PIXCIR投射電容式觸摸屏晶片

1、PIXCIR投射電容式觸摸屏晶片觸控技術(shù)，特別是具有多點(diǎn)觸控能力的投射電容式觸控技術(shù)是下一代最具前景的輸入技術(shù)。iPhone的成功推出為投射電容式觸控技術(shù)的應(yīng)用開拓了廣泛的空間，Windows 7則使人們看到了投射式電容觸摸屏在大尺寸上應(yīng)用的曙光，促使包括電容式觸控晶片、電容式ITO玻璃和觸控顯示模組生產(chǎn)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。 國外眾多設(shè)計(jì)公司如Synatics、Cypress、Broadcom、Melfas、ST(意法半導(dǎo)體)、ADI、Alps和Elan等正在研發(fā)投射電容式觸控晶片，而在國內(nèi)只有蘇州瀚瑞微電子有限公司(下稱Pixcir)在研發(fā)此類晶片。由于投射電容式多點(diǎn)觸控晶片技術(shù)難度大，迄今

2、為止僅有少數(shù)公司獲得了初步成功。 Pixcir于2008年成功的開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高速低功耗投射電容式多點(diǎn)觸控晶片Tango S系列產(chǎn)品。 Pixcir所研發(fā)的觸控晶片目前處于國際領(lǐng)先水平，并擁有投射電容式觸控IC的完全自主知識產(chǎn)權(quán)。 該晶片具有“低功耗(典型功耗小于15uA)、掃描速度快(最高30,000線/秒)、抗干擾、無需外部元器件”等創(chuàng)新特點(diǎn)。是目前世界上已面世同類產(chǎn)品中掃描速度最快、功耗最低的晶片，抗干擾能力和識別率等指標(biāo)也處于世界領(lǐng)先水平。可適用于ITO導(dǎo)電玻璃、FPC和PCB等不同的觸摸介質(zhì)。圖1 抗干擾能力 在電容式觸摸屏的應(yīng)用中，觸控晶片必須解決TFT-LCD週期反轉(zhuǎn)的

3、驅(qū)動(dòng)信號對其影響的問題。為了解決這一難題，利用其多年TFT-LCD驅(qū)動(dòng)晶片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，首先分析了TFT-LCD驅(qū)動(dòng)信號的特點(diǎn)。 TFT-LCD驅(qū)動(dòng)信號通常會在40-120uS之間要反轉(zhuǎn)一次，當(dāng)信號反轉(zhuǎn)時(shí)對觸控信號影響最大，所以應(yīng)避開信號反轉(zhuǎn)時(shí)刻對觸控線進(jìn)行掃描，這就要求完成一次掃描的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于TFT-LCD驅(qū)動(dòng)信號的一個(gè)週期。圖2 然后，結(jié)合Tango掃描速度快和觸控識別演算法處理可解析出週期性干擾等特點(diǎn)，首家實(shí)現(xiàn)了將每一次的掃描時(shí)間控制在12uS以內(nèi)的解決方案，從而有效避開強(qiáng)烈的反轉(zhuǎn)信號影響。請參考圖1。 支援大尺寸觸控螢?zāi)?Windows 7的出現(xiàn)使投射式電容觸摸屏在電腦上的應(yīng)用打開了想

4、像的閘門。眾所周知投射電容觸摸屏的尺寸越大，開發(fā)難度越大。目前根據(jù)世界上主流電容觸控IC開發(fā)的電容觸摸屏，多在4.3英寸以下，能夠開發(fā)出大尺寸，并能夠穩(wěn)定工作的寥寥無幾。 目前採用Tango S的方案開發(fā)出的電容觸摸屏的最大尺寸已經(jīng)達(dá)到17.3英寸。并且採用Tango S 晶片開發(fā)的投射式電容觸摸屏已經(jīng)通過了Microsoft Windows 7的認(rèn)證。圖2為Pixcir方案開發(fā)的大尺寸的硬體結(jié)構(gòu)示意圖。 應(yīng)用設(shè)計(jì) 1、版圖設(shè)計(jì) Tango S在大尺寸觸摸屏上的應(yīng)用，其觸摸屏採用玻璃作為基材，選用典型的菱形結(jié)構(gòu)。單面雙層，中間採用橋接絕緣形式，如圖3。圖3 在實(shí)際的製作工藝過程，第一次曝光要把

5、所有的菱形做出來。這樣可以避免套刻存在的精度問題，可以保證掃描線等間距，確保在實(shí)際應(yīng)用過程有很好的線形度。如圖為第一次光刻的局部版圖。圖4 線形度一直是投射式電容觸摸屏的一個(gè)處理的難點(diǎn)，利用Pixcir的方案，就可以很好的解決此問題。另一個(gè)難點(diǎn)是邊緣問題，在下面會提到。根據(jù)觸摸的實(shí)際情況，其菱形對角線的尺寸推薦選用5mm左右。如圖5與圖6。圖5圖6 當(dāng)其大于6mm的時(shí)候，當(dāng)用手觸摸時(shí)，和相鄰的電極沒有產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電容，影響其定位的準(zhǔn)確性和解析度。當(dāng)其處于5mm左右的時(shí)候，就可以和相鄰電極產(chǎn)生足夠的感應(yīng)電容，解析度可以達(dá)到512。2、邊緣處理 關(guān)于邊緣半個(gè)菱形的處理。為了保證電容的匹配性，在處

6、理邊緣菱形結(jié)構(gòu)時(shí)，要保證其完整的半個(gè)菱形，如圖。圖7中的兩種邊緣處理方法是禁止的。圖7 這一點(diǎn)很重要，電容觸摸屏的邊緣是處理的難點(diǎn)。如果邊緣處理不好會造成邊緣的座標(biāo)不淮，游標(biāo)跳動(dòng)等現(xiàn)象。 3、補(bǔ)償處理 由于採用C來作為有效資料，因此在邊緣要增加Dummy線來儘量保證線間電容的匹配性。 從圖和圖9兩種設(shè)計(jì)中可以看出，圖的設(shè)計(jì)更具有合理性。具有更加均勻的Raw data。圖8圖9 從菱形圖案到IC之間的佈線儘量在布在一側(cè)，且禁止出現(xiàn)線交叉現(xiàn)象出現(xiàn)。如圖10。圖10 在XY掃描線之間增加Dummy隔絕XY之間信號。且所有的Dummy線要連接到Tango的某一Pin腳上，并在軟體配置中予以聲明。如圖1

7、1。圖片11 4、阻抗控制 對于佈線的阻抗問題，Pixcir的方案并不嚴(yán)格要求低阻抗，只要保證每條掃描線的在范圍之內(nèi)就可以。而線間的阻抗要求最小為109歐姆。這是Pixcir方案的又一優(yōu)勢所在。因?yàn)橛械姆桨副仨氁蠛艿偷淖杩?，勢必?dǎo)致ITO厚度增加，隨之而來的就是透過率的下降，這是作為顯示器件所不愿意見到的。 5、FPC接地鋪銅設(shè)計(jì) FPC的接地鋪銅設(shè)計(jì)採用斜紋45度角，這樣既可以有效地避免靜電，又對RF信號有很好的遮罩。如圖12。圖12 軟體系統(tǒng) Tango用于採集觸控螢?zāi)簧系馁Y料，通過SPI協(xié)定和MCU進(jìn)行通訊，MCU將採集到的資料進(jìn)行解析和計(jì)算，并以HID的格式向主機(jī)報(bào)告。圖13為MCU軟體及結(jié)構(gòu)示意圖。