觸摸按鍵現(xiàn)在的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍了，今天簡單介紹下電容觸摸的入門知識(shí)。
1 概述
電容式觸摸感應(yīng)，是一種通過電容的變化來檢測手指接近或觸及觸摸表面的技術(shù)。通過電容式感應(yīng)， 機(jī)械開關(guān)和旋鈕可替換為外觀雅致的按鈕、 滑條和滾輪,以解決：
1. 長時(shí)間使用后磨損和可靠性降低
2. 前面板與按鍵之間存在縫隙，容易被水分滲透，而引起不良
3. 需施加力度才能觸發(fā)
4. 前面板開孔會(huì)一定程度上增加成本
5. 按鍵形狀較為固定
電容觸摸技術(shù)支持按鍵，接近感應(yīng)，滾輪，滑條，觸摸面板5種傳感器類型，支持多種覆蓋材料。具有功耗低，感應(yīng)技術(shù)強(qiáng)大穩(wěn)定，抗噪能力強(qiáng)，支持防水功能的特點(diǎn)。
2 基本原理
常見的電容觸摸傳感器如圖2-1所示，一般以PCB上的覆銅作為電極。結(jié)構(gòu)上，頂層會(huì)覆蓋非導(dǎo)電性的防護(hù)層，如玻璃或塑料，利用膠水和PCB粘連。另外傳感器周圍會(huì)覆有網(wǎng)格地。
基于所檢測電容的類型，電容觸摸可分為自感型電容檢測（檢測單電極和地之間的電容值），互感型電容檢測（檢測雙電極之間的電容值）。
2.1 自感型電容檢測
以最簡單的單按鍵為例，自感型電容的檢測示意圖如圖 2-2 所示，檢測模型如圖 2-3 所示。自感型電容利用覆銅形成的單電極（接收電極Rx），來檢測電極對地的電容變化。按鍵對地的初始電容為Cp，當(dāng)人手觸摸時(shí)，會(huì)給整個(gè)環(huán)路引入 Ct，Ch 與 Cg，從而使按鍵的對地電容增大。
說明：實(shí)線表示實(shí)際走線，虛線表示非實(shí)際走線。灰色元器件表示等效電容或電阻。
Rh: 人體電阻。
Rs: 串聯(lián)電阻，推薦值為 470Ω。
Cp: 按鍵與所連導(dǎo)線的對電源地寄生電容。
Cg: 電源地與大地之間的電容。對于電池應(yīng)用，大約為 1pF。對于接地應(yīng)用為短路。
Ch: 人體與大地之間的串聯(lián)電容。
Ct: 電級(jí)與人指尖形成的電容，類似于平板電容器結(jié)構(gòu)。
Cd: 人手與電源地形成的電容。
為便于分析，忽略 Rh，Rs 的影響。按鍵對地的等效電容如公式 1-1 所示。靈敏度可以表征為觸摸產(chǎn)生的電容變化與基礎(chǔ)電容之間的比，如公式 1-1 所示。其中由于 Ch 較于 Cg 和 Ct 較大，因此可忽略。在地平面較稀時(shí)，????較小，因此???? + ????可約等于????。
A: 手指與傳感器墊片覆蓋層的接觸面積。
d: 覆蓋層的厚度。
ε0: 空氣介電常數(shù)。
εr: 覆蓋層的介電常數(shù)。
由公式 1-2 和 1-3 可知，提高靈敏度的方法有：
1）減小蓋板的厚度，提高蓋板的????，從而提高????；
2）減小網(wǎng)格地的密度，或增加 PCB 的厚度，從而降低????；
3）由于????與????數(shù)量級(jí)相同，合理的將電源地與大地相連從而增加????；
4）合理的增大電極的面積，通過提高手指與傳感器墊片覆蓋層的接觸面積 A 來提高 Ct。
要注意，無法通過無限增大電極的方式來增加靈敏度。主要因?yàn)槠叫邪咫娙?Ct 的最大有效面積與手指觸摸面積相同，另外過大的電極面積無法增加觸摸信號(hào)強(qiáng)度，反而會(huì)增加????，導(dǎo)致靈敏度降低。
2.2 互感型電容檢測
如圖 2-4 所示，互感型電容利用覆銅形成的雙電極（接收電極 Rx，發(fā)送電極 Tx）來檢測兩電極之間電容的變化。互感型電容檢測的最大特點(diǎn)是可以忽略按鍵對電源地的寄生電容 Cp 的影響。以最簡單的單按鍵為例，互感型電容的檢測模型如圖 2-5 所示。當(dāng)人手觸摸時(shí)，CRT 變成兩個(gè) 2CRT，同時(shí)引入 CRTt，Ct，Ch 與 Cg。最終使雙電極間的電容減小。
說明：實(shí)線表示實(shí)際走線，虛線表示非實(shí)際走線。灰色元器件表示等效電容或電阻。
CRTt: 手指觸摸引入的Rx和Tx電極之間的并聯(lián)電容。
CRT: Rx和Tx電極之間的電容，當(dāng)人手觸摸時(shí)，等效分為兩個(gè)容值2CRT的電容。
Tx 與 Rx 之間的等效電容如公式1-4所示。靈敏度可以表征為觸摸產(chǎn)生的電容變化與基礎(chǔ)電容之間的比，如公式 1-5 所示。
對于互感觸摸，提高靈敏度的主要方式為：
1）降低覆層的厚度；
2）增大 Tx 和 Rx 之間的間距。要注意雖然增大 Tx 和 Rx 之間的間距能夠減小??????，提高檢測距離，變相地提高靈敏度，但如果手指無法同時(shí)覆蓋 Tx與 Rx，靈敏度反而會(huì)減小。
一般來說，對于自感與互感型電容檢測，手指觸摸產(chǎn)生的電容變化均在 1pF 左右。但自感的 base 電容（觸摸前的電容值）一般會(huì)高于互感的 base 電容。因此相對來說互感的靈敏度更高，但也更易受噪聲的影響。
從應(yīng)用的角度來看，自感型方案由于結(jié)構(gòu)簡單使用的更廣，而互感型方案更多的用于矩陣按鍵，以使支持的按鍵數(shù)遠(yuǎn)超過電容觸摸的 IO 口數(shù)（自感型按鍵數(shù)）。兩種方案之間的比較如表 2-1 所示。
