電容式觸摸屏原理及詳細(xì)資料演示文稿

電容式觸摸屏原理及詳細(xì)資料演示文稿當(dāng)前第1頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)電容式觸摸屏原理及詳細(xì)資料當(dāng)前第2頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)術(shù)語ITO-IndiumThinOxide，氧化銦錫，一種透明的導(dǎo)電材料TP-touchpanel，觸摸屏CTP-Capacitancetouchpanel，電容式觸摸屏DITO：在玻璃雙面分別制作ITO圖形，構(gòu)成電容極板SITO：在玻璃的單面制作ITO圖形，構(gòu)成電容極板12/27/20093當(dāng)前第3頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)術(shù)語OCA光學(xué)膠是重要觸摸屏的原材料之一。將光學(xué)壓克力膠做成無基材，然后在上下底層，再各貼合一層離型薄膜，是一種無基體材料的雙面貼合膠帶。優(yōu)點(diǎn)：高清澈度、高透光性(全光穿透率>99%)、高黏著力、高耐候、耐水性、耐高溫、抗紫外線，長時(shí)間使用不會(huì)產(chǎn)生黃化(黃變)、剝離及變質(zhì)的問題分類：1.電阻式

電阻式的光學(xué)膠按厚度不同又可分為50um和25um

2.電容式

電容式的光學(xué)膠分為100um，175um，200um12/27/20094當(dāng)前第4頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)電阻式觸屏VS電容式觸屏對(duì)比電阻式方案已經(jīng)非常成熟，一般都是和液晶屏打包配套，成本比較低。但由于先天結(jié)構(gòu)(原理)上的原因，使用一段時(shí)間后需要重新對(duì)觸摸屏進(jìn)行校正。低端的4線電阻式觸摸屏需要直接與指尖或筆接觸，所以在上蓋的設(shè)計(jì)上會(huì)有一個(gè)開孔，對(duì)外界的各種干擾(灰塵、濕氣、ESD等等)都缺乏有效的防護(hù)，所以可靠性和耐用性較差。高端的5線式電阻式觸摸屏可以通過改善結(jié)構(gòu)解決這個(gè)問題，但成本上已經(jīng)和電容式持平。且對(duì)一些復(fù)雜的手勢(shì)(特別是多點(diǎn)觸摸)缺乏有效的支持，而這恰恰就是電容式觸摸屏最大的賣點(diǎn)。6/10/2023當(dāng)前第5頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)電阻式觸屏VS電容式觸屏對(duì)比電容式方案的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理和電阻式完全不一樣，主要是根據(jù)接觸區(qū)域的電容量來判斷手指的位置，所以目前只能通過手指來感應(yīng)，并且可以對(duì)多點(diǎn)觸摸等復(fù)雜的手勢(shì)可以提供完善的支持。由于對(duì)外界的感應(yīng)需要通過一層不導(dǎo)電的介電質(zhì)(塑膠、玻璃等)，觸摸屏需要貼合在上蓋背面，所以對(duì)外界的抗干擾能力較強(qiáng)，可靠性和耐用性高。“但是，隨之而來的問題是對(duì)供應(yīng)商的制造和組裝能力(貼合)提出了較高的要求，因此目前整體成本居高不下?！标愒赋?。6/10/2023當(dāng)前第6頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)電阻式觸屏VS電容式觸屏對(duì)比6/10/2023當(dāng)前第7頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)電容式觸摸屏基本原理和分類12/27/20098當(dāng)前第8頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)Capacitancetouchpaneloverview用ITO材料制作透明電極的電容陣列手指觸摸到電容式觸摸屏表面，改變觸摸屏的固有電容觸摸屏電容控制器（IC）檢測(cè)到電容的變化，并通過電容陣列的電容變化率，計(jì)算出觸摸發(fā)生的坐標(biāo)，強(qiáng)度等信息12/27/20099當(dāng)前第9頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)ElectronicFieldCapacitiveSensor通過檢測(cè)電容傳輸?shù)哪芰縼頇z測(cè)電容振蕩器輸出正弦波加到電容一端信號(hào)檢測(cè)處理電路接電容另一端根據(jù)接收點(diǎn)信號(hào)電平高低判斷電容的大小振蕩器SensingandFilter12/27/200910當(dāng)前第10頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)RelaxationOscillatorCapacitiveSensor通過檢測(cè)張弛振蕩器頻率來檢測(cè)電容一個(gè)恒流源給電容充電一個(gè)受反饋控制的開關(guān)給電容放電遲滯比較器把電容電壓變化整形方波12/27/200911當(dāng)前第11頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)ChargeTransferDeviceCapacitiveSensor首先，感應(yīng)電容充電其次，把感應(yīng)電容的電荷轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電容通過檢測(cè)電荷轉(zhuǎn)移量來檢測(cè)電容的大小12/27/200912當(dāng)前第12頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)DetectMethod:

