电容式触摸屏原理及详细资料
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• SNR是一个基本参数，决定系统的大部分性能
– SNRV≥50，系统能稳定工作 – SNRV≥100，系统性能优良 – FTS方案配合相应的TP，SNRV≥150
12/27/2009
23
Anti-RF interference
• 抗RF干扰时CTP系统一个关键性能
– 抗RF干扰能力差是之前CTP case失败的关键 因素
• 抗RF干扰包括GSM，CDMA，WIFI，微 波炉等射频干扰
• FTS方案采用跳频等技术，提供优异的 RF干扰抑制能力
12/27/2009
24
坐标计算-Center Point algorithm
i-1 i i+1
• 找出电容最大值和对应的列
Pi i
• 用以最大电容值列为中心的三列 求出其加权平均，即横坐标
• 分类：1.电阻式
– 电阻式的光学胶按厚度不同又可分为50um和25um
• 2.电容式
– 电容式的光学胶分为100um，175um，200um
12/27/2009
3
电阻式触屏VS电容式触屏对比
• 电阻式方案已经非常成熟，一般都是和液晶 屏打包配套，成本比较低。但由于先天结构 (原理)上的原因，使用一段时间后需要重新 对触摸屏进行校正。低端的4线电阻式触摸 屏需要直接与指尖或笔接触，所以在上盖的 设计上会有一个开孔，对外界的各种干扰 (灰尘、湿气、ESD等等)都缺乏有效的防护， 所以可靠性和耐用性较差。高端的5线式电 阻式触摸屏可以通过改善结构解决这个问题， 但成本上已经和电容式持平。且对一些复杂 的手势(特别是多点触摸)缺乏有效的支持， 而这恰恰就是电容式触摸屏最大的卖点。
• FTS最大能支持80Hz的扫描速率
1ห้องสมุดไป่ตู้/27/2009
30
Power management
• FTS CTP系统提供完善的功耗管理
• FTS CTP系统提供3个功耗模式
– Active：全速模式, 可以产生触摸中断/INT, 可以读取触摸数据.
– Monitor：触摸监测模式, 低速扫描, 不能产 生触摸中断/INT. 有触摸发生后自动跳转到 Active
– 二层，分别为X轴，Y轴
12/27/2009
14
12/27/2009
DITO
COVER ＬＥＮＳ OCA TOP ITO GLASS BOTTOM ITO OCA 液晶屏
15
12/27/2009
SITO
OCA
COVER ＬＥＮＳ OCA
ITO + Bridge GLASS
Shielding ITO OCA 液晶屏
• 材料老化也会造成TP失效
• 自适应处理算法能根据环境变化，自动 调节TP参数设置，使TP工作在最佳状态。
• 自适应处理算法还能补偿材料老化对TP 造成的影响
12/27/2009
29
Scan rate
• 控制IC以一定速率对TP进行扫描
• 互电容VS自电容
– 互电容以帧为单位上报触摸屏的事件。即每次扫描，均立即 上报该次扫描的结果，包括触摸点数，每点的坐标
– Hibernate：系统休眠，需要硬件触发唤醒
12/27/2009
31
手势集成与自定义
• FTS方案能集成目前所有手势，包括单点 点击，双击，平移，放大缩小等
• FTS方案能根据客户的需求，集成客户定 义的手势
• FTS方案能上报绝对坐标，由Host来分析 触摸类型并作出相应的处理
12/27/2009
容极板 • SITO：在玻璃的单面制作ITO图形，构成电容
极板
12/27/2009
2
术语
• OCA光学胶是重要触摸屏的原材料之一。将光学 压克力胶做成无基材，然后在上下底层，再各贴 合一层離型薄膜，是一种无基体材料的双面贴合 胶带。优点：高清澈度、高透光性(全光穿透率 >99%)、高黏著力、高耐候、耐水性、耐高温、 抗紫外线，长时间使用不会產生黄化 ( 黄变 )、剥 離及变质的问题
12/27/2009
34
OS
• CTP系统是一种普通外设，采用标准的 SPI、I2C接口，与OS无必然关系
首先，感应电容充电 其次，把感应电容的
电荷转移到另一个电 容 通过检测电荷转移量 来检测电容的大小
12/27/2009
11
Detect Method: Self-capacitance VS. Mutual-Capacitance
自电容
利用单个电极自身的电容 一端接地，另一端激励或 采样电路
