电容式触摸屏原理及详细课件

1、Contens电阻式触摸屏与电容式触摸屏的对比电容式触摸屏原理和分类FTS 电容式触摸屏控制器介绍12/27/20091Contens12/27/20091术语ITO-Indium Thin Oxide，氧化铟锡，一种透明的导电材料TP-touch panel，触摸屏CTP-Capacitance touch panel，电容式触摸屏DITO：在玻璃双面分别制作ITO图形，构成电容极板SITO：在玻璃的单面制作ITO图形，构成电容极板12/27/20092术语ITO-Indium Thin Oxide，氧化铟锡，一术语OCA光学胶是重要触摸屏的原材料之一。将光学压克力胶做成无基材，然后在上下底

2、层，再各贴合一层離型薄膜，是一种无基体材料的双面贴合胶带。优点：高清澈度、高透光性(全光穿透率99%)、高黏著力、高耐候、耐水性、耐高温、抗紫外线，长时间使用不会產生黄化 ( 黄变 )、剥離及变质的问题分类：1.电阻式 电阻式的光学胶按厚度不同又可分为50um和25um 2.电容式 电容式的光学胶分为100um，175um，200um12/27/20093术语OCA光学胶是重要触摸屏的原材料之一。将光学压克力胶做成电阻式触屏VS电容式触屏对比电阻式方案已经非常成熟，一般都是和液晶屏打包配套，成本比较低。但由于先天结构(原理)上的原因，使用一段时间后需要重新对触摸屏进行校正。低端的4线电阻式触摸

3、屏需要直接与指尖或笔接触，所以在上盖的设计上会有一个开孔，对外界的各种干扰(灰尘、湿气、ESD等等)都缺乏有效的防护，所以可靠性和耐用性较差。高端的5线式电阻式触摸屏可以通过改善结构解决这个问题，但成本上已经和电容式持平。且对一些复杂的手势(特别是多点触摸)缺乏有效的支持，而这恰恰就是电容式触摸屏最大的卖点。 9/25/2022电阻式触屏VS电容式触屏对比电阻式方案已经非常成熟，一般都是电阻式触屏VS电容式触屏对比电容式方案的结构和实现原理和电阻式完全不一样，主要是根据接触区域的电容量来判断手指的位置，所以目前只能通过手指来感应，并且可以对多点触摸等复杂的手势可以提供完善的支持。由于对外界的感

4、应需要通过一层不导电的介电质(塑胶、玻璃等)，触摸屏需要贴合在上盖背面，所以对外界的抗干扰能力较强，可靠性和耐用性高。“但是，随之而来的问题是对供应商的制造和组装能力(贴合)提出了较高的要求，因此目前整体成本居高不下。”陈元指出。9/25/2022电阻式触屏VS电容式触屏对比电容式方案的结构和实现原理和电阻电阻式触屏VS电容式触屏对比9/25/2022电阻式触屏VS电容式触屏对比9/24/2022电容式触摸屏基本原理和分类12/27/20097电容式触摸屏基本原理和分类12/27/20097Capacitance touch panel overview用ITO材料制作透明电极的电容阵列手指触

5、摸到电容式触摸屏表面，改变触摸屏的固有电容触摸屏电容控制器（IC）检测到电容的变化，并通过电容阵列的电容变化率，计算出触摸发生的坐标，强度等信息12/27/20098Capacitance touch panel overviElectronic Field Capacitive Sensor通过检测电容传输的能量来检测电容振荡器输出正弦波加到电容一端信号检测处理电路接电容另一端根据接收点信号电平高低判断电容的大小振荡器Sensing and Filter12/27/20099Electronic Field Capacitive SeRelaxation Oscillator Capacit

6、ive Sensor通过检测张弛振荡器频率来检测电容一个恒流源给电容充电一个受反馈控制的开关给电容放电迟滞比较器把电容电压变化整形方波12/27/200910Relaxation Oscillator CapacitiCharge Transfer Device Capacitive Sensor首先，感应电容充电其次，把感应电容的电荷转移到另一个电容通过检测电荷转移量来检测电容的大小12/27/200911Charge Transfer Device CapacitDetect Method: Self-capacitance VS. Mutual-Capacitance自电容 利用单个电极

