彭洋
TCL空调器（中山）有限公司 广东中山 528427
摘 要：讨论以电阻、电容、触摸芯片、弹簧按键组成的电容式触摸电路。首先分析电路工作原理，然后给出各器件的参数计算选择，最后结合案例分析，对相关技术要求和实际使用中的有关问题进行了阐述。此电路满足家用空调触摸电路的绝大部分功能需求，硬件电路简单，生产成本低，方案成熟，已被行业内多家厂商采纳。
关键字：触摸芯片、寄生电容、电源纹波、按键失效。
Analysis of touch insensitivity of vertical air conditioner
Abstract: The capacitive touch circuit composed of resistance, capacitance, touch chip and spring button is discussed. Firstly, the working principle of the circuit is analyzed, and then the parameter calculation and selection of each device are given. Finally, combined with case analysis, the relevant technical requirements and practical problems are described. This circuit meets most of the functional requirements of the touch circuit of household air conditioner. The hardware circuit is simple, the production cost is low, and the scheme is mature. It has been adopted by many manufacturers in the industry.
Key words: touch chip, parasitic capacitance, power ripple, key failure
1引言
本文介绍了电容式触摸电路的设计原理，各器件的参数计算选择，并结合实际应用，针对弹簧按键触摸不灵敏的原因进行分析。
2术语和定义
利用克希荷夫电流定理，检测电极中等效电容的电荷。当人或者导电体接触到电极，会有大量的电荷转移，芯片通过检测电荷变化，完成检测是否有人触摸。
3 电路原理
3.1 ANGS08触摸电路设计与说明
3.1.1电路原理图
3.1.2 电路原理说明
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? Cp为寄生电容；
?手指触摸时寄生电容变化：Ctotal=Cs+Cp+△Cf (Cf为手指触摸产生的电容)；
?检测寄生电容的变化量，确认手指触摸的位置；
KEY_SCL和KEY_SDA为芯片I2C通信端口；
KEY_INT为触摸中端口，当有触摸信号信息时，ANGS08向控制芯片发中端信号，控制芯片才对触摸信号进行处理，无触摸中断信号时，控制芯片不对触摸信号作处理，有利于降低系统功耗；
KEY1-KEY6为触摸按键，ANGS08为触摸信号处理芯片，当手触摸到KEY按键时，导致寄生电容增加，通过，ANGS08芯片把寄生电容产生的模拟信号转换为数字信号，再通过I2C通信传递给控制芯片进行处理为相对应动作响应。
3.1.3 各元件的作用和选型
在电路中，KEY1-KEY6是按键传输介质，可使用如导电海面、弹簧、ITO膜、PCB等 ；
R6、R7、R8、R9、R10、R17、R114为匹配限流电阻，使用220Ω，建议使用0603或0805贴片封装；
C31-C36、C43为触摸按键比较电容，用来调整按键的灵敏度。在其他条件不变的情况下，容值越大，灵敏度越低；容值越小，灵敏度越高。根据按键的灵敏度实际情况，在5pF~15pF之间调整，选C0G系列5％精度，滑条应用选用5pF,建议使用0603或0805贴片封装；
KEY_INT上来电阻R1采用10K电阻，保证信号可靠输出，建议使用0603或0805贴片封装；
KEY_SDA和KEY_SCL信号增加RC滤波电路，滤除干扰信号，防止误动作，R13、R14电阻选用1000Ω，C39、C40电容选用100pF/50V，建议使用0603或0805贴片封装。
3.1.4设计注意事项
KEY_SDA和KEY_SCL信号的RC滤波电路中，R13、R14电阻和C39、C40电容不宜过大，以免信号波形畸变。
触摸按键比较电容，根据按键的灵敏度实际情况，来调节容值。
3.2 赛普拉斯CY8C22545触摸电路设计与说明
