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2013年7月16日利博蒙资讯,开发具有触摸屏人机界面的移动手持设备是一项杂乱的描绘应战,尤其是关于投射式电容触摸屏描绘来说更是如此,它代表了当时多点触摸界面的干流技能。投射式电容触摸屏可以准确定位手指轻触屏幕的方位,它经过丈量电容的细小改变来区分手指方位。在此类触摸屏运用中,需求思考的一个要害描绘疑问是电磁搅扰 (EMI)对体系功能的影响。搅扰导致的功能下降可以对触摸屏描绘发生晦气影响,这篇文章将对这些搅扰源进行评论和剖析。

投射式电容触摸屏布局

典型的投射式电容传感器安装在玻璃或塑料盖板下方。图1所示为双层式传感器的简化边视图。发射(Tx)和接纳(Rx)电极衔接到通明的氧化铟锡 (ITO),构成穿插矩阵,每个Tx-Rx结点都有一个特征电容。Tx ITO坐落Rx ITO下方,由一层聚合物薄膜或光学胶(OCA)离隔。如图所示,Tx电极的方向从左至右,Rx电极的方向从纸外指向纸内。


图1:传感器布局参阅。

传感器作业原理

让咱们暂不思考搅扰要素,来对触摸屏的作业进行剖析:操作人员的手指标称处在地电势。Rx经过触摸屏操控器电路被保持在地电势,而Tx电压则可变。改变的 Tx电压使电流经过Tx-Rx电容。一个细心平衡过的Rx集成电路,阻隔并丈量进入Rx的电荷,丈量到的电荷代表衔接Tx和Rx的“互电容”。

传感器状况:未触摸

图2显现了未触摸状况下的磁力线示意图。在没有手指触碰的状况下,Tx-Rx磁力线占有了盖板内相当大的空间。边际磁力线投射到电极布局之外,因而,术语“投射式电容”由之而来。


图2:未触摸状况下的磁力线。

传感器状况:触摸

当手指触摸盖板时,Tx与手指之间构成磁力线,这些磁力线替代了很多的Tx-Rx边际磁场,如图3所示。经过这种方法,手指触摸减少了Tx-Rx互电容。 电荷丈量电路识别出改变的电容(△C),然后检测到Tx-Rx结点上方的手指。经过对Tx-Rx矩阵的一切穿插点进行△C丈量,便可得到整个面板的触摸分 布图。

图3还显现出别的一个重要影响:手指和Rx电极之间的电容耦合。经过这条途径,电搅扰可以会耦合到Rx。某些程度的手指-Rx耦合是不可防止的。


图3:触摸状况下的磁力线。

专用术语

投射式电容触摸屏的搅扰经过不易发觉的寄生途径耦合发生。术语“地”一般既可用于指直流电路的参阅节点,又可用于指低阻抗衔接到大地:二者并非一样术语。 实际上,关于便携式触摸屏设备来说,这种不一样正是导致触摸耦合搅扰的根本原因。为了澄清和防止混杂,咱们运用以下术语来评价触摸屏搅扰。

•Earth(地):与大地相连,例如,经过3孔沟通电源插座的地线衔接到大地。
•Distributed Earth(分布式地):物体到大地的电容衔接。
•DC Ground(直流地):便携式设备的直流参阅节点。
•DC Power(直流电源):便携式设备的电池电压。或许与便携式设备衔接的充电器输出电压,例如USB接口充电器中的5V Vbus。
•DC VCC(直流VCC电源):为便携式设备电子器件(包含LCD和触摸屏操控器)供电的安稳电压。
•Neutral(零线):沟通电源回路(标称处在地电势)。
•Hot(前方):沟通电源电压,相对零线施加电能。

LCD Vcom耦合到触摸屏接纳线路

便携式设备触摸屏可以直接安装到LCD显现屏上。在典型的LCD架构中,液晶资料由通明的上下电极供给偏置。下方的多个电极决议了显现屏的多个单像素;上 方的公共电极则是掩盖显现屏整个可视前端的接连平面,它偏置在电压Vcom。在典型的低压便携式设备(例如手机)中,沟通Vcom电压为在直流地和 3.3V之间来回震动的方波。沟通Vcom电平一般每个显现行切换一次,因而,所发生的沟通Vcom频率为显现帧刷新率与行数乘积的1/2。一个典型的便 携式设备的沟通Vcom频率可以为15kHz。图4为LCD Vcom电压耦合到触摸屏的示意图。