7、自身的电容一端接地，另一端激励或采样电路互电容利用两个电极传输电荷通常一端接激励，另一端接采样电路12/27/200912Detect Method: Self-capacitan自电容self-capacitor测量信号线本身的电容优点：简单，计算量小缺点：虚拟两点，速度慢互电容-mutual capacitor测量垂直相交的两根信号之间的电容优点：真实多点，速度快缺点：复杂，功耗大，成本高Ghost point12/27/200913自电容self-capacitorGhost point1Panel Process玻璃双面（DITO）ITO图案做在玻璃的上下表面，分别为x轴和Y轴，上表面

8、加Lens玻璃单面（SITO）ITO图案做在玻璃的上表面 ，下表面为shielding玻璃单面架桥，X轴与Y轴交汇处采用架桥玻璃单面双层，使用SiO2隔离Film二层，分别为X轴，Y轴12/27/200914Panel Process玻璃双面（DITO）12/27/2DITO12/27/200915DITO12/27/200915SITO12/27/200916SITO12/27/200916Film12/27/200917Film12/27/200917Panel Pattern：Two Layers Self-capacitance or Mutual capacitance Panel两

9、层ITO分别与地或手指构成自电容（人体接地）自电容有M+N个电容互电容有MN个电容需要M+N条线连到控制芯片M ROWN Column12/27/200918Panel Pattern：Two Layers Self-Two Layers Mutual Capacitor两层ITO相互重叠构成电容有MN个电容需要M+N条线连到控制芯片手指触摸影响相互电容12/27/200919Two Layers Mutual Capacitor两层IFTS电容式触摸屏控制器简介12/27/200920FTS电容式触摸屏控制器简介12/27/200920FTS 电容式触摸屏控制器方案特点自主专利的方案互电容提

10、供业内顶尖级的性能多点触摸检测，最多达到5点高信噪比抗RF干扰高精度高分辨率高线性度自校正，避免温度，湿度的影响本地化的服务12/27/200921FTS 电容式触摸屏控制器方案特点自主专利的方案12/27/Multi-touch多点触摸是一个趋势正在竞标的某国际大公司2011年项目要求10点正在design in的多个case要求真实两点或两点以上随着apple tablet PC上市，多点应用会逐渐涌现并普及能自主安装应用软件是为了的一个趋势，系统硬件应该为将来性能提升提供准备FTS方案能提供真实的5点触摸检测，为将来的应用提升提供硬件支持12/27/200922Multi-touch多点

11、触摸是一个趋势12/27/2009SNR在触摸屏行业，SNR定义为信号幅度与噪声幅度比（噪声取绝对值）。SNR的传统定义为信号功率与噪声功率比SNRP=PS/PN=VS2/VN2=SNRV2如果采用这个定义的SNR，则信噪比能达到数千。SNR是一个基本参数，决定系统的大部分性能SNRV50，系统能稳定工作SNRV100，系统性能优良FTS方案配合相应的TP，SNRV15012/27/200923SNR在触摸屏行业，SNR定义为信号幅度与噪声幅度比（噪声取Anti-RF interference抗RF干扰时CTP系统一个关键性能抗RF干扰能力差是之前CTP case失败的关键因素抗RF干扰包括G

12、SM，CDMA，WIFI，微波炉等射频干扰FTS方案采用跳频等技术，提供优异的RF干扰抑制能力12/27/200924Anti-RF interference抗RF干扰时CTP系找出电容最大值和对应的列 用以最大电容值列为中心的三列求出其加权平均，即横坐标坐标计算-Center Point algorithm其中，K为映射系数12/27/200925找出电容最大值和对应的列坐标计算-Center Point AccuracyAccuracy（精度）是指实际触摸位置与TP上报触摸坐标的误差，包括边沿精度与非边沿精度边沿指TP AA区外侧3mm左右的边框部分非边沿指TP AA区外侧3mm左右的边框

13、以内的部分坐标计算通常都是采用重心算法，因此精度的关键是SNR和TP的PitchSNR越高则参数的置信位数越高;计算的结果越可靠则精度越高合适的Pitch能提高精度。Pitch的选择主要与手指的大小有关。一个典型的Pitch为5mm。FTS整合TP设计与算法，提供业内领先的TP触摸精度边沿2mm，非边沿1mm12/27/200926AccuracyAccuracy（精度）是指实际触摸位置与TResolutionResolution（分辨率）指单位长度TP能触摸的点数或者TP能上报的点数与精度一样，分辨率的关键是SNR和TP的Pitch分辨率与精度是同一个问题，不同的描述角度针对手机应用，FTS

