電容觸摸屏原理及其驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

1、電容觸摸屏原理及其驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電容觸摸屏原理及其驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)李紅華李紅華2016年09月09日主要內(nèi)容主要內(nèi)容：一. 觸摸屏簡(jiǎn)介二. 電容觸摸屏的工作原理三. 電容觸摸屏的結(jié)構(gòu)四. 電容觸摸屏硬件接口五. MTK平臺(tái)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn) 常見的觸摸屏技術(shù)：電阻式、表面電容式(surface capacitive touch panel )、投射電容式(project capacitive touch panel ) 、電磁式、紅外感應(yīng)式等等；如今應(yīng)用于手機(jī)、平板產(chǎn)品的主要是投射電容式投射電容式、電磁式(主要突出的是手寫筆功能，如三星的Galaxy Note系列)。 目前生產(chǎn)觸控IC的廠家有新思、賽普拉斯、 ATM

2、EL、敦泰、匯頂、奕力、義隆、晨星、美發(fā)思、矽創(chuàng)等。 國內(nèi)的模組廠有歐菲、信利、勝華、帝晶、華意、TPK、合力泰、超聲、創(chuàng)維等。一、觸摸屏簡(jiǎn)介一、觸摸屏簡(jiǎn)介 投射式電容觸控技術(shù)就是利用了平行板電容的基本原理，在兩層ITO（錫氧化銦）導(dǎo)電玻璃涂層上蝕刻出不同的ITO導(dǎo)電線路模塊。兩個(gè)模塊上蝕刻的圖形相互垂直，可以把它們看作是X和Y方向連續(xù)變化的通道。由于X、Y架構(gòu)在不同表面，其相交處形成一節(jié)點(diǎn)電容，根據(jù)平行板電容計(jì)算公式有：C=eC=e* *S/(4S/(4兀兀KD)KD)，其中：S為正對(duì)面積，D為正對(duì)距離，e為材料的介電常數(shù)。其中一個(gè)通道可以當(dāng)成驅(qū)動(dòng)線，另外一個(gè)通道當(dāng)成是偵測(cè)線。當(dāng)電流經(jīng)過驅(qū)動(dòng)

3、線中的一條導(dǎo)線時(shí)，如果外界有電容變化的信號(hào)，那么就會(huì)引起另一層導(dǎo)線上電容節(jié)點(diǎn)的變化。偵測(cè)電容值的變化可以通過與之相連的電子回路測(cè)量得到，再經(jīng)由A/D控制器轉(zhuǎn)為數(shù)字訊號(hào)讓計(jì)算機(jī)做運(yùn)算處理取得（X，Y）軸位置，進(jìn)而達(dá)到定位的目地。 操作時(shí)，控制器先后提供電流給驅(qū)動(dòng)線，因而使各節(jié)點(diǎn)與導(dǎo)線間形成一特定電場(chǎng)。然后逐列掃描感應(yīng)線測(cè)量其電極間的電容變化量，從而達(dá)成多點(diǎn)定位。當(dāng)手指或觸動(dòng)媒介接近時(shí)，控制器迅速測(cè)知觸控節(jié)點(diǎn)與導(dǎo)線間的電容值改變，進(jìn)而確認(rèn)觸控的位置。這種一根軸通過一套AC 信號(hào)來驅(qū)動(dòng)，而穿過觸摸屏的響應(yīng)則通過其它軸上的電極感測(cè)出來。使用者們把這稱為“橫穿式”感應(yīng)，也可稱為投射式感應(yīng)。傳感器上鍍有X

4、，Y軸的ITO圖案，當(dāng)手指觸摸觸控屏幕表面時(shí)，觸碰點(diǎn)下方的電容值根據(jù)觸控點(diǎn)的遠(yuǎn)近而增加，傳感器上連續(xù)性的掃描探測(cè)到電容值的變化，控制芯片計(jì)算出觸控點(diǎn)并回報(bào)給處理器。二、電容觸摸屏二、電容觸摸屏(CTP)工作原理工作原理(1) 用特殊的導(dǎo)電體如ITOITO(氧化銦錫,透明、高導(dǎo)電性、高穩(wěn)定性、高靈敏度)按照設(shè)計(jì)好的X、Y交互圖案電鍍?cè)诨纳希ㄈ鏕lass或者Film板）組成感應(yīng)器，公差一般0.01mm。(2) 驅(qū)動(dòng)IC可以感應(yīng)到行、列通道的模擬信號(hào)量。Sensor設(shè)計(jì)：常見ITO圖案：IC對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為觸摸點(diǎn)重心的坐標(biāo)信息對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為觸摸點(diǎn)重心的坐標(biāo)信息ITO做成做成”

