CapacitorTouchDetective介绍教学课件

新颖的电容性触摸检测芯片及应用

TheNovelCapacitivetouchdetectiondeviceapplications

启攀微电子有限公司7/6/20251ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司内容电容性触摸检测技术及应用启攀的电容性触摸检测

IC产品CP2508/CP2512的特点和应用新产品CP2532/CP2528介绍7/6/20252ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司内容电容性触摸检测技术及应用启攀的电容性触摸检测

IC产品CP2508/CP2512的特点和应用新产品CP2532/CP2528介绍7/6/20253ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司触摸感应式输入触摸是目前最直观、最方便、最符合人类行为习惯的输入方式触摸感应式输入不是新技术，它早已广泛应用到各个领域控制面板（TouchPanel）显示屏（TouchScreen）触摸感应——利用手指触摸时产生各种物理参数变化电阻性、电容性、表面声波、光学感应、压力感应、电场感应……7/6/20254ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司电容性触摸检测技术的应用手持设备（手机、MP3/MP4）苹果iPod——带动触控技术迅速普及iPhone——多点触的触摸屏家用电器

冰箱、抽油烟机、DVD、音响、电视、柜式空调、小家电：电磁炉、微波炉、消毒柜、电话……其它设备仪器仪表、门禁系统、LCD显示器、手持式遥控器、按键开关、医疗器械……7/6/20255ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司从iPod到iPhone

触摸技术给Apple带来空前的成功“我们很幸运的买到了很多新技术，从鼠标、按键转盘，到今天的Multi-Touch……”Jobs,CEOiPhone

令人耳目一新的Multi-touch

技术“苹果在iPhone上放了很多新技术，虽然多触控技术已经存在了，并不是苹果发明的，不过他们所做的一切让该技术闻名于世，且做了一些改进。透过其触控/动作词汇表(touch-gesturevocabulary)，触控式屏幕与iPhone的操作能密切配合，整体操作接口的简便性是该产品最令人耳目一新的地方”触控式屏幕传感器的成本：～3美元3.5吋触摸屏，支持多点触7/6/20256ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司

Hier的洗衣机为什么选择

电容性触摸按键？“我们在量产这些触摸按键的洗衣机前做过市场调查，结果显示，消费者对于洗衣机上采有这种新式按键非常欢迎，除了高档象征外，这种按键所带来的更长寿命也使用他们动心。他们愿意为此功能多付出200元。”海尔洗衣机产品本部技术发展部部长许升对《国际电子商情》记者表示。

高端波轮烘干洗衣机，2007年5月上市，12key，售价10,000元7/6/20257ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司电容性触摸感应面板的优势相当于传统的机械按键和其它触摸感应按键，优势明显外观更“炫”、更“酷”面板无须开孔、外观结构完整按键形状、位置、色彩设计灵活结合丰富多彩的背光设计，为产品增彩传感器结构简单、成本低，无需特殊元件使用简单的PCB图形实现按键，优于其它触摸感应方案抗磨损、使用寿命长、售后服务成本低防水、防油、清洁方便－尤其适合厨房电器使用方式的进步：点触、滑动、多点触（手势控制）产品形象提升显著，投入/产出比高7/6/20258ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司电容性触摸感应的原理和特点原理人体有导电性触摸/接近电极时，引起电场/电容量的变化特点电容变化量小：⊿C≈0.1～5pF电容检测易受多种因素影响温度、湿度表面沾污（水、油）易受电磁干扰7/6/20259ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司主流的电容触摸检测技术和实现电荷转移技术

通过电荷转移技术实现小电容测量；测试时间长，外围元件多对电源稳定性要求高RC振荡器技术采用频率调制法对电源要求高易受干扰阻抗测试技术测试交流阻抗/时间的变化实现的方式各不相同