14、的方案能提供最多1280768的分辨率。形象的说，就是能把显示屏上的每个点触摸出来12/27/200927ResolutionResolution（分辨率）指单位长度LinearityLinearity（线性度）是指在TP上画对角直线时，实际曲线与理想直线最大的距离FTS的方案能实现线性度达1mm12/27/200928LinearityLinearity（线性度）是指在TP上画Adaptive process algorithm环境（温度、湿度等）变化会造成TP失效温度适应能力差事之前CTP失败的重要原因材料老化也会造成TP失效自适应处理算法能根据环境变化，自动调节TP参数设置，使TP工作在

15、最佳状态。自适应处理算法还能补偿材料老化对TP造成的影响12/27/200929Adaptive process algorithm环境（温Scan rate控制IC以一定速率对TP进行扫描互电容VS自电容互电容以帧为单位上报触摸屏的事件。即每次扫描，均立即上报该次扫描的结果，包括触摸点数，每点的坐标自电容仅能针对单点触摸上报真实坐标。对多的触摸时，使用十分复杂的虚拟算法计算坐标，效率低，容易出错。因此，定义了一个Point/S（点/秒）的参数来定义上报速率。60Hz是足够的，并且是现实的从体验的角度看，60Hz与80Hz几乎没有区别随着频率的上升，CPU消耗的资源超过临界点后会急剧上升FTS

16、最大能支持80Hz的扫描速率12/27/200930Scan rate控制IC以一定速率对TP进行扫描12/27Power managementFTS CTP系统提供完善的功耗管理FTS CTP系统提供3个功耗模式Active：全速模式, 可以产生触摸中断/INT, 可以读取触摸数据. Monitor：触摸监测模式, 低速扫描, 不能产生触摸中断/INT. 有触摸发生后自动跳转到Active Hibernate：系统休眠，需要硬件触发唤醒12/27/200931Power managementFTS CTP系统提供完善的手势集成与自定义FTS方案能集成目前所有手势，包括单点点击，双击，平移，放

17、大缩小等FTS方案能根据客户的需求，集成客户定义的手势FTS方案能上报绝对坐标，由Host来分析触摸类型并作出相应的处理12/27/200932手势集成与自定义FTS方案能集成目前所有手势，包括单点点击，系统接口端口名称电平极性描述串行接口2.83.3V串行接口为CTPM和Host之间的数据通信通道. FT5201构成的CTPM支持SPI, I2C这2个标准串行接口之一. /INT2.83.3VLOWCTPM发送给Host的中断信号/WAKE*2.83.3VLOW从HIBERNATE当中唤醒CTPM的信号. 12/27/200933系统接口端口名称电平极性描述串行接口2.83.3V串行接口触摸

18、数据读取模式支持中断模式与查询模式中断模式为触摸屏系统检测到触摸发生时，主动发出中断给Host，让Host来读取触摸发生数据查询模式为触摸屏系统定时检测触摸，触摸发生时，仅仅准备好触摸数据，被动等待Host来读取数据12/27/200934触摸数据读取模式支持中断模式与查询模式12/27/20093OSCTP系统是一种普通外设，采用标准的SPI、I2C接口，与OS无必然关系SPI与I2C可以通过硬件接口连接，也可以通过软件模拟方式连接OS与CTP的关系主要体现在对触摸输入的支持上，包括单点，多点，手势等通过在OS中加入驱动来解释协议FTS可以给各个OS的驱动设计提供帮助12/27/200935

19、OSCTP系统是一种普通外设，采用标准的SPI、I2C接口，Design In flow联调前的准备确定TP系统结构图，包括TP，FPC，元件区，出pin位置等确定TP系统提供的功能确定接口类型，连接方式，信号电平联调内容根据协议编写OS驱动-FTS提供协助连接TP进行调试测试TP功能与性能整机测试12/27/200936Design In flow联调前的准备12/27/2009生产集成TP生产Firmware 写入TP出厂检测与手机集成（无需校正）整机测试12/27/200937生产集成TP生产12/27/200937悬空触摸失效问题把手机至于悬空状态，比如放置于空盒子之上，没有与其他系统

20、有电连接。这时，手机发生触摸失效的现象称之为触摸悬空触摸失效问题根据我们的研究，悬空触摸失效问题主要与TP的结构有关。目前仅有使用DITO的apple iPhone完全解决了这个问题，其他公司产品多少存在这个问题触摸悬空失效还与系统信噪比有关12/27/200938悬空触摸失效问题把手机至于悬空状态，比如放置于空盒子之上，没本地化的服务电容式触摸屏是一个新事物，还没有标准化非标准化的产品，根据客户需求实行个性化服务时成功的关键国际大的IC厂都在给国际大的手机厂进行个性化服务FTS能给大陆，台湾地区的终端客户提供优质的服务12/27/200939本地化的服务电容式触摸屏是一个新事物，还没有标准化

