触控开关芯片优化设计

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：接下来我们以ADA01芯片和ADA01AL芯片为例，讲述其工作性能。ADA01芯片引脚描述。ADA01AL芯片性能参数① 典型工作电压：2.4～5.5V。

触控台灯的原理是内部安装电子触摸式IC，与台灯触摸处电极片形成控制电路。当人体碰触到感应电极片时，触摸信号由脉动直流电产生脉冲信号并传送至触摸感应端，接着触摸感应端发出触发脉冲信号，由此可控制开灯；若再触摸一次，触摸信号会再由脉动直流电产生脉冲信号传送至触摸感应端，此时触摸感应端停止发出触发脉冲信号。当交流电过零时，灯自然熄灭，主要完成此功能的是其内部的控制芯片，接下来我们以ADA01芯片和ADA01AL芯片为例，讲述其性能特点。

1.ADA01芯片性能

ADA01芯片是一款单通道触摸感应IC，具有独特的电容感应式触摸算法，OUTO智能信号输出（ON/OFF），OUT1、OUT2可直接驱动LED作为背景光显示，广泛用于ON/OFF开关控制类电子产品。其特点和优势如下：

1）可在有介质（如玻璃、亚克力、塑料、陶瓷等）隔离保护的情况下实现触摸功能，安全性高。

2）应用电路简单，外围器件少，加工方便，成本低。

3）抗电源干扰及手机干扰特性好。EFT可以达到4kV以上；在近距离、多角度手机干扰情况下，触摸响应灵敏度及可靠性不受影响。

4）应用范围：台灯、节能灯、墙壁开关、机箱电源开关，以及其他开关信号控制的应用中，如安防设备、智能家居控制、智能控制面板等。

接下来我们以ADA01芯片和ADA01AL芯片为例，讲述其工作性能。

（1）ADA01芯片性能参数

ADA01芯片是一款常用的IC，其工作性能参数如下：

① 典型工作电压：2.4～5.5V。

② 工作频率：DC 20MHz。

③ 触发传感器：1通道。

④ 内置上电复位（POR）。

⑤ 内置低电压复位（LVR）。

⑥ 采用低功耗的CMOS技术。

（2）ADA01芯片标准封装（DIP8封装）

DIP8封装，如图8-2所示。

（3）ADA01芯片引脚描述（见表8-1）。

图8-2 DIP8封装

表8-1 ADA01芯片引脚释义

（续）

（4）ADA01芯片电气特性（见表8-2）

表8-2 ADA01芯片的电气特性

（5）应用电路

应用电路分别如图8-3、图8-4和图8-5所示。

图8-3 典型应用电路

图8-4 带双色背景光的应用方案

OUTPUT0是控制信号的输出端，可以根据客户的需求，在出厂前做特殊要求的设置和修改。

当介质材料及厚度等差异较大时，可通过调整VCI与GND之间的采样电容来调节触摸灵敏度。电容值越大，灵敏度越高；电容值越小，灵敏度越低。不同的介质类型和介质厚度情况下对应的采样电容见表8-3。

表8-3 不同介质类型和介质厚度情况对应的采样电容

（6）触摸按键对应IC考虑因素

按键（触摸电极）的外形决定了硬件电路中触摸电极（TOUCHPAD）的位置，但并不决定相应触摸按键的形状和大小，两者的触摸面积可以不相等。触摸按键类似于PCB中的焊盘，其中铜箔的电气特性会更好些，在设计使用时，要考虑以下几个方面。