峰值检测、DLL、高精度TDC技术等其它Sigma-DeltaCDC技术等

基于MCU平台设计；

程序灵活但功能实现效率不高功耗较高产品的性价比不高ASSP设计针对触摸感应应用定制产品，可灵活配置参数，适应性更强低功耗性能价格比更有竞争力7/6/202510ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司趋势和方向随着技术和应用的不断发展，对电容性触摸检测技术要求越来越高，应用领域也不断扩展。例如：电磁炉等家电产品低成本、高抗干扰、防水、防油……电容式触摸屏支持手写、多点触、更高的分辨率，更强的数值计算能力7/6/202511ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司内容电容性触摸检测技术及应用启攀的电容性触摸检测IC产品CP2508/CP2512的特点和应用新产品CP2532/CP2528介绍7/6/202512ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司启攀的电容性触摸检测IC产品基于自主研发，技术创新采用独特的快速、高分辨率电容检测技术CP25xx系列产品荣获2007年EDN优秀产品奖已申请多项国际、国内技术专利产品07Q1，推出CP2512、CP2511、CP2508、CP250708Q1，推出CP2532、CP25287/6/202513ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司CP25xx系列电容性触摸检测IC芯片型号特性封装形式/尺寸CP251212路电容性触摸检测，SPI/I2C接口，支持硬件/软件模式，编码/直接输出，2.6～3.6v供电

LQFP44（10mm×10mm）

LQFP48（7mm×7mm）CP25088路电容性触摸检测，SPI/I2C接口，支持硬件/软件模式，编码/直接输出，2.6～3.6v供电

QFN32（5mm×5mm）

LQFP32（7mm×7mm）CP251112路电容性触摸检测，SPI/I2C接口，支持硬件/软件模式，编码输出，2.6～3.6v供电

QFN32（5mm×5mm）

CP25078路电容性触摸检测，I2C接口，支持软件模式，2.6～3.6v供电

QFN20（4mm×4mm）

CP253212路电容性触摸检测，SPI/I2C接口，支持硬件/软件模式，编码/直接输出，滑动检测、背光指示、OD输出、蜂鸣音、2.8～5.5v供电

LQFP48（7mm×7mm）

LQFP44（10mm×10mm）CP25288路电容性触摸检测，SPI/I2C接口，支持硬件/软件模式，编码/直接输出，滑动检测、背光指示、OD输出、蜂鸣音、2.8～5.5v供电

QFN32（5mm×5mm）

LQFP32（5mm×5mm）新7/6/202514ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司内容电容性触摸检测技术及应用启攀的电容性触摸检测IC产品CP2508/CP2512的特点和应用新产品CP2532/CP2528介绍7/6/202515ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司产品特性

