Projectieve capacitieve touchscreenstructuur
Typische projectieve capacitieve sensoren worden gemonteerd onder glazen of plastic afdekkingen. Figuur 1 toont een vereenvoudigd zijaanzicht van een dubbellaags sensor. De emitter (Tx) en ontvanger (Rx) elektroden zijn verbonden met transparant indiumtinoxide (ITO) om een kruismatrix te vormen. Elke Tx-Rx-knoop heeft een karakteristieke capaciteit. Tx ITO bevindt zich onder Rx ITO en wordt gescheiden door een laag polymeerfilm of optische lijm (OCA). Zoals weergegeven in de afbeelding is de richting van de Tx-elektrode van links naar rechts en is de richting van de Rx-elektrode van buiten naar binnen.
Werkingsprincipe van sensor
Laten we het werk van het aanraakscherm analyseren zonder de interferentiefactor te beschouwen: de vinger van de operator is gelabeld als geopotentiaal. Rx wordt in het aardpotentiaal gehandhaafd via het controllercircuit van het touchscreen, terwijl de Tx-spanning variabel is. De veranderende Tx-spanning zorgt ervoor dat de stroom door de Tx-Rx-condensator stroomt. Een zorgvuldig uitgebalanceerd Rx-geïntegreerd circuit isoleert en meet de ladingen die Rx binnenkomen. De gemeten ladingen vertegenwoordigen de "wederzijdse capaciteit" die Tx en Rx verbindt.
Sensor status: onaangeroerd
Figuur 2 toont een schematisch diagram van de magnetische lijn in de onaangeroerde toestand. Bij afwezigheid van vingercontact nemen magnetische Tx-Rx-lijnen aanzienlijke ruimte in beslag in het deksel. De term "projectieve capaciteit" komt van het feit dat de magnetische randranden buiten de elektrodestructuur worden geprojecteerd.
Sensorstatus: aanraken
Wanneer de vinger de afdekking raakt, vormen magnetische lijnen tussen de Tx en de vinger, die een groot aantal Tx-Rx-randmagneetvelden vervangen, zoals weergegeven in figuur 3. Op deze manier vermindert de vingeraanraking de wederzijdse capaciteit van de Tx-Rx. Het ladingsmeetcircuit herkent de variërende capaciteit (Delta C) en detecteert de vinger boven de Tx-Rx-overgang. Door alle snijpunten van de Tx-Rx-matrix met Delta C te meten, kan de aanraakverdeling van het hele paneel worden verkregen.
Figuur 3 toont ook een ander belangrijk effect: capacitieve koppeling tussen vingers en Rx-elektroden. Via deze weg kan elektrische interferentie worden gekoppeld aan Rx. Een zekere mate van vinger-Rx-koppeling is onvermijdelijk.
Speciale terminologie
De interferentie van het projectieve capacitieve touchscreen wordt gegenereerd door de ongevoelige parasitaire padkoppeling. De term "aarde" wordt meestal gebruikt om te verwijzen naar een referentieknooppunt in een DC-circuit of een lage impedantieverbinding met de aarde: het zijn niet dezelfde termen. Voor draagbare apparaten met een aanraakscherm is dit verschil in feite de oorzaak van interferentie met aanrakingskoppeling. Om verwarring te verduidelijken en te voorkomen, gebruiken we de volgende termen om interferentie van het aanraakscherm te evalueren.
Aarde: maak verbinding met de aarde, bijvoorbeeld via de aarddraad van een stopcontact met drie gaten. Gedistribueerde aarde: capaciteitsverbinding tussen objecten en de aarde.
DC-aarde: DC-referentieknooppunt voor draagbare apparaten.
DC Power: batterijspanning voor draagbare apparaten. Of de uitgangsspanning van een oplader aangesloten op een draagbaar apparaat, zoals een 5V Vbus in een USB-interface-oplader.
DC VCC (DC VCC-voeding): een stabiele spanningstoevoer voor draagbare elektronische apparaten (inclusief LCD- en touchscreencontrollers).
Neutraal: wisselstroomcircuit (nominale geopotentiaal).
Heet: netspanning, relatieve nullijn past elektrische energie toe.
