電容式觸摸屏設(shè)計規(guī)范精典

1、電容式觸摸屏設(shè)計規(guī)范【導讀】：本文簡單介紹了電容屏方面的相關(guān)知識，正文主要分為電子設(shè) 計和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個部分。電子設(shè)計部分包含了原理介紹、電路設(shè)計等方面，結(jié)構(gòu) 設(shè)計部分包好了外形結(jié)構(gòu)設(shè)計、原料用材、供應(yīng)商工藝等方面【名詞解釋】1. V.A區(qū)：裝機后可看到的區(qū)域，不能出現(xiàn)不透明的線路及色差明顯的區(qū)域等。2. A.A區(qū)：可操作的區(qū)域，保證機械性能和電器性能的區(qū)域。3. ITO： Indium Tin Oxide氧化錮錫。涂鍍在Film或Glass上的導電材料。4. ITO FILM：有導電功能的透明PET膠片。5. ITO GALSS：導電玻璃。6. OCA： Optically Clear Adh

2、esive 光學透明膠。7. FPC:可撓性印刷電路板。8. Cover Glass (lens)：表面裝飾用的蓋板玻璃。9. Sensor：裝飾玻璃下面有觸摸功能的部件。(Flim Sensor OR Glass Sensor)【電子設(shè)計】一、電容式觸摸屏簡介電容式觸摸屏即 Capacitive Touch Panel (Capacitive TouchScreen),根據(jù)應(yīng)CTP和互電容式CTP。根據(jù)其驅(qū)動原理不同可分為自電容式 CTP簡稱.用領(lǐng)域不同可分為單點觸摸CTP和多點觸摸CTPo工、實現(xiàn)原理電容式觸摸屏的采用多層ITO膜，形成矩陣式分布，以X、Y交叉分布作 為電容矩陣，當手指觸碰

3、屏幕時，通過對X、Y軸的掃描，檢測到觸碰位置的電 容變化，進而計算出手指觸碰點位置。電容矩陣如下圖1所示。1電容分布矩陣圖電容變化檢測原理示意簡介如下所示：名詞解釋：真空介電常數(shù)。e O £ 2：不同介質(zhì)相對真空狀態(tài)下的介電常數(shù)。e 1、d2s2dlSl、分別為形成 電容的面積及間距。觸摸與非觸摸狀態(tài)下電容分布示意圖2C=Cml= £ 1 £ OSl/dl 非觸控狀態(tài)下：，Cml= e 1 eOSl/dlC=Cml*Cmg/（Cml+Cmg）,觸控狀態(tài)下：Cmg=Cml= e 2 e 0S2/d2會根據(jù)非觸控狀態(tài)下的電容值與觸控狀態(tài)下的電容值的差異來電容觸 摸驅(qū)動

4、IC判斷是否有觸摸動作并定位觸控位置。、自電容與互電容2是利用單個電極自身的電容變化傳輸電荷，由一端接地, 另CTP自電容式自電容式（測量信號線本身的電容）一端接激勵或采樣電路來實現(xiàn)電容的識別。的坐標檢測是依次檢測橫向和縱向電極陣列，根據(jù)觸摸 前后電容變化分別CTP當觸摸點只有一個時，然后組合成平面坐標確定觸摸位 置。確定橫向和縱向坐標，橫向和縱向可以準確定位；當觸摸點有兩個時，組合 后的坐標也是唯一的一個，另兩其中只有兩個時真實觸摸點，兩兩組合后出現(xiàn)四 組坐標，分別有兩個坐標，個就是屬稱的“鬼點”。所以自電容式CTP無法實現(xiàn)真正的多點觸摸?；ル娙菔紺TP失利用兩個電極進行傳輸電荷，一端接激勵

5、，另一端接采 樣電路來實現(xiàn)電容的識別（測量垂直相交的兩個信號之間的電容）?；ル娙菔紺TP 坐標檢測也是檢測橫向和縱向電極陣列，不同的是它是由橫向依次發(fā)送激勵而縱 向同時接收信號，這樣可以得到所有橫向和縱向交匯點的電容值，根據(jù)電容值的 變化可以計算出每一個觸摸點的坐標，這樣即使有多個觸摸點也能計算出每個觸 摸點的真實坐標。所以互電容式CTP可以實現(xiàn)真實多點觸控。自電容的優(yōu)點是簡單、計算量小，缺點是單點、速度慢；互電容的優(yōu)點是 真實多點、速度快，缺點是復(fù)雜、功耗大、成本高。3、結(jié)構(gòu)及材料使用二、驅(qū)動IC簡介電容屏驅(qū)動IC是電容屏工作處理的主體，是采集觸摸動作信息和反饋信 息的教體,IC采用電容屏工

