Projektiv kapacitiv pekskärmstruktur
Typiska projektiva kapacitiva sensorer är monterade under glas- eller plastkåpor. Figur 1 visar en förenklad sidovy av en dubbelskiktssensor. Emitterelektroderna (Tx) och mottagaren (Rx) är anslutna till transparent indium-tennoxid (ITO) för att bilda en tvärmatris. Varje Tx-Rx-nod har en karakteristisk kapacitans. Tx ITO är beläget under Rx ITO och separeras av ett lager av polymerfilm eller optiskt lim (OCA). Som visas på figuren är riktningen för Tx-elektroden från vänster till höger, och Rx-elektrodens riktning är från utsidan till insidan.
Arbetsprincip för sensor
Låt oss analysera pekskärmens arbete utan att ta hänsyn till störningsfaktorn för tillfället: operatörens finger är märkt som geopotential. Rx upprätthålls i jordpotentialen genom pekskärmens styrkrets, medan Tx-spänningen är variabel. Den växlande Tx-spänningen får strömmen att passera genom Tx-Rx-kondensatorn. En noggrant balanserad Rx-integrerad krets isolerar och mäter laddningarna som kommer in i Rx. De uppmätta laddningarna representerar "ömsesidig kapacitans" som förbinder Tx och Rx.
Sensorstatus: orörd
Figur 2 visar ett schematiskt diagram över magnetlinjen i orört tillstånd. I frånvaro av fingerkontakt upptar Tx-Rx magnetlinjer stort utrymme i locket. Uttrycket "projektiv kapacitans" kommer från det faktum att de magnetiska kantlinjerna projiceras utanför elektrodstrukturen.
Sensor Status: Touch
När fingret rör vid locket, bildas magnetiska linjer mellan Tx och fingret, som ersätter ett stort antal Tx-Rx-magnetfält, som visas i figur 3. På detta sätt minskar fingerrörelsen Tx-Rx ömsesidiga kapacitans. Laddningsmätningskretsen känner igen den varierande kapacitansen (Delta C) och upptäcker fingret ovanför Tx-Rx-korsningen. Genom att mäta alla skärningspunkten mellan Tx-Rx-matrisen med Delta C kan beröringsfördelningen för hela panelen erhållas.
Figur 3 visar också en annan viktig effekt: kapacitiv koppling mellan fingrar och Rx-elektroder. Genom denna väg kan elektriska störningar kopplas till Rx. En viss grad av finger-Rx-koppling är oundviklig.
Särskild terminologi
Störningen av den projektiva kapacitiva pekskärmen genereras av den okänsliga parasitiska bankopplingen. Termen "mark" används vanligtvis för att hänvisa till antingen en referensnod i en DC-krets eller en lågimpedansanslutning till jorden: de är inte samma termer. I själva verket för bärbara pekskärmsanordningar är denna skillnad grundorsaken till störning av beröringskopplingen. För att klargöra och undvika förvirring använder vi följande termer för att utvärdera pekskärmsstörningar.
Jord: Anslut till jorden, till exempel genom jordledningen på ett tre-håls eluttag. Distribuerad jord: Kapacitansförbindelse mellan föremål och jorden.
DC Ground: DC-referensnod för bärbara enheter.
DC Power: Batterispänning för bärbara enheter. Eller utgångsspänningen från en laddare ansluten till en bärbar enhet, till exempel en 5V Vbus i en USB-gränssnittsladdare.
DC VCC (DC VCC strömförsörjning): En stabil spänningsförsörjning för bärbara elektroniska enheter (inklusive LCD- och pekskärmskontroller).
Neutral: Nätströmkrets (nominell geopotential).
Varm: AC-nätspänning, relativ nollledning tillämpar elektrisk energi.
