物联网系统中的触控技术方案解析_触摸芯片

物联网系统中为什么要使用触摸芯片

在物联网系统中使用触摸芯片的原因主要体现在以下几个方面：

1、提升用户体验

直观交互：触摸芯片通过电容感应技术，使用户能够通过简单的触摸操作与设备进行交互，这种直观的交互方式相比传统的按键或遥控器更加便捷和高效。

美观设计：触摸芯片可以嵌入到设备的各种材质中，如玻璃、塑料等，使设备外观更加简洁、美观，符合现代设计趋势。

2、提高设备可靠性

无机械触点：触摸芯片不需要传统的机械触点，避免了因触点磨损或接触不良导致的故障，提高了设备的可靠性和耐用性。

防水防尘：由于触摸芯片可以穿透绝缘材料外壳进行检测，因此可以设计出防水、防尘的设备，适应更多复杂的使用环境。

3、增强智能化水平

集成度高：触摸芯片内部集成了高分辨率触摸检测模块和专用信号处理电路，能够实现对复杂触摸动作的识别和响应，为物联网设备提供了更高级别的智能化支持。

自适应能力：触摸芯片内置特殊算法，能够自动识别环境变化并作出相应调整，如自动调节灵敏度以适应不同用户的使用习惯或环境变化。

4、满足多样化需求

广泛应用领域：触摸芯片被广泛应用于智能手机、平板电脑、智能家居、工业自动化等多个领域，能够满足不同行业和用户对于触摸交互的需求。

定制化服务：随着物联网技术的不断发展，触摸芯片也可以根据用户的特定需求进行定制化设计，提供更加个性化的服务体验。

5、促进物联网技术的发展

技术创新：触摸芯片作为物联网技术的重要组成部分，其不断的技术创新和发展推动了物联网技术的整体进步。

市场拓展：随着触摸芯片在物联网系统中的广泛应用，也为相关产业链带来了更多的市场机会和发展空间。

触摸芯片的具体应用场景包括：

1、消费电子领域

智能手机和平板电脑：触摸芯片在智能手机和平板电脑中得到了广泛应用，支持多点触控、手势识别等功能，为用户提供了更加直观和便捷的操作体验。

电视和显示器：触摸屏电视和显示器也逐渐普及，用户可以通过触摸屏幕来浏览菜单、调整设置或进行游戏等操作。

2、智能家居领域

家电控制：触摸芯片在智能家居系统中扮演着重要角色，用户可以通过触摸屏控制面板来控制家中的各种家电设备，如灯光、空调、窗帘等。

智能安防：在智能安防领域，触摸芯片用于门禁系统、报警器等设备中，提高了系统的安全性和便捷性。

3、医疗保健领域

医疗设备：触摸芯片在医疗设备中得到了应用，如监护仪、呼吸机等设备的触摸屏控制面板，方便医护人员进行操作和监测。

健康监测：一些电容式触摸芯片还可以用于检测身体健康指标，如血压、血糖、心率等，为用户的健康管理提供支持。

4、工业控制领域

工业触摸屏：在工业控制领域，触摸芯片被广泛应用于工业触摸屏中，实现了对工业设备的远程控制和监控。

自动化设备：触摸芯片还用于自动化设备的控制系统中，提高了设备的操作便捷性和智能化水平。

5、汽车电子领域

车载触摸屏：现代汽车中越来越多地采用触摸屏控制面板来替代传统的物理按键和旋钮，提高了车内的科技感和操作便捷性。

智能驾驶辅助系统：触摸芯片还应用于智能驾驶辅助系统中，如手势识别、触控方向盘等功能，提升了驾驶的安全性和舒适性。

6、其他领域

厨房电器：如微波炉、烤箱、电饭煲等厨房电器也开始采用触摸控制技术，提高了产品的科技含量和用户体验。

卫浴电器：如智能马桶、淋浴器等卫浴电器也加入了触摸控制功能，为用户提供更加便捷和舒适的使用体验。

其他电子产品：如数码相框、MP3/MP4播放器、游戏机、遥控器等也广泛采用触摸芯片来实现触控功能

综上所述，物联网系统中使用触摸芯片可以显著提升用户体验、提高设备可靠性、增强智能化水平、满足多样化需求以及促进物联网技术的发展。这些优势使得触摸芯片在物联网系统中扮演着越来越重要的角色。

