工程師設計觸控板如何選擇哪種電容式感測最優(yōu)？

電容式感測應用于各個技術，從工業(yè)、汽車和醫(yī)療設備，到智能手機和平板電腦等日常消費應用。該技術的迅速普及主要歸功于它能輕松地增強設備的用戶體驗，使制造商可以放棄傳統(tǒng)的開關控制，換成更具吸引力的觸摸式控制。

該技術還有助于減少設備中機械元件的數(shù)量，從而實現(xiàn)更長的使用壽命和更小的尺寸。這些特性使得采用電容式感測的產(chǎn)品對消費者更具吸引力，當然前提是其設計、校準和控制必須到位。

盡管電容式感測也廣泛用于實現(xiàn)觸控按鈕和滑條，這在消費、商業(yè)和工業(yè)應用中都很常見，但該技術最常見的目標應用是觸控板（touchpad）和觸控屏幕（touchscreen）。不過實踐證明，對大多數(shù)工程師而言，如何設計低成本、快速響應且能效高的傳感器來保證設備在嘈雜環(huán)境中的可靠運行是一個挑戰(zhàn)，而這在目前市場上是標準要求。

在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和可穿戴設備技術方面尤其如此。未來幾年，這個市場將以極快的速度增長，消費者希望這些設備提供與已有IoT設備相同甚至更出色的使用體驗。因此，工程師需要認真思考哪種電容式感測方法對其應用最有效，因為市場上有一些適合不同用途的方案與設計，而它們之間的差異也極大。

觸控板

用于用戶界面的最基本的觸控式感測應用，可能就是我們都熟悉的投射式電容觸控（PCT）觸控板。這些設計由位于玻璃板之間的導電材料層的行和列的矩陣組成。對該網(wǎng)格施加電壓可產(chǎn)生電場，其強度可在每個交叉點進行測量。當導電物體（如人的手指）靠近并接觸PCT面板時，接觸點的電場發(fā)生改變，可測量為電容差。

工程師可采用兩種方案來實現(xiàn)PCT技術：自電容觸控板與互電容觸控板。

自電容設計位于印刷電路板（PCB）上，由接地引線環(huán)繞。PCB上的每個傳感器與周圍的接地引線形成一個寄生電容，電場線在傳感器的頂部。接近的手指會引入一個額外電容，使電場扭曲。該設計的主要缺點是一次只能檢測一個觸摸，盡管該模式相對經(jīng)濟有效，但實際上只適合屏幕后面空間有限的設備。

但是，互電容感測方法（指任何兩個帶電物體之間存在的電容）可以實現(xiàn)同時多個觸摸的檢測，這對采用大尺寸顯示屏的復雜設備非常理想。在手指觸摸期間，兩個物體間的互電容減?。河|摸控制器可檢測到互電容的減小，從而識別手指的觸碰。很重要的是，每個交叉點都有獨一無二的互電容并可獨立跟蹤。

對于互電容觸控板，手指的觸碰會造成電容減小。相反，在自電容觸控板上，手指帶來的額外電容會增加傳感器所測量的總電容。

觸控屏幕

多個電容觸控板可組合形成一個觸控屏幕（或觸控面板），可檢測一個或多個手指在一個玻璃面板上的位置。這些觸控屏幕廣泛用于手機、平板電腦、空間有限的高端可穿戴設備等，并可分成三個主要類別：PCB、電容式、單層ITO觸控面板。

PCB觸控面板 – 低成本、低功耗，但制造難度大

印刷電路板（PCB）觸控面板，基本上是緊挨著顯示屏放置的兩個或更多PCB自電容觸控板。它是創(chuàng)建原型設計和沒有空間限制的商業(yè)設備的理想選擇，因為它采用標準PCB制造工藝，該制造工藝已經(jīng)非常廣泛，而且成本低廉。

在設計觸控按鈕來形成PCB觸控面板時，尺寸通常是需要考慮的重要參數(shù)。但是也應當考慮形狀和間距（觸控板之間的間隙），確保將誤檢測率降到最低。

電容式觸控面板 – 比其它方案功能更豐富，但使用案例較少

另一方面，電容式觸控面板有兩個垂直堆疊的氧化銦錫（ITO，一種高導電材料）導電層，一個是列導電層，一個是行導電層。該設計的主要特點是每個交叉點都有其獨一無二的互電容，并可通過觸摸控制器獨立進行跟蹤。

電容式觸控面板是許多應用的理想選擇，因為它們提供多點觸控，并且可以輕松進行配置，以支持兩個或更多觸控板，另外它們的超薄模塊設計，使其適合更大的屏幕尺寸。

但這些設計也有它們的缺點，其導電層所需的兩層ITO成本非常高。此外，電容式觸控面板還非常耗電，其高睡眠電流使得控制器需要消耗大量電能，使其不適用于小型可穿戴設備。

單層ITO觸控面板 – 低成本、低功耗、且易于制造

另一方面， 單層ITO觸控面板方案以更低的成本提供了電容式觸控屏幕的許多優(yōu)點。主要差別在于其觸控板的數(shù)量是預定義的，不能像在電容式觸控面板中那樣動態(tài)改變。這種預定義性質(zhì)在尺寸和控制器計算資源方面帶來了許多優(yōu)勢。從制造角度看，這種方案非常類似于電容式觸控面板，不同的是，它只用了一層ITO。

工程師需要權衡所有這些設計的利弊，以確定哪種方案最適合其應用。電容式觸控解決方案總體上能夠使大多數(shù)設備的設計和功能流線化，但在根據(jù)既定用途來確定最聰明和最安全的實現(xiàn)方法時，對尺寸和功耗等因素的考慮也非常重要。