電阻式觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)和驅(qū)動原理

1、 電阻式觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)和驅(qū)動原理四線電阻式觸摸屏 四線電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)如上圖,在玻璃或丙烯酸基板上覆蓋有兩層透平,均勻?qū)щ姷腎TO層,分別做為X電極和Y電極,它們之間由均勻排列的透明格點(diǎn)分開絕緣。其中下層的ITO與玻璃基板附著,上層的ITO附著在PET薄膜上。X電極和Y電極的正負(fù)端由“導(dǎo)電條”(圖中黑色條形部分分別從兩端引出,且X電極和Y電極導(dǎo)電條的位置相互垂直。引出端X-,X+,Y-,Y+一共四條線,這就是四線電阻式觸摸屏名稱的由來。當(dāng)有物體接觸觸摸屏表面并施以一定的壓力時(shí),上層的ITO導(dǎo)電層發(fā)生形變與下層ITO發(fā)生接觸,該結(jié)構(gòu)可以等效為相應(yīng)的電路,如下圖 計(jì)算觸點(diǎn)的X,Y坐標(biāo)分為如下兩

2、步:1.計(jì)算Y坐標(biāo),在Y+電極施加驅(qū)動電壓Vdrive, Y-電極接地,X+做為引出端測量得到接觸點(diǎn)的電壓,由于ITO層均勻?qū)щ?觸點(diǎn)電壓與Vdrive電壓之比等于觸點(diǎn)Y坐標(biāo)與屏高度之比。2.計(jì)算X坐標(biāo),在X+電極施加驅(qū)動電壓Vdrive, X-電極接地,Y+做為引出端測量得到接觸點(diǎn)的電壓,由于ITO層均勻?qū)щ?觸點(diǎn)電壓與Vdrive電壓之比等于觸點(diǎn)X坐標(biāo)與屏寬度之比。 測得的電壓通常由ADC轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,再進(jìn)行簡單處理就可以做為坐標(biāo)判斷觸點(diǎn)的實(shí)際位置。四線電阻式觸摸屏除了可以得到觸點(diǎn)的X/Y坐標(biāo),還可以測得觸點(diǎn)的壓力,這是因?yàn)閠op layer施壓后,上下層ITO發(fā)生接觸,在觸點(diǎn)上實(shí)際是有

3、電阻存在的,如下圖的Rtouch。壓力越大,接觸越充分,電阻越小,通過測量這個(gè)電阻的大小可以量化壓力大小。 怎么得到Rtouch的阻值?有兩種方法。第一種方法:要做如下準(zhǔn)備工作,如下圖: 1. X- 接地,X+接電源,Y+接ADC得到觸點(diǎn)的X坐標(biāo) 2. X- 接地,Y+接電源,X+接ADC得到Z1點(diǎn)的位置Z1 3. X- 接地,Y+接電源,Y-接ADC得到Z2點(diǎn)的位置Z2現(xiàn)在知道了X坐標(biāo),即ADC的輸出數(shù)值, Z1, Z2,還要知道X-line Y-line的總電阻值就可以計(jì)算了 112RX I Z Z Rtouch =其中是流過R X1的電流 1RX I 111X RX R Z I = 則=

4、1121Z Z R Rtouch X 而R1又可以由ADCx 和R X_plate 根據(jù)比例得到,所以最后 =1124096Z Z ADC R Rtouch X PLATE X (如果ADC 12位精度第二種方法:要做如下準(zhǔn)備工作1. X- 接地,X+接電源,Y+接ADC 得到觸點(diǎn)的X 坐標(biāo) ADCx2. Y- 接地,Y+接電源,X+接ADC 得到觸點(diǎn)的Y 坐標(biāo) ADCy 2. X- 接地,Y+接電源,X+接ADC 得到Z1點(diǎn)的位置Z1 還要已知X-plate Y-plate 的總電阻值21Y X R R Rtotal Rtouch =1Z ADC R Z R Rtotal X PLATE X

5、 X = 40962ADCyR R PLATEY Y = 40961140964096ADCy R Z ADC R Rtouch PLATE Y X PLATE X =上面的計(jì)算有一個(gè)缺陷,就是沒有考慮電極抽頭引線和驅(qū)動電極的電路的寄生電阻,這部分電阻并不包含在ITO 電阻之內(nèi),而且受環(huán)境溫度影響阻值波動,很可能影響計(jì)算的正確性,因此產(chǎn)生了八線電阻觸摸屏的概念。八線電阻式觸摸屏 八線電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)與四線類似,所區(qū)別的是除了引出X- drive ,X+ drive ,Y- drive ,Y+ drive 四個(gè)電極,還在每個(gè)導(dǎo)電條末端引出一條線:X- sense ,X+ sense ,Y- s