X K * Pi1 * (i 1) Pi *i Pi1 *(i 1) Pi1 Pi Pi1
其中，K为映射系数
12/27/2009
Pi1 Pi Pi1
25
Accuracy
• Accuracy（精度）是指实际触摸位置与TP 上报触摸坐标的误差，包括边沿精度与非 边沿精度
– 边沿指TP AA区外侧3mm左右的边框部分 – 非边沿指TP AA区外侧3mm左右的边框以内的部分
6/9/2020
电阻式触屏VS电容式触屏对比
6/9/2020
电容式触摸屏基本原理和分类
12/27/2009
7
Capacitance touch panel overview
• 用ITO材料制作透明电极的电容阵列 • 手指触摸到电容式触摸屏表面，改变触
摸屏的固有电容 • 触摸屏电容控制器（IC）检测到电容的
变化，并通过电容阵列的电容变化率， 计算出触摸发生的坐标，强度等信息
12/27/2009
8
Electronic Field Capacitive Sensor
通过检测电容传输的能量来检测电容 振荡器输出正弦波加到电容一端 信号检测处理电路接电容另一端 根据接收点信号电平高低判断电容的大小
振荡 器
CTPM发送给Host的中断信号 从HIBERNATE当中唤醒CTPM的信号.
12/27/2009
33
触摸数据读取模式
• 支持中断模式与查询模式
– 中断模式为触摸屏系统检测到触摸发生时， 主动发出中断给Host，让Host来读取触摸发 生数据
– 查询模式为触摸屏系统定时检测触摸，触摸 发生时，仅仅准备好触摸数据，被动等待 Host来读取数据
– 自电容仅能针对单点触摸上报真实坐标。对多的触摸时，使 用十分复杂的虚拟算法计算坐标，效率低，容易出错。因此，
定义了一个Point/S（点/秒）的参数来定义上报速率。
• 60Hz是足够的，并且是现实的
– 从体验的角度看，60Hz与80Hz几乎没有区别 – 随着频率的上升，CPU消耗的资源超过临界点后会急剧上升
• FTS方案能提供真实的5点触摸检测，为将来的 应用提升提供硬件支持
12/27/2009
22
SNR
• 在触摸屏行业，SNR定义为信号幅度与噪声幅 度比（噪声取绝对值）。
• SNR的传统定义为信号功率与噪声功率比
– SNRP=PS/PN=VS2/VN2=SNRV2 – 如果采用这个定义的SNR，则信噪比能达到数千。
• 坐标计算通常都是采用重心算法，因此精 度的关键是SNR和TP的Pitch
– SNR越高则参数的置信位数越高;计算的结果越可靠则精度越高 – 合适的Pitch能提高精度。Pitch的选择主要与手指的大小有关。
一个典型的Pitch为5mm。
• FTS整合TP设计与算法，提供业内领先的 TP触摸精度
– 边沿±2mm，非边沿±1mm
12/27/2009
27
Linearity
• Linearity（线性度）是指在TP上画对角直 线时，实际曲线与理想直线最大的距离
• FTS的方案能实现线性度达±1mm
12/27/2009
28
Adaptive process algorithm
• 环境（温度、湿度等）变化会造成TP失 效
– 温度适应能力差事之前CTP失败的重要原因
两层ITO 分别与地或手指构成
自电容（人体接地） 自电容有M+N个电容 互电容有M×N个电容 需要M+N条线连到控
制芯片
12/27/2009
M ROW
N Column
18
Two Layers Mutual Capacitor
两层ITO 相互重叠构成电容 有M×N个电容 需要M+N条线连到控
13
Panel Process
• 玻璃双面（DITO）
– ITO图案做在玻璃的上下表面，分别为x轴和Y轴， 上表面加Lens
• 玻璃单面（SITO）
– ITO图案做在玻璃的上表面 ，下表面为shielding • 玻璃单面架桥，X轴与Y轴交汇处采用架桥 • 玻璃单面双层，使用SiO2隔离
• Film
制芯片 手指触摸影响相互电
容
12/27/2009
19
FTS电容式触摸屏控制器简介
12/27/2009
20
FTS 电容式触摸屏控制器方案特点
• 自主专利的方案
• 互电容
• 提供业内顶尖级的性能
– 多点触摸检测，最多达到5点 – 高信噪比 – 抗RF干扰 – 高精度 – 高分辨率 – 高线性度 – 自校正，避免温度，湿度的影响
• 本地化的服务
12/27/2009
21
Multi-touch
• 多点触摸是一个趋势
