浅谈投射式电容触摸屏设计
出处:zhangrun 发布于:2011-10-12 10:05:13
摘要:投射式电容 触摸屏以优越的可操作性和可靠性,逐步成为 手机等 电子产品的主流。文章从原理、结构等方面,简单介绍投射式电容触摸屏的设计要点。
1 工作原理
投射式电容触摸屏是在玻璃表面用一层或多层ITO(Indium Tin Oxides,透明导电薄膜,纳米铟锡金属氧化物,具有良好的导电性和透明性)制作X 轴和Y 轴电极矩阵,当手指触摸时,手指和ITO 表面形成一个耦合电容,引起电流的微弱变动,通过扫描X 轴和Y 轴电极矩阵,检测触摸点电容量的变化,计算出手指所在位置。
投射式电容触摸屏可分为自电容式触摸屏和互电容式触摸屏。
自电容式触摸屏的X 轴和Y 轴电极矩阵分别与地形成电容,当手指触摸电容屏,手指电容与电极电容叠加,使电极电容量增加。
检测时,自电容式触摸屏依次分别检测X 轴和Y轴电极矩阵,根据触摸前后电容量的变化,分别确定X 轴坐标和Y 轴坐标,得出电容屏的触摸点坐标。
单个触摸点在X 轴和Y 轴方向的坐标都是的。当有两个触摸点且这两个触摸点不在同一X 轴或同一Y 轴时,在X 轴和Y 轴形成4 个坐标,但其中只有两个坐标是真实的,另外两个就是俗称的“鬼点”,因此自电容式触摸屏无法实现真正的多点触摸。
互电容式触摸屏的X 轴和Y 轴电极矩阵交叉处形成电容,即X 轴和Y 轴电极分别构成了电容的两极,当手指触摸电容屏,与触摸点附近的两个电极产生耦合电容,造成这两个电极之间电容量的变化。
检测时,Y 轴电极矩阵分时依序发出信号,X 轴电极矩阵同时接收信号,从而得到所有X 轴和Y 轴电极矩阵交叉点的电容值,根据电容量的变化,可计算出每一个触摸点坐标,目前可以支持到10 个手指的触摸。
2 结构设计
常见的投射式电容触摸屏结构有三种。
Glass+Glass 结构(单面ITO),层Glass 称为Lens(盖板),第二层Glass 称为Sensor,两层玻璃通过OCA(Optical Clear Adhesive,光学透明胶,具有良好的粘合力和透过性)粘合在一起,ITO 层镀在Sensor 上表面,其中Y- Sensor 通过金属桥连通。如图2 所示。
Glass+Glass 结构(双面ITO),与单面ITO 不同的地方是,ITO 层分别镀在Sensor 上/ 下表面。如图3 所示。
Glass+Film 结构,与其它两种结构不同的是,第二层采用了Film(薄膜),ITO 层镀在Film 上,根据IC 的不同和电容屏厂制造工艺的不同,可采用一层膜或多层膜结构。如图4 所示。
表1 所示为三种结构在制程方面的对比。
表1 Glass+Glass 结构(单面ITO)、Glass+Glass 结构(双面ITO)、Glass+Film 结构的制程对比
3 感应图形及走线设计
感应图形即Sensor 层的ITO 图形,通常采用菱形+ 菱形的设计,另外根据各家IC 特性,还有六边形+ 菱形、雪花形等设计。常见的玻璃结构菱形+菱形设计如图5 所示。
Sensor 层的ITO 走线主要有分屏走线和交叉走线两种(如图6 所示)。Y- Sensor 和图形之间需用地线隔开,X- Sensor 线和Y- Sensor 之间同样需用地线隔开。
4 驱动电路设计
图7 所示为基本的投射式电容触摸屏驱动电路,采用IIC 串行接口。
图7 基本的投射式电容触摸屏驱动电路
表2 投射式电容触摸屏启动电路解析
5 FPC 设计
5.1 常规设计
(1)Sensor 线线宽一般为0.075mm,Sensor线线隙一般为0.075mm,过孔外径/ 内径一般为0.4mm/0.2mm。
(2)X- Sensor 线和Y- Sensor 线不可重叠;如果平行, 中间用GND 线隔离,GND 线线宽为Sensor 线线宽的2 倍;如无法避免交叉走线,则尽量垂直,减小交叉面积,降低寄生电容。
(3)IC 外围的 元器件尽量靠近IC 放置。
(4)FPC 正/ 反面铺网格状接地铜箔,减小GND 线电阻,屏蔽外部干扰。
5.2 抗ESD 设计
(1)在VDD 引脚处增加 压敏电阻,提高抗ESD电压。
(2)连接IC 和主机的数据线铺网格状接地铜箔,保护IIC 信号,防止ESD 干扰串入主板。
图9 FPC 设计图
5 生产流程
生产流程如图10 所示。
6 结论
随着技术的演进,投射式电容触摸屏的应用已经愈来愈多元化,从手持装置到家电产品,触摸技术几乎无所不在,投射式电容触摸屏必然会将人机交互推向一个新的时代。
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