電容觸摸傳感的理論框架

　　考慮到美觀、整潔和成本效益等方面的因素，在包括消費類電子產品、家用電器等在內的許多電子產品中，觸摸傳感應用正變得越來越流行。本文將討論與電容觸摸傳感工作相關的基本概念，以及如何簡便地實現電容觸摸傳感功能。

　　電容的相關物理性質

　　為了更好地理解在電容觸摸傳感應用的硬件、布線和軟件開發中需要采取哪些措施，了解它內在的物理性質非常重要。控制它的是兩個基本公式和一個常識。第一個公式(見公式1)用于求電容值，它說明如何根據極板模型使用面積、距離和材料屬性來定義電容。第二個公式(見公式2)說明電容電壓與電流的關系，并引入RC電路的充電速率(等于時間常數τ)。第三個公式(見公式3)說明并聯電容的總電容值等于兩者相加。

　　公式1是雙極板電容的模型。它適用于觸摸傳感應用，因為在將手指靠近傳感器極板時，手指的作用也類似于一個極板。傳感器具有一定的標稱電容C1(由于走線、附近的地線等原因而產生)。將手指靠近時，距離“d”下降，而和A上升，并引入了并聯的附加電容“C2”。所產生的效果就是傳感器線路上的電容上升，上升值等于附加電容C2。然后，軟件必須通過硬件(向單片機中輸入傳感器讀數)來檢測電容變化。硬件將利用公式2(充電時間公式)的某種形式向單片機傳達傳感器讀數。

　　傳感器設計

　　傳感器設計通常很簡單。設計布線時，需要注意容性耦合效應及其關聯的物理性質。焊盤的面積及覆蓋在其上方的材料的厚度是最關鍵的因素。對于小鍵盤類型的應用，傳感器的大小應當至少為將手指按平時，指尖面積的大小。根據公式1中的面積“A”，傳感器較大時，其傳感能力通常也較好。此外，人們并不一定能夠恰當地控制手指的放置位置(從而控制產生的電容)，而不同的兩個人也不會具有完全相同的電容。所以，傳感器的容限必須盡可能很大，可以處理遇到的各種觸摸情況，同時準確地報告按下狀態。

　　有些時候，指尖大小的傳感器并不總是最佳的。作為一條準則，傳感器焊盤上方的材料越厚，焊盤就必須越大，才能檢測到是否有手指按下。這是因為根據公式1，當傳感器焊盤上方的材料厚度增加時，距離“d”就會增大，從而手指的電容就會下降。對于需要非常精確的傳感器控制的應用(例如，傳感器很小)，如果材料覆蓋層很厚，則最終會限制傳感器檢查按下狀態的能力。因此，如果傳感器非常小，覆蓋層必須盡可能薄。此外，如果非常小的傳感器相互緊鄰，還會產生容性耦合，在傳感器之間布置接地電路可以減少這種耦合效應。此外，還可以使用一些軟件技巧來辨別相互耦合程度很高的傳感器。