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投射电容触控技术 投射电容(ProjectiveCapacitive)触控技术 基本原理:触摸屏采用多层ITO层,形成矩阵式分布,以X轴、Y轴交叉分布做为电容矩阵,当手指触碰屏幕时,可通过X、Y轴的扫描,检测到触碰位置电容的变化,进而计算出手指之所在。基于此种架构,投射电容可以做到多点触控操作。 投射电容的触控技术主要有两种:自我电容(selfcapacitance)式和交互电容(mutualcapacitance)式。 自我电容:又称绝对电容(absolutecapacitance),它把被感应的物体(如手指)作为电容的另一个极板。当手指触碰屏幕时可在传感电极和被传感电极之间感应出电荷,从而被感觉到。 交互电容又叫做跨越电容(transcapacitance),它是通过相邻电极的耦合产生的电容。当被感觉的手指靠近从一个电极到另一个电极的电场线时,交互电容的改变被感觉到,从而报告出位置。 根据两种电容技术的原理不同,设计出的投射式电容触摸屏的架构也不相同,形成多点触控的方式也就不同。 与自我电容相关的是手势的辨识追踪与互动(Gestureinteraction),也就是仅侦测、分辨多点触控行为,如缩放、拖拉、旋转等,实现方式为轴交错式(Axisintersect)技术。它是在导电层上进行菱形状感测单元规划,每个轴向需要一层导电层。以两轴型式为例,在侦测触控行为时,感测控制器会分别扫描水平轴和垂直轴,产生电容耦合的水平/垂直感测点会出现上升波峰,这两轴交会处即为触控点。 其实,轴交错式电容式触控技术,就是笔记本电脑触控板上使用的技术。电脑触摸板采用X、Y轴的传感电极阵列形成一个传感格子。当手指靠近触摸板时,在手指和传感电极之间会产生小量电荷,此时通过运算,即可确定物体的位置。当然,触控板与触控屏幕最大差异在于,前者是不透明、后者是透明的。 不过需要指出的是轴交错式虽能实现多点触控手势辨识功能,但若要定位多点触控的正确位置仍有困难。因为在进行两个轴向的扫描时,两个触控点分别会在X轴与Y轴各产生两个波峰,交会起来就产生4个触点,其中两个点是假性触控点,这会使系统无法进行正确判读。解决的办法是增加轴向,提高可辨识触点位置、数目,每增加1轴向可多辨识1点(如3轴可辨识2点、4轴为3点);不过,每增加1个轴向,就要多1层导电层,这会增加设计的触控面板厚度、重量与成本,都不是以手机等便携式产品为主要应用的触摸屏厂商所乐见的。 复杂触点可定位式(Allpointaddressable)技术也能达成多点触控功能,且能辨别触控点确切位置,可以说是理想的多点触控解决方案,iPhone即是采用此种触控技术。它主要架构为两层导电层,其中一层为驱动线(drivinglines),另一层为感测线(sensinglines),两层的线路彼此垂直。运作上会轮流驱动一条驱动线,并量测与这条驱动线交错的感测线是否有某点发生电容耦合现象。经逐一扫描即可获知确切触点位置。 但是,要实现此种技术在,不论是导电层规划、布线或CPU运算,难度都提高许多,需要采用更加强大的处理器。以iPhone为例,它就是以两颗独立芯片分担这项工作,一颗感测控制器,将原始模拟感测信号转为X-Y轴坐标;另一颗则是ARM7处理器,专门用来解读这些信息,辨识手指动作,并做出相应的反应。 此外,复杂触点可定位技术还会面临一些设计上挑战,如需要供应高电压才能得到较好的信噪比表现,不适合在大尺寸面板使用等 电阻式触摸屏 手指触摸的表面是一个硬涂层,用以保护下面的PET(聚脂薄膜)层,在表面保护硬涂层和玻璃底层之间有两层透明导电层ITO(氧化铟,弱导电体),分别对应X、Y轴,它们之间用细微透明的绝缘颗粒绝缘,触摸产生的压力会使两导电层接通,按压不同的点时,该点到输出端的电阻值也不同,因此会输出与该点位置相对应的电压信号(模拟量),经A/D转换后即可获取X、Y的坐标值。这就是电阻技术触摸屏的最基本的原理。 电容式触摸屏设计制造技术是材料物理与电子技术相结合的产物[1-3]。材料特征参数、三维结构(stackup)和二维版图形状(layout)决定了触摸屏的全部电学特性。这些电学特性可以用等效的分布式阻抗电路来描述,并可以与电容感应拾取电路一起在电路仿真系统中进行完整的系统模拟。在上述的系统设计流程中,两个最重要的环节是,第一,正确全面的获得电阻、电容及其拓扑结构的信息,第二,正确区分手指触摸后的感应电容和寄生电容。这些往往与所选用的电容感应电路有着极为密切的联系[4-5],而其中对于各种电容性质的正确认识是最基本也是至关重要的。由于电容式触摸屏技术中涉及到众多的电容类型,如何得到正确的电容特性成为大多数工程教育背景的开发人员所面临的一个难点问题。本文将运用电力线基本原理,对分布在触摸屏上的不同电容特性进