Проективна ємнісна структура сенсорного екрану
Типові проективні ємнісні датчики монтуються під скляними або пластиковими кришками. На малюнку 1 показаний спрощений вид збоку двошарового датчика. Електроди-випромінювачі (Tx) і приймач (Rx) з'єднані з прозорим оксидом олову індію (ITO) для формування поперечної матриці. Кожен вузол Tx-Rx має характерну ємність. Tx ITO розташований нижче Rx ITO і розділений шаром полімерної плівки або оптичного клею (OCA). Як показано на малюнку, напрям електрода Tx - зліва направо, а напрям електрода Rx - зовні зсередини.
Принцип роботи датчика
Проаналізуємо роботу сенсорного екрану, не враховуючи на даний момент коефіцієнт перешкод: палець оператора позначений геопотенціалом. Rx підтримується в потенціалі Землі за допомогою схеми контролера сенсорного екрану, тоді як напруга Tx є змінною. Змінюється напруга Tx змушує струм проходити через конденсатор Tx-Rx. Ретельно збалансований інтегральний ланцюг Rx виділяє і вимірює заряди, що надходять у Rx. Виміряні заряди являють собою "взаємну ємність", що з'єднує Tx і Rx.
Статус датчика: недоторканий
На малюнку 2 показана принципова схема магнітної лінії в недоторканому стані. За відсутності контакту з пальцем магнітні лінії Tx-Rx займають значне місце в кришці. Термін "проективна ємність" походить від того, що крайні магнітні лінії проектуються поза структурою електрода.
Статус датчика: Торкніться
Коли палець торкається кришки, між Тх і пальцем утворюються магнітні лінії, які замінюють велику кількість крайових магнітних полів Tx-Rx, як показано на малюнку 3. Таким чином дотик пальцем зменшує взаємну ємність Tx-Rx. Схема вимірювання заряду розпізнає різну ємність (Delta C) і виявляє палець над переходом Tx-Rx. Виміривши всі перетини матриці Tx-Rx з Delta C, можна отримати розподіл на дотик по всій панелі.
На малюнку 3 також показаний ще один важливий ефект: ємнісний зв’язок між пальцями та електродами Rx. Через цей шлях електричні перешкоди можуть бути пов'язані з Rx. Певна ступінь зчеплення пальця-Rx неминуча.
Спеціальна термінологія
Інтерференція проективного ємнісного сенсорного екрана породжується нечутливою паразитичною сполукою шляху. Термін "земля" зазвичай використовується для позначення або опорного вузла в ланцюзі постійного струму, або з'єднання низького опору з землею: вони не є однаковими термінами. Насправді, для портативних пристроїв з сенсорним екраном ця різниця є першопричиною перешкод для зв'язку сенсорного з’єднання. Для уточнення та уникнення плутанини ми використовуємо наступні терміни для оцінки перешкод на сенсорному екрані.
Земля: підключіть до землі, наприклад, заземлюючим проводом розетки змінного струму з трьома отворами. Розподілена Земля: З'єднання ємності між об'єктами та землею.
DC Ground: опорний вузол постійного струму для портативних пристроїв.
Живлення постійного струму: напруга акумулятора для портативних пристроїв. Або вихідна напруга зарядного пристрою, підключеного до портативного пристрою, наприклад, 5 В Vbus в зарядному пристрої USB.
DC VCC (джерело живлення постійного струму VCC): стабільне джерело напруги для портативних електронних пристроїв (включаючи РК-контролери та контролери сенсорного екрану).
Нейтральний: ланцюг живлення змінного струму (номінальний геопотенціал).
Гаряче: напруга живлення змінного струму, відносна нульова лінія застосовують електричну енергію.
