電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析教材

1、Copyright Goodix Ltd. All Rights Reserved.Copyright Goodix Ltd. All Rights Reserved.目錄目錄Tuoch示意圖示意圖 透明的導(dǎo)體 有一種透明的導(dǎo)電物質(zhì)可以使用它叫做“銦錫氧化物”英文名稱簡寫為“ITO（IndiumTinOxide）”PS:玻璃為承載ITO的基材 觸控屏觸控屏ITO導(dǎo)電玻璃構(gòu)造導(dǎo)電玻璃構(gòu)造紅色為收！藍(lán)色為發(fā)！ 觸控屏實(shí)物 Copyright Goodix Ltd. All Rights Reserved.互電容基本介紹互電容基本介紹兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體相互耦合而產(chǎn)生的耦合電容被稱為互耦電容。驅(qū)動(dòng)通道與感

2、應(yīng)通道兩者之間會(huì)產(chǎn)生耦合電容，為TX與RX的互電容。一一.互電容定義及互電容定義及Tuoch示意圖示意圖 工作原理：當(dāng)手指或其它導(dǎo)體靠近電容感應(yīng)傳感器時(shí)，由于人體相當(dāng)于接地的導(dǎo)體，手指與感應(yīng)傳感器之間形成了一個(gè)手指的電容，驅(qū)動(dòng)電極TX與感應(yīng)電極RX之間電場能量中的一部分流向了手指，感應(yīng)電極上接收到的感應(yīng)信號幅度將減少，幅度變化大小與手指電容大小成正比。使用AD轉(zhuǎn)換器檢測感應(yīng)信號幅度變化就可以知道是否有手指的觸摸。Copyright Goodix Ltd. All Rights Reserved.Rd： 驅(qū)動(dòng)通道阻抗；Rs： 感應(yīng)通道阻抗；Cx： 感應(yīng)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)互電容 Cd： 驅(qū)動(dòng)通道對地自電容；

3、Cs： 感應(yīng)通道對地自電容；檢測原理：Goodix芯片對電容的檢測是基于調(diào)制和解調(diào)原理來實(shí)現(xiàn)的。在待測電容Cx的兩端分別接激勵(lì)信號源和檢測電路，工作時(shí)激勵(lì)信號源輸出一脈沖群信號對Cx進(jìn)行調(diào)制。隨著調(diào)制信號的高低電平變化，將會(huì)有脈沖電流流過Cx。測量脈沖電流的變化就可以計(jì)算出Cx的變化?；ル娙莼窘榻B互電容基本介紹Copyright Goodix Ltd. All Rights Reserved.三三.互電容檢測方式特點(diǎn)：互電容檢測方式特點(diǎn)： 檢測行列交叉處的互電容(耦合電容CM)變化 有手指觸摸時(shí)互電容減小 行加驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號,列進(jìn)行感應(yīng) 每一個(gè)掃描周期，行和每列交叉點(diǎn)都需單獨(dú)掃描檢測 每一個(gè)掃

4、描周期掃描次數(shù)： 行數(shù) * 列數(shù) 驅(qū)動(dòng)和感應(yīng)單元之間形成邊緣電容 行列交叉重疊處會(huì)產(chǎn)生耦合電容注意：感應(yīng)單元的自感應(yīng)電容 依然存在,但不必進(jìn)行測量互電容基本介紹互電容基本介紹GT9XX檢測特點(diǎn)：1 1、驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極結(jié)點(diǎn)間存在耦合電容，這個(gè)電容稱為互電容、驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極結(jié)點(diǎn)間存在耦合電容，這個(gè)電容稱為互電容C C，通常，通常為為2pf2pf左右。左右。2 2、GT968GT968有有1717條驅(qū)動(dòng)，條驅(qū)動(dòng)，1010條感應(yīng)，每條驅(qū)動(dòng)對于條感應(yīng)，每條驅(qū)動(dòng)對于1010個(gè)感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，個(gè)感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，1717* *1010，因，因此共有此共有170170個(gè)結(jié)點(diǎn)參與軟件運(yùn)算。個(gè)結(jié)點(diǎn)參與軟件運(yùn)算。3 3、