5、菱形菱形/矩形矩形/六邊形六邊形/三角形三角形”，分割為驅(qū)動(dòng)和接受通道分割為驅(qū)動(dòng)和接受通道感應(yīng)原理感應(yīng)原理手指與手指與CTP形成形成耦合電容耦合電容耦合電容使得耦合電容使得CTP寄生電寄生電容容Cp改改變變，通過檢測(cè)，通過檢測(cè)Cp是否變化，從而是否變化，從而感知感知”被觸摸被觸摸”1. CTP 按照驅(qū)動(dòng)方式分類：自電容(Self capacitor) 檢測(cè)每個(gè)感應(yīng)單元自身電容(對(duì)GND)的變化。當(dāng)手指靠近或觸摸到觸摸屏?xí)r，手指的電容疊加到屏體電容上，是屏體電容增加。在觸摸檢測(cè)時(shí)，一次分別檢測(cè)M個(gè)X軸和N個(gè)Y軸點(diǎn)擊陣列。跟進(jìn)觸摸前后所有自電容量的變化，確定手指所在的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，最后組合成平面

6、的觸摸坐標(biāo)。互電容(Mutual capacitor) 檢測(cè)兩個(gè)交叉感應(yīng)塊之間形成的電容，兩個(gè)感應(yīng)塊分別構(gòu)成電容的兩級(jí)?；ル娙轀y(cè)量方法，橫向電極以此提供激勵(lì)信號(hào)，縱向所有電極同時(shí)接受信號(hào)，這樣可以得到所有橫向和縱向點(diǎn)擊交匯點(diǎn)的電容大小，即整個(gè)觸摸屏的二維平面大小。根據(jù)觸摸屏的二維電容變化量資料，可以計(jì)算出每一個(gè)觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)。因此，即使評(píng)上有多個(gè)觸摸點(diǎn)，也能計(jì)算出每個(gè)觸摸點(diǎn)的真實(shí)坐標(biāo)，基于這種測(cè)量方法，可以準(zhǔn)確測(cè)量多點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)。2. 自電容驅(qū)動(dòng)模式：3. 互電容驅(qū)動(dòng)模式：Cover LENS固態(tài)/液態(tài)OCAFilm/Glass sensorFPC1.基本結(jié)構(gòu)：三、電容觸摸屏結(jié)構(gòu)三、電容觸摸屏結(jié)構(gòu)

7、2. CTP 按照Sensor結(jié)構(gòu)分類：3. 常見CTP結(jié)構(gòu)：疊構(gòu)圖 OGS結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：One Glass Solution，單層玻璃集成，單層玻璃集成LENS跟跟Sensor功能功能Sensor 圖G+G結(jié)構(gòu)模型圖，又分為SITO(單面ITO)和DITO(雙面ITO)兩種，早期iphone用DITO結(jié)構(gòu) G+G結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：2. GG(DITO)結(jié)構(gòu)：LENS+OCA+ITO-GLASS+TAC+FPC-單層玻璃雙面走線結(jié)構(gòu)，又叫GGD，TAC層用于消除底影、保護(hù)ITO圖案和金屬走線。 G+F結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：GF結(jié)構(gòu)：LENS+OCA+ITO-FILM+FPC單層菲林圖案結(jié)構(gòu)，可以做GF(單點(diǎn)加手

8、勢(shì)觸摸功能)，也可以做GFM(多點(diǎn)觸摸功能)，ITO面朝上。 G+F+F結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 電容觸控IC用到的基本通訊接口有三種：IIC、UART、SPI，目前一般只用IIC接口，主要的接口引腳有：VDD、GND、SCL、SDA、INT、RESET。定義定義描述描述VDDTP電源端口，為TP供電，一般為3.3V/2.8VGNDTP的地線SCLIIC通訊接口時(shí)鐘線，控制IIC總線傳輸速率SDAIIC通訊接口數(shù)據(jù)線，傳輸主機(jī)與TP之間的數(shù)據(jù)INTTP中斷信號(hào)接口，由TP端發(fā)出，用于通知主機(jī)讀取坐標(biāo)數(shù)據(jù)，一般為低電平觸發(fā)RESETTP的復(fù)位信號(hào)，由有主機(jī)端發(fā)出，一般為低電平時(shí)TP會(huì)復(fù)位VDDIOTP的IO

9、口電壓，一般為2.8V/1.8V，須低于VDD，四、電容觸摸屏硬件接口四、電容觸摸屏硬件接口電氣連接框圖：TP端主機(jī)端VDDGNDSCLSDAINTRESETVDDIO硬件原理圖1. TP的軟件基本操作流程： 主機(jī)端初始化TP的接口方式(I2C端口初始化)； TP IC初始化(主要是為TP上電、復(fù)位及下發(fā)配置參數(shù)，讓TP工作起來，不同廠家的IC初 始化方式不同，有些TP不需要主機(jī)端下發(fā)配置參數(shù))； 設(shè)置TP INT引腳（中斷方式：低/高電平中斷、下降沿/上升沿中斷)，裝載中斷向量表； 等待中斷信號(hào)，讀取手指觸摸坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并上報(bào)給系統(tǒng)。五、五、MTK平臺(tái)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)2. TP驅(qū)動(dòng)流程3.