CP2508/CP25128/12路电容性触摸检测按键响应快：

15～20ms高分辨率：0.02pF（典型值）宽动态范围:0～80pF支持软件/硬件配置方式自动漂移补偿技术相邻感应按键抑制功能(ASS)串行接口:SlaveSPI/I2C可选灵活的输出模式直接输出/编码输出扩展GPIO（12mA驱动）内置LDO、振荡器2.6～3.6V供电，低功耗设计封装：LQFP44、LQFP48、QFN40，符合RoHS标准7/6/202516ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司芯片结构框图（CP2512）内嵌DSP核实现数字滤波、按键判决、自动漂移补偿等功能实现电容的采样和量化除了指示按键状态外，还可配置成外部MCU的扩展口兼容标准SPI/I2C接口7/6/202517ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司CP2512/CP2508的技术特色采用创新的CDC（电容数字转换）技术恒流充电，线性度好单发测量模式，采样快采用高分辨率的TDC技术--原用于雷达测距、核物理等快速、高精度时间测量领域7/6/202518ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司CP2512/CP2508的技术特色（续）高分辨率、宽动态范围灵敏度高允许不同Keypad之间的电容（寄生电容和触摸电容）存在大的差别低功耗设计450uA@normal、90uA@idle、0.5uA@sleep外围元件少、PCB设计简单调试方法简单7/6/202519ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司典型应用图（1）1按键大小、布线长度无需平衡；2感应线互为地线通过引脚设置I2C器件地址通过I2C接口连接外部MCU2线通讯Radj调整感应灵敏度7/6/202520ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司典型应用图（2）硬件配置模式1.按键大小相近，但布线长度无需平衡；2.感应线互为地线设置全局按键判决阈值Radj调整感应灵敏度7/6/202521ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司应用和技术支持电容性触摸检测芯片的应用对用户的要求较高电路设计物理设计按键设计感应面板结构设计接口通讯和信号质量的提高启攀提供全方位的技术支持和服务提供完善的Demo、调试工具和软件提供丰富的设计指导文档和接口参考程序指导和帮助客户完成电路/PCB设计7/6/202522ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司CP2512Demo板和调试软件硬件KeyBoardAdaptorUSB2SPIUSB2I2CUSB连线软件基于Windows的调试软件实时显示电容值、基线寄存器配置，调整参数帮助实现定量调试7/6/202523ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司按键强度显示界面按键电容基线实时按键电容强度当前按键有效通道开/关选择按硬件模式选择按键判决阈值ASS1/ASS2功能分组选择7/6/202524ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司CP25xx寄存器配置界面7/6/202525ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司电路设计注意事项电源及滤波使用voltageregulator或LDO，将5v电源转换为3.3V,保证足够的供电能力和PSRR适当的VDD滤波预留Cref电容的位置以防实际Keypad的寄生电容过大时，用Cref来抵消。元器件的选择：Cref电容：建议采用陶瓷电容(X7R）；灵敏度调整电阻Radj：贴片电阻，范围3K～100K，但不宜过大。LED设旁路电容，LED通过电容(0.01uF)接地。7/6/202526ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司灵敏度调节（1）触摸电容大小与哪些因素相关？电容计算公式Keypad大小面板厚度、材质的影响很大PCB布线影响按键周围的地线或其它感应线分布，会减弱手指触摸时产生的电容增量；电极周围的高频信号线，会电容测量带来干扰。C=eｄＳ空气1.0聚脂薄膜3.2普通玻璃7.6~8.0树脂玻璃2.8陶瓷玻璃6.0ABS3.8~4.5丽光板4.6~4.9木制1.2~2.5不同材质的介电常数7/6/202527ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司灵敏度调节方法（2）调整Radj，改变CDC的增益Radj越大，灵敏度越高调整Radj，影响电容充电电流大小需考虑SNR，Radj不能太大调整按键判决阈值采用高、低门限HW模式，统一设置判决门限；SW模式下，独立设置每个通道的高、低门限；借助调试工具，可准确设置门限，建议：高门限=80%×Delta低门限=60%×Delta电容采样值∝Radj,Cx电容采样值∝Radj,Cx7/6/202528ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司Keypad设计的原则形状没有限制，圆、椭圆、正方或长方形等几何形状。大小按键面积不宜太小，尽量不小于手指尖直径，否则实际操作不方便。按键的间距使用相邻按键抑制(ASS)功能，可以避免相邻按键同时被触发；并非使用ASS功能就没有距离的限制，实际过程中以不引起操作混乱为标准。单点/滑动根据需要，单颗芯片可同时实现单点＋滑动keypad循环排列，延长滑动的距离6个单点按键+圆形滑动,圆周上只能进行4个按键单点控制.7/6/202529ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司每个复合按键由2部分组成矩阵式Keypad设计采用复合键，实现M×N个矩阵式按键检测2个方向上的有效输出，实现按键定位配合2组ASS设置，识别按键位置更准确局限按键尺寸和间距限制，需相应提高灵敏度手指触摸的实际有效面积减半按键间距过小可能导致错误的位置判断每个感应电极上的寄生电容增加需要考虑所有感应通路上的负载平衡解决办法：适量增加Cref只能识别和解析单点触2点触摸时，解析时存在2个镜像点6x6矩阵式按键举例7/6/202530ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司感应板设计感应板使用独立的单、双层电路板(CEM-1或FR-2),所有元器件均摆在感应板的一面或主控PCB板上,感应板另一面以压克力胶(如3MHBM系列)将感应板紧贴住产品面板的内面。感应板的材质共有以下三种：PCB板(CEM-1,FR-2)FPC板(PETetc)ITOfilm

