电容式触摸屏设计规范精典.docx
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电容式触摸屏设计规范精典
电容式触摸屏设计规范
【导读】:
本文简单介绍了电容屏方面的相关知识,正文主要分为电子设计和结构设计两个部分。
电子设计部分包含了原理介绍、电路设计等方面,结构设计部分包好了外形结构设计、原料用材、供应商工艺等方面
【名词解释】
1.V.A区:
装机后可看到的区域,不能出现不透明的线路及色差明显的区域等。
2.A.A区:
可操作的区域,保证机械性能和电器性能的区域。
3.ITO:
IndiumTinOxide氧化铟锡。
涂镀在Film或Glass上的导电材料。
4.ITOFILM:
有导电功能的透明PET胶片。
5.ITOGALSS:
导电玻璃。
6.OCA:
OpticallyClearAdhesive光学透明胶。
7.FPC:
可挠性印刷电路板。
8.CoverGlass(lens):
表面装饰用的盖板玻璃。
9.Sensor:
装饰玻璃下面有触摸功能的部件。
(FlimSensorORGlass
Sensor)
【电子设计】
一、电容式触摸屏简介
电容式触摸屏即CapacitiveTouchPanel(CapacitiveTouchScreen),,根据应CTP和互电容式CTP。
根据其驱动原理不同可分为自电容式CTP简称.
用领域不同可分为单点触摸CTP和多点触摸CTP。
1、实现原理
电容式触摸屏的采用多层ITO膜,形成矩阵式分布,以X、Y交叉分布作为电容矩阵,当手指触碰屏幕时,通过对X、Y轴的扫描,检测到触碰位置的电容变化,进而计算出手指触碰点位置。
电容矩阵如下图1所示。
1电容分布矩阵图
电容变化检测原理示意简介如下所示:
名词解释:
:
真空介电常数。
ε0ε2:
不同介质相对真空状态下的介电常数。
ε1、d2S2d1S1、、、分别为形成电容的面积及间距。
触摸与非触摸状态下电容分布示意图2
C=Cm1=ε1ε0S1/d1非触控状态下:
,Cm1=ε1ε0S1/d1C=Cm1*Cmg/(Cm1+Cmg),触控状态下:
Cmg=Cm1=ε2ε0S2/d2会根据非触控状态下的电容值与触控状态下的电容值的差异来电容触摸驱动IC判断是否有触摸动作并定位触控位置。
、自电容与互电容2是利用单个电极自身的电容变化传输电荷,由一端接地,另CTP自电容式自电容式(测量信号线本身的电容)一端接激励或采样电路来实现电容的识别。
的坐标检测是依次检测横向和纵向电极阵列,根据触摸前后电容变化分别CTP当触摸点只有一个时,然后组合成平面坐标确定触摸位置。
确定横向和纵向坐标,横向和纵向可以准确定位;当触摸点有两个时,组合后的坐标也是唯一的一个,另两其中只有两个时真实触摸点,两两组合后出现四组坐标,分别有两个坐标,
个就是属称的“鬼点”。
所以自电容式CTP无法实现真正的多点触摸。
互电容式CTP失利用两个电极进行传输电荷,一端接激励,另一端接采样电路来实现电容的识别(测量垂直相交的两个信号之间的电容)。
互电容式CTP坐标检测也是检测横向和纵向电极阵列,不同的是它是由横向依次发送激励而纵向同时接收信号,这样可以得到所有横向和纵向交汇点的电容值,根据电容值的变化可以计算出每一个触摸点的坐标,这样即使有多个触摸点也能计算出每个触摸点的真实坐标。
所以互电容式CTP可以实现真实多点触控。
自电容的优点是简单、计算量小,缺点是单点、速度慢;互电容的优点是真实多点、速度快,缺点是复杂、功耗大、成本高。
3、结构及材料使用
二、驱动IC简介
电容屏驱动IC是电容屏工作处理的主体,是采集触摸动作信息和反馈信息的载体,IC采用电容屏工作的原理采集触摸信息并通过内部MPU对信息进行分析处理从而反馈终端所需资料进行触摸控制。
IC与外部连接是通过对外的引脚进行的,电容屏驱动IC厂家众多,各自的设计也不尽相同,但是基本原理也是大同小异,因此个驱动IC的芯片引脚也比较类似,只有个别引脚是各自功能中特殊的设计,如下对电容屏驱动IC的引脚做一个简单的说明。
,是电容屏的电容驱动信号输出脚。
TX或Driver驱动信号线:
即.
