FocalTech电容屏系统抗共模干扰规格及要求-V1_0

1、CONFIDENTIAL电容屏IC抗共模干扰规格及要求1.0电容屏IC抗共模干扰规格及要求Project name General ApplicationDocument ref Document refVersion 1.0Release date 01 November 2011Owner AdminClassification CONFIDENTIALDistribution List DISTRIBUTION LISTApprovalTHIS DOCUMENT CONTAINS INFORMATION PROPRIETARY TO FOCALTECH SYSTEMS, LTD., AN

2、D MAY NOT BE REPRODUCED, DISCLOSED OR USED IN WHOLE OR PART WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN PERMISSION OF FOCALTECH SYSTEMS, LTD.Copyright 2011, FocalTech Systems, LtdAll rights reservedR3-B4-A, South Area, Shenzhen Hi-Tech Industrial Park,Shenzhen, Gungdong, P.R. ChinaZIP :518057T +86 755 26588222F +86

3、 755 26712499E supportfocaltech-www.focaltech-Revision HistoryDate Version List of changes Author Approved by 2010/12/01 0.1 Initial Version. CX FAE Dept.2011/11/20 1.0 变更了格式, 增加了判断条件.增加了整改方式和实例.DHD, CX, HWJ AE/FAE Dept.Table of Contents1概述 (11.1原因及适用范围 (11.2电容屏项目实施上的建议 (12系统抗共模噪声影响的要求 (12.1对电源端的输入共

4、模噪声的要求 (12.2对TP设计制造的要求 (33几个充电器实例的噪声分析 (33.1共模噪声非常小的充电器 (33.2有共模噪声但满足要求的充电器 (43.3不满足要求的充电器 (64TP系统抗噪声性能整改建议措施及实例 (94.1整改建议措施 (94.2TP系统抗噪声性能整改案例分析 (104.2.1充电器整改实例 (104.2.2屏体整改实例 (13附: 充电器共模干扰信号参考测试方法 (131概述本文档旨在为使用FocalTech公司相关的电容式触摸屏产品的客户或相关厂商提供电容式触摸屏在抗电源端共模输入噪声方面的要求标准, 以供客户和相关厂商在项目的设计和生产上参考, 并使得产品在

5、抗电源干扰方面达到正常的水准. 本文档主要针对电容屏来提出要求标准, 对其他相关器件的考虑有限; 同时由于环境和应用场景的复杂性, 以及本公司知识的局限性, 本文档肯定存在有待完善的地方; 另外, 随着FocalTech产品的增加和升级, 文档方面也会做相应的变更. 对于以上几点, FocalTech深表歉意, 并保留继续纠正升级的权利.1.1原因及适用范围电容式触摸屏广泛应用于便携式设备当中, 如手机, 平板电脑等. 这些便携设备, 由于自身电池容量有限, 经常需要进行充电; 由于充电时间一般较长(通常在1小时以上, 用户有较大的机会在充电的同时使用电容屏.电容式触摸屏系统, 本质上是一个电

6、容测量系统. 业界的电容屏的电容测量方式, 主要是通过发送信号-接收信号的方式来测量的. 系统电源上的共模噪声, 很可能在用户使用触摸屏的时候传到到电容屏输入端上进而污染到接收信号, 从而造成电容屏检测芯片的误差甚至误判.由于目前市面上低成本、开关式的充电器已成为移动系统的主流,该种类型的充电器普遍存在开关频谱泄漏、共模干扰严重等问题,而且基本为两芯交流插座,没有真正与电网地连接,导致这些干扰没有有效的泄放通道,沿充电电路传播及辐射,一部分在TP工作频带内的分量会造成较为严重的同频干扰,影响TP的正常工作. 例如, 在有充电器的环境下进行触摸操作, 可能会导致报点不准确甚至有误报点发生. 本文

7、档给出的标准, 主要以达到2指没有误触摸为目标. 如果项目在这方面有更高的要求, 需要酌情提高要求标准.本文档所进行的测试一方面研究了各类充电器的电源噪声尤其是在系统地线上直接传播的共模噪声的影响及消除方法,另一方面基于本公司的系列TP芯片研究了TP系统对各类干扰的耐受程度,希望能向客户提供完善及准确的指引。文档以近期多个客户提供的充电器结合FocalTech公司的系列TP控制芯片进行的大量实际测试为基础,参考了电源行业的一些测试标准如“CTPM电源干扰评估方法”等。1.2电容屏项目实施上的建议由于电容屏性能与充电器有较大的关联, 在项目设计过程中, 建议客户及相关厂商及早检查或测试相关参数,

