触摸屏控制理论-北航

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红外线式触摸屏
优点：价格低廉、安装方便、可以用在各档次 的计算机上。
缺点：分辨率较低。
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表面声波式触摸屏
玻璃屏的左上角和右下角各 固定了竖直和水平方向的超 声波发射换能器，右上角则 固定了两个相应的超声波接 收换能器。玻璃屏的四个周 边则刻有45°角由疏到密间 隔非常精密的反射条纹。
IC FPC贴合
功能测试
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触摸屏控制芯片介绍
电阻式触摸屏控制芯片简单，内部通常有一个 10bit 精度的SAR ADC 检测坐标位置。
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互电容控制芯片原理
触摸控制芯片内部框图
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摸屏控制芯片介绍
控制IC 的工作主要分为两个部分：一是前端检测的模 拟电路，负责提取面板上的触控信号，另一部分是数字 电路（内含算法），负责计算触控位置，并将结果送到 系统CPU做进一步的处理（如手势辨别）
金属 ITO
基板
光阻
上光阻
Mask
曝光
去光阻
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蚀刻
显影
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触摸屏生产
基板
上光阻
去光阻
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蚀刻
曝光 显影
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触摸屏生产
基板
上光阻
去光阻
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蚀刻
曝光 显影
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触摸屏生产 切割
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功能测试
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触摸屏生产 后段流程介绍
Sensor
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ACF贴合
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电容式触摸屏
电容屏sensor形成内部电容
手指形成外部电容，和电容屏 sensor形成的内部电容并联
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互电容触摸屏
互电容触摸屏定义：手 指接触形成的外部电容 将改变不同层ITO 导电 膜之间，由于ITO 导电 膜重叠形成的层间电容。
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互电容触摸屏
有触摸时，手指会吸收部分 声波能量，回收到的信号会 产生衰减，程序分析衰减情 况可以判断出触摸点坐标。
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表面声波式触摸屏
优点：清晰度较高，透光率好。高度耐久，抗刮伤性良好。反应 灵敏、不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率高，寿命长（维 护良好情况下5000万次）；透光率高（92%），能保持清晰透亮 的图像质量，目前在公共场所使用较多。
触摸控制技术理论及设计规范
赵廷弟 教授
报告人：余佳
北京航空航天大学工程系统工程系
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目录
触摸屏的起源 触摸屏的分类 触摸屏的市场规模 触摸屏的生产流程 触控芯片的原理 触摸屏的专业术语
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触摸屏起源
起源于1970年代，美国为军事用途而发展 ATM、收银Pos机、公用咨询站均使用 2007年Apple引入多点电容式触控屏，引起各界
定位精度：触摸屏在物理上是一套独立的坐标定位系统， 每次触摸的数据通过校准转为屏幕上的坐标，这就要求 触摸屏这套坐标系统不管在什么情况下，同一点的输出 数据是稳定的，如果不稳定，那么触摸屏就不能保证绝 对坐标定位的精确。
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电容式触摸屏（自电容）
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电阻式与电容式触摸屏
VS
透光性 寿命 耗电量 多点触摸 价20格20/9/4
电阻式触摸屏
电阻式
电容式触摸屏
电容式
透光率80%，反射关照对比度低，强光下看 不清楚
上层ITO 薄膜是寿命瓶颈，点击次数100万 次。
因为电流驱动，非操作时间也要耗电，效 率低。
缺点：表面声波屏需要经常维护，因为灰尘，油污甚至饮料的液 体沾污在屏的表面，都会阻塞触摸屏表面的导波槽，使波不能正 常发射，或使波形改变而控制器无法正常识别，从而影响触摸屏 的正常使用。
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触摸屏的市场规模
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2011年全球触控面板将达9.51 亿片，较2010年的7亿片、大 幅增长34.3%，出货总金额约 85亿美元。
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触摸屏专业术语
触摸屏： touch panel ITO：ITO是一种N型氧化物半导体-氧化铟
锡,ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜,通 常有两回事个主要的性能指标:电阻率和光透过 率。 SNR：信噪比。 On-cell ：指将触摸面板功能嵌入到彩色滤光 片基板和偏光板之间的方法。 In-cell:指将触摸面板功能嵌入到液晶像素中的 方法. 模组：包括sensor,芯片，cover lens.