5、每個(gè)結(jié)點(diǎn)通過、每個(gè)結(jié)點(diǎn)通過ITOITO圖形連接至感應(yīng)通道，因此每個(gè)結(jié)點(diǎn)與芯片（引腳）感圖形連接至感應(yīng)通道，因此每個(gè)結(jié)點(diǎn)與芯片（引腳）感應(yīng)通道間存在阻抗應(yīng)通道間存在阻抗R R。此。此R R等于節(jié)點(diǎn)處的等于節(jié)點(diǎn)處的ITOITO電阻電阻+ +走線電阻走線電阻+ +其它電阻。其它電阻。4 4、GT9XXGT9XX驅(qū)動(dòng)電極按串行方式逐一產(chǎn)生激勵(lì)信號。先驅(qū)動(dòng)電極按串行方式逐一產(chǎn)生激勵(lì)信號。先TX1TX1產(chǎn)生信號，產(chǎn)生信號，R1-R4R1-R4接接收，然后再收，然后再TX2TX2產(chǎn)生信號。產(chǎn)生信號。5 5、某一驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生激勵(lì)信號時(shí)，、某一驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生激勵(lì)信號時(shí)，1010條感應(yīng)線所對應(yīng)的電路同時(shí)對各自的耦合條感應(yīng)線

6、所對應(yīng)的電路同時(shí)對各自的耦合信號進(jìn)行積分、信號進(jìn)行積分、ADAD轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。互電容基本介紹互電容基本介紹一一.電容：電容： 電容量是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，其單位為法拉電容量是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，其單位為法拉(法法)，符號，符號F。 當(dāng)電容器兩端的當(dāng)電容器兩端的電位電位差或電壓差或電壓(U)為特定值時(shí)，儲(chǔ)存在電容器電極的電荷量為為特定值時(shí)，儲(chǔ)存在電容器電極的電荷量為(Q)， 則其電容量為：則其電容量為：C=Q/U 電容的這個(gè)基本公式，可類比于柱形的水容器，電容的這個(gè)基本公式，可類比于柱形的水容器，Q電量類比于水體積，電勢差電量類比于水體積，電勢差U類比于水深類比于水深，橫截

7、面積類比于電容量，橫截面積類比于電容量. 平行板電容器：平行板電容器：平行板電容器的計(jì)算公式，當(dāng)兩平行板的面積遠(yuǎn)大于其間距時(shí)，有：平行板電容器的計(jì)算公式，當(dāng)兩平行板的面積遠(yuǎn)大于其間距時(shí)，有： C=S/4kd其中，其中，是一個(gè)常數(shù)，是一個(gè)常數(shù)，S為電容極板的正對面積，為電容極板的正對面積，d為電容極板的距離，為電容極板的距離， k則是靜電力常量。則是靜電力常量。 k:靜電力常量靜電力常量k9.0109Nm2/C2電容器的電勢能計(jì)算公式：電容器的電勢能計(jì)算公式：E=CU2/2一般來說，任何兩個(gè)彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都可構(gòu)成電容器。電容器的電容是由兩個(gè)導(dǎo)體一般來說，任何兩個(gè)彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體

8、都可構(gòu)成電容器。電容器的電容是由兩個(gè)導(dǎo)體的大小和形狀、兩個(gè)導(dǎo)體的相對位置以及極板間的電介質(zhì)決定的的大小和形狀、兩個(gè)導(dǎo)體的相對位置以及極板間的電介質(zhì)決定的電容并聯(lián)公式：電容并聯(lián)公式：Ceq = C1 + C2 + + Cn電容串聯(lián)公式：電容串聯(lián)公式：1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 + + 1/Cn模型說明：V1模擬驅(qū)動(dòng)信號源C1，C1x觸摸屏單個(gè)節(jié)點(diǎn)本征電容（互電容），該電容的電場是開放的，會(huì)隨著手指的Touch而被吸走部分電場。C1表示該電容電容不會(huì)改變的部分，C1x表示開放的電場導(dǎo)致可被改變的電容。C2手指Touch時(shí)，手指與驅(qū)動(dòng)線之間的耦合電容C3手指Touch時(shí)，手指與感應(yīng)線之間

9、的耦合電容Ch人體對觸摸屏系統(tǒng)地之間的耦合電容C11.4pV1FREQ = 300KHzVAMPL = 1VVOFF = 0AC = 1V00R10.01C21pC30.5p0Ch80pSensorR21GC1x0.1pDriverintrinsic capacitorI1 電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析二二.懸浮模型：懸浮模型：模型分析：Goodix檢測電路是基于對感應(yīng)端的電流/電荷進(jìn)行檢測來判定C1+C1x互電容而floating效應(yīng)電流并沒有流過C1+C1x，是從手指上過來的，會(huì)對Touch檢測造成影響。理想情況下，Touch檢測C1+C1x減小為C1，sensor電流減小，而i1

