發布日期：2022-10-09 點擊率：52
4.3 CSA
CapSense Successive Approximation(CSA)是賽普拉斯半導體開發的觸控技術，適用於類比/數位混合訊號處理器的PSoC。
圖10 是CSA 方式的基本結構，外觀非常類似充電轉換方式，CSA 與充電轉換間最大差異是切換器的連接，尤其是CSA 的電容器高速開關時，可以獲得類似電阻器的切換容器動作特性。
圖10 CSA 方式的基本結構
CSA 與電阻器電路的動作波形比較如圖11，右側反覆切換部分相當於左側電阻器，觸控時的容量變化相當於阻抗值變化，切換時的輸出電壓利用下式表示：VOUT=I/NC
圖11 CSA 方式的動作特性
隨著手指的靠近增C 大，VOUT 則變低。一旦停止切換動作，透過定電流源的供應電壓上升，到達預設臨界電壓的時間，隨著切換時的電壓，亦即感測部位的容量改變。
4.4 串聯容量分壓比較
串聯容量分壓比較方式與充電轉換方式相同，都是利用電荷的移動特性，它是歐姆龍專利的感測方式。
如圖12 所示，串聯容量分壓比較方式是由電阻器與基準用電容器構成，結構上的特徵是基準用電容器與感測器部位的容量CP 呈串聯狀態，利用該串聯容量的切換使充電用電容器放電，接著量測電壓降至一定位置的時間，是串聯容量分壓比較方式的基本動作原理。
圖12 串聯容量分壓比較方式的基本結構
圖13 是串聯容量分壓比較方式的動作特性，如圖所示，步驟1 對充電用電容器進行充電，步驟2 使基準用電容器與感測器部位的電容器放電，此時通過電阻器充電用電容器會被放電，因此切換器SW2 與SW3 的ON 時間非常短。
圖13 串聯容量分壓比較方式的動作特性
4.5 分流
分流(Shunt)方式主要使用類比元件電容式觸控感測IC，分流方式的動作原理如圖14，它與無線通訊的動作原理非常類似，兩個圖案其中一個當作送訊天線以高頻驅動，另外一個當作收訊天線接收訊號進行。
圖14 分流方式的動作原理
如圖14，上方天線彼此呈電界結合狀，一旦手指靠近就變成圖14(b)，由於人體本身就是接地物體，相當於一塊矗立的遮蔽板，因此收訊強度會降低。 值得一提的是，觸控感測晶片會對周圍的環境變化進行補償，它會依照觸控手指大小造成變化量的增減，自動調整開關臨界強度與感度。
4.6 切換容量
圖 15 是切換容量方式的動作原理，首先將電容器與切換器連接，利用時脈交互進行開關。電壓V 的電源一旦被接通，會將Q=CV 的電荷Q(C)儲存在容量C 的電容器。反覆使電容器充電、放電時，CV 的電荷會移動，1 秒鐘反覆N 次，呈現Q=NCV 的電荷移動狀態。
圖15 利用電容器製作阻抗
接著將電阻器與電源連接進行比較，R(Ω)電阻器的兩端如果施加V(V)，流動電流I(A)變成：I=V/R
I(A)是指1 秒鐘I(C)的電荷移動，1 秒鐘的Q(C)的電荷移動變成：Q=V/R
兩式比較可以發現從CV=V/R變成NC=1/R，換句話說以N(Hz)切換，相當於連接1/NC(Ω)電阻器進行電荷移動。
輸出電壓利用切換動作反覆上下移動，此時若以低通濾波器(Low-Pass Filter, LPF)平滑化，就可以獲得使用電阻器相同效果。
5 感應電容觸摸屏
內部電容(Inner Capacitive)方式是電容式感測的改良版，主要特徵包括，保持電容式的優點，低價、輕巧，戴手套可以觸壓控制，應用電容式觸控面板的感測技術與利用阻抗膜式觸控面板的製造技術與製造設備等。
感應電容觸摸屏與表面電容觸摸屏相比，可以穿透較厚的覆蓋層，而且不需要校正。媲美電容式的耐久性，大於5,000 萬次；耐擦傷性大於3Ｈ、可負載250 公克的鐵絲球，反覆10 次，並進而提高AR 膜片的實力。此外，操作溫度範圍介於-30～+85℃之間，保存溫度範圍則為-40～+95℃。圖16 是表面與內部電容方式的比較；圖17 是內部電容觸控面板的驅動電路方塊圖。
圖16 表面電容感測與內部電容感測的比較
圖17 內部電容觸控面板的驅動電路方塊圖
5.1 電極設計
感應電容式在兩層ITO 塗層上蝕刻出不同的ITO 模組，需要考慮模組的總阻抗，模組之間的連接線的阻抗，兩層ITO 模組交叉處產生的寄生電容等因素。而且為了檢測到手指觸摸，ITO 模組的面積應該比手指面積小，當採用菱形圖案 時，對角線長通常控制在4 到6 毫米（見圖18）。
