電容式觸摸屏設(shè)計規(guī)范精典

1、電容式觸摸屏設(shè)計規(guī)范【導讀】：本文簡單介紹了電容屏方面的相關(guān)知識，正文主要分為電子設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個部分。電子設(shè)計部分包含了原理介紹、電路設(shè)計等方面，結(jié)構(gòu)設(shè)計部分包好了外形結(jié)構(gòu)設(shè)計、原料用材、供應(yīng)商工藝等方面【名詞解釋】1. V.A區(qū)：裝機后可看到的區(qū)域，不能出現(xiàn)不透明的線路及色差明顯的區(qū)域等。2. A.A區(qū)：可操作的區(qū)域，保證機械性能和電器性能的區(qū)域。3. ITO：IndiumTinOxide氧化鈿錫。涂鍍在Film或Glass上的導電材料。4. ITOFILM:有導電功能的透明PET膠片。5. ITOGALSS:導電玻璃。6. OCA:OpticallyClearAdhesive光學透明膠

2、。7. FPC:可撓性印刷電路板。8. CoverGlass(lens):表面裝飾用的蓋板玻璃。9. Sensor:裝飾玻璃下面有觸摸功能的部件。(FlimSensorORGlassSensor)【電子設(shè)計】一、電容式觸摸屏簡介電容式觸摸屏即CapacitiveTouchPanel(CapacitiveTouchScreen),簡稱CTP。根據(jù)其驅(qū)動原理不同可分為自電容式CTP和互電容式CTP,根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同可分為單點觸摸CTP和多點觸摸CTP。1、實現(xiàn)原理電容式觸摸屏的采用多層ITO膜，形成矩陣式分布，以X、Y交叉分布作為電容矩陣，當手指觸碰屏幕時，通過對X、Y軸的掃描，檢測到觸碰位置的電

3、容變化，進而計算出手指觸碰點位置。電容矩陣如下圖1所示。圖1電容分布矩陣電容變化檢測原理示意簡介如下所示：名詞解釋：80:真空介電常數(shù)。e1、e2:不同介質(zhì)相對真空狀態(tài)下的介電常數(shù)S1、d1、S2、d2分別為形成電容的面積及間距圖2觸摸與非觸摸狀態(tài)下電容分布示意非觸控狀態(tài)下：C=Cm1=1£0S1/d1觸控狀態(tài)下：C=Cm1*Cmg/(Cm1+Cmg),Cm1=1£0S1/d1,Cmg=Cm1=£2&0S2/d2電容觸摸驅(qū)動IC會根據(jù)非觸控狀態(tài)下的電容值與觸控狀態(tài)下的電容值的差異來判斷是否有觸摸動作并定位觸控位置。2、自電容與互電容自電容式CTP是利用單個

4、電極自身的電容變化傳輸電荷，由一端接地，另一端接激勵或采樣電路來實現(xiàn)電容的識別(測量信號線本身的電容)。自電容式CTP的坐標檢測是依次檢測橫向和縱向電極陣列，根據(jù)觸摸前后電容變化分別確定橫向和縱向坐標，然后組合成平面坐標確定觸摸位置。當觸摸點只有一個時，組合后的坐標也是唯一的一個，可以準確定位；當觸摸點有兩個時，橫向和縱向分別有兩個坐標，兩兩組合后出現(xiàn)四組坐標，其中只有兩個時真實觸摸點，另兩個就是屬稱的鬼點”。所以自電容式CTP無法實現(xiàn)真正的多點觸摸?；ル娙菔紺TP失利用兩個電極進行傳輸電荷，一端接激勵，另一端接采樣電路來實現(xiàn)電容的識別（測量垂直相交的兩個信號之間的電容）?；ル娙菔紺TP坐標檢

5、測也是檢測橫向和縱向電極陣列，不同的是它是由橫向依次發(fā)送激勵而縱向同時接收信號,這樣可以得到所有橫向和縱向交匯點的電容值,根據(jù)電容值的變化可以計算出每一個觸摸點的坐標，這樣即使有多個觸摸點也能計算出每個觸摸點的真實坐標。所以互電容式CTP可以實現(xiàn)真實多點觸控。自電容的優(yōu)點是簡單、計算量小，缺點是單點、速度慢；互電容的優(yōu)點是真實多點、速度快，缺點是復雜、功耗大、成本高。3、結(jié)構(gòu)及材料使用二、驅(qū)動IC簡介電容屏驅(qū)動IC是電容屏工作處理的主體，是采集觸摸動作信息和反饋信息的載體，IC采用電容屏工作的原理采集觸摸信息并通過內(nèi)部MPU對信息進行分析處理從而反饋終端所需資料進行觸摸控制。IC與外部連接是通

