探秘Atmel AT42QT1040：一款强大的四键触摸传感器IC

在电子设计领域，触摸传感器的应用广泛且重要。Atmel AT42QT1040作为一款四键QTouch®触摸传感器IC，凭借其独特的特性和出色的性能，在众多应用场景中发挥着关键作用。下面，我们就来详细了解一下这款IC。

文件下载：EVK1040A.pdf

一、产品特性

1. 按键数量与输出

AT42QT1040最多支持四个QTouch®按键，并且有四个离散输出，可清晰指示每个按键的触摸状态。

2. 技术与设计

采用专利的扩频电荷转移（直接模式）技术，电极设计为简单的自电容风格。电极材料丰富，包括蚀刻铜、银、碳、氧化铟锡（ITO）等；电极基板有PCB、FPCB、塑料薄膜、玻璃等；面板材料涵盖塑料、玻璃、复合材料、涂漆表面等，面板厚度方面，玻璃可达10mm，塑料可达5mm（具体取决于电极尺寸）。

3. 灵敏度与抑制技术

按键灵敏度通过固定的阈值和采样电容值进行调整。同时，具备专利的相邻按键抑制（AKS®）技术，能准确检测按键，避免误触。

4. 接口与性能

提供每键一个引脚的输出，还有调试模式可观察传感器信号。在硬件设计和固件调整的基础上，具有较高的防潮能力。信号处理方面，具备自校准、自动漂移补偿和噪声过滤功能。

5. 应用与电源

适用于移动设备、消费电子、白色家电、玩具、信息亭、POS机等多种领域。电源范围为1.8V - 5.5V，采用20引脚3 x 3 mm VQFN封装，符合RoHS标准。

二、引脚与原理图

1. 引脚配置

详细的引脚列表展示了每个引脚的名称、类型、功能、注意事项以及未使用时的处理方式。例如，SNS系列引脚为感应引脚，OUT系列引脚为输出引脚，Vss为电源地，Vdd为电源。

2. 典型电路

原理图给出了典型电路，同时推荐了一些调节器制造商，如Torex（XC6215系列）、Seiko（S817系列）、BCDSemi（AP2121系列）。

三、工作原理与信号处理

1. 检测阈值

内部信号阈值固定为相对于内部参考电平变化10个计数，检测退出时有滞后元素，信号阈值需降至相对于内部参考电平变化8个计数以下才视为未触摸。

2. 检测积分器

通过检测积分机制，每个按键有一个计数器，当计数器达到固定的5时，才最终判定按键被触摸。

3. 突发长度限制

突发长度指在给定通道上进行电荷转移的次数，最大突发长度为2048脉冲，推荐使用能产生小于1000脉冲信号的电容。

4. 相邻按键抑制技术

AKS技术允许在键盘上使用紧密排列的按键，且用户可准确选择。通过在Vdd和SNSK0引脚之间连接1MΩ电阻来选择使用AKS。

5. 自动漂移补偿

为补偿因Cx和Cs随时间变化导致的信号漂移，参考电平会在无检测时缓慢跟踪原始信号。且补偿具有不对称性，对下降信号的补偿速度比对上升信号快。

6. 响应时间

响应时间高度依赖运行模式和突发长度，Cs增大时响应时间变慢，Cx增大时响应时间缩短。慢模式下响应时间会更慢，但平均电流消耗降低。

7. 扩频技术

在测量突发期间，内部振荡器调制±7.5%，将产生的噪声分散到更宽的频段，降低发射水平和易感性。

8. 最大导通时间

为防止因物体阻挡感应垫导致信号上升而影响操作，传感器设有最大导通时间功能，检测超过设定时间（约30s）会自动重新校准。

四、布线与部件

1. Cs采样电容

Cs0 - Cs3为电荷感应采样电容，其最佳值取决于按键电极设计、面板厚度和介电常数。取值范围为2.2nF - 22nF，典型值为4.7nF - 10nF。电容应选用X7R或PPS薄膜类型，公差为10%。

2. Rs电阻

Rs0 - Rs3串联电阻用于限制静电放电（ESD）电流和抑制射频（RF）干扰，典型值为4.7kΩ，最大可用20kΩ。

3. LED走线和其他开关信号

关于LED和附近走线的建议，可参考Atmel网站上的应用笔记和触摸传感器设计指南。

4. PCB清洁

现代免清洗助焊剂通常与电容感应电路兼容，但在重新加工PCB时，需注意助焊剂的性质，必要时进行彻底清洁。

5. 电源供应

电源供应范围为1.8V - 5.5V，若电源随温度缓慢波动，设备可自动跟踪补偿；若快速漂移或变化，可能导致灵敏度异常或误检测。建议使用干净的电源，必要时使用单独的调节器。

6. VQFN封装限制

VQFN芯片底部的中心焊盘应连接到地，芯片下方只能走地线。

五、详细操作

1. 相邻按键抑制

通过在SNSK0引脚和Vdd（AKS模式开启）或Vss（AKS模式关闭）之间连接1MΩ电阻来选择使用AKS。

2. 离散输出

四个离散输出（通道0 - 3）位于OUT0 - OUT3引脚，按键被触摸时输出引脚变为低电平。OUT2引脚在电源上电/复位后约20ms会出现一个约500ns的低脉冲。

3. 速度选择

通过在SNSK1和Vdd（快速模式）或Vss（慢速模式）之间连接1MΩ电阻来选择速度。快速模式下，设备在突发采集之间睡眠16ms；慢速模式下，睡眠64ms。

4. 防潮能力

可通过遵循Atmel AVR3002应用笔记中的建议来提高QTouch设备的防潮能力。

5. 校准

校准在设备上电后约50ms进行，也会在最大导通时间超过或进行正重新校准时发生。

6. 调试模式

通过在电源上电时短接CS3电容（SNSK3和SNS3引脚）并在5秒内移除短接来进入调试模式。调试模式下，可通过Debug CLK和Debug Data引脚输出内部参数。

六、规格参数

1. 绝对最大规格

Vdd范围为 -0.5V - +6.0V，最大连续引脚电流为±10mA，任何引脚的强制电压为 -0.5V - (Vdd + 0.5)V。

2. 推荐操作条件

包括工作温度、存储温度、Vdd、电源纹波 + 噪声、每个按键的Cx电容等。

3. DC规格

给出了低输入逻辑电平、高输入逻辑电平、低输出电压、高输出电压、输入泄漏电流、内部RST上拉电阻等参数。

4. 定时规格

包括突发持续时间、突发中心频率、突发调制百分比、突发脉冲宽度等。

5. 功耗

不同Vdd、AKS模式和速度下的功耗不同，例如在Vdd为1.8V、AKS模式关闭、慢速模式下，功耗为31µA。

6. 机械尺寸

详细给出了芯片的尺寸参数。

7. 标记与部件编号

标记有两种选择，部件编号为AT42QT1040 - MMH，各部分有特定含义。

8. 湿度敏感度等级

MSL评级为MSL1，峰值体温度为260°C，符合IPC/JEDEC J - STD - 020标准。

总的来说，Atmel AT42QT1040是一款功能强大、性能出色的触摸传感器IC，在设计过程中，我们需要根据具体的应用场景和需求，合理选择参数和部件，以充分发挥其优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎交流分享。