔來(lái)做，亦可以采用FPC 軟性電路板，ITO 蝕ORGACON （CARBON ）印刷等導(dǎo)電物質(zhì)。2. 決定感應(yīng)電極的尺寸a. 依照

5、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的面板厚度決定感應(yīng)電極的最小尺寸，面板厚度1mm 時(shí)感應(yīng)電極最小3mm 直徑的圓，面板厚度7mm 時(shí)感應(yīng)電極最小10mm 直徑的圓，在機(jī)構(gòu)及電路板空間的允許下盡量將感應(yīng)電極加大。b. 感應(yīng)電極最小不可以小于1/3個(gè)手指的面積。c. 注意感應(yīng)電極附近是否有金屬螺絲或鐵板等大型金屬物，如果有，必須將金屬物接地，并再加大感應(yīng)電極的面積，以避免靈敏度降低。d. 如果在感應(yīng)電極中開(kāi)孔加裝LED ，必須加大感應(yīng)電極以彌補(bǔ)開(kāi)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(kāi)孔的面積。e. 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(lái)增加感應(yīng)電極的面積，盡量避免將感應(yīng)

6、電極設(shè)計(jì)成狹長(zhǎng)的形狀。3. 感應(yīng)電路板電路設(shè)計(jì)及布線(xiàn)a. 電路設(shè)計(jì)以IC 規(guī)格書(shū)內(nèi)的范例電路為基礎(chǔ)即可。b. 必須利用穩(wěn)壓IC （VOLTAGE REGULATOR）來(lái)確保QUANTUM IC的電源是乾凈沒(méi)有雜訊的。c. 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(guò)高頻線(xiàn)路，鋪設(shè)地線(xiàn)，或是比較寬的線(xiàn)路。d. 如果是單層板，感應(yīng)電極附近不要有高頻線(xiàn)路，其他線(xiàn)路也盡量遠(yuǎn)離感應(yīng)電極及其連線(xiàn)。如果選用的IC 有AKS 功能，請(qǐng)盡量采用此功能以減少鄰近的感應(yīng)電極互相干擾。e. 如果沒(méi)有開(kāi)啟AKS 功能，在感應(yīng)電極及其連線(xiàn)之間加一條地線(xiàn)，也可以減少鄰近的

7、感應(yīng)電極之間的互相干擾，地線(xiàn)必須放置在鄰近的兩個(gè)感應(yīng)電極的中央，線(xiàn)寬不要超過(guò)兩個(gè)感應(yīng)電極間距的1/5，或是用地線(xiàn)將感應(yīng)電極及其連線(xiàn)圍繞隔開(kāi)，但是原則上圍繞的地線(xiàn)離的越遠(yuǎn)越好。f. 從感應(yīng)電極的附屬零件到感應(yīng)電極的之間的線(xiàn)路以最小線(xiàn)寬來(lái)鋪設(shè)即可，感應(yīng)電極的連線(xiàn)與其他線(xiàn)路至少間距線(xiàn)寬的5倍以上，感應(yīng)電極的連線(xiàn)與另一個(gè)感應(yīng)電極的連線(xiàn)之間的距離則是越遠(yuǎn)越好，最近距離為線(xiàn)寬的2倍以上。g. 如果無(wú)法達(dá)到連線(xiàn)之間的間距，最好在線(xiàn)與線(xiàn)之間用一條地線(xiàn)作隔離，用最小的線(xiàn)寬來(lái)鋪設(shè)地線(xiàn)即可，線(xiàn)距采用一般安全間距。h. 從感應(yīng)電極的附屬零件到感應(yīng)電極連線(xiàn)最長(zhǎng)不要超過(guò)30cm ，感應(yīng)電極的的線(xiàn)路可以經(jīng)過(guò)感應(yīng)電極的下方，

8、避免圍繞在其他感應(yīng)電極的周邊。i. 感應(yīng)電極連線(xiàn)的下方盡量避免通過(guò)高頻線(xiàn)路，鋪設(shè)地線(xiàn)，或是比較寬的線(xiàn)路，如果難以避免，盡量以交錯(cuò)通過(guò)，其他線(xiàn)路盡量不要與感應(yīng)電極連線(xiàn)平行。 j. 如果確實(shí)需要減少來(lái)自感應(yīng)電極下方的干擾而需要鋪設(shè)地線(xiàn)的話(huà)，不要鋪設(shè)整片實(shí)體的地線(xiàn)，用網(wǎng)格狀鋪銅，網(wǎng)格1.27mm 以上，格線(xiàn)用最小。k. 人體的自然電容量約5pF 30pF 之間，布線(xiàn)的最終原則就是不要超過(guò)人體自然電容量的最小值5pF 。4. 測(cè)試電路板a. 這個(gè)階段主要是測(cè)試電路板的布線(xiàn)是否正確，感應(yīng)動(dòng)作是否正常。b. 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?yàn)楫?dāng)電路板裝入機(jī)殼之後會(huì)再變化。c. 測(cè)試時(shí)必須

