淺談投射式電容觸摸屏設計

　　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，透明導電薄膜，納米銦錫金屬氧化物，具有良好的導電性和透明性）制作X 軸和Y 軸電極矩陣，當手指觸摸時(shí)，手指和ITO 表面形成一個(gè)耦合電容，引起電流的微弱變動(dòng)，通過(guò)掃描X 軸和Y 軸電極矩陣，檢測觸摸點(diǎn)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(shí)，自電容式觸摸屏依次分別檢測X 軸和Y軸電極矩陣，根據觸摸前后電容量的變化，分別確定X 軸坐標和Y 軸坐標，得出電容屏的觸摸點(diǎn)坐標。

　　單個(gè)觸摸點(diǎn)在X 軸和Y 軸方向的坐標都是唯一的。當有兩個(gè)觸摸點(diǎn)且這兩個(gè)觸摸點(diǎn)不在同一X 軸或同一Y 軸時(shí)，在X 軸和Y 軸形成4 個(gè)坐標，但其中只有兩個(gè)坐標是真實(shí)的，另外兩個(gè)就是俗稱(chēng)的“鬼點(diǎn)”，因此自電容式觸摸屏無(wú)法實(shí)現真正的多點(diǎn)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 軸電極分別構成了電容的兩極，當手指觸摸電容屏，與觸摸點(diǎn)附近的兩個(gè)電極產(chǎn)生耦合電容，造成這兩個(gè)電極之間電容量的變化。

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

　　2 結構設計

　　常見(jiàn)的投射式電容觸摸屏結構有三種。

　　Glass+Glass 結構（單面ITO），第一層Glass 稱(chēng)為L(cháng)ens（蓋板），第二層Glass 稱(chēng)為SeNSor，兩層玻璃通過(guò)OCA（Optical Clear Adhesive，光學(xué)透明膠，具有良好的粘合力和透過(guò)性）粘合在一起，ITO 層鍍在Sensor 上表面，其中Y- Sensor 通過(guò)金屬橋連通。如圖2 所示。

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

　　表1 所示為三種結構在制程方面的對比。

表1 Glass+Glass 結構（單面ITO）、Glass+Glass 結構（雙面ITO）、Glass+Film 結構的制程對比

　　3 感應圖形及走線(xiàn)設計

　　感應圖形即Sensor 層的ITO 圖形，通常采用菱形+ 菱形的設計，另外根據各家IC 特性，還有六邊形+ 菱形、雪花形等設計。常見(jiàn)的玻璃結構菱形+菱形設計如圖5 所示。

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

　　4 驅動(dòng)電路設計

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

圖7 最基本的投射式電容觸摸屏驅動(dòng)電路

表2 投射式電容觸摸屏啟動(dòng)電路解析

　　5 FPC 設計

　　5.1 常規設計

　?。?）Sensor 線(xiàn)線(xiàn)寬一般為0.075mm，Sensor線(xiàn)線(xiàn)隙一般為0.075mm，過(guò)孔外徑/ 內徑一般為0.4mm/0.2mm。

　?。?）X- Sensor 線(xiàn)和Y- Sensor 線(xiàn)不可重疊；如果平行， 中間用GND 線(xiàn)隔離，GND 線(xiàn)線(xiàn)寬為Sensor 線(xiàn)線(xiàn)寬的2 倍；如無(wú)法避免交叉走線(xiàn)，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(xiàn)電阻，屏蔽外部干擾。

　　5.2 抗ESD 設計

　?。?）在VDD 引腳處增加壓敏電阻，提高抗ESD電壓。

　?。?）連接IC 和主機的數據線(xiàn)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 設計圖

　　5 生產(chǎn)流程

　　生產(chǎn)流程如圖10 所示。

　　6 結論

　　隨著(zhù)技術(shù)的演進(jìn)，投射式電容觸摸屏的應用已經(jīng)愈來(lái)愈多元化，從手持裝置到家電產(chǎn)品，觸摸技術(shù)幾乎無(wú)所不在，投射式電容觸摸屏必然會(huì )將人機交互推向一個(gè)新的時(shí)代。