– 正在竞标的某国际大公司2011年项目要求10点 – 正在design in的多个case要求真实两点或两点以上 – 随着apple tablet PC上市，多点应用会逐渐涌现并普
及
– 能自主安装应用软件是为了的一个趋势，系统硬件 应该为将来性能提升提供准备
16
12/27/2009
Film
COVER ＬＥＮＳ OCA TOP Film TOP ITO OCA BOTTOM ITO BOTTOM Film OCA Shielding ITO Shielding Film 液晶屏
17
Panel Pattern：Two Layers Self-capacitance or Mutual capacitance Panel
32
系统接口
CTP
CTP Module
TX
FT5201
RX
MCU
串行 接口
/INT /WAKE
Host
端口名称 串行接口
电平 2.8~3.3V
/INT /WAKE*
2.8~3.3V 2.8~3.3V
极性
LOW LOW
描述 串行接口为CTPM和Host之间的数据通信通道. FT5201构成的CTPM支持SPI, I2C这2个标准串行接口之一.
互电容
利用两个电极传输电荷 通常一端接激励，另一端 接采样电路
12/27/2009
12
Ghost point
12/27/2009
自电容–self-capacitor 测量信号线本身的电容 优点：简单，计算量小 缺点：虚拟两点，速度慢
互电容-mutual capacitor 测量垂直相交的两根信号 之间的电容 优点：真实多点，速度快 缺点：复杂，功耗大，成 本高
6/9/2020
电阻式触屏VS电容式触屏对比
• 电容式方案的结构和实现原理和电阻式完全 不一样，主要是根据接触区域的电容量来判 断手指的位置，所以目前只能通过手指来感 应，并且可以对多点触摸等复杂的手势可以 提供完善的支持。由于对外界的感应需要通 过一层不导电的介电质(塑胶、玻璃等)，触 摸屏需要贴合在上盖背面，所以对外界的抗 干扰能力较强，可靠性和耐用性高。“但是， 随之而来的问题是对供应商的制造和组装能 力(贴合)提出了较高的要求，因此目前整体 成本居高不下。”陈元指出。
Contens 电阻式触摸屏与电容式触摸屏的对比 电容式触摸屏原理和分类 FTS 电容式触摸屏控制器介绍
12/27/2009
1
术语
• ITO-Indium Thin Oxide，氧化铟锡，一种透明 的导电材料
• TP-touch panel，触摸屏 • CTP-Capacitance touch panel，电容式触摸屏 • DITO：在玻璃双面分别制作ITO图形，构成电
Sensin g and Filter
12/27/2009
9
Relaxation Oscillator Capacitive Sensor
通过检测张弛振荡器 频率来检测电容
一个恒流源给电容充 电
一个受反馈控制的开 关给电容放电
迟滞比较器把电容电 压变化整形方波
12/27/2009
10
Charge Transfer Device Capacitive Sensor
12/27/2009
26
Resolution
• Resolution（分辨率）指单位长度TP能触 摸的点数或者TP能上报的点数
• 与精度一样，分辨率的关键是SNR和TP 的Pitch
– 分辨率与精度是同一个问题，不同的描述角 度
• 针对手机应用，FTS的方案能提供最多 1280×768的分辨率。形象的说，就是能 把显示屏上的每个点触摸出来
– SNRV≥50，系统能稳定工作 – SNRV≥100，系统性能优良 – FTS方案配合相应的TP，SNRV≥150
12/27/2009
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Anti-RF interference
• 抗RF干扰时CTP系统一个关键性能
– 抗RF干扰能力差是之前CTP case失败的关键 因素
• 抗RF干扰包括GSM，CDMA，WIFI，微 波炉等射频干扰
• FTS方案采用跳频等技术，提供优异的 RF干扰抑制能力
12/27/2009
24
坐标计算-Center Point algorithm
i-1 i i+1
• 找出电容最大值和对应的列
Pi i
• 用以最大电容值列为中心的三列 求出其加权平均，即横坐标
• 分类：1.电阻式
– 电阻式的光学胶按厚度不同又可分为50um和25um
• 2.电容式
– 电容式的光学胶分为100um，175um，200um