8、 在硬件设计上能够满足本文档所提出的要求; 在项目实施过程中, 尽早测试在充电情况下的触控体验和性能, 如有问题要及早做优化.2系统抗共模噪声影响的要求本章给出了为了达到避免共模噪声影响TP系统性能的这一目的而针对电源输入以及屏体设计方面提出的要求. 具体的要求数据, 可以查看Table 1, Table 2以及Table 3.2.1对电源端的输入共模噪声的要求共模噪声主要是从电容屏控制IC的电源和地导入的. 在系统端源头, 主要是充电器的电源输出(直流电源输出和直流地输出导入的. 噪声源既有充电器的电路, 也有交流市电网上的噪声. 在这个要求说明当中, 对电源端的输入共模噪声的要求, 指的是

9、对IC的电源管脚和GND管脚上输入的共模噪声的要求, 在一般情况下, 它和充电器直流电源输出端的共模噪声基本相同. 测量噪声的时候, 可以等效测量充电器直流电源输出端的共模噪声.FT5x06系列的芯片, 对电源端的共模噪声输入的要求, 可以分为两个方面来描述:第一方面: 共模噪声的峰峰值幅度要低于一定的阈值; 不同频带的噪声的阈值有较大区别. 具体可以参见Table 1. 第二方面: 共模噪声的频谱, 在和电容屏触控IC的使用频带重合的频带内, 具有一定宽度的干净频带.以上两个方面的条件必须同时得到满足, 才达到电源引脚的输入共模噪声要求. 如果某充电器只满足第一方面的要求不满足第二方面的要求

10、, 即噪声幅度峰峰值没有超标, 但在IC工作可选有效频段范围内不存在干净区域, 则该充电器不达标; 如果某充电器只满足第二方面的要求但不满足第一方面的要求, 即在IC 可选有效频段范围内存在符合条件的干净区域, 但噪声的幅度超标, 这样的充电器也不达标.在电网环境较差的情况下, 充电器的输出噪声可能会明显大过该充电器在普通市电网环境下的噪声.关于第一方面, Table 1给出了分频段的共模噪声峰峰值要求. 对于FT5X06芯片系列(FT5206, FT5306, FT5406, 25KHz500KHz 的频段覆盖了芯片的工作频段. 在这个频段内, 共模噪声的峰峰值需要低于2V. 注: 共模噪声

11、的峰峰值是通过观察波形获得的. 具体测量方法, 详见本文档的附录.Table 1 电源端输入共模噪声分频段幅度要求芯片型号频率范围(Hz共模干扰信号幅度Vpp(V0-60270 60-500 20 500-2K 10 2K-25K 3 FT5206 FT5306 FT540625K-500K2关于第二方面, FT5x06系列芯片(FT5206, FT5306, FT5406工作的有效频带如Table 2所示. 在B1B6这6个有效频带内(即以中心频点为中心, 宽度为”频宽”为频率范围的频带, 例如B1, 为70K110K, 只要满足有一个频带内, 没有超过幅度要求的频率分量, 就算满足第二方面

12、的要求. 例如:例1: 某充电器输出电压的共模噪声, 频谱上看的频率分量为: 60K 为3V, 120K 为2V, 其余都低于0.2V; 该充电器在B1满足条件, B2不满足条件, B3不满足条件, B4,B5, B6都满足条件, 是一个符合第二方面要求的充电器.例2: 某充电器输出电压的共模噪声, 频谱上看的频率分量为: 30K 为3V, 50K 为1.5V, 80K 为0.5V, 110K 为2V, 120K 为2V, 140K 为1V, 180K 为0.5V, 240K 为0.5V. 其在B1, B2, B3, B4, B5, B6上都存在一个或者多个幅度大于0.2V 的频点, 因此该充

13、电器不满足第二方面要求.注: 共模噪声的频率分量幅度是通过观察频谱获得的. 具体测量方法, 详见本文档的附录.Table 2 FT5x06有效频带及带内幅度要求芯片型号频带名称中心频点(Hz频宽(Hz幅度要求(VB1 90K 40K 0.2 B2 105K40K 0.2 B3 125K 40K 0.2 B4 150K 40K 0.2 B5 190K 40K 0.2 FT5206 FT5306 FT5406B6 250K40K0.2 Figure 1 FT5x06有效频带及带内幅度要求图示说明2.2对TP设计制造的要求 除了充电器的共模噪声对TP系统抗噪声性能非常重要之外, TP屏体的设计和制造

14、也很关键. 在具体的操作上, TP的RX图形以及RX的电阻对抗噪声性能十分关键. 具体的要求如Table 3所示.Table 3 对TP图案和电阻的要求芯片型号TP结构ITO图案*RX电阻要求*玻璃单层蜜蜂型, 网状或其他符合最新FocalTech Design Rule的图形10K Ohm玻璃双层条形网状, 条形或其他符合最新FocalTech Design Rule的图形10K OhmFT5206 FT5306FT5406Film双层条形网状或其他符合最新FocalTech Design Rule的图形10K Ohm注*: 菱形图案的屏体图案设计, 一般难以达到抗噪声的性能要求, 强烈不建

