什么是互电容式触摸屏?
投影电容屏触摸检测原理
投影电容屏可以分为两种:自电容屏和互电容屏。在玻璃表面,用ITO(一种透明导电材料)制作水平和垂直电极阵列,这些水平和垂直电极分别与地形成电容,俗称自电容,即电极与地之间的电容。当手指触摸电容屏时,手指的电容会叠加在屏幕的电容上,使屏幕的电容增大。
触摸检测时,由电容屏依次检测水平和垂直电极阵列,根据触摸前后电容的变化确定水平和垂直坐标,再组合成平面触摸坐标。自电容的扫描方式相当于将触摸屏上的触摸点分别投影到X轴和Y轴方向,然后分别计算X轴和Y轴方向的坐标,最后组合成触摸点的坐标。
如果是单点触摸,X轴和Y轴方向的投影是唯一的,组合的坐标也是唯一的。如果触摸屏上有两个触摸,且不在同一个X方向或同一个Y方向,则分别在X方向和Y方向有两个投影,然后组合四个坐标。显然只有两个坐标是真的,另外两个就是俗称的鬼点。所以电容屏无法实现真正的多点触控。
互电容屏也是在玻璃表面用ITO做的,与自电容屏不同的是,两组电极的交叉处会形成一个电容,即两组电极分别构成电容的两极。当手指触摸电容屏时,会影响触摸点附近两个电极之间的耦合,从而改变两个电极之间的电容。当检测到互电容时,横向电极依次发出激励信号,所有纵向电极同时接收信号,这样就可以得到所有横向和纵向电极交点的电容值,即整个触摸屏二维平面的电容值。可以根据触摸屏的二维电容变化数据计算出每个触摸点的坐标。因此,即使屏幕上有多个触摸点,也可以计算出每个触摸点的真实坐标。
图1自电容鬼影产生机制
FocalTech更早开始相互合作。
电容式触摸屏
其中一家技术研发公司在互电容领域拥有数十项国内外专利,包括互电容触摸屏机身设计、互电容触摸检测电路、触摸检测算法、环境自适应算法等技术。使用FocalTech的专有技术,互电容触摸屏的以下性能可以得到极大的提高:
1)抗电磁干扰能力
抗电磁干扰是影响电容式触摸屏系统性能的最关键因素。从2007年开始,一些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不佳,经常会出现打电话接不了,或者打完电话挂不了的情况。再加上环境变化时触摸屏故障频发,很多电容式触摸屏手机项目都失败了,甚至间接造成了一些解决方案公司的倒闭。Focaltech借鉴了现代无线通信领域的跳频技术,同时提高了TX的发射功率,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定义为接收信号功率与噪声功率之比。信噪比是触摸屏系统性能的另一个关键因素,它直接决定了触摸精度、线性度和分辨率。FocalTech主要通过三种方式提高信噪比。首先是提高信号发射功率。信号发射的信号功率提高,接收信号的功率也相应提高,从而提高信噪比。其次,降低噪音也是一种有效的方法。FocalTech提供了触摸屏设计方案,这些方案都有很好的屏蔽,比如在触摸屏底部的LCD侧增加一个接地层,在屏体周围增加地线隔离。这些措施可以有效地降低噪声的功率。另一种方法是增加触摸引起的电容变化。触摸电容的变化与信号功率成正比。也就是说,触摸变化越大,检测到的信号功率越大。FTS独有的专利触摸屏技术,可以大大改善触摸引起的电容变化率,通常可以达到30%以上,远高于iPhone采用的触摸屏变化率,仅为18%。
3)环境适应性
自动适应环境变化对于触摸屏系统也非常重要。触摸屏直接暴露在空气中,空气的温度和湿度会影响触摸屏的电容。触摸屏表面的水滴可能会直接造成误触。一个好的设计必须能够在非常大的范围内适应环境温度和湿度的变化,并且可以用少量的水正常触摸。FocalTech专门开发了环境自适应算法,配合相应的触摸屏机身设计,彻底解决了环境变化影响触摸屏的问题。
4)功耗
对于便携式设备,功耗也很关键。互电容技术采用二维检测代替自电容的一维检测,大大增加了检测电路和后处理数据的功耗。一般来说,对于相同规格的触摸屏,互电容技术的功耗是自电容技术的2~3倍。因此,降低功耗变得非常关键。FocalTech还采用了多种技术来降低功耗。在IC设计中,功耗是第一约束,比如采用低功耗结构、低功耗技术、增加硬件加速器等。在坐标计算上,FocalTech开发了快速坐标计算方案,可以简化计算,大大降低数据后处理的时间和功耗。此外,还设计了多种功耗模式,系统可以灵活使用,降低整体功耗。据实测,FocalTech的方案功耗只有同类方案的一半左右。
图2 Focal Tech触摸芯片的基本架构