Projektív kapacitív érintőképernyő felépítése
A jellemző projektív kapacitív érzékelőket üveg- vagy műanyag borítások alá szereljük. Az 1. ábra egy kétrétegű érzékelő egyszerűsített oldalnézete. Az emitter (Tx) és a vevő (Rx) elektródok átlátszó indium-ón-oxidhoz (ITO) vannak csatlakoztatva, hogy keresztirányú mátrixot képezzenek. Mindegyik Tx-Rx csomópont jellegzetes kapacitással rendelkezik. A Tx ITO az Rx ITO alatt helyezkedik el, és polimer film vagy optikai ragasztóréteg (OCA) választja el egymástól. Amint az ábrán látható, a Tx elektróda iránya balról jobbra, az Rx elektróda iránya kívülről és belülre van.
Az érzékelő működési elve
Elemezzük az érintőképernyő munkáját anélkül, hogy figyelembe vennénk az interferencia tényezőt: a kezelő ujját geopotenciálnak kell jelölni. Az Rx az érintőképernyő vezérlő áramkörén keresztül fennmarad a földpotenciálban, míg a Tx feszültség változó. A változó Tx feszültség miatt az áram átjut a Tx-Rx kondenzátoron. Egy gondosan kiegyensúlyozott Rx integrált áramkör izolálja és méri az Rx-be belépő töltéseket. A mért töltések a "kölcsönös kapacitást" jelentik, amely a Tx-t és az Rx-t összeköti.
Az érzékelő állapota: érintetlen
A 2. ábra a mágneses vonal sematikus vázlata. Ujjérintkezés hiányában a Tx-Rx mágneses vonalak jelentős helyet foglalnak el a burkolatban. A "projekciós kapacitás" kifejezés abból a tényből származik, hogy a szélső mágneses vonalakat az elektróda szerkezetén kívül vetítik ki.
Érzékelő állapota: Érintse meg a gombot
Amikor az ujj megérinti a fedelet, mágneses vonalak alakulnak ki a Tx és az ujj között, amelyek nagyszámú Tx-Rx élmágneses teret cserélnek ki, a 3. ábra szerint. Ilyen módon az ujjal történő érintés csökkenti a Tx-Rx kölcsönös kapacitást. A töltésmérő áramkör felismeri a változó kapacitást (Delta C), és érzékeli az ujját a Tx-Rx csomópont felett. A Tx-Rx mátrix és a Delta C metszéspontjának megmérésével a teljes panel tapintási eloszlása megkapható.
A 3. ábra egy másik fontos hatást mutat: az ujjak és az Rx elektródok közötti kapacitív kapcsolás. Ezen az úton az elektromos zavarok összekapcsolhatók az Rx-vel. Az ujj-Rx kapcsolás bizonyos fokú elkerülhetetlen.
Speciális terminológia
A projekciós kapacitív érintőképernyő interferenciáját az érzéketlen parazita útvonal-csatlakozás hozza létre. A "föld" kifejezést általában egy egyenáramú áramkörben szereplő referencia csomópontra, vagy a földhez való alacsony impedanciájú kapcsolatra utalják: ezek nem ugyanazok a kifejezések. Valójában a hordozható érintőképernyős eszközök esetében ez a különbség az érintőkapcsoló interferencia kiváltó oka. A tisztázás és a zavar elkerülése érdekében az alábbi kifejezéseket használjuk az érintőképernyő-zavarok értékelésére.
Földelés: Csatlakoztassa a földeléshez például egy három lyukú hálózati aljzat földelő vezetékén keresztül. Elosztott föld: Kapacitációs kapcsolat a tárgyak és a föld között.
DC föld: DC referencia csomópont hordozható eszközökhöz.
DC tápellátás: Akkumulátor feszültsége hordozható eszközök számára. Vagy egy hordozható eszközhöz csatlakoztatott töltő kimeneti feszültsége, például egy 5 V-os busz az USB interfész töltőjében.
DC VCC (DC VCC tápegység): Stabil feszültségforrás a hordozható elektronikus eszközök számára (beleértve az LCD és az érintőképernyő vezérlőket).
Semleges: váltakozó áramú áramkör (névleges geopotenciál).
Forró: AC tápfeszültség, a nulla relatív vonal áramot ad.
