PIXCIR投射電容觸摸屏技術分析

1、投射電容觸摸屏技術分析王立民目前投射電容式觸摸屏產品在歐美市場已經逐漸成為主流，出貨量不斷攀升。這也在很大程度上促進電容式觸摸屏產業(yè)鏈的完善和升級，隨著產業(yè)鏈的逐步完善，眾多供應商的加入，新材料、新技術和新工藝的應用，也必將帶來各項成本的下降，從而降低整體模組的價格，增加了產品的競爭力。在整個電容觸摸屏的成本結構中ITOSensor玻璃占據一半以上。因此ITOSensor玻璃的價格走勢將左右電容觸摸屏的價格走勢，直接決定投射電容觸摸屏在觸摸行業(yè)中的競爭力。據某些電容觸摸屏模組大廠預測，2011年，觸摸屏ITOSensor的價格將降到現(xiàn)在價格的一半。因此可以預見，在不遠的將來電容觸摸屏產品，尤其

2、是小尺寸電容觸摸屏的價格將來會有明顯的下降。屆時，投射式電容屏將大幅擠占目前處于壟斷地位的電阻屏的市場，無論品牌機或是山寨機市場，電容屏必將成為主流。當前市場上有許許多多能夠提供成熟的電容觸摸方案的供應商。其產品應用也五花八門，有觸摸屏，觸摸板，寫字板等。方案商主要分布在歐美，中國，日本，臺灣，韓國等地。在這林林總總的供應商中，各家專注的領域也有所不同，有專注于觸摸板的開發(fā)和應用，有在中小尺寸中深耕不止。其中Pixcir是唯一植根于中國，并專注于投射式電容觸摸屏，且產品覆蓋小，中，大尺寸，最大尺寸已經攀升到21.6英寸，且已經量產的的投射電容觸摸IC供應商。投射式電容方案根據其掃描方式一般分為

3、自電容和互電容兩種：所謂的自容通常是指掃描電極與地構成的電容。在玻璃表面有用ITO（一種透明的導電材料）制成的橫向與縱向的掃描電極，這些電極和地之間就構成一個電容的兩極。當用手或觸摸筆觸摸的時候就會并聯(lián)一個電容到電路中去，從而使在該條掃描線上的總體的電容量有所改變。在掃描的時候，控制IC依次掃描縱向和橫向電極，并根據掃描前后的電容變化來確定觸摸點的坐標位置。自容式掃描的優(yōu)勢是掃描速度快，掃描完一個掃描周期只需要掃描X+Y（X和Y分別是X軸和Y軸的掃描電極數(shù)量）根。其缺點是無法識別鬼點，不能做到真正的RealTouch。丘眄耳pointlingerdetectionInedlElectrodes

4、grid圖11CrosspDintTTTTTTTTTT11Muki-fingerderectiElectrodesgrid圖2如圖1所示：就是單指觸摸時的掃描原理。X和Y具有唯一性。圖2：就是利用自容的掃描方式，對雙指觸摸時的掃描示意圖。在觸摸屏上根據組合方式會有4組坐標，這也就是兩個真實的觸摸點和兩個所謂的鬼點。這種掃描方式可以完成只需要單指觸摸和手勢縮放的識別功能，也就是說在不需要絕對真實多點坐標的產品，完全可以用自容的掃描方式來完成。所謂互容，就是指在玻璃表面的橫向和縱向的ITO電極的交叉處形成的電容，如圖3。互容的掃描方式就是掃描每個交叉處的電容變化，來判定觸摸點的位置。當觸摸的時候就

5、會影響到相鄰電極的耦合，從而改變交叉處的電容量，圖3互容的掃描方式可以偵測到每個交叉點的電容值，以及觸摸后的電容變化，因此他需要的掃描時間與自容的掃描方式相比相對來講要長一點。需要掃描檢測X*Y個數(shù)據。他可以真實的偵測到多點觸摸。圖4是互容掃描模擬化的示意圖，OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOIntersectionsimageofC圖4圖5是經過處理后的示意圖。oooooooooooooooooooooooooooooooooo

6、oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooeooooooooooooeooooooooooooeoooooooooooooooooooooeoooooooooooooooooooooooooooeooooooooooooooooIntersectionsTouchlocations圖5自容和互容有各自的應用領域，自容主要應用于只需要單點以及手勢縮放的領域，而互容則應用于需要真實多點的領域。Pixcir卻把兩種不同的掃描方式完美的結合在一起，形成了Pixcir的成熟的投射電容觸摸解決方案。Pixcir于2008年

7、在蘇州成立，其技術團隊來源于瑞士，擁有10余年的行業(yè)經驗。是較早的從事電容觸控技術研究科開發(fā)的公司之一。在該領域擁有數(shù)十項專利。其獨特的算法融合了自容和互容的優(yōu)點，并具有優(yōu)異的抗干擾性和良好的擴展性等優(yōu)勢。其方案成熟并且經過量產的考驗。一個成熟的方案應具有以下幾特點：掃描方式不論是自容還是互容的掃描方式，他都有各自的優(yōu)點和缺點，成熟的方案就要把自容和互容的優(yōu)點結合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，同時又屏蔽掉各自的缺點，在正常以及單點觸摸的情況下，啟動自容掃描方式，充分發(fā)揮其掃描速度快算法簡單的優(yōu)勢，而在多指觸摸的情況下，則啟動互容的掃描的方式，充分發(fā)揮其能夠識別真實多點的優(yōu)勢。手掌識別功能由于個人習