Self-capacitanceVS.Mutual-Capacitance自電容利用單個(gè)電極自身的電容一端接地，另一端激勵(lì)或采樣電路互電容利用兩個(gè)電極傳輸電荷通常一端接激勵(lì)，另一端接采樣電路12/27/200913當(dāng)前第13頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)自電容–self-capacitor測(cè)量信號(hào)線本身的電容優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，計(jì)算量小缺點(diǎn)：虛擬兩點(diǎn)，速度慢互電容-mutualcapacitor測(cè)量垂直相交的兩根信號(hào)之間的電容優(yōu)點(diǎn)：真實(shí)多點(diǎn)，速度快缺點(diǎn)：復(fù)雜，功耗大，成本高Ghostpoint12/27/200914當(dāng)前第14頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)PanelProcess玻璃雙面（DITO）ITO圖案做在玻璃的上下表面，分別為x軸和Y軸，上表面加Lens玻璃單面（SITO）ITO圖案做在玻璃的上表面，下表面為shielding玻璃單面架橋，X軸與Y軸交匯處采用架橋玻璃單面雙層，使用SiO2隔離Film二層，分別為X軸，Y軸12/27/200915當(dāng)前第15頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)DITO12/27/200916當(dāng)前第16頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)SITO12/27/200917當(dāng)前第17頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)Film12/27/200918當(dāng)前第18頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)PanelPattern：TwoLayersSelf-capacitanceorMutualcapacitancePanel兩層ITO分別與地或手指構(gòu)成自電容（人體接地）自電容有M+N個(gè)電容互電容有M×N個(gè)電容需要M+N條線連到控制芯片MROWNColumn12/27/200919當(dāng)前第19頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)TwoLayersMutualCapacitor兩層ITO相互重疊構(gòu)成電容有M×N個(gè)電容需要M+N條線連到控制芯片手指觸摸影響相互電容12/27/200920當(dāng)前第20頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)FTS電容式觸摸屏控制器簡(jiǎn)介12/27/200921當(dāng)前第21頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)FTS電容式觸摸屏控制器方案特點(diǎn)自主專利的方案互電容提供業(yè)內(nèi)頂尖級(jí)的性能多點(diǎn)觸摸檢測(cè)，最多達(dá)到5點(diǎn)高信噪比抗RF干擾高精度高分辨率高線性度自校正，避免溫度，濕度的影響本地化的服務(wù)12/27/200922當(dāng)前第22頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)Multi-touch多點(diǎn)觸摸是一個(gè)趨勢(shì)正在競(jìng)標(biāo)的某國際大公司2011年項(xiàng)目要求10點(diǎn)正在designin的多個(gè)case要求真實(shí)兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上隨著appletabletPC上市，多點(diǎn)應(yīng)用會(huì)逐漸涌現(xiàn)并普及能自主安裝應(yīng)用軟件是為了的一個(gè)趨勢(shì)，系統(tǒng)硬件應(yīng)該為將來性能提升提供準(zhǔn)備FTS方案能提供真實(shí)的5點(diǎn)觸摸檢測(cè)，為將來的應(yīng)用提升提供硬件支持12/27/200923當(dāng)前第23頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)SNR在觸摸屏行業(yè)，SNR定義為信號(hào)幅度與噪聲幅度比（噪聲取絕對(duì)值）。SNR的傳統(tǒng)定義為信號(hào)功率與噪聲功率比SNRP=PS/PN=VS2/VN2=SNRV2如果采用這個(gè)定義的SNR，則信噪比能達(dá)到數(shù)千。SNR是一個(gè)基本參數(shù)，決定系統(tǒng)的大部分性能SNRV≥50，系統(tǒng)能穩(wěn)定工作SNRV≥100，系統(tǒng)性能優(yōu)良FTS方案配合相應(yīng)的TP，SNRV≥15012/27/200924當(dāng)前第24頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)Anti-RFinterference抗RF干擾時(shí)CTP系統(tǒng)一個(gè)關(guān)鍵性能抗RF干擾能力差是之前CTPcase失敗的關(guān)鍵因素抗RF干擾包括GSM，CDMA，WIFI，微波爐等射頻干擾FTS方案采用跳頻等技術(shù)，提供優(yōu)異的RF干擾抑制能力12/27/200925當(dāng)前第25頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)找出電容最大值和對(duì)應(yīng)的列