感应信号线:
即Sensor或RX,是电容屏的电容感应信号输入脚。
电源电压:
分模拟电源电压和数字电源电压。
模拟电压范围一般为2.6V~3.6V,典型值为2.8V和3.3V;数字电压即电平电压为1.8V~3.3V,由主板端决定。
电容屏设计可以设计为单电源和双电源两种模式,目前以单电源供电为主(可以减少接口管脚数)。
GND:
也分为模拟地和数字地两种,一般两种地共用,特殊情况下需将两种地分开以减少两种地之间的串扰现象。
I2C接口:
I2C接口包括I2C_SCL和I2C_SDA。
I2C_SCL为时钟输入信号,I2C_SDA为数据输入输出信号。
SPI接口:
SPI接口包括SPI_SSEL、SPI_SCK、SPI_SDI、SPI_SDO。
SPI_SSEL为片选信号,低电平有效;SPI_SCK为时钟输入信号;SPI_SDI为数据输入信号;SPI_SDO为数据输出信号。
RESET:
芯片复位信号,低电平有效。
WACK:
芯片唤醒信号。
TEXT_EN:
测试模式使能信号。
GPIO0~N:
综合功能输入输出IO口。
VREF:
基准参考电压。
VDD5:
内部产生的5V工作电压。
以上引脚定义没有包含全部的驱动IC的功能,如LED、Sensor_ID、Key_Sensor等特殊功能作用的管脚,这些管脚需根据具体IC确认其具体作用及用法。
三、ITO图形设计
ITO可蚀刻成不同的图形,不过造价师相同的,而且很难讲哪个图像比其他图形工作效率高,因为触摸屏必须与电子间配合才能发挥作用。
I-phone采用的图形是最简单的一种,即在ITO在玻璃一面为横向电极,在另一面为纵向电极,此设计简单巧妙但几何学要求特别的工艺电能来产生准确的焦点。
3I-phonePattern图
角的轴线组成菱形45°图形,闭路锁合的钻石形Pattern是最常见的ITO块,每个菱形块通过小桥连接,此图形用于两片玻璃,一片是横向菱形排,另一菱形图形大导电图形在玻璃内侧,行与列对应锁定后贴合。
片是纵向的菱形列,CTP之间,几乎所有电子控制器(4-8mm小不一,取决于制造商,但基本在.
控制IC)都可用于此图形。
Pattern4图菱形
IC有时需要购买许可。
一些复杂图形的ITO图形需要专用的电子控制器,且为避免滥用或保护权利会申请图形Pattern,厂会根据自身的特点设计特定的专利。
、Diamond&Rectangle、Rectangle、目前基础ITOPattern有Diamond等。
Hexagon
四、布局设计要求COB两种方式。
IC的放置位目前可分为COF、根据驱动,作为终端导向方式被广泛应用,这种设计方式可根ChiponFPCCOF即可兼容据实际应用效果和市场变化在不更改主板的情况下更换电容屏设计方案,IC设计方案。
缺点是前期和后期调试工作量大,备料周期长。
多种电容屏驱动融合在主板端带来的一个问题是主板,将驱动ChiponBoardIC即COB基本IC方案确定后不能随意更改设计方案,因为电容屏驱动IC和电容屏驱动.