6、過對外的引腳進行的，電容屏驅(qū)動IC廠家眾多，各自的設(shè)計也不盡相同，但是基本原理也是大同小異，因此個驅(qū)動IC的芯片引腳也比較類似，只有個別引腳是各自功能中特殊的設(shè)計，如下對電容屏驅(qū)動IC的引腳做一個簡單的說明。驅(qū)動信號線：即Driver或TX,是電容屏的電容驅(qū)動信號輸出腳感應(yīng)信號線：即Sensor或RX,是電容屏的電容感應(yīng)信號輸入腳。電源電壓：分模擬電源電壓和數(shù)字電源電壓。模擬電壓范圍一般為2.6V3.6V,典型值為2.8V和3.3V;數(shù)字電壓即電平電壓為1.8V3.3V,由主板端決定。電容屏設(shè)計可以設(shè)計為單電源和雙電源兩種模式，目前以單電源供電為主（可以減少接口管腳數(shù)）。GND:也分為模擬地和

7、數(shù)字地兩種，一般兩種地共用，特殊情況下需將兩種地分開以減少兩種地之間的串擾現(xiàn)象。I2C接口：I2C接口包括I2C_SCL和I2C_SDA。I2C_SCL為時鐘輸入信號，I2C_SDA為數(shù)據(jù)輸入輸出信號。SPI接口：SPI接口包括SPI_SSEL、SPI_SCK、SPI_SDI、SPI_SDO。SPI_SSEL為片選信號，低電平有效；SPI_SCK為時鐘輸入信號；SPI_SDI為數(shù)據(jù)輸入信號；SPI_SDO為數(shù)據(jù)輸出信號。RESET:芯片復位信號，低電平有效。WACK:芯片喚醒信號。TEXT_EN:測試模式使能信號。GPIO0N:綜合功能輸入輸出IO口。VREF:基準參考電壓。VDD5:內(nèi)部產(chǎn)生

8、的5V工作電壓。以上引腳定義沒有包含全部的驅(qū)動IC的功能，如LED、Sensor_ID、Key_Sensor等特殊功能作用的管腳，這些管腳需根據(jù)具體IC確認其具體作用及用法三、ITO圖形設(shè)計ITO可蝕刻成不同的圖形，不過造價師相同的，而且很難講哪個圖像比其他圖形工作效率高，因為觸摸屏必須與電子間配合才能發(fā)揮作用。I-phone采用的圖形是最簡單的一種，即在ITO在玻璃一面為橫向電極，在另一面為縱向電極，此設(shè)計簡單巧妙但幾何學要求特別的工藝電能來產(chǎn)生準確的焦點。圖3I-phonePattern閉路鎖合的鉆石形Pattern是最常見的ITO圖形，45°角的軸線組成菱形塊，每個菱形塊通過小

9、橋連接，此圖形用于兩片玻璃，一片是橫向菱形排，另一片是縱向的菱形列，導電圖形在玻璃內(nèi)側(cè)，行與列對應(yīng)鎖定后貼合。菱形圖形大小不一，取決于制造商，但基本在4-8mm之間，幾乎所有電子控制器（CTP控制IC）都可用于此圖形CMEgRawiooc5xxwkxxxxxItttiochJ-igD-dmoniii圖4菱形Pattern復雜圖形的ITO圖形需要專用的電子控制器，有時需要購買許可。一些IC廠會根據(jù)自身的特點設(shè)計特定的Pattern,且為避免濫用或保護權(quán)利會申請圖形專利。目前基礎(chǔ)ITOPattern有Diamond、Rectangle、Diamond&Rectangle、Hexagon等。

10、四、布局設(shè)計要求根據(jù)驅(qū)動IC的放置位目前可分為COF、COB兩種方式。COF即ChiponFPC,作為終端導向方式被廣泛應(yīng)用，這種設(shè)計方式可根據(jù)實際應(yīng)用效果和市場變化在不更改主板的情況下更換電容屏設(shè)計方案，可兼容多種電容屏驅(qū)動IC設(shè)計方案。缺點是前期和后期調(diào)試工作量大，備料周期長。COB即ChiponBoard,將驅(qū)動IC融合在主板端帶來的一個問題是主板和電容屏驅(qū)動IC方案確定后不能隨意更改設(shè)計方案，因為電容屏驅(qū)動IC基本都不是PINtoPIN兼容的，更換方案意味著重新布局相關(guān)的主板設(shè)計。COB方案的優(yōu)點成本降低，交期短，方便備料，前期設(shè)計和后期調(diào)試工作量小。無論是COF或COB方案都需要在布