LCD Vcom csatlakoztatva az érintőképernyő vételi áramköréhez
A hordozható eszköz érintőképernyőjét közvetlenül az LCD-képernyőre lehet telepíteni. Egy tipikus LCD-architektúrában a folyadékkristályos anyagokat átlátszó felső és alsó elektródok torzítják. Az alsó elektródok meghatározzák a kijelző egyes pixeleinek számát; a felső közös elektródok a kijelző teljes képernyőjének teljes végét lefedő folytonos sík, amely a Vcom feszültségnél el van feszítve. Egy tipikus kisfeszültségű hordozható eszközben (például mobiltelefon) az AC VCOM feszültsége egy négyszöghullám, amely oda-vissza oszlik a DC és a 3,3 V között. Az AC Vcom szintet megjelenítési soronként általában egyszer váltják, tehát az generált AC Vcom frekvenciája a kijelző keretének frissítési gyakoriságának és a sorok számának a fele. Egy tipikus hordozható eszköz AC kimeneti frekvenciája 15 kHz lehet. A 4. ábra az LCD Vcom feszültségét szemlélteti az érintőképernyővel.
A kétrétegű érintőképernyő különálló ITO rétegből áll, amelyet Tx és Rx tömbök fednek le, dielektromos réteggel elválasztva. A Tx vonalak a Tx tömb távolságának teljes szélességét foglalják el, és a sorok között csak a gyártáshoz szükséges minimális távolság van elválasztva. Ezt az architektúrát önvédőnek hívják, mivel a Tx tömbök az Rx tömböket árnyékolják az LCD Vcom-tól. A kapcsolás azonban továbbra is megtörténhet a Tx sávok közötti térben.
Az architektúra költségeinek csökkentése és a jobb átláthatóság elérése érdekében az egyrétegű érintőképernyő egyetlen ITO rétegre telepíti a Tx és az Rx tömböket, és egymás után külön hidakon keresztül köti össze a tömböket. Ezért a Tx tömb nem képezhet árnyékoló réteget az LCD Vcom sík és az érzékelő Rx elektródja között. Ez súlyos Vcom interferenciakapcsolathoz vezethet.
A töltő zavarása
Az érintőképernyős interferencia másik lehetséges forrása a tápellátással ellátott mobiltelefon-töltők kapcsolási áramellátása. Az interferencia az ujjakon keresztül az érintőképernyőhöz kapcsolódik, amint az az 5. ábrán látható. A kicsi mobiltelefon-töltő általában AC tápegységgel és nulla bemenettel rendelkezik, de nincs földi csatlakoztatása. A töltő biztonságosan el van szigetelve, így nincs közvetlen áram kapcsolat a tápfeszültség bemenete és a töltő másodlagos tekercse között. Ez azonban továbbra is kapacitív csatolást hoz létre a kapcsoló tápegység leválasztó transzformátorán keresztül. A töltő az ujjával a képernyő megérintésével zavarja a visszatérési utat.
Megjegyzés: Ebben az esetben a töltő interferenciája a készüléknek a talajhoz viszonyított alkalmazott feszültségére vonatkozik. Az ilyen típusú interferencia "általános üzemmódú" interferenciaként írható le, mivel egyenértékű az egyenáramú tápegységben és az egyenáramú földben. Ha az egyenáramú tápegység és az egyenáramú föld közötti kapcsolási zajt nem szűrik megfelelően, akkor ez befolyásolhatja az érintőképernyő normál működését. Ez a tápegység elutasítási arány (PSRR) probléma egy másik probléma, amelyet ebben a cikkben nem tárgyalunk.
A töltő csatlakozó impedanciája
A töltő kapcsolási interferenciáját a transzformátor primer és szekunder tekercseinek szivárgási kapacitás (kb. 20pF) összekapcsolása okozza. Ezt a gyenge kapacitív csatolást parazita sönt kondenzátorok kompenzálhatják a töltőkábelek és a fogadó eszközök viszonylag elosztott területén. Az eszköz felvételekor a párhuzamos kapacitás növekszik, ami általában elég ahhoz, hogy kiküszöböljük a töltő kapcsoló interferenciáját és elkerüljük az érintés működését befolyásoló interferenciát. Ha a hordozható készüléket csatlakoztatja a töltőhöz és az asztalra helyezi, és a kezelő ujja csak az érintőképernyőt érinti, akkor a töltő a legrosszabb esetben interferenciát okoz.