6、作的原理采集觸摸信息并通過內(nèi)部MPU對信息進行 分析處理從而反饋終端所需資料進行觸摸控制。IC與外部連接是通過對外的引腳進行的，電容屏驅(qū)動IC廠家眾多，各自的設(shè)計 也不盡相同，但是基本原理也是大同小異，因此個驅(qū)動IC的芯片引腳也比較類 似，只有個別引腳是各自功能中特殊的設(shè)計，如下對電容屏驅(qū)動IC的引腳做一 個簡單的說明。,是電容屏的電容驅(qū)動信號輸出腳。TX或Driver驅(qū)動信號線：即. 感應(yīng)信號線：即Sensor或RX,是電容屏的電容感應(yīng)信號輸入腳。 電源電壓:分模擬電源電壓和數(shù)字電源電壓。模擬電壓范圍一般為2.6V3.6V, 典型值為2.8V和3.3V；數(shù)字電壓即電平電壓為L8V3.3V,由

7、主板端決定。 電容屏設(shè)計可以設(shè)計為單電源和雙電源兩種模式，目前以單電源供電為主（可以 減少接口管腳數(shù)）。GND：也分為模擬地和數(shù)字地兩種，一般兩種地共用，特殊情況下需將兩種地 分開以減少兩種地之間的串擾現(xiàn)象。12c接口： I2C接口包括I2C_SCL和I2C_SDAo I2C_SCL為時鐘輸入信號， I2C_SDA為數(shù)據(jù)輸入輸出信導。SPI會口： SPI 接口包括 SPISSEL、SPI_SCK, SPI_SDK SPI_SDOo SPI_SSEL為片選信號，低電平有效；SPI_SCK為時露輸入信號；SPI_SDI 為數(shù)據(jù)輸入信號；SPI_SD。為數(shù)據(jù)輸出信每。RESET：芯片復(fù)位信號，低電平

8、有效。WACK：芯片喚醒信號。TEXT_EN：測試模式使能信號。GPIOO-N：綜合功能輸入輸出I?？?。VREF：基準參考電壓。VDD5：內(nèi)部產(chǎn)生的5V工作電壓。以上引腳定義沒有包含全部的驅(qū)動IC的功能，如LED、Sensor_ID. Key_Sensor等特殊功能作用的管腳，這些管腳需根據(jù)具體IC確認其具體作用 及用法。三、ITO圖形設(shè)計IT?？晌g刻成不同的圖形，不過造價師相同的，而且很難講哪個圖像比其他圖形 工作效率高，因為觸摸屏必須與電子間配合才能發(fā)揮作用。I-phone采用的圖形是最簡單的一種，即在ITO在玻璃一面為橫向電極，在另 一面為縱向電極，此設(shè)計簡單巧妙但幾何學要求特別的工藝電

9、能來產(chǎn)生準確的焦 點。3 I-phone Pattern圖角的軸線組成菱形45°圖形，閉路鎖合的鉆石形Pattern是最常見的ITO塊，每個菱形塊通過小橋連接，此圖形用于兩片玻璃，一片是橫向菱形排，另一 菱形圖形大導電圖形在玻璃內(nèi)側(cè)，行與列對應(yīng)鎖定后貼合。片是縱向的菱形列， CTP之間，幾乎所有電子控制器（4-8mm小不一，取決于制造商，但基本在.控制IC）都可用于此圖形。Pattern 4圖菱形IC有時需要購買許可。一些復(fù)雜圖形的ITO圖形需要專用的電子控制器,且為避免濫用或保護權(quán)利會申請圖形Pattern,廠會根據(jù)自身的特點設(shè)計特定的 專利八 Diamond& Recta

10、ngle、Rectangle、目前基礎(chǔ) IT。Pattern 有 Diamond 等。Hexagon四、布局設(shè)計要求COB兩種方式。IC的放置位目前可分為COF、根據(jù)驅(qū)動，作為終端導向方式被廣泛應(yīng)用，這種設(shè)計方式可根Chip on FPC COF即可兼容據(jù)實際應(yīng)用效果和市場變化在不更改主板的情況下更換電容屏設(shè) 計方案，IC設(shè)計方案。缺點是前期和后期調(diào)試工作量大，備料周期長。多種電 容屏驅(qū)動融合在主板端帶來的一個問題是主板，將驅(qū)動Chip on BoardIC即 COB基本IC方案確定后不能隨意更改設(shè)計方案，因為電容屏驅(qū)動IC和電容屏 驅(qū)動.都不是PIN to PIN兼容的，更換方案意味著重新布