本文会为大家详解触摸芯片。

触摸芯片的定义

触摸芯片（Touch Key IC），也被称为触摸屏控制器IC，是特指单点或多点触控技术的一种微处理器。它的核心功能在于能够感应人体触摸，并将这种触摸操作转换成计算机可读取的电信号输入。这种技术广泛应用于手机、平板电脑、智能手表等各类数码设备中，成为现代电子产品不可或缺的一部分。

触摸芯片的原理（电容式）

1、电容感应原理： 电容式触摸芯片利用人体作为电容的一部分来检测触摸。当手指（或其他导电物体）接近或触摸到触摸面板时，它会改变面板上原有的电场分布，导致电容值的变化。这个电容值的变化可以被触摸芯片内部的电路检测到。

2、感应电极： 触摸芯片表面布满了感应电极（通常是透明的ITO导电膜），这些电极形成了电容的一极，而人体的导电部分（如手指）则作为电容的另一极。当没有触摸时，电极和周围环境（如空气或绝缘层）之间形成了一个相对稳定的电容。当手指触摸时，手指的导电部分与电极之间形成了一个新的电容，导致总电容值发生变化。

3、信号处理： 触摸芯片内部的电路会不断地检测这些感应电极上的电容值变化。一旦检测到电容值的变化超过了预设的阈值，就认为发生了触摸事件。芯片内部的微处理器会进一步处理这个信号，确定触摸的位置（对于多点触控芯片）或执行相应的操作（如点击、滑动等）。

4、去噪和校准： 为了确保触摸操作的准确性和可靠性，触摸芯片还需要进行去噪和校准。去噪是为了减少外部环境（如电磁干扰、湿度变化等）对电容值的影响；校准则是为了消除制造过程中可能存在的误差，确保每个触摸点的位置都被准确识别。

5、输出信号： 经过处理后的触摸信号会以数字或模拟的形式输出给设备的控制系统。控制系统根据这些信号来执行相应的操作，如打开应用程序、调整音量、滑动页面等。

触摸芯片的分类

按技术原理分类

1、电容式触摸芯片：

原理：通过检测人体与感应电极之间形成的电容变化来实现触摸检测。

特点：灵敏度高、响应速度快、耐用性好，广泛应用于手机、平板电脑等便携式设备。

2、电阻式触摸芯片：

原理：通过检测两层导电层之间的压力变化来实现触摸检测。

特点：虽然灵敏度较高，但长期使用可能会导致磨损，目前应用相对较少。

3、声表面波触摸芯片：

原理：利用超声波在触摸屏表面传播并受到触摸影响而改变的特性来检测触摸位置。

特点：具有高精度和长寿命等优点，但成本相对较高。

4、光学触摸芯片：

原理：通过光学传感器来检测触摸操作。

特点：同样具有高精度和长寿命，适用于对精度要求较高的应用场景。

按应用场景分类

1、便携式设备触摸芯片：

应用于手机、平板电脑、智能手表等便携式设备中，强调轻薄、低功耗和高灵敏度。

2、工控机器人触摸芯片：

应用于工业控制机器人中，需要具备高抗干扰能力、宽温度范围和稳定可靠的特性。

3、汽车导航触摸芯片：

应用于汽车导航系统中，需要适应复杂多变的车内环境，并具备防水、防尘等特性。

4、大型终端触摸芯片：

应用于大型触摸屏终端（如银行ATM机、自助售货机等），强调大尺寸、高分辨率和稳定可靠的特性。

其他分类方式

除了以上两种分类方式外，触摸芯片还可以根据通道数（单通道、双通道、多通道）、灵敏度调节方式（外部电容调节、软件参数调节）、触摸类型（普通型、滑动滚条型）以及接口方式（普通IO引脚、SPI通信、IIC通信等）进行分类。

