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不均勻表面的觸控電極設計

上網時間: 2013年12月05日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:觸控電極  可撓性PCB  介電常數  ITO  FPC 

曲面補償

將平坦PCB安裝到具有曲面的塗覆層,將會形成不均勻的厚度。電極佈局可對此進行補償。
圖6:將平坦PCB安裝到具有曲面的塗覆層,將會形成不均勻的厚度。電極佈局可對此進行補償。

在一些應用中,保持塗覆層材料厚度不變並不容易,主要原因是噴射塑模的塑膠元件必須符合設計形狀和硬度,或者要求均勻的背光照明以適應光線散射層。

塗覆層較厚的電極形狀

儘管Azoteq公司的電容器觸控感測器可針對每個通道的靈敏度設置進行客製,並且針對靈敏度選擇提供可調整的檢測閾值,但是設計者也可透過補償電極設計中塗覆層材料厚度的變化,來節省細微調整每個電極靈敏度的時間。對於投射式電容器來說,Tx和Rx電極之間較大的間隙將提供更高的靈敏度(但會降低穩定性),或者在電極中使用更厚的接收器可支援更厚的塗覆層(但會降低抗傳導性雜訊能力)。圖7顯示(用於投射式電容器感應)同一設計在不同塗覆層厚度(為了提高靈敏度)時的不同電極變化。

圖7:依靈敏度順序遞增排列的投射式按鍵佈局。紅色代表Tx電極,黃色代表Rx電極,白色代表PCB切割部份。圖中三個按鍵的尺寸都是相同的。
圖7:依靈敏度順序遞增排列的投射式按鍵佈局。紅色代表Tx電極,黃色代表Rx電極,白色代表PCB切割部份。圖中三個按鍵的尺寸都是相同的。

對自電容器感應來說,較大的電極可提供更高的靈敏度,從而避免形成場力線集中的銳角而導致更厚的塗覆層。

圖8顯示(針對自電容器感應的)同一設計在不同塗覆層厚度時的各種電極變化(按靈敏度遞增順序排列)。

按靈敏度順序遞增排列的自電容器按鍵圖。提高靈敏度的方法是增加電極尺寸,消除可能形成場力線集中的銳角。
圖8:按靈敏度順序遞增排列的自電容器按鍵圖。提高靈敏度的方法是增加電極尺寸,消除可能形成場力線集中的銳角。

可活動元件

在一些應用中,塗覆層不是完全固定的。這更可能發生在使用薄塗覆層的應用中,此時氣隙很小,當施加過大的觸控力時塗覆層會發生移動。在這些情況下,選擇正確的觸控控制器非常重要。舉例來說,使用Azoteq提供具有Dycal功能的元件(如IQS228)可在產生觸控事件時(當用戶釋放塗覆層時)透過重新校準感應電極以避免黏連狀態。在一些應用中,設計者可能希望塗覆層是可活動的。另一個可能的例子是要求二級觸控啟動──第一級是零壓力觸控觸發,當推動按鍵壓下金屬彈片時產生第二級啟動。

實用的兩級觸控,一級是零壓力觸控,一級是按壓金屬彈片。
圖9:實用的兩級觸控,一級是零壓力觸控,一級是按壓金屬彈片。

在這種情況下,設計者可選擇為活動元件中的觸控電極放置第二塊PCB(圖9)。這塊電極PCB可透通過FPC軟板連接到主PCB,因為這種FPC軟板具有足夠的靈活性,能夠適應這種活動。第二種方法是在金屬彈片周圍設計觸控電極進行檢測,如圖10所示。

用於金屬彈片周圍進行檢測的投射式電極佈局。
圖10:用於金屬彈片周圍進行檢測的投射式電極佈局。

圖11顯示的電極佈局具有足夠的靈敏度可檢測塗覆層被按壓前的零壓力觸控事件。這類佈局也能與厚的橡膠塗覆層一起使用,或者與內部塑模圓蓋的塗覆層一起使用。

因應金屬彈片周圍進行觸控檢測的電極設計。
圖11:因應金屬彈片周圍進行觸控檢測的電極設計。(a)投射式電容器電極佈局,(b)自電容器佈局。

一些感測器(如IQS360)具有按壓檢測功能,讓設計者將來自按鍵的小型Tx和Rx軟板放在金屬彈片下方。當用戶觸控塗覆層時就能檢測到觸控,按壓輸出則在按下金屬彈片時產生。

圓形投射式按鍵佈局,由Tx和Rx軟板提供穩定性。
圖12:圓形投射式按鍵佈局,由Tx和Rx軟板提供穩定性。Tx和Rx之間足夠的間距允許通過金屬彈片內部的厚塗覆層和空間進行檢測,因而實現按壓/點選功能。

將FPC/FFC連接到PCB

在將FPC作為觸控和接近電極的應用中,設計者有多種方法可將FPC連接到主PCB。

FFC電纜可用於連接FPC電極和主PCB。市場上也有各種可撓性連接器,它們具有不同的接腳數量和間距。雖然使用方便,但可撓性連接器很貴。

具有5個接腳的可撓性連接器,適用於連接FFC電纜和PCB。
圖13:具有5個接腳的可撓性連接器,適用於連接FFC電纜和PCB。

更具成本效益的方法是使用各向異性導電薄膜(ACF)熱壓力接合製程。ACF是一種成熟的組裝技術,它將FPC軟板直接焊接到PCB,並在最終組裝時結合熱與壓力效應。

技術:ProxSense電容式感應

Azoteq 的ProxSense採用創新的類比設計技術,實現了超靈敏的投射式電容測量與技術成熟的電容式觸控解?方案,使近接感應與觸控控制器可感應達20aF的投射電容(projected capacitance)模式以及200aF的自電容模式(self capacitance)變化。與目前一般認知不同的是,該技術透過投射式電容實現了長距離感應的可靠性。

ProxSense透過創新微電子設計的研發不僅實現具突破性的高靈敏度,同時也維持更高的ESD抗干擾能力、訊號雜訊比(1,000:1)以及低電流消耗。這些優點讓設計人員能突破常見的設計限制,透過自動調整演算法確保無需在製造過程中再次進行校正,並可在極小空間中使用厚度達50mm以上的塗覆層材料或觸控鍵。

透過ProxSense觸控按鍵取代機械式開關,不僅能輕鬆地應用在PCB的觸控板上,所有的觸控按鍵控制器均提供原生的近接偵測功能,最適於電容式近接與觸控感應、非ITO LCD觸控顯示器、單層ITO觸控螢幕、3D觸控螢幕與金屬觸控板等應用,並為未來的電子產品設計開啟直觀用戶介面的更多可能性,包括待機喚醒、功能表預選以及自動背光照明等。

(參考原文:Designing touch electrodes for non-uniform surfaces: discrete keys,by Alwyn Botha)


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