電容式觸摸屏原理及詳細資料演示文稿

電容式觸摸屏原理及詳細資料演示文稿當前1頁，總共54頁。電容式觸摸屏原理及詳細資料當前2頁，總共54頁。術(shù)語ITO-IndiumThinOxide，氧化銦錫，一種透明的導(dǎo)電材料TP-touchpanel，觸摸屏CTP-Capacitancetouchpanel，電容式觸摸屏DITO：在玻璃雙面分別制作ITO圖形，構(gòu)成電容極板SITO：在玻璃的單面制作ITO圖形，構(gòu)成電容極板12/27/20093當前3頁，總共54頁。術(shù)語OCA光學(xué)膠是重要觸摸屏的原材料之一。將光學(xué)壓克力膠做成無基材，然后在上下底層，再各貼合一層離型薄膜，是一種無基體材料的雙面貼合膠帶。優(yōu)點：高清澈度、高透光性(全光穿透率>99%)、高黏著力、高耐候、耐水性、耐高溫、抗紫外線，長時間使用不會產(chǎn)生黃化(黃變)、剝離及變質(zhì)的問題分類：1.電阻式

電阻式的光學(xué)膠按厚度不同又可分為50um和25um

2.電容式

電容式的光學(xué)膠分為100um，175um，200um12/27/20094當前4頁，總共54頁。電阻式觸屏VS電容式觸屏對比電阻式方案已經(jīng)非常成熟，一般都是和液晶屏打包配套，成本比較低。但由于先天結(jié)構(gòu)(原理)上的原因，使用一段時間后需要重新對觸摸屏進行校正。低端的4線電阻式觸摸屏需要直接與指尖或筆接觸，所以在上蓋的設(shè)計上會有一個開孔，對外界的各種干擾(灰塵、濕氣、ESD等等)都缺乏有效的防護，所以可靠性和耐用性較差。高端的5線式電阻式觸摸屏可以通過改善結(jié)構(gòu)解決這個問題，但成本上已經(jīng)和電容式持平。且對一些復(fù)雜的手勢(特別是多點觸摸)缺乏有效的支持，而這恰恰就是電容式觸摸屏最大的賣點。3/22/2023當前5頁，總共54頁。電阻式觸屏VS電容式觸屏對比電容式方案的結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)原理和電阻式完全不一樣，主要是根據(jù)接觸區(qū)域的電容量來判斷手指的位置，所以目前只能通過手指來感應(yīng)，并且可以對多點觸摸等復(fù)雜的手勢可以提供完善的支持。由于對外界的感應(yīng)需要通過一層不導(dǎo)電的介電質(zhì)(塑膠、玻璃等)，觸摸屏需要貼合在上蓋背面，所以對外界的抗干擾能力較強，可靠性和耐用性高?！暗?，隨之而來的問題是對供應(yīng)商的制造和組裝能力(貼合)提出了較高的要求，因此目前整體成本居高不下?！标愒赋?。3/22/2023當前6頁，總共54頁。電阻式觸屏VS電容式觸屏對比3/22/2023當前7頁，總共54頁。電容式觸摸屏基本原理和分類12/27/20098當前8頁，總共54頁。Capacitancetouchpaneloverview用ITO材料制作透明電極的電容陣列手指觸摸到電容式觸摸屏表面，改變觸摸屏的固有電容觸摸屏電容控制器（IC）檢測到電容的變化，并通過電容陣列的電容變化率，計算出觸摸發(fā)生的坐標，強度等信息12/27/20099當前9頁，總共54頁。ElectronicFieldCapacitiveSensor通過檢測電容傳輸?shù)哪芰縼頇z測電容振蕩器輸出正弦波加到電容一端信號檢測處理電路接電容另一端根據(jù)接收點信號電平高低判斷電容的大小振蕩器SensingandFilter12/27/200910當前10頁，總共54頁。RelaxationOscillatorCapacitiveSensor通過檢測張弛振蕩器頻率來檢測電容一個恒流源給電容充電一個受反饋控制的開關(guān)給電容放電遲滯比較器把電容電壓變化整形方波12/27/200911當前11頁，總共54頁。ChargeTransferDeviceCapacitiveSensor首先，感應(yīng)電容充電其次，把感應(yīng)電容的電荷轉(zhuǎn)移到另一個電容通過檢測電荷轉(zhuǎn)移量來檢測電容的大小12/27/200912當前12頁，總共54頁。DetectMethod:

