浅谈投射式电容触摸屏设计

　　摘要：投射式电容触摸屏以优越的可操作性和可靠性，逐步成为手机等电子产品的主流。文章从原理、结构等方面，简单介绍投射式电容触摸屏的设计要点。

　　1 工作原理

　　投射式电容触摸屏是在玻璃表面用一层或多层ITO（Indium Tin Oxides，透明导电薄膜，纳米铟锡金属氧化物，具有良好的导电性和透明性）制作X 轴和Y 轴电极矩阵，当手指触摸时，手指和ITO 表面形成一个耦合电容，引起电流的微弱变动，通过扫描X 轴和Y 轴电极矩阵，检测触摸点电容量的变化，计算出手指所在位置。

　　投射式电容触摸屏可分为自电容式触摸屏和互电容式触摸屏。

　　自电容式触摸屏的X 轴和Y 轴电极矩阵分别与地形成电容，当手指触摸电容屏，手指电容与电极电容叠加，使电极电容量增加。

　　检测时，自电容式触摸屏依次分别检测X 轴和Y轴电极矩阵，根据触摸前后电容量的变化，分别确定X 轴坐标和Y 轴坐标，得出电容屏的触摸点坐标。

　　单个触摸点在X 轴和Y 轴方向的坐标都是的。当有两个触摸点且这两个触摸点不在同一X 轴或同一Y 轴时，在X 轴和Y 轴形成4 个坐标，但其中只有两个坐标是真实的，另外两个就是俗称的“鬼点”，因此自电容式触摸屏无法实现真正的多点触摸。

　　互电容式触摸屏的X 轴和Y 轴电极矩阵交叉处形成电容，即X 轴和Y 轴电极分别构成了电容的两极，当手指触摸电容屏，与触摸点附近的两个电极产生耦合电容，造成这两个电极之间电容量的变化。

　　检测时，Y 轴电极矩阵分时依序发出信号，X 轴电极矩阵同时接收信号，从而得到所有X 轴和Y 轴电极矩阵交叉点的电容值，根据电容量的变化，可计算出每一个触摸点坐标，目前可以支持到10 个手指的触摸。

　　2 结构设计

　　常见的投射式电容触摸屏结构有三种。

　　Glass+Glass 结构（单面ITO），层Glass 称为Lens（盖板），第二层Glass 称为Sensor，两层玻璃通过OCA（Optical Clear Adhesive，光学透明胶，具有良好的粘合力和透过性）粘合在一起，ITO 层镀在Sensor 上表面，其中Y- Sensor 通过金属桥连通。如图2 所示。

　　Glass+Glass 结构（双面ITO），与单面ITO 不同的地方是，ITO 层分别镀在Sensor 上/ 下表面。如图3 所示。

　　Glass+Film 结构，与其它两种结构不同的是，第二层采用了Film（薄膜），ITO 层镀在Film 上，根据IC 的不同和电容屏厂制造工艺的不同，可采用一层膜或多层膜结构。如图4 所示。

　　表1 所示为三种结构在制程方面的对比。

表1 Glass+Glass 结构（单面ITO）、Glass+Glass 结构（双面ITO）、Glass+Film 结构的制程对比

　　3 感应图形及走线设计

　　感应图形即Sensor 层的ITO 图形，通常采用菱形+ 菱形的设计，另外根据各家IC 特性，还有六边形+ 菱形、雪花形等设计。常见的玻璃结构菱形+菱形设计如图5 所示。

　　Sensor 层的ITO 走线主要有分屏走线和交叉走线两种（如图6 所示）。Y- Sensor 和图形之间需用地线隔开，X- Sensor 线和Y- Sensor 之间同样需用地线隔开。

　　4 驱动电路设计

　　图7 所示为基本的投射式电容触摸屏驱动电路，采用IIC 串行接口。

图7 基本的投射式电容触摸屏驱动电路

表2 投射式电容触摸屏启动电路解析

　　5 FPC 设计

　　5.1 常规设计

　　（1）Sensor 线线宽一般为0.075mm，Sensor线线隙一般为0.075mm，过孔外径/ 内径一般为0.4mm/0.2mm。

　　（2）X- Sensor 线和Y- Sensor 线不可重叠；如果平行， 中间用GND 线隔离，GND 线线宽为Sensor 线线宽的2 倍；如无法避免交叉走线，则尽量垂直，减小交叉面积，降低寄生电容。

　　（3）IC 外围的元器件尽量靠近IC 放置。

　　（4）FPC 正/ 反面铺网格状接地铜箔，减小GND 线电阻，屏蔽外部干扰。

　　5.2 抗ESD 设计

　　（1）在VDD 引脚处增加压敏电阻，提高抗ESD电压。

　　（2）连接IC 和主机的数据线铺网格状接地铜箔，保护IIC 信号，防止ESD 干扰串入主板。

图9 FPC 设计图

　　5 生产流程

　　生产流程如图10 所示。

　　6 结论

　　随着技术的演进，投射式电容触摸屏的应用已经愈来愈多元化，从手持装置到家电产品，触摸技术几乎无所不在，投射式电容触摸屏必然会将人机交互推向一个新的时代。