首页实战案例查看内容

电容感应式 - 触摸按键- 触摸芯片 - 辐射干扰解决方案

摘要:  拥有电容感应式触摸按键设备会发出可导致电磁兼容性(EMC)问题的辐射,可使用下列方法来降低辐射干扰。 接地层:通常情况下,在 PCB 板上正确放置接地层会降低 RF 辐射和干扰。但是,接近电容触摸传感器或用于将 ...

 

CT
• 可近似为平行板电容器,包括触摸传感器电极和用户指尖,由覆盖材料形式的电介质(不导电的物质,如空气、玻璃、云母片、胶木等)隔开。
• 用户的指尖放在固体表面上可以近似为直径在 5-10 毫米之间的圆盘。 8 毫米估计为典型用户的指尖直径。
• 较小的传感器或较厚的外壳会降低触摸电容值。

Ch
• 人体模型电容
• 人体相对于地球的自电容
• 成人为 100 pF 至 200 pF,具体取决于体质

Cg
• 应用直流接地与大地之间的耦合电容
• 取决于应用类型和电源系统
• 范围从小型电池供电设备中的 ~1 pF 到无限电容(短路)。
其中 DC地线直接接地在串联电容器中,主要效应是最小电容器的效应。

拥有电容感应式触摸按键设备会发出可导致电磁兼容性(EMC)问题的辐射,可使用下列方法来降低辐射干扰。

接地层:通常情况下,在 PCB 板上正确放置接地层会降低 RF 辐射和干扰。但是,接近电容触摸传感器或用于将这些传感器连接至芯片引脚的走线的实心接地层会增大传感器的寄生电容。因此,推荐在传感器周围以及传感器下方的 PCB 板底层上使用网格接地层,如 PCB 布局指南中接地层部分所介绍的内容。在器件下方和 PBC 板上远离电容触摸传感器和走线的其他电路部分应使用实心接地层。不建议在电容触摸传感器或走线 1 cm的范围内使用实心接地层。

触摸引脚上串联电阻:每个电容触摸控制器引脚都有一些与之关联的寄生电容 CP。如下图所示,添加一个外部电阻可构成低通 RC 滤波器,从而减少耦合到引脚的 RF 噪声振幅。该电阻和电容触摸传感器的寄生电容组合时,可构成能够明显降低 RF 辐射的低通滤波器。


应将串联电阻置于靠近触摸芯片器件引脚的地方,以便能够在器件的输入端过滤掉走线所引起的辐射噪声。因此,推荐在距离引脚 10mm 的范围内放置串联电阻,对于PCB上使用铜板的电容触摸设计,推荐电容触摸输入线路的串联电阻值为 1KΩ,如果串联电阻值大于 1KΩ,开关电路的较低时间常量可抑制辐射和其干扰,但会限制可传输的电荷量。这样会降低信号等级,进而降低信噪比。小的电阻值对于信噪比比较好,但在阻止射频方面却不太有效。

数字通信线路上的串联电阻:通信线路,如 I2C 和 SPI,同样能受益于串联电阻,并且推荐通信线路采用 330Ω的串联电阻。通信线路的走线一般较长,它们同电容触摸传感器走线一样以天线的形式发射干扰。推荐在 I2C通信线路上采用一个大小为 4.7k 的上拉电阻。

PI 滤波器 :IEC61000‑4‑6 中最常见的电容式触摸电噪声测试,处理电噪声的第一个也是最好的方法是在入口使用滤波


添加软件过滤和去抖动功能:如果过滤器件成本超出您的产品设计预算,或者空间有问题,您可以添加软件过滤和去抖动功能。包括移动平均和无限脉冲响应滤波,其效果如下图所示。


减小走线长度:长走线比短走线获得的噪声更多。长走线同样会增加 Cp 值。所以要尽量缩短走线长度。

电流环路面积:另一个重要的布局注意事项是,尽量缩短电流返回路径,因为电流是在环路中流通的。除非高速信号具有正确的返回路径,否则返回电流会通过一个较长的回路流通,形成一个较宽的环路,这样会增加辐射和干扰。

如果文章对你有帮助,欢迎点击上方按钮打赏作者

评论(4)

  1. Microchip AN2934 - Capacitive-Touch-Sensor-Design-Guide - Pg22 for EMI
    Radiated EmissionsDepending on the application and its environment, the use of a driven shield may cause excessive radio frequencyemissions. This is caused by high-speed switching of large-area electrodes and can lead to products failing to meetthe required RFI standards.High emissions are particularly prevalent not at the switching frequency of the touch sensors but higher frequenciesdependent on the MCU core speed and the I/O pin slew rate.Radiation MitigationThe following describes design techniques that will reduce radiation from the shield.

    • Add or increase the series resistor to the shield electrode:– By increasing the series resistance, the time constant of the RC shield is increased, and the amount ofenergy available at high frequencies is reduced
          Note:  The resistor package has a parasitic capacitance which at RF frequencies may be lower impedance thanthe resistor itself.

    • Reduce the area of the driven shield.– Instead of using a full flood, consider utilizing patches of shield electrodes behind each touch sensor,extending beyond the edge of each sensor. This layout is shown in as below Figure.– Connect the patches at a single physical point and connected to the resistor in a ‘star‘ formation. Thislayout is shown in as below Figure.


    电容感应式 - 触摸按键- 触摸芯片 - 辐射干扰解决方案

    电容感应式 - 触摸按键- 触摸芯片 - 辐射干扰解决方案



    Microchip AN2934 - Capacitive-Touch-Sensor-Design-Guide - Pg22 for EMI.pdf (3.02 MB, 下载次数: 2)

  2. 电容感应式 - 触摸按键提高抗噪能力的常用方法

    有多种方法可以在电容式触摸传感器系统中实现抗噪性。有些与微控制器处理信号本身的方式有关,有些与适当的触摸传感器布局设计有关,有些则是两者的结合。STMicroelectronics 建议采用以下方法:


    • 主动防护罩
    • 扩频
    • 检测阈值
    • 软件过滤器
    • 跳频
    • 通道阻塞
    • 接地阻抗路径

    Improve conducted noise robustness for touch sensing applications on MCUs.pdf (1.06 MB, 下载次数: 2)

  3. 本实用新型公开了一种电容感应式触摸电路,包括人体感应电路,在所述人体感应电路中包含有触摸感应区耦合电容,所述耦合电容连接信号发生电路的振荡信号输出端,根据人体的触摸状态向信号处理电路输出相应的电平信号,进而经所述的信号处理电路进行整流滤波处理后,输出给模拟信号输出电路进行信号放大,并将放大后的电压信号输出给单片机,以对触摸状态进行响应。本实用新型的电容感应式触摸电路采用单片机和分离元件组成新的电路结构,有效降低了控制电路的成本,并且解决了以往集成电路在电压不稳定或遇到高频辐射干扰情况时出现的控制失灵问题以及集成电路初次上电时的误判问题,有效提高了系统工作的可靠性和稳健性。

    实用新型公开了一种电容感应式触摸电路.pdf (571.88 KB, 下载次数: 1)