互电容式触摸屏技术浅析
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互电容触摸屏原理互电容触摸屏(Mutual Capacitive Touchscreen)原理是一种常见于现代触摸屏的工作原理。
互电容触摸屏是指在触摸屏的表面上覆盖了一个非导电的透明材料,通过感应导电物体的电容变化从而实现触摸操作。
透明导电层:互电容触摸屏的透明导电层通常由氧化金属或导电聚合物材料制成。
这层材料相对薄而透明,可以完全覆盖在显示屏上。
它的主要作用是形成一个电容场,以便检测触摸。
电容传感器:电容传感器是一些由导电材料制成的微小电极。
这些电极分布在互补的X和Y轴上,形成一个电容阵列。
电容传感器的作用是测量导电物体与触摸屏之间的电容变化。
控制器:控制器是互电容触摸屏的核心组件,它负责解读电容传感器的信号,并将其转化为具体的触摸动作。
控制器使用特定的算法和软件来处理电容传感器的数据,并将其转化为坐标数据发送到计算机或设备的操作系统。
显示器:显示器是互电容触摸屏的最后一个组件,它用于显示计算机或设备的图像和信息。
显示器通常与控制器集成在一起,以便在触摸屏上显示触摸输入的反馈信息。
互电容触摸屏的工作原理是通过利用电容器的原理来实现的。
当没有物体接近触摸屏时,电容场会均匀地分布在屏幕的表面上。
当触摸屏上的一些区域被导电物体接触时,该区域的电容场会被改变。
这是因为导电物体的存在会导致电容变化,改变了电容场的分布。
总之,互电容触摸屏通过感应电容变化来实现触摸操作。
它的工作原理基于电容器的性质,通过电容传感器和控制器的配合来确定触摸位置和动作。
互电容触摸屏已经成为现代电子设备中最常见的输入方式之一,在智能手机、平板电脑、电视和其他触控设备中广泛应用。
原理:
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。
当人体手指接近时,会导致局部电容量减少,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。
就因此,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。
结构:
菱形pattern
条形pattern
互电容式
优点:
互电容触摸屏优点:
1、在无需校准。
2、避免“鬼点”效应,可以实现真正的多点触摸。
3、不受温度、湿度、手指湿润程度、人体体重、地面干燥程度影响,不会产生“漂移”现象。
电器工作原理剖析电容触摸屏的工作原理和灵敏度电容触摸屏是现代电器产品中常见的一种交互方式。
它以其灵敏度和高效性而受到广泛的应用。
本文将对电容触摸屏的工作原理和灵敏度进行深入剖析。
一、电容触摸屏的基本工作原理电容触摸屏的基本工作原理是利用电容效应实现的。
其结构通常由两层导电玻璃构成,中间隔以微细的空隙或涂有导电物质的透明层。
触摸屏上面的导电玻璃被称为感应电极层,下面的导电玻璃则是驱动电极层。
当触摸屏不被触摸时,感应电极层和驱动电极层之间没有电流流动,此时两层电极相互不影响。
但当触摸屏被触摸时,感应电极层上的电场会发生变化。
当手指接触到触摸屏时,感应电极层的电场会随之改变,这是因为人体具有一定的电容。
改变后的电场会传递到驱动电极层,形成一个电容耦合。
感应电极层和驱动电极层之间的电容耦合会导致电流流动,触摸屏会将这个电流信号转换为相应的触控信息,进而实现对设备的控制和操作。
因此,当手指在触摸屏上滑动或点击时,触摸屏会感应到相应的位置及操作信息。
二、电容触摸屏的灵敏度电容触摸屏的灵敏度是评价其性能的重要指标之一。
灵敏度取决于多个因素,包括电容触摸屏的材料、结构和电路参数等。
1. 材料:触摸屏的感应电极层通常使用的是导电材料,如导电玻璃或金属。
感应电极层的导电性能直接影响到触摸屏的灵敏度。
因此,选择高导电性的材料能够提高触摸屏的灵敏度。
2. 结构:触摸屏的结构对其灵敏度也有重要影响。
触摸屏通常采用多层结构,中间隔以微细的空隙或涂有导电物质的透明层。
触摸屏的结构应该合理设计,以确保电场变化能够快速被感测到,并且能够准确地定位触摸点。
3. 电路参数:电容触摸屏的电路参数也对灵敏度产生影响。
触摸屏的电路需要具备较高的放大倍数和高速的信号处理能力,以便能够更快更准确地捕捉到电容变化产生的微弱信号。
为了提高电容触摸屏的灵敏度,还可以通过软件算法优化实现。
例如,可以采用信号过滤、误触处理和噪声抑制等方法,来提高触摸屏对真实触摸操作的响应度。