圖18 感應電容觸摸屏結構
5.2 電容式觸摸屏解決方案
目前的電容式觸摸屏解決方案中，Cypress PSoC 產品以可編程，設計靈活，一致性好， 再加上高效的PSoC Express / PSoC designer 開發環境而處於領先地位。PSoCCapSense 技術是根據電容感應的原理使用CSA 或CSD 模組來實現的。PCB 板或觸摸屏上相鄰的感應模組或導線之間會存在寄生電容（見圖19 中的Cp），當有手指接近或觸摸兩個相鄰感應模組時，相當於附加了兩個電容，它們相當於並聯在Cp 上的電容Cf。利用PSoC 的CSA 和CSD 技術可以檢測到 這個電容上的變化，從而確定有沒有手指觸摸。
圖19 PSoC CapSense 檢測電容原理
PSoC 觸摸屏解決方案的優點還體現在：
a. 是一種單晶片方案，和傳統方案相比減少了外部器件，降低了系統總體BOM 成本。
b. 通過使用I2C-USB Bridge 和其他相關工具，結合PSoC Express / PSoC designer 開發環境，可以極大地節省開發時間和費用。
c. PSoC 內部的IO 和各種類比/數位模組可以實現動態重配置，不需要修改原理圖和PCB 就可以更新設計以適應新的需求。它還支援多種通訊介面I2C / UART / SPI / USB 等，可以和各種介面的主機方便連接，這些都會降低系統更新的成本。
d. PSoC 可以針對外界環境變化 /RF 干擾 / 溫度變化 / 電源波動等靈活設置參數，在LCD顯示器、手機、數碼相機和白色家電的觸摸控制中得到了廣泛的應用。
e. 除了控制觸摸以外，PSoC 還可實現LED 背光控制，馬達控制，電源管理，I/O 擴展等增值功能。PSoC 已經應用在了多種尺寸的觸摸屏中，如果要實現表面電容觸摸屏的控制，可以由CY8C21x34 或CY8C24x94 系列通過CSD 模組來實現。實現感應電容觸摸屏的控制，可以由CY8C20x34 系列通過CSA 模組，也可由 CY8C21x34 或CY8C24x94 系列通過CSD 模組來實現。
6．電容觸摸屏與電阻觸摸屏比較在觸摸屏產品的設計中，需要對性能和成本進行權衡。電阻觸摸屏的成本較低，競爭就很激烈，而且在性能和應用場合上有一定局限。
a.電容觸摸屏只需要觸摸，而不需要壓力來產生信號。
b. 電容觸摸屏在生產後只需要一次或者完全不需要校正，而電阻技術需要常規的校正。
c. 電容方案的壽命會長些，因為電容觸摸屏中的部件不需任何移動。電阻觸摸屏中，上層的ITO 薄膜需要足夠薄才能有彈性，以便向下彎曲接觸到下面的ITO 薄膜。
d. 電容技術在光損失和系統功耗上優於電阻技術。
e. 選擇電容技術還是電阻技術主要取決於觸碰螢幕的物體。如果是手指觸碰，電容觸摸屏是比較好的選擇。如果需要觸筆，不管是塑膠還是金屬的，電阻觸摸屏可以勝任。電容觸摸屏也可以使用觸筆，但是需要特製的觸筆來配合。
f. 表面電容式可以用於大尺寸觸摸屏，並且相成本也較低，但目前無法支持手勢識別；感應電容式主要用於中小尺寸觸摸屏，並且可以支援手勢識別。
g. 電容式技術耐磨損、壽命長、用戶使用時維護成本低，因此生產廠家的整體運營費用可被進一步降低。
7. 電容式觸摸屏的發展趨勢
目前電容觸摸屏已經應用在了iPhone 及其它手持設備上，定位單點軌跡 / 類比滑鼠雙擊是它的基本功能，電容觸控比電阻式觸控有更高透光度、分辨率，使用壽命亦比電阻式觸控長，在可擕式應用中，用戶一手拿著設備，只能用另一隻手操作，因此識別多手指的抓取 / 平移, 伸展 / 壓縮、旋轉、翻頁等手勢操作就顯得尤為重要。PSoC 感應電容觸摸屏已經可以實現多點檢測，從而支持兩手指的手勢識別。多手指手勢操作的識別和應用成為當前市場的熱點，預計未來電容式觸控，將逐漸取代電阻式觸控技術，來電容式觸控不只手機應用領域，未來觸控技術商機，也有機會拓及各類可攜式產品、家電應用。可以預見支持手勢識別的電容式觸摸屏將在市場上大放光彩
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