¿Qué viabilidad tendría utilizar un detector capacitivo a través de un cristal de 5 mm de grosor con un hueco entre la placa de circuito impreso y el cristal?

Question

Estoy investigando para un proyecto que necesitaría tener algún tipo de detección táctil a través de una mesa de cristal de 5 mm de espesor.

¿Sería factible utilizar una placa de circuito impreso con los patrones adecuados y un microcontrolador mTouch/QTouch/capSense en un lado del cristal y esperar que sea capaz de detectar el tacto en el otro lado del cristal si hay un espacio entre la placa de circuito impreso y el cristal? Estoy pensando en tener LEDs SMD en el lado de la PCB cercano al cristal. También son bienvenidas las ideas para rellenar el hueco.

He investigado un poco sobre esto y he visto que algunas personas aquí han conseguido que los sensores sin hueco funcionen a través del cristal, pero no estoy seguro de cómo funcionaría esto con el hueco que hay.

Answer 1

La imagen de abajo seleccionó un tamaño de hueco de 0,5 mm que funciona bien para dirigir los campos de flecos a través de 10 mm de superposición de vidrio. En este caso, el tamaño del botón = el grosor del vidrio, añada 5 mm para una mejor respuesta. Necesitará un soporte mecánico para el vidrio y ciertamente necesitará plexiglás o equivalente para acoplar las pistas del botón al vidrio. así que un grosor total de 10mm es práctico, posiblemente un poco más.

Con unos separadores de plexiglás adecuados entre la placa y el cristal para rellenar el espacio de aire sobre los botones, creo que es muy factible. pero sin eso sería muy arriesgado.

Es posible que no haya espacio con el vidrio y el plexiglás para rellenar cada pista de los dedos y es posible, pero con un espacio de aire tal vez sólo ~1mm es práctico con la protección de tierra alrededor de la almohadilla de RF debido al bajo debido al bajo acoplamiento capacitivo del aire al vidrio.

8mm de vidrio equivale a 1mm de espacio de aire y necesitas 5mm de espacio de aire más de vidrio, por lo que considere las almohadillas de silicona para rellenar la geometría, apoyar el vidrio y salvar el espacio para que la almohadilla de dedo pueda cerrar las almohadillas de plástico del condensador de RF por debajo de la superficie. Siempre que la capacitancia de la brecha sea mayor que la brecha del dedo de <1pF. BTW 1pF es alrededor de 10KΩ a 24MHz

Las uniones internas de los hilos de oro SMD pueden sufrir tensiones con el vidrio. ¿Puede utilizar vidrio ahumado o pintado con silicona para rellenar el espacio sobre los sensores bajo el vidrio? eso puede funcionar elevando la constante dieléctrica sobre las almohadillas y dar el bono de la rigidez estructural y difundir el indicador LED sobre el punto de touchpad o para su uso como indicadores de retroalimentación.

Además, se puede utilizar un par de emisores de infrarrojos para los puntos de la almohadilla táctil para el vidrio sin contacto, simplemente apuntando cerca del par de emisores y detectores ajustados a un umbral de proximidad corto.

También puede utilizar espaciadores de plexiglás que extienden la forma de la almohadilla al vidrio, que ambos tienen valores de épsilon similares de 8 y utilizar un adhesivo delgado en el lado del componente y espaciadores similares alrededor de los LED para proteger y el vidrio delgado de la tensión.

Esto es de un Hoja de cálculo de Cypress

Parámetros de entrada Valor Unidades

Espesor del recubrimiento 2 mm Superposición - Constante dieléctrica 2,8 farad/m Capacitancia de la traza por pulgada 2 pF

Diámetro mínimo recomendado del botón
(basado en una respuesta mínima de 0,25pF Finger)
Condiciones de ruido - Bajo (0,05 pF de ruido) 7 mm Condiciones de ruido - Medio (0,075 pF de ruido) 9 mm Condiciones de ruido - Alto (0,1 pF de ruido) 11 mm

Longitud máxima de la traza
Condiciones de ruido - Bajo (0,05 pF de ruido) 400 mm Condiciones de ruido - Medio (0,075 pF de ruido) 387 mm Condiciones de ruido - Alto (0,1 pF de ruido) 374 mm

Distancia del botón al suelo 2 mm

Answer 2

Los sensores táctiles capacitivos miden los cambios en la capacitancia. La capacitancia de un condensador de placas paralelas es aproximadamente C = A/d.

Si un dispositivo cap-sense funciona bien con un cambio de 1 pf en la capacitancia cuando la superficie superior del vidrio está a 1 mm de distancia de las almohadillas metálicas, no puede notar la diferencia -- y funcionará igual de bien -- si se pueden arreglar las cosas para obtener el mismo cambio de 1 pf en la capacitancia cuando la superficie superior del vidrio está a 10 mm de distancia.

Una forma de hacerlo es con un simple escalado. Si quieres una distancia de vidrio + aire (d) es 64 veces mayor que en las placas de demostración de capsense, use aproximadamente 64 veces el área (A) -- haga las almohadillas metálicas 8 veces más anchas y 8 veces más altas, y en vez de usar la punta de un dedo, use toda la mano.

Porque cada 1 mm de entrehierro adicional es tan malo como 5 mm de espesor de vidrio adicional (el permitividad relativa de vidrio es aproximadamente 5 veces mayor que el aire), la mayoría de la gente trata de presionar las placas de detección de tapas directamente contra el vidrio sin ningún espacio de aire. Una forma de hacerlo es utilizar resortes metálicos para conectar eléctricamente el metal en la parte posterior de las almohadillas de vidrio en la PCB. El metal del propio muelle puede ser adecuado. Algunas personas unen placas metálicas a los muelles y dejan que los muelles presionen las placas contra el cristal. Otras personas pegan placas transparentes conductoras al cristal. (Véase sección 3.5.3 de "AN2869: Directrices para el diseño de aplicaciones de detección táctil" , sección 4.3.2 de "AN0040: Diseño de hardware para el toque capacitivo" , peligrososprototipos: "Nota de la aplicación: Uso de muelles filipinos para crear teclas táctiles" , sección 3.3.1 de "QTAN0079: Botones, deslizadores y ruedas: Guía de diseño de sensores" , etc.)