在目前市場上可提供的pcb(印刷電路板)基材中，fr4是最常用的一種。fr4是一種玻璃纖維增強型環氧樹脂層壓板，pcb可以是單層或多層。
在觸控模組的尺寸受限的情況下，使用單層pcb不是總能行得通的，通常使用四層或兩層pcb。在本文中，我們將以最常用的兩層pcb為例來介紹pcb布局，意在為s-touchtm電容觸控感應設計所用的各種pcb (如fr4、柔性pcb或ito面板)的結構和布局提供設計布局指導。
pcb設計與布局
在結構為兩層的pcb中，s-touchtm觸控控制器和其他部件被布設在pcb的底層，感測器電極被布設在pcb的頂層。
圖1 基於兩層板的電容式觸控模組的結構
每個感測器通道所需的調諧匹配電容器可以直接布設在該感測器電極的底層。需要指出的是，s-touchtm觸控控制器布設在底層，應該保證其對應的頂層沒有布設有任何感測器電極。頂層和底層的空白區域可填充網狀接地銅箔。
圖2.1 兩層pcb板的頂層
圖2.2 兩層pcb板的底層
設計規則
第 1 層 ( 頂層 )
● 感測器電極位於pcb的頂層(pcb的上端與覆層板固定在一起)。為提高靈敏度，建議使用尺寸為10 x 10 公釐的感應電極。可以使用更小尺寸的感應電極，但會降低靈敏度。
同時，建議感應電極的尺寸不超過15 x 15公釐。如果感應電極超過這一尺寸，不但會降低靈敏度，而且會增加對雜訊的易感性。
● 空白區域可填充接地銅箔(跡線寬度為6密耳，網格尺寸為30密耳)。
● 頂層可用來布設普通訊號跡線(不包括感測器訊號跡線)。應當盡可能多地把感測器訊號跡線布設在底層。
● 感應電極與接地銅箔的間距至少應為0.75公釐。
第2層(底層)
● s-touchtm控制器和其它無源部件應該設計布局在底層。
● 感測器訊號跡線將被布設在底層。 不要把乙個通道的感測器訊號跡線布設在其他感測通道的感應電極的下面。
圖3 觸控極板下的感測器訊號跡線走線方式
● 空白區域可填充接地銅箔 (跡線寬度為6 密耳，網格尺寸為30密耳)。
● 感測器訊號跡線與接地銅箔的間距應當至少是感測器訊號跡線寬度的兩倍。
● 為降低串擾，應當盡可能地增大兩個感應電極/感應訊號跡線之間的距離。在可能的情況下，在兩個感應電極/感應訊號跡線之間加入接地銅箔。
● 感測器訊號跡線的長度並不需要完全等長。因為使用匹配調諧電容，完全可以使兩條通道之間的輸入電容達到平衡。然而，在pcb空間允許的情況下，最好使用長度相等的感測器訊號跡線(感測器電極的尺寸也是統一的)。
這樣一來，為了把所有感測通道的感測器容抗值調整至控制器感應的動態範圍以內，只需設定乙個標準參考電容即可，簡化了設計難度。
● 任何時鐘、資料或週期訊號跡線都不應該與感測器的訊號跡線相鄰平行布設。這些訊號線應當盡可能地與感測器的訊號跡線垂直，或者布設在pcb的其他區域。
● 如果時鐘、資料或任何週期訊號跡線確實需要與感測器的訊號跡線平行布設，它們應當被布設在不同的層並且不能重疊，而且應當盡可能地縮短訊號跡線平行部分的長度。
圖4 感測器訊號跡線和週期訊號跡線相鄰時平行布設
接地銅箔
在前面對兩層fr4 pcb的介紹中，接地銅箔被用來填充pcb的空白截面區域。接地銅箔能夠幫助觸控模組遮蔽外部雜訊源，還能夠穩定感測器線路的固有電容。
然而，使用接地銅箔時需要事先注意幾個問題。這是因為接地銅箔會增加感測器的固有電容，還會增加由於水滴導致的錯誤檢測的可能性。
接地銅箔設計指南：
● 建議使用網狀的接地銅箔，而非實心的接地銅箔。建議使用20%的網狀接地銅箔(跡線寬度為6密耳，網格尺寸為30密耳)。接地銅箔的角度應當設定為45°。
● 感測器到接地銅箔的間隔應當至少為0.5 公釐，建議使用0.75公釐。
● 感測器訊號跡線到接地銅箔的間隙應當至少是跡線寬度的兩倍。
● 對於四層pcb來說，如果布設在第三層的感測器訊號跡線大於10厘公尺，為了把長跡線的電容負載降至最低，建議不要在底層布設接地銅箔。
● 如果對覆層板使用部分導電材料，建議不要在頂層布設接地銅箔。
● 如果電容感應系統需要在潮濕環境中工作，建議不要在頂層布設接地銅箔。
感測器基本功能描述與指南