(透明导电薄膜)Fig.2ClearITOonPETwithsilverconnections

Fig.1CEM-1(1-sidedpaper+fiberglassbassed)Fig.3Flexcircuit(KaptonTMpolyamide)7/6/202531ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司结构设计原则手指到感应电极距离越小越好；感应板与产品面板之间要稳固、接触密实;感应板尽量能够紧贴按键面板的内侧;接触面以3MHMP系列压克力胶(或任何非导电胶均可)将PCB紧贴,若面板内侧有凹凸面,最好以非导电材质将它填平再贴上PCB。使感应板和主PCB之间的连接线尽量短，走线方便产品面板FPCMainPCBFPC排线连接压克力胶或其他非导电胶，避免出现空气层元器件放在FPC的背面7/6/202532ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司接口通信（1）SPI注意提高SPI连线的信号质量在SPI接口信号中加入串联电阻Ra和滤波电容Ca，提高信号质量、消除高频干扰和串扰Ra、Ca的选择与串口时钟频率相关，典型值见下表SPI时钟频率RaCa1.5MHz680100pF375KHz1K270pF100KHz2.2K470pF

50KHz2.2K1nF7/6/202533ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司接口通信（2）I2C提高I2C接口的信号质量、减少串扰加入串联电阻Ra和滤波电容Ca，可提高信号传输质量，例如：选择Ra=100～200Ω，Ca=100pFI2C信号与电源/地线长距离并排走线连接主板时，还应对VDD进行滤波，防止通讯信号波动干扰感应板电源系统。与5VI2C总线对接CP25xx的IO可耐受5V；SDA/SCL上拉电阻应接到5V电源7/6/202534ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司如何实现模拟电压输出？某些应用需要将按键检测结果以模拟电压的形式输出到主控制器，每个按键对应不同的直流电压（一般要求压差0.5v以上）。兼容机械按键板适用于带ADC输入的MCUCP2512/CP2508无OpenDrain输出模式，需使用三极管实现D/A转换。7/6/202535ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司CP2512/CP2508如何实现滑动判断？滑动（Slider/Scroller）判断触键的方向、速度应用：音量调节＋/－、Up/Down、滑动加/解锁等基于按键检测状态的滑动功能实现须通过外部MCU程序来实现定时查询状态（20～50次/秒）位置计算方法简单读按键状态→位置编码→位移判断分辨率不高：分辨率＝按键间距/2PCB设计最少3个keypad重复排列可实现滑动电极大小须兼顾灵敏度、分辨率注意keypad布局边缘效应/一致性按键状态位置编码

0001100112001030110401005110061000710018Scroller/SliderPCB设计按键状态/位置编码对照表根据位置编码的增减,判断滑动方向7/6/202536ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司高级应用－绝对位置解析绝对位置解析检测有无按键＋解析触点座标根据不同keypad的信号强度来计算解析度提高N倍，解析触点在Keypad之间的具体位置由外部MCU程序实现定时读取各keypad的采样，并计算触点座标计算公式：X＝∑（Zi*Xi)/∑Xi

Xi:触点i的按键强度，

Zi：触点i的座标触点间最大可插入16点PCB设计：渐变式的感应电极外形设计目前CP2512/CP2508实现此功能时的局限：串口通讯频繁（轮询模式），每2ms读一次数据

SPI：80kbits/s，I2C：97.2kbits/s占用MCU较多资源（通讯＋计算）滑动条的PCB设计触点中心位置7/6/202537ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司内容电容性触摸检测技术及应用启攀的电容性触摸检测IC产品CP2508/CP2512的特点和应用新产品CP2532/CP2528介绍7/6/202538ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司产品特性

CP2532/CP25288/12路电容性触摸检测按键响应快：15～20ms高分辨率、宽动态范围支持软件/硬件配置方式自动漂移补偿技术相邻感应按键抑制功能(ASS)串行接口:SlaveSPI/I2C可选多种数字输出模式状态直接输出/编码输出扩展GPIO（12mA驱动电流）直接驱动/Open-drain驱动支持蜂鸣器输出：1kHz、2kHz、多音输出背光显示：“一触即红”内置滑动检测模块内置LDO、振荡器2.5～5.5V供电，低功耗设计封装：LQFP44、LQFP48、QFN40一款能够同时满足便携和家电应用需求的新产品！7/6/202539ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司CP2532/CP2528的特点算法优化，性能更稳定内置硬件滤波器，改善噪声抑制能力内置滑动检测模块，识别滑动手势，减少外部MCU的开销内置音频发生器，可驱动蜂鸣器非常多种声音。背光产生逻辑，有按键活动时，指示按键位置或状态7/6/202540ChiphomerTechnologyLimited启攀微电子有限公司开漏输出模式