LCD Vcom kopplad till mottagningskrets för pekskärm
Bärbar skärm för bärbar enhet kan installeras direkt på LCD-skärmen. I en typisk LCD-arkitektur är flytande kristallmaterial förspända av transparenta övre och nedre elektroder. De nedre elektroderna bestämmer antalet enstaka pixlar på skärmen; de övre gemensamma elektroderna är det kontinuerliga planet som täcker hela visuella framänden på skärmen, som är partisk vid spänningen Vcom. I en typisk lågspänningsbar bärbar enhet (till exempel en mobiltelefon) är AC VCOM-spänningen en kvadratvåg som svänger fram och tillbaka mellan DC och 3.3V. AC Vcom-nivå växlas vanligtvis en gång per visningsrad, så frekvensen för genererad AC Vcom är 1/2 av produkten från uppdateringsfrekvensen för visningsramen och antalet rader. En typisk bärbar enhet kan ha en AC Vcom-frekvens på 15 kHz. Figur 4 illustrerar LCD Vcom-spänningen kopplad till pekskärmen.
Tvålagers pekskärm består av ett separat ITO-lager täckt med Tx- och Rx-matriser, separerade med ett dielektriskt lager. Tx-linjer upptar hela bredden på Tx-arrayavståndet, och endast det minsta avstånd som krävs för tillverkning är separerat mellan linjerna. Denna arkitektur kallas självskärmning eftersom Tx-arrays sköldar Rx-matriser från LCD Vcom. Koppling kan dock fortfarande ske genom mellanrum mellan Tx-band.
För att sänka kostnaden för arkitektur och uppnå bättre transparens installerar enskikts pekskärm Tx- och Rx-matriser på ett enda ITO-lager och kopplar upp arrayer via separata broar i sin tur. Därför kan Tx-arrayen inte bilda ett skärmande lager mellan LCD Vcom-planet och sensorns Rx-elektrod. Detta kan leda till allvarlig Vcom-störningskoppling.
Laddningsstörningar
En annan potentiell källa för störningar på pekskärmen är växelströmförsörjningen för nätmatade mobiltelefonladdare. Störningen är kopplad till pekskärmen genom fingrarna, som visas i figur 5. Liten mobiltelefonladdare har vanligtvis nätström och noll ingång, men ingen jordanslutning. Laddaren är säkert isolerad, så det finns ingen likströmförbindelse mellan strömingången och laddarens sekundärspole. Detta genererar emellertid fortfarande kapacitiv koppling genom isoleringstransformator för omkopplingströmförsörjning. Laddaren stör störningsvägen genom att peka på skärmen med ett finger.
Obs: I detta fall avser laddningsstörning den pålagda spänningen på enheten relativt marken. Denna typ av störningar kan beskrivas som "vanligt läge" -interferens på grund av dess ekvivalens i likströmsförsörjning och likströmsjord. Om omkopplingsbruset mellan likströmsförsörjningen och likströmsjorden inte är tillräckligt filtrerat kan det påverka pekskärmens normala drift. Detta PSRR-problem för kraftförsörjning är ett annat problem, som inte kommer att diskuteras i detta dokument.
Laddarkopplingens impedans
Laddarens omkopplingsstörning genereras av läckage-kapacitansen (cirka 20 pF) -koppling av primära och sekundära lindningar av transformatorn. Denna svaga kapacitiva koppling kan kompenseras av parasitiska shuntkondensatorer i det relativt fördelade området för laddningskablar och själva mottagningsanordningar. När enheten plockas upp kommer den parallella kapaciteten att öka, vilket vanligtvis är tillräckligt för att eliminera laddarens omkopplingsstörningar och undvika störningar som påverkar beröringsfunktionen. När den bärbara enheten är ansluten till laddaren och placeras på skrivbordet, och operatörens finger endast berör pekskärmen kommer det att bli störst fall av laddaren.
