电容触摸的基本知识与原理
触摸按键现在的应用已经非常普遍了，今天给兄弟们简单介绍下电容触摸的入门知识。1 概述
电容式触摸感应，是一种通过电容的变化来检测手指接近或触及触摸表面的技术。通过电容式感应， 机械开关和旋钮可替换为外观雅致的按钮、 滑条和滚轮,以解决：1. 长时间使用后磨损和可靠性降低
2. 前面板与按键之间存在缝隙，容易被水分渗透，而引起不良
3. 需施加力度才能触发
4. 前面板开孔会一定程度上增加成本
电容触摸技术支持按键，接近感应，滚轮，滑条，触摸面板5种传感器类型，支持多种覆盖材料。具有功耗低，感应技术强大稳定，抗噪能力强，支持防水功能的特点。2 基本原理
常见的电容触摸传感器如图2-1所示，一般以PCB上的覆铜作为电极。结构上，顶层会覆盖非导电性的防护层，如玻璃或塑料，利用胶水和PCB粘连。另外传感器周围会覆有网格地。
基于所检测电容的类型，电容触摸可分为自感型电容检测（检测单电极和地之间的电容值），互感型电容检测（检测双电极之间的电容值）。
以最简单的单按键为例，自感型电容的检测示意图如图 2-2 所示，检测模型如图 2-3 所示。自感型电容利用覆铜形成的单电极（接收电极Rx），来检测电极对地的电容变化。按键对地的初始电容为Cp，当人手触摸时，会给整个环路引入 Ct，Ch 与 Cg，从而使按键的对地电容增大。
说明：实线表示实际走线，虚线表示非实际走线。灰色元器件表示等效电容或电阻。
Cg: 电源地与大地之间的电容。对于电池应用，大约为 1pF。对于接地应用为短路。Ct: 电级与人指尖形成的电容，类似于平板电容器结构。为便于分析，忽略 Rh，Rs 的影响。按键对地的等效电容如公式 1-1 所示。灵敏度可以表征为触摸产生的电容变化与基础电容之间的比，如公式 1-1 所示。其中由于 Ch 较于 Cg 和 Ct 较大，因此可忽略。在地平面较稀时，𝐶𝑑较小，因此𝐶𝑔 + 𝐶𝑑可约等于𝐶𝑔。
εr: 覆盖层的介电常数。
由公式 1-2 和 1-3 可知，提高灵敏度的方法有：1）减小盖板的厚度，提高盖板的𝜀𝑟，从而提高𝐶𝑡；
2）减小网格地的密度，或增加 PCB 的厚度，从而降低𝐶𝑝；
3）由于𝐶𝑡与𝐶𝑔数量级相同，合理的将电源地与大地相连从而增加𝐶𝑔；
4）合理的增大电极的面积，通过提高手指与传感器垫片覆盖层的接触面积 A 来提高 Ct。要注意，无法通过无限增大电极的方式来增加灵敏度。主要因为平行板电容 Ct 的最大有效面积与手指触摸面积相同，另外过大的电极面积无法增加触摸信号强度，反而会增加𝐶𝑝，导致灵敏度降低。
如图 2-4 所示，互感型电容利用覆铜形成的双电极（接收电极 Rx，发送电极 Tx）来检测两电极之间电容的变化。互感型电容检测的最大特点是可以忽略按键对电源地的寄生电容 Cp 的影响。以最简单的单按键为例，互感型电容的检测模型如图 2-5 所示。当人手触摸时，CRT 变成两个 2CRT，同时引入 CRTt，Ct，Ch 与 Cg。最终使双电极间的电容减小。说明：实线表示实际走线，虚线表示非实际走线。灰色元器件表示等效电容或电阻。
CRTt: 手指触摸引入的Rx和Tx电极之间的并联电容。
CRT: Rx和Tx电极之间的电容，当人手触摸时，等效分为两个容值2CRT的电容。Tx 与 Rx 之间的等效电容如公式1-4所示。灵敏度可以表征为触摸产生的电容变化与基础电容之间的比，如公式 1-5 所示。对于互感触摸，提高灵敏度的主要方式为：
2）增大 Tx 和 Rx 之间的间距。要注意虽然增大 Tx 和 Rx 之间的间距能够减小𝐶𝑅𝑇，提高检测距离，变相地提高灵敏度，但如果手指无法同时覆盖 Tx与 Rx，灵敏度反而会减小。
一般来说，对于自感与互感型电容检测，手指触摸产生的电容变化均在 1pF 左右。但自感的 base 电容（触摸前的电容值）一般会高于互感的 base 电容。因此相对来说互感的灵敏度更高，但也更易受噪声的影响。从应用的角度来看，自感型方案由于结构简单使用的更广，而互感型方案更多的用于矩阵按键，以使支持的按键数远超过电容触摸的 IO 口数（自感型按键数）。两种方案之间的比较如表 2-1 所示。注：文章来源TI官网，链接如下：
https://www.ti.com.cn/cn/lit/ml/zhcaaa9/zhcaaa9.pdf?ts=1717036459456
