电容式触控技术及方案

?电容式触控技术优点

?电容式触控技术缺点

?电容式触控技术的工作原理

?ADI的电容式触摸技术解决方案

?电容式触控技术的发展动力及趋势

电容式触控技术优点

?与电阻式触控屏和电磁式感应板相比，电容式触控屏表现出了更加良好的性能。

由于轻触就能感应，使用方便。而且手指与触控屏的接触几乎没有磨损，性能稳定,经机械测试使用寿命长达30年。另外，电容式触控屏原理整个产品主要由一块只有一个高集成度芯片的PCB组成，元件少，产品一致性好、成品率高。

电容式触控技术缺点

?代表流行风向标的iPhONe上使用电容式触控屏无疑进一步印证了其拥有的各项优势。然而，瑕不掩瑜，电容电容式触控屏原理式触控屏也面临着以下一些挑战:由于人体成为线路的一部分，因而漂移现象比较严重：电容式感应输入技术在中小尺寸平板显示器上输入或控制点状目标(如点击软键盘上的电话号码或输入中英文字)时的性能有待改进：温度和湿度剧烈变化时性能不够稳定，需经常校准：不适用于金属机柜：当外界有电感和磁感的时候，可能会使触控屏失灵。

电容式触控技术的工作原理

电容式触控面板的应用需由触控面板(Touch Panel)、控制器(Touch CONtroller)及软件驱动程序(Utility)等3部分分别说明。

触控面板

一般电容式触控面板是在透明玻璃表面镀上一层氧化锑锡薄膜(ATO Layer)及保护膜(Hard Coat Layer)而与液晶银幕(LCD Monitor)间则需作防电子讯号干扰

处理(Shielded Layer)。下图为电容式触控面板的侧面结构。

人与触控面板没有接触时，各种电极(Electrode)是同电位的，触控面板没有上没有电流(ELECTRIC Current)通过。当与触控面板接触时，人体内的静电流入地

面而产生微弱电流通过。检测电极依电流值变化，可以算出接触的位置。玻璃表面

上氧化锑锡薄膜(ATO)层有电阻系数，为了得到一样电场所以在其外围安装电极，

电流从四边或者四个角输入。

从4条边上输入时，等电场是通过4角周围的电阻小于4条边上的阻抗分配方式所得到的。对实际应用而言，有在透明导电膜(ATO Layer)上安装一组电阻基版

类型;也有对透明导电膜(ATO Layer)作蚀刻所行成的类型。从4角输入时，一般

通过印刷额缘电阻与透明导电膜(ATO Layer)组合得到等电场。

从4条边上输入时，根据上下、左右电流比计算就可以得出，检测方法较为简单。从4条角输入时，检测方法要得出与4条边的距离比，位置计算也较为复杂。

举例来说，假设触控面板位置中心为0，X轴与Y轴位置可以下面方程式计算出:

X轴:L1+L4-L2-L3/L1+L2+L3+L4

Y轴:L3+L4-L1-L2/L1+L2+L3+L4

控制器

控制器(Touch Controller)也是电容式触控面板应用上不可或缺的一员，由于不平衡的透明导电膜(ATO Layer)厚度会造成工作位置精度的偏差，且触控面板做

的愈大此情形愈加明显。因此为了得到正确位置精度，需藉由控制器作线性分析及

补偿。

控制器经由多点(多为25点)线性补偿功能(Multi-point Linearity Compensation Function)，将补偿数据(Compensation Data)纪录于EEPROM

中，以对通过不平衡的透明导电膜而引起的偏差进行补偿。通常此对策能将线性偏

差(Accuracy Tolerance)控制在1%以下。

但上述情形是建立在理想状况下，实际操作时，「漂移现象」(Drift Phenomenon)一直是电容式触控面板应用亟待克服的问题，由于流经电容式触控

面板讯号是非常微弱的，且直接受温度、湿度、手指湿润程度、人体体重、地面干

扰与线路寄生电容所影响，而多点线性补偿功能只能解决局部区域线性问题，无法

解决整体的漂移现象。

软件驱动程序

软件驱动程序(Utility)对于不同作业平台支持的能力通常反映在一家公司的竞争力及市占率上，一般软件驱动程序所支持的作业平台:

微软Windows OS:95，98，Me，2000，NT4，XP and Tablet PC Edtion

微软Windows CE:2.12，3.0，https://www.360docs.net/doc/3111456714.html, and 5.0

Linux:RedHat 9.0，Mandrake 9.2，SuSE 10.0，Yellow Dog 3。x and Fedora Core 4

Dos及iMac 9.0 and 10.X版本

另外对于操作使用者来说，软件驱动程序所支持的功能也是选购时的考虑。一般多同时支持RS232及USB的通讯接口，2048×2048的屏幕分辨率

(Resolution)，4点校正(4 Point Calibration)、25点线性补偿功能，微软

Windows作业平台下支持多国语系，屏幕旋转(Monitor Rotation)及多重屏幕

(Multi-monitor Supported)等功能。

ADI的电容式触摸技术解决方案

ADI 的电容式感应输入解决方案包括电容到数字转换器CDC(如AD7745、AD7746、AD7747和AD7142)以及电阻到数字转换器IDC (AD5933和

AD5934),除了AD7142以外,所有上述CDC和IDC都针对工业控制、汽车和医

疗电子应用中的高精度传感器设计。ADI最新的CDC(AD7142)则主要面向消费

电子领域。尽管所有这些CDC都基于ADI的sigma-delta 架构,但他们是非常不

同的器件。

AD7142 是一款针对手持消费电子设备的可编程14通道电容数字转换器(CDC),它们能使当代的触摸控制设计做到超薄而具有高可靠性,以改善用户的触摸

感。凭借ADI先进的电容传感器内核,这款低功耗CDC具有自动校准快速改变的

外界环境的功能,从而使其适合移动环境应用。使得触控导航屏幕功能成为可能的电

容传感器正在快速取代机械输入方式,以改善蜂窝手机、MP3播放器、PMP和数码

相机应用中屏幕控制的外观和触感。

AD7142具有卓越的抗环境干扰能力。这些干扰主要来自环境温度和湿度,它们会降低其它电容传感器的性能。该器件的功耗比同类解决方案低50%,从而使其适

合电池供电的应用。AD7142有14个输入端,可对各种传感器配置进行设置,例如

触控滚动条、8路位置传感器,以及驱动弹出菜单的滚轮,从而使用户可以更方便地浏

览大量的音乐、图片和视频文件。

"手机和MP3播放器的用户接口是最困难的设计环节之一,因为它要求在现代触摸屏设计的最小尺寸和最低功耗范围内具有最高的精密度和功能,"ADI公司精密

信号处理产品线总监Pat O'Doherty说,"像我们用于工业和汽车应用的CDC产品

一样,AD7142能以较低的成本提供鲁棒性和无差错的性能,同时比以前的产品提供

更大的设计自由度。"

