E604评估板使用指南与技术解析

在电子设计领域，快速评估新的集成电路（IC）是产品开发过程中的重要环节。E604评估板专为QT60040 4键QMatrix™ IC的快速评估而设计，下面我们就来详细了解一下这款评估板。

文件下载：E604.pdf

一、E604评估板概述

E604评估板配备了一个钢琴风格的键盘，带有4个对应的LED指示灯，用于指示触摸状态。该板通过单个9V碱性电池供电，并提供了外部接口连接选项。

二、使用步骤

1. 电池安装：在确保电源开关处于关闭状态的情况下，将9V碱性电池插入板上的夹子中。
2. 橡胶脚安装：将随板提供的四个橡胶脚安装到板背面的四个角上。
3. 放置或手持：将板放在桌子上，或者手持电池一侧，避免手指靠近按键、IC或底部的走线。因为手指靠近可能会导致按键针对手指进行校准，从而在一段时间内降低触摸灵敏度。
4. 开启电源：打开电源滑动开关。IC校准所有按键所需时间不到1秒，校准完成后，只能从板的顶部触摸按键。

值得注意的是，如果用一只手握住电池周围的板子，按键会稍微更灵敏，这是由于板子的信号地与人体之间的耦合增加。但在实际系统中，这种影响不会出现，板子将始终保持最大灵敏度。

三、工作原理

E604通过4条“X”驱动线和1条“Y”接收线扫描四个按键。QT60040通过在“X”线上发送脉冲串来扫描每个按键，同时检测通过XY交错按键图案传递到“Y”线的电荷。上电后，会记录每个按键接收到的电荷量作为参考电平。此后，会监测信号的变化。当在PCB顶面触摸按键时，从“X”到“Y”穿过间隙的电荷流动会受到干扰，导致“Y”线上接收到的信号减弱。这是因为手指吸收了部分从“X”到“Y”穿过交错间隙的电荷，电荷通过电容耦合流回局部环境，最终回到E604。如果“Y”线上的信号减弱足够，QT60040会确认检测到触摸，并将相应的输出线置为高电平。所有按键会在100ms内按时间顺序进行扫描。

四、接口连接器

主接口连接器位于IC上方，该连接器上有用于远程跳线、外部电源以及每个按键的4个感应输出的焊盘。适用于E604的外部电压为8至12伏的稳压直流电源。使用外部电源时，必须移除电池，否则会导致电池意外充电，可能引发电解液泄漏和严重的爆炸危险。尽管板上通过78L05设备进行了电源调节，但为了获得最佳性能，原始电源应无开关噪声和短期波动。

五、按键设计

板上的四个按键由背面的交错铜走线制成，感应场通过PCB的复合材料投射到顶部，形成触摸区域。交错电极需要一个介电层（如E604中的PCB）来传播电容场，以便被人体触摸吸收。触摸按键电极本身会导致误操作。四个按键在电气上排列成4x1矩阵，有四条“X”驱动线和一条“Y”接收线，所有按键共用。按键灵敏度由C1的值决定，四个按键的灵敏度相同。若要使按键具有不同的增益，只能通过改变按键的几何形状（如改变走线尺寸、交错比例等）来实现。

六、选项跳线

板上有两个选项跳线：

1. J1 - 翻转控制：安装跳线时，一次只能检测1个按键；不安装跳线时，可同时检测2个按键。
2. J2 - 重新校准超时：安装跳线时，重新校准超时时间为10秒；不安装跳线时，重新校准超时时间为60秒。

IC会持续感应跳线状态，因此无需循环板的电源即可使跳线设置生效。

七、关键特性

1. 按键翻转：QT60040 IC允许一次最多接触2个按键（“2键翻转”）。安装跳线J1可将其限制为一次仅能检测1个按键。若触摸的按键超过所选的最大数量，IC将忽略额外的按键。
2. 重新校准超时：每个按键都有单独的超时功能，可从可能由异物或机械问题导致的“按键卡住”状态中恢复。超时时间可根据上述选项跳线设置为10秒或60秒。连续检测10秒或60秒后，按键将自动根据重新校准时刻的信号进行自我校准。
3. 漂移补偿：每个按键会补偿由于湿度、温度影响、介电变化等引起的信号漂移，并在传感器的整个使用寿命内持续进行。漂移补偿机制仅在未检测到有效触摸时发生。如果按键被触摸的时间超过重新校准超时时间，然后释放按键，按键逻辑将自动进行漂移补偿，回到正常校准点。IC的逻辑始终具有自我修复能力。

八、按键远程操作

可以将按键转换为“单电极”操作进行远程控制。在单个按键区域的触摸表面放置一块方形粘性金属箔，覆盖内部白色按键边界内的整个按键区域，然后将一根电线焊接到箔上，将电线引到不同位置（约25cm以内），并连接到粘贴在厚度达2.5mm的薄塑料或玻璃面板背面的第二块金属箔上。触摸面板另一侧（与金属箔相对）的第二个按键将激活该按键。为了使按键尽可能保持灵敏度，应尽量减少布线的杂散电容。可能需要调整C1的值以实现所需的二次按键灵敏度水平。在这种模式下，将PCB的电源地连接到本地地对于使电场正常工作并确保足够的灵敏度至关重要。

九、C1采样电容

主采样电容C1控制所有4个按键的灵敏度，它采用插座式设计，便于试验不同的值。应使用相对稳定的电容器，如PPS和聚酯薄膜类型，大多数陶瓷电容器在该电路中存在严重问题，应避免使用。增加C1的值会提高按键灵敏度，典型值范围为27nF至100nF（0.1uF），E604配备的是47nF的电容器。

十、输出线与LED指示灯

四个输出线Q1 - Q4均为高电平有效，在触摸期间或特定按键的校准超时时间到期之前保持高电平。四个LED指示灯反映四个输出线的状态，如果LED亮起，则对应的“Q”输出线为高电平。一次只能有一个或两个按键处于激活状态，具体取决于跳线J1的设置。

通过以上对E604评估板的详细介绍，相信电子工程师们对其有了更深入的了解。在实际应用中，你是否遇到过类似评估板使用过程中的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。