從控制器角度談感應電容觸控系統(tǒng)的設(shè)計挑戰(zhàn)
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
LCD VCOM類型： LCD VCOM是“共模電壓”，是LCD屏的參考電壓。根據(jù)系統(tǒng)要求，可能采用AC VCOM或DC VCOM。AC VCOM是交變的，而DC VCOM是恒壓。前一種方式會產(chǎn)生更多的噪聲。
觸摸屏傳感器和保護透鏡間的氣隙：觸控設(shè)備用戶報告的最常見問題之一是保護透鏡破損。為把產(chǎn)品做得更薄，電容型觸摸屏傳感器可以被壓到保護透鏡背面，但當替換一個破損的保護透鏡時，觸摸屏傳感器也必須被替換，這會增加維修成本。為了避免這個成本，以及壓合工藝低良率帶來的成本，通常會用一個襯墊將觸摸屏傳感器和保護透鏡隔開。
盡管如此，當觸摸屏傳感器和保護透鏡間出現(xiàn)氣隙時，觸摸屏傳感器會很難探測到手指觸摸行為，因為空氣介電常數(shù)低，手指觸摸產(chǎn)生的信號的強度也低。解決這種問題的一個方法是提高觸控系統(tǒng)靈敏度閾值，但這會很危險，因為傳感器會接收到一些雜散信號，例如LCD或其它環(huán)境噪聲，使得觸摸屏傳感器很難從噪聲中區(qū)分出觸摸動作。
工業(yè)設(shè)計要求：一些器件生產(chǎn)商把觸摸屏傳感器直接做在顯示器上以使得整體設(shè)計更薄。但這也是有風險的，因為觸摸屏傳感器被直接放在噪聲源上。一個解決方案是在觸摸屏傳感器和顯示器之間增加一個屏蔽層。但多增加一層ITO會增加整體材料成本，而且對透光性有影響。
集成觸摸屏傳感器：為了降低生產(chǎn)成本，LCD生產(chǎn)商開始把觸摸屏傳感器直接做在偏光鏡下面的彩色濾光片上。這種方法不需要外部傳感器和壓合，但觸摸屏傳感器更靠近顯示器，進一步增加了傳感器接收到的噪聲。
觸摸屏控制器位置：電容型觸摸屏控制器通常位于觸摸屏電纜上(芯片在導線或PCB上)，有時也會直接放在觸摸屏傳感器上(芯片在玻璃上)。但是為了測試方便，有些設(shè)計需要把觸摸屏控制器放在系統(tǒng)板上。這可能需要很長的柔性電路板(FPC)來連接觸摸屏傳感器和控制器。長FPC會起到天線的作用，很容易吸收噪聲，使得觸摸屏控制器很難處理觸摸屏傳感器發(fā)出的弱信號。
其它噪聲源：移動設(shè)備的主要噪聲源是LCD屏、LCD逆變器、WiFi天線、GSM天線和設(shè)備中的各種高速電路。環(huán)境噪聲也對觸控系統(tǒng)有很大影響，如一些交流電源會產(chǎn)生很強的噪聲，這些噪聲會經(jīng)由AC適配器傳播。同樣，當把設(shè)備放在臺式熒光燈等強噪聲源附近時，觸控系統(tǒng)會把噪聲誤認為有效的觸摸行為。
通常條件下，對正常大小的手指(>7mm)而言，高SNR的控制器不比低SNR的控制器有很大的優(yōu)勢，只有在在強噪聲環(huán)境中，如使用書寫筆或使用戴手套的手指輸入，信號很弱的時候優(yōu)勢才會體現(xiàn)出來。低SNR控制器不能把信號從噪聲中區(qū)分出來。如果降低傳感器閾值以增加探測靈敏度，觸控系統(tǒng)則會很容易被誤觸發(fā)，引起誤操作，這在實際應用中是絕對不被允許的。
應用挑戰(zhàn)
觸摸精度：觸摸精度是觸摸屏傳感器設(shè)計的一個重要指標。例如，在虛擬鍵盤應用中，字符被緊湊的排在一個很小的區(qū)域內(nèi)，精確響應觸摸動作，避免誤輸入字符很關(guān)鍵。提高精度的方法之一是在控制器中增加更多的傳感器通道，支持更高的觸摸屏傳感器網(wǎng)格密度。但這將付出成本的代價，因為觸摸屏傳感器和觸摸屏控制器都需要更多的引腳。此外，更多的傳感器通道需要在觸摸屏邊界增加更多的走線，會增加邊界寬度。
高SNR觸摸屏控制器能夠增強檢測精度，因為它對弱信號的檢測能力更強，并從較大的周邊范圍內(nèi)收集采樣數(shù)據(jù)，而較大的檢測范圍提供了更多的參考點，從而觸摸位置可以被精確算出。圖3揭示了觸摸屏控制器SNR對劃線精度的影響，這是一個機械臂握著一個4mm金屬片所畫的直線。高SNR控制器畫出的直線顯然比低SNR控制器畫出的直線更平滑。注意這些測量結(jié)果都是由相同的觸摸屏傳感器和相同的后處理軟件記錄的，以保證公正的比較。
圖3. 一個機器臂握著4mm金屬片畫的直線。左側(cè)使用的是高SNR的觸摸屏控制器；
右側(cè)使用的是低SNR觸摸屏控制器。
書寫筆：電阻觸摸屏用戶長期以來已經(jīng)習慣了使用帶有尖的書寫筆。典型電阻觸摸屏書寫筆筆尖直徑小于1mm，通常用不導電的塑料制作。對于電容觸控系統(tǒng)來說，檢測這樣一個細小、不導電的器件很困難，因為它能夠給觸摸屏控制器提供的信號非常微弱。市場上很多觸控系統(tǒng)使用的書寫筆筆尖直徑很大(3－9mm)，使得書寫和繪畫都變的很困難，因為筆尖粗會使得書寫的痕跡很模糊。
只要書寫筆用導電材料包裹(一個相對較小的犧牲)，高SNR的觸摸屏控制器可以檢測到1mm直徑筆尖的書寫筆。圖4說明了觸摸屏控制器SNR對2mm導電筆尖的書寫筆檢測結(jié)果的影響。低SNR的控制器很難從背景噪聲中識別出小筆尖的書寫筆，尤其在屏幕噪聲最大的部分。在低SNR情況下使用1mm筆尖的書寫筆將導致有用信號淹沒在背景噪聲中，導致書寫筆無法使用。
圖4. 4英寸屏上使用2mm導電書寫筆的電容值剖面圖，左側(cè)剖面使用高SNR觸摸屏控制器；右側(cè)使用低SNR觸摸屏控制器。書寫筆位于綠色錐體頂部；白色平面的高度代表了背景噪聲。信噪比的增加有效降低了背景噪聲幅度，如左圖所示。如果右圖中的書寫筆移到屏幕的左邊，信號將被噪聲淹沒，書寫筆將無法工作。
非接觸檢測：接近檢測逐漸在觸摸屏應用中被采用。例如，通過增加觸控系統(tǒng)的靈敏度，當使用電子書時，用戶可以手勢翻頁，而不需要實際觸碰屏幕。但觸控系統(tǒng)增加靈敏度也很容易被環(huán)境噪聲觸發(fā)，設(shè)計者一直在努力尋找最佳平衡，既要最大化接近距離，又不至于引起誤觸發(fā)。三菱在這個領(lǐng)域做了一些有趣的研究，他們建了一個觸控系統(tǒng)，基于觸摸手指是懸空還是真實觸摸來自動調(diào)節(jié)靈敏度。
評論