9、特別注意電路板的放置，測(cè)試電路板不可以直接放在桌面上，也不可以在測(cè)試按壓時(shí)有晃動(dòng)的現(xiàn)象，理想的測(cè)試環(huán)境是黏貼上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(shí)可以穩(wěn)固電路板。d. 測(cè)試的電路板必須沒(méi)有跳線(xiàn)，如果有跳線(xiàn)，必須是與感應(yīng)開(kāi)關(guān)電路無(wú)關(guān)的，而且不可以經(jīng)過(guò)感應(yīng)IC 及其附屬電路，也不可以在感應(yīng)電極附近。e. 如果測(cè)試不良，進(jìn)入Step 4-1確定不良原因，如果用手直接觸摸感應(yīng)電極可以正常動(dòng)作，可以確定為靈敏度不良。f. 如果感應(yīng)開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)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)定的則可能是過(guò)度靈敏，將Cs 電容數(shù)值減少降低靈敏度再測(cè)試。 g. 如果是屬

10、於布線(xiàn)不良或布線(xiàn)錯(cuò)誤，回到步驟3重新布線(xiàn)。h. 只要將靈敏度調(diào)整到不會(huì)有不穩(wěn)定或不動(dòng)作的現(xiàn)象就可以進(jìn)入下一階段再調(diào)整靈敏度。5. 裝入機(jī)殼內(nèi)a. 感應(yīng)電路板裝入機(jī)殼內(nèi)測(cè)試是必須的步驟，可以是手工機(jī)殼，試模機(jī)殼最好是量產(chǎn)機(jī)殼，機(jī)殼外部的印刷及噴漆必須與量產(chǎn)時(shí)的漆料相同。b. 機(jī)殼內(nèi)的組件必須齊全，最好其他電路板都已經(jīng)安裝妥當(dāng)，且可以接上電源工作，其他電路板工作正常與否無(wú)關(guān)緊要，只要可以測(cè)試按鍵動(dòng)作即可。c. 測(cè)試階段可以用一般無(wú)基材雙面膠黏貼，但是正式量產(chǎn)建議采用3M 468MP或NITTO 818無(wú)基材雙面膠。6. 測(cè)試靈敏度a. 適當(dāng)?shù)撵`敏度是手指輕輕接觸到面板，感應(yīng)開(kāi)關(guān)有動(dòng)作發(fā)生，如果需要

11、用很大的力氣按壓面板感應(yīng)開(kāi)關(guān)才有動(dòng)作，或是手指還未接觸到面板感應(yīng)開(kāi)關(guān)就有動(dòng)作，是屬于靈敏度不良的狀況。b. Cs 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，必須注意，不同的IC 會(huì)有不同的數(shù)值范圍限制，請(qǐng)參考IC 規(guī)格文件。c. 提高靈敏度并不等於增加感應(yīng)距離，在設(shè)計(jì)初期一定要確定面板的厚度，感應(yīng)電極的面積一定要足夠。d. 個(gè)別的感應(yīng)開(kāi)關(guān)會(huì)因?yàn)槲恢玫牟煌?，受機(jī)構(gòu)或其他元件的影響不同，所以靈敏度的調(diào)整是每一個(gè)感應(yīng)開(kāi)關(guān)個(gè)別進(jìn)行的。e. 理想的靈敏度可以根絕感應(yīng)開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作，增加ESD 測(cè)試的耐受性。（已經(jīng)測(cè)試通過(guò)25KV ）7. 確定BOMa. 到這個(gè)階段才能完全確定BOM 并進(jìn)入試產(chǎn)及量

12、產(chǎn)。b. 與感應(yīng)相關(guān)的電阻及電容建議采用SMD 元件，電阻沒(méi)有特殊要求，一般10%誤差的即可，電容建議采用NPO 或者X7R ，誤差在10%以?xún)?nèi)的元件。觸摸感應(yīng)面板穩(wěn)定性的測(cè)試方法關(guān)鍵詞： 觸摸感應(yīng) 誤動(dòng)作 可靠性測(cè)試摘要: 觸摸式感應(yīng)面板由于無(wú)機(jī)械損耗，且時(shí)尚、美觀可以提升產(chǎn)品的附加值，而迅速 成為一項(xiàng)熱門(mén)技術(shù)。但由于各個(gè)公司提供觸摸感應(yīng)技術(shù)的水平不一和技術(shù)支持的不到位，給不少采用了該技術(shù)的廠(chǎng)家?guī)?lái)了因?yàn)橛|摸感應(yīng)不穩(wěn)定而退貨的困擾。本文分析了觸摸感應(yīng)面板容易出現(xiàn)穩(wěn)定性問(wèn)題的原因并提供了測(cè)試觸摸感應(yīng)面板穩(wěn)定性較全面和貼近實(shí)際的測(cè)試方法。引 言觸摸感應(yīng)的操作面板因?yàn)槠鋱?jiān)固、耐磨損、可以絕緣、隔塵

