基于電容式觸摸屏系統介紹及相關(guān)解決方案

　　觸摸屏廣泛應用于我們日常生活各個(gè)領(lǐng)域，如手機、媒體播放器、導航系統、數碼相機、數碼相機、數碼相框、PDA、游戲設備、顯示器、電器控制、醫療設備等等。

　　通用的觸摸屏技術(shù)包括適用于移動(dòng)設備和消費電子產(chǎn)品的電阻式觸摸屏和投射電容式（projected capacitive）觸摸屏以及用于其他應用的表面電容式（surface capacitive）觸摸屏、表面聲波（SAW）觸摸屏和紅外線(xiàn)觸摸屏。

　　電阻式觸摸屏

　　應用比較多的電阻式觸摸屏（圖1）具有空氣間隙和間隔層的兩層ITO（Indium Tin Oxide,銦錫氧化物）。電阻式觸摸屏是大批量應用、經(jīng)過(guò)驗證、低成本的技術(shù)。其缺點(diǎn)是：薄弱的機械性能；堆疊厚，相對較為復雜；不能檢測多個(gè)手指的動(dòng)作；前面板實(shí)現方案易損壞；有限的工業(yè)設計選項；光學(xué)性能不良；需要用戶(hù)校準。

　　圖1 電阻式觸摸屏

　　投射電容式觸摸屏

　　觸摸屏的電容觸摸控制采用一個(gè)用傳導物質(zhì)（如ITO）做涂層的表面來(lái)存儲電荷。傳導物質(zhì)沿屏的X軸和Y軸傳導電流。當傳導（如手指）觸摸時(shí)控制電場(chǎng)發(fā)生變化，而且可以確定沿水平軸和垂直軸觸摸的位置。在帶按鍵觸摸位置的應用中，把分立的傳感器放置在特定按鍵位置的下面，當傳感器的電場(chǎng)被干擾時(shí)系統記錄觸摸和位置。投射電容式觸摸屏示于圖2。

　　圖2 投射電容式觸摸屏

　　投射電容式觸摸屏比其他觸摸屏技術(shù)的優(yōu)勢是：

　　出色的信噪比；

　　整個(gè)觸摸屏表面具有高精度；

　　能夠支持多個(gè)觸摸；

　　通過(guò)“厚的”電介質(zhì)材料進(jìn)行感應；

　　無(wú)需用戶(hù)校準。

　　QTouch技術(shù)

　　QTouch技術(shù)是Atmel觸摸技術(shù)部前身Quantum（量研科技）的專(zhuān)利。所開(kāi)發(fā)的集成電路技術(shù)是基于電荷——傳輸電容式感測。QTouch IC檢測用傳感器芯片和簡(jiǎn)單按鍵電極之間單連接來(lái)檢測觸摸（圖3）。QTouch器件對未知電容的感測電極充電到已知電位。電極通常是印刷電路板上的一塊銅區域。在1個(gè)或多個(gè)電荷——傳輸周期后測量電荷，就可以確定感測板的電容。在觸摸表面按手指，導致在該點(diǎn)影響電荷流的外部電容。這做為一個(gè)觸摸記錄。也可確定QTouch微控制器來(lái)檢測手指的接近度，而不是絕對觸摸。判斷邏輯中的信號處理使QTouch健全和可靠?？梢韵o電脈沖或瞬時(shí)無(wú)意識觸摸或接近引起的假觸發(fā)。

　　圖3 Qtouch技術(shù)示意圖

　　QTouch傳感器可以驅動(dòng)單按鍵或多按鍵。在用多按鍵時(shí)，可以為每個(gè)按鍵設置1個(gè)單獨的靈敏電平?？梢杂貌煌笮『托螤畹陌存I來(lái)滿(mǎn)足功能和審美要求。

　　QTouch技術(shù)可以采用兩種模式：正?；颉坝|摸”模式和高靈敏度或“接近”模式。用高靈敏電荷傳輸接近感測來(lái)檢測末端用戶(hù)接近的手指，用用戶(hù)接口中斷電子設備或電氣裝置來(lái)啟動(dòng)系統功能。

　　為了優(yōu)異的電磁兼容，QTouch傳感器采用擴頻調制和稀疏、隨機充電脈沖（脈沖之間具有長(cháng)延遲）。單個(gè)脈沖可以比內部串脈沖間隔短5%或更短。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是較低的交叉傳感器干擾，降低了RF輻射和極化率，以及低功耗。

　　QTouch器件對于慢變化（由于老化或環(huán)境條件改變）具有自動(dòng)漂移補償。這些器件具有幾十的動(dòng)態(tài)范圍，它們不需要線(xiàn)圈、振蕩器、RF元件、專(zhuān)門(mén)纜線(xiàn)、RC網(wǎng)絡(luò )或大量的分立元件。QTouch做為一個(gè)工程方案，它是簡(jiǎn)單、耐用、精巧的方案。

　　在幾個(gè)觸摸按鍵互相靠近時(shí)，接近的手指會(huì )導致多個(gè)按鍵的電容變化。Atmel專(zhuān)利的鄰鍵抑制（AKS）采用迭代技術(shù)重復測量每個(gè)按鍵上的電容變化，比較結果和確定哪個(gè)按鍵是用戶(hù)想要的。AKS抑制或忽略來(lái)自所有其他按鍵的信號，提供所選擇按鍵的信號。這可防止對鄰鍵的假觸摸檢測。

　　觸摸屏系統設計

　　一個(gè)觸摸屏系統包括：前面板、傳感器薄膜、顯示單元、控制器板和集成支持（圖4）。

　　圖4 觸摸屏系統

　　Atmel公司提供觸摸控制器IC、控制電路板參考設計、傳感器參考設計、集成支持和傳感器測試設備設計，而合作伙伴提供傳感器薄、傳感器和前面板的集成和控制器電路板。

　　Atmel提供用于1至10個(gè)按鍵和/或滑塊/滑輪的器件——QTouch系列；用于多達48個(gè)按鍵和/或滑塊/滑輪的器件——QMatrix系列；用于Single Touch和Two Touch觸摸屏的器件QFild和QTwo系列。其中采用QT5320/5480器件的簡(jiǎn)易系統示于圖5，觸摸屏、滑塊、滑輪和/或按鍵可由主機通過(guò)I2C兼容接口進(jìn)行選擇。

　　圖5 觸摸屏簡(jiǎn)易系統