触摸芯片的选型参数

1、分辨率：

定义：触摸芯片的分辨率表示其能够检测的最小触摸点的尺寸和位置间隔。

重要性：高分辨率意味着更精细的触摸检测和更准确的定位能力。

常见值：如1024x1024、2048x2048等。

2、接触点数量：

定义：触摸芯片可以同时检测的触摸点数量。

重要性：多触点检测能力对于支持复杂手势和多人交互的应用至关重要。

常见类型：如双触点、十点触控等。

3、刷新率：

定义：触摸芯片的刷新率指的是它每秒钟重新采样触摸输入信号的次数。

重要性：高刷新率可以减少触摸延迟，提高响应速度，使操作更加流畅。

常见值：如50Hz、100Hz、200Hz等。

4、信噪比：

定义：信噪比表示触摸芯片在接收到触摸输入信号时，与环境中的干扰信号的比例。

重要性：高信噪比可以提高触摸的精度和可靠性，减少误触和漏触的发生。

5、响应时间：

定义：触摸芯片的响应时间是指从触摸发生到芯片检测到触摸并产生响应的时间间隔。

重要性：较短的响应时间可以提供更好的用户体验，特别是在需要快速响应的应用中。

6、功耗：

定义：触摸芯片的功耗是指其在工作过程中消耗的电能。

重要性：低功耗可以延长电池续航时间，对于便携设备和移动设备尤为重要。

特定值：例如，某些芯片在待机模式下功耗极低，如JTW6106芯片的待机电流≤10uA(@VDD=3.3V,无负载,低功耗模式)。

7、通信接口：

定义：触摸芯片通常使用一些通信接口与主控芯片或电脑进行数据交互。

重要性：选择合适的通信接口可以确保芯片与系统的兼容性，常见的接口有I2C、SPI、USB等。

8、抗干扰能力：

定义：触控芯片在复杂环境中保持稳定的触控性能，避免因电磁干扰导致的触控异常。

重要性：强抗干扰能力对于在复杂环境中工作的设备至关重要，如工业控制屏幕。

9、触摸灵敏度与调整方式：

定义：触摸灵敏度指芯片对触摸动作的敏感程度，以及是否支持灵敏度调整。

重要性：高灵敏度可以确保更准确的触摸检测，而灵活的调整方式可以满足不同应用场景的需求。

示例：JTW6106芯片可以通过外接电容来调整灵敏度，电容越大灵敏度越高。

10、兼容性：

定义：触控芯片需要与主控芯片（MCU）和操作系统兼容，确保系统的稳定运行。

重要性：选择合适的触控芯片可以简化系统设计，降低开发难度。

11、封装形式：

定义：触控芯片的封装形式决定了其物理尺寸和引脚布局。

重要性：不同的封装形式适用于不同的应用场景和设备尺寸。

触摸芯片的使用注意事项

1、绝缘材料选择

绝缘材料应选用亚克力、有机玻璃、塑料等非导电性材料，严禁掺入金属或其他导电材料。这些材料能够确保触摸芯片与外部环境之间的电气隔离，防止电流泄露和短路。

2、PCB板与绝缘材料结合

触摸按键的PCB板应尽量与上面的绝缘材料紧密结合，以减少空气间隙和电磁干扰。如果因结构原因无法紧密结合，可以考虑使用弹簧等材料来辅助固定，以提高结合紧密度。

3、电源与供电稳定性

触摸芯片的电源应独立供电，避免与其他器件共用同一组电源，以减少电源噪声和相互干扰。

电源需采用三端稳压IC、RC滤波、LC滤波等电路来防止交流纹波干扰，保证系统的稳定性能。电源的纹波应控制在较低水平（如小于110mV），以提高触摸芯片的灵敏度和稳定性。