11、局走線時注意相關(guān)設(shè)計要求，根據(jù)IC原廠建議以及供應(yīng)商的實際應(yīng)用經(jīng)驗，總結(jié)如下設(shè)計注意事項：1、關(guān)鍵器件布局各組電源對應(yīng)的濾波電容需靠近芯片引腳放置，走線盡量短，如下為IC周圍元件布局示意圖：圖5元件布局示意圖電容屏與主板連接端口周圍不要走高速信號線。對于COB方案，觸控IC盡量靠近HostIC。觸控IC及FPC出線路徑要求遠離FM天線、ADV天線、DTV天線、GSM天線、GPS天線、BT天線等。與觸控IC相關(guān)器件盡量放進屏蔽罩中，且盡可能采用單獨的屏蔽罩。觸控IC附近有開關(guān)電源電路、RF電路或其它邏輯電路時，需注意用地線隔離保護觸控IC、芯片電源、信號線等。RF是手機中最大的干擾信號，因此對芯

12、片與RF天線間的間距有一定要求：在頂部要求間距20mm,在底部要求間距10mm。適用于COF和COB方案。2、布線1）電源線盡量短、粗，寬度至少0.2mm,建議0.3mm。驅(qū)動和感應(yīng)信號線走線盡量短，減小驅(qū)動和感應(yīng)走線的環(huán)路面積。驅(qū)動IC未使用的驅(qū)動和感應(yīng)通道需懸空，不能接地或電源。對于COB方案，主板上的信號線走線盡量短，盡量接近與屏體的連接接口。建議將IC周圍的驅(qū)動和感應(yīng)信號按比例預留測試點，方便量產(chǎn)測試，最少需要各留兩個測試點。I2C、SPI、INT、RESET等接口預留測試點，方便Debug2）用地線屏蔽驅(qū)動通道，避免驅(qū)動通道對Vref等敏感信號或電壓造成干擾。圖6驅(qū)動通道的地線屏蔽3

13、）信號線（驅(qū)動通道和感應(yīng)通道）建議平行走線，避免交叉走線對于不同層走線的情況，避免兩面重合的平行走線方式（FPC的兩面重合平行走線會形成電容），相鄰的驅(qū)動通道和感應(yīng)通道平行走線之間以寬度>0.2mm的地線隔離，如下圖所示：圖7正確走線方式由于結(jié)構(gòu)的限制，導致驅(qū)動和感應(yīng)通道必須交叉走線時，盡量減少交叉的面積（降低因走線而產(chǎn)生的結(jié)點電容，形成的電容與面積有關(guān)），強制建議交叉進行垂直交叉走線，特別注意避免多次交叉。同時驅(qū)動和感應(yīng)走線寬度使用最小走線寬度（0.070.08mm）。圖9推薦走線方式（完全垂直）圖10錯誤走線方式（非垂直走線）對于COB方案的多層方案，建議驅(qū)動和感應(yīng)通道采用分層走線，

14、且中間以地線屏蔽。4）信號線（驅(qū)動和感應(yīng)通道）必須避免和通訊信號線（如I2C、SPI等）相鄰、近距離平行或交叉，以避免通訊產(chǎn)生的脈沖信號對檢測數(shù)據(jù)造成干擾于距離較近的通訊信號線，需要用地線進行屏蔽圖11平行走線下地線屏蔽隔離圖12錯誤走線方式（交叉）5）地線及屏蔽保護芯片襯底必須接地，襯底上需放置可靠的地線過孔，建議過孔數(shù)量48個，驅(qū)動和感應(yīng)通道壓合點兩側(cè)均須放置地線壓合點，空間允許情況下，驅(qū)動和感應(yīng)通道走線兩側(cè)必須放置地線，建議地線寬度>0,2mm地續(xù)壓令點一FPC未走線區(qū)域需要灌銅，大面積灌銅能減小GND走線電阻，屏蔽外部干擾。建議采用網(wǎng)格狀灌銅，既起到屏蔽作用又不增加驅(qū)動和感應(yīng)線對

