电容式触摸屏原理及详细资料

Contens电阻式触摸屏与电容式触摸屏的对比电容式触摸屏原理和分类FTS电容式触摸屏控制器介绍12/27/200912术语ITO-IndiumThinOxide，氧化铟锡，一种透明的导电材料TP-touchpanel，触摸屏CTP-Capacitancetouchpanel，电容式触摸屏DITO：在玻璃双面分别制作ITO图形，构成电容极板SITO：在玻璃的单面制作ITO图形，构成电容极板12/27/200923术语OCA光学胶是重要触摸屏的原材料之一。将光学压克力胶做成无基材，然后在上下底层，再各贴合一层離型薄膜，是一种无基体材料的双面贴合胶带。优点：高清澈度、高透光性(全光穿透率99%)、高黏著力、高耐候、耐水性、耐高温、抗紫外线，长时间使用不会產生黄化(黄变)、剥離及变质的问题分类：1.电阻式电阻式的光学胶按厚度不同又可分为50um和25um2.电容式电容式的光学胶分为100um，175um，200um12/27/200934电阻式触屏VS电容式触屏对比电阻式方案已经非常成熟，一般都是和液晶屏打包配套，成本比较低。但由于先天结构(原理)上的原因，使用一段时间后需要重新对触摸屏进行校正。低端的4线电阻式触摸屏需要直接与指尖或笔接触，所以在上盖的设计上会有一个开孔，对外界的各种干扰(灰尘、湿气、ESD等等)都缺乏有效的防护，所以可靠性和耐用性较差。高端的5线式电阻式触摸屏可以通过改善结构解决这个问题，但成本上已经和电容式持平。且对一些复杂的手势(特别是多点触摸)缺乏有效的支持，而这恰恰就是电容式触摸屏最大的卖点。9/20/20205电阻式触屏VS电容式触屏对比电容式方案的结构和实现原理和电阻式完全不一样，主要是根据接触区域的电容量来判断手指的位置，所以目前只能通过手指来感应，并且可以对多点触摸等复杂的手势可以提供完善的支持。由于对外界的感应需要通过一层不导电的介电质(塑胶、玻璃等)，触摸屏需要贴合在上盖背面，所以对外界的抗干扰能力较强，可靠性和耐用性高。“但是，随之而来的问题是对供应商的制造和组装能力(贴合)提出了较高的要求，因此目前整体成本居高不下。”陈元指出。9/20/20206电阻式触屏VS电容式触屏对比9/20/2020电容式触摸屏基本原理和分类12/27/200978Capacitancetouchpaneloverview用ITO材料制作透明电极的电容阵列手指触摸到电容式触摸屏表面，改变触摸屏的固有电容触摸屏电容控制器（IC）检测到电容的变化，并通过电容阵列的电容变化率，计算出触摸发生的坐标，强度等信息12/27/200989ElectronicFieldCapacitiveSensor通过检测电容传输的能量来检测电容振荡器输出正弦波加到电容一端信号检测处理电路接电容另一端根据接收点信号电平高低判断电容的大小振荡器SensingandFilter12/27/2009910RelaxationOscillatorCapacitiveSensor通过检测张弛振荡器频率来检测电容一个恒流源给电容充电一个受反馈控制的开关给电容放电迟滞比较器把电容电压变化整形方波12/27/20091011ChargeTransferDeviceCapacitiveSensor首先，感应电容充电其次，把感应电容的电荷转移到另一个电容通过检测电荷转移量来检测电容的大小12/27/20091112DetectMethod:Self-capacitanceVS.Mutual-Capacitance自电容利用单个电极自身的电容一端接地，另一端激励或采样电路互电容利用两个电极传输电荷通常一端接激励，另一端接采样电路12/27/20091213自电容–self-capacitor测量信号线本身的电容优点：简单，计算量小缺点：虚拟两点，速度慢互电容-mutualcapacitor测量垂直相交的两根信号之间的电容优点：真实多点，速度快缺点：复杂，功耗大，成本高Ghostpoint12/27/20091314PanelProcess玻璃双面（DITO）ITO图案做在玻璃的上下表面，分别为x轴和Y轴，上表面加Lens玻璃单面（SITO）ITO图案做在玻璃的上表面，下表面为shielding玻璃单面架桥，X轴与Y轴交汇处采用架桥玻璃单面双层，使用SiO2隔离Film二层，分别为X轴，Y轴12/27/20091415DITOCOVERＬＥＮＳOCAGLASSTOPITOBOTTOMITOOCA液晶屏12/27/20091516SITOOCA液晶屏COVERＬＥＮＳOCAGLASSITO+BridgeShieldingITOOCA12/27/20091617FilmOCAShieldingITOShieldingFilmBOTTOMFilmCOVERＬＥＮＳOCATOPFilmTOPITOOCABOTTOMITO液晶屏12/27/20091718PanelPattern：TwoLayersSelf-capacitanceorMutualcapacitancePanel两层ITO分别与地或手指构成自电容（人体接地）自电容有M+N个电容互电容有M×N个电容需要M+N条线连到控制芯片MROWNColumn12/27/20091819TwoLayersMutualCapacitor两层ITO相互重叠构成电容有M×N个电容需要M+N条线连到控制芯片手指触摸影响相互电容12/27/200919FTS电容式触摸屏控制器简介12/27/20092021FTS电容式触摸屏控制器方案特点自主专利的方案互电容提供业内顶尖级的性能多点触摸检测，最多达到5点高信噪比抗RF干扰高精度高分辨率高线性度自校正，避免温度，湿度的影响本地化的服务12/27/20092122Multi-touch多点触摸是一个趋势正在竞标的某国际大公司2011年项目要求10点正在designin的多个case要求真实两点或两点以上随着appletabletPC上市，多点应用会逐渐涌现并普及能自主安装应用软件是为了的一个趋势，系统硬件应该为将来性能提升提供准备FTS方案能提供真实的5点触摸检测，为将来的应用提升提供硬件支持12/27/20092223SNR在触摸屏行业，SNR定义为信号幅度与噪声幅度比（噪声取绝对值）。