电容触摸屏的原理和缺点
电容触摸屏是一种常见的触摸输入技术,其原理基于电容变化的检测。
以下是电容触摸屏的原理和一些常见的缺点:
1. 原理:电容触摸屏由一层透明导电物质(如导电玻璃)形成的电场传感器组成。
当手指或其他导电物体接触到屏幕上时,产生了人体电容,会导致电场发生变化。
该变化被触摸屏控制器检测到,并转换为在屏幕上的触摸坐标。
2. 灵敏度:电容触摸屏非常灵敏,能够检测到细微的触摸动作,并且支持多点触控(例如,双指缩放和旋转)。
这使得用户可以更直接地与设备进行交互。
3. 透明度:电容触摸屏通常非常透明,不会影响图像的显示质量。
这使得它成为许多消费电子设备(如智能手机和平板电脑)的常见选择。
然而,电容触摸屏也存在以下一些缺点:
1. 成本:相对于其他触摸技术,电容触摸屏通常更昂贵。
这是由于其复杂的制造过程和较高的材料成本。
2. 灵敏度限制:电容触摸屏对于非人体导电物体的灵敏度较低。
这意味着使用手套、笔或其他非导电物体进行触摸时,检测的准确性可能降低。
3. 响应速度:由于电容触摸屏依赖于电场变化的检测,因此响应速度可能不如其他触摸技术(如电阻式触摸屏)快速。
这可能在某些应用中引起稍微的延迟。
总体而言,电容触摸屏是一种功能强大的触摸输入技术,但也有一些局限性。
随着技术的发展,电容触摸屏不断改进,以提高性能并克服一些缺点。
电容式触摸屏技术研究与应用第一章前言电容式触摸屏技术是目前广泛应用于智能手机、平板电脑和其他移动设备中的一种触摸屏技术。
它利用电容原理检测触控位置,具有高灵敏度、高清晰度、光学透明性和多点触控等优点。
虽然电阻式触摸屏(Resistive Touch Screen)和电容式触摸屏之间存在一定的差异,但电容式触摸屏技术因其优越的特性而广受欢迎,近年来得到了快速发展和广泛应用。
本文将对电容式触摸屏技术的原理、发展历程和应用进行研究探讨。
第二章原理电容式触摸屏是一种利用电容原理工作的触摸屏。
它由透明的导电玻璃和透明的电容感应层组成。
在触摸屏的表面,通过玻璃和感应层形成一个电容器,当人体(或者其他导电体)接触熔融屏幕时,电容器的电容值将发生变化,电容感应层就会检测出触摸屏位置和轻按力度。
根据电容式触摸屏的原理,可以将它分为以下两种类型:1. 项目式电容触摸屏项目式电容触摸屏是一种利用导电材料或细小的银纳米线形成电容感应网格的触摸屏。
该触摸屏适用于制造大面积的触摸屏,可以实现多点触控和滑动操作。
2. 互联式电容触摸屏互联式电容触摸屏具有更高的灵敏度和精度。
它是一种以透明的导电材料形成互连网络的触摸屏。
在这种触摸屏上,导电电容层将细微的电容压力传递到触摸输入器,从而实现了更精准的触摸响应。
第三章发展历程电容式触摸屏技术的发展经历了以下几个阶段:1. 20世纪90年代初期20世纪90年代初期,电容式触摸屏技术被广泛应用于公共场所的信息亭和交互式电视。
这时的电容式触摸屏技术主要采用的是传统的电容检测技术,有一些问题,如对规模较大平面玻璃的触摸会出现平面不匀、不精密的问题。
2. 电阻式触摸屏替代在经历了几年的发展后,电容式触摸屏技术逐渐被电阻式触摸屏技术替代。
这是因为当时的电容式触摸屏技术虽然有一定的优势,但价格较高,难以推广应用。
电阻式触摸屏以其实际可行的价格和良好的效果,很快在移动设备上得到了广泛应用。
3. 新的技术随着技术的发展,电容式触摸屏技术逐渐得到改进,如在高灵敏度、高分辨率、多点触控和全透明化方面有了大的提升。
电容式触摸屏原理和技术的特点电容式触摸屏是通过在基材上镀上一层或者多层导电材料(比如铟锡氧化物ITO)而制成,之后与保护盖板密封贴合以保护电极。
当其它的导电体,比如裸露的手指或者导电笔触摸到它的表面,一个电子回路就在那里形成,感应器嵌入在玻璃里面以检测电流的位置,就这样完成了一个触摸操作。
这种工作方式跟电阻TP依靠物理点击是完全不一样的。
电容式触摸屏可以分为以下两大类:Surface Capacitive-表面电容式在玻璃基板上镀上透明导电涂层,然后在导电涂层上增加一层保护涂层。
电极被放置在玻璃的四个角上,四个角都被施加上相同的相位电压,在玻璃表面形成一个匀强电场。
当手指触摸到玻璃表面,电流将从玻璃的四个角上流经手指,从四个角上流经的电流比例将被测量以判断触摸点的具体位置。
测量出来的电流值跟触摸点到四个角的距离是成反比的。