AD7142具有高度可编程能力,并包含自适应阈值和灵敏度算法,允许芯片调整用户的手指尺寸,从而使该传感器对手指粗细不同的用户都适用。这款16位、低噪

声、高精度CDC允许终端用户调整单个传感器的敏感程度,以适应他们的手指和触

摸方式。AD7142通过片内数字校准功能实现独特的自动环境补偿,从而不论在任何

时间和任何环境条件都能保证传感器的性能无差错。由于该器件显而易见地对用户

提供了这种连续的校准,所以在外部传感器上不会产生误触摸或者无效触摸。

另外,AD7142的低功耗特性使其很适合电池供电的应用,包括数码相机、电视机遥控器和游戏机。全功率方式工作电流小于1。0mA,而待机方式工作电流小于2。

0μA。该器件还能够灵活地调整输出速率以获得最优化的功耗。AD7142提供SPI

或者I2C兼容接口选择,与ADI公司用于手机和个人媒体播放器的Blackfin处理器

可以很好地配合工作。

与同类模块不同,AD7142是基于集成电路的单片解决方案,它提供了传感器尺寸库,从而允许制造商为不同的产品定制电容传感器的形状。此外,ADI公司提供适

合多种终端用户应用的传感器参考设计。这些参考设计能够与可选的主软件一起工

作,该软件能够提供高精密检测能力。

AD7142 CDC可以连接到外部电容传感器,以实现电容按钮、滚动条或触摸输入板等的功能。当用来实现数码相机和手机上常见的滑动开关时,用户可以得到一个

8向开关而不是典型的4向开关。8向开关除了可向上下左右方向移动外,还可以在

四象限的45度角方向移动,这在滚动搜索或控制收录了1000首歌曲的MP3播放

机时是非常有用的。

O'Doherty表示,AD7142的14个输入使得它可针对许多传感器配置进行编程,如手指驱动的滚动条、8个方向的位置传感器、以及驱动弹出菜单的滚动轮,这使

得它更容易浏览大型的音乐、照片和视频文件。

尽管AD7142的主要应用是手机、数码相机和MP3播放机,但它也可用在TV、遥控板、游戏机和白家电(如洗衣机和微波炉)上。传感器可以放在塑料面罩之后,以

消除前面板上的活动部件。这一防灰尘和防水功能使得它工作可靠性更高,游戏杆不

会再拗断,无按键手机也已不再是梦想。

上图显示了PCB顶部的发射(TX)层和底部的接收(RX)层,在其内部,芯片时钟生成一个240-kHz方波,它从TX层传输到RX层。这两层之间形成一个电容。当

一个接地的手指接近塑料面罩时,一些电容边缘区域就被旁路,这将导致到ADC或

CDC的电流变化。然后CDC根据手指运动造成的电容量变化来测量电流的变化。

电容式触控技术的发展动力及趋势

引言

人机界面产业在长期的蕴酿之中,由苹果计算机(Apple)之iPhONe手机正式呜锣揭开序幕、粉墨登场、全场惊讶连连、涟渏波动,久久不能平息,演出者与观众之

间眉来眼去,秋波迭送,似乎两厢情愿,深情日款,大有一时天雷勾动地火,一发不可收

拾之势。

触控技术在与蓝天为幕,昭日引导,响亮的前进曲之氛围中,引发广泛之回响,确实为近年来产业界罕见的现象,因为:

(1)新人机界面引进之新产品概念在一片了无新意之3C产品中活化了生机。

(2)模块化设计概念下,日渐褪色之系统整合创意的末梢神经突然恢复知觉,让

系统设计者在模块组合经验活化创意,开始擦脂抹粉。

(3)新技术之引进连动出整个上下游产业链重新组合换位,俱认机不可失,期待

美人青睐!

(4)应用层面无远弗届,NB、手机、PDA,掌上型游戏机、MP3音乐播机,导航系

统、ATM提款机等皆受全面之冲击,宛如巨星临降,万人空巷。

以下将就主要触技术做介绍比较及产业现况做简介,并针对目前最夯之多指应用所需之技术、专利、整合、应用等做更深入之讨论。

一、主要触控技术简介

目前市面上触控技术主要如下几种,分河饮水,各立门庭:

(1)电阻式:藉由压力接通在上下二层电阻网络,由电阻分布以决定压力点之位

置。目前市面上有四线、五线、六线、七线、八线式各种组合,各类均有其优缺点,

但以四线及五线最为普及。电阻式技术原理简单,门槛低,上下游整合完整,但无法进

行多手指侦测,且反应较不灵敏,寿命较短为其主要缺点,目前手写式手机屏幕多为此

类。下表比较各式电阻式之不同,如表(一)。

表(一)、电阻式触控面板技术比较

(2)表面电容式(Surface Capacitive):原理类似电阻式,但使用电容值而非电

阻值为计算量以决定触摸位置。主要应用在中大尺寸上的应用,但如同电阻式,虽为

感应式较电阻式灵敏,技术门槛低,且无法进行多手指侦测。

(3)表面声波式(Surface Acoustic Wave, SAW):利用声波发放器传送至平面

玻璃,造成均匀分布之表面声波,当表面波手指或软性界面触碰,即产生声波遮断以藉

此计算触碰位置。惟其成本高,上下游整合不易,且无法做多点侦测,是其较大之限制。?

(4)振波感应式(Dispersive Signal Technology):为3M发明,主要原理在强

化玻璃基座上利用触摸,使玻璃内部之振动波传导至其四个角落之感应及控制器以

决定触摸位置。其优点为不受表面脏污与刮损影响,且可适用于大尺寸(32寸以上),

缺点是无法多点触控,价格高,产业上下游整合不完整。

(5)红外线式:原理是以红外线的发射与接收构成X、Y之矩阵,当红外线波在特

定位置被接触物阻隔即可计算出接触物(如手指)之位置,主要应用大尺寸应用及多

点触控,但功耗高、分辨率差,机构需架高做为红外线的信道。

(6)投射电容式:投射式电容与表面式不同,主要在于表面使用上下两电极做为

电容,而投射式则将上下电极细分成矩阵式分布以画出X轴、Y轴交叉分布做为电容

矩阵,当手指触碰时透用X、Y轴之扫描即可侦测在触碰位置电容变化,进而计算手指

之所在。苹果计算机(Apple) 之i Phone即以此技术为基础,其技术门槛高但后市

可期。

(7)电磁式:主要是透过一个特殊的电磁笔与感应面板做触控而去计算电磁笔在

感应面板上之轨迹,因其需用特殊之电磁笔及无法做多点,某些特殊机种外,无其它应

用产生,某些应用尝试使用电磁与电容或与电阻结合,但成本极高,恐也非长期可靠。?

除上述之技术外,尚有其它方法引入触控领域,如微软的光学成像式

(Microsoft Surface) 造价昂贵,反应速度慢,可用度不高,另外友达、TM D、夏普

之内嵌光(In-Cell design) 检器技术更为复杂,价格仍难被终端厂商所接受,其期

初面板之良率,恐也是另一难题,故亦都不在本文讨论范围之内,表二比较各式的优缺

点,各式触控面板之主要应用则整理于表三。

表(二)主要针对各式面板特性做基本之比较:

表(三)、触控面板主要应用:

由表(二)及表(三)基本上就触控面板可得结论如下:

(1)中大尺寸仍以电阻式面板为主,主要是其成本较低但功能有限,若需较多功

能,则红外线与电磁式将为主流。

(2)小尺寸或可携式产品初期仍会以电阻式为主,但由于i Phone之风潮,投射电

容式面板之比重将持续增加,甚至全面取代。

(3)复合面板(电阻式+电容式,或电阻式+电磁式,或电磁式+电容式)将成为各

家商研发之主要方向。(如N-Trig开发,电磁式与电容式组合,WACOM的电磁式+

电阻式,但贵。)

(4)除多手指侦测外,手写或笔写或手笔并进亦将是未来主要之研发重点。

二、触控产业的主要关键

触控产业其实行之有年,无声无息直到苹果计算机(Apple) i Phone的多手指应用方才?爆,平地一声雷,因此集三千宠爱于一身,尤其是投射电式面板。其它面板

技术只在突破以既有之基础实施多手指应用。而投射电容触控技术本也非新技术(原

笔记型计算机之触控板鼠标即是),以下将讨论投射电容式面板在应用却也面临一些

关键问题:

(1)透光感应表面的技术。

可透光感应面基本上是上下二层电极矩阵形成,中间以绝缘层隔开以形成电容,结构甚为简单。触控面板基本上是由轻薄透明之感应面与一控制IC以及IC内部相

对应之软件(Software)及韧体(Firmware)组合而成。导电电极而溅镀或蒸镀透明

导电材料(目前都为ITO,氧化铟锡)于透明基材上,一般为玻璃或PET薄膜以

Film/Film、Film/Glass或Glass/Glass三种结构上下贴合而成。感应面的主要规

格为透光率与耐久性,玻璃上之溅镀或蒸镀,原为面板厂所熟知,因此传统中小尺寸面

板厂也积极投此一领域,然玻璃厚、重、贵且易碎,显然并非长期饭票。因此电阻式

触控面板业便挟其在光学PET溥膜的经验挺进。

(2)控制IC之来源。

不同于电阻式面板,原理简单、门槛低,其感应控制电路无需独立控制IC,而多由系统上之主控CPU以软件处理,投射电容式目前尚无法由系统上的主IC处理而须独

立IC处理,因此也吸引国内外多家IC设计公司相继投入,如美商新思(Synaptics)、

塞普拉斯(Cypress) 及台湾?达(Sentelic)、义隆(Elantek) 等等。但投射电容

式触控IC因其门槛相当高,若非具相当研发实力恐难完成。其主要技术门槛在(a)

系统噪声之处理(b)手指上之汗、油、膏、污之克服(c) Cover lens或机构保护

面之厚度使感应灵敏度之降低(d)人体体质不同造成系统稳定度降低(e)在小尺寸

应用上手指分辨率低使光标分辨率不易提升,往往使Demo容易,量产困难,若无长

期经验之累积是无法克服量产之稳定问题。目前只有美商新思(Synaptics)与台湾?

