關(guān)于觸摸屏原理及基礎知識的幾點(diǎn)淺析

標簽：電容式觸摸屏 電阻式觸摸屏

目前主要有幾種類(lèi)型的觸摸屏，它們分別是：電阻式(雙層)，表面電容式和感應電容式，表面聲波式，紅外式，以及彎曲波式、有源數字轉換器式和光學(xué)成像式。它們又可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)需要ITO,比如前三種觸摸屏，另一類(lèi)的結構中不需要ITO,比如后幾種屏。

觸摸屏在我們身邊已經(jīng)隨處可見(jiàn)了，在PDA等個(gè)人便攜式設備領(lǐng)域中，觸摸屏節省了空間便于攜帶，還有更好的人機交互性。

目前主要有幾種類(lèi)型的觸摸屏，它們分別是：電阻式(雙層)，表面電容式和感應電容式，表面聲波式，紅外式，以及彎曲波式、有源數字轉換器式和光學(xué)成像式。它們又可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)需要ITO,比如前三種觸摸屏，另一類(lèi)的結構中不需要ITO,比如后幾種屏。目前市場(chǎng)上，使用ITO材料的電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏應用最為廣泛。

電阻式觸摸屏

ITO是銦錫氧化物的英文縮寫(xiě)，它是一種透明的導電體。通過(guò)調整銦和錫的比例，沉積方法，氧化程度以及晶粒的大小可以調整這種物質(zhì)的性能。薄的ITO材料透明性好，但是阻抗高;厚的ITO材料阻抗低，但是透明性會(huì )變差。在PET聚脂薄膜上沉積時(shí)，反應溫度要下降到150度以下，這會(huì )導致ITO氧化不完全，之后的應用中ITO會(huì )暴露在空氣或空氣隔層里，它單位面積阻抗因為自氧化而隨時(shí)間變化。這使得電阻式觸摸屏需要經(jīng)常校正。

圖一是電阻觸摸屏的一個(gè)側面剖視圖。手指觸摸的表面是一個(gè)硬涂層，用以保護下面的PET層。PET層是很薄的有彈性的PET薄膜，當表面被觸摸時(shí)它會(huì )向下彎曲，并使得下面的兩層ITO涂層能夠相互接觸并在該點(diǎn)連通電路。兩個(gè)ITO層之間是約千分之一英寸厚的一些隔離支點(diǎn)使兩層分開(kāi)。最下面是一個(gè)透明的硬底層用來(lái)支撐上面的結構，通常是玻璃或者塑料。

電阻觸摸屏的多層結構會(huì )導致很大的光損失，對于手持設備通常需要加大背光源來(lái)彌補透光性不好的問(wèn)題，但這樣也會(huì )增加電池的消耗。電阻式觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)是它的屏和控制系統都比較便宜，反應靈敏度也很好。

電容式觸摸屏

電容式觸摸屏也需要使用ITO材料，而且它的功耗低壽命長(cháng)，但是較高的成本使它之前不太受關(guān)注。Apple推出的iPhone提供的友好人機界面，流暢操作性能使電容式觸摸屏受到了市場(chǎng)的追捧，各種電容式觸摸屏產(chǎn)品紛紛面世。而且隨著(zhù)工藝進(jìn)步和批量化，它的成本不斷下降，開(kāi)始顯現逐步取代電阻式觸摸屏的趨勢。

表面電容觸摸屏只采用單層的ITO，當手指觸摸屏表面時(shí)，就會(huì )有一定量的電荷轉移到人體。為了恢復這些電荷損失，電荷從屏幕的四角補充進(jìn)來(lái)，各方向補充的電荷量和觸摸點(diǎn)的距離成比例，我們可以由此推算出觸摸點(diǎn)的位置。

表面電容ITO涂層通常需要在屏幕的周邊加上線(xiàn)性化的金屬電極，來(lái)減小角落/邊緣效應對電場(chǎng)的影響。有時(shí)ITO涂層下面還會(huì )有一個(gè)ITO屏蔽層，用來(lái)阻隔噪音。表面電容觸摸屏至少需要校正一次才能使用。

