电容 触摸屏 原理

电容式触控技术入门及实例解析 洪锦维 著 化学工业出版社

1.Pixcir IC 特点： ............................................................................................. 1

2.触控技术的瓶颈 .............................................................................................. 1

3.电容式触控芯片设计方法 ......................................................................... 3

1)开关电容法Switched Capacitor Method .......................................................... 3

2)充电转换法(Charge Transfer Method) .............................................................. 4

3)张驰振荡法(Relaxation Oscillator Method) ...................................................... 6

4)串联电容分压法(Series Capacitor Voltage Division Method) .......................... 7

1.Pixcir IC 特点：

1)采用低压制程 0~3.3V 每秒充放电30million次。E=1/2CU2 ，可知较低的电压可以减少充放电过程中的能量损耗。

2)高压制程的输入一般是1.8～5V,扫描脉冲一般为10V+，所以需要增加DC/DC电路，模拟电路设计增加了芯片体积与功耗。使用高压制程是为了提高信噪比。

ｓｎｅｊ—　ｕ　Ｆｅｎ×　堡　主坌塑薹　

电容式触摸屏中寄生电容原理及测量方法探讨　

龙玲丽张樱凡何宜洋　

（西南科技大学信息工程学院，四川绵阳６２１Ｏ００）　

摘要：影响电容式触摸屏灵敏度的因素有很多，寄生电容ｃ　的大小、覆盖层的厚度、焊盘问空隙等都会对触摸屏带来影响，因此寄　生电容的大小设定尤为重要，而寄生电容的提取和测量并不容易。现主要对寄生电容的影响因素作详细的理论分析，并提出了一种测量　寄生电容的方法。　关键词：触摸屏；寄生电容；设计；提取；测量　

０引言　

以往电容式触摸屏中寄生电容的大小通常都是根据经验　

所得，一般设定在５～１５　ｐＦｌ１　范围内，但是这种基于经验的设　

计在实践中会带来触摸精度不够高等问题。寄生电容的测量　

在以往的研究中讨论得比较少，但在触摸按键的设计过程中，　

如果能够通过实验准确测出寄生电容的大小，就可以为触摸按　

键的参数设计提供理论计算值，并且可以对触摸按键中的寄生　

电容值大小进行定量更改。下文介绍并分析了一种寄生电容　

的测量方法。　

１寄生电容设计分析　

电容式触摸屏的结构如图１所示。　

图１电容式触摸屏结构　

寄生电容就是图Ｉ中的ＰＣＢ与覆铜的电极Ｘ、Ｙ构成的。　

在触摸按键的设计过程中，寄生电容的大小表达式为：　

ｃ一　（１）　“　式中，ｅ为介电常数；ｓ为耦合面积；　为极板间的距离。　

因为电容的大小跟这３个因素有关，所以通过改变电容的　

这些因素，就可以改变电容值的大小。共有３种方法，分别为　

改变极距、改变面积和改变介质。下面就着重讨论这３种因素　

对电容值的影响以及这些因素的变化会对寄生电容传感器灵　

敏度、线性度带来哪些影响。　

１．１变极距型寄生电容　下面讨论变极距型电容传感器的灵敏度和非线性。平行　

板电容器的电容量由式（１）可知。假设两极板间距离的初始值　

为　，电容器初始电容为　，当极板间距有一定增量时Ａｄ，传　

感器的电容为：　

ｃ　＋　（２）　一　ｎ＋　一　。　

可求得：　

Ａｃ—ｃ—ｃｒ、　

1.机构设计

a.面板的材质必须是塑胶，玻璃，等非导电物质。

b. 在机构设计阶段同时也必需设计操作流程，以选择合适的产品，如果是按键的产品，要考虑是否有复合按键的设计，或是综合滑动操作及按键操作等，如果是以滑动操作的产品，就必须考虑是否需要切割出按键。

c.由於感应电极与面板接触点之间不能有空隙，所以机构设计上必须考虑将感应验路板直接黏贴在外壳面板的内侧，以及考虑面板的组装方式。

d.同样的，感应电极与手指之间不能有金属层夹在中间，所以面板上不可以有金属电镀及含金属超过15%的喷漆等会形成导电层的设计。

e.如果必须电镀或高金属含量漆，请在按键区域的边缘保留一圈不要电镀或喷漆，用以隔绝其他感应开关。

f.如果面板是有弧度而非平面，可以利用软板、弹簧、导电橡皮等导电物将感应电极延伸到面板上，并在面板内侧制造出感应电极，如果面板与感应电极之间有空隙也可以用这个方式填补空隙，或加厚感应电极区域的面板。

g.机构设计的外壳厚度会影响感应电极的大小，所以必须先完成机构设计，才能接续开发流程。

h.如果感应电路板後面有大片金属或电路板，必须保留若干空隙，以避免灵敏度降低或干扰感应电极，如果是金属板，金属板必须接地，空隙保留至少0.3mm以上，如果是电路板，尽量减少高频电路经过，并保留至少1.0mm的空隙。

i.有上述状况的感应电路板，虽然保留了足够的间距，最好能将感应电极再加大，以利後续调整灵敏度的步骤。

j.感应电极可以用电路板铜箔来做，亦可以采用FPC软性电路板，ITO蚀ORGACON（CARBON）印刷等导电物质。

2. 决定感应电极的尺寸

a. 依照机构设计的面板厚度决定感应电极的最小尺寸，面板厚度1mm时感应电极最小3mm直径的圆，面板厚度7mm时感应电极最小10mm直径的圆，在机构及电路板空间的允许下尽量将感应电极加大。

b.感应电极最小不可以小於1/3个手指的面积。

c.注意感应电极附近是否有金属螺丝或铁板等大型金属物，如果有，必须将金属物接地，并再加大感应电极的面积，以避免灵敏度降低。

电容触摸屏的工作原理

电容触摸屏是一种常见的触摸屏技术，它基于电容的变化原理来实现触摸操作。电容触摸屏由一层传感电极和一层驱动电极构成，它们之间通过绝缘材料隔开。

当不进行触摸操作时，驱动电极会给传感电极施加一个正弦波电压信号。由于绝缘材料的存在，电流不会从驱动电极流向传感电极。

当用户用手指或导体物体接触到触摸屏表面时，人体的电容会导致触摸屏屏幕的电容发生变化。此时，由于触摸点接地，传感电极和驱动电极之间会形成一个电容。这个电容会形成一个电压分压电路，导致传感电极接到的电压信号变化。

接下来，触摸屏的控制器会通过监测传感电极接到的电压信号变化来确定触摸的位置和触摸的动作。电容触摸屏控制器会实时采集和分析传感电极的电压信号，并将其转化为数字信号供计算机或其他设备使用。

通过以上原理，电容触摸屏能够实现高灵敏度、快速响应和多点触控等功能。同时，电容触摸屏也具有抗划伤、透明度高等优点，因此被广泛应用于手机、平板电脑、汽车导航系统等设备中。