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电阻式触屏VS电容式触屏对比
• 电阻式方案已经非常成熟，一般都是和液晶 屏打包配套，成本比较低。但由于先天结构 (原理)上的原因，使用一段时间后需要重新 对触摸屏进行校正。低端的4线电阻式触摸 屏需要直接与指尖或笔接触，所以在上盖的 设计上会有一个开孔，对外界的各种干扰 (灰尘、湿气、ESD等等)都缺乏有效的防护， 所以可靠性和耐用性较差。高端的5线式电 阻式触摸屏可以通过改善结构解决这个问题， 但成本上已经和电容式持平。且对一些复杂 的手势(特别是多点触摸)缺乏有效的支持， 而这恰恰就是电容式触摸屏最大的卖点。
• FTS最大能支持80Hz的扫描速率
1ห้องสมุดไป่ตู้/27/2009
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Power management
• FTS CTP系统提供完善的功耗管理
• FTS CTP系统提供3个功耗模式
– Active：全速模式, 可以产生触摸中断/INT, 可以读取触摸数据.
– Monitor：触摸监测模式, 低速扫描, 不能产 生触摸中断/INT. 有触摸发生后自动跳转到 Active
– 二层，分别为X轴，Y轴
12/27/2009
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DITO
COVER ＬＥＮＳ OCA TOP ITO GLASS BOTTOM ITO OCA 液晶屏
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SITO
OCA
COVER ＬＥＮＳ OCA
ITO + Bridge GLASS
Shielding ITO OCA 液晶屏
• 材料老化也会造成TP失效
• 自适应处理算法能根据环境变化，自动 调节TP参数设置，使TP工作在最佳状态。
• 自适应处理算法还能补偿材料老化对TP 造成的影响
12/27/2009
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Scan rate
• 控制IC以一定速率对TP进行扫描
• 互电容VS自电容
– 互电容以帧为单位上报触摸屏的事件。即每次扫描，均立即 上报该次扫描的结果，包括触摸点数，每点的坐标
– Hibernate：系统休眠，需要硬件触发唤醒
12/27/2009
31
手势集成与自定义
• FTS方案能集成目前所有手势，包括单点 点击，双击，平移，放大缩小等
• FTS方案能根据客户的需求，集成客户定 义的手势
• FTS方案能上报绝对坐标，由Host来分析 触摸类型并作出相应的处理
12/27/2009
容极板 • SITO：在玻璃的单面制作ITO图形，构成电容
极板
12/27/2009
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术语
• OCA光学胶是重要触摸屏的原材料之一。将光学 压克力胶做成无基材，然后在上下底层，再各贴 合一层離型薄膜，是一种无基体材料的双面贴合 胶带。优点：高清澈度、高透光性(全光穿透率 >99%)、高黏著力、高耐候、耐水性、耐高温、 抗紫外线，长时间使用不会產生黄化 ( 黄变 )、剥 離及变质的问题
12/27/2009
34
OS
• CTP系统是一种普通外设，采用标准的 SPI、I2C接口，与OS无必然关系
首先，感应电容充电 其次，把感应电容的
电荷转移到另一个电 容 通过检测电荷转移量 来检测电容的大小
12/27/2009
11
Detect Method: Self-capacitance VS. Mutual-Capacitance
自电容
利用单个电极自身的电容 一端接地，另一端激励或 采样电路
X K * Pi1 * (i 1) Pi *i Pi1 *(i 1) Pi1 Pi Pi1
其中，K为映射系数
12/27/2009
Pi1 Pi Pi1
25
Accuracy
• Accuracy（精度）是指实际触摸位置与TP 上报触摸坐标的误差，包括边沿精度与非 边沿精度
– 边沿指TP AA区外侧3mm左右的边框部分 – 非边沿指TP AA区外侧3mm左右的边框以内的部分