10、是增加的電流會(huì)抵消掉一部分Touch效應(yīng)。由于Ch無論如何不可能等效為短路至系統(tǒng)地，所以Touch時(shí)，i1一定是存在的，我們把這個(gè)電流定義為floating效應(yīng)電流。電流的大小和C2，C3和Ch網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，和i1的關(guān)系如下：C2越大，通過交流電流的越多，i1越大C3越大，通過交流電流的越多，i1越大Touch檢測C1+C1x減小為C1，sensor電流減小，而i1是增加的電流會(huì)抵消掉一部分Touch效應(yīng)。所以C2 C3越小越好，會(huì)使I1變小，影響更小。 Ch人體對觸摸屏系統(tǒng)地之間的耦合電容（C=S/4kd ）手機(jī)拿手上，無懸浮情況下，d變小，Ch越大，交流越容易從手指上流到系統(tǒng)GND上，所以電流

11、直接從手指流入系統(tǒng)GND,使i1越小，即懸浮特性越好。我們希望I1越小越好.C2 C3越小越好。 電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析三三.RC常數(shù)常數(shù) 在在RC充放電電路中，時(shí)間常數(shù)為充放電電路中，時(shí)間常數(shù)為 = R * C， R：結(jié)點(diǎn)至芯片感應(yīng)通道的阻抗，：結(jié)點(diǎn)至芯片感應(yīng)通道的阻抗，等于節(jié)點(diǎn)處的等于節(jié)點(diǎn)處的ITOITO電阻電阻+ +走線電阻走線電阻+ +其它電阻。其它電阻。 C：結(jié)點(diǎn)處的互電容：結(jié)點(diǎn)處的互電容Cm與對應(yīng)寄生電容與對應(yīng)寄生電容Cpt 或或Cpr的總和。的總和。 電容充放電完全通常取電壓上升電容充放電完全通常取電壓上升99.9%為標(biāo)準(zhǔn)，即為標(biāo)準(zhǔn)，即5倍倍RC常數(shù)常數(shù) t=5（C

12、pt + Cm）* Rpt或或5 (Cpr + Cm ）* Rpr 電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析RC常數(shù)分析：常數(shù)分析：1 1、RCRC常數(shù)直接影響到常數(shù)直接影響到ICIC內(nèi)部積分電路的積分曲線，當(dāng)內(nèi)部積分電路的積分曲線，當(dāng)RCRC常數(shù)越小，積分時(shí)間寬常數(shù)越小，積分時(shí)間寬度越小，度越小，RCRC常數(shù)越大，積分時(shí)間寬度越大。常數(shù)越大，積分時(shí)間寬度越大。 給一個(gè)電容充放電，需要給一個(gè)電容充放電，需要5RC5RC常數(shù)充到常數(shù)充到99%99%電量。電量。 R R越小，所需越小，所需5RC5RC越小，電容充放電所需時(shí)間越小，越小，電容充放電所需時(shí)間越小， 屏通道容易充上電。屏通道容易充上電。C

13、C由屏體結(jié)構(gòu)決定，只能改變由屏體結(jié)構(gòu)決定，只能改變R R，R R越小越好。越小越好。 ITO ITO做厚，做厚，R R越小，透光性變差。越小，透光性變差。ITOITO越薄，越薄，R R變大，透光性變好。變大，透光性變好。 我們希望我們希望ITOITO方阻越小越好。屏廠希望方阻越小越好。屏廠希望R R大些，透光性越好。大些，透光性越好。2 2、RCRC常數(shù)在最佳范圍內(nèi)，如常數(shù)在最佳范圍內(nèi)，如1.5us1.5us以內(nèi)，各結(jié)點(diǎn)檢測數(shù)據(jù)將不會(huì)有明顯的差異以內(nèi)，各結(jié)點(diǎn)檢測數(shù)據(jù)將不會(huì)有明顯的差異（假設(shè)（假設(shè)ITOITO膜是完全均勻，走線阻抗一致）。膜是完全均勻，走線阻抗一致）。3 3、當(dāng)、當(dāng)RCRC超出最

