电容式触摸屏原理及详细资料(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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,12/27/2009,1,术语,ITO-Indium Thin Oxide,，氧化铟,锡,，一种透明的导电材料,TP-touch panel,，触摸屏,CTP-Capacitance touch panel,，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,12/27/2009,2,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,，,200um,12/27/2009,3,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。,2/12/2025,4,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。,2/12/2025,5,电阻式触屏,VS,电容式触屏对比,2/12/2025,6,电容式触摸屏基本原理和分类,12/27/2009,7,Capacitance touch panel overview,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,12/27/2009,8,Electronic Field Capacitive Sensor,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,Sensing and Filter,12/27/2009,9,Relaxation Oscillator Capacitive Sensor,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,12/27/2009,10,Charge Transfer Device Capacitive Sensor,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,12/27/2009,11,Detect Method:Self-capacitance VS.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,12/27/2009,12,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,-mutual capacitor,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,Ghost point,12/27/2009,13,Panel Process,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,12/27/2009,14,DITO,12/27/2009,15,SITO,12/27/2009,16,Film,12/27/2009,17,Panel Pattern,：,Two Layers Self-capacitance or Mutual capacitance Panel,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,MN,个电容,需要,M+N,条线连到控制芯片,M ROW,N Column,12/27/2009,18,Two Layers Mutual Capacitor,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,12/27/2009,19,FTS,电容式触摸屏控制器简介,12/27/2009,20,FTS,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,12/27/2009,21,Multi-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,design in,的多个,case,要求真实两点或两点以上,随着,apple tablet PC,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,12/27/2009,22,SNR,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,SNR,P,=P,S,/P,N,=V,S,2,/V,N,2,=SNR,V,2,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,SNR,V,50,，系统能稳定工作,SNR,V,100,，系统性能优良,FTS,方案配合相应的,TP,，,SNR,V,150,12/27/2009,23,Anti-RF interference,抗,RF,干扰时,CTP,系统一个关键性能,抗,RF,干扰能力差是之前,CTP case,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,12/27/2009,24,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,-Center Point algorithm,其中，,K,为映射系数,12/27/2009,25,Accuracy,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,TP AA,区外侧,3mm,左右的边框部分,非边沿指,TP AA,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,1mm,12/27/2009,26,Resolution,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,1280768,的分辨率。形象的说，就是能把显示屏上的每个点触摸出来,12/27/2009,27,Linearity,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,1mm,12/27/2009,28,Adaptive process algorithm,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,12/27/2009,29,Scan rate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,12/27/2009,30,Power management,FTS CTP,系统提供完善的功耗管理,FTS CTP,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,12/27/2009,31,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,12/27/2009,32,系统接口,端口名称,电平极性,描述,串行接口,2.83.3V,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,.,/INT,2.83.3V,LOW,CTPM,发送给,Host,的中断信号,/WAKE*,2.83.3V,LOW,从,HIBERNATE,当中唤醒,CTPM,的信号,.,12/27/2009,33,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,12/27/2009,34,OS,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,12/27/2009,35,Design In flow,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,12/27/2009,36,生产集成,TP,生产,Firmware,写入,TP,出厂检测,与手机集成（无需校正）,整机测试,12/27/2009,37,悬空触摸失效问题,把手机至于悬空状态，比如放置于空盒子之上，没有与其他系统有电连接。