达(Sentelic) 在此方面有长期之基础,其它厂商恐将需渡过一段学习曲线。

(3)系统整合的关键。

投射电容式本身最大之障碍在于系统整合与应用时的状况,毕竟面板终究得安装在屏幕面板,其噪声与系统其它电路所产生之噪声极易对触控产生干扰,造成定位

不准,若只是手势之应用或许可行,若未来手写与指针之应用、控制IC便是关键,第

二:因系统机构的设计致使Cover lens变厚,原则上问题将益形严重。另外,模块厂

是否需含客制化Cover lens亦是产业供应链的一大挑战。最后,当面板整合到LCD

屏幕面板上之贴合,亦将考验制程的能力,因为目前面板贴合良率本身也只有

80%~85%而已,另一段的贴合势必将使良率再低,而且尺寸愈大、贴合愈难。

(4)产业上下游整合模式。

表(四)举例粗分之触控面板产业链,上游其原本都掌握在日本业者身上,中游材料加工则在日本与台湾,下游面板之贴合、压合、测试,则在台湾,少部份在大陆完成,

由于投射电容式面板于面板加工制造,系全新领域,多数仍在摸索与试车阶段,良率之

提升仍有一段路途。而面对全新投射电容式面板,目前之面板厂均无整合、测试与系

统支持之经验,此段仍必须由IC设计厂来执行,而IC厂本身有无整合前段制程之能

力仍待考验,届时势必率动整个上下游产业链之定位与重组,约在2009年Q2后将

更为明朗。

表(四)、触控面板产业链

表(五)、全球触控面板主要厂商?

(5)专利保护壁垒

十多年来在触控面板的发展,各家在专利上的布局已使这个产业地雷布满各式触控面板,当然其原创者皆会有所保护。单就投射电容式面板相关之专利即有100

多种。后继者几乎完全没有插手的空间,目前在投射电容面板主要掌握在美国

Synaptics(新思)、苹果计算机(Apple)及台湾?达(Sentelic)科技手上,此三家之专

利布局绵密,几乎涵盖现在与未来发展所需的技术。下表反应了目前可查到之专利数

量。

表六、触摸屏相关专利统计

举个简单例子,触控板上要单击/双击、要多手指侦侧、要在板子上做滑动的动作,对不起这些都已有专利,多手指侦测后要做其它翻页动作,那更是苹果计算机

(Apple)的专利,其它更底层技术性的便不在话下了。目前投射电容式尚未有多家及

大量产品投入,可见未来之不久,一定刀光四射、狼唣不止。系统设计者必须凌波微

步、左躲、右闪!

三、多手指侦测应用以及系统整合:

丑媳妇终究是要见公婆,技术终归要上台面,入应用。自从i Phone多手指应用之后,此项功能已成触控面板之主要功能,当然手写、笔写、单击、双击、卷动等传

统之功能,更不在话下,因此针对各不同应用所需之技术趋势也便可想而知,成本则是

另一重要考量,已不再赘言。就多指之应用而言,可想而知,只有投射电容式与红外线

式,可做多指侦测并分占中小尺寸与大尺寸之市埸。有了多指侦测后,其它单击、双

击、卷动、手写、笔写等也只是软件或韧体之应用而已。各式各样的屏幕上之变化

也大都可由软件或韧体程序完成,因此基本问题便可带出:何种系统的架构整合最

易、效率最好、成本最低、壁垒最少,以上考虑是系统业者最需深思之课题,因此我

们可清楚地推论其最终之轮廓:

(1)是塑料而不是玻璃。

虽塑料(压克力,光学胶,PET Film)的光学特性与耐刮耐久性不如玻璃,且常需低温制程,但玻璃厚、重、加工难、制程贵、不耐摔,在长期成本压力之下,塑料仍是

首选,尤其是PET Film(PET光学薄膜),因可导入Roll-to-Roll制程,故相当看好,其

光学特性也在可接受范围,且传统电阻式触控面板厂亦有长期的经验,上下游整合完

整,最终相信应是PET光学薄膜Film on Film的结构。

(2)手势辨识在控制IC,不在系统端。

一般是将手指的坐标传到系统,再由系统藉软件程序辨识手势,虽属可行但反应速度较慢,尤其是多指触控或手输入时更为明显,而当X、Y轴之讯号受外部杂干扰时,

坐标的信息将更不可靠,造成手势辨识的困难,使得更复杂之手势无法支持,像i

Phone也只有滑动与Zoom-in/Zoom out之动作而已。另外以目前之扫描方式(红

外线或投射电容式或有建置X、Y轴扫描者),为了降低扫描线的数目都采所谓Load

Grounded的做法,此一做法会造成不同之二手指坐标,而只有一个相同坐标,系统

亦不可辨识。而IC内可用其它额外讯号辅助判断,此额外讯号通常因算法不同而形

成各家不同整合之困难。

(3)软硬兼施而不是吃软不吃硬。

由于投射电容式面板门槛高,因此很难以纯软件/韧体的方法直接解决,更非一般低阶8bit MCU可有效解决,尤其需平行处理不同复杂讯号时,硬件方案与软件方

案需做适切的分割搭配,方能降低高速CPU的耗能。这也是目前一般面板整合者相

信用软件即可解决迷思。

(4)善事必先利其器(客制化、开发之软/硬件开发工具)。

终端系统整合工程师,一般并非都熟稔面板特性而为了应付多方使用情境的客制化需求,控制IC提供者是否提供一套,完整方便的软/硬开发工具,是系统整合者决

定其解决方案的开发时程与品稳定度的重要关键。

四、结论

就以上之讨论,在整个触控技术在现在产业链,约可做成如下几点结论:

(1) 目前触控面板仍以小尺寸之应用主(尤其是多指触控)而投射电容式面板势

将成为主流而逐渐取代电阻式方案。

(2) Demo不等于量产,目前多指应用之解决方案,Demo者多但可量产者少,

其间仍有相当大的距离。

(3) 控制IC厂商本身的研发能量决定未来/电子/产品使用情境的发展。

(4) 选择适当面板技术是系统厂商最重要量。

(5)与控制IC厂商的合作关系攸关触控面板厂商之生存。

(6)虽困难度高,但垂直整合势在必行。

总结触控面板技术,就多指触控其技术成本及普遍应用性来看,目前以投射电容式为发展主流,但仍有诸多的障碍需克服解决,以上提供给触控产业界朋友做一些参

考。

电容式触摸按键设计指南

Capacitive Touch Sensor Design Guide October 16, 2008 Copyright ? 2007-2008 Yured International Co., Ltd.1YU-TECH-0002-012-1

(3) (3) (5) (9) (11) (11) (17) (20) Copyright ? 2007-2008 Yured International Co., Ltd.2YU-TECH-0002-012-1

Copyright ? 2007-2008 Yured International Co., Ltd.4 YU-TECH-0002-012-1 3. 4. Front Panel Sensor Pad Sensor Pad Electroplating Or Spray Paint Nothing

Copyright ? 2007-2008 Yured International Co., Ltd.5 YU-TECH-0002-012-1 1. (FPC) ITO (Membrane) ITO ITO ( 10K ) FPC ITO MEMBRANE PCB

Copyright ? 2007-2008 Yured International Co., Ltd.6 YU-TECH-0002-012-1 2.ITO LCD ITO ( 10K ) 3. 1mm 8mm ( 8mm X 8mm ) 1mm 8mm X 8mm 2mm 10mm X 10mm 3mm 12mm X 12mm 4mm 15mm X 15mm 5mm 18mm X 18mm ( ) 196.85 mil (5mm) 0.254mm(10mil) 2mm 5mm 2mm

