PDF《如何在平面上快速建置电容式感测器原型？》

A Designer'

s Guide to Rapid Prototyping of Capacitive Sensors on any Surface 如何在平面上快速建置电容式感测器原型? 赛普拉斯半导体 资深应用工程师 By (Mark Lee, Senior Application Engineer, Cypress Semiconductor Corp.

) Executive Summary This article will discuss how to replace the mechanical buttons on a product with a smooth and sleek touch- sensitive surface. It will present the concept of prototyping capacitive sensors on any nonconductive surface using silver-ink pens and copper tape. Topics included are capacitive sensor basics, silver-ink and copper tape, and construction technique. Measured results are presented for sensors applied to the back side of a simple acrylic sheet. 电容式感测技术(capacitive sensing)能让 MP3 播放器或手机的使用方式显得 更酷炫.由於触控感测器隐藏在表面之下,因此之前充满机械式按钮的表面,现在 看起来既清爽又整齐;

而且手指无需费力就可以轻使用以往需由机械式按钮来控 制的产品功能.为了让大家了解这项新技术所带来的优势,本文提供一个设计指 南,让设计业者知道如何在任何一种非导体的表面上,迅速建构电容式感测器原 型. PCB 与软板(Flex Circuit)的替代方案 想像您有一个很棒的产品点子,其中含有一个塑胶射出成形的外壳或玻璃面 板,而您想要了解用隐藏於表面之下的电容式感测器,来取代机械式按钮的可行 性.建置电容式感测系统的第一步就是在非导体表面上排列一套导体(注1).传统 建置电容式感测器的方式是用 PCB 或软板,这方式不但耗时,而且也可能无法符 合您为原型开发所编列的预算.然而,要如何才能避免传统原型制作方式所需耗费 的时间与成本,且又能开放设计程序,容许设计后期的调整呢? 银质油墨笔与铜箔胶带皆可作为电容式感测原型的解决方案,因为两者都不 贵,亦可快速制作.如图

1 的剖面图所示,电容式感测的构想是用手当触发物直接 靠近非导体的覆盖层(overlay)材料上.在原型设计时,微控制器与感测片之间用 跳线连接,以取代传统 PCB 导线. 图1. 电容式感测器原型技术之剖面图. 手指 空气 塑胶覆盖层 银质油墨或铜箔胶带 连结至控制器 将感测器贴在压克力板上 为了展示此技术,此处示的两个电容式感测器都贴在一片 3mm 厚的压克力 板上,其中一个用铜箔胶带,另一个则是用银质油墨(如图

2 与3所示).只要花几 分钟的时间就可以用手将这些导体材料黏著於压克力板的背面. 图2. 两个电容式感测器贴在一片 3mm 厚的压克力板上,左边的感测器为银质油 墨制成,右边的则是铜箔胶带. 图3. 铜箔胶带结构的放大照.外圈为接地,中间的方块则是感测片,并以跳线连 接至 PSoC. 整个制作程序约一个小时,大多数的时间是花在焊接与控制 IC 的连结.控制 IC 是以面朝下的方式黏著於压克力板上.黏在压克力板边缘的连接头则是用来连 结PSoC,以进行程式编程,及资料纪录与主机端 PC 的序列连结. 银质油墨笔 银质「油墨」笔常用来修补电路,例如修补窗户除雾器中断掉的加热线.高导 电性的银分子会悬浮在压克力环氧系统中,变乾之后则形成有弹性的导线.它与许 多表层介面的结合性良好,包括玻璃与压克力.不同制造商会生产不同型号的笔, 此处所用的是由 Chemtronics 生产的 CircuitWorks Micro Tip 笔. 感测器导电的部分可以用银质油墨笔直接画在表面上,等待一至两个钟头变乾 后就可以用来作为感测器.本示中的油墨是放在室温下一整夜晾乾.该笔的使用 说明也提到乾掉的油墨可用低温烙铁焊接.但根暗氖褂镁,我们决定在跳 线黏接感测片的部分以涂抹较多油墨的方式黏接,等油墨变乾时,跳线也一并黏接 在感测片上.虽然导体样式可完全以徒手画出,但在图