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1.電容觸摸屏原理及分類

電容屏的基本原理是人體電流感應(yīng)和電荷轉(zhuǎn)移。如下圖所示，手指觸摸屏幕時，手指與觸摸屏表面形成耦合電容，電容的容抗與信號頻率成反比，即頻率越高其阻抗越小。因此高頻電流流過電容，手指觸摸，即從觸摸處吸走微小電流，檢測此微小的電流變化來識別觸摸和確定觸摸坐標。

電容屏根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理差異可以分為表面式和投射式兩種，投射式又分為自電容式和互電容式，如下圖所示。

2.表面電容式觸摸屏

其典型的觸摸屏結(jié)構(gòu)是在玻璃底板上沉積一層高阻PVD透明導(dǎo)電膜，如下圖所示，用絲網(wǎng)印刷銀漿制成的線性圖形(有時也叫做總線)與透明導(dǎo)電薄膜相連，另一端則是與尾部相連，最后這些彎曲的尾部再與屏的控制器相連接。

從導(dǎo)電涂層的四角引出四個電極，與控制器相連，原理圖如下圖所示。

上電未觸碰前，屏幕表面存在均勻電場，當(dāng)人體手指或者其他導(dǎo)體觸摸屏表面時，屏表面的電荷經(jīng)由人體導(dǎo)向大地，為了恢復(fù)這些損失的電荷，四角的電極會向觸摸發(fā)生處發(fā)送電荷，產(chǎn)生的電流值跟觸摸點到四個角的距離成反比，控制器依此確定觸摸位置。表面式電容屏只能實現(xiàn)單點觸摸的識別。

3.投射式電容觸摸屏

3.1?自電容檢測式

自電容掃描方式是利用單個電極自身的電容，一端連接到激勵信號，另一端接地。ITO導(dǎo)電涂層是垂直排列的縱橫交叉的電極結(jié)構(gòu)，自電容指電極對地的電容Cp，手指觸碰時會增加一個手指對地的電容Cf，兩電容是并聯(lián)關(guān)系，總電容為二者相加，因此控制器檢測到的電容會增加。掃描時，先依次掃描橫向的每個電極，再依次掃描縱向的每個電極，即掃描(X+Y)次，掃描速度較快。

單點觸摸時，先掃描X軸，找到電容變化處，確定觸摸位置的橫坐標；再掃描Y軸，由電容變化處確定觸摸點縱坐標，據(jù)此得到觸摸位置詳細坐標。

兩點觸摸時，當(dāng)此兩點不是同一X軸或同一Y軸，控制器可以分別得到兩個橫縱坐標，組合會產(chǎn)生四個符合坐標條件的點，無法確定真實觸摸點到底是其中哪兩個點，即產(chǎn)生“鬼點”，如下圖所示，兩黑色點為真實觸摸點，紅色叉點為“鬼點”。

自電容檢測式電容屏結(jié)構(gòu)原理簡單，掃描速度快，但其測量的是單個電極電容而不是電極交叉點的電容，這一點也導(dǎo)致了其無法正確偵測多點觸摸。

3.2 互電容檢測式

互電容檢測式是利用行列電極交叉處形成的耦合電容，橫向電極作為耦合電容的上極板，縱向電極作為耦合電容的下極板。掃描時，橫向電極、縱向電極分為作為驅(qū)動電極和感應(yīng)電極。對于X行，Y列的互電容檢測式觸摸屏，激活某一行驅(qū)動電極后，依次掃描每一列感應(yīng)電極，檢測全部感應(yīng)電極與該行驅(qū)動電極形成的耦合電容，因此掃描全屏共需掃描(X*Y)次，如下圖所示，互電容檢測式可以識別多點觸摸，且無鬼點。

手指觸摸后，將觸摸位置電極間的部分電荷轉(zhuǎn)移到大地，會使驅(qū)動電極與感應(yīng)電極之間的電容減小，因此控制器檢測到的電容是減小的，這一點與自電容檢測式恰好相反?？刂破魈幚砘ル娙轀p小的變化量來提取計算觸碰點坐標，變化量大于一定值(稱為閾值）的位點才認為發(fā)生有效觸摸。

互電容檢測方式的電容觸摸屏，可以實現(xiàn)無鬼點的真正多點識別,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，功耗較大，掃描時間較長，且抗噪能力不如自電容。

4.微小電容檢測技術(shù)

觸摸引起的觸摸屏Sensor互電容變化量是很微小的，這種pF級別的電容變化量檢測技術(shù)是觸摸屏控制系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。檢測技術(shù)精確度對觸摸屏觸摸靈敏度準確度影響巨大。對于電容，通常是將其轉(zhuǎn)換為電壓V、電流I、或者周期時間T、頻率f等可測性較強的物理量來測量。

目前，有三種主要的檢測電容變化量的技術(shù)：充電傳輸測量法，張弛振蕩器法，電荷轉(zhuǎn)移法。

4.1?充電傳輸測量法

充電傳輸法應(yīng)用的原理是電荷保持，基本原理示意圖如下圖所示。開關(guān)K1連接到 VDD，施加電壓到感應(yīng)電極Cp上對其充電，K1斷開，開關(guān)K2將Cp存儲的電荷釋放到電容值較大的采樣電容Cs中，多次測量，確定感應(yīng)電極上的電容。手指觸摸使Cp電容值增大，監(jiān)測輸出電壓Vout達到Vref的時間來測量觸摸屏電容的變化值。

4.2 弛張振蕩器法

弛張振蕩器由比較器和外部電阻構(gòu)成，通過電容的不斷充放電過程達到振蕩，基本原理示意圖如下圖所示。測量電路根據(jù)輸出信號的頻率、周期的變化來識別有無有效觸摸發(fā)生。VDD通過電阻R為電容Cp充電，充電時間的長短由R值和Cp值乘積決定。手指接觸觸摸屏使電容值Cp變大，因此其充電時間變長。

如下圖所示，沒有觸摸時，Vout達到比較器輸入?yún)⒖茧妷?Vref需要的時間為t1；有手指觸摸時，充電時間為(t3-t2)。觸摸發(fā)生后電容充電時間變長，周期性不斷充電放電構(gòu)成張弛振蕩器。

4.3 電荷轉(zhuǎn)移法

電荷轉(zhuǎn)移法是將觸摸屏感應(yīng)電容上的電荷，通過開關(guān)控制轉(zhuǎn)移到外部電容上。外部電路的電容方便測量，通過測量外部電路上電容兩端電壓值有無變化，即可判斷是否有手指觸摸。

如下圖所示，Tx為驅(qū)動電極，由矩形激勵脈沖激活，Rx為Sensor接收端，接收觸摸屏返回的感應(yīng)信號。C1為驅(qū)動電極、感應(yīng)電極之間的互電容，手指觸摸屏幕會引起C1減小；C3為驅(qū)動電極對地電容；C4為感應(yīng)電極對地電容，電荷轉(zhuǎn)移法測量電路是將電容變化轉(zhuǎn)換為電壓值變化來進行測量。

預(yù)備狀態(tài)：開關(guān)K閉合，運放虛短原理得Vout=0，Tx輸出高電平激勵對C1充電至穩(wěn)定，其電荷Q= C1U1；

測量狀態(tài)：開關(guān)K斷開，虛斷原理得電荷泄放至C2，穩(wěn)定后U2= Q/C2，若U2=U1，則Vout 等于激勵電壓；

觸摸狀態(tài)：手指觸摸后，互電容C1減小，電荷Q減小，C2不變，則輸出 Vout減小。檢測輸出電壓即可檢測電容變化。

運放上跨接的電容C2對檢測精度作用十分重要。