[發明專利]電容式觸摸按鍵及其設計方法

無效

• 申請號: 201210252307.1
• 申請日: 2012-07-19
• 公開（公告）號: CN102751971A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 許肖鋒
• 申請（專利權）人: 海芯科技（廈門）有限公司
• 主分類號: H03K17/975
• 分類號: H03K17/975
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種觸摸按鍵，尤其是涉及一種蜂窩形電容式觸摸按鍵及其設計方法。

背景技術

近幾年來，電容式觸摸按鍵和電容式觸摸屏，由于其可靠性高，故障率低而得到越來越廣泛的應用。隨著這一技術的不斷發展，特別是相關元器件成本的不斷下降，電容式觸摸按鍵將逐漸取代傳統的機械按鍵和電阻式按鍵。

電容式觸摸按鍵的基本原理是通過人體（手指）的觸摸，使得相應被觸摸到的位置的對地電容值發生改變，芯片將檢測到這一電容變化量，并經過相應的模擬和數字信號處理，判斷按鍵是否被觸摸（按下）。除了觸摸可造成觸摸鍵盤上的電容變化之外，還有其他的環境因素會引起電容的變化，如靜電、水滴、水霧及各種有線或無線的電干擾，都會通過觸摸板、電源、芯片等途徑造成電容量的變化，芯片內的模擬和數字信號處理也會引入相應的噪聲，這些統稱為噪聲和干擾。為準確有效地做出觸摸按鍵是否被有效觸摸這一判斷，由觸摸而造成的電容量變化（信號）應盡可能的大。提高信號相對噪聲和干擾的比例（信噪比），是電容式觸摸按鍵系統設計中的一個需要遵循和優化的最重要原則。在實際應用中，由于使用場所和制造成本等多方面因素的影響，因此要想以最低的成本實現最大可能的信噪比，必須合理的優化觸摸按鍵系統的設計。

為了實現以上所提到的最大可能的信噪比，目前市場上常見的電容式觸摸按鍵通常為一個按鍵對應芯片內的一個輸入通道，這樣手指觸摸所引起的電容變化量可全部被芯片檢測到。對于這種一個按鍵對應一個芯片輸入通道的按鍵設計，最好的優化，也是最簡單設計，即將整個按鍵全部鋪滿電屬層，作為觸摸電容的另外一個電極。但是，隨著按鍵數量的增加，所需要的通道數量也隨之增加，芯片和系統的成本也隨著通道數量的增加而增加。當按鍵數量增加到一定程度后（超過4個），采用二維（陣列），甚至多維的編碼方法，可以有效地減少所需要的通道數量。比如，要設計一個有10個觸摸按鍵的系統，采用陣列的設計加上芯片后端的信號處理和編碼，只需要5個控制通道，而不是10個控制通道，這是一個簡單有效的降低系統成本的方法。但是這一個方法也對電容式觸摸按鍵系統提出更高的優化要求。首先，假設采用二維（陣列）的編碼方式，手指觸摸按鍵時，將有二個對應的控制通道電容量發生變化，對于相同的手指觸摸面積，此時電容的變化量最多也只有原來單一通道對應單一按鍵的一半，而且二通道之間所需要的電隔離進一步減少了電容變化量。此外，二通道之間不可能完全平均分配手指觸摸造成的電容變化量，因而也進一步降低了系統的信噪比。因此，對于二維（陣列）及二維以上的電容式觸摸按鍵系統，按鍵的優化設計對于整個按鍵系統的可靠性起到極其重要的作用。雖然電容式觸摸按鍵系統在市場上已有很多年的應用（[1]Capacitive?Keyswitch?Sensor?and?Method”,US?Patent#:3931610,Robert?Marin?and?Roger?Simonson,1976），也有一些相應的研究成果（[2]通過MSP430進行PCB電容觸摸感應”,美國德州儀器公司，Zack?Albus，2007；[3]一種低功耗觸摸按鍵應用的設計方法,美國Cypress公司，陳曉霖等,2008；[4]觸摸感應式應用設計指南,法國意法半導體公司（ST?Micro），2009）。但是，對于二維及二維以上的電容式觸摸按鍵，均未見有相應的系統的按鍵設計和布局優化方法的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電容式觸摸按鍵及其設計方法。

所述電容式觸摸按鍵設有觸摸按鍵板，所述觸摸按鍵板上設有m行×n列觸摸按鍵，每一個觸摸按鍵設有a行×b列觸摸單元，所述a行×b列觸摸單元分別連接到2個控制通道，觸摸單元之間由相對應的控制通道的單元連線連接，所述a≥2，b≥2。

所述觸摸按鍵板可使用單層或多層PCB板，所述觸摸按鍵板采用單層PCB板以降低成本。

所述觸摸按鍵可呈多邊形，所述多邊形可采用八邊形，所述多邊形的邊長可為1～1.5cm。

所述觸摸單元可呈多邊形，所述多邊形最好采用正方形，所述正方形的邊長可為1～2mm。

所述觸摸按鍵內的觸摸單元由單元連線連接，二通道所控制的單元應按照交叉對稱分配的原則連接后，再連接到相應的控制通道。

所述電容式觸摸按鍵的設計方法包括以下步驟：

1）根據應用要求確定觸摸按鍵的大小和形狀；

2）根據應用要求確定最小有效觸摸面積，將該最小有效觸摸面積四等分，根據觸摸按鍵的靈敏度要求，確定等分面內金屬面積的大小，每一等分即為一個觸摸單元；