21、12/27FTS方案基本参数：FT5201+C8051F921ItemsParameterMin.Typ.Max.Scan rate( single touch or 5 touch）6080Response time25mSSensitivity （diameter）（touch area）6mmAccuracy（Non-border）1mmAccuracy（border）2mmLinearity1mmAnti-noise1VvppMulti-touch distance10mmPower（5 touch，60Hz）7.5mAFTS方案基本参数：FT5201+C8051F921ItemFTS

22、方案与其他公司方案比较参数FTS方案其他方案多点触摸特性真实多点单点+两点手势信噪比1501050抗RF干扰优一般集成难度易难环境噪声校正不需要需要服务本地化，设计团队直接支持FAE支撑FTS方案与其他公司方案比较参数FTS方案其他方案多点触摸特功能框图-FT5201该芯片仅为模拟前端，需要MCU提供计算功能12/27/200942功能框图-FT5201该芯片仅为模拟前端，需要MCU提供计算应用方案FT5201双芯片方案：FT5201+MCU与Host接口由MCU确定，可以是I2C、SPI或 UARTMCU与FT5201必须为SPI接口应用方案FT5201双芯片方案：FT5201+MCU单芯片

23、方案功能框图-FT5202增加了MCU，提供丰富灵活的计算与处理在原有SPI接口基础上，增加了UART，I2C单芯片方案功能框图-FT5202增加了MCU，提供丰富灵活的FTS芯片应用FT5201+C8051F921主要用于手机，MID等对RF干扰有非常强抑制能力的产品，并且尺寸4.3FT5202主要用于手机，MID等对RF干扰有非常强抑制能力的产品，并且尺寸4.312/27/200945FTS芯片应用FT5201+C8051F92112/27/2Chip packageQFN48 6mm6mmBGA49 5mm5mm12/27/200946Chip packageQFN48 6mm6mm12

24、/27容晟光电有限公司是一家专业的电容式触摸屏生产商，专注于消费类电子市场，集研发，制造，销售，服务于一体，产品主要用于手机，车载导航（GPS），数码相机，MP4MP5等。12/27/200947容晟光电有限公司是一家专业的电容式触摸屏生产商，专注于消费类产品开发历程在产品开发过程中，由于互电容的IC 当时仅有两家出品并且不对外开放，所以我们在09年5 月前都集中开发基于自电容IC 的触摸屏，在开发过程中有几个问题比较难：结构问题自电容要求X 轴与Y 轴离LENS 表面的距离差不能太大，如果太大，X 轴与Y 轴的信号强度会相差很远，运用时几乎不能实现。于是不能采用IPHONE 手机上采用的结构

25、(DITO) ，只能采用SITO 结构和FILM 结构。SITO 结构在制程上比较简单，但是在做静电测试时，其搭桥的底端几乎很难通过6K 的静电，较易被静电击伤，造成缺功能，产品的一致性没有保障。尽管先用高压静电测试功能片，合格的才用来装机，仍有一定比例的产品在使用过程中断桥。所以此种结构虽然可以配合自电容和互电容两种IC，制程也简单，但对于高品质要求的产品不适用。12/27/200948产品开发历程在产品开发过程中，由于互电容的IC 当时仅有两家产品开发历程FILM 结构在制程上也比较简单，几乎所有做电阻屏的厂家都可以制作。这种结构适用于自电容和互电容两种IC，但有几个问题与材料有较大关系。

26、第一， 用高电阻FILM 很难实现IC 需要的电阻范围。用低电阻FILM 可以实现IC 需要的电阻范围，但字影（ITO 的影子）会很严重。第二， 透过率会较低。最好的FILM 的透过率约90%，在制作过程中约需要三层FILM. 第三， 由于电极引线只能用印刷方式，所以功能片边缘离功能区要比较宽才可以，这对手机设计上有较多制约，而大屏幕手机大都要求边很窄。第四， 制程中的小缺陷（小划伤、小脏点）较难避免DITO 结构：制程较复杂。主要问题是制作过程中的保护，所以工序特别多；对位精度要求特别高，需要至少5 微米。另外的难点是保证两面都要十分洁净。经过长期的摸索后，现在可以稳定量产。12/27/200949产品开发历程FILM 结构在制程上也比较简单，几乎所有做电阻产品开发历程抗干扰问题我们用