電容觸控的技術(shù)原理及觸控面板的部分電路

（文章來源：電子工程網(wǎng)）

真正帶來智能手機(jī)風(fēng)潮的是電容式觸摸屏，它是由一片雙面鍍有導(dǎo)電膜的玻璃基板組成，并在上極板上覆蓋一層薄的SiO2介質(zhì)層。其中上電極是用來與人體（接地）構(gòu)成平板電容感測電容變化的，而下極板用來屏蔽外界信號干擾的。

工作時(shí)，上透明電極需要接電壓并在四個(gè)角上引出四個(gè)電極，所以當(dāng)手指觸碰上面的SiO2層時(shí)，因人體是導(dǎo)電的，所以人體與上透明電極之間產(chǎn)生足夠的耦合電容，并且根據(jù)與四個(gè)角（或周邊）測量的電容值變化來計(jì)算出觸控位置坐標(biāo)（離觸控位置越近則電容越大）。但是這種表面電容式觸控（Surface Capacitive）還是無法滿足現(xiàn)在流行的多點(diǎn)觸控，如果要實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控必須要使用新技術(shù)叫做Projected-CapaciTIve Touch，它主要改變在于將表面的感應(yīng)電極鋪設(shè)成一層或兩層并且進(jìn)行圖案化（主要是菱形），一層負(fù)責(zé)X方向，一層負(fù)責(zé)Y方向。然后通過X方向和Y方向電極電容的變化來定位。

由于現(xiàn)在主流都是多點(diǎn)觸控（MulTI-Touch），所以我稍微多講一點(diǎn)他的演變過程，多點(diǎn)觸控的 Projected CapaciTIve主要有兩種：自電容（Self-CapaciTIve）和互電容（Mutual Capacitive）。自電容它是直接掃描每個(gè)X和Y的電極電容，所以當(dāng)兩個(gè)觸摸點(diǎn)的時(shí)候會額外產(chǎn)生兩個(gè)虛擬點(diǎn)（Ghost Points），如圖所示，左邊為兩層電極圖形化示意圖（多為菱形），它只需要一層ITO層即可，通過光刻形成X和Y電極。

右邊為原理圖，從原理圖上看，當(dāng)同時(shí)觸摸（X2， Y0）和（X1， Y3）時(shí)，由于量測四個(gè)電極的電容，所以會額外多出兩個(gè)點(diǎn)（X1， Y0）和（X2， Y3），這就是Ghost Points，只能靠軟件解決了。雖然自電容有Ghost-Points的問題，但是自電容位置精準(zhǔn)靈敏度高，最大的好處是它可以做Single layer ITO膜，但是到大尺寸（》15寸）的時(shí)候點(diǎn)數(shù)增加導(dǎo)致管腳增多，成本會很高，而且點(diǎn)數(shù)多了之后中間的線路會走不出來，必須要把ITO變細(xì)，所以電阻增大，而且點(diǎn)數(shù)多掃描時(shí)間也會增長，看似沒有優(yōu)勢，但是現(xiàn)在蘋果手機(jī)貌似就是在走自電容觸控技術(shù)，這些技術(shù)應(yīng)該都突破了。

而互電容（Mutual-Cpacitive or Trans-Capacitive）它需要兩層ITO膜層，通過特殊的結(jié)構(gòu)把X和Y電極在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上分隔開，這樣它掃描的就是節(jié)點(diǎn) （Intersection）電容，而不是電極電容了。只是這兩層ITO在交點(diǎn)處的接觸必須隔開，需要用到MEMS技術(shù)將它類似立交橋架起來。

不管是自電容還是互電容，都是依賴于將電容從人體電容中導(dǎo)到電極上，所以這兩種技術(shù)都叫做電荷轉(zhuǎn)移型電容觸控（Charge-Transfer）。

電容式觸控優(yōu)勢在于速度快，可以滑而不用再用戳的。然而它只能用導(dǎo)電物體操控，它還有個(gè)缺點(diǎn)是如果觸控面積比較大（手掌），可能你還沒碰到就有動(dòng)作了，因?yàn)槊娣e大耦合電容大，所以觸發(fā)了屏幕，所以它對外界電場或溫濕度導(dǎo)致的電場變化比較敏感。但是它是一層玻璃板結(jié)構(gòu)所以透光率比電阻式高可達(dá)90%以上。

然而不管是電阻式還是電容式觸摸屏都很難做到均勻電場，所以只能用于20幾寸以下的面板尺寸。如果要做大屏幕觸控必須要使用波動(dòng)式觸控技術(shù)（主要有表面聲波或紅外線波兩種），它主要在四角或邊緣安裝紅外線或聲波發(fā)射器/接收器，當(dāng)觸控阻斷聲波或紅外線時(shí)，對應(yīng)的接收器接收不到信號則可以斷定坐標(biāo)，這種觸控屏怕臟怕灰怕油，太嬌氣了，而且很容易受環(huán)境波動(dòng)影響。

每一類觸摸屏都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，要了解哪種觸摸屏適用于哪種場合，關(guān)鍵就在于要懂得每一類觸摸屏技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)。觸控面板的電路部分：觸控面板的感應(yīng)模塊原理及結(jié)構(gòu)，但是和Sensor一樣，它有傳感部分就一定有電路部分，而觸控的電路部分主要負(fù)責(zé)的事情就是：信號探測、坐標(biāo)定位、以及手勢識別（滑動(dòng)/放大/點(diǎn)擊）。

而對于MCU電路來說，主要需要哪些電路單元，首先最重要的就是ADC（這是所有Sensor必須的），其次是Scan Control和DSP（信號處理），而掃描電路一定需要時(shí)鐘信號，所以需要Timer。而手勢識別是靠一個(gè)叫Finger Tracking的單元實(shí)現(xiàn)，最后就是User configure的代碼保存需要用到EEPROM或Flash。

而在設(shè)計(jì)上的主要難點(diǎn)有兩個(gè)：1） 高電阻加大電容問題，2） 噪聲耦合（Noise Coupling）。前者主要是由于屏幕越來越大導(dǎo)致ITO的電極越來越長所以電阻越來越大，另外電極越來越長導(dǎo)致電容面積越來越大所以電容也變大，最后的問題是RC-delay延長，而解法要么是通過加大電壓來加速scan，要么是換金屬布線（Ag）。后者（Noise coupling）主要是由于面板越來越大，很容易接收到環(huán)境噪聲的干擾主要靠shielding來避免，而另外的干擾來自開關(guān)電源的干擾，這只能通過在 ADC之前增加Noise Cancellation來實(shí)現(xiàn)。
? ? ?