11、局相關(guān)的主板設(shè)計。COB 方案的優(yōu)點成本降低，交期短，方便備料，前期設(shè)計和后期調(diào)試工作量小。 無論是COF或COB方案都需要在布局走線時注意相關(guān)設(shè)計要求，根據(jù)IC原廠 建議以及供應(yīng)商的實際應(yīng)用經(jīng)驗，總結(jié)如下設(shè)計注意事項： 工、關(guān)鍵器件布局各組電源對應(yīng)的濾波電容需靠近芯片引腳放置，走線盡量短，如下為IC 周圍兀件布局示意圖：圖5元件布局示意圖電容屏與主板連接端口周圍不要走高速信號線。出線路徑要求遠及FPC 盡量靠近Host ICo觸控IC方案，觸控對于COBIC天線等。與觸天線、BTGSM 天線、DTV天線、天線、GPSADVFM離天線、附近相關(guān)器件盡量放進屏蔽罩 中，且盡可能采用單獨的屏蔽罩。

12、觸控ICIC控、IC電路或其它邏輯電路時，需 注意用地線隔離保護觸控RF有開關(guān)電源電路、.芯片電源、信號線等。RF是手機中最大的干擾信號，因此對芯片與RF天線間的間距有一定要 求：在頂部要求間距力20mm,在底部要求間距210mm。適用于COF和COB 方案。2、布線1）電源線盡量短、粗，寬度至少0.2mm,建議20.3mm。驅(qū)動和感應(yīng) 信號線走線盡量短，減小驅(qū)動和感應(yīng)走線的環(huán)路面積。驅(qū)動IC未使用的驅(qū)動和感應(yīng)通道需懸空，不能接地或電源。對于COB方案，主板上的信號線走線盡量短，盡量接近與屏體的連接接 口。建議將IC周圍的驅(qū)動和感應(yīng)信號按比例預(yù)留測試點，方便量產(chǎn)測試，最少 需要各留兩個測試點。

13、I2C、SPI、INT、RESET等接口預(yù)留測試點,方便DebugQ2）用地線屏蔽驅(qū)動通道，避免驅(qū)動通道對Vref等敏感信號或電壓造成 干擾。驅(qū)動通道的地線屏蔽6圖3）信號線（驅(qū)動通道和感應(yīng)通道）建議平行走線，避免交叉走線。對于不同層走線的情況，避免兩面重合的平行走線方式（FPC的兩面重合平行 走線會形成電容），相鄰的驅(qū)動通道和感應(yīng)通道平行走線之間以寬度20.2mm 的地線隔離，如下圖所示：正確走線方式7 圖錯誤走線方式圖 8由于結(jié)構(gòu)的限制，導致驅(qū)動和感應(yīng)通道必須交叉走線時，盡量減少交叉的 面積（降低因走線而產(chǎn)生的結(jié)點電容，形成的電容與面積有關(guān)），強制建議交叉 進行垂直交叉走線，特別注意避免多

14、次交叉。同時驅(qū)動和感應(yīng)走線寬度使用最小 走線寬度（0.070.08mm）。dji；DVDD能鼓電容9推薦走線方式（完全垂直） 圖錯誤走線方式（非垂直走線）10圖且中間以建議驅(qū)動和感應(yīng)通道采用分層走線，對于COB方案的多層方案，地線屏蔽。等）SPK I2C）信號線（驅(qū)動和感應(yīng)通道）必須避免和通訊信號線（如4相鄰、近距離平行或交叉，以避免通訊產(chǎn)生的脈沖信號對檢測數(shù)據(jù)造成干擾。對 于距離較近的通訊信號線，需要用地線進行屏蔽平行走線下地線屏蔽隔離11圖圖12錯誤走線方式（交叉）地線及屏蔽保護 5個。建議過孔數(shù)量 芯片襯底必須接地，襯底 上需放置可靠的地線過孔，48驅(qū)動和感應(yīng)驅(qū)動和感應(yīng)通道壓合點兩側(cè)均須

