中微爱芯16键电容式触摸芯片AiP5916替代汇顶科技HA3516(附触摸按键PCB设计指南)
随着技术的发展，触摸感应技术正日益受到更多关注和应用，电容式触摸按键可以穿透绝缘材料外壳（玻璃、塑料等等），准确无误地侦测到手指的有效触摸，并保证了产品的灵敏度、稳定性、可靠性等不会因环境条件的改变或长期使用而发生变化，并具有防水和抗干扰能力。
与传统的机械按键相比，电容式触摸按键不仅美观时尚，而且寿命长、功耗小、成本低、体积小，持久耐用。只要轻轻触碰，就可以实现对按键的开关控制，量化调节甚至方向控制。现在电容式触摸按键已经广泛应用于遥控器、灯具调光、各类开关以及车载、小家电和家用电器控制界面等应用中。
中微爱芯推出的一款16键电容式触摸芯片aip5916，可替代汇顶科技(goodix)的ha3516。该芯片目前可批量供应，有需要的客户可在国芯思辰官网进行样品申请，或者拨打0755-82565229/0755-82565116询价订购。
概述
aip5916是一款16通道多用途的电容式触摸按键电路，适合多种形式的触摸按键控制。
aip5916内置灵活的、多功能的寄存器，mcu可以通过i2c接口配置aip5916内部寄存器来调整灵敏度、工作模式等参数以适应不同的应用要求。aip5916有16个按键通道，在不作为按键使用时，也可以配置成通用的gpio口。
主要特点
●电容式触摸按键：16通道；
●gpio：16通道（不作为触摸按键使用时）；
●通信接口：i2c通信接口；
●int输出按键中断信号；
●高信噪比（snr) 120 : 1，抗噪性能业界领先；
●高灵敏度：亚克力玻璃面板厚度可达15mm。灵敏度通过寄存器调节，并且每个按键灵敏度可单独调节；
●环境参数自适应：自动适应外界环境变化（比如温湿度变化），保证灵敏度的一致性及稳定性；
●超低功耗；
●工作频率1mhz，典型电流：70μa@5v；
●工作频率500khz，典型电流：43μa@5v；
●工作频率250khz，典型电流：30μa@5v；
●工作频率125khz，典型电流：23μa@5v；
●深度睡眠模式，最大电流：1μa@5v；
●内置ldo：提高抗噪性能，并减少系统成本；
●按键识别模式：单键模式和多键模式；
●工作温度：-40℃~+85℃；
●工作电压：2.2v~5.5v；
●封装：qfn24、ssop24
应用
aip5916可替代传统机械式按钮，广泛应用于电磁炉、微波炉、抽油烟机、冰箱、消毒柜等家电产品。
触摸按键原理
两块导体（极板）中间夹着一块绝缘体（介质）就能构成电容器。对触摸按键而言，pcb板上的金属感应焊盘就是电容的一个极板，而周围的覆铜或手指构成了另一个极板，pcb材料本身或者pcb板上覆盖的介质就是电容中间的绝缘体，因而构成一个电容器。
当没有手指触摸时，只有基准电容cp，当有手指触摸时，“按键”通过手指就形成了电容cf，从而产生电容的变化。电容变化引起芯片内部振荡频率或充放电时间的变化，使芯片内部能够检测到触摸发生，从而产生触发信号。电容的变化率越大，触摸就越容易检测到。
触摸按键pcb设计
触摸按键最关键的应用设计是在pcb的设计上，为了获得稳定且较高的灵敏度，应遵循以下原则：
●pcb基准电容值小
●基准电容稳定抗噪
●尽量获得大的电容变化
1、感应pad形状及尺寸
感应pad可以是任何形状，但还是建议集中在一个正方形或是圆形的长宽比例之内，最大的贴合手指接触面以确保感应效果良好，应避免设计成窄长的形状。感应pad可以用电路板的铜箔来做，也可以采用软性电路板(fpc) ，ito或银漆印刷等导电物质来完成。
感应pad的尺寸与面板厚度有关，以下是矩形尺寸对应的参考表：
上表为感应pad的最小尺寸，如果空间允许，感应pad越大越好。必须注意在感应pad周围不需要围绕地线，如果一定要围绕地线，则地线距离感应pad至少196.85mil（5mm）。
2、布局与走线
电路布局开始前请先设计规划并布局好触摸按键，再去设计布局其他脚位。双面pcb布局时建议pcb的顶层最好只放置触摸按键的感应pad，不要放置其他零件。pcb的底层则放置ic与其他被动元件。建议pad走线在底层，并在pad上过孔。单面板一般建议使用触摸弹簧片，弹簧片的pad引线放在顶层或底层都可以。
pcb板的空间允许的话，ic尽量放在pcb板中间位置，以使ic到各个感应pad的连线尽量等长。感应pad与感应pad之间的距离建议大于5mm(间距越大，相互干扰越小)。感应pad到ic引脚的走线尽量短和细，线宽小于或等于10mil（0.254mm），触摸按键到ic引脚尽量避免走跳线。如果空间允许，可以在信号线两侧距离78.74mil（2mm）加上地线以减少干扰。