感應電容觸摸屏與表面電容觸摸屏相比，可以穿透較厚的覆蓋層，而且不需要校正。感應電容式在兩層ITO涂層上蝕刻出不同的ITO模塊，需要考慮模塊的總阻抗，模塊之間的連接線(xiàn)的阻抗，兩層ITO模塊交叉處產(chǎn)生的寄生電容等因素。而且為了檢測到手指觸摸，ITO模塊的面積應該比手指面積小，當采用菱形圖案時(shí)，對角線(xiàn)長(cháng)通?？刂圃?到6毫米。

圖三中，綠色和藍色的ITO模塊位于兩層ITO涂層上，可以把它們看作是X和Y方向的連續變化的滑條，需要對X和Y方向上不同的ITO模塊分別掃描以獲得觸摸點(diǎn)的位置和觸摸的軌跡。兩層ITO涂層之間是PET或玻璃隔離層，后者透光性更好，可以承受更大的壓力，成品率更高，而且通過(guò)特殊工藝可以直接鍍在LCD表面，不過(guò)也重些。這層隔離層越薄，透光性越好，但是兩層ITO之間的寄生電容也越大。

感應電容觸摸屏檢測到的觸摸位置對應于感應到最大電容變化值的交叉點(diǎn)，對于X軸或Y軸來(lái)說(shuō)，則是對不同ITO模塊的信號量取加權平均得到位置量，系統然后在觸摸屏下面的LCD上顯示出觸摸點(diǎn)或軌跡。

當有兩個(gè)手指觸摸(紅色的兩點(diǎn))時(shí)，每個(gè)軸上會(huì )有兩個(gè)最大值，這時(shí)存在兩種可能的組合，系統就無(wú)法準確定位判斷了，這就是我們通常所稱(chēng)的鏡像點(diǎn)(藍色的兩點(diǎn))。

另外，觸摸屏的下面是LCD顯示屏，它的表面也是傳導性的，這樣就會(huì )和靠近的ITO涂層的ITO模塊產(chǎn)生寄生電容，我們通常還需要在這兩層之間保留一定的空氣層以降低寄生電容的影響。

電容式觸摸屏解決方案

目前的電容式觸摸屏解決方案中，CypressPSoC產(chǎn)品以可編程，設計靈活，一致性好，再加上高效的PSoCExpress/PSoCdesigner開(kāi)發(fā)環(huán)境而處于領(lǐng)先地位。

PSoCCapSense技術(shù)是根據電容感應的原理使用CSA或CSD模塊來(lái)實(shí)現的。PCB板或觸摸屏上相鄰的感應模塊或導線(xiàn)之間會(huì )存在寄生電容(見(jiàn)圖四中的Cp)，當有手指接近或觸摸兩個(gè)相鄰感應模塊時(shí)，相當于附加了兩個(gè)電容，它們相當于并聯(lián)在Cp上的電容Cf。利用PSoC的CSA和CSD技術(shù)可以檢測到這個(gè)電容上的變化，從而確定有沒(méi)有手指觸摸。

PSoC觸摸屏解決方案的優(yōu)點(diǎn)還體現在：

1.是一種單芯片方案，和傳統方案相比減少了外部器件，降低了系統總體BOM成本。

2.通過(guò)使用I2C-USBBridge和其它相關(guān)工具，結合PSoCExpress/PSoCdesigner開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以極大地節省開(kāi)發(fā)時(shí)間和費用。

3.PSoC內部的IO和各種模擬/數字模塊可以實(shí)現動(dòng)態(tài)重配置，不需要修改原理圖和PCB就可以更新設計以適應新的需求。它還支持多種通訊接口I2C/UART/SPI/USB等，可以和各種接口的主機方便連接，這些都會(huì )降低系統更新的成本。