10、 驅(qū)動(dòng)移植:(1) 在 kernel-3.10driversinputtouchscreenmediatek 目錄下，新建 ft6x36_sp603 文件夾，把廠家提供的驅(qū)動(dòng)文件放在該文件夾下。(2) 修改TP驅(qū)動(dòng)的 Kconfig 配置文件 修改 kernel-3.10driversinputtouchscreenKconfig 文件，增加配置項(xiàng)“config TPD_CUSTOM_FT6X36_SP603”，如下圖所示：(4) 修改配置文件 修改 /kernel-3.18/arch/arm64/configs/lava6750_sp603_th_debug_defconfig 與 lava

11、6750_sp603_th_defconfig 文件，配置 CONFIG_INPUT_TOUCHSCREEN=yCONFIG_TOUCHSCREEN_MTK=y增加配置項(xiàng)： CONFIG_TPD_CUSTOM_FT6X36_SP603=y把新增的TP驅(qū)動(dòng)文件夾編譯進(jìn)內(nèi)核(3) 修改TP驅(qū)動(dòng)的makefile編譯文件 修改kernel-3.10driversinputtouchscreenmediatekmakefile文件，增加編譯選項(xiàng) obj-$(CONFIG_MSG5846_SP466)+= msg5846_sp466/(5) 配置 codegen.dws文件 I2C相關(guān)配置 電源配置，如

12、 TP 采用了內(nèi)部 ldo 供電，則需要配置 PMICGPIO相關(guān)配置，按原理圖配置I2C、INT、RESET引腳(6) dts文件配置 修改 /kernel-3.18/arch/arm64/boot/dts/mt6755.dtsi，配置節(jié)點(diǎn) compatible = “mediatek,mt6755-touch”; 修改 /kernel-3.18/arch/arm64/boot/dts/cust_i2c.dtsi，配置 I2C節(jié)點(diǎn) compatible = “mediatek,cap_touch”; 5d為觸摸屏I2C地址 修改 /kernel-3.18/arch/arm64/boot/dt

13、s/mt6755.dtsi，配置TP的分辨率、虛擬按鍵、引腳等信息NameDescriptiontpd-resolution分辨率use-tpd-button如果TP有帶按鍵，則定義值為1TPD_BUTTON_HEIGH按鍵的高度tpd-key-num按鍵的數(shù)量tpd-key-local按鍵的編碼，一般為KEY_MENU, KEY_HOMEPAGE ,KEY_BACK的鍵值tpd-key-dim-local 按鍵的布局信息，包含按鍵的寬度、高度、中心點(diǎn)的坐標(biāo)tpd-max-touch-num支持的最大觸摸點(diǎn)數(shù) 其中 代表了KEY_MENU的坐標(biāo)信息， (90,833)是該key center的

14、坐標(biāo)，100是該鍵的寬度， 40是該鍵的高度。例如：MENUHOMEBACK720 x1280tpd-key-dim-local = ;參數(shù)說明4. 驅(qū)動(dòng)流程：5. 驅(qū)動(dòng)函數(shù)分析：(1) mtk_tpd.c文件，注冊(cè)INPUT子系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備注冊(cè)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)探測(cè)函數(shù)分配input設(shè)備存儲(chǔ)空間特定TP初始化input設(shè)備注冊(cè)，把設(shè)備加入input設(shè)備鏈表，生成 “dev/input/eventX” 節(jié)點(diǎn)按鍵初始化注冊(cè)call back回調(diào)，LCD ON/OFF時(shí)調(diào)用亮屏resume滅屏suspend(2) Focaltech_driver.c文件，注冊(cè)I2C總線從設(shè)備驅(qū)動(dòng)獲取TP節(jié)點(diǎn)信息添加TP驅(qū)動(dòng)到鏈表注冊(cè)I2C從設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)置按鍵電源設(shè)置上電啟動(dòng)中斷線程復(fù)位腳設(shè)置讀chip ID中斷注冊(cè)報(bào)點(diǎn)事件處理函數(shù)讀取坐標(biāo)上報(bào)按壓事件上報(bào)抬手事件調(diào)用i2c函數(shù)讀取報(bào)點(diǎn)信息解析（X，Y）坐標(biāo)抬手處理函數(shù)給系統(tǒng)上報(bào)按鍵給系統(tǒng)上報(bào)坐標(biāo)(3) 相關(guān)調(diào)用函數(shù)說明手指按壓處理函數(shù)同步事件，通知系統(tǒng)本次報(bào)點(diǎn)已全部完成同步事件，通知系統(tǒng)單次報(bào)點(diǎn)事件已完成6. 問題排查：(1) adb 查看系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)是否掛載。如果節(jié)點(diǎn)沒有生成，則核查