都不是PINtoPIN兼容的,更换方案意味着重新布局相关的主板设计。
COB方案的优点成本降低,交期短,方便备料,前期设计和后期调试工作量小。
无论是COF或COB方案都需要在布局走线时注意相关设计要求,根据IC原厂建议以及供应商的实际应用经验,总结如下设计注意事项:
1、关键器件布局
各组电源对应的滤波电容需靠近芯片引脚放置,走线尽量短,如下为IC周围元件布局示意图:
图5元件布局示意图
电容屏与主板连接端口周围不要走高速信号线。
出线路径要求远及FPC尽量靠近HostIC。
触控IC方案,触控对于COBIC天线等。
与触天线、BTGSM天线、DTV天线、天线、GPSADVFM离天线、附近相关器件尽量放进屏蔽罩中,且尽可能采用单独的屏蔽罩。
触控ICIC控、IC电路或其它逻辑电路时,需注意用地线隔离保护触控RF有开关电源电路、.
芯片电源、信号线等。
RF是手机中最大的干扰信号,因此对芯片与RF天线间的间距有一定要求:
在顶部要求间距≥20mm,在底部要求间距≥10mm。
适用于COF和COB方案。
2、布线
1)电源线尽量短、粗,宽度至少0.2mm,建议≥0.3mm。
驱动和感应信号线走线尽量短,减小驱动和感应走线的环路面积。
驱动IC未使用的驱动和感应通道需悬空,不能接地或电源。
对于COB方案,主板上的信号线走线尽量短,尽量接近与屏体的连接接口。
建议将IC周围的驱动和感应信号按比例预留测试点,方便量产测试,最少需要各留两个测试点。
I2C、SPI、INT、RESET等接口预留测试点,方便Debug。
2)用地线屏蔽驱动通道,避免驱动通道对Vref等敏感信号或电压造成干扰。
驱动通道的地线屏蔽6图
3)信号线(驱动通道和感应通道)建议平行走线,避免交叉走线。
对于不同层走线的情况,避免两面重合的平行走线方式(FPC的两面重合平行走线会形成电容),相邻的驱动通道和感应通道平行走线之间以宽度≥0.2mm的地线隔离,如下图所示:
正确走线方式7图
错误走线方式图8
由于结构的限制,导致驱动和感应通道必须交叉走线时,尽量减少交叉的
面积(降低因走线而产生的结点电容,形成的电容与面积有关),强制建议交叉进行垂直交叉走线,特别注意避免多次交叉。
同时驱动和感应走线宽度使用最小走线宽度(0.07~0.08mm)。
9推荐走线方式(完全垂直)图
错误走线方式(非垂直走线)10图且中间以建议驱动和感应通道采用分层走线,对于COB方案的多层方案,地线屏蔽。
等)SPI、I2C)信号线(驱动和感应通道)必须避免和通讯信号线(如4
相邻、近距离平行或交叉,以避免通讯产生的脉冲信号对检测数据造成干扰。
对于距离较近的通讯信号线,需要用地线进行屏蔽
平行走线下地线屏蔽隔离11图
图12错误走线方式(交叉)
)地线及屏蔽保护5个。
建议过孔数量芯片衬底必须接地,衬底上需放置可靠的地线过孔,4~8驱动和感应驱动和感应通道压合点两侧均须放置地线压合点,空间允许情况下,通道走线两侧必须放置地线,建议地线宽度≥0.2mm。
地线保护图13
走线电阻,屏蔽外部GND未走线区域需要灌铜,大面积灌铜能减小FPC干扰。
建议采用网格状灌铜,既起到屏蔽作用又不增加驱动和感应线对地电容。
,连接或COB。
无论建议网格铜规格:
Grid=0.3mm,Track=0.1mmCOF,其信号线走线背面需铺铜,同时建议增加接地芯片的GuitarFPC和Sensor的屏蔽膜。
图14接地屏蔽膜
与主控板接口排线尽可能设置两根≥0.2mm的地线,保证电气可靠接地。
如结构允许,补强可用钢板,若能保证钢板可靠接地则效果更好。
6)设计参考
FPC设计时需要考虑的关键尺寸如下图所示:
关键尺寸示意图图15FPC
走线禁止直角或折线,折弯处需倒圆弧;元件摆放区必须予以补强,FPC
弯折区及附近不能有过FPC方便贴片或焊接;所有过孔尽量打在补强板区域,
孔;设计图上必须标注补强区位置及总FPC厚度,弯折区及附近不能有补强;弯折区与元件区过渡的圆角要达到R=1.0mm,并建议在拐角处加铜线以补充强度,减少撕裂风险。
弯折区与元件区过渡之圆角图16
设计中还要注意元件区空间的大小,特别是在结构图确认中,要充分考在FPC虑元件区大小预留结构空间。
ESD防护五、性能直接影响了电子产ESD性能是电子产品都需要关注的基本性能,ESD品的电气性能甚至使用寿命。
防护,建议参考事项:
CTP设计时应特别注意ESD在FPC放电。
,避免边缘与机壳开孔或缝隙的距离≥3mmESD直接对)1FPC)机壳设计时,建议选用有接地的金属外壳或无金属结构件的塑胶外壳,提供2能力。
ESD能ESD,可提供抗的ESDTVS管等器件,如Focaltech可增加防)部分3IC力。
I2C屏蔽(必要时增加接地屏蔽膜),保护GND设计中,增加网格的FPC)4.