電容感測器電極是指一種用來測量手指電容的導電極板。它被連線至s-touchtm控制器的感應通道的輸入端。感測器電極可以被製作成各種幾何形狀和尺寸，以便具有不同的功能和應用。
觸控按鍵
觸控按鍵的基本功能是檢測是否有手指在觸按。 s-touchtm控制器可測量觸控按鍵感應電極的電容。如果手指比較靠近觸控按鍵，當所測量的電容變化超過預先設定的閥值，就會檢測到手指觸控的發生。
圖5 觸控按鍵形狀
觸控按鍵可以被設計成各種形狀，例如方形、圓形、三角形或其他形狀。如果限定了pcb的尺寸，所設計的按鈕形狀應當最大化地利用空間，以便提供最佳的靈敏度。
對於覆蓋有2-3公釐的丙稀酸塑料層外殼的應用，建議使用最小尺寸為10 x 10公釐的正方形感測電極。建議最大尺寸不要超過15 x 15公釐。如果超過該尺寸，不僅無法提高靈敏度，而且還會加劇雜訊易感性。
觸控滑動條
觸控滑動條的基本功能是用來檢測手指在一維方向上的滑動位置。
觸控滑動條的典型應用之一是進行音量控制。可以使用兩種方法來實現觸控滑動條：觸控狀態滑動條和比例計量滑動條。
把方形觸控按鍵按順序緊密排列在一起，即可以設計成觸控狀態滑動條。
圖6 觸控狀態滑動條的實現
當檢測到某感測通道處於開啟狀態時，就能確定手指在觸控滑動條上的位置。在上例中，使用了5個感測通到來檢測9個位置。如果s1 和s2 通道同時處於開啟狀態，就意味著手指的位置位於位置2。
對於覆蓋有2-3公釐的丙稀酸塑料層外殼的應用，建議使用最小尺寸為10 x 10公釐的感測電極。滑動條感測器之間的間隙值建議為0.75公釐。
兩個相鄰感測電極之間的間隙不要超過1公釐。這是為了確保當手指正好位於間隙內時，兩個感測器通道能夠同時開啟。
觸控狀態滑動條的優點是設計簡單，在雜訊環境下具有較高的穩定性。然而，如果需要數量較多的位置，該方法則會因為需要過多感測器通道而無法實施。
另一種方法是使用比例計量滑動條。該方法不是通過檢測每個感測通道上的觸控狀態來實現，而是根據每個感測器通道所測得的確切電容變化來確定手指的位置。當測得每個感測通道的確切電容變化後，通過進行比例計算來確定手指的確切位置。
圖7 比例計量滑動條的實現
上述位置中的手指觸控會導致三個感測通道電極的電容增加。由於手指覆蓋面積的不同，每個感測器所增加的電容值也不相同。然後，對感測器的原始電容資料進行處理，就可以獲得手指在滑動條上的絕對位置。
觸控旋轉器
同滑動條一樣，觸控旋轉器也是基於觸控狀態和比例計量方法實現的。
應用觸控狀態方法的旋轉器通過檢查每個感測通道的狀態來確定手指的位置。應用比例計量方法的旋轉器，通過測量由於手指觸控而導致的各個感測通道增加的確切電容來確定手指的位置。手指在旋轉器上滾動時，會導致幾個感測通道的電容增大。
然後，通過計算這些感測通道所增加的電容值，可以計算得出手指觸控的確切位置。
圖8 觸控狀態和比例計量觸控旋轉器的實現
觸控旋轉器對於手指觸控檢測的穩定性取決於要求的解析度和感測通道的數量。對於高解析度的觸控旋轉器來說，可能需要使用更多的感測通道，而不一定像圖8中所示的那樣僅使用了三個感測通道。
其他考慮因素
按照這些基本的設計指引進行pcb設計和布局，能夠使電容感應應用更加可靠。在pcb設計中，還要考慮其他的重要因素，包括：
● pcb上無浮板/極板。pcb 的空白區域可填充接地銅箔或留空。
● pcb應當設計成所需要的參考電容值小於20 pf (該參考電容值是在硬體調整期間確定的)，並且各個通道的固有電容應小於10pf。如果大於此值，則需要修改某些基本布局，如降低接地銅箔的密度，擴大感應輸入跡線/電極到接地銅箔的間距，縮小感測器訊號跡線的寬度，甚至去除接地銅箔。如果感應輸入電容的最大值超過10 pf，則需要使用調諧電容進行匹配設定。
● 盡可能地把各個感應通道之間的固有電容的差別控制在10 pf以內(可在硬體調整期間測定這一差別)。如果超過10 pf，需要降低跡線長度和感測器電極尺寸的失配，來進行重新布局以便把差別降至最低。
● 在i2c sda和scl線路中安裝串聯電阻器，以便過濾連線主機板和觸控模組的線束所引起的雜訊干擾，或來自可能導致i2c訊號失真的電源雜訊的干擾。
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