海栎创触摸芯片应用参考设计-奥伟斯科技

海栎创电容式触摸芯片应用参考设计-奥伟斯科技

海栎创触摸芯片应用参考设计-奥伟斯科技

Hynitron触摸芯片应用参考设计-奥伟斯科技

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1 芯片参考使用线路图
下图是以海栎创CSS108BE的一个设计作为示例，但其外围器件的使用同样适用与CSS106AE等其它海栎创的触摸芯片产品。

1.1 EFT4KV测试元件选择
许多客户的EFT测试经验表明选择合适的R,C器件将会使得CSS系列产品易于通过EFT4KV测试，其选择如下：
a. 在扫描通道中串入3K~4Kohms之间的电阻，且贴近芯片放置。
b. RGL上使用RC滤波，R使用15~20ohms电阻或者磁珠，C使用0.1~1uF电容。
c. VDD上在靠近芯片的位置放置滤波电容。

1.2 电源退耦电容
CSS系列触摸芯片在RGL与VDD端口需要使用退耦电容，这可以减少外部电源与触摸芯片之间的相互干扰，一般在芯片的VDD和VSS端并接一个0.1uF（C2）和10uF（C3）的瓷片电容，RGL和VSS端并接一个1uF（C1）的瓷片电容就可以起到退藕和旁路的作用。退藕电容应该尽量接近芯片放置,尽量减少电流环路面积。

1.3 灵敏度设置滤波电容
CSS1系列触摸芯片中的某些产品使用灵敏度设置电容来进行触摸灵敏度的设置，而且该电容也被同时复用为触摸检测线路的滤波电容，所以该电容的选择非常重要。灵敏度设置滤波电容（C0）要求使用至少10%精度的NPO/C0G材质电容，其电容值的选择范围为1.5nF到22nF之间。关于灵敏度的设置请参考本文第五节。

1.4 RF滤波电阻
RF滤波电阻是一个可选项，对于很长的电容检测通道走线(>10cm的走线)，使用该电阻可以很好的提升抗RF干扰的性能，建议用户在初期设计预留该电阻,该电阻的阻值范围可在330ohms到4Kohms之间。海栎创内部RF干扰测试的结果显示在合适的走线与铺地设计中，不使用该电阻也可以通过测试。

1.5 输出RC滤波
参考线路图中的BCD码输出中加上了RC滤波，该设计主要是为了防止EFT的强干扰导致输出信号变化，用户也可以去掉该RC滤波器件，使用上位机软件滤波来消除EFT的干扰。

1.6 空置检测通道处理
对于没有使用到的电容检测通道，用户只需将该通道简单接到地线上即可。

2 PCB元器件布局
2.1 芯片的布局
CSS1系列触摸芯片内置有电容归一化算法，其对于检测通道连线长短的差异不敏感。在PCB板空间允许的情况下，应首先尽量将芯片放置于接近电源入口处以减少芯片电源/地的走线长度，其次可以考虑均衡检测通道连线的长度尽量。

2.2 电源退耦电容与灵敏度设置电容的布局
电源退耦电容必须要尽可能靠近芯片，且要保证芯片的电源连入芯片管脚前需经过退耦电容，地线则最好先进入芯片地管脚再过退耦电容。灵敏度设置电容没有太多约束，只需要靠近BPC管脚即可。如下图所示的布局方法皆可

2.3 按键感应盘（电容传感器）的布局
电容传感器可以是任何形状的导体，但要保证一定的平面面积。建议使用直径在10mm~20mm之间的圆形金属片或其他导体。常用的感应盘有PCB 板上的铜箔、弹簧、导电海绵、碳漆薄膜线路以及ITO 玻璃等。按键也可以中间挖空倒转安置LED背光。下图所示的按键布局皆可。如使用铜箔做感应盘，其需铺上绿油。

对于使用弹簧的按键方式，用户需要注意弹簧线圈范围不要铺地，避免弹簧与绿油摩擦损坏后导致弹簧与地短路。弹簧线圈之外可以铺地。 CSS1系列芯片对于检测通道的本身电容不太敏感，用户无需特别在意铺地的范围。
CSS1系列产品具有很好的检测精度与抗干扰性，故用户可以根据自己应用的要求任意定义按键之间的距离。
对于矩阵键盘的布局，建议使用如下的交叉布局方式。

按键的布局对防水的效果有很大的影响，使用弹簧或导电海绵按键的方法可以自动获得最佳的防水性能。对于使用PCB铜箔做感应键盘的设计，如应用非常在意防水的特性，海栎创提供两种布局方法，第一种方法是使用任意一个不用的检测通道环绕正常使用的检测通道，使之自动形成防水检测通道，需注意的是用户上位机需要不响应此防水检测通道的检测结果。如下图所示：

