電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)中的電容物理學(xué)

　　引言

　　電容式觸摸屏設(shè)計制造技術(shù)是材料物理與電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物[1-3]。材料特征參數(shù)、三維結(jié)構(gòu)(stackup)和二維版圖形狀 (layout) 決定了觸摸屏的全部電學(xué)特性。這些電學(xué)特性可以用等效的分布式阻抗電路來描述，并可以與電容感應(yīng)拾取電路一起在電路仿真系統(tǒng)中進行完整的系統(tǒng)模擬。

　　在上述的系統(tǒng)設(shè)計流程中，兩個最重要的環(huán)節(jié)是， 第一， 正確全面的獲得電阻、電容及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信息， 第二， 正確區(qū)分手指觸摸后的感應(yīng)電容和寄生電容。這些往往與所選用的電容感應(yīng)電路有著極為密切的聯(lián)系[4-5]，而其中對于各種電容性質(zhì)的正確認(rèn)識是最基本也是至關(guān)重要的。由于電容式觸摸屏技術(shù)中涉及到眾多的電容類型，如何得到正確的電容特性成為大多數(shù)工程教育背景的開發(fā)人員所面臨的一個難點問題。本文將運用電力線基本原理，對分布在觸摸屏上的不同電容特性進行分析。

　　基本概念

　　這里的核心物理問題是，什么叫電容?電容是一種電荷儲存器件。對這個概念的一種錯誤理解經(jīng)常是：電容是凈電荷的積累。事實上，電容可以進一步描述成等量的正負(fù)電荷在兩個電極分布的一種儲存結(jié)構(gòu)，這里的兩個關(guān)鍵詞是：等量，兩極。我們可以用物理中的電力線概念將這兩個關(guān)鍵詞聯(lián)系在一起：電力線從正電荷出發(fā)終止于負(fù)電荷。電力線的存在決定了電容的存在，電力線的路徑和密度決定了電容的性質(zhì)和大小。

　　觸摸屏寄生電容物理模型

　　先看一下最簡單的平板電容， 如圖1所示。虛線是電力線。眾所周知的平板電容表達式為：

　　這個公式成立的前提假設(shè)是：W>>d，L>>d。其物理含義是：全部電力線平行的分布在兩個平板之間。

　　對比一條狀金屬與平板之間的電容。先畫出它的電力線分布圖，如圖2所示。