E604評(píng)估板使用指南與技術(shù)解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，快速評(píng)估新的集成電路（IC）是產(chǎn)品開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)。E604評(píng)估板專為QT60040 4鍵QMatrix? IC的快速評(píng)估而設(shè)計(jì)，下面我們就來詳細(xì)了解一下這款評(píng)估板。

文件下載：E604.pdf

一、E604評(píng)估板概述

E604評(píng)估板配備了一個(gè)鋼琴風(fēng)格的鍵盤，帶有4個(gè)對(duì)應(yīng)的LED指示燈，用于指示觸摸狀態(tài)。該板通過單個(gè)9V堿性電池供電，并提供了外部接口連接選項(xiàng)。

二、使用步驟

1. 電池安裝：在確保電源開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)的情況下，將9V堿性電池插入板上的夾子中。
2. 橡膠腳安裝：將隨板提供的四個(gè)橡膠腳安裝到板背面的四個(gè)角上。
3. 放置或手持：將板放在桌子上，或者手持電池一側(cè)，避免手指靠近按鍵、IC或底部的走線。因?yàn)槭种缚拷赡軙?huì)導(dǎo)致按鍵針對(duì)手指進(jìn)行校準(zhǔn)，從而在一段時(shí)間內(nèi)降低觸摸靈敏度。
4. 開啟電源：打開電源滑動(dòng)開關(guān)。IC校準(zhǔn)所有按鍵所需時(shí)間不到1秒，校準(zhǔn)完成后，只能從板的頂部觸摸按鍵。

值得注意的是，如果用一只手握住電池周圍的板子，按鍵會(huì)稍微更靈敏，這是由于板子的信號(hào)地與人體之間的耦合增加。但在實(shí)際系統(tǒng)中，這種影響不會(huì)出現(xiàn)，板子將始終保持最大靈敏度。

三、工作原理

E604通過4條“X”驅(qū)動(dòng)線和1條“Y”接收線掃描四個(gè)按鍵。QT60040通過在“X”線上發(fā)送脈沖串來掃描每個(gè)按鍵，同時(shí)檢測(cè)通過XY交錯(cuò)按鍵圖案?jìng)鬟f到“Y”線的電荷。上電后，會(huì)記錄每個(gè)按鍵接收到的電荷量作為參考電平。此后，會(huì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的變化。當(dāng)在PCB頂面觸摸按鍵時(shí)，從“X”到“Y”穿過間隙的電荷流動(dòng)會(huì)受到干擾，導(dǎo)致“Y”線上接收到的信號(hào)減弱。這是因?yàn)槭种肝樟瞬糠謴摹癤”到“Y”穿過交錯(cuò)間隙的電荷，電荷通過電容耦合流回局部環(huán)境，最終回到E604。如果“Y”線上的信號(hào)減弱足夠，QT60040會(huì)確認(rèn)檢測(cè)到觸摸，并將相應(yīng)的輸出線置為高電平。所有按鍵會(huì)在100ms內(nèi)按時(shí)間順序進(jìn)行掃描。

四、接口連接器

主接口連接器位于IC上方，該連接器上有用于遠(yuǎn)程跳線、外部電源以及每個(gè)按鍵的4個(gè)感應(yīng)輸出的焊盤。適用于E604的外部電壓為8至12伏的穩(wěn)壓直流電源。使用外部電源時(shí)，必須移除電池，否則會(huì)導(dǎo)致電池意外充電，可能引發(fā)電解液泄漏和嚴(yán)重的爆炸危險(xiǎn)。盡管板上通過78L05設(shè)備進(jìn)行了電源調(diào)節(jié)，但為了獲得最佳性能，原始電源應(yīng)無開關(guān)噪聲和短期波動(dòng)。

五、按鍵設(shè)計(jì)

板上的四個(gè)按鍵由背面的交錯(cuò)銅走線制成，感應(yīng)場(chǎng)通過PCB的復(fù)合材料投射到頂部，形成觸摸區(qū)域。交錯(cuò)電極需要一個(gè)介電層（如E604中的PCB）來傳播電容場(chǎng)，以便被人體觸摸吸收。觸摸按鍵電極本身會(huì)導(dǎo)致誤操作。四個(gè)按鍵在電氣上排列成4x1矩陣，有四條“X”驅(qū)動(dòng)線和一條“Y”接收線，所有按鍵共用。按鍵靈敏度由C1的值決定，四個(gè)按鍵的靈敏度相同。若要使按鍵具有不同的增益，只能通過改變按鍵的幾何形狀（如改變走線尺寸、交錯(cuò)比例等）來實(shí)現(xiàn)。