技术特点:◆更适合大尺寸的显示器◆对很轻的触摸都有反应,而且不需要感应实际的物理压力◆由于只有一层玻璃,产品的透过率很高◆结构坚固,因为它只由一层玻璃组成◆潮湿、灰尘和油污对触摸效果不会产生影响◆视差小◆高分辨率和高响应速度◆不支持裸露手指与带手套组合操作,不支持裸露手指与手写笔组合操作◆不支持多点触摸◆有可能被噪声干扰Projected Capacitive-投射电容式相比表面电容式,投射电容式触摸屏通常用在较小的屏幕尺寸上,内部结构上包括一个集成了IC芯片用于处理数据的线路板,拥有指定图案的许多透明电极层,表面上覆盖一层绝缘的玻璃或者塑料盖板。
当手指接近触摸屏表面,静电电容在多个电极间同时变化,通过测量这些电流之间的比例,可以精确地判断出接触的位置。
投射电容式技术有两种感应方式:栅格式和线感式。
人体能够导电是因为含有大量的水份,当手指靠近X和Y电极的图案,在手指和电极间将产生一个耦合电容,耦合电容会使用X和Y电极间的静电电容发生变化,通过侦测电极间哪个位置的静电电容发生变化,触摸感应器就能发现具体的触摸点。
浅谈电容式触控屏电容式触控屏是为解决电阻式触控屏的不少缺陷和不足而出现的,它的许多特性都有着明显的针对性,从构造来看,它主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,在触摸屏四边都有着长条电极,它们与导电体内形成低电压交流电场,在人体接触到屏幕之后,四边电极发出的电流将会以十次交叉的方式准确测出触摸点的位置。
这样的设计对于产品本身的耐用性来说也有着很好的保证,一般来说电容式触控屏都能够有充分的空间多加入一块保护玻璃,充分地起到保护作用,并且在使用当中完全避免电阻式触控屏极易产生的水波纹现象,更好地保证画面效果。
在电容式触控屏的触摸原理的基础上,多点触控操作就成为了可能,这个我们曾经在《少数派报告》当中所瞠目结舌的操作方式在苹果的iPhone 上首先成为了现实。
从原理来说,电阻式触控屏每一次必然只能接受一个触控点,如果触控点增多,系统就无法进行正确的判断,比如在很多手机上我们所能做的就是利用手写笔或者手指,点触圈定功能或进行手写输入。
而当iPhone出现之后,电容式触控原理的显示屏就能够接纳两个甚至多个接触点的分析判断,以此来完成更加复杂的操作,比如放大缩小图片,比如更加轻松地进行界面的拖拽等等。
十足魅力的操作方式极大地提升了产品的可玩性,苹果iPhone和iPod touch的Multi-Touch、台电的电容式全屏多点触控WQVGA分辨率显示屏等,都推动了这一前卫体验的普及。
诚然,前卫的技术需要有具备强大能力的厂商,这样的技术对于产品成本的控制是一个考验,苹果的两款机型长时间都处于较高的价位,这不仅是苹果本身的产品定位,更是因为对于成本的顾忌,毕竟苹果的其它产品现在也开始走性价比路线,400元就能够拿下iPod shuffle,但是iPod Touch仍然在2500元水平,这自然是有一定道理的。
而另一方面,多点触摸作为一个颇具吸引力的功能,让不少厂商也有意识地打打擦边球来争取更多的消费者。
互容触摸屏工作原理
触摸屏是一种常用的输入设备,它通常被用于电子设备控制面板、手机、平板电脑等。
触摸屏的工作原理是通过感应人体电场的变化,来判断用户在屏幕上的触摸位置。
触摸屏主要分为电阻屏和电容屏两种。
电阻屏的工作原理是通过两层导电材料之间的空气间隙,来感应人体电场的变化。
当用户用手指触碰到电阻屏表面时,上下两层导电材料之间的电阻值会发生变化,从而产生一个电流信号,通过此信号来计算用户的触摸位置。
电阻屏相对较便宜,但灵敏度不高,不支持多点触控。
电容屏的工作原理是通过感应人体电场对电容量的影响来判断用户的触摸位置。
电容屏上覆盖着一层透明导电层,当用户用手指触摸屏幕时,会形成一个人体电场,这个电场会影响到导电层的电容量,从而产生一个电信号。
通过这个信号来计算用户的触摸位置。
电容屏支持多点触控,并且灵敏度较高,但相对来说价格也较贵。
总的来说,触摸屏的工作原理都是基于感应人体电场的变化,从而计算出用户的触摸位置。
选择哪种触摸屏,应该根据具体需求的不同,选择对应的类型。
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。
图1、自电容鬼影的产生机理。
FocalTech互电容解决方案
敦泰科技(FocalTech)是较早开始互电容式触摸屏技术研究和开发的公司之一,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。
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。
敦泰科技(深圳)有限公司供稿。