用以最大電容值列為中心的三列求出其加權(quán)平均，即橫坐標(biāo)坐標(biāo)計(jì)算-CenterPointalgorithm其中，K為映射系數(shù)12/27/200926當(dāng)前第26頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)AccuracyAccuracy（精度）是指實(shí)際觸摸位置與TP上報(bào)觸摸坐標(biāo)的誤差，包括邊沿精度與非邊沿精度邊沿指TPAA區(qū)外側(cè)3mm左右的邊框部分非邊沿指TPAA區(qū)外側(cè)3mm左右的邊框以內(nèi)的部分坐標(biāo)計(jì)算通常都是采用重心算法，因此精度的關(guān)鍵是SNR和TP的PitchSNR越高則參數(shù)的置信位數(shù)越高;計(jì)算的結(jié)果越可靠則精度越高合適的Pitch能提高精度。Pitch的選擇主要與手指的大小有關(guān)。一個(gè)典型的Pitch為5mm。FTS整合TP設(shè)計(jì)與算法，提供業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的TP觸摸精度邊沿±2mm，非邊沿±1mm12/27/200927當(dāng)前第27頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)ResolutionResolution（分辨率）指單位長度TP能觸摸的點(diǎn)數(shù)或者TP能上報(bào)的點(diǎn)數(shù)與精度一樣，分辨率的關(guān)鍵是SNR和TP的Pitch分辨率與精度是同一個(gè)問題，不同的描述角度針對(duì)手機(jī)應(yīng)用，F(xiàn)TS的方案能提供最多1280×768的分辨率。形象的說，就是能把顯示屏上的每個(gè)點(diǎn)觸摸出來12/27/200928當(dāng)前第28頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)LinearityLinearity（線性度）是指在TP上畫對(duì)角直線時(shí)，實(shí)際曲線與理想直線最大的距離FTS的方案能實(shí)現(xiàn)線性度達(dá)±1mm12/27/200929當(dāng)前第29頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)Adaptiveprocessalgorithm環(huán)境（溫度、濕度等）變化會(huì)造成TP失效溫度適應(yīng)能力差事之前CTP失敗的重要原因材料老化也會(huì)造成TP失效自適應(yīng)處理算法能根據(jù)環(huán)境變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)TP參數(shù)設(shè)置，使TP工作在最佳狀態(tài)。自適應(yīng)處理算法還能補(bǔ)償材料老化對(duì)TP造成的影響12/27/200930當(dāng)前第30頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)Scanrate控制IC以一定速率對(duì)TP進(jìn)行掃描互電容VS自電容互電容以幀為單位上報(bào)觸摸屏的事件。即每次掃描，均立即上報(bào)該次掃描的結(jié)果，包括觸摸點(diǎn)數(shù)，每點(diǎn)的坐標(biāo)自電容僅能針對(duì)單點(diǎn)觸摸上報(bào)真實(shí)坐標(biāo)。對(duì)多的觸摸時(shí)，使用十分復(fù)雜的虛擬算法計(jì)算坐標(biāo)，效率低，容易出錯(cuò)。因此，定義了一個(gè)Point/S（點(diǎn)/秒）的參數(shù)來定義上報(bào)速率。60Hz是足夠的，并且是現(xiàn)實(shí)的從體驗(yàn)的角度看，60Hz與80Hz幾乎沒有區(qū)別隨著頻率的上升，CPU消耗的資源超過臨界點(diǎn)后會(huì)急劇上升FTS最大能支持80Hz的掃描速率12/27/200931當(dāng)前第31頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)PowermanagementFTSCTP系統(tǒng)提供完善的功耗管理FTSCTP系統(tǒng)提供3個(gè)功耗模式Active：全速模式,可以產(chǎn)生觸摸中斷/INT,可以讀取觸摸數(shù)據(jù).Monitor：觸摸監(jiān)測(cè)模式,低速掃描,不能產(chǎn)生觸摸中斷/INT.