单通道电容式触控芯片XC2861规格书

单通道电容式触摸键控制芯片 XC2861

目录 1概述 (3) 1.1 特性 (3) 1.2 系统框图 (4) 2管脚定义 (5) 3功能描述 (6) 4电气特性 (7) 5关键特性 (8) 5.1 环境自适应能力 (8) 5.1.1环境漂移跟随 (8) 5.1.2环境突变校准 (8) 5.2 接近检测 (8) 6用户设置 (9) 6.1 灵敏度设置 (9) 6.2 休眠与唤醒控制信号 (9) 7应用指南 (10) 7.1 触摸键 (10) 7.2 接近检测 (11) 8PCB设计 (12) 8.1 触摸键设计 (12) 8.1.1触摸键 (12) 8.1.2触摸键的常用结构 (12) 8.1.3触摸键设计 (13) 8.2 PCB布线 (13) 9封装 (14)

1概述 XC2861是矽励微电子推出的一款支持宽工作电压范围的单输入单输出电容式触摸键控制芯片。 XC2861内部集成高分辨率触摸检测模块和专用信号处理电路，以保证芯片对环境变化具有灵敏的自动识别和跟踪功能，且内置特殊算法以实现防水、抗干扰等需求。该芯片可满足用户在复杂应用中对稳定性、灵敏度、功耗、响应速度、防水、带水操作、抗震动、抗电磁干扰等方面的高体验要求。 XC2861为方便用户在应用中可对触摸键的灵敏度进行自主控制，特设置了两位灵敏度控制位。用户只需在PCB设计中对这两个管脚的逻辑电平值进行设置，就能自由选择在具体应用中芯片体现出的检测灵敏度。 XC2861还内置了上电复位及电源保护电路，在典型应用中可无需任何外部器件，也无需软件、程序或参数烧录。芯片应用的开发过程非常简单，最大限度的降低了方案成本。 XC2861可广泛适用于移动电源、自拍杆、遥控器、灯具调光、各类开关以及小家电和家用电器控制界面等应用中。 1.1特性工作电压：2.5V~5.5V 高灵敏度的触摸检测通道，CMOS电平输出无需进行参数烧录 4级灵敏度可调（通过设置两位管脚的逻辑电平实现）响应速度快抗电磁干扰能力强防水及带水操作功能接近检测功能独特的环境跟踪和自适应能力低功耗（典型工作电流< 25uA）内置上电复位（POR）和电源保护电路可进入休眠控制

电容式触控电路设计的七个步骤

电容式触控电路设计的七个步骤文章来自赣州宇辉仪器设备有限公司https://www.360docs.net/doc/3111456714.html, 中心议题：电容式触控电路设计的七个步骤电容式触控技术在厨房设备中的应用已经有几年了，例如在烤箱和煎锅的不透明玻璃面板后面采用分离按键实现。这些触摸控制键逐渐替代了机械按键，因为后者具有使用寿命短、不够卫生等方面的问题，而且还有在面板上开孔安装按键的相关成本，图1是电容式感应技术原理示意图。图1 技术原理示意图电容式感应技术由于具有耐用、较易于低成本实现等特点，而逐渐成为触摸控制的首选技术。此外，由于具有可扩展性，该技术还可以提供其它技术所不能实现的用户功能。在显示屏上以软按键方式提供用户界面，这通常被称为触摸屏。触摸输入滚动/指示功能器件，例如iPod音乐播放器上的点击式转盘，这类器件在消费市场已经获得广泛的认可，正在逐渐出现在更多的消费设备市场。有两种基本类型的滚动器件：第一种是绝对报告类型，提供直接位置输出报告；另外一种是相对类型，这类器件提供用来增加或减少某个值的直接报告。使用电容式感应的IC设计感应开关电路板与其它电路的开发流程略有不同，因为电容式开关的设计上会受到机构与其它电路设计上的影响，会有比较多的调整程序，所以需要一个比较复杂的开发流程，现就以出道较早且具有代表性的“Quantum ”产品的开发流程及要点介绍给大家，希望对需要的朋友有所帮助。 1.机构设计 a.面板的材质必须是塑胶，玻璃，等非导电物质。 b. 在机构设计阶段同时也必需设计操作流程，以选择合适的产品，如果是按键的产品，要考虑是否有复合按键的设计，或是综合滑动操作及按键操作等，如果

是以滑动操作的产品，就必须考虑是否需要切割出按键。 c.由於感应电极与面板接触点之间不能有空隙，所以机构设计上必须考虑将感应验路板直接黏贴在外壳面板的内侧，以及考虑面板的组装方式。 d.同样的，感应电极与手指之间不能有金属层夹在中间，所以面板上不可以有金属电镀及含金属超过15%的喷漆等会形成导电层的设计。 e.如果必须电镀或高金属含量漆，请在按键区域的边缘保留一圈不要电镀或喷漆，用以隔绝其他感应开关。 f.如果面板是有弧度而非平面，可以利用软板、弹簧、导电橡皮等导电物将感应电极延伸到面板上，并在面板内侧制造出感应电极，如果面板与感应电极之间有空隙也可以用这个方式填补空隙，或加厚感应电极区域的面板。 g.机构设计的外壳厚度会影响感应电极的大小，所以必须先完成机构设计，才能接续开发流程。 h.如果感应电路板後面有大片金属或电路板，必须保留若干空隙，以避免灵敏度降低或干扰感应电极，如果是金属板，金属板必须接地，空隙保留至少0.3mm 以上，如果是电路板，尽量减少高频电路经过，并保留至少1.0mm的空隙。 i.有上述状况的感应电路板，虽然保留了足够的间距，最好能将感应电极再加大，以利後续调整灵敏度的步骤。 j.感应电极可以用电路板铜箔来做，亦可以采用FPC软性电路板，ITO蚀ORGACON （CARBON）印刷等导电物质。 2. 决定感应电极的尺寸 a. 依照机构设计的面板厚度决定感应电极的最小尺寸，面板厚度1mm时感应电极最小3mm直径的圆，面板厚度7mm时感应电极最小10mm直径的圆，在机构及电路板空间的允许下尽量将感应电极加大。

电容式触控技术入门及实例解析

电容式触控技术入门及实例解析洪锦维著化学工业出版社 1.Pixcir IC 特点： (1) 2.触控技术的瓶颈 (1) 3.电容式触控芯片设计方法 (3) 1)开关电容法Switched Capacitor Method (3) 2)充电转换法(Charge Transfer Method) (4) 3)张驰振荡法(Relaxation Oscillator Method) (6) 4)串联电容分压法(Series Capacitor V oltage Division Method) (7) 1.Pixcir IC 特点： 1)采用低压制程0~3.3V 每秒充放电30million次。E=1/2CU2 ，可知较低的电压可以减少充放电过程中的能量损耗。 2)高压制程的输入一般是1.8～5V,扫描脉冲一般为10V+，所以需要增加DC/DC 电路，模拟电路设计增加了芯片体积与功耗。使用高压制程是为了提高信噪比。 3)Pixcir的Tango系列芯片均使用S-R扫描算法进行抗干扰处理。对于单指，S-R 算法几乎可以将干扰降低为0；对于多指，Pixcir使用软件模拟出一个实际的干扰曲线，通过调整SPI速度，可以使驱动信号曲线远离干扰曲线，提高抗干扰能力。 2.触控技术的瓶颈 1)floating 若在不接地的环境下使用，如木制桌椅上，会产生划线断点不连续现象。多指使用过程中，若无可靠GND回路，手指间信号会发生相互干扰。

Drive Drive Poor Return 解决方法： ①设备机壳采用技术设计（Iphone 外围的不锈钢圈），保证手持时人体与大地相连接通放电回路。 ② 内部增加GND 裸露金属面积，使用电磁辐射方式释放多余电荷。 2)AC Noise 连接充电器时，AC~DC 滤波不完全，引起纹波干扰。（<100MV ）解决方法：保证充电器达到芯片设计水平；增加设备主板内部滤波模块。 3)大手指问题大拇指用力按压，会判断为两个或多个触摸。 4)线性度。 5)形变导致的错误报点组装或使用过程中，TP 形变或由于设备内部金属机构位移会造成sensor 对地电容发生变化产生错误报点。 6)手指分离两指在间距很小时划线，区分两条轨迹。