Växla störningskomponent i laddaren
Den typiska mobiltelefonladdaren använder flyback-krets topologi. Störningsvågformerna som genereras av laddaren är komplexa och varierar kraftigt med laddaren. Det beror på kretsdetaljer och styrstrategin för utspänningen. Störningsamplituden varierar också mycket beroende på konstruktionsansträngning och enhetskostnad för tillverkaren på omkopplartransformatorskölden. Typiska parametrar inkluderar: vågform: inklusive komplex PWM-kvadratvåg och LC-ringningsvågform. Frekvens: 40 ~ 150 kHz under nominell belastning, när belastningen är mycket lätt, sjunker pulsfrekvensen eller hoppcykelfunktionen under 2 kHz. Spänning: upp till hälften av toppspänningen på nätspänningen = Vrms / 2.
Störningskomponent i laddare Strömförsörjning
I laddarens främre ände alstrar likströmsspänningslikriktaren laddarens högspänningsskena. På detta sätt läggs laddarens omkopplingsspänningskomponent på en sinusformad våghalva av strömförsörjningsspänningen. I likhet med omkopplingsstörningen kopplas strömförsörjningsspänningen av en omkopplarisoleringstransformator. Vid 50Hz eller 60Hz är frekvensen för denna komponent mycket lägre än kopplingsfrekvensen, så dess effektiva kopplingsimpedans är motsvarande högre. Allvarligheten hos spänningsstörningar i kraftförsörjningen beror på egenskaperna för markparallell impedans och känsligheten hos pekskärmsstyrenheten för lågfrekvens.
Speciellt fall av strömstörning: 3-håls plugg utan jordning. Strömadaptrar med högre nominell effekt (t.ex. nätadaptrar för bärbar dator) kan vara utrustade med 3-håls nätadapter. För att undertrycka utgången EMI, kan laddaren internt ansluta jordstiftet på huvudströmförsörjningen till utgångens likström. Denna typ av laddare ansluter vanligtvis Y-kondensatorn mellan eldledningen och nollledningen och marken, vilket undertrycker ledningen EMI från kraftledningen. Förutsatt att anslutningen existerar avsiktligt kommer sådana adaptrar inte att störa bärbara pekskärmsenheter som drivs av datorer och USB-anslutningar. Den streckade trådramen i figur 5 illustrerar denna konfiguration. För en PC och dess USB-anslutna bärbara pekskärmsenheter, om en PC-laddare med tre-håls strömingång sätts in i ett oanslutet eluttag, kommer ett speciellt fall av laddningsstörningar att inträffa. Y-kondensator kopplar AC-strömförsörjning till DC-utgång. En relativt stor Y-kapacitans kan effektivt koppla strömförsörjningsspänningen, vilket gör att det större spänningsförsörjningsspänningsspänningen kopplas genom fingret på pekskärmen med en relativt låg impedans. Sammanfattning av denna artikel Nuförtiden är den projektiva kapacitiva pekskärmen som ofta används i bärbara enheter känslig för elektromagnetisk störning. Störningsspänningen från insidan eller utsidan kommer att kopplas till pekskärmenheten genom kapacitans. Dessa störspänningar kan orsaka laddningsrörelse på pekskärmen, vilket kan förvirra mätningen av laddningsrörelsen när fingret rör vid skärmen. Därför beror den effektiva designen och optimeringen av pekskärmsystemet på igenkänningen av störningskopplingsvägen och reduktionen eller kompensationen så mycket som möjligt. Störningskopplingsvägen involverar parasitiska effekter, såsom transformatorlindningskapacitans och finger-enhetens kapacitans. Modellering av dessa påverkningar på lämpligt sätt kan känna igen störningens källa och storlek. För många bärbara enheter utgör batteriladdare den största störningskällan för pekskärmar. När operatörens finger berör pekskärmen, orsakar den resulterande kapacitansen att laddaren stör störning av kopplingskretsen. Kvaliteten på skärmdesignen i laddaren och korrekt jordningsdesign för laddaren är de viktigaste faktorerna som påverkar laddarens störningskoppling.
