中微爱芯16键电容式触摸芯片AiP5916替代汇顶科技HA3516(附触摸按键PCB设计指南)

 

随着技术的发展，触摸感应技术正日益受到更多关注和应用，电容式触摸按键可以穿透绝缘材料外壳（玻璃、塑料等等），准确无误地侦测到手指的有效触摸，并保证了产品的灵敏度、稳定性、可靠性等不会因环境条件的改变或长期使用而发生变化，并具有防水和抗干扰能力。

 

与传统的机械按键相比，电容式触摸按键不仅美观时尚，而且寿命长、功耗小、成本低、体积小，持久耐用。只要轻轻触碰，就可以实现对按键的开关控制，量化调节甚至方向控制。现在电容式触摸按键已经广泛应用于遥控器、灯具调光、各类开关以及车载、小家电和家用电器控制界面等应用中。

 

中微爱芯推出的一款16键电容式触摸芯片AiP5916，可替代汇顶科技(GOODIX)的HA3516。该芯片目前可批量供应，有需要的客户可在国芯思辰官网进行样品申请，或者拨打0755-82565229/0755-82565116询价订购。

 

 概述 

 

AiP5916是一款16通道多用途的电容式触摸按键电路，适合多种形式的触摸按键控制。

 

AiP5916内置灵活的、多功能的寄存器，MCU可以通过I2C接口配置AiP5916内部寄存器来调整灵敏度、工作模式等参数以适应不同的应用要求。AiP5916有16个按键通道，在不作为按键使用时，也可以配置成通用的GPIO口。

 

 主要特点 

●电容式触摸按键：16通道；
 

●GPIO：16通道（不作为触摸按键使用时）；

●通信接口：I2C通信接口；

●INT输出按键中断信号；

●高信噪比（SNR) 120 : 1，抗噪性能业界领先；

●高灵敏度：亚克力玻璃面板厚度可达15mm。灵敏度通过寄存器调节，并且每个按键灵敏度可单独调节；

●环境参数自适应：自动适应外界环境变化（比如温湿度变化），保证灵敏度的一致性及稳定性；

●超低功耗；

●工作频率1MHz，典型电流：70μA@5V；

●工作频率500KHz，典型电流：43μA@5V；

●工作频率250KHz，典型电流：30μA@5V；

●工作频率125KHz，典型电流：23μA@5V；

●深度睡眠模式，最大电流：1μA@5V；

●内置LDO：提高抗噪性能，并减少系统成本；

●按键识别模式：单键模式和多键模式；

●工作温度：-40℃~+85℃；

●工作电压：2.2V~5.5V；

●封装：QFN24、SSOP24

 

 应用 

 

AiP5916可替代传统机械式按钮，广泛应用于电磁炉、微波炉、抽油烟机、冰箱、消毒柜等家电产品。

 

 触摸按键原理 

 

两块导体（极板）中间夹着一块绝缘体（介质）就能构成电容器。对触摸按键而言，PCB板上的金属感应焊盘就是电容的一个极板，而周围的覆铜或手指构成了另一个极板，PCB材料本身或者PCB板上覆盖的介质就是电容中间的绝缘体，因而构成一个电容器。

 

 

当没有手指触摸时，只有基准电容Cp，当有手指触摸时，“按键”通过手指就形成了电容Cf，从而产生电容的变化。电容变化引起芯片内部振荡频率或充放电时间的变化，使芯片内部能够检测到触摸发生，从而产生触发信号。电容的变化率越大，触摸就越容易检测到。 
 

 

 触摸按键PCB设计 

 

触摸按键最关键的应用设计是在PCB的设计上，为了获得稳定且较高的灵敏度，应遵循以下原则：

●PCB基准电容值小

●基准电容稳定抗噪

●尽量获得大的电容变化

 

1、感应Pad形状及尺寸

 

感应Pad可以是任何形状，但还是建议集中在一个正方形或是圆形的长宽比例之内，最大的贴合手指接触面以确保感应效果良好，应避免设计成窄长的形状。感应Pad可以用电路板的铜箔来做，也可以采用软性电路板(FPC) ，ITO或银漆印刷等导电物质来完成。