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电容式触摸屏
投射射式电容触摸屏：该种触摸屏的原理是， 当手指接触触摸屏时，手指作为导体，会和触 摸屏的Sensor（ITO 导电层）形成外部电容， 外部电容和Sensor 自有的内部电容形成并联电 路，改变内部电容的容量。通过高频交流电检 测内电容容量的改变，计算出触摸点的位置。
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摸屏控制芯片介绍
触摸屏 Rfb
激励方波
Cfb
Csig VREF
电荷放大器
高斯正弦波
失调DAC
模拟域
数字域
混频器
减法器
ADC
数字累加滤波
整流器 混频器
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摸屏控制芯片介绍
它的工作原理如下：由芯片产生的方波信号作用于电容 屏的行上，由于人的手指、手掌或其它导电物体可以引 起信号电容的变化。随后的电荷放大器将变化的电荷转 化成变化的方波信号，送入后面的混频器，混频器将方 波信号转化成正弦波信号，以便于后的ADC处理。变 化的方波信号最终被ADC所采样，采样值送入数字部 分。数字电路对采样值进行滤波处理。数字电路在 MCU的控制下，完成对数据的处理，并将处理后的数 据送给主机。
HP TouchSmart IQ820 桌面电脑
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触摸屏产品
你可以在屏幕上添加各种便笺和备忘。它还可以无线上网，股票，时钟，计算 器等功能也是一应俱全。更神奇的是它还具有扫描功能，你可以事先设定好各 项参数和信息，然后它就会根据你的身材体型为你设计出合理的食谱。
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触摸屏分类
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电阻式触摸屏
电阻屏原理
四线式电阻屏检测原理
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电阻式触摸屏
电阻式触摸屏的感应器件由两片彼此绝缘的ITO 导电 薄膜组成，中间的弹性支点用于将其分离，基板、PET 薄膜等用于结构上的支撑。当物体（手指、笔尖）压 触在表面的PET 薄膜上时，使外侧的ITO导电膜受压内 凹，和内侧的ITO 膜接触导通。在内侧导电膜上依次 施加横向和纵向的电压，通过检测外侧导电膜的电压 判断接触点的横纵坐标，外侧导电膜上的电压符合电 阻分压原理，即（假设此时检测纵坐标）该电压和参 考电压的比例，与该点的纵坐标存在线性对应关系。
电阻式触摸屏 电容式触摸屏 1. 表面电容式触摸屏 2. 透射电容式触摸屏
a、自电容 b、互电容 红外线式触摸屏 表面声波触摸屏
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电阻式触摸屏
电阻式触摸屏是一种传感器，它将矩形区域中触摸点(X,Y) 的物理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压，利用ADC对 电压的检测达到对坐标的测量。
由于前端检测电路提取的触摸信号非常的微弱（尤其是 投射式电容触控技术），需要有处理各种噪声的能力， 具有设计难度；随着触控面板的尺寸加大，ITO Sensor到触控IC的走线变长，处理信号更加微弱，并 且更易受到噪声干扰，也提高了前端模拟电路设计难度。
数字电路的设计目标是：快速且精准的报告触摸点给 CPU.同时，配合触控面板变大和多点触摸的趋势，数 字电路不但需要提高速度，也需要发展更复杂的算法。
电阻式的原理较简单，因此，ITO 工艺、模组组装、 控制IC 方面的成本和技术壁垒比电容屏低，在电容屏 成熟以前，在低端市场仍有相当的竞争力。
2020/9Baidu Nhomakorabea4
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电容式触摸屏
电容式触摸屏分为表面电容式和投射电容式 表面电容式种触摸屏的检测原理是，在其表面玻璃内侧
贴ITO 导电膜，屏幕四角各有一个电流检测器。当手指 和触摸屏接触时，两者之间形成电容，会感应出电荷， 从而改变导电膜上原来的电荷分布，通过四个角的电流 检测器感知电荷的改变量，计算出触点的位置。
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触摸屏专业术语
有效触摸区域：是指触摸屏能正常工作的范围，在这个 范围内触摸屏可以正常感应并正确反应，一般有效触摸 区域都要小于所采用的显示器尺寸。
分辨率：触摸屏的分辨率就是指所采用显示器的分辨率， 例如分辨率为1024×768 时，就是指在显示器的横向 上划分了1024个像素点，竖向上划分了768个像素点。
从2008 年至2012 年，单就触 控sensor来看，其有效市场规 模2009年为2亿4千万颗。 2012 年将成长至约8亿1千万 颗，年复合增长率达到50%。
手机是触摸屏的主要市场。
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触摸屏的生产（互电容）
双层结构示意图
金属
金属面ITO 非金属面ITO
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触摸屏生产 金属蚀刻---双面制程(Metal First)
通常不支持多点触摸
便宜
90%以上，对比度高，清晰
一亿次
电场驱动，非操作时间不耗电， 效率高。
可以多点操作，实现多种手势的 丰富操作。
较贵
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红外线式触摸屏
红外触摸屏的四边排布 了红外发射管和红外接收 管，它们一一对应形成横 竖交叉的红外线矩阵。用 户在触摸屏幕时，手指会 挡住经过该位置的横竖两 条红外线，控制器通过计 算即可判断出触摸点的位 置。
注意，使得沉寂已久的触摸屏产业再次获得青睐； 加上系统整合及TFT LCD面板大厂纷纷进入此产 业，触摸屏必将掀起一股新的热潮 摆脱了键盘、鼠标的束缚，人与电脑的最佳沟通 界面 广泛的用于手机、平板电脑、全球导航系统GPS、 游戏机PS、数码相机、MP3等
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触摸屏产品
Iphone带动了多点式电容屏的全新应用