互电容式触摸屏原理具体分析

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点击量: 171979 来源: 深圳市阳宏电源技术有限公司
互电容式触摸屏原理具体分析
 互电容技术由于具有直接、高效、准确、流畅、时尚等特点,极大程度提高了人和计算机对话的效率和便利性,未来必将成为未来消费的主流。

  投射电容屏触摸检测原理

  投射电容屏可分为自电容屏和互电容屏两种类型。在玻璃表面用ITO(一种透明的导电材料)制作成横向与纵向电极阵列,这些横向和纵向的电极分别与地构成电容,这个电容就是通常所说的自电容,也就是电极对地的电容。当手指触摸到电容屏时,手指的电容将会叠加到屏体电容上,使屏体电容量增加。

  在触摸检测时,自电容屏依次分别检测横向与纵向电极阵列,根据触摸前后电容的变化,分别确定横向坐标和纵向坐标,然后组合成平面的触摸坐标。自电容的扫描方式,相当于把触摸屏上的触摸点分别投影到X轴和Y轴方向,然后分别在X轴和Y轴方向计算出坐标,*后组合成触摸点的坐标。

  如果是单点触摸,则在X轴和Y轴方向的投影都是**的,组合出的坐标也是**的;如果在触摸屏上有两点触摸并且这两点不在同一X方向或者同一Y方向,则在X和Y方向分别有两个投影,则组合出4个坐标。显然,只有两个坐标是真实的,另外两个就是俗称的”鬼点”。因此,自电容屏无法实现真正的多点触摸。

  互电容屏也是在玻璃表面用ITO制作横向电极与纵向电极,它与自电容屏的区别在于,两组电极交叉的地方将会形成电容,也即这两组电极分别构成了电容的两极。当手指触摸到电容屏时,影响了触摸点附近两个电极之间的耦合,从而改变了这两个电极之间的电容量。检测互电容大小时,横向的电极依次发出激励信号,纵向的所有电极同时接收信号,这样可以得到所有横向和纵向电极交汇点的电容值大小,即整个触摸屏的二维平面的电容大小。根据触摸屏二维电容变化量数据,可以计算出每一个触摸点的坐标。因此,屏上即使有多个触摸点,也能计算出每个触摸点的真实坐标。

  

 

  图1 自电容鬼影的产生机理

  敦泰科技(FocalTech)是较早开始互 电容式触摸屏 技术研究和开发的公司之一,在互电容领域拥有数十项国内国际**,包括互电容式触摸屏体的设计,互电容式触摸检测电路、触摸检测算法、环境自适应算法等技术。利用FocalTech自有**技术,可以大幅提升互电容触摸屏的以下性能:

  1) 抗电磁干扰能力

  抗电磁干扰是容式触摸屏系统性能*关键的因素。从2007年起,即有公司开始提供自电容方案的电容式触摸屏技术,但由于抗电磁干扰设计较差,经常发生来电时无法接电话,或者通话结束时无法挂电话的情况。再加上环境变化时触摸屏失效频繁,造成了多个电容式触摸屏手机项目失败,甚至间接引起一些方案公司的倒闭。Focaltech借鉴了现代无线通信领域的跳频技术,同时提高了TX的发送功率,在提高系统信噪比的同时有效抑制了电磁干扰。

  2) 信噪比(SNR)

  SNR定义为指接收到的信号功率和噪声功率的比值。SNR是触摸屏系统性能另一个关键因素,其高低直接决定了触摸的精度、线性度和分辨率等性能好坏。FocalTech主要通过三个途径提高SNR。首先是提高信号发送功率。提高了信号发送信号功率,相应的就提高了接收到信号的功率,从而增加了SNR。其次,降低噪声也是一个有效的方法。FocalTech提供触摸屏设计方案,这些方案都做了非常好的屏蔽设计,例如在触摸屏底部靠LCD一侧增加地平面,在屏体四周增加地线隔离等。这些措施可有效降低噪声的功率。还有一个办法就是提高触摸引起的电容变化量。触摸电容变化量,正比于信号功率。即触摸变化量越大,则检测到的信号功率越大。FTS独有的触摸屏**技术,能大大提高触摸引起的电容变化率,通常能达到30%以上,远远高于iPhone所采用的触摸屏仅为18%的变化量。

  3) 环境适应性

  自动适应环境变化,对触摸屏系统亦十分重要。触摸屏直接暴露在空气中,空气的温度、湿度都会影响触摸屏体的电容大小。而触摸屏表面的水滴,则有可能直接造成误触摸。一个良好的设计,必须能在非常大范围能适应环境温度湿度的变化,并且在有少量水的条件下,能正常进行触摸。FocalTech专门开发了环境自适应算法,并配合相应的触摸屏体设计,已经完全解决了环境变化对触摸屏影响问题。

  4) 功耗

  对于便携式设备而言,功耗也非常关键。而互电容技术采用了二维检测而不是自电容的一维检测,大大增加了检测电路的功耗和后期处理数据的功耗。通常而言,相同规格的触摸屏,互电容技术功耗为自电容技术的2~3倍。因此,降低功耗变得十分关键。FocalTech同时采用了多项技术来降低功耗。在IC设计时,把功耗列为约束**位,如采用低功耗结构、低功耗工艺、增加硬件加速器等。在坐标计算中,FocalTech开发出了快速坐标计算方案,可简化计算量,大大降低了数据后期处理的时间和功耗。此外,还设计了多个功耗模式,系统可以灵活使用这些模式,降低整体使用功耗。根据实测,FocalTech的方案功耗仅为同类方案功耗的一半左右。

  

 

  图2 FocalTech触控芯片基本架构