13、、隔水，而且外觀美觀新穎 而迅速在很多領(lǐng)域被應(yīng)用，成為近年的熱門(mén)技術(shù)。但很多采用了觸摸感應(yīng)面板的產(chǎn)品都遇到 了諸如生產(chǎn)調(diào)試?yán)щy，觸摸感應(yīng)面板工作不穩(wěn)定，在潮濕，強(qiáng)干擾環(huán)境下容易誤動(dòng)，造成客 戶(hù)退貨的難題。其中不乏國(guó)內(nèi)的知名企業(yè)，有些更是把此項(xiàng)技術(shù)“打入冷宮” 。 問(wèn) 題生產(chǎn)調(diào)試?yán)щy，無(wú)法上批量生產(chǎn)。觸摸感應(yīng)面板工作不穩(wěn)定，在潮濕，強(qiáng)干擾環(huán)境下容 易誤動(dòng)，造成客戶(hù)退貨。產(chǎn)品長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性差，生產(chǎn)線(xiàn)調(diào)試好的產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)運(yùn)輸或長(zhǎng)期工 作以后靈敏度變化或經(jīng)常誤動(dòng)而增加了很大的售后成本。這些原因造成了很多廠(chǎng)家既希望采用這一新技術(shù)， 又對(duì)采用了這個(gè)技術(shù)的產(chǎn)品是否能穩(wěn) 定工作心存疑慮。因?yàn)橛|摸感應(yīng)面板簡(jiǎn)單的試

14、用往往無(wú)法發(fā)現(xiàn)有什么不妥，經(jīng)常要等到發(fā)貨 后顧客使用一段時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)形形色色的問(wèn)題，這時(shí)不可避免的會(huì)給廠(chǎng)家?guī)?lái)成本和聲譽(yù)上的損失。顧客遇到觸摸感應(yīng)面板的突出問(wèn)題就是靈敏度和可靠性（無(wú)誤動(dòng)）各種環(huán)境下很難保持 穩(wěn)定，尤其是長(zhǎng)期工作的情況。問(wèn) 題 分 析觸摸感應(yīng)面板目前主流的技術(shù)是采用電容感應(yīng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槭种冈诟袘?yīng)盤(pán)上帶來(lái)的 電容變化極小，而且隨著隔離的絕緣面板厚度增加，電容的大小會(huì)成指數(shù)降低。大概隔 5mm 的鋼化玻璃后，人的手指觸摸只能帶來(lái)不到0.5PF 的電容變化。對(duì)于這樣微小的測(cè)量量，濕度、溫度的變化、電磁干擾、電源干擾等都會(huì)極大的影響測(cè)量電路的測(cè)量結(jié)果。如果沒(méi)有特殊、專(zhuān)業(yè)的處理辦法很

15、難保證觸摸感應(yīng)面板的工作穩(wěn)定尤其是各種惡劣環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。現(xiàn)在提供觸摸感應(yīng)芯片和方案的公司較多，他們的水平參差不齊，技術(shù)水平高的公司可 以解決觸摸感應(yīng)面板設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問(wèn)題。有些公司提供的芯片和方案宣傳作的很好，東西也較 便宜，但產(chǎn)品卻只能保證“能動(dòng)”。如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)仔細(xì)的驗(yàn)證很難保證顧客在各種使用環(huán)境下不會(huì)出問(wèn)題。我們完成了一個(gè)帶觸摸感應(yīng)面板的產(chǎn)品設(shè)計(jì)后， 必須自己用貼近顧客使用環(huán)境且相對(duì)嚴(yán) 格的測(cè)試方法進(jìn)行反復(fù)、長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試來(lái)確保產(chǎn)品的可靠性。測(cè) 試 方 法電子產(chǎn)品尤其是家電類(lèi)的產(chǎn)品出廠(chǎng)往往需要通過(guò) EMC ，F(xiàn)CC ，EFT 等測(cè)試，這些測(cè)試 需要專(zhuān)業(yè)的設(shè)備，而且通過(guò)了這些測(cè)試的產(chǎn)品往往也不

