1.
概览
1.1
概述
SC01 是单键电容触摸感应器，它可以通过任何非导电介质（如玻璃和塑料）来感应电容变化。通过设置，
SC01 可以应用于普通触摸按键开关、智能马桶人体感应、水位检测。
1.2
特性
◇ 普通按键应用。
◇ 智能马桶人体感应应用。 ◇ 水位检测应用。
◇ 保持自动校正，无需外部干预 ◇ 按键输出经过完全消抖处理 ◇ 并行一对一输出 ◇ 2.5V ~ 6.0V 工作电压
◇ 符合RoHS 指令的环保SOP8 封装
1.3
应用
◇ 替代机械开关
◇ 家庭应用（电视、显示器、键盘） ◇ 玩具和互动游戏的人机接口 ◇ 门禁按键 ◇ 灯控开关 ◇ 密封键盘面板 ◇ 金属触摸按键
1.4
封装
GND
CMOD CDC CIN1
1 2 3
SC01
8 VDD MD OUT CIN2
7
6
SOP8
4
5
封装简图
1.5
管脚
管脚顺序
1 2 3 4 5 6 7 8
管脚类型 I I/O OD Pwr
CMOS
输入
CMOS 输入/
输出 NMOS
开漏输出
电源 /
地
名称
GND CMOD CDC CIN1 CIN2 OUT MD VDD
类型
Pwr I/O I/O I/O I/O OD I/O Pwr
功能
电源地
接电荷收集电容 接灵敏度电容 触摸检测端 触摸检测端 感应按键输出 模式设置端 电源
1.6
管脚说明
VDD, GND
电源正负输入端。
CMOD
电荷收集电容输入端，接固定值的电容，和灵敏度无关。
CDC
接灵敏度电容，电容范围是最小5pf ，最大100pf。根据使用环境选择合适的电容值，数值越小，灵敏 度越高。
CIN1
感应电容的输入检测端口。智能马桶和水位检测应用时，接10PF左右的基准电容；普通按键应用时，接触摸
按键输入。 CIN2
感应电容的输入检测端口。智能马桶和水位检测应用时，接触摸按键输入；普通按键应用时，管脚悬空。
OUT
触摸输出端口。 端口内部结构为NMOS开漏输出，输出高阻或低电平。
MD
工作模式设置端口。1；当MD悬空时，芯片进入普通按键直接输出模式，检测到手指触摸，输出由高 阻变低电平，手指离开后，输出由低电平变高阻。2：当MD接GND时，芯片进入普通按键锁存输出模式： 每次检测到手指触摸，输出电平翻转，状态锁存。3：当MD接VDD时，芯片进入智能马桶人体感应或水位 位检测模式，当检测到有人体靠近或者检测到液面到达刻度，输出由高阻变低电平，人体离开或液面低于 刻度，输出变高阻。
2.
芯片功能
2.1
初始化时间
上电复位后，芯片需要120ms进行初始化，计算感应管脚的环境电容，然后才能正常工作。
2.2
灵敏度设置
灵敏度由CDC端口接的电容值决定。数值越小，灵敏度越高。
2.3
自校正
在普通按键直接输出模式和普通按键锁存输出模式下，芯片根据外部环境温度和湿度等的漂移，芯片会一 直调整按键的电容基准参考值。如果检测到按键，芯片会停止校正一段时间，这段时间大约50秒，然后芯片会 继续自校正，也就是说检测按键有效的时间不会超过50秒。
2.4
智能马桶人体感应和水位检测
在智能马桶人体感应或水位位检测模式下，CIN1端接10PF左右的基准电容，CIN2端接人体或水位触摸按 键，当人体靠近或者液面达到刻度，检测到触摸按键的电容值大于CIN1上的基准电容值，OUT由高阻变低电平， 直到人体离开或者液面低于刻度，输出才重新变成高阻。
2.5
触摸反应时间
每个通道大约每隔3ms采样一次。经过按键消抖处理以后，检测到按键按下的反应时间大概是18毫秒，检 测按键离开的反应时间大概是12毫秒。所以检测按键的最快频率大概是每秒30次
2.6
输出逻辑
触摸输出有两种状态：高阻或强低。
当MD悬空或者接VDD，检测到触摸时，输出强低，无触摸时，输出高阻。 当MD接GND，每一次触摸都会引发输出翻转，状态锁存。
MD悬空或者接VDD ：直接输出模式 时段 动作 触摸输出
时段1 芯片复位 高阻
时段2 无触摸 高阻
时段3 触摸 低电平
时段4 无触摸 高阻
时段5 触摸 低电平
时段6 无触摸 高阻
MD接GND ：锁存输出模式 时段 动作 触摸输出
时段1 芯片复位 高阻
时段2 无触摸 高阻
时段3 触摸 低电平
时段4 无触摸 低电平
时段5 触摸 高阻
时段6 无触摸 高阻
3.