Self-capacitanceVS.Mutual-Capacitance自電容利用單個電極自身的電容一端接地，另一端激勵或采樣電路互電容利用兩個電極傳輸電荷通常一端接激勵，另一端接采樣電路12/27/200913當前13頁，總共54頁。自電容–self-capacitor測量信號線本身的電容優(yōu)點：簡單，計算量小缺點：虛擬兩點，速度慢互電容-mutualcapacitor測量垂直相交的兩根信號之間的電容優(yōu)點：真實多點，速度快缺點：復(fù)雜，功耗大，成本高Ghostpoint12/27/200914當前14頁，總共54頁。PanelProcess玻璃雙面（DITO）ITO圖案做在玻璃的上下表面，分別為x軸和Y軸，上表面加Lens玻璃單面（SITO）ITO圖案做在玻璃的上表面，下表面為shielding玻璃單面架橋，X軸與Y軸交匯處采用架橋玻璃單面雙層，使用SiO2隔離Film二層，分別為X軸，Y軸12/27/200915當前15頁，總共54頁。DITO12/27/200916當前16頁，總共54頁。SITO12/27/200917當前17頁，總共54頁。Film12/27/200918當前18頁，總共54頁。PanelPattern：TwoLayersSelf-capacitanceorMutualcapacitancePanel兩層ITO分別與地或手指構(gòu)成自電容（人體接地）自電容有M+N個電容互電容有M×N個電容需要M+N條線連到控制芯片MROWNColumn12/27/200919當前19頁，總共54頁。TwoLayersMutualCapacitor兩層ITO相互重疊構(gòu)成電容有M×N個電容需要M+N條線連到控制芯片手指觸摸影響相互電容12/27/200920當前20頁，總共54頁。FTS電容式觸摸屏控制器簡介12/27/200921當前21頁，總共54頁。FTS電容式觸摸屏控制器方案特點自主專利的方案互電容提供業(yè)內(nèi)頂尖級的性能多點觸摸檢測，最多達到5點高信噪比抗RF干擾高精度高分辨率高線性度自校正，避免溫度，濕度的影響本地化的服務(wù)12/27/200922當前22頁，總共54頁。Multi-touch多點觸摸是一個趨勢正在競標的某國際大公司2011年項目要求10點正在designin的多個case要求真實兩點或兩點以上隨著appletabletPC上市，多點應(yīng)用會逐漸涌現(xiàn)并普及能自主安裝應(yīng)用軟件是為了的一個趨勢，系統(tǒng)硬件應(yīng)該為將來性能提升提供準備FTS方案能提供真實的5點觸摸檢測，為將來的應(yīng)用提升提供硬件支持12/27/200923當前23頁，總共54頁。SNR在觸摸屏行業(yè)，SNR定義為信號幅度與噪聲幅度比（噪聲取絕對值）。SNR的傳統(tǒng)定義為信號功率與噪聲功率比SNRP=PS/PN=VS2/VN2=SNRV2如果采用這個定義的SNR，則信噪比能達到數(shù)千。SNR是一個基本參數(shù)，決定系統(tǒng)的大部分性能SNRV≥50，系統(tǒng)能穩(wěn)定工作SNRV≥100，系統(tǒng)性能優(yōu)良FTS方案配合相應(yīng)的TP，SNRV≥15012/27/200924當前24頁，總共54頁。Anti-RFinterference抗RF干擾時CTP系統(tǒng)一個關(guān)鍵性能抗RF干擾能力差是之前CTPcase失敗的關(guān)鍵因素抗RF干擾包括GSM，CDMA，WIFI，微波爐等射頻干擾FTS方案采用跳頻等技術(shù)，提供優(yōu)異的RF干擾抑制能力12/27/200925當前25頁，總共54頁。找出電容最大值和對應(yīng)的列