电容式触控技术及方案

电容式触控技术主要是应用人力的电流感应技术进行工作。当手指触摸到金属层上时，人体电场、用户和触控屏表面形成一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流，这个电流从触控屏四角上的电极中流出，经过四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置信息。目录 ?电容式触控技术优点 ?电容式触控技术缺点 ?电容式触控技术的工作原理 ?ADI的电容式触摸技术解决方案 ?电容式触控技术的发展动力及趋势电容式触控技术优点 ?与电阻式触控屏和电磁式感应板相比，电容式触控屏表现出了更加良好的性能。由于轻触就能感应，使用方便。而且手指与触控屏的接触几乎没有磨损，性能稳定,经机械测试使用寿命长达30年。另外，电容式触控屏原理整个产品主要由一块只有一个高集成度芯片的PCB组成，元件少，产品一致性好、成品率高。电容式触控技术缺点 ?代表流行风向标的iPhONe上使用电容式触控屏无疑进一步印证了其拥有的各项优势。然而，瑕不掩瑜，电容电容式触控屏原理式触控屏也面临着以下一些挑战:由于人体成为线路的一部分，因而漂移现象比较严重：电容式感应输入技术在中小尺寸平板显示器上输入或控制点状目标(如点击软键盘上的电话号码或输入中英文字)时的性能有待改进：温度和湿度剧烈变化时性能不够稳定，需经常校准：不适用于金属机柜：当外界有电感和磁感的时候，可能会使触控屏失灵。电容式触控技术的工作原理 ?

电容式触控面板的应用需由触控面板(Touch Panel)、控制器(Touch CONtroller)及软件驱动程序(Utility)等3部分分别说明。 ? 触控面板 ? 一般电容式触控面板是在透明玻璃表面镀上一层氧化锑锡薄膜(ATO Layer)及保护膜(Hard Coat Layer)而与液晶银幕(LCD Monitor)间则需作防电子讯号干扰处理(Shielded Layer)。下图为电容式触控面板的侧面结构。 ? 人与触控面板没有接触时，各种电极(Electrode)是同电位的，触控面板没有上没有电流(ELECTRIC Current)通过。当与触控面板接触时，人体内的静电流入地面而产生微弱电流通过。检测电极依电流值变化，可以算出接触的位置。玻璃表面上氧化锑锡薄膜(ATO)层有电阻系数，为了得到一样电场所以在其外围安装电极，电流从四边或者四个角输入。 ? 从4条边上输入时，等电场是通过4角周围的电阻小于4条边上的阻抗分配方式所得到的。对实际应用而言，有在透明导电膜(ATO Layer)上安装一组电阻基版类型;也有对透明导电膜(ATO Layer)作蚀刻所行成的类型。从4角输入时，一般通过印刷额缘电阻与透明导电膜(ATO Layer)组合得到等电场。 ? 从4条边上输入时，根据上下、左右电流比计算就可以得出，检测方法较为简单。从4条角输入时，检测方法要得出与4条边的距离比，位置计算也较为复杂。举例来说，假设触控面板位置中心为0，X轴与Y轴位置可以下面方程式计算出: ? X轴:L1+L4-L2-L3/L1+L2+L3+L4 ? Y轴:L3+L4-L1-L2/L1+L2+L3+L4

互电容式触摸屏技术浅析

自从计算机问世以来，人们就一直在思考如何以更有效的方式实现人与计算机的对话，也即所谓的人机交互技术。容式触摸技术，特别是互电容技术由于具有直接、高效、准确、流畅、时尚等特点，极大程度提高了人和计算机对话的效率和便利性，未来必将替代鼠标和键盘，成为未来消费的主流。投射电容屏触摸检测原理投射电容屏可分为自电容屏和互电容屏两种类型。在玻璃表面用ITO(一种透明的导电材料)制作成横向与纵向电极阵列，这些横向和纵向的电极分别与地构成电容，这个电容就是通常所说的自电容，也就是电极对地的电容。当手指触摸到电容屏时，手指的电容将会叠加到屏体电容上，使屏体电容量增加。在触摸检测时，自电容屏依次分别检测横向与纵向电极阵列，根据触摸前后电容的变化，分别确定横向坐标和纵向坐标，然后组合成平面的触摸坐标。自电容的扫描方式，相当于把触摸屏上的触摸点分别投影到X轴和Y轴方向，然后分别在X轴和Y轴方向计算出坐标，最后组合成触摸点的坐标。如果是单点触摸，则在X轴和Y轴方向的投影都是唯一的，组合出的坐标也是唯一的；如果在触摸屏上有两点触摸并且这两点不在同一X方向或者同一Y方向，则在X和Y方向分别有两个投影，则组合出4个坐标。显然，只有两个坐标是真实的，另外两个就是俗称的”鬼点”。因此，自电容屏无法实现真正的多点触摸。互电容屏也是在玻璃表面用ITO制作横向电极与纵向电极，它与自电容屏的区别在于，两组电极交叉的地方将会形成电容，也即这两组电极分别构成了电容的两极。当手指触摸到电容屏时，影响了触摸点附近两个电极之间的耦合，从而改变了这两个电极之间的电容量。检测互电容大小时，横向的电极依次发出激励信号，纵向的所有电极同时接收信号，这样可以得到所有横向和纵向电极交汇点的电容值大小，即整个触摸屏的二维平面的电容大小。根据触摸屏二维电容变化量数据，可以计算出每一个触摸点的坐标。因此，屏上即使有多个触摸点，也能计算出每个触摸点的真实坐标。

电容式触摸屏原理和技术的特点

电容式触摸屏原理和技术的特点电容式触摸屏是通过在基材上镀上一层或者多层导电材料（比如铟锡氧化物ITO）而制成，之后与保护盖板密封贴合以保护电极。当其它的导电体，比如裸露的手指或者导电笔触摸到它的表面，一个电子回路就在那里形成，感应器嵌入在玻璃里面以检测电流的位置，就这样完成了一个触摸操作。这种工作方式跟电阻TP依靠物理点击是完全不一样的。电容式触摸屏可以分为以下两大类： Surface Capacitive-表面电容式在玻璃基板上镀上透明导电涂层，然后在导电涂层上增加一层保护涂层。电极被放置在玻璃的四个角上，四个角都被施加上相同的相位电压，在玻璃表面形成一个匀强电场。当手指触摸到玻璃表面，电流将从玻璃的四个角上流经手指，从四个角上流经的电流比例将被测量以判断触摸点的具体位置。测量出来的电流值跟触摸点到四个角的距离是成反比的。技术特点： ◆更适合大尺寸的显示器 ◆对很轻的触摸都有反应，而且不需要感应实际的物理压力

◆由于只有一层玻璃，产品的透过率很高 ◆结构坚固，因为它只由一层玻璃组成 ◆潮湿、灰尘和油污对触摸效果不会产生影响 ◆视差小 ◆高分辨率和高响应速度 ◆不支持裸露手指与带手套组合操作，不支持裸露手指与手写笔组合操作 ◆不支持多点触摸 ◆有可能被噪声干扰 Projected Capacitive-投射电容式相比表面电容式，投射电容式触摸屏通常用在较小的屏幕尺寸上，内部结构上包括一个集成了IC芯片用于处理数据的线路板，拥有指定图案的许多透明电极层，表面上覆盖一层绝缘的玻璃或者塑料盖板。当手指接近触摸屏表面，静电电容在多个电极间同时变化，通过测量这些电流之间的比例，可以精确地判断出接触的位置。投射电容式技术有两种感应方式：栅格式和线感式。人体能够导电是因为含有大量的水份，当手指靠近X和Y电极的图案，在手指和电极间将产生一个耦合电容，耦合电容会使