感应pad应远离pcb边缘来减少杂讯干扰，且走线最好远离高频信号线，不能与高频信号线平行，必要时请以垂直方式横跨高速信号线。
高频信号与感应信号位于不同层的处理
高频信号与感应信号位于同层的处理
3、铺地
为了使cpx最小化，顶层可以铺实地或者进行网格铺地，而底层进行30%的网格铺地（建议网格线宽0.25mm，网格大小为1mm×1mm）。底层不铺地一定程度能够提高灵敏度，但注意感应pad正下方不能有其他电路板或者金属。
底层感应pad正下方网格铺地
底层感应pad正下方不铺地
4、灵敏度调节
中微爱芯单键、双键、三键和五键的灵敏度可通过电容来调整，调整范围从1nf~22nf，电容越大，灵敏度越高。八键和十六键的灵敏度可通过修改寄存器的值来调整。
同时，感应pad的面积越大，灵敏度越高，为了保证灵敏度，感应pad建议一般设计为10mm×10mm以上。
5、电源
触摸模块设计时，建议在触摸芯片的电源处预留ldo的位置，根据实际纹波情况决定是否使用ldo。建议触摸模块单独用ldo稳压或跟主控共用ldo稳压，建议不要跟大电流负载共用。使用锂电池或者干电池的场合，则要考虑长时间使用后的电压波动对整个触摸灵敏度的影响。
在许多系统中，由于系统干扰，负载突变的原因，ic电压会有一定的纹波干扰。为防止这些干扰来达到更好的触摸效果，推荐加一些滤波电路。
rc滤波
lc滤波
串二极管
rc滤波电路，具有防止系统干扰的作用；lc滤波电路，具有防止较大高频干扰的作用；串二极管方式，能够防止电机启动、蜂鸣器或红外发射等引起的电压波动。
6、emc设计建议
（1）使用退耦电容
触摸芯片的供电加退耦电容，这可以减小对电源的干扰。一般在接近芯片的 vcc和 gnd端并接一个大于10uf电解电容和一个 104 的瓷片电容，就可以起到退耦和旁路的作用。
（2）使用较低的工作电压
使用3.3v给触摸芯片供电，可以有效降低触摸芯片交流脉冲的幅度。
（3）适当加大通道匹配电阻
适当加大触摸芯片感应通道上串接的匹配电阻阻值，这样可以降低交流脉冲边沿的陡峭程度，减小高次谐波。需要注意的是匹配电阻加大后会降低感应的灵敏度。
（4）正确铺地
无论使用单面pcb板和双面pcb板，pcb的空白处都建议铺地，并用地将感应pad到 ic输入引脚之间的连线包起来，可以吸收电磁波辐射，提升 emc指标。
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中微爱芯推出的一款16键电容式触摸芯片aip5916，可替代汇顶科技(goodix)的ha3516。该芯片目前可批量供应，有需要的客户可在国芯思辰官网进行样品申请，或者拨打0755-82565229/0755-82565116询价订购。
概述
aip5916是一款16通道多用途的电容式触摸按键电路，适合多种形式的触摸按键控制。
aip5916内置灵活的、多功能的寄存器，mcu可以通过i2c接口配置aip5916内部寄存器来调整灵敏度、工作模式等参数以适应不同的应用要求。aip5916有16个按键通道，在不作为按键使用时，也可以配置成通用的gpio口。
主要特点
●电容式触摸按键：16通道；
●gpio：16通道（不作为触摸按键使用时）；
●通信接口：i2c通信接口；
●int输出按键中断信号；
●高信噪比（snr) 120 : 1，抗噪性能业界领先；
●高灵敏度：亚克力玻璃面板厚度可达15mm。灵敏度通过寄存器调节，并且每个按键灵敏度可单独调节；
●环境参数自适应：自动适应外界环境变化（比如温湿度变化），保证灵敏度的一致性及稳定性；
●超低功耗；
●工作频率1mhz，典型电流：70μa@5v；
●工作频率500khz，典型电流：43μa@5v；
●工作频率250khz，典型电流：30μa@5v；
●工作频率125khz，典型电流：23μa@5v；
●深度睡眠模式，最大电流：1μa@5v；
●内置ldo：提高抗噪性能，并减少系统成本；
●按键识别模式：单键模式和多键模式；
●工作温度：-40℃~+85℃；
●工作电压：2.2v~5.5v；
●封装：qfn24、ssop24
应用
aip5916可替代传统机械式按钮，广泛应用于电磁炉、微波炉、抽油烟机、冰箱、消毒柜等家电产品。
触摸按键原理
两块导体（极板）中间夹着一块绝缘体（介质）就能构成电容器。对触摸按键而言，pcb板上的金属感应焊盘就是电容的一个极板，而周围的覆铜或手指构成了另一个极板，pcb材料本身或者pcb板上覆盖的介质就是电容中间的绝缘体，因而构成一个电容器。
当没有手指触摸时，只有基准电容cp，当有手指触摸时，“按键”通过手指就形成了电容cf，从而产生电容的变化。电容变化引起芯片内部振荡频率或充放电时间的变化，使芯片内部能够检测到触摸发生，从而产生触发信号。电容的变化率越大，触摸就越容易检测到。