用以最大電容值列為中心的三列求出其加權(quán)平均，即橫坐標坐標計算-CenterPointalgorithm其中，K為映射系數(shù)12/27/200926當前26頁，總共54頁。AccuracyAccuracy（精度）是指實際觸摸位置與TP上報觸摸坐標的誤差，包括邊沿精度與非邊沿精度邊沿指TPAA區(qū)外側(cè)3mm左右的邊框部分非邊沿指TPAA區(qū)外側(cè)3mm左右的邊框以內(nèi)的部分坐標計算通常都是采用重心算法，因此精度的關(guān)鍵是SNR和TP的PitchSNR越高則參數(shù)的置信位數(shù)越高;計算的結(jié)果越可靠則精度越高合適的Pitch能提高精度。Pitch的選擇主要與手指的大小有關(guān)。一個典型的Pitch為5mm。FTS整合TP設(shè)計與算法，提供業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的TP觸摸精度邊沿±2mm，非邊沿±1mm12/27/200927當前27頁，總共54頁。ResolutionResolution（分辨率）指單位長度TP能觸摸的點數(shù)或者TP能上報的點數(shù)與精度一樣，分辨率的關(guān)鍵是SNR和TP的Pitch分辨率與精度是同一個問題，不同的描述角度針對手機應(yīng)用，F(xiàn)TS的方案能提供最多1280×768的分辨率。形象的說，就是能把顯示屏上的每個點觸摸出來12/27/200928當前28頁，總共54頁。LinearityLinearity（線性度）是指在TP上畫對角直線時，實際曲線與理想直線最大的距離FTS的方案能實現(xiàn)線性度達±1mm12/27/200929當前29頁，總共54頁。Adaptiveprocessalgorithm環(huán)境（溫度、濕度等）變化會造成TP失效溫度適應(yīng)能力差事之前CTP失敗的重要原因材料老化也會造成TP失效自適應(yīng)處理算法能根據(jù)環(huán)境變化，自動調(diào)節(jié)TP參數(shù)設(shè)置，使TP工作在最佳狀態(tài)。自適應(yīng)處理算法還能補償材料老化對TP造成的影響12/27/200930當前30頁，總共54頁。Scanrate控制IC以一定速率對TP進行掃描互電容VS自電容互電容以幀為單位上報觸摸屏的事件。即每次掃描，均立即上報該次掃描的結(jié)果，包括觸摸點數(shù)，每點的坐標自電容僅能針對單點觸摸上報真實坐標。對多的觸摸時，使用十分復(fù)雜的虛擬算法計算坐標，效率低，容易出錯。因此，定義了一個Point/S（點/秒）的參數(shù)來定義上報速率。60Hz是足夠的，并且是現(xiàn)實的從體驗的角度看，60Hz與80Hz幾乎沒有區(qū)別隨著頻率的上升，CPU消耗的資源超過臨界點后會急劇上升FTS最大能支持80Hz的掃描速率12/27/200931當前31頁，總共54頁。PowermanagementFTSCTP系統(tǒng)提供完善的功耗管理FTSCTP系統(tǒng)提供3個功耗模式Active：全速模式,可以產(chǎn)生觸摸中斷/INT,可以讀取觸摸數(shù)據(jù).Monitor：觸摸監(jiān)測模式,低速掃描,不能產(chǎn)生觸摸中斷/INT.有觸摸發(fā)生后自動跳轉(zhuǎn)到ActiveHibernate：系統(tǒng)休眠，需要硬件觸發(fā)喚醒12/27/200932當前32頁，總共54頁。