六、選項(xiàng)跳線

板上有兩個(gè)選項(xiàng)跳線：

1. J1 - 翻轉(zhuǎn)控制：安裝跳線時(shí)，一次只能檢測(cè)1個(gè)按鍵；不安裝跳線時(shí)，可同時(shí)檢測(cè)2個(gè)按鍵。
2. J2 - 重新校準(zhǔn)超時(shí)：安裝跳線時(shí)，重新校準(zhǔn)超時(shí)時(shí)間為10秒；不安裝跳線時(shí)，重新校準(zhǔn)超時(shí)時(shí)間為60秒。

IC會(huì)持續(xù)感應(yīng)跳線狀態(tài)，因此無需循環(huán)板的電源即可使跳線設(shè)置生效。

七、關(guān)鍵特性

1. 按鍵翻轉(zhuǎn)：QT60040 IC允許一次最多接觸2個(gè)按鍵（“2鍵翻轉(zhuǎn)”）。安裝跳線J1可將其限制為一次僅能檢測(cè)1個(gè)按鍵。若觸摸的按鍵超過所選的最大數(shù)量，IC將忽略額外的按鍵。
2. 重新校準(zhǔn)超時(shí)：每個(gè)按鍵都有單獨(dú)的超時(shí)功能，可從可能由異物或機(jī)械問題導(dǎo)致的“按鍵卡住”狀態(tài)中恢復(fù)。超時(shí)時(shí)間可根據(jù)上述選項(xiàng)跳線設(shè)置為10秒或60秒。連續(xù)檢測(cè)10秒或60秒后，按鍵將自動(dòng)根據(jù)重新校準(zhǔn)時(shí)刻的信號(hào)進(jìn)行自我校準(zhǔn)。
3. 漂移補(bǔ)償：每個(gè)按鍵會(huì)補(bǔ)償由于濕度、溫度影響、介電變化等引起的信號(hào)漂移，并在傳感器的整個(gè)使用壽命內(nèi)持續(xù)進(jìn)行。漂移補(bǔ)償機(jī)制僅在未檢測(cè)到有效觸摸時(shí)發(fā)生。如果按鍵被觸摸的時(shí)間超過重新校準(zhǔn)超時(shí)時(shí)間，然后釋放按鍵，按鍵邏輯將自動(dòng)進(jìn)行漂移補(bǔ)償，回到正常校準(zhǔn)點(diǎn)。IC的邏輯始終具有自我修復(fù)能力。

八、按鍵遠(yuǎn)程操作

可以將按鍵轉(zhuǎn)換為“單電極”操作進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在單個(gè)按鍵區(qū)域的觸摸表面放置一塊方形粘性金屬箔，覆蓋內(nèi)部白色按鍵邊界內(nèi)的整個(gè)按鍵區(qū)域，然后將一根電線焊接到箔上，將電線引到不同位置（約25cm以內(nèi)），并連接到粘貼在厚度達(dá)2.5mm的薄塑料或玻璃面板背面的第二塊金屬箔上。觸摸面板另一側(cè)（與金屬箔相對(duì)）的第二個(gè)按鍵將激活該按鍵。為了使按鍵盡可能保持靈敏度，應(yīng)盡量減少布線的雜散電容?？赡苄枰{(diào)整C1的值以實(shí)現(xiàn)所需的二次按鍵靈敏度水平。在這種模式下，將PCB的電源地連接到本地地對(duì)于使電場(chǎng)正常工作并確保足夠的靈敏度至關(guān)重要。

九、C1采樣電容

主采樣電容C1控制所有4個(gè)按鍵的靈敏度，它采用插座式設(shè)計(jì)，便于試驗(yàn)不同的值。應(yīng)使用相對(duì)穩(wěn)定的電容器，如PPS和聚酯薄膜類型，大多數(shù)陶瓷電容器在該電路中存在嚴(yán)重問題，應(yīng)避免使用。增加C1的值會(huì)提高按鍵靈敏度，典型值范圍為27nF至100nF（0.1uF），E604配備的是47nF的電容器。

十、輸出線與LED指示燈

四個(gè)輸出線Q1 - Q4均為高電平有效，在觸摸期間或特定按鍵的校準(zhǔn)超時(shí)時(shí)間到期之前保持高電平。四個(gè)LED指示燈反映四個(gè)輸出線的狀態(tài)，如果LED亮起，則對(duì)應(yīng)的“Q”輸出線為高電平。一次只能有一個(gè)或兩個(gè)按鍵處于激活狀態(tài)，具體取決于跳線J1的設(shè)置。

通過以上對(duì)E604評(píng)估板的詳細(xì)介紹，相信電子工程師們對(duì)其有了更深入的了解。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過類似評(píng)估板使用過程中的問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。