8、慣不同，有的人在寫字的時候有手掌放在紙上的習慣，因此就要求方案要具有手掌識別的功能。能夠識別出是手掌還是真正的觸摸。由于電容觸摸屏的原理所致，當有手掌放在觸摸屏上的時候，也會有所識別。因此就需要方案具有足夠的智慧其識別和區(qū)分。圖6為手掌識別的示意圖圖6抗干擾能力：一般情況下電容觸摸屏是和TFTLCD起配對工作，而且是放置在LCD的上面。為了防止液晶老化，TFTLCD在工作的時候，Vcom電壓一直處于翻轉的狀態(tài)，由于電容觸摸屏的工作原理所致，這個不停翻轉的電壓會對觸摸屏的正常工作造成影響，使其不能正常的完成工作。因此就需要對這個Vcom電壓進行相應的處理和屏蔽，有的方案是增加屏蔽層進行屏蔽，這也

9、是使用比較多的方案。也有的方案是應用自身的算法和速度來處理和過濾掉Vcom干擾信號。相比較來講，前一種方案會相應的增加成本，而后一種方案則在成本上具有更加明顯的優(yōu)勢。圖7為Vcom干擾信號的事宜圖ISmodule：.CwplinjnnewFsilir.EicnNoiseimmunityTWOfingers7*TTO欷.4.mi乂.SINUSnifuinnmuiniuuiPasste-giou圖7具有良好的擴展性能在架構上，目前的方案一般有兩種：一是MCU和SensorIC集成在一起，另外一種是這兩顆IC相對獨立。前一種只能適應一定尺寸范圍的投射電容觸摸屏，而后一種方案則可以有更好的適應性，可以

10、按照需求進行擴展，小尺寸就外掛一個SensorIC，中尺寸就掛兩個，三個或者更多。以適應尺寸變化的需求。接口協(xié)議通常有USB,IIC,UART等，如果一顆MCU能夠支持以上3種協(xié)議，那么無論是方案商還是代理商亦或是模組廠都會喜歡后一種模式。因為他只需要備兩種貨在自己的倉庫里面，一種是SensorIC，一種是MCU，這樣就可以通吃各種尺寸，各種接口協(xié)議的觸摸屏產品。這樣可以很好的規(guī)避因為備貨而帶來的資金壓力，減少風險。只需要更改不同的F/W,就可以完成花樣繁多的觸摸屏產品。圖8圖9觸控面板加工的難易不同的電容觸摸屏方案，有不同的產品結構需求。目前從Sensor玻璃ITO掃描電極的結構上分一般有兩

11、種：一種是兩面結構，即：在玻璃的正面和背面分別有感應電極，一種是單面橋接的結構，即：電極全部在Sensor玻璃的一側。單單從結構以及加生產加工的難易程度上講，單面的結構具有更廣泛的適應性，因為他完全可以使用目前已有的TFTLCD的生產線去完成，并不需要任何的設備改造。而雙面Sensor結構產品在加工的時候會存在一些缺陷，在加工A面的時候，B面ITO容易受到傷害，因為在加工A面的時候，B面的ITO玻璃在加工的過程中要經受，滾輪，頂針，毛刷等接觸和摩擦，勢必會對掃描電極造成一定的傷害，從而影響良品率，導致成本的上升。觸控面板材料的廣泛性目前電容觸摸屏的基材多數(shù)使用玻璃，因為玻璃的透過率比較高，加工

12、工藝比較成熟，但是相對來講，成本比較高，而且這種玻璃被少數(shù)寡頭壟斷。除了玻璃之外，另外一種透明的導電基材就是ITOFilm（基材為PET）,此種材料一直在電阻是觸摸屏的主要材料。使用PET材料來做電容觸摸屏的優(yōu)勢之一就是材料成本便宜,他的缺點就是透過率稍微差一些，ITO阻抗比較大，而且阻抗的一致性比較差，由于材料的若軟性，給加工造成了一定的難度。從長遠來看，PET結構的材料是一種很好的替代材料，但前提是要有很好的方案能夠適應比較大的ITO阻抗和阻抗的不一致性。另外一個方面就是要盡快的提高PET材料的加工工藝，提高良品率。綜合性能以上幾點只是從具體的某個方面來談，一個方案是否具有競爭力，則不能單單從單個指標來衡量，而是需要綜合的去衡量。不能有出現(xiàn)短板的情況。下圖為Pixcir的綜合性對的圖表圖10為1顆Tango(SensorIC)綜合性能圖表SNR心、$0CostEffective4BetterGUIPanelSizeBetterBatteryLifeTime圖10圖11為3顆Tango的綜合性能示意圖表PanelCostEffective圖11圖12，為Pixcir3顆Tango方案和目前市面上Fullpoint方案的綜合性能的對比JPanelSizeBetterGUICostEffectiveBetterBatte