 

感应Pad的尺寸与面板厚度有关，以下是矩形尺寸对应的参考表：

 

 

上表为感应Pad的最小尺寸，如果空间允许，感应Pad越大越好。必须注意在感应Pad周围不需要围绕地线，如果一定要围绕地线，则地线距离感应Pad至少196.85mil（5mm）。

 

 

2、布局与走线

 

电路布局开始前请先设计规划并布局好触摸按键，再去设计布局其他脚位。双面PCB布局时建议PCB的顶层最好只放置触摸按键的感应Pad，不要放置其他零件。PCB的底层则放置IC与其他被动元件。建议PAD走线在底层，并在PAD上过孔。单面板一般建议使用触摸弹簧片，弹簧片的Pad引线放在顶层或底层都可以。

 

PCB板的空间允许的话，IC尽量放在PCB板中间位置，以使IC到各个感应Pad的连线尽量等长。感应Pad与感应Pad之间的距离建议大于5mm(间距越大，相互干扰越小)。感应Pad到IC引脚的走线尽量短和细，线宽小于或等于10mil（0.254mm），触摸按键到IC引脚尽量避免走跳线。如果空间允许，可以在信号线两侧距离78.74mil（2mm）加上地线以减少干扰。

 

 

感应Pad应远离PCB边缘来减少杂讯干扰，且走线最好远离高频信号线，不能与高频信号线平行，必要时请以垂直方式横跨高速信号线。

 

 

高频信号与感应信号位于不同层的处理

 

高频信号与感应信号位于同层的处理

 

3、铺地

 

为了使Cpx最小化，顶层可以铺实地或者进行网格铺地，而底层进行30%的网格铺地（建议网格线宽0.25mm，网格大小为1mm×1mm）。底层不铺地一定程度能够提高灵敏度，但注意感应Pad正下方不能有其他电路板或者金属。

 

底层感应Pad正下方网格铺地

 

底层感应Pad正下方不铺地

 

4、灵敏度调节

 

 

中微爱芯单键、双键、三键和五键的灵敏度可通过电容来调整，调整范围从1nF~22nF，电容越大，灵敏度越高。八键和十六键的灵敏度可通过修改寄存器的值来调整。

 

同时，感应Pad的面积越大，灵敏度越高，为了保证灵敏度，感应Pad建议一般设计为10mm×10mm以上。

 

5、电源

 

触摸模块设计时，建议在触摸芯片的电源处预留LDO的位置，根据实际纹波情况决定是否使用LDO。建议触摸模块单独用LDO稳压或跟主控共用LDO稳压，建议不要跟大电流负载共用。使用锂电池或者干电池的场合，则要考虑长时间使用后的电压波动对整个触摸灵敏度的影响。

 

 

在许多系统中，由于系统干扰，负载突变的原因，IC电压会有一定的纹波干扰。为防止这些干扰来达到更好的触摸效果，推荐加一些滤波电路。

 

RC滤波

 

LC滤波

 

串二极管

 

RC滤波电路，具有防止系统干扰的作用；LC滤波电路，具有防止较大高频干扰的作用；串二极管方式，能够防止电机启动、蜂鸣器或红外发射等引起的电压波动。

 

6、EMC设计建议

 

（1）使用退耦电容

触摸芯片的供电加退耦电容，这可以减小对电源的干扰。一般在接近芯片的 VCC和 GND端并接一个大于10uf电解电容和一个 104 的瓷片电容，就可以起到退耦和旁路的作用。

 

（2）使用较低的工作电压

使用3.3V给触摸芯片供电，可以有效降低触摸芯片交流脉冲的幅度。

 

（3）适当加大通道匹配电阻

适当加大触摸芯片感应通道上串接的匹配电阻阻值，这样可以降低交流脉冲边沿的陡峭程度，减小高次谐波。需要注意的是匹配电阻加大后会降低感应的灵敏度。

 

（4）正确铺地

无论使用单面PCB板和双面PCB板，PCB的空白处都建议铺地，并用地将感应Pad到 IC输入引脚之间的连线包起来，可以吸收电磁波辐射，提升 EMC指标。