有觸摸發(fā)生后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到ActiveHibernate：系統(tǒng)休眠，需要硬件觸發(fā)喚醒12/27/200932當(dāng)前第32頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)手勢(shì)集成與自定義FTS方案能集成目前所有手勢(shì)，包括單點(diǎn)點(diǎn)擊，雙擊，平移，放大縮小等FTS方案能根據(jù)客戶的需求，集成客戶定義的手勢(shì)FTS方案能上報(bào)絕對(duì)坐標(biāo)，由Host來分析觸摸類型并作出相應(yīng)的處理12/27/200933當(dāng)前第33頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)系統(tǒng)接口端口名稱電平極性描述串行接口2.8~3.3V串行接口為CTPM和Host之間的數(shù)據(jù)通信通道.FT5201構(gòu)成的CTPM支持SPI,I2C這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串行接口之一./INT2.8~3.3VLOWCTPM發(fā)送給Host的中斷信號(hào)/WAKE*2.8~3.3VLOW從HIBERNATE當(dāng)中喚醒CTPM的信號(hào).12/27/200934當(dāng)前第34頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)觸摸數(shù)據(jù)讀取模式支持中斷模式與查詢模式中斷模式為觸摸屏系統(tǒng)檢測(cè)到觸摸發(fā)生時(shí)，主動(dòng)發(fā)出中斷給Host，讓Host來讀取觸摸發(fā)生數(shù)據(jù)查詢模式為觸摸屏系統(tǒng)定時(shí)檢測(cè)觸摸，觸摸發(fā)生時(shí)，僅僅準(zhǔn)備好觸摸數(shù)據(jù)，被動(dòng)等待Host來讀取數(shù)據(jù)12/27/200935當(dāng)前第35頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)OSCTP系統(tǒng)是一種普通外設(shè)，采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI、I2C接口，與OS無必然關(guān)系SPI與I2C可以通過硬件接口連接，也可以通過軟件模擬方式連接OS與CTP的關(guān)系主要體現(xiàn)在對(duì)觸摸輸入的支持上，包括單點(diǎn)，多點(diǎn)，手勢(shì)等通過在OS中加入驅(qū)動(dòng)來解釋協(xié)議FTS可以給各個(gè)OS的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供幫助12/27/200936當(dāng)前第36頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)DesignInflow聯(lián)調(diào)前的準(zhǔn)備確定TP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，包括TP，F(xiàn)PC，元件區(qū)，出pin位置等確定TP系統(tǒng)提供的功能確定接口類型，連接方式，信號(hào)電平聯(lián)調(diào)內(nèi)容根據(jù)協(xié)議編寫OS驅(qū)動(dòng)-FTS提供協(xié)助連接TP進(jìn)行調(diào)試測(cè)試TP功能與性能整機(jī)測(cè)試12/27/200937當(dāng)前第37頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)生產(chǎn)集成TP生產(chǎn)Firmware寫入TP出廠檢測(cè)與手機(jī)集成（無需校正）整機(jī)測(cè)試12/27/200938當(dāng)前第38頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)懸空觸摸失效問題把手機(jī)至于懸空狀態(tài)，比如放置于空盒子之上，沒有與其他系統(tǒng)有電連接。這時(shí)，手機(jī)發(fā)生觸摸失效的現(xiàn)象稱之為觸摸懸空觸摸失效問題根據(jù)我們的研究，懸空觸摸失效問題主要與TP的結(jié)構(gòu)有關(guān)。目前僅有使用DITO的appleiPhone完全解決了這個(gè)問題，其他公司產(chǎn)品多少存在這個(gè)問題觸摸懸空失效還與系統(tǒng)信噪比有關(guān)12/27/200939當(dāng)前第39頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)本地化的服務(wù)電容式觸摸屏是一個(gè)新事物，還沒有標(biāo)準(zhǔn)化非標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，根據(jù)客戶需求實(shí)行個(gè)性化服務(wù)時(shí)成功的關(guān)鍵國際大的IC廠都在給國際大的手機(jī)廠進(jìn)行個(gè)性化服務(wù)FTS能給大陸，臺(tái)灣地區(qū)的終端客戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)12/27/200940當(dāng)前第40頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)FTS方案基本參數(shù)：FT5201+C8051F921ItemsParameterMin.Typ.Max.Scanrate