3.2.1电路原理图
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3.2.2各元件的作用和选型
IC210为触摸芯片，选用CYPRESS芯片 CY8C22545型号；
R253～R281为限流电阻，选用560Ω-0805-±5%；
C20、C21为芯片充放电电容，选用4.7nF -0805-±10%；
C22、C23为芯片电源部分滤波电容，分别选用0.1uF -0805-±10%、0.01uF -0805-±10%。
3.2.3电路原理说明
由于电路本身有寄生电容，当人手指接触ITO膜表面时，寄生电容容量会增加；
触摸芯片IC210通过检测RC频率的变化量检测手指的位置；
其中C20,C21为芯片内部工作充放电用的电容；
R253～R281 为RC振荡用的电阻；
K0～K21, S1～S8为ITO膜的按键；
SCL1,SDA1为和主控制芯片的I2C通信。
4T柜机语音播报时出现按键失效问题案例分析
4.1 背景
T柜机刚刚上电时， WIFI、语音负载和雷达负载全部复位，在第一次语音播报时出现了按键失效的现象。
4.2 原因分析
4.2.1数据分析（波形测试）
测试发现，语言播报时候电压VDD 纹波比较大，约250mV；而触摸芯片为模拟芯片，上电前几秒也为芯片环境采样时间，当纹波较大时，影响芯片环境采样速度。
查看触摸芯片VDD (5V)和GND的PCB走线发现，5V和地和显示板中WIFI、语音模块连接在一起，产生了串扰，故测试VDD纹波较大。
4.2.2分析结果
（1）电源方面
与触摸芯片厂家共同讨论，得出以下解决方案：
A、触摸芯片的VDD 和GND 共端点,也就是在输入口共点,不要经过其他负载再去触摸芯片，保证触摸芯片的5V和地单独供电，减少其他负载对触摸芯片的影响。
B、供电线过长,尽量加粗触摸芯片的VCC GND供电线，减少阻抗。
更改前触摸芯电源PCB走线。
（2）触摸输入方面
A、触摸输入为模拟信号，线尽量短,减少干扰。
B、PCB板触摸芯片处大面积铺地,且铺网格地,减小电流环路。
C、输入线互相之间尽量隔开,中间有底线隔开更好,减少互相干扰。
4.3 分析结果
4.3.1 整改措施
按照以上两点更改PCB走线：
A、增加7805，触摸芯片5V和GND单独中7805中取。
B、优化铺地和触摸芯片输出端走线，减少串扰。
（3）整改结果验证
更改后触摸5V纹波仅仅为21mV，波形平滑，干扰较小。
经过以上更改之后，已解决在上电时，满负载在语音播报时，出现按键失效的问题。
5 T柜机脉冲群测试中双温键失效案例分析
5.1 背景
整机打脉冲群时，双温按键失效。
5.2 原因分析
5.2.1 脉冲群干扰介绍
EFT 本身是群脉冲干扰测试，对触摸芯片的电源输入，以及通信都会造成2KV-4KV的脉冲干扰。
5.2.2 分析结果
测试中每次都出现在固定的第5通道（双温键），出现按键失效，示波器测试发现CS5端口没有波形，说明端口关闭。
与触摸芯片厂家探讨后得出，端口关闭与内部数据被改动有关，由于每次都是CS5被关闭，此触摸芯片的IIC通信逻辑为：发送地址，发送寄存器地址，发送读取命令，然后读取10数据。这个读取寄存器地址就是0x10。在发送地址时，EFT的干扰造成内部错误的把地址10，当成了数据发送了过去。而0是开通道，1是关闭通道，所以经常出现CS5（bit5）这个通道关闭。相当于芯片接收了错误的数据，导致触摸不灵敏。
后面厂家建议通过更改软件对59H的寄存器写入0x01 ，即对内部寄存器进行锁定，不能通过IIC关闭里面的数据，只能读取。
测试后按键失效问题不再复现。
5.3 解决方案
对59H的寄存器写入0x01，对内部寄存器进行锁定，脉冲群实验时不会再出现按键失效问题。
6 结束语
本文介绍了电容式触摸按键电路的设计原理，及重要器件选型。经过大量批产表明，该电路运行稳定，抗干扰能力强，成本低，基本功能齐全，无论在家用空调还是在商用空调中都可以使用，前景十分良好。
（1）结论：A、触摸芯片的VDD 和GND 共端点,也就是在输入口共点,不要经过其他负载再去触摸芯片，保证触摸芯片的5V和地单独供电，减少其他负载对触摸芯片的影响。
B、触摸输入为模拟信号，线尽量短,减少干扰。
C、对内部寄存器进行锁定，不能通过IIC关闭里面的数据，只能读取，减少误光通道。
参考文献：
[1] 曹文，电子设计基础[M].北京：机械工业出版社，2012.
[2]（美）Paul Scherz.实用电子元器件与电路基础（第3板）[M].北京:电子工业出版社，2014.
通信作者简介：彭洋，男，1985年10月生，毕业于景德镇陶瓷学院自动化专业，现任TCL空调器（中山）有限公司，主要从事家用空调电控设计研究，电子邮箱406687713@qq.com。