4、灵敏度调节

初次调整灵敏度时，应将灵敏度设定为最低值，然后根据实际情况逐步调整。若触摸板为裸板直接接受触摸讯号，则灵敏度需求较低；若需贯穿玻璃、陶瓷、塑料等面板，则需较高的灵敏度。

灵敏度与绝缘面板的厚度有关，同一介质的绝缘面板厚度越薄灵敏度越高。同时，触摸与按键感应盘的有效面积也会影响灵敏度，面积越大灵敏度越高。

调整灵敏度的电容建议使用温度系数较小的材质（如NPO等），以减少受外界温湿度变化的影响。

5、PCB布线注意事项

触摸按键板应尽量单独布板，以降低干扰。若使用双面PCB板，触摸感应PAD到IC管脚的连线应尽量走在PAD的另一面，并尽量走细线，避免绕远。

触摸按键到触摸芯片的走线间距应大于1mm，且走线中不应有其他信号线穿过或交叉。触摸按键的铜皮背面不应走线，以防止干扰。

触摸按键的面积应与绝缘体的厚度相匹配，一般建议绝缘体厚度不超过3mm。同时，触摸按键之间或触摸按键与元器件之间的最小距离应以不小于4mm为佳，以避免相互干扰。

6、外部干扰防护

在需要时，可以在触摸芯片的触摸脚串接1K欧姆的电阻，以降低电波干扰。同时，触摸MCU的VDD与VSS间接并联104电容，并尽量靠近触摸MCU，以提高抗干扰能力。

在布线时，应尽量避免将触摸MCU的输入PIN与其他大电流、高频信号源走线平行或靠近，以减少干扰。在无法避免的情况下，应采用垂直走线或在走线中间加地线隔离。

7、测试与验证

在实际应用中，应对触摸芯片进行充分的测试和验证，确保其在各种环境下都能稳定可靠地工作。在测试过程中，应重点关注触摸灵敏度、响应时间、抗干扰能力等关键指标。

触摸芯片的厂商

国际知名厂商

Synaptics（新思科技）

简介：Synaptics是全球领先的触控芯片和解决方案提供商，其产品广泛应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等电子设备中。