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电阻式触屏VS电容式触屏对比
6/9/2020
电容式触摸屏基本原理和分类
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Capacitance touch panel overview
• 用ITO材料制作透明电极的电容阵列 • 手指触摸到电容式触摸屏表面，改变触
摸屏的固有电容 • 触摸屏电容控制器（IC）检测到电容的
变化，并通过电容阵列的电容变化率， 计算出触摸发生的坐标，强度等信息
12/27/2009
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Electronic Field Capacitive Sensor
通过检测电容传输的能量来检测电容 振荡器输出正弦波加到电容一端 信号检测处理电路接电容另一端 根据接收点信号电平高低判断电容的大小
振荡 器
CTPM发送给Host的中断信号 从HIBERNATE当中唤醒CTPM的信号.
12/27/2009
33
触摸数据读取模式
• 支持中断模式与查询模式
– 中断模式为触摸屏系统检测到触摸发生时， 主动发出中断给Host，让Host来读取触摸发 生数据
– 查询模式为触摸屏系统定时检测触摸，触摸 发生时，仅仅准备好触摸数据，被动等待 Host来读取数据
– 自电容仅能针对单点触摸上报真实坐标。对多的触摸时，使 用十分复杂的虚拟算法计算坐标，效率低，容易出错。因此，
定义了一个Point/S（点/秒）的参数来定义上报速率。
• 60Hz是足够的，并且是现实的
– 从体验的角度看，60Hz与80Hz几乎没有区别 – 随着频率的上升，CPU消耗的资源超过临界点后会急剧上升
• FTS方案能提供真实的5点触摸检测，为将来的 应用提升提供硬件支持
12/27/2009
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SNR
• 在触摸屏行业，SNR定义为信号幅度与噪声幅 度比（噪声取绝对值）。
• SNR的传统定义为信号功率与噪声功率比
– SNRP=PS/PN=VS2/VN2=SNRV2 – 如果采用这个定义的SNR，则信噪比能达到数千。
• 坐标计算通常都是采用重心算法，因此精 度的关键是SNR和TP的Pitch
– SNR越高则参数的置信位数越高;计算的结果越可靠则精度越高 – 合适的Pitch能提高精度。Pitch的选择主要与手指的大小有关。
一个典型的Pitch为5mm。
• FTS整合TP设计与算法，提供业内领先的 TP触摸精度
– 边沿±2mm，非边沿±1mm
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Linearity
• Linearity（线性度）是指在TP上画对角直 线时，实际曲线与理想直线最大的距离
• FTS的方案能实现线性度达±1mm
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Adaptive process algorithm
• 环境（温度、湿度等）变化会造成TP失 效
– 温度适应能力差事之前CTP失败的重要原因
两层ITO 分别与地或手指构成
自电容（人体接地） 自电容有M+N个电容 互电容有M×N个电容 需要M+N条线连到控
制芯片
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M ROW
N Column
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Two Layers Mutual Capacitor
两层ITO 相互重叠构成电容 有M×N个电容 需要M+N条线连到控
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Panel Process
• 玻璃双面（DITO）
– ITO图案做在玻璃的上下表面，分别为x轴和Y轴， 上表面加Lens
• 玻璃单面（SITO）
– ITO图案做在玻璃的上表面 ，下表面为shielding • 玻璃单面架桥，X轴与Y轴交汇处采用架桥 • 玻璃单面双层，使用SiO2隔离
• Film
制芯片 手指触摸影响相互电
容
