浅谈投射式电容触摸屏的电磁干扰问题的解决方案

开关电源。干扰通过手指耦合到触摸屏上，如图5所示。小型手机充电器通常有交流电源火线和零线输入，但 没有地线连接。充电器是安全隔离的，所以在电源输入和充电器次级线圈之间没有直流连接。然而，这仍然会通过开关电源隔离变压器产生电容耦合。充电器干扰通 过手指触摸屏幕而形成返回路径。

　　图5：充电器干扰耦合模型。

　　注意：在这种情况下，充电器干扰是指设备相对于地的外加电压。这种干扰可能会因其在直流电源和直流地上等值，而被描述成“共模”干扰。在充电器输出的直流 电源和直流地之间产生的电源开关噪声，如果没有被充分滤除，则可能会影响触摸屏的正常运行。这种电源抑制比（PSRR）问题是另外一个问题，本文不做讨论。

　　充电器耦合阻抗

　　充电器开关干扰通过变压器初级-次级绕组漏电容（大约20pF）耦合产生。这种弱电容耦合作用可以被出现在充电器线缆和受电设备本身相对分布式地的寄生并 联电容补偿。拿起设备时，并联电容将增加，这通常足以消除充电器开关干扰，避免干扰影响触摸操作。当便携式设备连接到充电器并放在桌面上，并且操作人员的 手指仅与触摸屏接触时，将会出现充电器产生的一种最坏情况的干扰。

　　充电器开关干扰分量

　　典型的手机充电器采用反激式（flyback）电路拓扑。这种充电器产生的干扰波形比较复杂，并且随充电器不同而差异很大，它取决于电路细节和输出电压控制策略。干扰振幅的变化也很大，这取决于制造商在开关变压器屏蔽上投入的设计努力和单位成本。典型参数包括：

　　波形：包括复杂的脉宽调制方波和LC振铃波形。频率：额定负载下40~150kHz，负载很轻时，脉冲频率或跳周期操作下降到2kHz以下。电压：可达电源峰值电压的一半=Vrms/√2。

　　充电器电源干扰分量

　　在充电器前端，交流电源电压整流生成充电器高电压轨。这样，充电器的开关电压分量叠加在一个电源电压一半的正弦波上。与开关干扰相似，此电源电压也是通过 开关隔离变压器形成耦合。在50Hz或60Hz时，该分量的频率远低于开关频率，因此，其有效的耦合阻抗相应更高。电源电压干扰的严重程度取决于对地并联 阻抗的特性，同时还取决于触摸屏控制器对低频的灵敏度。

　　图6：充电器波形实例。

　　电源干扰的特殊情况：不带接地的3孔插头

　　额定功率较高的电源适配器（例如笔记本电脑交流适配器），可能会配置3孔交流电源插头。为了抑制输出端EMI，充电器可能在内部把主电源的地引脚连接到输 出的直流地。此类充电器通常在火线和零线与地之间连接Y电容，从而抑制来自电源线上的传导EMI。假设有意使地连接存在，这类适配器不会对供电PC和 USB连接的便携式触摸屏设备造成干扰。图5中的虚线框说明了这种配置。

　　对于PC和其USB连接的便携式触摸屏设备来说，如果具有3孔电源输入的PC充电器插入了没有地连接的电源插座，充电器干扰的一种特殊情况将会产生。Y电 容将交流电源耦合到直流地输出。相对较大的Y电容值能够非常有效地耦合电源电压，这使得较大的电源频率电压通过触摸屏上的手指以相对较低的阻抗进行耦合。

　　本文小结

　　当今广泛用于便携式设备的投射式电容触摸屏很容易受到电磁干扰，来自内部或外部的干扰电压会通过电容耦合到触摸屏设备。这些干扰电压会引起触摸屏内的电荷 运动，这可能会对手指触摸屏幕时的电荷运动测量造成混淆。因此，触摸屏系统的有效设计和优化取决于对干扰耦合路径的认识，以及对其尽可能地消减或是补偿。

　　干扰耦合路径涉及到寄生效应，例如：变压器绕组电容和手指-设备电容。对这些影响进行适当的建模，可以充分认识到干扰的来源和大小。

　　对于许多便携式设备来说，电池充电器构成触摸屏主要的干扰来源。当操作人员手指接触触摸屏时，所产生的电容使得充电器干扰耦合电路得以关闭。充电器内部屏蔽设计的质量和是否有适当的充电器接地设计，是影响充电器干扰耦合的关键因素。