其中检测通道1，2，3为正常使用检测通道，检测通道4为自动防水感应通道。防水检测通道建议使用30%-50% 的密度。如用户使用双面板，背面需铺实地。
第二种方法是如应用没有冗余检测通道或者以上方法不好实现，用户可以去掉检测通道3，但在各个检测通道铜箔周边不予铺地，对于双面板只能在通道铜箔正下面铺实地。
Hynitron的内部的1：1 Demo测试结果如下：

CSS1系列产品支持两种类型的滑条设计。
第一种为圆形滑条，这种滑条建议使用8个通道实现，其布局如下图所示：
圆形滑条的布局：

第二种为高精度滑条，这种滑条需要使用至少5个检测通道来构成触摸滑条，对于一个15cm长的滑条，其需要大约10个检测通道。对于如下图所示布局的高精度滑条可以保证真实200级的检测精度。每一通道的宽度建议在5mm与15mm之间选择，间距大于0.1mm。

高精度滑条的布局：

高精度滑条的实现也可以使用弹簧实现，如下图所示。但是相邻弹簧之间的距离建议小于8mm，以确保手指在滑动的过程中至少有一个检测通道能检测到手指的滑动触摸。相邻弹簧之间的距离越近，则滑条检测精度约高。用户需要注意弹簧越近则越有可能短接导致功能错误，用户需要慎重评估期待的滑条精度与可能的短接风险。

2.4 RF滤波电阻的布局
RF滤波电阻放置在靠近芯片管脚端即可。

3 PCB互连走线
3.1 电源走线
CSS1系列触摸芯片工作于内置基准电压，电源纹波对其没有太大影响。其对于电源的走线没有过多约束，用户尽量将电源/地并行走线即可。

3.2 地走线
CSS1系列触摸芯片内部的高精度检测线路对于地线比较敏感，如有可能用户应使用星型接地以隔绝其它芯片的噪声。如星型接地难以实现，用户也需尽量将大电流器件的地与触控芯片地走线分开。
适当的铺地有助于各项EMC的性能，如设计中能铺地的地方应尽量铺实地。

3.3 信号走线
感应盘到触摸芯片的连线不要跨越强干扰、高频的信号线。不要让感应端子走线靠近其它信号线，最好使用地线保护触摸按钮走线。如这个走线要求实在无法完成，那么对于并行走线的信号线之间至少要保持5倍线宽间距，且并行走线的长度不能超过走线总长度的30%。
如果PCB 工艺允许，感应盘到IC 的连线应尽量细，双面板尽量采用5-8mil 的线宽，单面板板线宽10-15mil
如果直接使用PCB板上的铜箔作触摸感应盘，应尽量使用双面PCB板。触摸芯片和感应盘到IC引脚的连线应放在背面（BOTTOM）。感应盘应放在顶层（TOP），安装时紧贴触摸面板。
下图是一款工业控制器的实际产品案例。

4 通过EMC测试的经验
以下的一些建议并非必须，但是采用这些建议将会使得用户更容易通过各项EMC测试。

4.1 使用磁珠，稳压二级管与额外的退耦电容
如有可能在电源/地的入口处皆预留磁珠的连接，磁珠可以有效的提升EFT性能。在磁珠前的电源/地上预留稳压二级管并在磁珠前后各预留额外的1nF与10uF的退耦电容焊盘。

4.2 使用78L05
合理的使用78L05等稳压器件也能有效的提升设计EMC性能

4.3 正确的铺地
无论使用单面PCB 板和双面PCB 板，PCB 的空白处都应铺地，并用地将按键感应盘到IC的输入引脚之间的连线包起来，可以有效的吸收电磁波辐射，提升EMC性能。

5 灵敏度调整
CSS1系列的灵敏度调整分为两种：
第一种是CSS106AE，CSS108BE等1：1和BCD输出的产品，它们使用BPC电容进行硬件调整，共有8级灵敏度设置。用户可以尝试从6.8nF BPC电容进行调整，如果灵敏度不够，则使用低一档数值的BPC电容，如灵敏度过高，则使用高一档数值的BPC电容。一旦灵敏度设置电容数值确定了，则必须严格按照这个电容数值进行生产，千万不能随意更换该电容的型号。
第二种是CSS108DN，CSS112F等I2C接口的产品，它们使用I2C命令进行软件调整，共有256级灵敏度设置。对于此类产品BPC电容的数值可以在1.5nF到22nF之间任意选用，海栎创推荐使用4.7nF的数值。使用软件进行灵敏度设置可以参考数据手册。
用户需注意CSS1系列芯片需要大约15ms进行内部自检，所以上位机应在上电后15ms才对触控芯片进行操作或接收其检测结果。

Leven Cai 蔡明柱
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