LCD Vcom gekoppeld aan ontvangstscherm van touchscreen
Het touchscreen van een draagbaar apparaat kan rechtstreeks op het LCD-scherm worden geïnstalleerd. In een typische LCD-architectuur worden vloeibare kristalmaterialen bevooroordeeld door transparante bovenste en onderste elektroden. De onderste elektroden bepalen het aantal afzonderlijke pixels van het weergavescherm; de bovenste gemeenschappelijke elektroden zijn het continue vlak dat het gehele visuele voorste uiteinde van het beeldscherm bedekt, dat onder voorspanning staat op de spanning Vcom. In een typisch laagspannings-draagbaar apparaat (zoals een mobiele telefoon) is de AC VCOM-spanning een blokgolf die heen en weer oscilleert tussen DC en 3,3V. AC Vcom-niveau wordt meestal eenmaal per weergaveregel omgeschakeld, dus de frequentie van gegenereerde AC Vcom is 1/2 van het product van de verversingssnelheid van het weergaveframe en het aantal rijen. Een typisch draagbaar apparaat kan een AC Vcom-frequentie van 15 kHz hebben. Figuur 4 illustreert de LCD Vcom-spanning gekoppeld aan het aanraakscherm.
Het uit twee lagen bestaande touchscreen bestaat uit een afzonderlijke ITO-laag bedekt met Tx- en Rx-arrays, gescheiden door een diëlektrische laag. Tx-lijnen beslaan de gehele breedte van de Tx-reeksafstand en alleen de minimale afstand die nodig is voor de fabricage wordt tussen de lijnen gescheiden. Deze architectuur wordt zelfafscherming genoemd omdat Tx-arrays Rx-arrays afschermen van LCD Vcom. Koppeling kan echter nog steeds plaatsvinden via de tussenruimte van Tx-banden.
Om de kosten van de architectuur te verlagen en betere transparantie te bereiken, installeert het touchscreen met één laag Tx- en Rx-arrays op een enkele ITO-laag en verbindt het arrays op hun beurt via afzonderlijke bruggen. Daarom kan de Tx-reeks geen afschermingslaag vormen tussen het LCD Vcom-vlak en de sensor Rx-elektrode. Dit kan leiden tot ernstige Vcom-interferentiekoppeling.
Lader interferentie
Een andere potentiële bron van interferentie met het aanraakscherm is de stroomvoorziening voor opladers voor mobiele telefoons met stroomvoorziening. De interferentie wordt via de vingers aan het aanraakscherm gekoppeld, zoals weergegeven in afbeelding 5. Kleine oplader voor mobiele telefoons heeft meestal een wisselstroomvoeding en nulingang, maar geen aardverbinding. De lader is veilig geïsoleerd, dus er is geen gelijkstroomverbinding tussen de voedingsingang en de secundaire spoel van de lader. Dit genereert echter nog steeds capacitieve koppeling via de scheidingstransformator van de schakelende voeding. De lader interfereert met het retourpad door het scherm met een vinger aan te raken.
Opmerking: In dit geval verwijst laderinterferentie naar de toegepaste spanning van het apparaat ten opzichte van de aarde. Dit soort interferentie kan worden beschreven als "common mode" -interferentie vanwege de gelijkwaardigheid in gelijkstroomvoeding en gelijkstroomaarde. Als het schakelgeluid tussen de DC-voeding en de DC-aarde niet voldoende wordt gefilterd, kan dit de normale werking van het aanraakscherm beïnvloeden. Dit probleem met de afwijzing van de voeding (PSRR) is een ander probleem, dat in dit artikel niet zal worden besproken.
Impedantie van laderkoppeling
De schakelinterferentie van de lader wordt gegenereerd door de koppeling van de lekcapaciteit (ongeveer 20 pF) van de primaire en secundaire wikkelingen van de transformator. Deze zwakke capacitieve koppeling kan worden gecompenseerd door parasitaire shuntcondensatoren in het relatief verspreide gebied van laadkabels en ontvangende apparaten zelf. Wanneer het apparaat wordt opgepakt, neemt de parallelle capaciteit toe, wat meestal voldoende is om de schakelaarinterferentie van de lader te elimineren en te voorkomen dat interferentie de aanraakwerking beïnvloedt. Wanneer het draagbare apparaat is aangesloten op de lader en op het bureaublad is geplaatst en de vinger van de operator alleen het aanraakscherm raakt, is er een ergste storing van de lader.