表面电容式触摸技术

电容式触摸技术与目前市场占有率最高的传统电阻式触摸技术相比，为使用者带来了多项优点，包括：高达97%的穿透率与更真实的色彩呈现为我们带来更佳的视觉享；触摸功能的实现只需轻触甚至不必实际与屏接触的特性，为用户带来更轻松灵活的操控性；更长的使用寿命，电容屏的触摸寿命约为两亿次，为四线电阻屏(一百万次)的两百倍，五线电阻屏(四千万次)的五倍。电容式触摸技术侦测的信号来自于因触碰而引起的微量变化。按工作原理的不同，可大略分为表面电容式触摸技术(SCT, Surface Capacitive Touch)与投射电容式触摸技术(PCT, Projected Capacitive Touch)。前者常见于大尺寸户外应用，如公共信息平台(POI)及公共服务（销售）平台（POS）等产品上，而后者则因苹果公司推出的多点触摸手机iPhone而炒得沸沸扬扬。从触摸技术发展的过程上来看，最早导入触摸技术的市场是工业控制领域，其目的是将繁复且面积庞大的机械设备控制盘，整合到单一窗口、多重分页的屏幕上，当时使用的是中大尺寸电阻屏。然而电阻屏的寿命与耐受性不足等缺憾，实在无法满足工控领域的需求，也因此，当中大尺寸SCT刚一问世，高端设备机台立即改用SCT方案。直到2003年前后，由于电阻屏制造成本降低，开始有小尺寸被应用在PDA、GPS等可携式产品中，触摸技术正式进入消费性市场。2006年，iPhone采用小尺寸PCT，其绝佳的光学特性与多点触摸功能掀起一阵风潮，成为近年来最受瞩目的触摸技术。从以上不难发现，目前以小尺寸为主流的消费性市场在触摸技术的选择上仅有电阻式与投射电容式两种，前者虽然成本低廉，但是不佳的光学表现与耐受性长期受到市场诟病；后者虽有多项优点，但真正能量产的供货商屈指可数，售价自然相当昂贵，以致仅见于少数高单价产品上。目前小尺寸市场之所以很少使用SCT，主要是成本问题。SCT面板制造商长期欠缺关键的光学镀膜技术，必须委外加工，而SCT触摸IC则为少数技术厂商所控制，售价居高不下。此外，不像电阻屏可随意与电阻式IC搭配，SCT的屏与IC必须有绝佳的兼容性才能稳定地工作。前述种种因素使得SCT在小尺寸消费应用的售价与PCT相去不远，自然难以被客户群所采用。然而，相较于电阻式技术，SCT可以大幅改善其缺陷；相较于PCT，SCT的技术更为成熟稳定，可以量产导入。因此我们可以合理地推论：当SCT的整体成本因为产业成员们的策略联盟和技术资源整合而大幅下降时，SCT将有机会成为小尺寸消费应用最佳的解决方案。

电容式触控技术解析-ITO篇

电容式触控技术解析第三章LAYOUT 分析 3.1 什么是ITO ITO 是Indium Tin Oxides的缩写，中文意为：氧化铟锡，是一种N型氧化物半导体。ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜，主要的性能指标是电阻率和光透过率。。下面介绍一些关于ITO的分类： 3.1.1 ITO GLASS ITO GLASS，是通过ITO导电膜玻璃生产线,在无尘的生产环境中,利用平面磁控技术,在超薄玻璃上溅射氧化铟锡导电薄膜镀层并经高温退火处理得到的. 下面介绍一下关于ITO GLASS的分类：（1）.按阻抗分类分为高电阻玻璃（电阻在150~500奥姆）、普通玻璃（电阻在60~150奥姆）、低电阻玻璃（电阻小于60奥姆）。高电阻玻璃一般用于静电防护、触控屏幕制作用；普通玻璃一般用于TN类液晶显示器和电子抗干扰；低电阻玻璃一般用于STN液晶显示器和透明线路板。（2）.按尺寸分类分为14”x14”、14”x16”、20”x24”等规格（3）. 按厚度分类

分为2.0mm、1.1mm、0.7mm、0.55mm、0.4mm、0.3mm等规格，厚度在0.5mm以下的主要用于STN液晶显示器产品。（4）. 按平整度分类分为抛光玻璃和普通玻璃。 3.1.2 ITO FILM ITO FILM 是指有硬涂层处理的PET胶片，是由PET和经过UV处理的耐化学试剂硬涂层组成。常用的ITO FILM按层数分类，一般分为单层，两层和三层。 ITO FILM与ITO GLASS在实际的生产过程中是有区别的，ITO在正式上生产线之前，需要进行一道调质处理程序，即所谓的ITO FILM 老化程序。3.1.3 ITO 镀膜方式（1）真空蒸渡是指在真空状态（约0.01pa以下压力）下，加热金属，氧化物，硫化物等使之挥发气化，从而在载体上形成薄膜层的技术。真空蒸渡方式的分类：（1）电阻加热（2）高频感应加热（3）电子束加热（2）溅镀是指在真空状态下发生电离子化的高能粒子装机靶材，从而使构成靶材的成分作为粒子溅出并附着于薄膜表面的加工工艺。溅镀成膜的方式分类：（1）DC磁控管（2）MC磁控管

电容式触控技术原理介绍

電容式觸控技術原理介紹觸控技術依感應原理可分為電阻式（Resistive）、電容式（Capacitive）、音波式（Surface Acoustic Wave）及光學式（Optics）等四種。本文將針對公共使用（Public Application）層面應用較廣的電容式技術原理作介紹。 ■市場概況電容式觸控技術於20多年前誕生，早期由美商3M公司獨占整個電容式觸控面板的國際市場。在幾年前由於基本專利到期，全球觸控面板的生產業者紛紛加入開發電容式觸控面板事業領域中，期待有所發揮。電容式觸控產品具防塵、防火、防刮、強固耐用及具有高解析度等優點，但有價格昂貴、容易因靜電或溼度造成誤動作等缺點。電容式技術應用範圍非常廣泛，主要包括：(1)金融系統（Banking）：如提款、售票系統。(2)醫療衛生系統（Health Care）。(3)公共資訊系統（Public Information）。(4)電玩娛樂系統（Entertainment）。 ■工作原理電容式觸控面板的應用需由觸控面板（Touch Panel）、控制器（Touch Controller）及軟體驅動程式（Utility）等3部分分別說明。 ■觸控面板一般電容式觸控面板是在透明玻璃表面鍍上一層氧化銻錫薄膜（ATO Layer）及保護膜（Hard Coat Layer）而與液晶銀幕（LCD Monitor）間則需作防電子訊號干擾處理（Shielded Layer）。下圖為電容式觸控面板的側面結構。

人與觸控面板沒有接觸時，各種電極（Electrode）是同電位的，觸控面板沒有上沒有電流（Electric Current）通過。當與觸控面板接觸時，人體內的靜電流入地面而產生微弱電流通過。檢測電極依電流值變化，可以算出接觸的位置。玻璃表面上氧化銻錫薄膜（ATO）層有電阻係數，為了得到一樣電場所以在其週邊安裝電極，電流從四邊或者四個角輸入。從4條邊上輸入時，等電場是通過4角周圍的電阻小於4條邊上的阻抗分配方式所得到的。對實際應用而言，有在透明導電膜（ATO Layer）上安裝一組電阻基版類型；也有對透明導電膜（ATO Layer）作蝕刻所行成的類型。從4角輸入時，一般通過印刷額緣電阻與透明導電膜（ATO Layer）

