一、電容器可能很敏感

在過去十年左右的時間里，很難想象一個沒有觸敏電子產品的世界。智能手機是一個突出且無處不在的例子，但當然，有許多設備和系統集成了觸摸感應功能。

電阻和電容都可以用作實現觸摸靈敏度的手段;在本文中，我們將僅討論電容式觸摸感應，它已成為首選實現方式。

雖然基于電容式觸摸傳感的應用可能相當復雜，但該技術的基本原理相當簡單。事實上，如果您了解電容的本質以及決定特定電容器電容的因素，那么您就可以很好地理解電容式觸摸傳感。

電容式觸摸傳感器分為兩大類：互電容配置和自電容配置。前者由作為發射電極和接收電極的兩個端子組成，是觸敏顯示器的首選。

后者將傳感電容器的一個端子接地，是一種適用于觸摸感應按鈕、滑塊或滾輪的簡單方法。本文介紹自電容配置。

二、PCB電容器

電容器有多種形式。我們都習慣于看到引線元件或表面貼裝封裝形式的電容，但實際上，您真正需要的只是由絕緣材料（即電介質）隔開的兩根導體。因此，

使用集成到印刷電路板中的導電層創建電容器非常簡單。例如，考慮以下用作觸摸感應按鈕的PCB電容器的頂視圖和側視圖表示（請注意，側視圖圖中省略了阻焊層）+1a

觸敏按鈕和周圍銅之間的絕緣隔離形成一個電容器。在這種情況下，周圍的銅連接到接地節點，因此，我們的觸摸感應按鈕可以建模為觸摸敏感信號和接地之間的電容器。

在這一點上， 您可能想知道這種小PCB布置實際上提供了多少電容。此外，我們如何準確地計算它。要回答第一個問題，電容非常小，可能在10

pF左右。至于第二個問題：如果你忘記了靜電，不要擔心，因為電容器的確切值無關緊要。我們只尋找電容的變化，我們可以在不知道PCB電容器的標稱值的情況下檢測到這些變化。

三、手指的作用

那么是什么原因導致了觸感控制器將要檢測到的這些電容變化呢？就像上圖，人類的手指，原因。

在我們討論手指為什么改變電容之前，重要的是要了解這里沒有直接傳導;手指通過PCB的阻焊層與電容器絕緣，通常還通過一層塑料將設備的電子設備與外部環境隔開。因此，手指沒有對電容器放電，此外，在特定時刻存儲在電容器中的電荷量不是目標量，相反，感興趣的量是特定時刻的電容。

那么，為什么手指的存在會改變電容呢？原因有二：第一個涉及手指的介電特性，第二個涉及手指的導電特性。

四、電介質

我們通常認為電容器具有固定值，由兩個導電板的面積，板之間的距離以及板之間材料的介電常數決定。我們當然不能僅僅通過觸摸來改變電容器的物理尺寸，但是我們可以改變介電常數，因為人的手指具有與它所放置的材料（大概是空氣）不同的介電特性。確實，手指不會位于實際的介電區域，這意味著導體之間的絕緣空間，但這種對電容器本身的“侵入”是沒有必要的。

如上圖所示，手指不需要在板之間來影響介電特性，因為電容器的電場延伸到周圍環境中。

事實證明，人的肉體是一種很好的介電材料，因為我們的身體大多是水。真空的介電常數定義為1，空氣的介電常數略高（在海平面和室溫下約為1.0006）。水的介電常數要高得多，約為80。因此，手指與電容器電場的相互作用表示介電常數的增加，從而增加電容。

五、導體

任何經歷過電擊的人都知道人體皮膚是導電的。我上面提到，手指和觸摸感應按鈕之間的直接傳導（即手指對PCB電容器放電的情況）不會發生。然而，這并不意味著手指的導電性無關緊要。它實際上是非常相關的，因為手指成為附加電容器的第二個導電板。

出于實際目的，我們可以假設手指產生的這種新電容器（我們稱之為指帽）與現有的PCB電容器并聯。這種情況有點復雜，因為使用觸敏器件的人沒有與PCB的接地節點電連接，因此兩個電容器在典型的電路分析意義上不是“并聯”的。

但是，我們可以將人體視為提供虛擬地面，因為它具有相對較大的吸收電荷的能力。無論如何，

我們不需要擔心指帽和PCB帽之間的確切電氣關系;重要的一點是，兩個電容器的偽并聯配置意味著手指將增加總電容，因為電容器是并聯的。

因此，我們可以看到，控制手指和電容式觸摸傳感器之間相互作用的兩種機制都有助于電容的增加。

六、接觸或接近

到目前為止，我們可以得到一個有趣的電容“觸摸”感應點，即電容的可測量變化不僅可以通過手指和傳感器之間的接觸產生，還可以通過手指和傳感器之間的接近產生。我通常認為觸敏設備是機械開關或按鈕的替代品，但電容式傳感技術實際上引入了一個新的功能層，允許系統確定傳感器和手指之間的距離。

上述兩種電容變化機制都會產生與距離成正比的效果。對于基于介電常數的機制，當手指靠近PCB電容器的導電部分時，與電容器電場相互作用的肉質電介質量增加。對于基于電導率的機制，指帽的電容（與任何電容一樣）與導電板之間的距離成反比。

但請記住，這不是測量傳感器和手指之間絕對距離的方法;電容式傳感不提供執行精確絕對距離計算所需的數據類型。我假設可以校準電容式傳感系統以進行粗略的距離測量，但是由于電容式傳感電路旨在檢測電容的變化，因此該技術特別適用于檢測距離變化，即當手指靠近或遠離傳感器時。