SNR的传统定义为信号功率与噪声功率比SNRP=PS/PN=VS2/VN2=SNRV2如果采用这个定义的SNR，则信噪比能达到数千。SNR是一个基本参数，决定系统的大部分性能SNRV≥50，系统能稳定工作SNRV≥100，系统性能优良FTS方案配合相应的TP，SNRV≥15012/27/20092324Anti-RFinterference抗RF干扰时CTP系统一个关键性能抗RF干扰能力差是之前CTPcase失败的关键因素抗RF干扰包括GSM，CDMA，WIFI，微波炉等射频干扰FTS方案采用跳频等技术，提供优异的RF干扰抑制能力12/27/20092425•找出电容最大值和对应的列•用以最大电容值列为中心的三列求出其加权平均，即横坐标坐标计算-CenterPointalgorithmii-1i+11iPiP1iPiPi1111)1(**)1(**iiiiiiPPPiPiPiPKX其中，K为映射系数12/27/20092526AccuracyAccuracy（精度）是指实际触摸位置与TP上报触摸坐标的误差，包括边沿精度与非边沿精度边沿指TPAA区外侧3mm左右的边框部分非边沿指TPAA区外侧3mm左右的边框以内的部分坐标计算通常都是采用重心算法，因此精度的关键是SNR和TP的PitchSNR越高则参数的置信位数越高;计算的结果越可靠则精度越高合适的Pitch能提高精度。Pitch的选择主要与手指的大小有关。一个典型的Pitch为5mm。FTS整合TP设计与算法，提供业内领先的TP触摸精度边沿±2mm，非边沿±1mm12/27/20092627ResolutionResolution（分辨率）指单位长度TP能触摸的点数或者TP能上报的点数与精度一样，分辨率的关键是SNR和TP的Pitch分辨率与精度是同一个问题，不同的描述角度针对手机应用，FTS的方案能提供最多1280×768的分辨率。形象的说，就是能把显示屏上的每个点触摸出来12/27/20092728LinearityLinearity（线性度）是指在TP上画对角直线时，实际曲线与理想直线最大的距离FTS的方案能实现线性度达±1mm12/27/20092829Adaptiveprocessalgorithm环境（温度、湿度等）变化会造成TP失效温度适应能力差事之前CTP失败的重要原因材料老化也会造成TP失效自适应处理算法能根据环境变化，自动调节TP参数设置，使TP工作在最佳状态。自适应处理算法还能补偿材料老化对TP造成的影响12/27/20092930Scanrate控制IC以一定速率对TP进行扫描互电容VS自电容互电容以帧为单位上报触摸屏的事件。即每次扫描，均立即上报该次扫描的结果，包括触摸点数，每点的坐标自电容仅能针对单点触摸上报真实坐标。对多的触摸时，使用十分复杂的虚拟算法计算坐标，效率低，容易出错。因此，定义了一个Point/S（点/秒）的参数来定义上报速率。60Hz是足够的，并且是现实的从体验的角度看，60Hz与80Hz几乎没有区别随着频率的上升，CPU消耗的资源超过临界点后会急剧上升FTS最大能支持80Hz的扫描速率12/27/20093031PowermanagementFTSCTP系统提供完善的功耗管理FTSCTP系统提供3个功耗模式Active：全速模式,可以产生触摸中断/INT,可以读取触摸数据.Monitor：触摸监测模式,低速扫描,不能产生触摸中断/INT.有触摸发生后自动跳转到ActiveHibernate：系统休眠，需要硬件触发唤醒12/27/20093132手势集成与自定义FTS方案能集成目前所有手势，包括单点点击，双击，平移，放大缩小等FTS方案能根据客户的需求，集成客户定义的手势FTS方案能上报绝对坐标，由Host来分析触摸类型并作出相应的处理12/27/20093233系统接口端口名称电平极性描述串行接口2.8~3.3V串行接口为CTPM和Host之间的数据通信通道.FT5201构成的CTPM支持SPI,I2C这2个标准串行接口之一./INT2.8~3.3VLOWCTPM发送给Host的中断信号/WAKE*2.8~3.3VLOW从HIBERNATE当中唤醒CTPM的信号.CTPFT5201MCUCTPModuleHost/INT串行接口RXTX/WAKE12/27/20093334触摸数据读取模式支持中断模式与查询模式中断模式为触摸屏系统检测到触摸发生时，主动发出中断给Host，让Host来读取触摸发生数据查询模式为触摸屏系统定时检测触摸，触摸发生时，仅仅准备好触摸数据，被动等待Host来读取数据12/27/20093435OSCTP系统是一种普通外设，采用标准的SPI、I2C接口，与OS无必然关系SPI与I2C可以通过硬件接口连接，也可以通过软件模拟方式连接OS与CTP的关系主要体现在对触摸输入的支持上，包括单点，多点，手势等通过在OS中加入驱动来解释协议FTS可以给各个OS的驱动设计提供帮助12/27/20093536DesignInflow联调前的准备确定TP系统结构图，包括TP，FPC，元件区，出pin位置等确定TP系统提供的功能确定接口类型，连接方式，信号电平联调内容根据协议编写OS驱动-FTS提供协助连接TP进行调试测试TP功能与性能整机测试12/27/20093637生产集成TP生产Firmwa