电容式触摸感应按键专业技术原理及应用

电容式触摸感应按键技术原理及应用

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电容式触摸感应按键技术原理及应用 2010-05-26 12:45:02| 分类：维修| 标签：|字号大中小订阅市场上的消费电子产品已经开始逐步采用触摸感应按键，以取代传统的机械式按键。针对此趋势，Silicon Labs公司推出了内置微控制器(MCU)功能的电容式触摸感应按键(Capacitive Touch Sense)方案。电容式触摸感应按键开关，内部是一个以电容器为基础的开关。以传导性物体（例如手指）触摸电容器可改变电容，此改变会被內置于微控制器内的电路所侦测。电容式触摸感应按键的基本原理 ◆Silicon Labs 现提供一种可侦测因触摸而改变的电容的方法电容式触摸感应按键的基本原理就是一个不断地充电和放电的张弛振荡器。如果不触摸开关，张弛振荡器有一个固定的充电放电周期，频率是可以测量的。如果我们用手指或者触摸笔接触开关，就会增加电容器的介电常数，充电放电周期就变长，频率就会相应减少。所以，我们测量周期的变化，就可以侦测触摸动作。具体测量的方式有二种： (一)可以测量频率，计算固定时间内张弛振荡器的周期数。如果在固定时间内测到的周期数较原先校准的为少，则此开关便被视作为被按压。 (二)也可以测量周期，即在固定次数的张弛周期间计算系统时钟周期的总数。如果开关被按压，则张弛振荡器的频率会减少，则在相同次数周期会测量到更多的系统时钟周期。 Silicon Labs推出的C8051F9xx微控制器(MCU)系列，可通过使用芯片上比较器和定时器实现触摸感应按键功能，连接最多23个感应按键。而且无须外部器件，通过PCB走线/开关作为电容部分，由内部触摸感应按键电路进行测量以得知电容值的变化。 ◆以Silicon Labs的MCU实现触摸感应按键利用Silicon Labs其它MCU系列，仅需搭配无源器件，即可实现电容式触摸感应按键方案。与C8051F93x-F92x方案相比，唯一所需的外部器件是(3+N)电阻器，其中N是开关的数目，以及3个提供反馈的额外端口接点。C8051F93x-F92x之外，Silicon Labs其它MCU系列可直接连接12个开关，或者通过外部模拟多路复用器连接更多开关。设计触摸感应按键开关因为我们要侦测电容值的变化，所以希望变化幅度越大越好。现在，有三个主要因素会影响开关电容及变化幅度。

互电容式触控技术浅析

互电容式触控技术浅析自从计算机问世以来，人们就一直在思考如何以更有效的方式实现人与计算机的对话，也即所谓的人机交互技术。电容式触摸技术，特别是互电容技术由于具有直接、高效、准确、流畅、时尚等特点，极大程度提高了人和计算机对话的效率和便利性，未来必将替代鼠标和键盘，成为未来消费的主流。投射电容屏触摸检测原理投射电容屏可分为自电容屏和互电容屏两种类型。在玻璃表面用ITO(一种透明的导电材料)制作成横向与纵向电极阵列，这些横向和纵向的电极分别与地构成电容，这个电容就是通常所说的自电容，也就是电极对地的电容。当手指触摸到电容屏时，手指的电容将会叠加到屏体电容上，使屏体电容量增加。图：iPhone “Multi-touch”，运用投射式电容触控技术，实现多点触控操作接口，可在屏幕上利用单指或多指，进行放大缩小图片、移动浏览画面、操作输入屏幕等动作。在触摸检测时，自电容屏依次分别检测横向与纵向电极阵列，根据触摸前后电容的变化，分别确定横向坐标和纵向坐标，然后组合成平面的触摸坐标。自电容的扫描方式，相当于把触摸屏上的触摸点分别投影到X轴和Y轴方向，然后分别在X轴和Y轴方向计算出坐标，最后组合成触摸点的坐标。如果是单点触摸，则在X轴和Y轴方向的投影都是唯一的，组合出的坐标也是唯一的；如果在触摸屏上有两点触摸并且这两点不在同一X方向或者同一Y方向，则在X和Y方向分别有两个投影，则组合出4个坐标。显然，只有两个坐标是真实的，另外两个就是俗称的”鬼点”。因此，自电容屏无法实现真正的多点触摸。互电容屏也是在玻璃表面用ITO制作横向电极与纵向电极，它与自电容屏的区别在于，两组电极交叉的地方将会形成电容，也即这两组电极分别构成了电容的两极。当手指触摸到电容屏时，影响了触摸点附近两个电极之间的耦合，从而改变了这两个电极之间的电容量。检测互电容大小时，横向的电极依次发出激励信号，纵向的所有电极同时接收信号，这样可以得到所有横向和纵向电极交汇点的电容值大小，即整个触摸屏的二维平面的电容大小。根

投射式电容原理

投射电容屏触摸检测原理投射电容屏可分为自电容屏和互电容屏两种类型。在玻璃表面用ITO(一种透明的导电材料)制作成横向与纵向电极阵列，这些横向和纵向的电极分别与地构成电容，这个电容就是通常所说的自电容，也就是电极对地的电容。当手指触摸到电容屏时，手指的电容将会叠加到屏体电容上，使屏体电容量增加。在触摸检测时，自电容屏依次分别检测横向与纵向电极阵列，根据触摸前后电容的变化，分别确定横向坐标和纵向坐标，然后组合成平面的触摸坐标。自电容的扫描方式，相当于把触摸屏上的触摸点分别投影到X轴和Y轴方向，然后分别在X轴和Y轴方向计算出坐标，最后组合成触摸点的坐标。如果是单点触摸，则在X轴和Y轴方向的投影都是唯一的，组合出的坐标也是唯一的；如果在触摸屏上有两点触摸并且这两点不在同一X方向或者同一Y方向，则在X和Y方向分别有两个投影，则组合出4个坐标。显然，只有两个坐标是真实的，另外两个就是俗称的”鬼点”。因此，自电容屏无法实现真正的多点触摸。互电容屏也是在玻璃表面用ITO制作横向电极与纵向电极，它与自电容屏的区别在于，两组电极交叉的地方将会形成电容，也即这两组电极分别构成了电容的两极。当手指触摸到电容屏时，影响了触摸点附近两个电极之间的耦合，从而改变了这两个电极之间的电容量。检测互电容大小时，横向的电极依次发出激励信号，纵向的所有电极同时接收信号，这样可以得到所有横向和纵向电极交汇点的电容值大小，即整个触摸屏的二维平面的电容大小。根据触摸屏二维电容变化量数据，可以计算出每一个触摸点的坐标。因此，屏上即使有多个触摸点，也能计算出每个触摸点的真实坐标。图1、自电容鬼影的产生机理。

电容式触摸感应按键技术原理及应用

电容式触摸感应按键技术原理及应用 2010-05-26 12:45:02| 分类：维修 | 标签： |字号大中小订阅市场上的消费电子产品已经开始逐步采用触摸感应按键，以取代传统的机械式按键。针对此趋势，Silicon Labs公司推出了内置微控制器(MCU)功能的电容式触摸感应按键(Capacitive Touch Sense)方案。电容式触摸感应按键开关，内部是一个以电容器为基础的开关。以传导性物体（例如手指）触摸电容器可改变电容，此改变会被內置于微控制器内的电路所侦测。电容式触摸感应按键的基本原理 ◆Silicon Labs 现提供一种可侦测因触摸而改变的电容的方法电容式触摸感应按键的基本原理就是一个不断地充电和放电的张弛振荡器。如果不触摸开关，张弛振荡器有一个固定的充电放电周期，频率是可以测量的。如果我们用手指或者触摸笔接触开关，就会增加电容器的介电常数，充电放电周期就变长，频率就会相应减少。所以，我们测量周期的变化，就可以侦测触摸动作。具体测量的方式有二种： (一)可以测量频率，计算固定时间内张弛振荡器的周期数。如果在固定时间内测到的周期数较原先校准的为少，则此开关便被视作为被按压。 (二)也可以测量周期，即在固定次数的张弛周期间计算系统时钟周期的总数。如果开关被按压，则张弛振荡器的频率会减少，则在相同次数周期会测量到更多的系统时钟周期。 Silicon Labs推出的C8051F9xx微控制器(MCU)系列，可通过使用芯片上比较器和定时器实现触摸感应按键功能，连接最多23个感应按键。而且无须外部器件，通过PCB走线/开关作为电容部分，由内部触摸感应按键电路进行测量以得知电容值的变化。 ◆以Silicon Labs的MCU实现触摸感应按键利用Silicon Labs其它MCU系列，仅需搭配无源器件，即可实现电容式触摸感应按键方案。与C8051F93x-F92x方案相比，唯一所需的外部器件是(3+N)电阻器，其中N是开关的数目，以及3个提供反馈的额外端口接点。C8051F93x-F92x之外，Silicon Labs其它MCU系列可直接连接12个开关，或者通过外部模拟多路复用器连接更多开关。设计触摸感应按键开关因为我们要侦测电容值的变化，所以希望变化幅度越大越好。现在，有三个主要因素会影响开关电容及变化幅度。 PCB上开关的大小、形状和配置