信号,放置ESD干扰串入主板。
5)减小VDD与GND距离,提高抗辐射的ESD干扰能力。
6)ITOSensor周围进行围地保护,避免ESD直接干扰Sensor。
7)隔离地线保护,IC工作电源地与FPC周围保护地分离,在IC外围进行充分连接,防止ESD直接打到IC上。
六、技术展望
随着电容屏的广泛应用及其市场潜力的开发,电容屏技术越来越受到大家的关注和肯定。
在市场整合方面,电容屏的标准化、共用性是电容屏供应商急需努力和实施的市场技术要求。
在技术方面,也有几个不同的发展方向。
1、驱动IC方面,在提高驱动IC性能的同时,将LCM驱动和CTP驱动融合在一起是一种方向。
2、在玻璃面板方面,轻薄是未来努力的主要方向。
一种是在LCD玻璃表面做CTP的ITO
Sensor,将LCM与CTP融合到一起;一种是in-cell,即直接将CTPSensor融合在LCD玻璃里面,即LCD玻璃本身带有CTP功能。
【结构设计】
一、结构及材料使用
1、结构
G+F结构
coverglass+filmsensor结构:
。
为三角形结构,只支持单点,可做到虚,ITO特点:
此结构用单层filmsensor拟两点手势。
总厚度可做薄,中最低的结构,单价属电容TP性价比高,优点:
开模成本很低,Cover外形可更换。
透光性好,交期短,缺点:
单点为主,手写较差,虚拟两点手势准确度差。
FFG++
coverglass+filmsensor+filmsensor。
结构:
为菱形结构,支持真实多点操作。
filmsensor,ITO特点:
此结构用两层外形可更变。
优点:
准确度高,手写效果好,支持真实两点,coverG/G低。
高,比。
价格比结构低缺点:
透光性差,比G/G5%G/FG+G.
coverglass+glasssensor
结构:
ITO为菱形结构,支持真实多点。
特点:
此结构用单层glasssensor,外形可更变,优点:
准确度高,透光性好,手写效果好。
支持真实多点,cover可靠性好及使用寿命长。
容易破坏,开发成本高,周期长,可替换glasssensor缺点:
受撞击后的底面性差。
、材料使用2三个英文字母的缩写,即氧化铟锡。
IndiumTinOxideITOGLASS:
是1)层及玻璃是在清洁的绝缘素玻璃表面上,以真空镀膜法依序镀上ITOSiO2
薄膜的特性是,在可见光区具有高度的穿透率与极佳的电层所制成,ITOITO
导性。
厂家有:
百旭子,旭硝子。
a、目前常用的ITOGLASS。
0.4mm,,0.55mm0.33mmGLASSSENSORb、:
。
0.125mm:
氧化铟锡薄膜。
常用ITOFilm)2.
3)OCA:
常用规格有50um、100um、150um、200um、250um、300um。
厂家主要有3M,日立化成,三菱树酯。
4)CoverGlass:
使用强化玻璃,厚度有0.55、0.7、0.8、0.95、1.0、1.1规格的,表面硬度一般为7H。
5)PMMA:
使用厚度建议1.0mm以上,且LCM与CTP间隙至少要0.5mm。
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