利用彈簧構(gòu)建電容式感應(yīng)器電--容式感應(yīng)相對于傳統(tǒng)機械開關(guān)而言是一種穩(wěn)健的替代方案。不過，有些應(yīng)用不能在覆蓋層下直接安置印刷電路板，也不能將印制電路板連接到設(shè)備外殼上。這類應(yīng)用包括爐灶、洗衣機、電冰箱、微波爐等家用電器以及收音機、電視調(diào)諧器、控制面板、座位上的乘員檢測系統(tǒng)等各種車輛電子裝置。

金屬彈簧感應(yīng)器-可用來替代固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器，這樣，PCB 的位置就可以遠離覆蓋層，并能在震動強烈或溫度急劇變化的工作條件下提供可靠的感應(yīng)器連接。此外，彈簧還可提供背光照明、融合機械和電容按鈕等其它功能。

折疊電場模擬

為了對比彈簧感應(yīng)器與固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器之間的行為，必須要對相關(guān)對象的電場進行建模。在對固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器和彈簧感應(yīng)器建模時，我們假定以下情況:

· 覆蓋層為無機玻璃:相對介電常數(shù) e = 4.2;厚度 = 4 mm。

· 將手指建模為金屬橢圓體:高度 = 20 mm;直徑 = 10 mm。

· 固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器為固態(tài)金屬環(huán):直徑 = 10 mm;厚度 = 0.1 mm。

· 彈簧感應(yīng)器用中空的金屬圓筒建模:高度 = 20 mm;直徑 = 10 mm;金屬厚度 = 1mm。

彈簧的靈敏度稍優(yōu)于含有較厚覆蓋層的固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器，因為彈簧感應(yīng)器能形成較大的電場。

折疊電容模擬

為了明確覆蓋層厚度對手指觸摸增加電容 (FTC) 的影響，我們?nèi)杂孟嗤墓虘B(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器和彈簧感應(yīng)模擬器進行建模，但覆蓋層厚度從 1 毫米增加到了 10 毫米。

此外，為了明確彈簧的最佳物理尺寸，FTC 的相關(guān)性將根據(jù)其高度、直徑和彈簧線粗細等參數(shù)進行建模。當(dāng)手指放在感應(yīng)器上時，彈簧和固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器的靈敏度相同。當(dāng)手指位置稍偏感應(yīng)器中心時，這兩種感應(yīng)器的靈敏度都會下降，但彈簧感應(yīng)器的靈敏度略強于電導(dǎo)式感應(yīng)器。手指放置位置偏離時，彈簧感應(yīng)器上信號較強是彈簧感應(yīng)器的一大優(yōu)勢，尤其是在滑塊應(yīng)用)，這種優(yōu)勢則更加明顯。如果覆蓋層厚度為 2 毫米或更厚，彈簧感應(yīng)器的靈敏度會更高。更適于獲得最佳電容特性的彈簧物理尺寸。

物理尺寸

彈簧的高度應(yīng)為 5 毫米或以上。超過這一范圍，敏感度則不會再隨著彈簧的高度增加而增強，但也不會導(dǎo)致性能下降;因此，電路板和覆蓋層之間的距離可以根據(jù)需要相應(yīng)延長。如果彈簧的高度低于 5 毫米，彈性、敏感度和側(cè)面敏感度等特性就會受到影響。對于 4 毫米厚的覆蓋層，為了獲得最佳的彈簧靈敏度，彈簧的直徑不得小于 10 毫米。在特定情況下，如果彈簧的靈敏度相對于選定的覆蓋層而言已經(jīng)足夠，則可選用直徑較小的彈簧。當(dāng) FTC 的變動范圍僅介于數(shù)百分之一皮法之間時，彈簧線的粗細不會對電容特性產(chǎn)生太大的影響。因此，彈簧線的粗細應(yīng)由對彈簧所要求的強度來決定。總體來說，彈簧線的粗細應(yīng)介于 0.3~1.5 毫米之間。根據(jù)模擬的中間結(jié)果，彈簧感應(yīng)器的自身電容一般會大于相同直徑的固態(tài)電導(dǎo)式感應(yīng)器。當(dāng)采用 CSD 方法時，可通過保護電極來加以補償。

