電容式觸摸屏系統(tǒng)解決方案

摘要：簡(jiǎn)述投射電容式觸摸屏技術(shù)及觸摸屏系統(tǒng)解決方案。
關(guān)鍵詞：觸摸屏；投射電容式觸摸屏；觸摸屏控制器

　　觸摸屏廣泛應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ罡鱾€(gè)領(lǐng)域，如手機(jī)、媒體播放器、導(dǎo)航系統(tǒng)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相框、PDA、游戲設(shè)備、顯示器、電器控制、醫(yī)療設(shè)備等等。

　　通用的觸摸屏技術(shù)包括適用于移動(dòng)設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品的電阻式觸摸屏和投射電容式（projected capacitive）觸摸屏以及用于其他應(yīng)用的表面電容式（surface capacitive）觸摸屏、表面聲波（SAW）觸摸屏和紅外線觸摸屏。

電阻式觸摸屏

　　應(yīng)用比較多的電阻式觸摸屏（圖1）具有空氣間隙和間隔層的兩層ITO（Indium Tin Oxide,銦錫氧化物）。電阻式觸摸屏是大批量應(yīng)用、經(jīng)過驗(yàn)證、低成本的技術(shù)。其缺點(diǎn)是：薄弱的機(jī)械性能；堆疊厚，相對(duì)較為復(fù)雜；不能檢測(cè)多個(gè)手指的動(dòng)作；前面板實(shí)現(xiàn)方案易損壞；有限的工業(yè)設(shè)計(jì)選項(xiàng)；光學(xué)性能不良；需要用戶校準(zhǔn)。

圖1 電阻式觸摸屏

投射電容式觸摸屏

　　觸摸屏的電容觸摸控制采用一個(gè)用傳導(dǎo)物質(zhì)（如ITO）做涂層的表面來存儲(chǔ)電荷。傳導(dǎo)物質(zhì)沿屏的X軸和Y軸傳導(dǎo)電流。當(dāng)傳導(dǎo)（如手指）觸摸時(shí)控制電場(chǎng)發(fā)生變化，而且可以確定沿水平軸和垂直軸觸摸的位置。在帶按鍵觸摸位置的應(yīng)用中，把分立的傳感器放置在特定按鍵位置的下面，當(dāng)傳感器的電場(chǎng)被干擾時(shí)系統(tǒng)記錄觸摸和位置。投射電容式觸摸屏示于圖2。

圖2 投射電容式觸摸屏

　　投射電容式觸摸屏比其他觸摸屏技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是：

　　·出色的信噪比；

　　·整個(gè)觸摸屏表面具有高精度；

　　·能夠支持多個(gè)觸摸；

　　·通過“厚的”電介質(zhì)材料進(jìn)行感應(yīng)；

　　·無需用戶校準(zhǔn)。

QTouch技術(shù)

　　QTouch技術(shù)是Atmel觸摸技術(shù)部前身Quantum（量研科技）的專利。所開發(fā)的集成電路技術(shù)是基于電荷——傳輸電容式感測(cè)。QTouch IC檢測(cè)用傳感器芯片和簡(jiǎn)單按鍵電極之間單連接來檢測(cè)觸摸（圖3）。QTouch器件對(duì)未知電容的感測(cè)電極充電到已知電位。電極通常是印刷電路板上的一塊銅區(qū)域。在1個(gè)或多個(gè)電荷——傳輸周期后測(cè)量電荷，就可以確定感測(cè)板的電容。在觸摸表面按手指，導(dǎo)致在該點(diǎn)影響電荷流的外部電容。這做為一個(gè)觸摸記錄。也可確定QTouch微控制器來檢測(cè)手指的接近度，而不是絕對(duì)觸摸。判斷邏輯中的信號(hào)處理使QTouch健全和可靠?？梢韵o電脈沖或瞬時(shí)無意識(shí)觸摸或接近引起的假觸發(fā)。

圖3 Qtouch技術(shù)示意圖

　　QTouch傳感器可以驅(qū)動(dòng)單按鍵或多按鍵。在用多按鍵時(shí)，可以為每個(gè)按鍵設(shè)置1個(gè)單獨(dú)的靈敏電平?？梢杂貌煌笮『托螤畹陌存I來滿足功能和審美要求。

　　QTouch技術(shù)可以采用兩種模式：正?；?ldquo;觸摸”模式和高靈敏度或“接近”模式。用高靈敏電荷傳輸接近感測(cè)來檢測(cè)末端用戶接近的手指，用用戶接口中斷電子設(shè)備或電氣裝置來啟動(dòng)系統(tǒng)功能。

　　為了優(yōu)異的電磁兼容，QTouch傳感器采用擴(kuò)頻調(diào)制和稀疏、隨機(jī)充電脈沖（脈沖之間具有長(zhǎng)延遲）。單個(gè)脈沖可以比內(nèi)部串脈沖間隔短5%或更短。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是較低的交叉?zhèn)鞲衅鞲蓴_，降低了RF輻射和極化率，以及低功耗。

　　QTouch器件對(duì)于慢變化（由于老化或環(huán)境條件改變）具有自動(dòng)漂移補(bǔ)償。這些器件具有幾十的動(dòng)態(tài)范圍，它們不需要線圈、振蕩器、RF元件、專門纜線、RC網(wǎng)絡(luò)或大量的分立元件。QTouch做為一個(gè)工程方案，它是簡(jiǎn)單、耐用、精巧的方案。

　　在幾個(gè)觸摸按鍵互相靠近時(shí)，接近的手指會(huì)導(dǎo)致多個(gè)按鍵的電容變化。Atmel專利的鄰鍵抑制（AKS）采用迭代技術(shù)重復(fù)測(cè)量每個(gè)按鍵上的電容變化，比較結(jié)果和確定哪個(gè)按鍵是用戶想要的。AKS抑制或忽略來自所有其他按鍵的信號(hào)，提供所選擇按鍵的信號(hào)。這可防止對(duì)鄰鍵的假觸摸檢測(cè)。

觸摸屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　一個(gè)觸摸屏系統(tǒng)包括：前面板、傳感器薄膜、顯示單元、控制器板和集成支持（圖4）。

圖4 觸摸屏系統(tǒng)

　　Atmel公司提供觸摸控制器IC、控制電路板參考設(shè)計(jì)、傳感器參考設(shè)計(jì)、集成支持和傳感器測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)，而合作伙伴提供傳感器薄、傳感器和前面板的集成和控制器電路板。

　　Atmel提供用于1至10個(gè)按鍵和/或滑塊/滑輪的器件——QTouch系列；用于多達(dá)48個(gè)按鍵和/或滑塊/滑輪的器件——QMatrix系列；用于Single Touch和Two Touch觸摸屏的器件QFild和QTwo系列。其中采用QT5320/5480器件的簡(jiǎn)易系統(tǒng)示于圖5，觸摸屏、滑塊、滑輪和/或按鍵可由主機(jī)通過I2C兼容接口進(jìn)行選擇。

圖5 觸摸屏簡(jiǎn)易系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)：

[1] 馮子龍，Atmel的電容式觸摸屏系統(tǒng)解決方案，2008年10月北京講演
[2] www.appliance DESIGN.com
[3] www.atmel.com/touchscreen
[4] AT42QT5320 detasheet,Atmel
[5] AT42QT5480 datasheet,Atmel
[6] 鄭贊，觸摸屏多點(diǎn)觸摸技術(shù)揭秘，電子產(chǎn)品世界，2008.11