淺談投射式電容觸摸屏設(shè)計

　　1 工作原理

　　投射式電容觸摸屏是在玻璃表面用一層或多層ITO（Indium Tin Oxides，透明導(dǎo)電薄膜，納米銦錫金屬氧化物，具有良好的導(dǎo)電性和透明性）制作X 軸和Y 軸電極矩陣，當(dāng)手指觸摸時，手指和ITO 表面形成一個耦合電容，引起電流的微弱變動，通過掃描X 軸和Y 軸電極矩陣，檢測觸摸點電容量的變化，計算出手指所在位置。

　　投射式電容觸摸屏可分為自電容式觸摸屏和互電容式觸摸屏。

　　自電容式觸摸屏的X 軸和Y 軸電極矩陣分別與地形成電容，當(dāng)手指觸摸電容屏，手指電容與電極電容疊加，使電極電容量增加。

　　檢測時，自電容式觸摸屏依次分別檢測X 軸和Y軸電極矩陣，根據(jù)觸摸前后電容量的變化，分別確定X 軸坐標(biāo)和Y 軸坐標(biāo)，得出電容屏的觸摸點坐標(biāo)。

　　單個觸摸點在X 軸和Y 軸方向的坐標(biāo)都是唯一的。當(dāng)有兩個觸摸點且這兩個觸摸點不在同一X 軸或同一Y 軸時，在X 軸和Y 軸形成4 個坐標(biāo)，但其中只有兩個坐標(biāo)是真實的，另外兩個就是俗稱的“鬼點”，因此自電容式觸摸屏無法實現(xiàn)真正的多點觸摸。

　　互電容式觸摸屏的X 軸和Y 軸電極矩陣交叉處形成電容，即X 軸和Y 軸電極分別構(gòu)成了電容的兩極，當(dāng)手指觸摸電容屏，與觸摸點附近的兩個電極產(chǎn)生耦合電容，造成這兩個電極之間電容量的變化。

　　檢測時，Y 軸電極矩陣分時依序發(fā)出信號，X 軸電極矩陣同時接收信號，從而得到所有X 軸和Y 軸電極矩陣交叉點的電容值，根據(jù)電容量的變化，可計算出每一個觸摸點坐標(biāo)，目前可以支持到10 個手指的觸摸。

　　2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　常見的投射式電容觸摸屏結(jié)構(gòu)有三種。

　　Glass+Glass 結(jié)構(gòu)（單面ITO），第一層Glass 稱為Lens（蓋板），第二層Glass 稱為SeNSor，兩層玻璃通過OCA（Optical Clear Adhesive，光學(xué)透明膠，具有良好的粘合力和透過性）粘合在一起，ITO 層鍍在Sensor 上表面，其中Y- Sensor 通過金屬橋連通。如圖2 所示。

　　Glass+Glass 結(jié)構(gòu)（雙面ITO），與單面ITO 唯一不同的地方是，ITO 層分別鍍在Sensor 上/ 下表面。如圖3 所示。

　　Glass+Film 結(jié)構(gòu)，與其它兩種結(jié)構(gòu)不同的是，第二層采用了Film（薄膜），ITO 層鍍在Film 上，根據(jù)IC 的不同和電容屏廠制造工藝的不同，可采用一層膜或多層膜結(jié)構(gòu)。如圖4 所示。

　　表1 所示為三種結(jié)構(gòu)在制程方面的對比。

表1 Glass+Glass 結(jié)構(gòu)（單面ITO）、Glass+Glass 結(jié)構(gòu)（雙面ITO）、Glass+Film 結(jié)構(gòu)的制程對比

　　3 感應(yīng)圖形及走線設(shè)計

　　感應(yīng)圖形即Sensor 層的ITO 圖形，通常采用菱形+ 菱形的設(shè)計，另外根據(jù)各家IC 特性，還有六邊形+ 菱形、雪花形等設(shè)計。常見的玻璃結(jié)構(gòu)菱形+菱形設(shè)計如圖5 所示。

　　Sensor 層的ITO 走線主要有分屏走線和交叉走線兩種（如圖6 所示）。Y- Sensor 和圖形之間需用地線隔開，X- Sensor 線和Y- Sensor 之間同樣需用地線隔開。

　　4 驅(qū)動電路設(shè)計

　　圖7 所示為最基本的投射式電容觸摸屏驅(qū)動電路，采用IIC 串行接口。

圖7 最基本的投射式電容觸摸屏驅(qū)動電路

表2 投射式電容觸摸屏啟動電路解析

　　5 FPC 設(shè)計

　　5.1 常規(guī)設(shè)計

　?。?）Sensor 線線寬一般為0.075mm，Sensor線線隙一般為0.075mm，過孔外徑/ 內(nèi)徑一般為0.4mm/0.2mm。

　?。?）X- Sensor 線和Y- Sensor 線不可重疊；如果平行， 中間用GND 線隔離，GND 線線寬為Sensor 線線寬的2 倍；如無法避免交叉走線，則盡量垂直，減小交叉面積，降低寄生電容。

　?。?）IC 外圍的元器件盡量靠近IC 放置。

　?。?）FPC 正/ 反面鋪網(wǎng)格狀接地銅箔，減小GND 線電阻，屏蔽外部干擾。

　　5.2 抗ESD 設(shè)計

　　（1）在VDD 引腳處增加壓敏電阻，提高抗ESD電壓。

　?。?）連接IC 和主機的數(shù)據(jù)線鋪網(wǎng)格狀接地銅箔，保護IIC 信號，防止ESD 干擾串入主板。

圖9 FPC 設(shè)計圖

　　5 生產(chǎn)流程

　　生產(chǎn)流程如圖10 所示。

　　6 結(jié)論

　　隨著技術(shù)的演進，投射式電容觸摸屏的應(yīng)用已經(jīng)愈來愈多元化，從手持裝置到家電產(chǎn)品，觸摸技術(shù)幾乎無所不在，投射式電容觸摸屏必然會將人機交互推向一個新的時代。