(singletouchor5touch）6080Responsetime25mSSensitivity（diameter）（toucharea）6mmAccuracy（Non-border）±1mmAccuracy（border）±2mmLinearity±1mmAnti-noise1VvppMulti-touchdistance10mmPower（5touch，60Hz）7.5mA當(dāng)前第41頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)FTS方案與其他公司方案比較參數(shù)FTS方案其他方案多點(diǎn)觸摸特性真實(shí)多點(diǎn)單點(diǎn)+兩點(diǎn)手勢(shì)信噪比>15010~50抗RF干擾優(yōu)一般集成難度易難環(huán)境噪聲校正不需要需要服務(wù)本地化，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)直接支持FAE支撐當(dāng)前第42頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)功能框圖-FT5201該芯片僅為模擬前端，需要MCU提供計(jì)算功能12/27/200943當(dāng)前第43頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)應(yīng)用方案—FT5201雙芯片方案：FT5201+MCU與Host接口由MCU確定，可以是I2C、SPI或UARTMCU與FT5201必須為SPI接口當(dāng)前第44頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)單芯片方案功能框圖-FT5202增加了MCU，提供豐富靈活的計(jì)算與處理在原有SPI接口基礎(chǔ)上，增加了UART，I2C當(dāng)前第45頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)FTS芯片應(yīng)用FT5201+C8051F921主要用于手機(jī)，MID等對(duì)RF干擾有非常強(qiáng)抑制能力的產(chǎn)品，并且尺寸≤4.3’’FT5202主要用于手機(jī)，MID等對(duì)RF干擾有非常強(qiáng)抑制能力的產(chǎn)品，并且尺寸≤4.3’’12/27/200946當(dāng)前第46頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)ChippackageQFN486mm×6mmBGA495mm×5mm12/27/200947當(dāng)前第47頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)容晟光電有限公司是一家專業(yè)的電容式觸摸屏生產(chǎn)商，專注于消費(fèi)類電子市場(chǎng)，集研發(fā)，制造，銷售，服務(wù)于一體，產(chǎn)品主要用于手機(jī)，車載導(dǎo)航（GPS），數(shù)碼相機(jī)，MP4MP5等。

12/27/200948當(dāng)前第48頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)產(chǎn)品開發(fā)歷程在產(chǎn)品開發(fā)過程中，由于互電容的IC當(dāng)時(shí)僅有兩家出品并且不對(duì)外開放，所以我們?cè)?9年5月前都集中開發(fā)基于自電容IC的觸摸屏，在開發(fā)過程中有幾個(gè)問題比較難：結(jié)構(gòu)問題自電容要求X軸與Y軸離LENS表面的距離差不能太大，如果太大，X軸與Y軸的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)相差很遠(yuǎn)，運(yùn)用時(shí)幾乎不能實(shí)現(xiàn)。于是不能采用IPHONE手機(jī)上采用的結(jié)構(gòu)(DITO)，只能采用SITO結(jié)構(gòu)和FILM結(jié)構(gòu)。SITO結(jié)構(gòu)在制程上比較簡(jiǎn)單，但是在做靜電測(cè)試時(shí)，其搭橋的底端幾乎很難通過6K的靜電，較易被靜電擊傷，造成缺功能，產(chǎn)品的一致性沒有保障。盡管先用高壓靜電測(cè)試功能片，合格的才用來裝機(jī)，仍有一定比例的產(chǎn)品在使用過程中斷橋。所以此種結(jié)構(gòu)雖然可以配合自電容和互電容兩種IC，制程也簡(jiǎn)單，但對(duì)于高品質(zhì)要求的產(chǎn)品不適用。12/27/200949當(dāng)前第49頁\共有54頁\編于星期六\9點(diǎn)產(chǎn)品開發(fā)歷程FILM結(jié)構(gòu)在制程上也比較簡(jiǎn)單，幾乎所有做電阻屏的廠家都可以制作。這種結(jié)構(gòu)適用于自電容和互電容兩種IC，但有幾個(gè)問題與材料有較大關(guān)系。第一，用高電阻FILM很難實(shí)現(xiàn)IC需要的電阻范圍。用低電阻FILM可以實(shí)現(xiàn)IC需要的電阻范圍，但字影（ITO的影子）會(huì)很嚴(yán)重。第二，透過率會(huì)較低。最好的FILM的透過率約90%，在制作過程中約需要三層FILM.第三，由于電極引線只能用印刷方式，所以功能片邊緣離功能區(qū)要比較寬才可以，這對(duì)手機(jī)設(shè)計(jì)上有較多制約，而大屏幕手機(jī)大都要求邊很窄。第四，制程中的小缺陷（小劃傷、小臟點(diǎn)）較難避免DITO結(jié)