14、佳范圍時(shí)，數(shù)據(jù)將會(huì)沿感應(yīng)線方向均勻遞減（超出最佳范圍時(shí)，數(shù)據(jù)將會(huì)沿感應(yīng)線方向均勻遞減（R R增大方向）。增大方向）。經(jīng)驗(yàn)表明，支持至經(jīng)驗(yàn)表明，支持至5inch5inch以上觸摸屏，可能會(huì)出現(xiàn)沿感應(yīng)線方向數(shù)據(jù)遞（從以上觸摸屏，可能會(huì)出現(xiàn)沿感應(yīng)線方向數(shù)據(jù)遞（從近壓合點(diǎn)向遠(yuǎn)離壓合點(diǎn)數(shù)據(jù)均勻遞減），離芯片感應(yīng)通道越遠(yuǎn)的感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，近壓合點(diǎn)向遠(yuǎn)離壓合點(diǎn)數(shù)據(jù)均勻遞減），離芯片感應(yīng)通道越遠(yuǎn)的感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，屏體屏體ITOITO阻值阻值R R越大，導(dǎo)致越大，導(dǎo)致RCRC越大，在同樣驅(qū)動(dòng)脈沖頻率下，節(jié)點(diǎn)電容充放電越大，在同樣驅(qū)動(dòng)脈沖頻率下，節(jié)點(diǎn)電容充放電不完全，導(dǎo)致檢測到的不完全，導(dǎo)致檢測到的rawdatarawdat

15、a數(shù)據(jù)變小。數(shù)據(jù)變小。4 4、當(dāng)、當(dāng)RCRC超出最佳范圍時(shí)，可以通過軟件微調(diào)積分電路的時(shí)間窗口，使得數(shù)據(jù)遞超出最佳范圍時(shí)，可以通過軟件微調(diào)積分電路的時(shí)間窗口，使得數(shù)據(jù)遞減特性減弱，整屏數(shù)據(jù)基本接近，達(dá)到最佳范圍。減特性減弱，整屏數(shù)據(jù)基本接近，達(dá)到最佳范圍。 電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析四.走線阻抗1 1、正常情況下，所有通道金屬走線部分阻抗應(yīng)該十分接近，但實(shí)際上，由、正常情況下，所有通道金屬走線部分阻抗應(yīng)該十分接近，但實(shí)際上，由于氧化、蝕刻不良等原因經(jīng)常造成阻抗成倍增大。于氧化、蝕刻不良等原因經(jīng)常造成阻抗成倍增大。2 2、由、由RCRC常數(shù)一節(jié)知道，感應(yīng)線的常數(shù)一節(jié)知道，感應(yīng)線的R R

16、增大（使得增大（使得RCRC超過最佳范圍）充放電不完超過最佳范圍）充放電不完全，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)遞減，因此若感應(yīng)通道走線部分阻抗過大，會(huì)使得整條感應(yīng)全，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)遞減，因此若感應(yīng)通道走線部分阻抗過大，會(huì)使得整條感應(yīng)線對應(yīng)的數(shù)據(jù)比其它感應(yīng)線整體偏小。線對應(yīng)的數(shù)據(jù)比其它感應(yīng)線整體偏小。3 3、驅(qū)動(dòng)線阻抗偏大，會(huì)明顯導(dǎo)致激勵(lì)信號傳送至、驅(qū)動(dòng)線阻抗偏大，會(huì)明顯導(dǎo)致激勵(lì)信號傳送至ITOITO圖形上的幅度減弱（因圖形上的幅度減弱（因?yàn)闉镮TOITO圖形的阻抗較?。虼巳趄?qū)動(dòng)通道走線部分阻抗過大，會(huì)使得整條圖形的阻抗較?。?，因此若驅(qū)動(dòng)通道走線部分阻抗過大，會(huì)使得整條驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)比其它驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)偏小。驅(qū)動(dòng)對

17、應(yīng)的數(shù)據(jù)比其它驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)偏小。RawdataRawdata值變小。值變小。 驅(qū)動(dòng)通道阻抗通過影響驅(qū)動(dòng)信號的頻率及幅度來影響驅(qū)動(dòng)通道阻抗通過影響驅(qū)動(dòng)信號的頻率及幅度來影響RawdataRawdata值的變化值的變化。正常情況下，如果采樣數(shù)據(jù)接近，這是由于驅(qū)動(dòng)。正常情況下，如果采樣數(shù)據(jù)接近，這是由于驅(qū)動(dòng)ITOITO圖案寬，阻抗小，激圖案寬，阻抗小，激勵(lì)信號基本無衰減；另外同一驅(qū)動(dòng)與不同感應(yīng)形成的結(jié)點(diǎn)勵(lì)信號基本無衰減；另外同一驅(qū)動(dòng)與不同感應(yīng)形成的結(jié)點(diǎn)RCRC常數(shù)接近。常數(shù)接近。 電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析五五.pitch值分析：值分析：ITO通道之間的通道之間的pitch不超過不超過6MM，建議在，建議在4-5MM左右。當(dāng)