16、能保證在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境下就可靠。 我們總結(jié)出了一些可以模擬實(shí)際使用環(huán)境下驗(yàn)證觸摸感應(yīng)面板性能的辦法，在研發(fā)和小批量試產(chǎn)的條件下就能對(duì)觸摸感應(yīng)面板的性能做到心中有數(shù)，希望能與大家探討。 1 潮濕環(huán)境測(cè)試測(cè)試方法： 將待測(cè)的觸摸感應(yīng)面板用水蒸氣蒸直到面板上結(jié)滿(mǎn)露水。觀察有沒(méi)有誤動(dòng)和反應(yīng)遲鈍的現(xiàn)象。2 濺水和水淹試驗(yàn)測(cè)試方法：用噴壺近距離對(duì)感應(yīng)面板盡量快的噴水，直到面板上形成“水洼”。尤其要注意將幾個(gè)不同的感應(yīng)盤(pán)淹到一個(gè)“水洼”里，觀察有沒(méi)有誤動(dòng)和反應(yīng)遲鈍的現(xiàn)象以及按鍵“指東打西”的問(wèn)題，也可以用杯子倒水讓水在感應(yīng)面板上流成“瀑布”，但不要直接讓“水柱”沖感應(yīng)盤(pán)。因?yàn)樗藭r(shí)就相當(dāng)于人的手指，手指接

17、觸到感應(yīng)盤(pán)正對(duì)的絕緣面板當(dāng)然會(huì)動(dòng)作，但濺水和漫水絕對(duì)不能動(dòng)作。這項(xiàng)測(cè)試對(duì)廚房電器和衛(wèi)浴電器以及門(mén)禁對(duì)講系統(tǒng)非常重要。 廚房經(jīng)常會(huì)有濺湯和漫湯的情況。衛(wèi)生間的噴頭也會(huì)噴水到電器的面板上，門(mén)禁對(duì)講系統(tǒng)會(huì)有雨水被風(fēng)吹淋到面板上。 我們測(cè)試的絕大部分感應(yīng)面板都通過(guò)不了這項(xiàng)測(cè)試。噴水時(shí)會(huì)誤動(dòng)，不同的感應(yīng)盤(pán)淹到 一個(gè)“水洼”里后有時(shí)出現(xiàn)按 A 鍵同一個(gè)“水洼”里的 B 鍵卻會(huì)動(dòng)作。另外有些感應(yīng)面板反應(yīng)遲鈍，以及無(wú)法操作，這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該是觸摸感應(yīng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要難點(diǎn)。3 溫度測(cè)試這項(xiàng)測(cè)試大家比較熟悉。用烘箱或電吹風(fēng)加熱，用冰箱或冰柜制冷就可以了。4 電源干擾測(cè)試電器設(shè)備長(zhǎng)期工作會(huì)被電網(wǎng)上的噪聲干擾，尤其是打雷和

18、附近有較大的電器設(shè)備啟、停 時(shí)更是有強(qiáng)烈的干擾。測(cè)試工具：使用 40W 以上使用老式“跳泡”和電抗器起輝的熒光燈。目前的電子鎮(zhèn)流器和節(jié)能燈因?yàn)闊o(wú)法在電網(wǎng)上形成強(qiáng)烈的 600800V 的高壓脈沖群，無(wú)法模擬干擾源所以不能采用。測(cè)試方法： 將使用老式電抗器起輝的熒光燈熒光燈和感應(yīng)面板的電源插到同一個(gè)電源插座上，反復(fù)開(kāi)關(guān)熒光燈讓“跳泡”不斷的“跳”，同時(shí)觀察觸摸感應(yīng)面板的反應(yīng)，很多觸摸感應(yīng)面板會(huì)在這種測(cè)試條件下誤動(dòng)。5 電磁干擾測(cè)試5.1 測(cè)試工具：GSM 手機(jī)（山寨手機(jī)的手機(jī)信號(hào)較強(qiáng)，輻射大，適合做測(cè)試工具）CDMA 手機(jī)輻射小，不合用。測(cè)試原理：手機(jī)是目前最常見(jiàn)的射頻干擾源。測(cè)試方法：將手機(jī)取消震動(dòng)后放在觸摸感應(yīng)面板的絕緣面板上后對(duì)觸摸感應(yīng)面板上電，反復(fù)撥打該手機(jī)號(hào)碼觀察觸摸感應(yīng)面板的反應(yīng)，這也是觸摸感應(yīng)設(shè)計(jì)難以通過(guò)的一個(gè)難點(diǎn)測(cè)試。5.2 測(cè)試工具：100W 以上，使用可控硅移相觸發(fā)調(diào)光的白熾燈調(diào)光燈。測(cè)試原理：可控硅移相觸發(fā)時(shí)會(huì)在220V 電源的正弦波上產(chǎn)生陡峭的邊沿，燈的電源線(xiàn)會(huì)向 外發(fā)射高次諧波。測(cè)試方法：將燈