LDC3114-Q1 是用于为此参考设计实现触控按钮的电感式感应 IC。在板上实现了两个此类器件，每个器件运行四个按钮。LDC3114-Q1 使用电感线圈来确定金属目标的变化。金属目标上的按压力会在按钮中产生偏转，这一变形由 IC 测量以确定按钮按压力。此外，LDC3114-Q1 包括基线跟踪算法，用于监控按钮表面并可适应各种环境因素，如温度变化或表面损坏。此器件还包括在按钮数据交叉点高于给定阈值时触发的数字输出。LDC3114-Q1 没有可变 I2C 地址，因此使用 I2C 开关 (PCA9543) 与两个器件进行通信。这能够让每个器件持续运行基线算法以监控按钮表面。

若要实现电感式触控按钮，需要用到与传感器线圈保持固定距离的金属目标。除了电感式传感器的通用设计理论之外，在设计电感式触控按钮时，需考虑几个重要的设计注意事项。对于某些按钮设计，所需的触控表面可能并非金属。在此情况下，可以在非导电表面（如塑料）后面添加一个薄金属平面，用作设计的金属目标。传感器线圈和金属目标之间的距离是获得应用所需的按钮灵敏度的重要因素。相应的通用指南是，距离应保持在线圈直径的 3% 到 20% 之间。这可确保金属目标在偏转时不会碰到传感器线圈，但又足够接近传感器线圈以获取较高的力灵敏度。如果金属目标距离传感器线圈较远，则按钮灵敏度会降低，可能需要更多按压力才能获得正确的按钮输出。目标距离是设计的重要部分，因此线圈直径也是重要的设计参数。很多时候，此参数受 PCB 上实现的传感器线圈可用空间的限制。此外，匝数、迹线宽度、迹线间距和层数等其他因素都会影响总体线圈设计。迹线宽度和间距受到 PCB 制造工艺的限制，但它对于更改电感线圈的串联电阻或允许包含更多匝数会很有用。通常，建议使用匝数将电感线圈的内径设置在 20% 到 80% 之间，因为内侧匝数不会对磁场产生太大影响。不过在按钮应用中，目标足够接近，因而内侧线圈仍可提供额外益处，所以在设计时可以考虑通过增加匝数来减少内径。有关按钮设计的详细信息，请参阅适用于 HMI 按钮应用的电感式触控系统设计指南。

对于此参考设计，按钮的机械结构包括 3D 打印外壳、PCB 和提供目标表面的金属带。按钮的 PCB 空间在此设计中不构成问题，因此为线圈设计选择了 8mm 直径。LDC 计算器工具电子表格用于确定剩余的线圈参数。使用了 5mils 的迹线宽度和间距，每层匝数为 8。这使线圈内径略小于 4mm。换而言之，线圈填充比（内径除以外径）约为 50%。对于大部分按钮设计，更大限度地降低线圈填充比能够提高灵敏度，但这需要目标表面非常接近于线圈才能从中获益。在其他情况下，最好将填充比保持在 20% 到 80% 之间，以更大限度地提高设计的 Q 系数。这是一块双层板，所以线圈设计中的层数设置为二。为此传感器设计选择的电容值为 220pF，因此使频率为 8.396MHz。

图 2-2 TIDA-060039 LDC 传感器线圈布局

根据线圈直径，目标距离确定为距离线圈 0.8mm。因此，目标完全处于线圈直径 3% 到 20% 的建议范围内，这可提供对按钮表面上的按压力的高灵敏度。返回计算器电子表格，可以输入目标距离以再次检查设计选择。目标距离为 0.8mm 时，传感器频率现在为 11.081MHz，Q 系数为 0f 26。如果有任何最终参数超出器件范围，电子表格将发出警告，但在本例中未显示警告。

按钮表面采用 3D 打印技术，因此它还包括按钮设计所需的垫圈，而无需使用单独的垫圈材料。支架和按钮表面均为 1mm 厚，因此表面带有一点弹性，并可根据需要设置目标高度。金属带放置在支架之间的按钮表面内部，以便在按钮表面受力时，它可在所需区域发生偏转。金属带的厚度使目标距传感器线圈约 0.8mm。

图 2-3 电感式触控按钮层叠

按钮表面的材料会影响金属目标的偏转程度。更加坚硬的材料或能够吸收按压力的材料会使偏转减少，因此需要更大的力才能检测到按钮按压力。在考虑按钮表面厚度时，也要将这一点考虑在内。LDC 计算器工具电子表格包含一个选项卡，用于在已知材料的杨氏模量和泊松比时，确定材料的偏转度。此设计使用尼龙 12 进行 3D 打印，因此表面若受力 2N，预计偏转约为 20μm。这一偏转量对于此按钮设计来说是足够的，因为目标非常靠近第一个传感器。

在按钮表面内部使用金属带或较小的金属目标能够让非金属材料用于按钮制造。性能根据用于目标的金属而有所不同。使用具有高导电性的金属可更大限度地提高按钮灵敏度。因此，铜和铝带是理想选择，因为它们具有高导电性，并可轻松切割以适应按钮设计中的垫圈。替代方法是，将金属层附加到按钮表面，并在金属层和 PCB 传感器之间放置垫圈，如图 2-4 所示。有关按钮设计的详细信息，请参阅适用于 HMI 按钮应用的电感式触控系统设计指南应用手册。

图 2-4 非导电式触控按钮替代层叠示例