基于電容式觸摸屏系統介紹及相關解決方案

　　觸摸屏廣泛應用于我們日常生活各個領域，如手機、媒體播放器、導航系統、數碼相機、數碼相機、數碼相框、PDA、游戲設備、顯示器、電器控制、醫療設備等等。

　　通用的觸摸屏技術包括適用于移動設備和消費電子產品的電阻式觸摸屏和投射電容式（projected capacitive）觸摸屏以及用于其他應用的表面電容式（surface capacitive）觸摸屏、表面聲波（SAW）觸摸屏和紅外線觸摸屏。

　　電阻式觸摸屏

　　應用比較多的電阻式觸摸屏（圖1）具有空氣間隙和間隔層的兩層ITO（Indium Tin Oxide,銦錫氧化物）。電阻式觸摸屏是大批量應用、經過驗證、低成本的技術。其缺點是：薄弱的機械性能；堆疊厚，相對較為復雜；不能檢測多個手指的動作；前面板實現方案易損壞；有限的工業設計選項；光學性能不良；需要用戶校準。

　　圖1 電阻式觸摸屏

　　投射電容式觸摸屏

　　觸摸屏的電容觸摸控制采用一個用傳導物質（如ITO）做涂層的表面來存儲電荷。傳導物質沿屏的X軸和Y軸傳導電流。當傳導（如手指）觸摸時控制電場發生變化，而且可以確定沿水平軸和垂直軸觸摸的位置。在帶按鍵觸摸位置的應用中，把分立的傳感器放置在特定按鍵位置的下面，當傳感器的電場被干擾時系統記錄觸摸和位置。投射電容式觸摸屏示于圖2。

　　圖2 投射電容式觸摸屏

　　投射電容式觸摸屏比其他觸摸屏技術的優勢是：

　　出色的信噪比；

　　整個觸摸屏表面具有高精度；

　　能夠支持多個觸摸；

　　通過“厚的”電介質材料進行感應；

　　無需用戶校準。

　　QTouch技術

　　QTouch技術是Atmel觸摸技術部前身Quantum（量研科技）的專利。所開發的集成電路技術是基于電荷——傳輸電容式感測。QTouch IC檢測用傳感器芯片和簡單按鍵電極之間單連接來檢測觸摸（圖3）。QTouch器件對未知電容的感測電極充電到已知電位。電極通常是印刷電路板上的一塊銅區域。在1個或多個電荷——傳輸周期后測量電荷，就可以確定感測板的電容。在觸摸表面按手指，導致在該點影響電荷流的外部電容。這做為一個觸摸記錄。也可確定QTouch微控制器來檢測手指的接近度，而不是絕對觸摸。判斷邏輯中的信號處理使QTouch健全和可靠。可以消除靜電脈沖或瞬時無意識觸摸或接近引起的假觸發。

　　圖3 Qtouch技術示意圖

　　QTouch傳感器可以驅動單按鍵或多按鍵。在用多按鍵時，可以為每個按鍵設置1個單獨的靈敏電平。可以用不同大小和形狀的按鍵來滿足功能和審美要求。

　　QTouch技術可以采用兩種模式：正常或“觸摸”模式和高靈敏度或“接近”模式。用高靈敏電荷傳輸接近感測來檢測末端用戶接近的手指，用用戶接口中斷電子設備或電氣裝置來啟動系統功能。

　　為了優異的電磁兼容，QTouch傳感器采用擴頻調制和稀疏、隨機充電脈沖（脈沖之間具有長延遲）。單個脈沖可以比內部串脈沖間隔短5%或更短。這種方法的優點是較低的交叉傳感器干擾，降低了RF輻射和極化率，以及低功耗。

　　QTouch器件對于慢變化（由于老化或環境條件改變）具有自動漂移補償。這些器件具有幾十的動態范圍，它們不需要線圈、振蕩器、RF元件、專門纜線、RC網絡或大量的分立元件。QTouch做為一個工程方案，它是簡單、耐用、精巧的方案。

　　在幾個觸摸按鍵互相靠近時，接近的手指會導致多個按鍵的電容變化。Atmel專利的鄰鍵抑制（AKS）采用迭代技術重復測量每個按鍵上的電容變化，比較結果和確定哪個按鍵是用戶想要的。AKS抑制或忽略來自所有其他按鍵的信號，提供所選擇按鍵的信號。這可防止對鄰鍵的假觸摸檢測。

　　觸摸屏系統設計

　　一個觸摸屏系統包括：前面板、傳感器薄膜、顯示單元、控制器板和集成支持（圖4）。

　　圖4 觸摸屏系統

　　Atmel公司提供觸摸控制器IC、控制電路板參考設計、傳感器參考設計、集成支持和傳感器測試設備設計，而合作伙伴提供傳感器薄、傳感器和前面板的集成和控制器電路板。

　　Atmel提供用于1至10個按鍵和/或滑塊/滑輪的器件——QTouch系列；用于多達48個按鍵和/或滑塊/滑輪的器件——QMatrix系列；用于Single Touch和Two Touch觸摸屏的器件QFild和QTwo系列。其中采用QT5320/5480器件的簡易系統示于圖5，觸摸屏、滑塊、滑輪和/或按鍵可由主機通過I2C兼容接口進行選擇。

　　圖5 觸摸屏簡易系統