技术特点：以高性能、高稳定性和高灵敏度著称，支持多种触控技术和手势识别功能。

Cypress（赛普拉斯）

简介：Cypress也是一家在触控芯片领域具有重要地位的公司，其产品线涵盖了电容式触控、USB控制器、可编程系统级芯片（PSoC）等多个领域。

技术特点：注重创新和技术领先，不断推出具有竞争力的触控解决方案。

Atmel（艾特梅尔）

简介：Atmel是一家历史悠久的半导体公司，其触控芯片产品在市场上享有较高声誉。

技术特点：提供多种触控解决方案，满足不同应用场景的需求。

国内知名厂商

汇顶科技

简介：汇顶科技是中国领先的指纹识别和触控芯片设计企业，产品广泛应用于智能手机、平板电脑、物联网等领域。

技术特点：拥有全球领先的触控和指纹识别技术，产品性能卓越，市场份额持续增长。

成就：如全球首创的触摸屏近场通信技术GoodixLinkTM、全球应用于Android手机正面的按压式指纹识别芯片等。

贝特莱

简介：贝特莱是一家专注于消费类电子IC设计的公司，在触控IC、指纹识别及生命感知产品领域具有显著优势。

技术特点：注重自主知识产权的研发，产品性能稳定可靠。

比亚迪微电子

简介：比亚迪微电子是比亚迪集团旗下的子公司，专注于半导体产品的研发和生产。

技术特点：拥有自己核心专利的指纹识别算法，技术指标行业领先。

敦泰科技（Focaltech）

简介：敦泰科技是全球知名的触控芯片设计企业，总部位于台湾，在深圳设有研发中心。

技术特点：提供从2.5英寸至25英寸的电容式触摸屏解决方案，拥有全球最完整的电容式触控芯片生产线。

晨星（MSTAR）

简介：晨星是全球最大的液晶显示器控制IC供应商之一，总部位于台湾新竹科技园。

技术特点：在手机芯片、多媒体数码产品、互联网产品等领域拥有强大的技术实力和市场占有率。

供应商A 融合

1、产品能力

主推型号1-RH6015

对应的产品详情介绍

RH6015 是一款内置稳压模块的单通道电容式触 摸感应控制开关 IC，可以替代传统的机械式开关。 RH6015可在有介质(如玻璃、亚克力、塑料、陶瓷等) 隔离保护的情况下实现触摸功能，安全性高。 RH6015内置高精度稳压、上电复位、低压复位、硬 件去抖、环境自适应算法等多种有效措施，大大提高自 身抗干扰性能。 RH6015可通过外部引脚配置成多种工作模式，可 广泛应用于灯光控制、电子玩具、消费电子、家用 电器等产品中。 RH6015-C，CMOS输出。 RH6015-D，NMOS开漏输出。

工作电压：2.3V～5.5V

最高功耗工作电流5.0 uA @3V，低功耗模式工作电流2.5uA@3V

内置高精度稳压模块

上电0.5s快速初始化 环境自适应功能，可快速应对触摸上电等类似应用场景

可靠的上电复位(POR)及低压复位(LVR)性能 芯片内置去抖动电路，有效防止由外部噪声干扰导致的误动作 通过外部引脚配置快速/低功耗模式、同步/保持模式

可通过外部引脚设置高/低电平有效输出、最大开启时间

封装：SOT23-6

硬件参考设计

研发设计注意使用事项

1、触摸感应盘的大小需依照面板介质、面板厚度等参数设计，可参考下表： 表10 穿透介质厚度参考

2、感应线：在PCB 上，触摸感应盘距离IC的触摸输入管脚（感应线）越短越好，感应线应距离覆铜或其它走线要有1mm以上，线径选0.15mm~0.2mm。

3、覆铜：若触摸板附近会有无线电信号或高压器件或磁场，请用20%的网状接地铜箔覆铜，为兼顾穿透力和抗干扰能力，触摸盘下方尽量避免覆铜。覆铜需距离感应触摸盘2mm，距离感应线1mm以上。

4、覆盖在触摸盘上的介质面板或表面的涂层不能含有导电类材料或金属成分，更不能将整个金属壳作为感应电极。

5、VDD 及VSS 需并联滤波电容以消除噪声，在布线时滤波电容必须靠近触摸IC放置。

6、灵敏度调节电容Cj的容量值越小，灵敏度越高，反之，则越低。当电容越小时，同样电容变化量导致的穿透力下降越明显，反之，则越不明显。。

7、灵敏度电容Cj必须使用温度系数小且稳定性佳的电容，如X7R、NPO等。对于触摸应用，推荐使用NPO材质电容，以减少因温度变化对灵敏度产生的影响。在布线时，灵敏度调节电容一定要远离功率元器件、发热体等。

8、感应焊盘可以是不规则形状，比如：椭圆形、三角形及其他不规则形状。触摸盘中间允许穿孔，装饰LED指示灯等用途。若触摸盘无法靠近面板，可用弹簧将感应线牵引到面壳上，弹簧上方需加一金属片作为感应电极。

9、一般情况下应在触摸盘上覆盖好介质再上电，如果先上电再覆盖介质，在8s 内触摸会被误检测到使输出有效，8s 过后触摸恢复正常，触摸输出被复位为初始状态。

核心料（哪些项目在用）

奇迹物联设备定位项目

2、支撑

（1）技术产品

技术资料

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审核编辑 黄宇