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FTS电容式触摸屏控制器简介
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FTS 电容式触摸屏控制器方案特点
• 自主专利的方案
• 互电容
• 提供业内顶尖级的性能
– 多点触摸检测，最多达到5点 – 高信噪比 – 抗RF干扰 – 高精度 – 高分辨率 – 高线性度 – 自校正，避免温度，湿度的影响
• 本地化的服务
12/27/2009
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Multi-touch
• 多点触摸是一个趋势
– 正在竞标的某国际大公司2011年项目要求10点 – 正在design in的多个case要求真实两点或两点以上 – 随着apple tablet PC上市，多点应用会逐渐涌现并普
及
– 能自主安装应用软件是为了的一个趋势，系统硬件 应该为将来性能提升提供准备
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Film
COVER ＬＥＮＳ OCA TOP Film TOP ITO OCA BOTTOM ITO BOTTOM Film OCA Shielding ITO Shielding Film 液晶屏
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Panel Pattern：Two Layers Self-capacitance or Mutual capacitance Panel
32
系统接口
CTP
CTP Module
TX
FT5201
RX
MCU
串行 接口
/INT /WAKE
Host
端口名称 串行接口
电平 2.8~3.3V
/INT /WAKE*
2.8~3.3V 2.8~3.3V
极性
LOW LOW
描述 串行接口为CTPM和Host之间的数据通信通道. FT5201构成的CTPM支持SPI, I2C这2个标准串行接口之一.
互电容
利用两个电极传输电荷 通常一端接激励，另一端 接采样电路
12/27/2009
12
Ghost point
12/27/2009
自电容–self-capacitor 测量信号线本身的电容 优点：简单，计算量小 缺点：虚拟两点，速度慢
互电容-mutual capacitor 测量垂直相交的两根信号 之间的电容 优点：真实多点，速度快 缺点：复杂，功耗大，成 本高
6/9/2020
电阻式触屏VS电容式触屏对比
• 电容式方案的结构和实现原理和电阻式完全 不一样，主要是根据接触区域的电容量来判 断手指的位置，所以目前只能通过手指来感 应，并且可以对多点触摸等复杂的手势可以 提供完善的支持。由于对外界的感应需要通 过一层不导电的介电质(塑胶、玻璃等)，触 摸屏需要贴合在上盖背面，所以对外界的抗 干扰能力较强，可靠性和耐用性高。“但是， 随之而来的问题是对供应商的制造和组装能 力(贴合)提出了较高的要求，因此目前整体 成本居高不下。”陈元指出。
Contens 电阻式触摸屏与电容式触摸屏的对比 电容式触摸屏原理和分类 FTS 电容式触摸屏控制器介绍
12/27/2009
1
术语
• ITO-Indium Thin Oxide，氧化铟锡，一种透明 的导电材料
• TP-touch panel，触摸屏 • CTP-Capacitance touch panel，电容式触摸屏 • DITO：在玻璃双面分别制作ITO图形，构成电
Sensin g and Filter
12/27/2009
9
Relaxation Oscillator Capacitive Sensor
通过检测张弛振荡器 频率来检测电容
一个恒流源给电容充 电
一个受反馈控制的开 关给电容放电
迟滞比较器把电容电 压变化整形方波
12/27/2009
10
Charge Transfer Device Capacitive Sensor
12/27/2009
26
Resolution
• Resolution（分辨率）指单位长度TP能触 摸的点数或者TP能上报的点数
• 与精度一样，分辨率的关键是SNR和TP 的Pitch
– 分辨率与精度是同一个问题，不同的描述角 度
• 针对手机应用，FTS的方案能提供最多 1280×768的分辨率。形象的说，就是能 把显示屏上的每个点触摸出来