15、议使用. 注*: RX电阻包括了ITO电阻+走线(如金属走线电阻. 对于尺寸较大的屏(如7及7以上的TP, RX单边走线难以达到10K Ohm的要求, 强烈建议RX通道采用双边走线的方式. 3几个充电器实例的噪声分析3.1共模噪声非常小的充电器Figure 2和Figure 3为某充电器在低频上查看的波形图和频谱图. 该充电器使用在某国际知名品牌手机上. 由波形图可见, 该充电器除了50Hz的工频信号外, 在较高的频率上非常干净, 几乎没有噪声. 由频谱图分析,在150K 220K之间有一段非常干净的频带, TP的扫描频率可以设置在这些干净的频带中间. 该充电器符合本文档提出的标准. Figu

16、re 2充电器实例I的波形图 Figure 3充电器实例I的频谱图(0300kHz3.2有共模噪声但满足要求的充电器从Figure 4Figure 6我们可以看到,50Hz工频噪声是比较好的;有一个10K左右的噪声, 幅度为1.1V, 符合要求标准; 有一个120KHz左右的噪声, 幅度为0.7V;从频谱图上可见, 180kHz以上的频带是比较干净的. 对于该充电器, 如果屏体符合本文档要求, 控制IC只要使用180kHz以上(例如250kHz的电容检测信号就可以不受充电器的影响了. Figure 4 充电器实例II的波形图-50Hz观察 Figure 5充电器实例II的波形图-1KHz附近观

17、察 Figure 6充电器实例II的波形图-100KHz附近观察 Figure 7充电器实例II的频谱图(0-300kHz3.3不满足要求的充电器从Figure 8,Figure 9可以看出,该充电器的低频50Hz幅值也只有20V左右,而高频4.7KHz左右时的幅值有20V 左右, 2K25K 我们要求3V. Figure 10是该充电器的频谱分析,它整个频带内噪声水平都较高, 并没有一个40KHz左右的干净频宽,是不符合本文档提出的标准的. Figure 8 充电器实例III的波形图-50Hz附近观察 Figure 9充电器实例III的波形图-1KHz附近观察 Figure 10充电器实例I

18、II的频谱图(0-300kHz4TP系统抗噪声性能整改建议措施及实例4.1整改建议措施 Figure 11 典型充电器电路示意图当出现电源噪声问题时,主要可以从3个方面进行改善:对于硬件条件满足本文档要求但仍有电源干扰问题的, 可以通过改变控制IC的Firmware参数如果充电器不满足本文档的要求, 可以对充电器进行整改如果屏体参数不满足本文档的要求, 可以改善屏体设计和材料选用针对充电器不满足本文档要求的项目, 客户可参考下列方法对充电器进行优化(可参考Figure 11: 调整充电器的开关频率,最好在20KHz-30KHz之间调整Y电容容量大小 最小可到1000pF调整Y电容连接方式A.

19、高压地和低压地之间,B. 高压地和低压输出电源之间C. 高压电源和低压地之间针对屏体参数不满足本文档要求的项目, 客户可以参考下列可能性做针对性优化在屏体图案确定的情况下, 尽量减小RX的电阻机构允许的情况下, 可以把RX的走线更改为双边走线如果必须使用单边走线, 则需要更换方阻较小的ITO材料, 使得RX电阻小于10K Ohm在可以更改屏体图案的情况下, 尽量选用FocalTech最新Design Rule当中的图形来设计ITO Pattern4.2TP系统抗噪声性能整改案例分析4.2.1充电器整改实例本案例为国内某手机方案商的项目. 产品为3.5智能手机, 标配充电器为国内厂家生产的产品.

20、 该项目在整改之前, 电源干扰比较明显, 充电的时候, 两指指触摸就会有严重的乱报点发生.该项目的充电器不符合本文档的要求. 其在80KHz左右存在6V左右的噪声. 经过对开关频率的降低调整以及Y 电容的调整, 噪声幅度降到了500mV以下. 后经测试, 电源干扰现象消除. Figure 12修改前50HZ 的工频图,虽然幅度很小但杂波很大 Figure 13展开之后有一个18K 5.9V 的全频干扰波 Figure 14再展开还有一个80K 1.5V 的全频干扰波 Figure 15 频谱图, 噪声比较杂乱通过增加Y电容, 充电器的干扰现象明显缓解. Figure 16修改后50HZ 的工频图,虽然幅度加大到29V但杂波小很多 Figure 17展开之后有一个20K 410MV 的全频干扰波, 80K 1.5V 的全频干扰波没有了CONFIDENTIAL 电容屏 IC 抗共模干扰规格及要求 1.0 Figure 18修改之后的频谱在 150K-205K, 210K300K 中间的频宽是比较干净的 4.2.2 屏体整改实例 本案例为某国内知名的平板电脑方案商的项目. 产品为 7平板电脑, 标配充电器为国内厂家生产的产品. 该项 目在整改之前, 电源干扰严重, 充电的时候, 单指触摸就会有严重的跳点发生. 对于该项目, 更改 Fi