手勢集成與自定義FTS方案能集成目前所有手勢，包括單點點擊，雙擊，平移，放大縮小等FTS方案能根據(jù)客戶的需求，集成客戶定義的手勢FTS方案能上報絕對坐標，由Host來分析觸摸類型并作出相應(yīng)的處理12/27/200933當前33頁，總共54頁。系統(tǒng)接口端口名稱電平極性描述串行接口2.8~3.3V串行接口為CTPM和Host之間的數(shù)據(jù)通信通道.FT5201構(gòu)成的CTPM支持SPI,I2C這2個標準串行接口之一./INT2.8~3.3VLOWCTPM發(fā)送給Host的中斷信號/WAKE*2.8~3.3VLOW從HIBERNATE當中喚醒CTPM的信號.12/27/200934當前34頁，總共54頁。觸摸數(shù)據(jù)讀取模式支持中斷模式與查詢模式中斷模式為觸摸屏系統(tǒng)檢測到觸摸發(fā)生時，主動發(fā)出中斷給Host，讓Host來讀取觸摸發(fā)生數(shù)據(jù)查詢模式為觸摸屏系統(tǒng)定時檢測觸摸，觸摸發(fā)生時，僅僅準備好觸摸數(shù)據(jù)，被動等待Host來讀取數(shù)據(jù)12/27/200935當前35頁，總共54頁。OSCTP系統(tǒng)是一種普通外設(shè)，采用標準的SPI、I2C接口，與OS無必然關(guān)系SPI與I2C可以通過硬件接口連接，也可以通過軟件模擬方式連接OS與CTP的關(guān)系主要體現(xiàn)在對觸摸輸入的支持上，包括單點，多點，手勢等通過在OS中加入驅(qū)動來解釋協(xié)議FTS可以給各個OS的驅(qū)動設(shè)計提供幫助12/27/200936當前36頁，總共54頁。DesignInflow聯(lián)調(diào)前的準備確定TP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，包括TP，F(xiàn)PC，元件區(qū)，出pin位置等確定TP系統(tǒng)提供的功能確定接口類型，連接方式，信號電平聯(lián)調(diào)內(nèi)容根據(jù)協(xié)議編寫OS驅(qū)動-FTS提供協(xié)助連接TP進行調(diào)試測試TP功能與性能整機測試12/27/200937當前37頁，總共54頁。生產(chǎn)集成TP生產(chǎn)Firmware寫入TP出廠檢測與手機集成（無需校正）整機測試12/27/200938當前38頁，總共54頁。懸空觸摸失效問題把手機至于懸空狀態(tài)，比如放置于空盒子之上，沒有與其他系統(tǒng)有電連接。這時，手機發(fā)生觸摸失效的現(xiàn)象稱之為觸摸懸空觸摸失效問題根據(jù)我們的研究，懸空觸摸失效問題主要與TP的結(jié)構(gòu)有關(guān)。目前僅有使用DITO的appleiPhone完全解決了這個問題，其他公司產(chǎn)品多少存在這個問題觸摸懸空失效還與系統(tǒng)信噪比有關(guān)12/27/200939當前39頁，總共54頁。本地化的服務(wù)電容式觸摸屏是一個新事物，還沒有標準化非標準化的產(chǎn)品，根據(jù)客戶需求實行個性化服務(wù)時成功的關(guān)鍵國際大的IC廠都在給國際大的手機廠進行個性化服務(wù)FTS能給大陸，臺灣地區(qū)的終端客戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)12/27/200940當前40頁，總共54頁。FTS方案基本參數(shù)：FT5201+C8051F921ItemsParameterMin.Typ.Max.Scanrate(singletouchor5touch）6080Responsetime25mSSensitivity（diameter）（toucharea）6mmAccuracy（Non-border）±1mmAccuracy（border）±2mmLinearity±1mmAnti-noise1VvppMulti-touchdistance10mmPower（5touch，60Hz）7.5mA當前41頁，總共54頁。