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用p-cap技术设计便携工业设备
作者:Andrew Morrison
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工业液晶显示器, 液晶屏, 液晶显示模块, LED显示屏, 触摸屏, ...
基于投射式电容(p-cap)传感器技术的小型触摸屏的需求量持续大幅攀升。这种传感器技术已在便携式消费品领域取得成功,现在,该技术也有望在工业与企业应用中大放光彩。不过,对消费类设备适用的触控技术不一定对专业应用同样适用。工业触控设备通常更易遭受更大的磨损。因此,选择的触控技术需要能够应对更高强度的机械应力、湿度与温度变化以及灰尘积聚。

由市场分析公司DisplaySearch整理的数字表明,基于p-cap技术的触控模块不论在销售额方面还是在销量方面目前都占整个市场的一半以上(表1)。显然,消费类设备在这一方面占据绝大比例。几乎所有的p-cap传感器目前都采用了互电容感应技术,并且采用的是依靠氧化铟锡(ITO)沉积形成超薄导电基质的量产工艺。

表1:投射式电容技术取代电阻式技术成为领先的触摸传感器技术
newmaker.com

ITO具有一定的电气与光学特性,因而极为适用于触摸感应功能,并且在沉积较薄时,具有相对低的电阻率且近乎透明。因此,这种材料已在显示器行业广泛使用多年,并且现已转移到触控传感器的生产之中——首先用于电阻式触摸屏内,然后是表面电容式触摸屏(s-cap),最近则是在p-cap系统之中。由于这种材料已经在电子制造业内长期广泛使用,因此OEM可对现有设备进行改造和安装新的电容,以满足消费者对小型触摸屏的巨大需求。

尽管基于ITO的互电容p-cap传感器已经在消费品设计中广泛应用,但是这种技术却有其自身的缺点:反应能力依赖于薄玻璃覆盖层(<2mm)的使用。这一缺点尽管可以接受(甚至为精巧的个人消费类设备所向往),但是在遇到许多工业类环境的严苛条件时会出现问题。从主流的互电容式p-cap触摸感应技术(测量两层电极之间的电容)转向另一种基于自电容的方法(测量单个电极对地的电容,此时用户产生的电场会引起传感器基体周围的电场发生微小变化)有可能大幅提高灵敏度,并通过更薄的覆盖层支持运作。

自电容式ITO

当采用自电容方法时,内嵌在触摸屏内的ITO传感器基体将人体电容与自由振荡的RC振荡器的电容元件进行耦合。然后通过引入一个与RC振荡器的电容元件和振荡器的对地自然寄生电容并联的从玻璃到手指再到地的电容,便可检测到触摸动作。加入并联电容,接近基体的手指将会增大整个电路的电容,从而降低振荡器的频率。由接近的手指产生的电容变化可表示为以下的百分比:

ΔC%=Cf/Cp+Cc。其中:Cf是手指电容;Cp是电路的寄生电容;Cc是振荡器的电容值。

当手指更加靠近屏幕的表面时,用户的人体电容会导致RC振荡频率发生变化。通过沿着传感器基体相邻X轴与Y轴测量频率变化的峰值,可以准确定位触摸所在位置(图1)。

通过3mm厚的玻璃覆盖层耦合至传感器的手指耦合电容通常在1pF与3pF之间。随着覆盖层厚度的增加,耦合电容会下降,这将对信噪比产生影响。为了解决这一问题,需要整合更多的精密的辅助电子元器件到系统设计中。当供电电压为4.7V时,传感器基体拥有最佳性能。在此电压下,拉出的电流将约为2.8mA。

使用ITO作为导电介质的自电容式p-cap传感器与互电容式p-cap传感器相比,具有高得多的Z轴灵敏度。这意味着可将其放置在更加厚的防护覆盖层后面(即使通过6mm厚的覆盖玻璃操作依然具有强劲的性能),并允许戴手套操作。因此,采用自电容式方法可以提高触摸屏的抗冲击、防跌落和防刮伤等性能,从而极为适用于工业、医疗、白色家电和其他高要求的应用,同时仍然具有诸如手势识别之类的卓越功能。此外,还可通过驱动程序软件访问触摸控制器固件,增加双重触摸功能。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (3/26/2012)
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