触摸按键pcb设计
触摸按键最关键的应用设计是在pcb的设计上，为了获得稳定且较高的灵敏度，应遵循以下原则：
●pcb基准电容值小
●基准电容稳定抗噪
●尽量获得大的电容变化
1、感应pad形状及尺寸
感应pad可以是任何形状，但还是建议集中在一个正方形或是圆形的长宽比例之内，最大的贴合手指接触面以确保感应效果良好，应避免设计成窄长的形状。感应pad可以用电路板的铜箔来做，也可以采用软性电路板(fpc) ，ito或银漆印刷等导电物质来完成。
感应pad的尺寸与面板厚度有关，以下是矩形尺寸对应的参考表：
上表为感应pad的最小尺寸，如果空间允许，感应pad越大越好。必须注意在感应pad周围不需要围绕地线，如果一定要围绕地线，则地线距离感应pad至少196.85mil（5mm）。
2、布局与走线
电路布局开始前请先设计规划并布局好触摸按键，再去设计布局其他脚位。双面pcb布局时建议pcb的顶层最好只放置触摸按键的感应pad，不要放置其他零件。pcb的底层则放置ic与其他被动元件。建议pad走线在底层，并在pad上过孔。单面板一般建议使用触摸弹簧片，弹簧片的pad引线放在顶层或底层都可以。
pcb板的空间允许的话，ic尽量放在pcb板中间位置，以使ic到各个感应pad的连线尽量等长。感应pad与感应pad之间的距离建议大于5mm(间距越大，相互干扰越小)。感应pad到ic引脚的走线尽量短和细，线宽小于或等于10mil（0.254mm），触摸按键到ic引脚尽量避免走跳线。如果空间允许，可以在信号线两侧距离78.74mil（2mm）加上地线以减少干扰。
感应pad应远离pcb边缘来减少杂讯干扰，且走线最好远离高频信号线，不能与高频信号线平行，必要时请以垂直方式横跨高速信号线。
高频信号与感应信号位于不同层的处理
高频信号与感应信号位于同层的处理
3、铺地
为了使cpx最小化，顶层可以铺实地或者进行网格铺地，而底层进行30%的网格铺地（建议网格线宽0.25mm，网格大小为1mm×1mm）。底层不铺地一定程度能够提高灵敏度，但注意感应pad正下方不能有其他电路板或者金属。
底层感应pad正下方网格铺地
底层感应pad正下方不铺地
4、灵敏度调节
中微爱芯单键、双键、三键和五键的灵敏度可通过电容来调整，调整范围从1nf~22nf，电容越大，灵敏度越高。八键和十六键的灵敏度可通过修改寄存器的值来调整。
同时，感应pad的面积越大，灵敏度越高，为了保证灵敏度，感应pad建议一般设计为10mm×10mm以上。
5、电源
触摸模块设计时，建议在触摸芯片的电源处预留ldo的位置，根据实际纹波情况决定是否使用ldo。建议触摸模块单独用ldo稳压或跟主控共用ldo稳压，建议不要跟大电流负载共用。使用锂电池或者干电池的场合，则要考虑长时间使用后的电压波动对整个触摸灵敏度的影响。
在许多系统中，由于系统干扰，负载突变的原因，ic电压会有一定的纹波干扰。为防止这些干扰来达到更好的触摸效果，推荐加一些滤波电路。
rc滤波
lc滤波
串二极管
rc滤波电路，具有防止系统干扰的作用；lc滤波电路，具有防止较大高频干扰的作用；串二极管方式，能够防止电机启动、蜂鸣器或红外发射等引起的电压波动。
6、emc设计建议
（1）使用退耦电容
触摸芯片的供电加退耦电容，这可以减小对电源的干扰。一般在接近芯片的 vcc和 gnd端并接一个大于10uf电解电容和一个 104 的瓷片电容，就可以起到退耦和旁路的作用。
（2）使用较低的工作电压
使用3.3v给触摸芯片供电，可以有效降低触摸芯片交流脉冲的幅度。
（3）适当加大通道匹配电阻
适当加大触摸芯片感应通道上串接的匹配电阻阻值，这样可以降低交流脉冲边沿的陡峭程度，减小高次谐波。需要注意的是匹配电阻加大后会降低感应的灵敏度。
（4）正确铺地
无论使用单面pcb板和双面pcb板，pcb的空白处都建议铺地，并用地将感应pad到 ic输入引脚之间的连线包起来，可以吸收电磁波辐射，提升 emc指标。
工业连接器的四类连接形式
全球显示行业再次站到技术路线的岔路口?
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rfid带给自助结账怎样的便利
气压传感器bmp280与ms5611哪个好
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中芯晶圆首批8英寸硅片顺利下线 10月量产！
DS3644 1KB安全存储器，提供可编程篡改等级
光纤耦合器的分类与使用说明
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