РК-Vcom, з'єднаний з схемою отримання сенсорного екрану
Сенсорний екран портативного пристрою можна встановити безпосередньо на екрані РК-дисплея. У типовій архітектурі ЖК рідкокристалічні матеріали зміщуються прозорими верхніми та нижніми електродами. Нижні електроди визначають кількість одиничних пікселів екрану дисплея; верхні загальні електроди - це суцільна площина, що охоплює весь візуальний передній кінець екрану дисплея, який зміщений при напрузі Vcom. У типовому портативному пристрої низької напруги (наприклад, мобільному телефоні) напруга змінного струму змінного струму - це квадратна хвиля, яка коливається вперед і назад між постійним струмом і 3,3 В. Рівень змінного струму змінного струму зазвичай перемикається один раз на лінію відображення, тому частота генерованого змінного струму змінного струму становить 1/2 від продукту частоти оновлення кадру відображення та кількості рядків. Типовий портативний пристрій може мати частоту змінного струму змінного струму 15 кГц. На малюнку 4 зображено напруга рідкокристалічного Vcom, пов'язане з сенсорним екраном.
Двошаровий сенсорний екран складається з окремого шару ITO, покритого масивами Tx і Rx, розділеними діелектричним шаром. Рядки Tx займають всю ширину міжряддя Tx, і між лініями відокремлюється лише мінімальний інтервал, необхідний для виготовлення. Ця архітектура називається самозахищеною, оскільки масиви Tx захищають масиви Rx від LCD Vcom. Однак з'єднання все ж може відбуватися через міжпростір Tx діапазонів.
Щоб знизити витрати на архітектуру та досягти кращої прозорості, одношаровий сенсорний екран встановлює масиви Tx та Rx на одному рівні ITO та з'єднує масиви через окремі мости по черзі. Тому масив Tx не може утворювати захисний шар між площиною РК Vcom та датчиком Rx датчика. Це може призвести до серйозних перешкод Vcom.
Перешкоди зарядного пристрою
Іншим потенційним джерелом перешкод на сенсорному екрані є джерело живлення комутації для зарядних пристроїв мобільного телефону. Перешкода з'єднується з сенсорним екраном через пальці, як показано на малюнку 5. Невеликий зарядний пристрій для мобільних телефонів зазвичай має джерело живлення змінного струму та нульовий вхід, але заземлення немає. Зарядний пристрій надійно ізольований, тому між входом живлення та вторинною котушкою зарядного пристрою немає постійного струму. Однак це все-таки генерує ємнісну сполуку через комутаційний трансформатор електроживлення. Зарядний пристрій перешкоджає поверненню шляху, торкаючись екрана пальцем.
Примітка. У цьому випадку перешкоди зарядного пристрою стосуються прикладеної напруги пристрою відносно землі. Цей вид перешкод може бути описаний як "загальний режим" перешкод через його еквівалентність в джерелі живлення постійного струму та постійному струмі. Якщо шум перемикання між джерелом живлення постійного струму та землею постійного струму недостатньо фільтрується, це може вплинути на нормальну роботу сенсорного екрану. Ця проблема коефіцієнта відхилення джерела живлення (PSRR) є ще однією проблемою, про яку не піде мова в цій роботі.
Опір зарядного пристрою
Перешкоди комутації зарядного пристрою генеруються за допомогою ємності витоку ємності (близько 20 пФ) первинної та вторинної обмоток трансформатора. Це слабке ємнісне з'єднання можна компенсувати паразитичними шунтовими конденсаторами у відносно розподіленій області кабелів зарядного пристрою та самих приймальних пристроїв. Коли пристрій підібрано, паралельна ємність збільшиться, що зазвичай достатньо для усунення перешкод комутатора зарядного пристрою та уникнення перешкод, що впливають на роботу дотику. Коли портативний пристрій підключено до зарядного пристрою та розміщено на робочому столі, а палець оператора торкнеться лише сенсорного екрану, від зарядного пристрою буде найгірше втручання.
