互电容式触控技术浅析

发布时间:2011-01-18 阅读量:1121 来源: 发布人:

中心议题:
    * 投射电容屏触摸检测原理
    * FocalTech互电容解决方案
    * 技术和市场发展趋势


自从计算机问世以来,人们就一直在思考如何以更有效的方式实现人与计算机的对话,也即所谓的人机交互技术。容式触摸技术,特别是互电容技术由于具有直接、高效、准确、流畅、时尚等特点,极大程度提高了人和计算机对话的效率和便利性,未来必将替代鼠标和键盘,成为未来消费的主流。

投射电容屏触摸检测原理

投射电容屏可分为自电容屏和互电容屏两种类型。在玻璃表面用ITO(一种透明的导电材料)制作成横向与纵向电极阵列,这些横向和纵向的电极分别与地构成电容,这个电容就是通常所说的自电容,也就是电极对地的电容。当手指触摸到电容屏时,手指的电容将会叠加到屏体电容上,使屏体电容量增加。

在触摸检测时,自电容屏依次分别检测横向与纵向电极阵列,根据触摸前后电容的变化,分别确定横向坐标和纵向坐标,然后组合成平面的触摸坐标。自电容的扫描方式,相当于把触摸屏上的触摸点分别投影到X轴和Y轴方向,然后分别在X轴和Y轴方向计算出坐标,最后组合成触摸点的坐标。

如果是单点触摸,则在X轴和Y轴方向的投影都是唯一的,组合出的坐标也是唯一的;如果在触摸屏上有两点触摸并且这两点不在同一X方向或者同一Y 方向,则在X和Y方向分别有两个投影,则组合出4个坐标。显然,只有两个坐标是真实的,另外两个就是俗称的”鬼点”。因此,自电容屏无法实现真正的多点触摸。

互电容屏也是在玻璃表面用ITO制作横向电极与纵向电极,它与自电容屏的区别在于,两组电极交叉的地方将会形成电容,也即这两组电极分别构成了电容的两极。当手指触摸到电容屏时,影响了触摸点附近两个电极之间的耦合,从而改变了这两个电极之间的电容量。检测互电容大小时,横向的电极依次发出激励信号,纵向的所有电极同时接收信号,这样可以得到所有横向和纵向电极交汇点的电容值大小,即整个触摸屏的二维平面的电容大小。根据触摸屏二维电容变化量数据,可以计算出每一个触摸点的坐标。因此,屏上即使有多个触摸点,也能计算出每个触摸点的真实坐标。
自电容鬼影的产生机理
图1、 自电容鬼影的产生机理

FocalTech互电容解决方案

FocalTech在互电容领域拥有数十项国内国际专利,包括互电容式触摸屏体的设计,互电容式触摸检测电路、触摸检测算法、环境自适应算法等技术。利用FocalTech自有专利技术,可以大幅提升互电容触摸屏的以下性能:

1) 抗电磁干扰能力

抗电磁干扰是容式触摸屏系统性能最关键的因素。从2007年起,即有公司开始提供自电容方案的电容式触摸屏技术,但由于抗电磁干扰设计较差,经常发生来电时无法接电话,或者通话结束时无法挂电话的情况。再加上环境变化时触摸屏失效频繁,造成了多个电容式触摸屏手机项目失败,甚至间接引起一些方案公司的倒闭。Focaltech借鉴了现代无线通信领域的跳频技术,同时提高了TX的发送功率,在提高系统信噪比的同时有效抑制了电磁干扰。

2) 信噪比(SNR)

SNR定义为指接收到的信号功率和噪声功率的比值。SNR是触摸屏系统性能另一个关键因素,其高低直接决定了触摸的精度、线性度和分辨率等性能好坏。FocalTech主要通过三个途径提高SNR。首先是提高信号发送功率。提高了信号发送信号功率,相应的就提高了接收到信号的功率,从而增加了 SNR。其次,降低噪声也是一个有效的方法。FocalTech提供触摸屏设计方案,这些方案都做了非常好的屏蔽设计,例如在触摸屏底部靠LCD一侧增加地平面,在屏体四周增加地线隔离等。这些措施可有效降低噪声的功率。还有一个办法就是提高触摸引起的电容变化量。触摸电容变化量,正比于信号功率。即触摸变化量越大,则检测到的信号功率越大。FTS独有的触摸屏专利技术,能大大提高触摸引起的电容变化率,通常能达到30%以上,远远高于iPhONe 所采用的触摸屏仅为18%的变化量。
 
3) 环境适应性

自动适应环境变化,对触摸屏系统亦十分重要。触摸屏直接暴露在空气中,空气的温度、湿度都会影响触摸屏体的电容大小。而触摸屏表面的水滴,则有可能直接造成误触摸。一个良好的设计,必须能在非常大范围能适应环境温度湿度的变化,并且在有少量水的条件下,能正常进行触摸。FocalTech专门开发了环境自适应算法,并配合相应的触摸屏体设计,已经完全解决了环境变化对触摸屏影响问题。