这时，手机发生触摸失效的现象称之为触摸悬空触摸失效问题,根据我们的研究，悬空触摸失效问题主要与,TP,的结构有关。目前仅有使用,DITO,的,apple iPhone,完全解决了这个问题，其他公司产品多少存在这个问题,触摸悬空失效还与系统信噪比有关,12/27/2009,38,本地化的服务,电容式触摸屏是一个新事物，还没有标准化,非标准化的产品，根据客户需求实行个性化服务时成功的关键,国际大的,IC,厂都在给国际大的手机厂进行个性化服务,FTS,能给大陆，台湾地区的终端客户提供优质的服务,12/27/2009,39,FTS,方案基本参数：,FT5201+C8051F921,Items,Parameter,Min.,Typ.,Max.,Scan rate(single touch or 5 touch,）,60,80,Response time,25mS,Sensitivity,（,diameter,）（,touch area,）,6mm,AccuracyNon-border,）,1mm,Accuracy,（,border,）,2mm,Linearity,1mm,Anti-noise,1Vvpp,Multi-touch distance,10mm,Power,（,5 touch,，,60Hz,）,7.5mA,FTS,方案与其他公司方案比较,参数,FTS,方案,其他方案,多点触摸特性,真实多点,单点,+,两点手势,信噪比,150,1050,抗,RF,干扰,优,一般,集成难度,易,难,环境噪声校正,不需要,需要,服务,本地化，设计团队直接支持,FAE,支撑,功能框图,-FT5201,该芯片仅为模拟前端，需要,MCU,提供计算功能,12/27/2009,42,应用方案,FT5201,双芯片方案：,FT5201+MCU,与,Host,接口由,MCU,确定，可以是,I2C,、,SPI,或,UART,MCU,与,FT5201,必须为,SPI,接口,单芯片方案功能框图,-FT5202,增加了,MCU,，提供丰富灵活的计算与处理,在原有,SPI,接口基础上，增加了,UART,，,I2C,FTS,芯片应用,FT5201+C8051F921,主要用于手机，,MID,等对,RF,干扰有非常强抑制能力的产品，并且尺寸,4.3,FT5202,主要用于手机，,MID,等对,RF,干扰有非常强抑制能力的产品，并且尺寸,4.3,12/27/2009,45,Chip package,QFN48 6mm6mm,BGA49 5mm5mm,12/27/2009,46,容晟光电有限公司是一家专业的电容式触摸屏生产商，专注于消费类电子市场，集研发，制造，销售，服务于一体，产品主要用于手机，车载导航（,GPS,），数码相机，,MP4MP5,等。,12/27/2009,47,产品开发历程,在产品开发过程中，由于互电容的,IC,当时仅有两家出品并且不对外开放，所以我们在,0,9,年,5,月前都集中开发基于自电容,IC,的触摸屏，在开发过程中有几个问题比较难：,结构问题,自电容要求,X,轴与,Y,轴离,LENS,表面的距离差不能太大，如果太大，,X,轴与,Y,轴的信号强度会相差很远，运用时几乎不能实现。于是不能采用,IPHONE,手机上采用的结构,(DITO),，只能采用,SITO,结构和,FILM,结构。,SITO,结构在制程上比较简单，但是在做静电测试时，其搭桥的底端几乎很难通过,6K,的静电，较易被静电击伤，造成缺功能，产品的一致性没有保障。尽管先用高压静电测试功能片，合格的才用来装机，仍有一定比例的产品在使用过程中断桥。所以此种结构虽然可以配合自电容和互电容两种,IC,，制程也简单，但对于高品质要求的产品不适用。,12/27/2009,48,产品开发历程,FILM,结构在制程上也比较简单，几乎所有做电阻屏的厂家都可以制作。这种结构适用于自电容和互电容两种,IC,，但有几个问题与材料有较大关系。第一，用高电阻,FILM,很难实现,IC,需要的电阻范围。用低电阻,FILM,可以实现,IC,需要的电阻范围，但字影（,ITO,的影子）会很严重。第二，透过率会较低。最好的,FILM,的透过率约,90%,，在制作过程中约需要三层,FILM.,第三，由于电极引线只能用印刷方式，所以功能片边缘离功能区要比较宽才可以，这对手机设计上有较多制约，而大屏幕手机大都要求边很窄。第四，制程中的小缺陷（小划伤、小脏点）较难避免,DITO,结构：制程较复杂。主要问题是制作过程中的保护，所以工序特别多；对位精度要求特别高，需要至少,5,微米。另外的难点是保证两面都要十分洁净。经过长期的摸索后，现在可以稳定量产。,12/27/2009,49,产品开发历程,抗干扰问题,我们用自电容的,IC,制作的电容屏在测试过程中容易出现按键不工作，画面乱跳动，死机等现象。经分析主要是,RF,干扰造成的。,RF,的干扰对自电容触摸屏是致命的。这是,IC,的原理决定的。老化问题：,SITO,结构在测试过程中会发现一些问题。在老化过程中也会出现不良。并且有持续性。,技术服务问题,由于这些,IC,绝大多数都在大陆以外的地区或国家，并且源代码都不开放，遇到问题都需要原厂技术人员解决，从申请到实施的时间很长而且要多次反复，给客人的开发带来很大的不便，给我们的产品推广带来许多困惑,12/27/2009,50,产品开发历程,基于以上困扰，我们希望电容式触摸屏,IC,必须是互电容的，是可以支持,DITO,结构的。,敦泰及时推出互电容,IC,，并且由深圳,公司直接可以与客户对接，为我们推广电容触摸屏提供了便利条件。,12/27/2009,51,与客户沟通中出现的问题,及其元器件如何摆放。,LENS,的合理厚度与抗冲击的关系。,TP,与,LCD,的合理距离。,12/27/2009,52,与客户沟通中出现的问题,厚度：,LCD,厚度由客人决定。,SPACE,：最好大于,0.4mm,。,SENSOR,：,0.55mm OCA,：,0.2mm LENS,：,0.95mm,LENS,抗冲击验证：,厚：直径,32mm,不锈钢球跌落,20,厘米,。,厚,：直径,32mm,不锈钢球跌落,40,厘米,。,厚,：直径,32mm,不锈钢球跌落,70,厘米,。,所以手机上使用，我们建议用,0.95,厚的,LENS,.,12/27/2009,53,与客户沟通中出现的问题,FPC+IC,的厚度：,1.2mm,IC+,元器件：宽,7mmX,长,10mm,宽,5mmX,长,10mm,12/27/2009,54,Thank you!,12/27/2009,55,