应用
应用电路
3.1
1：普通按键模式（直接或锁存）
注意事项:
1. Cmod是电荷收集电容, 通常取值范围在1nf~10nf，典型值是4.7nf。
2. Cdc是灵敏度电容，取值范围是最小5pf，最大100pf, 电容取值越小，灵敏度越高。
2：
智能马桶人体感应和水位检测模式
注意事项:
1. Cmod是电荷收集电容, 通常取值范围在1nf~10nf，典型值是4.7nf。
2.Cdc是灵敏度电容，取值范围是最小5pf，最大100pf, 电容取值越小，灵敏度越高。
3.以Cdc=10pf为例，说明C1设置过程。C1电容大小应略大于CIN2脚上的寄生电容。在成品状态下，给系 统上电，若上电后，无水状态下，触摸输出低，说明C1过小，应该调大C1容值；若上电后，水位漫过检测 点，触摸输出高，说明C1过大，应该调小C1容值。在正常工作的情况下， C1和CIN2脚上寄生电容的差 值越小，灵敏度越高，一般来说，C1应该比CIN2脚上的寄生电容大大约0.2PF左右。C1电容应该用高精度 COG或NPO电容。经过调整后，得到最佳的电容值，然后将C1值固定下来。
4.
详细参数
4.1 额定值*
工作温度 -40 ~ +85oC 存储温度.-50 ~ +150oC 最大Vdd电压..-0.3 ~ +6.0V 管脚最大直流输出电流.±10mA
管脚容限电压.-0.3V ~ (Vdd + 0.3) Volts
* 注意: 超出上述值可能导致芯片永久损坏
4.2
电气特性
符号 Vdd Idd
VDD=5.0V VDD=3.0V 条件
最小值 2.5
0.8 0.45 120
2.5*Cdc
delta Cin > 0.2pF delta Cin < 0.2pF
50 100M
10.0
0.2
mA pF Ohm
1
TA = 25℃
特性 工作电压 电流损耗
典型值 最大值 6.5
单位 V mA mA ms
上电初始化时间 感应管脚电容范围 OUT输出电阻 ( NMOS开漏)
Tini Cin Zo
OUT输出灌电流 最小检测电容
Isk delta_Cin
VDD=5V CDC=5pf
1 如果感应管脚寄生电容超过
2.5倍的Cdc电容，芯片不能正常工作（绝大多数情况无需考虑这个限制）
4.3 封装尺寸图 (SOP-8)
SC01 水位检测 demo 板使用手册
一、应用电路图
原理分析：
水位检测的原理在于检测 CIN2 引脚上电容与 CIN1 引脚上电容差值，当 CIN2 大于 CIN1+0.2PF，则 认为检测水，否则认为没有检测水。通过检测调整 CIN1 和 CIN2 引脚上电容差值，可以定位具体的水位 检测点。
由于 PCB 板画好且结构固定好之后，CIN2 引脚的寄生电容就固定，所以对于应用者来说，调整 CIN1 引脚电容 C1 较为重要，最终调整的目标在于 CIN1 与 CIN2 引脚上的电容较为接近，此时灵敏度为最高。
CDC 为放电电容，从理论上上来推测，2*CDC>CIN 通道上的电容，不是非常特殊应用的场合，CDC 电容设定在 15~20PF 较为合适。
二、Demo PCB 版图与实物图：
三、运用环境搭建
3.1 电压
供电电压建议在 3.0V~5.5V，对应的接线 VDD 接板子+端，GND 接板子-端，如下图所示：
3.2 输出方式
SC01 为 NMOS 开漏输出方式，建议外接 10K 上拉，当检测到无水的时候，输出为高电平，当检 测到有水的情况下，输出为低电平。
为了方便指示，本 demo 板在上拉端接一个 LED 灯指示对应水位输出。如不需要 LED 灯指示，可 以将对应 R4 元器件更改为 6.8K 电阻。对应的输出端口接板子 O 端，如下图所示：
3.3 触摸传感器
水位检测的传感器，可以是平顶弹簧，螺旋弹簧，PCB 板铜箔或者铜针等材料。本演示板使用是 PCB 铜箔，如下图所示：
注意：如果需要在 demo 板子引线接其他传感器测试，需要重新按照调整规范重新校准水位点。
3.4 板子参数
器件
R1 R3 CMOD CDC C1
值
3K 3K 4.7nF 20PF 1.5PF
精度
±1% ±1% ±5% ±5%以上 ±0.05PF
封装
0603 0603 0603 0603 0402
材质 说明
COG NPO NPO
有适当影响，精度越高越好，材质
NPO 最佳
影响较大，要求精度更高，材质更
好
注意：此参数根据杯子壁厚 2MM 去调整，不同的容器可能需要重新去调整，参考参数调整步骤。
四、参数调整步骤
4.1 估算 CIN2 通道电容值，确定 CDC 电容值，通道电容与 CDC 电容关系：2*CDC>CIN2。常规的设 计 CIN2 电容一般会 20PF 以内，我们固定 20PF 电容去调整，注意 CDC 电容，切勿在 5PF 以内。