图4:LCD Vcom搅扰耦合模型。

双层触摸屏由布满Tx阵列和Rx阵列的别离ITO层组成,中心用电介质层离隔。Tx线占有Tx阵列距离的整个宽度,线与线之间仅以制作所需的最小距离隔 开。这种架构被称为自屏蔽式,由于Tx阵列将Rx阵列与LCD Vcom屏蔽开。但是,经过Tx带间空地,耦合依然可以发生。

为下降架构本钱并取得十分好的通明度,单层触摸屏将Tx和Rx阵列安装在单个ITO层上,并经过独自的桥顺次跨接各个阵列。因而,Tx阵列不能在LCD Vcom平面和传感器Rx电极之间构成屏蔽层。这有可以发生严峻的Vcom搅扰耦合状况。

充电器搅扰

触摸屏搅扰的另一个潜在来历是电源供电手机充电器的开关电源。搅扰经过手指耦合到触摸屏上,如图5所示。小型手机充电器一般有沟通电源前方和零线输入,但 没有地线衔接。充电器是安全阻隔的,所以在电源输入和充电器次级线圈之间没有直流衔接。但是,这依然会经过开关电源阻隔变压器发生电容耦合。充电器搅扰通 过手指触摸屏幕而构成回来途径。


图5:充电器搅扰耦合模型。

注意:在这种状况下,充电器搅扰是指设备相关于地的外加电压。这种搅扰可以会因其在直流电源和直流地上等值,而被描绘成“共模”搅扰。在充电器输出的直流 电源和直流地之间发生的电源开关噪声,若是没有被充沛滤除,则可以会影响触摸屏的正常运转。这种电源按捺比(PSRR)疑问是别的一个疑问,这篇文章不做评论。

充电器耦合阻抗

充电器开关搅扰经过变压器初级-次级绕组漏电容(大概20pF)耦合发生。这种弱电容耦合效果可以被呈现在充电器线缆和受电设备自身相对分布式地的寄生并 联电容抵偿。拿起设备时,并联电容将添加,这一般足以消除充电器开关搅扰,防止搅扰影响触摸操作。当便携式设备衔接到充电器并放在桌面上,而且操作人员的 手指仅与触摸屏触摸时,将会呈现充电器发生的一种最坏状况的搅扰。

充电器开关搅扰重量

典型的手机充电器选用反激式(flyback)电路拓扑。这种充电器发生的搅扰波形比较杂乱,而且随充电器不一样而区别很大,它取决于电路细节和输出电压操控战略。搅扰振幅的改变也很大,这取决于制作商在开关变压器屏蔽上投入的描绘尽力和单位本钱。典型参数包含:
波形:包含杂乱的脉宽调制方波和LC振铃波形。频率:额定负载下40~150kHz,负载很轻时,脉冲频率或跳周期操作下降到2kHz以下。电压:可达电源峰值电压的一半=Vrms/√2。

充电器电源搅扰重量

在充电器前端,沟通电源电压整流生成充电器高电压轨。这样,充电器的开关电压重量叠加在一个电源电压一半的正弦波上。与开关搅扰类似,此电源电压也是经过 开关阻隔变压器构成耦合。在50Hz或60Hz时,该重量的频率远低于开关频率,因而,其有用的耦合阻抗相应更高。电源电压搅扰的严峻程度取决于对地并联 阻抗的特性,一起还取决于触摸屏操控器对低频的灵敏度。

 

电源搅扰的特殊状况:不带接地的3孔插头

额定功率较高的电源适配器(例如笔记本电脑沟通适配器),可以会装备3孔沟通电源插头。为了按捺输出端EMI,充电器可以在内部把主电源的地引脚衔接到输 出的直流地。此类充电器一般在前方和零线与地之间衔接Y电容,然后按捺来自电源线上的传导EMI。假定有意使地衔接存在,这类适配器不会对供电PC和 USB衔接的便携式触摸屏设备形成搅扰。图5中的虚线框说明晰这种装备。

关于PC和其USB衔接的便携式触摸屏设备来说,若是具有3孔电源输入的PC充电器插入了没有地衔接的电源插座,充电器搅扰的一种特殊状况将会发生。Y电 容将沟通电源耦合到直流地输出。相对较大的Y电容值可以十分有用地耦合电源电压,这使得较大的电源频率电压经过触摸屏上的手指以相对较低的阻抗进行耦合。


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