[发明专利]电容式触摸按键及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种触摸按键，尤其是涉及一种蜂窝形电容式触摸按键及其设计方法。

背景技术

近几年来，电容式触摸按键和电容式触摸屏，由于其可靠性高，故障率低而得到越来越广泛的应用。随着这一技术的不断发展，特别是相关元器件成本的不断下降，电容式触摸按键将逐渐取代传统的机械按键和电阻式按键。

电容式触摸按键的基本原理是通过人体（手指）的触摸，使得相应被触摸到的位置的对地电容值发生改变，芯片将检测到这一电容变化量，并经过相应的模拟和数字信号处理，判断按键是否被触摸（按下）。除了触摸可造成触摸键盘上的电容变化之外，还有其他的环境因素会引起电容的变化，如静电、水滴、水雾及各种有线或无线的电干扰，都会通过触摸板、电源、芯片等途径造成电容量的变化，芯片内的模拟和数字信号处理也会引入相应的噪声，这些统称为噪声和干扰。为准确有效地做出触摸按键是否被有效触摸这一判断，由触摸而造成的电容量变化（信号）应尽可能的大。提高信号相对噪声和干扰的比例（信噪比），是电容式触摸按键系统设计中的一个需要遵循和优化的最重要原则。在实际应用中，由于使用场所和制造成本等多方面因素的影响，因此要想以最低的成本实现最大可能的信噪比，必须合理的优化触摸按键系统的设计。

为了实现以上所提到的最大可能的信噪比，目前市场上常见的电容式触摸按键通常为一个按键对应芯片内的一个输入通道，这样手指触摸所引起的电容变化量可全部被芯片检测到。对于这种一个按键对应一个芯片输入通道的按键设计，最好的优化，也是最简单设计，即将整个按键全部铺满电属层，作为触摸电容的另外一个电极。但是，随着按键数量的增加，所需要的通道数量也随之增加，芯片和系统的成本也随着通道数量的增加而增加。当按键数量增加到一定程度后（超过4个），采用二维（阵列），甚至多维的编码方法，可以有效地减少所需要的通道数量。比如，要设计一个有10个触摸按键的系统，采用阵列的设计加上芯片后端的信号处理和编码，只需要5个控制通道，而不是10个控制通道，这是一个简单有效的降低系统成本的方法。但是这一个方法也对电容式触摸按键系统提出更高的优化要求。首先，假设采用二维（阵列）的编码方式，手指触摸按键时，将有二个对应的控制通道电容量发生变化，对于相同的手指触摸面积，此时电容的变化量最多也只有原来单一通道对应单一按键的一半，而且二通道之间所需要的电隔离进一步减少了电容变化量。此外，二通道之间不可能完全平均分配手指触摸造成的电容变化量，因而也进一步降低了系统的信噪比。因此，对于二维（阵列）及二维以上的电容式触摸按键系统，按键的优化设计对于整个按键系统的可靠性起到极其重要的作用。虽然电容式触摸按键系统在市场上已有很多年的应用（[1]Capacitive Keyswitch Sensor and Method”,US Patent#:3931610,Robert Marin and Roger Simonson,1976），也有一些相应的研究成果（[2]通过MSP430进行PCB电容触摸感应”,美国德州仪器公司，Zack Albus，2007；[3]一种低功耗触摸按键应用的设计方法,美国Cypress公司，陈晓霖等,2008；[4]触摸感应式应用设计指南,法国意法半导体公司（ST Micro），2009）。但是，对于二维及二维以上的电容式触摸按键，均未见有相应的系统的按键设计和布局优化方法的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容式触摸按键及其设计方法。

所述电容式触摸按键设有触摸按键板，所述触摸按键板上设有m行×n列触摸按键，每一个触摸按键设有a行×b列触摸单元，所述a行×b列触摸单元分别连接到2个控制通道，触摸单元之间由相对应的控制通道的单元连线连接，所述a≥2，b≥2。

所述触摸按键板可使用单层或多层PCB板，所述触摸按键板采用单层PCB板以降低成本。

所述触摸按键可呈多边形，所述多边形可采用八边形，所述多边形的边长可为1～1.5cm。

所述触摸单元可呈多边形，所述多边形最好采用正方形，所述正方形的边长可为1～2mm。

所述触摸按键内的触摸单元由单元连线连接，二通道所控制的单元应按照交叉对称分配的原则连接后，再连接到相应的控制通道。

所述电容式触摸按键的设计方法包括以下步骤：

1）根据应用要求确定触摸按键的大小和形状；

2）根据应用要求确定最小有效触摸面积，将该最小有效触摸面积四等分，根据触摸按键的灵敏度要求，确定等分面内金属面积的大小，每一等分即为一个触摸单元；