电容屏设计规范

电容式触摸屏设计规范

作者： Willis，Tim

【导读】：本文简单介绍了电容屏方面的相关知识，正文主要分为电子设计和结构设计两个部分。电子设计部分包含了原理介绍、电路设计等方面，结构设计部分包好了外形结构设计、原料用材、供应商工艺等方面。

【名词解释】

1. V.A区：装机后可看到的区域，不能出现不透明的线路及色差明显的区域等。

2. A.A区：可操作的区域，保证机械性能和电器性能的区域。

3. ITO：Indium Tin Oxide氧化铟锡。涂镀在Film或Glass上的导电材料。

4. ITO FILM：有导电功能的透明PET胶片。

5. ITO GALSS：导电玻璃。

6. OCA：Optically Clear Adhesive光学透明胶。

7. FPC:可挠性印刷电路板。

8. Cover Glass（lens）：表面装饰用的盖板玻璃。

9. Sensor：装饰玻璃下面有触摸功能的部件。（Flim Sensor OR Glass Sensor）

【电子设计】

一、电容式触摸屏简介

电容式触摸屏即Capacitive Touch Panel（Capacitive Touch Screen），简称CTP。根据其驱动原理不同可分为自电容式CTP和互电容式CTP，根据应用领域不同可分为单点触摸CTP和多点触摸CTP。

1、实现原理

电容式触摸屏的采用多层ITO膜，形成矩阵式分布，以X、Y交叉分布作为电容矩阵，当手指触碰屏幕时，通过对X、Y轴的扫描，检测到触碰位置的电容变化，进而计算出手指触碰点位置。电容矩阵如下图1所示。

图1 电容分布矩阵

电容变化检测原理示意简介如下所示：

名词解释：

ε0：真空介电常数。

ε1 、ε2：不同介质相对真空状态下的介电常数。

S1、d1、S2、d2分别为形成电容的面积及间距。

图2 触摸与非触摸状态下电容分布示意

非触控状态下：C=Cm1=ε1ε0S1/d1

触控状态下：C=Cm1*Cmg/(Cm1+Cmg)，Cm1=ε1ε0S1/d1，

Cmg=Cm1=ε2ε0S2/d2

电容触摸驱动IC会根据非触控状态下的电容值与触控状态下的电容值的差异来判断是否有触摸动作并定位触控位置。

2、自电容与互电容

自电容式CTP是利用单个电极自身的电容变化传输电荷，由一端接地，另一端接激励或采样电路来实现电容的识别（测量信号线本身的电容）。自电容式CTP的坐标检测是依次检测横向和纵向电极阵列，根据触摸前后电容变化分别确定横向和纵向坐标，然后组合成平面坐标确定触摸位置。当触摸点只有一个时，组合后的坐标也是唯一的一个，可以准确定位；当触摸点有两个时，横向和纵向分别有两个坐标，两两组合后出现四组坐标，其中只有两个时真实触摸点，另两个就是属称的“鬼点”。所以自电容式CTP无法实现真正的多点触摸。

互电容式CTP失利用两个电极进行传输电荷，一端接激励，另一端接采样电路来实现电容的识别（测量垂直相交的两个信号之间的电容）。互电容式CTP 坐标检测也是检测横向和纵向电极阵列，不同的是它是由横向依次发送激励而纵向同时接收信号，这样可以得到所有横向和纵向交汇点的电容值，根据电容值的变化可以计算出每一个触摸点的坐标，这样即使有多个触摸点也能计算出每个触摸点的真实坐标。所以互电容式CTP可以实现真实多点触控。

自电容的优点是简单、计算量小，缺点是单点、速度慢；互电容的优点是真实多点、速度快，缺点是复杂、功耗大、成本高。

3、结构及材料使用

二、驱动IC简介

电容屏驱动IC是电容屏工作处理的主体，是采集触摸动作信息和反馈信息的载体，IC采用电容屏工作的原理采集触摸信息并通过内部MPU对信息进行分析处理从而反馈终端所需资料进行触摸控制。

IC与外部连接是通过对外的引脚进行的，电容屏驱动IC厂家众多，各自的设计也不尽相同，但是基本原理也是大同小异，因此个驱动IC的芯片引脚也比较类似，只有个别引脚是各自功能中特殊的设计，如下对电容屏驱动IC的引脚做一个简单的说明。

驱动信号线：即Driver或TX，是电容屏的电容驱动信号输出脚。

感应信号线：即Sensor或RX，是电容屏的电容感应信号输入脚。

电源电压：分模拟电源电压和数字电源电压。模拟电压范围一般为2.6V~3.6V，典型值为2.8V和3.3V；数字电压即电平电压为1.8V~3.3V，由主板端决定。电容屏设计可以设计为单电源和双电源两种模式，目前以单电源供电为主（可以减少接口管脚数）。

GND：也分为模拟地和数字地两种，一般两种地共用，特殊情况下需将两种地分开以减少两种地之间的串扰现象。

I2C接口：I2C接口包括I2C_SCL和I2C_SDA。I2C_SCL为时钟输入信号，I2C_SDA为数据输入输出信号。

SPI接口：SPI接口包括SPI_SSEL、SPI_SCK、SPI_SDI、SPI_SDO。SPI_SSEL为片选信号，低电平有效；SPI_SCK为时钟输入信号；SPI_SDI 为数据输入信号；SPI_SDO为数据输出信号。

RESET：芯片复位信号，低电平有效。

WACK：芯片唤醒信号。

TEXT_EN：测试模式使能信号。

GPIO0~N：综合功能输入输出IO口。

VREF：基准参考电压。

VDD5：内部产生的5V工作电压。

以上引脚定义没有包含全部的驱动IC的功能，如LED、Sensor_ID、

Key_Sensor等特殊功能作用的管脚，这些管脚需根据具体IC确认其具体作用及用法。

三、ITO图形设计

ITO可蚀刻成不同的图形，不过造价师相同的，而且很难讲哪个图像比其他图形工作效率高，因为触摸屏必须与电子间配合才能发挥作用。

I-phone采用的图形是最简单的一种，即在ITO在玻璃一面为横向电极，在另一面为纵向电极，此设计简单巧妙但几何学要求特别的工艺电能来产生准确的焦点。

图3 I-phone Pattern