15、地電容。建議網(wǎng)格銅規(guī)格：Grid=0.3mm,Track=0.1mm。無論COF或COB,連接Sensor和Guitar芯片的FPC,其信號線走線背面需鋪銅，同時建議增加接地的屏蔽膜。圖14接地屏蔽膜與主控板接口排線盡可能設(shè)置兩根>0.2mm的地線，保證電氣可靠接地如結(jié)構(gòu)允許，補強可用鋼板，若能保證鋼板可靠接地則效果更好。6）設(shè)計參考FPC設(shè)計時需要考慮的關(guān)鍵尺寸如下圖所示：圖15FPC關(guān)鍵尺寸示意圖尺寸尺寸說照L075M凌距075N板程也全向樂P雁臺區(qū)厚度可事生產(chǎn)的小也Q再折區(qū)修度0*010r艮定境拐啟S心外乘父歸度叫硯過北修盤過孔孔模lU-島r/i葭I02321/FPC走線禁止直角或

16、折線，折彎處需倒圓弧；元件擺放區(qū)必須予以補強,方便貼片或焊接；所有過孔盡量打在補強板區(qū)域，F(xiàn)PC彎折區(qū)及附近不能有過孔；設(shè)計圖上必須標注補強區(qū)位置及總FPC厚度，彎折區(qū)及附近不能有補強;彎折區(qū)與元件區(qū)過渡的圓角要達到R=1.0mm,并建議在拐角處加銅線以補充強度，減少撕裂風險。圖16彎折區(qū)與元件區(qū)過渡之圓角在FPC設(shè)計中還要注意元件區(qū)空間的大小，特別是在結(jié)構(gòu)圖確認中，要充分考慮元件區(qū)大小預留結(jié)構(gòu)空間。五、ESD防護ESD性能是電子產(chǎn)品都需要關(guān)注的基本性能，ESD性能直接影響了電子產(chǎn)品的電氣性能甚至使用壽命。在CTP設(shè)計時應(yīng)特別注意ESD防護，建議參考事項：1）FPC邊緣與機殼開孔或縫隙的距離&

17、gt;3mm,避免ESD直接對FPC放電。2）機殼設(shè)計時，建議選用有接地的金屬外殼或無金屬結(jié)構(gòu)件的塑膠外殼，提供ESD能力。3）部分IC可增加防ESD的TVS管等器件，如Focaltech,可提供抗ESD能力。4）FPC設(shè)計中，增加網(wǎng)格的GND屏蔽（必要時增加接地屏蔽膜），保護I2C信號，放置ESD干擾用入主板。5）減小VDD與GND距離，提高抗輻射的ESD干擾能力。6）ITOSensor周圍進行圍地保護，避免ESD直接干擾Sensor。7）隔離地線保護，IC工作電源地與FPC周圍保護地分離，在IC外圍進行充分連接，防止ESD直接打到IC上。六、技術(shù)展望隨著電容屏的廣泛應(yīng)用及其市場潛力的開發(fā)，

18、電容屏技術(shù)越來越受到大家的關(guān)注和肯定。在市場整合方面，電容屏的標準化、共用性是電容屏供應(yīng)商急需努力和實施的市場技術(shù)要求。在技術(shù)方面，也有幾個不同的發(fā)展方向。1、驅(qū)動IC方面，在提高驅(qū)動IC性能的同時，將LCM驅(qū)動和CTP驅(qū)動融合在一起是一種方向。2、在玻璃面板方面，輕薄是未來努力的主要方向。一種是在LCD玻璃表面做CTP的ITOSensor,將LCM與CTP融合到一起；一種是in-cell,即直接將CTPSensor融合在LCD玻璃里面，即LCD玻璃本身帶有CTP功能?！窘Y(jié)構(gòu)設(shè)計】一、結(jié)構(gòu)及材料使用1、結(jié)構(gòu)G+F結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：coverglass+filmsensor特點：此結(jié)構(gòu)用單層filmse

19、nsor,ITO為三角形結(jié)構(gòu)，只支持單點，可做到虛擬兩點手勢。優(yōu)點：開模成本很低，性價比高，單價屬電容TP中最低的結(jié)構(gòu)，總厚度可做薄,透光性好，交期短，Cover外形可更換。缺點：單點為主，手寫較差，虛擬兩點手勢準確度差。G+F+FGLASS.J-LtOItjj|結(jié)構(gòu)：coverglass+filmsensor+filmsensor。特點：此結(jié)構(gòu)用兩層filmsensor,ITO為菱形結(jié)構(gòu)，支持真實多點操作優(yōu)點：準確度高，手寫效果好，支持真實兩點，cover外形可更變。缺點：透光性差，比G/G結(jié)構(gòu)低5%。價格比G/F高，比G/G低。G+G結(jié)構(gòu)：coverglass+glasssensor特點：此結(jié)構(gòu)用單層glasssensor,ITO為菱形結(jié)構(gòu)，支持真實多點。優(yōu)點：準確度高，透光性好，手寫