6、ense ,Y+ sense ,這樣一共八條線。八線電阻式觸摸屏工作時(shí),首先測量導(dǎo)電條電壓:在Y+電極施加驅(qū)動電壓Vdrive , Y-電極接地,分別測出Y+ sense 和Y- sense 的電壓,分別記為V YMAX 和V YMIN ,在X+電極施加驅(qū)動電壓Vdrive , X-電極接地,分別測出X+ sense 和X- sense 的電壓,分別記為V XMAX 和V XMIN然后計(jì)算觸點(diǎn)的X,Y 坐標(biāo),分為如下兩步:1 計(jì)算Y 坐標(biāo),在Y+電極施加驅(qū)動電壓Vdrive , Y-電極接地, X+做為引出端測量得到接觸點(diǎn)的電壓。2 計(jì)算X 坐標(biāo),在X+電極施加驅(qū)動電壓Vdrive , X-電

7、極接地, Y+做為引出端測量得到接觸點(diǎn)的電壓。screen XMIN XMAX XMIN Y screen YMIN YMAX YMIN X width V VV V x height V VV V y ×=×=+ 四線/八線電阻式觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)是不但可以計(jì)算橫向X,Y 坐標(biāo),通過一系列方法還可以測得縱向Z 坐標(biāo),即手指的壓力大小,這是通過測量縱向接觸電阻Rtouch 來得到的,因?yàn)榻佑|發(fā)生時(shí),接觸電阻與壓力大小成反比,壓力越大,接觸電阻越小,測得這個(gè)電阻的數(shù)值可以用來量化接觸壓力。四線/八線電阻式觸摸屏的缺點(diǎn)是耐用性不夠,長時(shí)間的觸按施壓會使器件損壞。因?yàn)槊看斡|按,上層的P

8、ET 和ITO 都會發(fā)生形變,而ITO 材質(zhì)較脆,在形變經(jīng)常發(fā)生時(shí)容易損壞。一旦ITO 層斷裂,導(dǎo)電的均勻性也就被破壞,上面推導(dǎo)坐標(biāo)時(shí)的比例等效性也就不再存在。這種斷裂的情況極易發(fā)生在經(jīng)常發(fā)生觸按的區(qū)域,比如“確認(rèn)”鍵的位置。另外一個(gè)缺點(diǎn)是附著在PET 活動基板上的ITO 不會充分氧化,一旦暴露在潮濕或者受熱的環(huán)境下,氧化會導(dǎo)致電阻上升,同樣破壞導(dǎo)電均勻性,使坐標(biāo)計(jì)算出現(xiàn)誤差,即出現(xiàn)“漂移”現(xiàn)象。由此催生了五線電阻屏的概念。五線電阻式觸摸屏針對四線電阻式觸摸屏的缺點(diǎn),五線電阻式觸摸屏采用的結(jié)構(gòu)是,將X,Y 電極都做在附著在玻璃基板上的ITO 層,而上層的ITO 只作為活動電極。底層ITO 的X

9、,Y 電極從四個(gè)角引出UL,UR,LL,LR ,加上上層的活動電極,這樣一共五條線。五線電阻式觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)是玻璃基板比較牢固不易形變,而且可以使附著在上面的ITO 充分氧化。玻璃材質(zhì)不會吸水,并且它與ITO 的膨脹系數(shù)很接近,產(chǎn)生的形變不會導(dǎo)致ITO 損壞。而上層的ITO 只用來作為引出端電極,沒有電流流過,因此不必要求均勻?qū)щ娦?即使因?yàn)樾巫儼l(fā)生破損,也不會使電阻屏產(chǎn)生“漂移”。 五線電阻式觸摸屏的電極不能像四線電阻屏一樣,由導(dǎo)電條從四邊引出,那樣會造成短路。電極被分散為許多電阻圖案分布在觸摸屏四周,然后從四角引出,這些圖案的作用是使觸摸屏X,Y 方向電壓梯度線性,便于坐標(biāo)的測量。 五線電阻

10、式觸摸屏工作時(shí),UL 施加驅(qū)動電壓Vdrive ,LR 接地,測量觸點(diǎn)X,Y 坐標(biāo)分為如下兩步:1 計(jì)算Y 坐標(biāo),在UR 電極施加驅(qū)動電壓Vdrive , LL 電極接地, 活動電極做為引出端測量得到接觸點(diǎn)的電壓。2 計(jì)算X 坐標(biāo),在LL 電極施加驅(qū)動電壓Vdrive , UR 電極接地, 活動電極做為引出端測量得到接觸點(diǎn)的電壓。screen DRIVETESTXscreenDRIVETESTYwidth V V x height V V y ×=×=UL LL UL UR LL LR 下層ITO 電阻網(wǎng)絡(luò)電壓梯度六線電阻式觸摸屏在五線電阻式觸摸屏的基礎(chǔ)上,六線電阻式觸摸屏是在玻璃基板的背面增加了一個(gè)接地的導(dǎo)電層,用來隔絕來自玻璃基板背面的信號串?dāng)_。七線電阻式觸摸屏同四線電阻式觸摸屏一樣,五線電阻式觸摸屏也沒有考慮電極抽頭引線和驅(qū)動電極的電路的寄生電阻,這部分電阻并不包含在ITO 電阻之內(nèi),很可能影響計(jì)算的正確性,因此七線電阻式觸摸屏在五線電阻式觸摸屏的