① 按键的形状：可以是圆、椭圆、正方形或长方形等几何形状（根据实际经验，在触摸面积比较大的情况下，圆形和正方形的特性最好）。

② 按键的大小：面积不宜太小，尽量不小于手指尖直径，否则实际操作不方便（根据实际经验，一个手指头能全部覆盖的面积不会超过15～20mm）。

③ 按键的间距：间距不宜太窄，建议相邻触摸点之间的边缘间距应在2mm以上。

④ 触摸电极（TOUCHPAD）：

图8-5 节能灯的触摸开关应用方案

a.0.5～2mm的触摸介质，触摸电极的直径为3～20mm（可根据面板的尺寸选择合适的尺寸）；

b.2～5mm的触摸介质，触摸电极的直径为5～20mm；

c.5～10mm的触摸介质，触摸电极的直径为12～25mm。

（7）PCB布线对应IC考虑因素

① 触摸电极TOUCHPAD到IC触摸引脚的布线（即触摸输入通路的走线）线宽不要超过0.2mm（理论上，触摸输入通路的布线越细越好）。

② 放置触摸IC的层不需要铺地。

③ 触摸电极TOUCHPAD层可以铺地；但如果触摸介质比较厚（如5mm），则建议两面都不要铺地。

④ 如果有铺地，则地线与触摸电极TOUCHPAD之间的间距要大于0.6mm。

（8）触摸面板考虑因素

① 材质：多点触摸（多个触摸电极）：塑料、玻璃、陶瓷、亚克力、ABS、木片等非金属材料皆可；单点触摸（1个触摸电极）：金属、塑料、玻璃、陶瓷、亚克力、ABS、木片等皆可。

② 介质厚度：有效触摸的面板厚度和触摸按键面积有一定关系。厚度增加很大的情况下，触摸按键的直径也需相应增加，以保证灵敏度不受影响。在触摸按键面积一定的情况下，可以通过调节感应灵敏度，来满足面板厚度的要求。感应灵敏度可以通过软件和外部电路调节。

（9）面板组合考虑因素

一般来说，感应面板使用独立的双层板，所有组件均排在感应面板的一面，感应面板另一面以亚克力胶（如3M HBM系列）将感应面板紧贴在产品面板的内侧。面板内侧最好是平面，若有咬花甚至凹凸面，则最好以非导电材质将它填平再贴上感应面板。

注意：

表面的镀层如果是金属，则表面的电阻阻值必须有20MΩ以上。

2.ADA01AL芯片性能

ADA01AL是单通道电容式触摸感应IC，有独特的电容感应式触摸算法，广泛适用于面板控制为接触式控制的直流LED灯饰控制。其特点和优势如下：

① 可在有介质（如玻璃、亚克力、塑料、陶瓷等）隔离保护的情况下实现触摸功能，安全性高。

② 应用电路简单，外围器件少，加工方便，成本低。

③ 抗电源干扰及手机干扰特性好。EFT可以达到4kV以上；近距离、多角度手机干扰情况下，触摸响应灵敏度及可靠性不受影响。

（1）ADA01AL芯片性能参数

① 典型工作电压：2.4～5.5V。

② 工作频率：DC～20MHz。

③ 触发传感器：1通道。

④ 内置上电复位（POR）。

⑤ 内置低电压复位（LVR）。

⑥ 采用低功耗的CMOS技术。

⑦ 可以通过CS1和CS2来选择IC的工作模式，其详细内容见表8-4。

表8-4 IC的工作模式

注：“1”表示TTL高电平，“0”表示TTL低电平。

a.模式一。初始上电时，灯为关闭状态。

点击触摸（触摸持续时间小于550ms）时，可实现灯光亮灭控制。一次点击触摸，灯亮；再次点击触摸，灯灭。如此循环。灯点亮或关灭时，无亮度缓冲，且灯光点亮的初始亮度固定为全亮度的50%。

长按触摸（触摸持续时间大于550ms）时，可实现灯光无级亮度调节。一次长按触摸，灯光亮度逐渐增加，松开时灯光亮度停在松开时刻对应的亮度，若长按时间超过3s，则灯光亮度达到最大亮度后不再变化；再次长按触摸，灯光亮度逐渐降低，松开时灯光亮度停在松开时刻对应的亮度。若长按时间超过3s，则灯光亮度达到最小亮度后不再变化。如此循环。

点击触摸和长按触摸可以在任何时候随意使用，相互之间不受干扰和限制。

b.模式二。与模式一不同的是，点击触摸开灯时，灯光由一个较低亮度缓慢平滑过渡到开灯初始亮度；再次点击触摸关灯时，灯光由当前亮度缓慢降低直至关灭，从而达到亮度缓慢变化的视角缓冲效果。其他控制方式同模式一。

c.模式三。与模式二不同的是，模式三在模式二的基础上增加了亮度记忆功能，即在AC 220V电源不断电的情况下，每次点击触摸关灯时的亮度会被记忆，下次点击触摸开灯时会以该亮度为初始亮度。在AC 220V掉电的情况下，重新上电后的第一次点击触摸开灯，初始亮度固定为全亮度的50%。

d.模式四。初始上电时，灯为关灭状态，每次点击触摸时按低亮度→中亮度→高亮度→灭的顺序依次循环变化。

（2）ADA01AL芯片标准封装（DIP8封装）

DIP8封装，如图8-6所示。

（3）ADA01AL芯片引脚描述（见表8-5）