4) 功耗

对于便携式设备而言,功耗也非常关键。而互电容技术采用了二维检测而不是自电容的一维检测,大大增加了检测电路的功耗和后期处理数据的功耗。通常而言,相同规格的触摸屏,互电容技术功耗为自电容技术的2~3倍。因此,降低功耗变得十分关键。 FocalTech同时采用了多项技术来降低功耗。在IC设计时,把功耗列为约束第一位,如采用低功耗结构、低功耗工艺、增加硬件加速器等。在坐标计算中,FocalTech开发出了快速坐标计算方案,可简化计算量,大大降低了数据后期处理的时间和功耗。此外,还设计了多个功耗模式,系统可以灵活使用这些模式,降低整体使用功耗。根据实测,FocalTech的方案功耗仅为同类方案功耗的一半左右。
 FocalTech触控芯片基本架构
图2、 FocalTech触控芯片基本架构

技术和市场发展趋势

随着研究的深入,互电容技术不断成熟,其基本功能、基本架构都已经确定,将来的发展主要集中在细部优化,比如进一步提高信噪比、改善触摸精度(特别是边沿的精度)、降低功耗、增加适应环境变化的能力、提高扫描速度、多点ID识别、多点应用开发,减少悬空触摸影响等。

目前互电容式触摸屏在欧美市场已经成为主流,出货量不断攀升,这也极大促进电容式触摸屏产业链的完善。随着产业链的逐步完善,众多供应商的加入,新材料、新技术和新工艺的应用,也带来各项成本的下降,从而降低整体模组的价格。一些电容触摸屏模组大厂预测,在2011年,完成电极刻蚀的ITO玻璃的价格将降到0.3~0.5美元/英寸,不到现在价格的一半;目前,深圳一些小厂的出货价已经非常接近这个区间。我们预计,电容式触摸屏将来会有明显的降价,在2011年,3.5’’的模组的价格可降到5~6美元;而一些低端产品,更有可能达到4美元左右,甚至更低。届时,电容屏将大幅挤占目前电阻屏的市场,无论品牌机或是山寨机市场,电容屏都将成为主流。
相关资讯
华虹半导体2025年Q1业绩解析:逆势增长背后的挑战与破局之路

2025年第一季度,华虹半导体(港股代码:01347)实现销售收入5.409亿美元,同比增长17.6%,环比微增0.3%,符合市场预期。这一增长得益于消费电子、工业控制及汽车电子领域需求的复苏,以及公司产能利用率的持续满载(102.7%)。然而,盈利能力显著下滑,母公司拥有人应占溢利仅为380万美元,同比锐减88.05%,环比虽扭亏为盈,但仍处于低位。毛利率为9.2%,同比提升2.8个百分点,但环比下降2.2个百分点,反映出成本压力与市场竞争的加剧。

边缘计算新引擎:瑞芯微RV1126B四大核心技术深度解析

2025年5月8日,瑞芯微电子正式宣布新一代AI视觉芯片RV1126B通过量产测试并开启批量供货。作为瑞芯微在边缘计算领域的重要布局,RV1126B凭借3T算力、定制化AI-ISP架构及硬件级安全体系,重新定义了AI视觉芯片的性能边界,推动智能终端从“感知”向“认知”跃迁。

半导体IP巨头Arm:季度营收破12亿,AI生态布局能否撑起估值泡沫?

2025财年第四季度,Arm营收同比增长34%至12.4亿美元,首次突破单季10亿美元大关,超出分析师预期。调整后净利润达5.84亿美元,同比增长55%,主要得益于Armv9架构芯片在智能手机和数据中心的渗透率提升,以及计算子系统(CSS)的强劲需求。全年营收首次突破40亿美元,其中专利费收入21.68亿美元,授权收入18.39亿美元,均刷新历史纪录。

Arrow Lake的突破:混合架构与先进封装的协同进化

2024年10月,英特尔正式发布Arrow Lake架构的酷睿Ultra 200系列处理器,标志着其在桌面计算领域迈入模块化设计的新阶段。作为首款全面采用Chiplet(芯粒)技术的桌面处理器,Arrow Lake不仅通过多工艺融合实现了性能与能效的优化,更以创新的混合核心布局和缓存架构重新定义了处理器的设计范式。本文将深入解析Arrow Lake的技术突破、性能表现及其对行业的影响。

暗光性能提升29%:深度解析思特威新一代AI眼镜视觉方案

2025年5月8日,思特威(股票代码:688213)正式发布专为AI眼镜设计的1200万像素CMOS图像传感器SC1200IOT。该产品基于SmartClarity®-3技术平台,集成SFCPixel®专利技术,以小型化封装、低功耗设计及卓越暗光性能,推动AI眼镜在轻量化与影像能力上的双重突破。公司发言人表示:"AI眼镜的快速迭代正倒逼传感器技术升级,需在尺寸、功耗与画质间实现平衡,这正是SC1200IOT的核心价值所在。"