如何设计一个触摸屏感应电容触控系统

1946861 2020-11-25 | pdf | 0.19 MB | 次下载 | 2积分

资料介绍

　　自 2007 年 iPhone®出现后，感应电容触摸屏的应用范围就在不断扩大。尽管如此，真正把感应电容触摸屏集成到设备中仍存在着很大的挑战，尤其在液晶显示器（LCD）、外围器件产生干扰及嘈杂的环境中。有效的解决方案之一是使用高信噪比（SNR）的触摸屏控制器来对抗噪声。一个高信噪比控制器还会有其它优势，下面将会详细描述。 SNR 定义为信号（有用的信息）和噪声（无用信号）的功率比。如果信号和噪声在相同的负载下测量，SNR 可以通过计算幅度均方根（RMS）的平方获得。功率比的值（PS/PN）通常很大，通常用对数（dB）来描述。SNR 可以表示为： SNRdB = 10log10（PS/PN） = 10log10（RMSS/RMSN）² = 20log10（RMSS/RMSN）高 SNR 意味着测到的信号强度比背景噪声高。

　　整体触控性能

　　主要由两个器件决定整体触控性能：触摸屏传感器和触摸屏控制器。触摸屏传感器种类繁多，它们的名称形象的说明了其形状和结构，例如三角形、菱形、雪花形、条形等等。例如，“菱形”是菱形的网格结构，而“条形”是行列交叉的网格，像一个城市的街道。一些传感器类型使用一层 ITO，而其它的则需要两层或三层，这决定于所需的系统性能和触摸屏控制器芯片。通常要根据触摸屏控制器结构来决定触摸屏传感器样式和层结构（“堆叠”）以最大化 SNR。例如，在单层互容带有交叉（搭桥）的菱形样式中，触摸屏表面到 ITO 的 X 层和 Y 层的距离是一样的，这降低了增益误差并使行和列的 SNR 很接近。尽管如此，仍需要增加一层屏蔽层防止传感器受到 LCD 噪声干扰。使用高 SNR 的触摸屏控制器可以降低触摸屏传感器的成本，放宽设计限制，使用更多的样式和层结构。正如下面将要讨论的一样，高 SNR 触摸屏控制器还可提供额外的好处，例如较容易找到触摸中心，降低了触摸屏对环境噪声的灵敏度，并允许使用手套或尖导电笔。

　　控制器架构

　　自容式和互容式是两种主要的电容触摸屏感应检测威廉希尔官方网站，自容式和互容式的特性简单归纳如下：

　　自容式

　　今天仍在使用的早期威廉希尔官方网站。

　　受限于“鬼点”（相对于真实触摸位置的错误触摸位置），通常为一点触摸或两点触摸。

　　菱形样式最普遍。

　　对 LCD 噪声抑制较差。

　　简单，低成本控制器。

　　互容式

　　正在攻占市场的新一代设计。

　　真正的两点或多点触摸。

　　较高的精度。

　　传感器样式设计更加灵活，这有助于最大化 SNR。

　　较好的噪声抑制。

　　更复杂，高成本控制器。

　　很多应用仅需要一个或两个触点，因此自容方案更有吸引力，尤其当用户界面的触摸位置可控以消除“鬼点”的时候。自容方案的典型 SNR 超过 30dB，通常需要在 LCD 和传感器的触摸层底部之间增加屏蔽层，这会增加成本，降低显示亮度。其它威廉希尔官方网站可被用到自容方案以进一步提高 SNR。这包括（a）增加每通道的采样数；（b）增加传感器驱动电压，这增加了固定噪声（如来自 LCD 的噪声）下的信号幅度；（c）在不同频率采样以避免固定频率干扰，如避开 60Hz（这被称为“频率抖动”）。尽管如此，该威廉希尔官方网站通常会降低帧率，增加功耗，这两样都是不希望的。从以上讨论中可以很清楚地看出，为了最大化 SNR 并支持两点或多点的触摸，互容式是最有希望的感应检测威廉希尔官方网站。图 1 的系统框图归纳了互容式的实现方法，即把一个激励信号加在触摸屏传感器电容的一极，把另一极连接到触摸屏控制器的interwetten与威廉的赔率体系前端（AFE），AFE 的输出被转化成数字格式并在数字信号处理器（DSP）中进行进一步处理。