使用

在實際應(yīng)用中可以使用不同形狀的彈簧。每種形狀都有其優(yōu)缺點。常見的彈簧包括圓形彈簧、變直徑的圓形彈簧以及矩形彈簧等。

圖片圖片圖片圖1顯示的是用于標準按鈕的圓形彈簧，這種圓形彈簧按鈕的制作非常簡單，中央的空間可用于背光或其它目的。圖2顯示的是敏感度更高的圓形彈簧。當(dāng)覆蓋層接觸并壓下彈簧時，較寬的一頭會縮進，進而形成一個固態(tài)感應(yīng)器，這不僅提高了感應(yīng)靈敏度，而且還允許使用更厚的覆蓋層。圖3是構(gòu)建滑塊更好的辦法是使用矩形彈簧。當(dāng)把幾個矩形彈簧排成一行時，就能更有效地覆蓋滑塊感應(yīng)區(qū)域。此外，矩形彈簧的寬度小于圓形彈簧，因此能構(gòu)建包含更多彈簧感應(yīng)器的滑塊。如前所述，彈簧有一個較高的側(cè)面靈敏度。這種敏感度在滑塊應(yīng)用中是一個優(yōu)勢。如果覆蓋層較厚且使用內(nèi)插法的話，在斷片數(shù)量和覆蓋層厚度相同的情況下，由彈簧構(gòu)成的滑塊比固態(tài)電導(dǎo)式滑塊具有更好的線性度。由于相鄰斷片電場相互重疊的情況較多，所以彈簧滑塊斷片信號分布的偏差更大。在使用形心算法時，不同斷片間的電場分布的偏差越小，接觸位置計算的線性度就越好。

安裝要求

觸摸彈簧在 PCB的安裝要求，由于彈簧的側(cè)邊靈敏度較高，因此相鄰彈簧感應(yīng)器彼此間的距離應(yīng)該盡可能遠一些，以避免錯誤檢測。如果感應(yīng)器間距較小，可增加一個比較層。彈簧感應(yīng)區(qū)域的要求與固態(tài)按鈕的要求一樣。如果覆蓋層較厚，彈簧直徑必須比覆蓋層的厚度大至少 2 至 3 倍，且 PCB 和覆蓋層之間的距離必須為 5 毫米或更多。請勿在彈簧下面安放固態(tài)接地，因為這會加大彈簧焊接的復(fù)雜度，并增加感應(yīng)器的原生電容。

附加功能

利用彈簧還能開發(fā)出更多附加功能，包括:背光的使用感應(yīng)器通常需要背光。用彈簧作為感應(yīng)器能在內(nèi)部置入 LED 用于實現(xiàn)統(tǒng)一的前面板照明?？梢詫崿F(xiàn)兩種類型的背光照明:

一、LED 安裝在板的上部可提供擴散的背光效果，

二、LED 安裝在板的下部則能將光通過開口向上射出，實現(xiàn)聚光效果。

大范圍的散射光適用于前面板圖標的背光設(shè)計，而較窄的聚光適用于狀態(tài)指示燈的設(shè)計。雙色 LED 非常適用于許多既需要背光又需要按鈕狀態(tài)指示的應(yīng)用。

觸摸這個按鈕僅能觸發(fā)感應(yīng)器，而按壓該按鈕則將同時觸發(fā)感應(yīng)器和機械按鈕。在此情況下，只有在感應(yīng)器工作時才能提供背光、提示等預(yù)備動作。在兩個按鈕同時觸發(fā)時才能執(zhí)行最終的動作。例如，在 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)中，觸摸按鈕僅顯示提示信息，只有按壓按鈕才能進行操作。