电容式触摸屏原理

电容式触摸屏 [编辑本段] 电容触摸屏的介绍 the introduction of Capacitive touch screen 电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。电容式触摸屏是在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时，触点的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。该种触摸屏适用于系统开发的调试阶段。 [编辑本段] 电容触摸屏的缺陷电容触摸屏的透光率和清晰度优于四线电阻屏，当然还不能和表面声波屏和五线电阻屏相比。电容屏反光严重，而且，电容技术的四层复合触摸屏对各波长光的透光率不均匀，存在色彩失真的问题，由于光线在各层间的反射，还造成图像字符的模糊。电容屏在原理上把人体当作一个电容器元件的一个电极使用，当有导体靠近与夹层ITO工作面之间耦合出足够量容值的电容时，流走的电流就足够引起电容屏的误动作。

电容式触摸感应按键解决方案

电容式触摸感应按键解决方案方案简介在便携式媒体播放器和移动手持终端等大容量、高可视性产品的应用中，触摸式按键作为一种接口技术已被广泛采用。由于具有方便易用，时尚和低成本的优势，越来越多的电子产品开始从传统的机械按键转向触摸式按键。基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器的电容式触摸感应按键方案，采用LPC1100 的GPIO口和两个内部定时器，即可实现多达24个独立按键或滑条式电容触摸按键的应用。

本方案采用外围RC电路加软件检测技术，集成FIR滤波算法，拥有良好的抗干扰性能，可通过EFT（脉冲群抗干扰度测试）4KV的指标，非常适合由交流电驱动的电子设备。原理概述电容式触摸感应按键的基本原理如图1 所示，当人体（手指）接触金属感应片的时候，由于人体相当于一个接大地的电容，因此会在感应片和大地之间形成一个电容，感应电容量通常有几pF到几十pF。利用这个最基本的原理，在外部搭建相关电路，就可以根据这个电容量的变化，检测是否有人体接触金属感应片。图1 电容式触摸感应原理基于LPC1100系列Cortex-M0微控制器电容式触摸感应按键原理如图2 所示，利用LPC1100的GPIO中断功能加上内部定时器，可很方便的测量外部电容量变化。处理流程如下：

?初始化KEY n为GPIO口，必须关闭内部上拉功能，配置为既不上拉也不下拉的模式；?使能并配置KEY n的高电平中断； ?将KEY n设置为输出，并输出低电平，此时电容放电； ?开启定时器，将KEY n配置为输入，并开启高电平中断，此时电容开始充电，在KEY n 的中断服务函数中读取定时器的时间； ?根据这个充电时间的变化量就可以判断出是否有按键按下。

Silicon Labs电容式触摸感应按键技术原理及应用

Silicon Labs电容式触摸感应按键技术原理及应用来源于网络，版权输入原作者市场上的消费电子产品已经开始逐步采用触摸感应按键，以取代传统的机械式按键。针对此趋势，Silicon Labs公司推出了内置微控制器(MCU)功能的电容式触摸感应按键(Capacitive Touch Sense)方案。电容式触摸感应按键开关，内部是一个以电容器为基础的开关。以传导性物体（例如手指）触摸电容器可改变电容，此改变会被內置于微控制器内的电路所侦测。电容式触摸感应按键的基本原理 ◆Silicon Labs 现提供一种可侦测因触摸而改变的电容的方法电容式触摸感应按键的基本原理就是一个不断地充电和放电的张弛振荡器。如果不触摸开关，张弛振荡器有一个固定的充电放电周期，频率是可以测量的。如果我们用手指或者触摸笔接触开关，就会增加电容器的介电常数，充电放电周期就变长，频率就会相应减少。所以，我们测量周期的变化，就可以侦测触摸动作。具体测量的方式有二种：

(一)可以测量频率，计算固定时间内张弛振荡器的周期数。如果在固定时间内测到的周期数较原先校准的为少，则此开关便被视作为被按压。 (二)也可以测量周期，即在固定次数的张弛周期间计算系统时钟周期的总数。如果开关被按压，则张弛振荡器的频率会减少，则在相同次数周期会测量到更多的系统时钟周期。 Silicon Labs推出的C8051F9xx微控制器(MCU)系列，可通过使用芯片上比较器和定时器实现触摸感应按键功能，连接最多23个感应按键。而且无须外部器件，通过PCB走线/开关作为电容部分，由内部触摸感应按键电路进行测量以得知电容值的变化。 ◆以Silicon Labs的MCU实现触摸感应按键利用Silicon Labs其它MCU系列，仅需搭配无源器件，即可实现电容式触摸感应按键方案。与C8051F93x-F92x方案相比，唯一所需的外部器件是(3+N)电阻器，其中N是开关的数目，以及3个提供反馈的额外端口接点。C8051F93x-F92x之外，Silicon Labs其它MCU系列可直接连接12个开关，或者通过外部模拟多路复用器连接更多开关。设计触摸感应按键开关

各家电容式触控技术分析介绍

各家電容式觸控技術分析介紹電容式觸控技術發展至今，已呈現百花爭艷的局面，筆者分析過上千件的專利資料可以約略的分為四大類，(一) 觸控位置檢知(二) 觸控面板製程(三) 觸控手勢(四) 觸控材料，其中重要的上游的專利多集中在美國與日本手上，台灣則在製程方面領先，韓國與大陸開始急起直追，在日本的材料專利陸續到期後，需要加把勁也不會淪落到後段班，形成美國一家獨大的局面，台灣在觸控面板的生產領先是有目共睹的，但自Apple 的Iphone 5 傳出將使用Apple 自行研發的In Cell觸控技術後，已出現危機，之前許多的人都把焦點放在生產製程與材料上來做觸控產業競爭力的比較，在此筆者要提出不同的看法，其實影響電容式觸控產業的最上游也是金字塔頂的技術是『觸控位置檢知』，一旦產生革命性的發明，會徹底的改變整個觸控產業，就像當初的由測量自電容的改變演進成測量互電容的改變一樣，互電容式的觸控面板幾乎完成取代了原有的自電容式觸控面板，接下來測量互電容的改變會演進成測量某種特性的改變，何種觸控面板會取代現在的互電容式觸控面板，這對觸控產業會有多大的影響更值得我們關心，以下筆者將針對各家的觸控位置檢知技術為大家做分析與報告，筆者也將各家的技術分成下列五大類，逐一為大家介紹分析。 (一)充放電法，包含早期的RC充放電與現在主流的定電流充放電技術， RC充放電是由早期觸控開關演化而來，當電容值因觸控而發生變化時，充放電的時間改變可以轉變成諧振頻率的改變，藉由計數器計算一定時間內的Clock 數來判斷是否有觸控的發生，當手指接觸面板時會讓感應電極的自電容增加，RC時間變長，諧振頻率就會變慢，Clock數會比較少，此種方法的缺點在於RC充放電的變化是非線性的，少量的雜訊就會產生很大的誤差，用來判斷觸控按鍵的On Off狀態還可以，用來判斷座標就會顯得力不從心了。定電流充放電的發明就是為了改善RC充放電變化的非線性問題，讓雜訊的影響減少，早期由於定電流源的控制做得不是很精確，又會引發更多得電路雜訊，定電流源可視為主動原件，任何主動元件的加入，都必然產生電路雜訊，所以效果並不好，隨著IC設計越來越進步，大符改善電路雜訊問題也提高了精准度，讓定電流充放電技術已演變成主流技術之一，到目前為止比較需要擔心的部分是功耗的問題，為了讓精確度升高，使用充放電的技術時都會用較高的頻率很多廠商使用M Hz級的工作頻率，功率的消耗與頻率成正比，頻率越高功率消耗就越大，也就越耗電，用於現在的行動裝置會是電池的大負擔，其次是ITO 電阻的影響，當頻率越高時ITO電阻造成誤差就越大，近來有些廠商如ATmel ，Cypress與義隆電使用高電壓來增加SNR比，從5V增加到10V ~ 12V，而功率消耗的速度與電壓的平方成正比，電壓每高一倍功率消耗就會增加四倍，看來要對付雜訊所要花的代價不輕。使用充放電技術的廠商有Cypress，Silicon lib，義隆電等。