如何轻松面对多点电容触摸屏的设计挑战

　　摘要：本文介绍了多点电容触摸屏设计所面临的十大挑战，并说明如何使用TTSP方案帮助设计者面对这些挑战，使多点电容触摸屏设计比以往更容易。

　　引言

　　多点电容触摸屏的设计并非轻而易举、唾手可得。严格地讲，多点电容触摸屏技术还并不是一个完全成熟的技术，它还是一个处于发展阶段并且不断发展不断完善的技术。对于一个多点电容触摸屏的设计者而言，在它面前仍然面临着诸多的设计挑战。本文介绍多点电容触摸屏设计有哪些设计挑战，和如何使用TTSP方案来帮助设计者面对这些挑战，使多点电容触摸屏设计比以往更容易。

　　设计挑战

　　挑战一
　　如何将由于手指触摸而产生的微小的互电容变化转化成数字信号，并具有足够的分辨率?一般地讲，多点触摸是基于互电容感应原理，而互电容是发射感应条与接受感应条在交叉点处的寄生电容，这个电容非常小，通常在0.2~4pF，而手指触摸而产生的互电容的变化就更小了。对这种微小的互电容变化的检测，不仅需要有对电容变化高度灵敏的硬件检测电路以实现微弱模拟电量到数字信号的转换，同时也需要相应的软件来进行控制协调，以保证在整个触摸屏上的每一点对手指触摸信号有足够高的灵敏度。

　　挑战二
　　如何获得足够快的扫描时间?对于一个M行和N列感应条的单点触摸屏，使用自电容扫描，仅需要分别扫描M行和N列后就可以根据每一行和每一列信号来进行计算，来定位手指在触摸屏上的坐标。它扫描感应条的次数是M+N次。当你使用多触点互电容扫描时，由于必须是行和列的交叉点扫描，所以它的扫描次数是M×N次扫描交叉点的次数。对于一个10行20列的3.2寸屏，自电容扫描只需要10+20=30次，而互电容扫描却要10×20=200次。当触摸屏的尺寸越来越大时，扫描次数的增加越来越快。为了使用户有比较好的触摸体验，它需要每秒至少扫屏50次。 这就意味着每一个点的扫描加数据处理的时间必须少于100ms，这样才能保证有足够快的响应时间。而触摸屏的尺寸越大时，行和列数目就会越多，这个时间就更短。

　　挑战三
　　触摸按键、触摸滑条和触摸板都使用铜箔作为触摸感应器，但触摸屏基本上都使用ITO(铟锡氧化物)材料作为触摸感应层。铜箔的电阻率极小，因而它的电阻几乎可以忽略不计。ITO透明而导电，但ITO却有比较高的电阻率。 通常在触摸屏上ITO的电阻率用方阻来表示，即一个单位方块的电阻是多少。 一般地，ITO的方块电阻从45~350Ω不等，取决于触摸屏生产厂家的涂层工艺。由于ITO电阻的存在，使得在触摸屏上的每一个感应条的近端和远端会有3k~30kΩ的电阻，这个电阻结合每一个感应条上的自电容所产生的RC延迟，就使感应条的近端和远端会对发射的信号有不同的响应时间或者充放电时间，进而导致在近端和远端的手指触摸信号有大小的不同。严重的情况，这种不同可以达到50%以上。如何消除或减少这个差异，是多点电容触摸屏设计的第三个挑战。虽然选择方阻更低的ITO涂层是减少这个差异最直接的方法，但通常方阻更低的ITO涂层的厚度会更厚，导致透明度的下降和成本的增加。对很多终端客户来讲是不可接受的。

　　挑战四
　　信噪比(SNR)是多点电容触摸屏设计中最重要的指标之一。对一个触摸屏来讲，有足够大的手指信号是远远不够的。事实上，触摸屏并非置身于象牙塔内，在它的周围有诸多的噪声源。比如，紧贴在它下面的LCD就是一个噪声源，不同的LCD甚至不同的显示画面，其噪声的大小和频谱都不一样。尤其是对有些AC Vcomm类型的LCD，它能够在LCD的表面产生高达15nA/mm2的电流噪声和1V以上的电压噪声。虽然一个ITO的屏蔽层被放在触摸屏的下面的方案被一些设计者所采用, 但屏蔽层的增加，导致触摸屏厚度的增加和成本的增加，也一定程度影响了可视性。并非所有的终端客户都可以接受。手机本身的射频信号和外界的电磁波也会对其产生干扰。当采用触摸屏的终端采用外部市电供电时，通过来自电网和电源适配器可能产生很大的共模噪声。还有使人感到棘手的充电器噪声，触摸屏及系统本身所产生的噪声如AD转换带来噪声、开关噪声以及电源噪声和ESD测试所使用的8千伏ESD(静电放电)噪声。在这么一个多噪声的环境中，如何使触摸屏系统对各种噪声源的噪声有很好的噪声免疫力获得足够高的信噪比是多点电容触摸屏设计的第四个挑战。