A töltő interferenciakomponense
A tipikus mobiltelefon-töltő flyback áramköri topológiát használ. A töltő által generált interferencia hullámformák bonyolultak és a töltőtől függően nagyban különböznek. Ez az áramköri részletektől és a kimeneti feszültségszabályozási stratégiától függ. Az interferencia amplitúdója szintén nagyban változik, a kapcsolótranszformát pajzsán lévő gyártó tervezési erőfeszítésétől és egységköltségétől függően. A tipikus paraméterek a következők: hullámforma: beleértve a komplex PWM négyszöghullámot és az LC csengő hullámformát. Frekvencia: 40 ~ 150 kHz névleges terhelés alatt, ha a terhelés nagyon kicsi, az impulzusfrekvencia vagy az ugrási ciklus működése 2 kHz alá esik. Feszültség: az áramellátás csúcsfeszültségének feléig = Vrms / 2.
A töltő tápegységének zavaró komponense
A töltő elülső végén az AC tápfeszültség-egyenirányító generálja a töltő magas feszültségű sínjét. Ilyen módon a töltő kapcsolófeszültség-elemét a tápfeszültség szinuszos hullámának felére helyezzük. A kapcsolási zavarhoz hasonlóan a tápfeszültséget kapcsoló leválasztó transzformátor köti össze. 50 Hz vagy 60 Hz frekvencián ennek az alkatrésznek a frekvenciája sokkal alacsonyabb, mint a kapcsolási frekvencia, tehát tényleges kapcsolási impedanciája ennek megfelelően magasabb. Az áramellátási feszültség interferenciájának súlyossága a föld párhuzamos impedanciájának jellemzőitől és az érintőképernyő-vezérlő alacsony frekvenciaérzékenységétől függ.
Az energiaellátás zavarának különleges esete: földelés nélküli 3 lyukú csatlakozó, a nagyobb névleges teljesítményű hálózati adapterek (például laptop hálózati adapterek) felszerelhetők 3 lyukú hálózati csatlakozókkal. A kimeneti EMI elnyomása érdekében a töltő belsőleg csatlakoztathatja a fő tápegység földelő csapját a kimenet DC földjéhez. Ez a fajta töltő általában összeköti az Y kondenzátort a tűzvezeték és a nulla vonal és a föld között, ezáltal elnyomva az elektromos vezeték EMI-jét. Feltételezve, hogy a kapcsolat szándékosan létezik, az ilyen adapterek nem zavarják a PC-kkel és USB-kapcsolatokkal ellátott hordozható érintőképernyő-eszközöket. Az 5. ábra szaggatott drótváz ezt a konfigurációt szemlélteti. A PC és az USB-hez csatlakoztatott hordozható érintőképernyő-készülékek esetén, ha a három lyukú tápegységgel ellátott PC-töltőt egy nem csatlakoztatott hálózati aljzatba dugják, a töltő speciális zavarát okozza. Az Y kondenzátor az AC tápegységet a DC kimenetre kapcsolja. Egy viszonylag nagy Y kapacitás hatékonyan képes a tápegység feszültségét kapcsolni, ami a nagyobb tápegység frekvencia-feszültségét az érintőképernyő ujján keresztül viszonylag alacsony impedanciájúvá teszi. A cikk összefoglalása Manapság a hordozható eszközökben széles körben használt projektív kapacitív érintőképernyő érzékeny az elektromágneses zavarokra. Az interferencia feszültséget belülről vagy kívülről kapacitás révén az érintőképernyő eszközhöz kell kapcsolni. Ezek az interferencia-feszültségek a töltés mozgását okozhatják az érintőképernyőn, ami összetévesztheti a töltés mozgásának mérését, amikor az ujj megérinti a képernyőt. Ezért az érintőképernyő-rendszer hatékony kialakítása és optimalizálása az interferencia-kapcsolódási út felismerésétől és a lehető legnagyobb mértékű csökkentéstől vagy kompenzációtól függ. Az interferencia-kapcsolási út parazita hatásokkal jár, például a transzformátor tekercselési kapacitása és az ujj-eszköz kapacitása. Ezen hatások megfelelő modellezése révén teljes mértékben felismerhető az interferencia forrása és mérete. Számos hordozható eszköznél az akkumulátortöltők képezik az érintőképernyők fő zavaró forrását. Amikor a kezelő ujja megérinti az érintőképernyőt, a kapott kapacitás miatt a töltő zavarja a kapcsoló áramkört. A töltő belső árnyékolásának minősége és a töltő megfelelő földelési kialakítása a legfontosabb tényezők, amelyek befolyásolják a töltő interferencia kapcsolását.