15、放 置地線壓合點，空間允許情況下，通道走線兩側(cè)必須放置地線，建議地線寬度 2.2mm。地線保護圖13走線電阻，屏蔽外部GND未走線區(qū)域需要灌銅，大面積灌銅能減小FPC干擾。建議采用網(wǎng)格狀灌銅，既起到屏蔽作用乂不增加驅(qū)動和感應(yīng)線對地電容。， 連接或COB。無論建議網(wǎng)格銅規(guī)格：Grid=0.3mm, Track=0.1mmCOF,其 信號線走線背面需鋪銅，同時建議增力口接地芯片的GuitarFPC和Sensor的屏 蔽膜。圖14接地屏蔽膜與主控板接口排線盡可能設(shè)置兩根20.2mm的地線，保證電氣可靠接地。 如結(jié)構(gòu)允許，補強可用鋼板，若能保證鋼板可靠接地則效果更好。6）設(shè)計參考FPC設(shè)計時需要考慮的

16、關(guān)鍵尺寸如下圖所示：關(guān)鍵尺寸示意圖圖 15 FPC走線禁止直角或折線，折彎處需倒圓弧；元件擺放區(qū)必須予以補強，F(xiàn)PC 彎折區(qū)及附近不能有過FPC方便貼片或焊接；所有過孔盡量打在補強板區(qū)域， 孔；設(shè)計圖上必須標注補強區(qū)位置及總FPC厚度，彎折區(qū)及附近不能有補強； 彎折區(qū)與元件區(qū)過渡的圓角要達到R=1.0mm,并建議在拐角處加銅線以補充 強度，減少撕裂風險。彎折區(qū)與元件區(qū)過渡之圓角圖 16設(shè)計中還要注意元件區(qū)空間的大小，特別是在結(jié)構(gòu)圖確認中，要充分考在FPC慮 元件區(qū)大小預(yù)留結(jié)構(gòu)空間。ESD防護五、性能直接影響了電子產(chǎn)ESD性能是 電子產(chǎn)品都需要關(guān)注的基本性能，ESD品的電氣性能甚至使用壽命。防護

17、，建議參考事項：CTP設(shè)計時應(yīng)特別注意ESD在FPC放電。，避免邊緣與機 殼開孔或縫隙的距離23mmESD直接對）1FPC）機殼設(shè)計時，建議選用有接 地的金屬外殼或無金屬結(jié)構(gòu)件的塑膠外殼，提供2能力。ESD能ESD,可提供 抗的ESDTVS管等器件，如Focaltech可增加防）部分31c力。12c屏蔽（必 要時增加接地屏蔽膜），保護GND設(shè)計中，增加網(wǎng)格的FPC）4.信號，放置ESD干擾串入主板。5）減小VDD與GND距離，提高抗輻射的ESD干擾能力。6） ITO Sensor周圍進行圍地保護，避免ESD直接干擾Sensor。7）隔離地線保護，IC工作電源地與FPC周圍保護地分離，在IC外圍

18、進行充分 連接，防止ESD直接打到IC上。六、技術(shù)展望隨著電容屏的廣泛應(yīng)用及其市場潛力的開發(fā)，電容屏技術(shù)越來越受到大家 的關(guān)注和肯定。在市場整合方面，電容屏的標準化、共用性是電容屏供應(yīng)商急需努力和實 施的市場技術(shù)要求。在技術(shù)方面，也有幾個不同的發(fā)展方向。3驅(qū)動IC方面，在提高驅(qū)動 IC性能的同時，將LCM驅(qū)動和CTP驅(qū)動融合在一起是一種方向。2、在玻璃面 板方面，輕薄是未來努力的主要方向。一種是在LCD玻璃表面做CTP的ITOSensor,將LCM與CTP融合到一起;一種是in-cell,即直接將CTP Sensor 融合在LCD玻璃里面，即LCD玻璃本身帶有CTP功能。【結(jié)構(gòu)設(shè)計】一、結(jié)構(gòu)及

19、材料使用1、結(jié)構(gòu)G + F結(jié)構(gòu)cover glass+film sensor結(jié)構(gòu)為三角形結(jié)構(gòu)，只支持單點，可做到虛，IT。特點：此結(jié)構(gòu)用單層film sensor擬兩點手勢。總厚度可做薄，中最低的 結(jié)構(gòu)，單價屬電容TP性價比高，優(yōu)點：開模成本很低，Cover外形可更換。 透光性好，交期短，缺點：單點為主，手寫較差，虛擬兩點手勢準確度差。F FG + +尺寸尺寸1ft更推群值(mm)L線寬0.075M貨距0.075N板椎安全向即0.2P壓合區(qū)厚度可笳生產(chǎn)的余小值Q碑折區(qū)厚度0.08-0.10R定找拐角1SIC岸外露餌盤長度O1過孔停盤讓：二上icover glass+film sensor+film sensoro結(jié)構(gòu)： 為菱形結(jié)構(gòu)，支持真實多 點操作。film sensor, ITO特點：此結(jié)構(gòu)用兩層 外形可更