Schakelinterferentiecomponent van lader
De typische oplader voor mobiele telefoons maakt gebruik van flyback-circuittopologie. De interferentiegolfvormen die door de lader worden gegenereerd, zijn complex en variëren sterk met de lader. Het hangt af van de circuitdetails en de strategie van de uitgangsspanning. De interferentieamplitude varieert ook sterk, afhankelijk van de ontwerpinspanning en eenheidskosten van de fabrikant op het scherm van de schakeltransformator. Typische parameters zijn: golfvorm: inclusief complexe PWM-blokgolf en LC-rinkelende golfvorm. Frequentie: 40 ~ 150 kHz onder nominale belasting, wanneer de belasting erg licht is, daalt de pulsfrequentie of de sprongcyclus onder 2 kHz. Spanning: tot de helft van de piekspanning van de voeding = Vrms / 2.
Storingscomponent van lader Voeding
Aan de voorzijde van de lader genereert de gelijkrichter voor de netspanning de hoogspanningsrail van de lader. Op deze manier wordt de schakelspanningscomponent van de lader gesuperponeerd op een sinusvormige golfhelft van de voedingsspanning. Net als bij schakelverstoring wordt de voedingsspanning gekoppeld door een schakelende scheidingstransformator. Bij 50Hz of 60Hz is de frequentie van deze component veel lager dan de schakelfrequentie, dus de effectieve koppelingsimpedantie is navenant hoger. De ernst van interferentie met de voedingsspanning hangt af van de kenmerken van de parallelle impedantie van de aarde en de gevoeligheid van de touchscreen-controller voor lage frequenties.
Speciaal geval van stroomstoring: stekker met 3 gaten zonder aarding Stroomadapters met een hoger vermogen (zoals laptop-adapters) kunnen worden uitgerust met 3-gaats wisselstroomstekkers. Om de EMI-uitgang te onderdrukken, kan de lader de aardpen van de hoofdvoeding intern verbinden met de DC-massa van de uitgang. Dit soort lader verbindt meestal Y-condensator tussen de vuurleiding en de nulleiding en de aarde, waardoor de geleiding EMI van de voedingslijn wordt onderdrukt. Ervan uitgaande dat de verbinding opzettelijk bestaat, zullen dergelijke adapters niet interfereren met draagbare aanraakschermapparaten aangedreven door pc's en USB-verbindingen. Het gestreepte draadframe in figuur 5 illustreert deze configuratie. Als een pc-lader met drie-gaats voedingsingang in een niet-aangesloten stopcontact wordt gestoken voor pc's en draagbare USB-apparaten met aanraakscherm, treedt er een speciaal geval van laderinterferentie op. Y-condensator koppelt de wisselstroomvoeding aan de DC-uitgang. Een relatief grote Y-capaciteit kan de voedingsspanning effectief koppelen, waardoor de grotere voedingsfrequentiespanning door de vinger op het aanraakscherm wordt gekoppeld met een relatief lage impedantie. Samenvatting van dit artikel Tegenwoordig is het projectieve capacitieve touchscreen dat veel wordt gebruikt in draagbare apparaten, kwetsbaar voor elektromagnetische interferentie. De interferentiespanning van binnen of van buiten wordt via capaciteit aan het aanraakscherm gekoppeld. Deze interferentiespanningen kunnen ladingbeweging in het aanraakscherm veroorzaken, wat de meting van ladingbeweging kan verwarren wanneer de vinger het scherm raakt. Daarom hangt het effectieve ontwerp en de optimalisatie van het touchscreen-systeem af van de herkenning van het interferentiekoppelpad en de reductie of compensatie zoveel mogelijk. Het interferentiekoppelpad omvat parasitaire effecten, zoals de capaciteit van de transformatorwikkeling en de capaciteit van de vingerinrichting. Het op de juiste manier modelleren van deze effecten kan de bron en de grootte van interferentie volledig herkennen. Voor veel draagbare apparaten vormen batterijladers de belangrijkste storingsbron voor aanraakschermen. Wanneer de vinger van de operator het aanraakscherm raakt, zorgt de resulterende capaciteit ervoor dat de lader interfereert met het uitschakelen van het koppelingscircuit. De kwaliteit van het afschermingsontwerp in de lader en het juiste aardingsontwerp van de lader zijn de belangrijkste factoren die de interferentiekoppeling van de lader beïnvloeden.