Перемикання інтерференційного компонента зарядного пристрою
Типовий зарядний пристрій для мобільних телефонів використовує топологію зворотного зв'язку. Форми хвиль перешкод, що генеруються зарядним пристроєм, є складними і сильно відрізняються від зарядного пристрою. Це залежить від деталей схеми та стратегії управління вихідною напругою. Амплітуда перешкод також сильно різниться, залежно від проектних зусиль та одиничної вартості виробника на щиті комутаційного трансформатора. Типові параметри включають: форму хвилі: включаючи складну квадратну хвилю ШІМ та сигнал дзвінка LC. Частота: 40 ~ 150 кГц при номінальному навантаженні, коли навантаження дуже мало, частота імпульсів або цикл стрибків падають нижче 2 кГц. Напруга: до половини пікової напруги джерела живлення = Vrms / 2.
Компонент збудження зарядного пристрою
На передньому кінці зарядного пристрою випрямник напруги живлення змінного струму генерує зарядний пристрій високої напруги. Таким чином, компонент напруги комутації зарядного пристрою накладається на синусоїдальну хвилю половини напруги живлення. Як і порушення перемикання, напруга живлення поєднується з комутаційним ізоляційним трансформатором. На частотах 50 Гц або 60 Гц частота цього компонента значно нижча, ніж частота комутації, тому його ефективний імпеданс зв'язку відповідно вище. Сила перешкод напруги живлення залежить від характеристик паралельного опору заземлення та чутливості контролера сенсорного екрана до низької частоти.
Особливий випадок порушення живлення: 3-отвірча вилка без заземлення Адаптери живлення з більш високою номінальною потужністю (наприклад, адаптери змінного струму для ноутбука) можуть бути обладнані вилками змінного струму з 3 отворами. Для придушення вихідної ЕМП зарядний пристрій може внутрішньо підключити заземлювальний штифт основного джерела живлення до постійного струму виходу. Цей тип зарядного пристрою зазвичай з'єднує конденсатор Y між лінією вогню та нульовою лінією та землею, тим самим пригнічуючи електропередачу EMI від лінії електропередачі. Якщо припустити, що з'єднання існує навмисно, такі адаптери не будуть перешкоджати переносним пристроям з сенсорним екраном, що живлять від ПК та USB-з'єднань. Пунктирний каркас на рисунку 5 ілюструє цю конфігурацію. Для ПК та його підключених через USB портативних пристроїв із сенсорним екраном, якщо зарядний пристрій ПК із входом живлення з трьома отворами вставлений у роз'єднану розетку, виникає особливий випадок перешкод зарядного пристрою. Y конденсатор пари живлення змінного струму на вихід постійного струму. Порівняно велика ємність Y може ефективно з'єднати напругу живлення, що робить більшу пару частоти напруги живлення через палець на сенсорному екрані з відносно низьким опором. Короткий зміст цієї статті В даний час проективний ємнісний сенсорний екран, який широко використовується в портативних пристроях, вразливий до електромагнітних перешкод. Напруга перешкод зсередини або зовні буде приєднано до пристрою сенсорного екрану через ємність. Ці напруги перешкод можуть спричинити рух заряду в сенсорному екрані, що може заплутати вимірювання руху заряду, коли палець торкається екрана. Тому ефективна конструкція та оптимізація системи сенсорного екрана залежить від розпізнавання шляху з’єднання перешкод і максимального зменшення або компенсації. Шлях з'єднання інтерференції включає паразитарні ефекти, такі як ємність обмотки трансформатора та ємність пристрою пальця. Моделюючи ці впливи належним чином, можна повністю розпізнати джерело та розмір перешкод. Для багатьох портативних пристроїв зарядні пристрої є основним джерелом перешкод для сенсорних екранів. Коли палець оператора торкається сенсорного екрана, отримана ємність призводить до того, що зарядний пристрій може перешкоджати вимикання ланцюга зчеплення. Якість екрануючої конструкції всередині зарядного пристрою та належна конструкція заземлення зарядного пристрою є ключовими факторами, що впливають на перешкоди з'єднання зарядного пристрою.