FTS方案與其他公司方案比較參數(shù)FTS方案其他方案多點觸摸特性真實多點單點+兩點手勢信噪比>15010~50抗RF干擾優(yōu)一般集成難度易難環(huán)境噪聲校正不需要需要服務(wù)本地化，設(shè)計團隊直接支持FAE支撐當前42頁，總共54頁。功能框圖-FT5201該芯片僅為模擬前端，需要MCU提供計算功能12/27/200943當前43頁，總共54頁。應(yīng)用方案—FT5201雙芯片方案：FT5201+MCU與Host接口由MCU確定，可以是I2C、SPI或UARTMCU與FT5201必須為SPI接口當前44頁，總共54頁。單芯片方案功能框圖-FT5202增加了MCU，提供豐富靈活的計算與處理在原有SPI接口基礎(chǔ)上，增加了UART，I2C當前45頁，總共54頁。FTS芯片應(yīng)用FT5201+C8051F921主要用于手機，MID等對RF干擾有非常強抑制能力的產(chǎn)品，并且尺寸≤4.3’’FT5202主要用于手機，MID等對RF干擾有非常強抑制能力的產(chǎn)品，并且尺寸≤4.3’’12/27/200946當前46頁，總共54頁。ChippackageQFN486mm×6mmBGA495mm×5mm12/27/200947當前47頁，總共54頁。容晟光電有限公司是一家專業(yè)的電容式觸摸屏生產(chǎn)商，專注于消費類電子市場，集研發(fā)，制造，銷售，服務(wù)于一體，產(chǎn)品主要用于手機，車載導(dǎo)航（GPS），數(shù)碼相機，MP4MP5等。

12/27/200948當前48頁，總共54頁。產(chǎn)品開發(fā)歷程在產(chǎn)品開發(fā)過程中，由于互電容的IC當時僅有兩家出品并且不對外開放，所以我們在09年5月前都集中開發(fā)基于自電容IC的觸摸屏，在開發(fā)過程中有幾個問題比較難：結(jié)構(gòu)問題自電容要求X軸與Y軸離LENS表面的距離差不能太大，如果太大，X軸與Y軸的信號強度會相差很遠，運用時幾乎不能實現(xiàn)。于是不能采用IPHONE手機上采用的結(jié)構(gòu)(DITO)，只能采用SITO結(jié)構(gòu)和FILM結(jié)構(gòu)。SITO結(jié)構(gòu)在制程上比較簡單，但是在做靜電測試時，其搭橋的底端幾乎很難通過6K的靜電，較易被靜電擊傷，造成缺功能，產(chǎn)品的一致性沒有保障。盡管先用高壓靜電測試功能片，合格的才用來裝機，仍有一定比例的產(chǎn)品在使用過程中斷橋。所以此種結(jié)構(gòu)雖然可以配合自電容和互電容兩種IC，制程也簡單，但對于高品質(zhì)要求的產(chǎn)品不適用。12/27/200949當前49頁，總共54頁。產(chǎn)品開發(fā)歷程FILM結(jié)構(gòu)在制程上也比較簡單，幾乎所有做電阻屏的廠家都可以制作。這種結(jié)構(gòu)適用于自電容和互電容兩種IC，但有幾個問題與材料有較大關(guān)系。第一，用高電阻FILM很難實現(xiàn)IC需要的電阻范圍。用低電阻FILM可以實現(xiàn)IC需要的電阻范圍，但字影（ITO的影子）會很嚴重。第二，透過率會較低。最好的FILM的透過率約90%，在制作過程中約需要三層FILM.第三，由于電極引線只能用印刷方式，所以功能片邊緣離功能區(qū)要比較寬才可以，這對手機設(shè)計上有較多制約，而大屏幕手機大都要求邊很窄。第四，制程中的小缺陷（小劃傷、小臟點）較難避免DITO結(jié)構(gòu)：制程