TSC 触摸模块硬件原理、介质灵敏度与软件底层机制

1. 硬件测量电路与外围器件原理

每组 Block 包含最多 3 路触摸通道，共用 1 路采样电容 Cs。

1. 每个触摸电极引脚串联470Ω‑10kΩ 电阻 Rs，推荐 10kΩ；Rs 用于 ESD 防护与噪声抑制；
2. Cs 采样电容接对应组的采样电容 GPIO 引脚；
3. 触摸按键：单通道对应 1 个按键电极；
4. 线性 / 旋转触摸：多通道组合构成滑条或者旋转旋钮。

硬件设计可选主动屏蔽方案，降低寄生电容，但会消耗一组模拟 I/O 通道，适用于 IO 资源充足产品。电源建议采用低纹波 LDO 供电，MCU 电源与大功率模块之间增加磁珠隔离。

资料获取：AN1090_APM32_TSC_应用笔记

2. 介质材料、灵敏度相关计算公式

文档给出 3 个核心公式：

1. 等效真空厚度：\(T_{V}=d / \varepsilon_{r}\)，Tv 越小电场穿透能力越强，触摸灵敏度越好；d 是面板介质厚度，εr 为材料介电常数。
2. 触摸电容：\(Ct=\varepsilon r \varepsilon_{0}(A / d)\)；Ct 和电极面积 A 成正比。电极超过手指实际接触尺寸只会增加寄生电容，不会提升灵敏度。
3. 总触摸电容：\(C=C x+1 /[(1 / Ct)+(1 / Cf)]\)；Cx 电极寄生电容、Ct 触摸电容、Cf 大地反馈电容。

文档给出常用材料介电常数 εr：空气 1.00053、玻璃 4~11、FR4 板材 4.2~4.5、PET 聚酯 3.7、PMMA 有机玻璃 2.9‑4.1 等。

提升灵敏度可行手段（原文）： ①选用尺寸合适电极，电极底部尽量不铺铜；②减薄面板厚度；③选用高介电常数面板材料；④GND 远离触摸 PAD；⑤传感器周边避开金属涂层。

3. 触摸按键、线性、旋转传感器硬件设计要点

1. 触摸按键：最小电极直径 / 边长6mm；单通道对应一个按键，支持独立按键与矩阵按键。
2. 线性触摸滑条：最少 3 个触摸通道；分辨率输出 0‑256；电极间距 i≤0.5mm；电极高度 h 1‑8mm，宽度 w≤8mm；支持 LIN_M1、LIN_M2、LIN_H 半电极多种电极排布模式。
3. 旋转触摸旋钮：最少 3 通道，输出 0‑256 位置；中心内圆半径 r≥5mm；电极宽度 W=8‑10mm；电极弧长 L=10‑12mm；支持 ROT_M、ROT_D 多种电极排布。

4. PCB 布线布局约束（文档原文设计规则）

1. 触摸 PAD 远离电源、高频、大电流干扰回路；
2. MCU 尽量摆放在多个触摸 PAD 几何中心，均衡各走线长度；
3. PAD 底层禁止摆放器件、禁止走线；PAD 底层尽量不铺铜；同层 PAD 与 GND 保持40mil 以上间距；
4. 触摸走线建议 7‑15mil，走线尽量短，减少过孔数量；
5. 触摸走线互相保持≥两倍线宽间距；远离高频信号线；无法规避时垂直交叉，同层间距≥30mil，增加 GND 屏蔽隔离。

5. 软件四大核心保护机制原理

1. ECS 环境优化系统 基于一阶低通滤波 \(Y(n)=K X(n)+(1-K) Y(n-1)\)；K 为滤波系数，K 越大响应速度越快。补偿温度、湿度、电源漂移自动更新参考基线；长时间触摸、DTO 超时场景自动禁用 ECS。可配置快慢两套 K 参数，按时间周期调用执行。
2. DXS 检测排除系统 解决多按键互相干扰误触发。DXS 组内优先响应最先检测到触摸的传感器，同组其余传感器阻塞，避免多个电极同时误触发。需要在传感器状态机处理完成之后调用。
3. DTO 检测超时机制 限制单次触摸最长持续时间；如果液体泼溅造成持续误触，超时后强制重新校准通道，消除液体误触发；驱动内部自动执行，通过宏开关配置。
4. Filter 噪声滤波机制 对原始采样 Meas 测量值做数字滤波，抑制高频噪声尖峰干扰。