4.2 将 PCB 固定在待测水位点，如下所示：
4.3、固定好位置之后，我们接下来调整电容只有通道 CIN1 引脚上 C1 电容值。
4.3.1 估算电容通道 CIN2 电容，选取 C1 电容 4PF 作为参考，开始调整。给系统上电，往容器杯
中注入水。
如果此时水位漫过检测点，触摸输出点仍然为高，指示灯不响应。此过程说明 C1 电容偏大。 则降低 C1，继续测试。
如果一上电，或者加水水位还未达到检测点，触摸输出点为低，指示灯已响应，说明此过程 C1 电容偏小，则需要往上调整电容，继续测试。
4.3.2 针对我们 Demo 板，需要降低 C1 电容，反复如上步骤去辨别水位是否偏高或者偏低。 4.3.3 当 C1 电容定位 1.6PF 的时候，此时当水位漫过检测点时候，触摸输出点为低电平，指示灯
响应。
此时，C1 电容非常接近水位点，
4.3.4 当 C1 电容定位 1.5PF 的时候，此时，水位刚好与检测点持平的时候，指示灯亮起。
4.3.5 当 C1 电容定位 1.3PF 的时候，此时，水位在略低于水位检测点的时候，指示灯亮起。
4.3.6 最终确定 C1= 1.5PF 为最合适的水位检测点。
注意：此过程建议使用常见的高精度 NPO 材质电容去作调整，精度越高越好，调整到待测水位点附 近，也就是刚好靠近 PAD 中间部位。
4.4 当电容调整到 C1 值调整到接近触摸 PAD 中间的部位的时候，固定 C1 值，由于常规的电容值 并没有那么齐全，此时可以通过调整 CDC 电容，使得水位点更为精准，
调试过程中，如果测试出现电容值大电容值刚好在水位检测上，而选择小一点的电容刚好在水位点 下方，水位点刚好在两个电容值的中间，这个时候应该选择较为接近水位点的电容值，在通过微调 CDC 引 脚电容，如水位点偏高，适当降低 CDC 电容值，如果水位点偏低，适当提高 CDC 电容值，从实际测试总结 来看，CDC 引脚上的电容的影响比 C1 引脚上的影响差很多，所以 CDC 可以用于做适当的微调功能。
五、C1 电容的影响
C1 电容的作用主要是作为 CIN1 通道存在的电容与触摸传感器通道 CIN2 寄生电容的直接比较，如果 CIN2 通道的电容大于 CIN1+0.2PF，则判断为有水，否则为无水，又由于常规设计 CIN2 通道寄生电容比较 小，所以 C1 一般调整范围在 1~10PF 以内调整。实测 C1 对于水位点影响如下表格：
C1电容对水位检测点的影响
C1大小（CDC 20PF)
0.5pf 0.75pf 1pf 1.2pf 1.5pf 1.8pf 2.0pf 2.4pf 2.5pf 距离中心水位点 下移2mm 下移2mm 下移1.5mm 下移1.0mm 0cm
上移1.1mm 上移2.0mm 上移3.7mm 上移5.0mm
五、CDC 电容的影响
CDC 主要是 CIN2 通道感应出电容的变化，触摸 PAD 越大，对应产生 CIN2 于 CIN1 之间插值就更容易， 触摸通道对应的灵敏度的就提高，如下表格 CDC 对水位点的影响：
CDC电容对水位检测点的影响
CDC大小(C1是1.5pf） 距离中心水位点 20pf 0cm 30pf 上移3.3mm 43pf 上移6.3mm 51pf 上移7.5mm 62pf 上移8.8mm 75pf 上移9.2mm
六、layout 设计
6.1 水位检测触摸传感器类型
6.1.1 贴容器壁类型，如下图所示：
6.1.2 探针类型，如下图所示：
6.2触摸传感器可选择
可以选择平顶弹簧，螺旋弹簧，PCB 板铜箔，导电绵或者铜针等等。
6.3 触摸传感器的尺寸及要求
6.3.1 水位检测传感器，要求本身电容较小，不可用较大铜柱，铜管等产品，寄生电容会很大，
到时调整精度会较差。
6.3.2 针对 PCB 铜箔作为水位检测传感器，在保证接触面积的情况下，传感器尽量设计走细长条
的结构，结构上能够精准检测水位点，且有效避免水珠挂壁的影响。常规的结构，建议与水接触的面积在 4*4MM~30*30MM 之间。
6.3.3 设计时候，走线尽量到传感器之间尽量短且细，切记不要太长，避免引入较大的寄生电容。 6.3.4 在设计传感器的时候，尽量背面不要放置元器件，会引入较大的寄生电容，检测的距离会
较短，如果要求检测厚度要达到 3mm 以上，建议在传感器背面也不要铺地，如下图所示：
6.3.5 CDC 和 C1 电容，要求使用 5%或以上精度的涤纶电容、X7R 材质贴片电容或 NPO 材质贴
片电容，确保生产过程中水位检测点保持一致。务必在 PCB layout 时将 CDC 和 C1尽量贴近 IC 放置。
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SC01A 水位检测感应器设计方案 - 图文
