手机电阻式触摸屏分析
引言
近几年来手机技术的发展日新月异,随着手机触摸屏技术的不断发展,使我们在操作手机方面的体验产生诸多变化。苹果的iPhONe 出现后,又打破了这一传统观念,多指触摸技术的发展,让触摸屏的应用一下子被拉到了一个全新的领域。
1 传统四线电阻式触摸屏技术
早期手机触摸屏技术,如前面提到的摩托罗拉A6188 手机是采用传统的“模拟四线电阻式触摸屏”技术,这种触摸屏由两层涂有透明导电物质的玻璃和塑料构成,手指触摸的表面是一个硬涂层,用以保护下面的PET(聚脂薄膜)层,在表面保护硬涂层和玻璃底层之间有两层透明导电层ITO(氧化铟,弱导电体),分别对应X、Y 轴,它们之间用细微透明的绝缘颗粒绝缘,如图1 所示。

触摸产生的压力会使两导电层接通,按压不同的点时,该点到输出端的电阻值也不同,因此会输出与该点位置相对应的电压信号(模拟量),经A/D转换后即可获取X、Y 的坐标值,如图2 所示。这就是电阻技术触摸屏的最基本原理,此类技术目前已经成熟,因为价格低、易于生产,现在还用于低端的手机中。

2 纯平电阻式(TOUCH LENS)技术
传统的手机电阻触摸屏与手机机壳装在一起,是有凹凸面的,结构不密封。现在市场上具体应用得比较前端的是采用TOUCH LENS 技术的一种触摸屏,中文俗称为“镜面式触摸屏”、“纯平触摸屏”等,现在已经得到广泛认可和应用,以苹果iPhone 为主要推动力量,它分为电阻式和电容式,iPhone 就是用电容式技术的,此前市场上应用比较多的是电阻式,其工作原理同传统电阻式触摸屏一样,结构如图3 所示,图4所示为从手机屏幕面所看到的一个纯平效果的例子。


TOUCH LENS 的主要特点:(1) 触摸面板与手机机壳表面完全平整、结构密封、防灰尘;(2)能加工不规则形状,以将手机外观设计得更美观;(3)手写顺滑、手感舒服,屏面清洁、外观漂亮,材质过硬,不容易破碎;(4)因为上下电极层都是膜结构,厚度比传统触摸屏更薄,对于结构设计颇具优势。
3 触摸屏多点触控技术的发展
3.1 电阻式多点触摸屏(Multi -touchresiSTive screen)技术
不管是传统的四线电阻式触摸屏还是TOUCHLENS 结构,以上手机只能单点触摸,不能满足丰富的触摸动作体验,火热的多点触摸技术促使电阻式触摸屏的进一步发展。在电容屏大行其道的今天,电阻式触摸屏解决方案以其固有的简单、低成本,支持多种输入介质(导体、非导体)的优点仍然占据市场的一席之地,和电容式触摸屏解决方案相比,耐久性和多点触摸是电阻屏的两大软肋,但是目前其中的一个技术难题---多点触摸,已经有所突破,下面对目前电阻屏多点触摸应用进行阐述。
当前电阻式多点触摸技术可大致分为数字矩阵电阻DMR、模拟矩阵电阻AMR 及五线多点电阻MF 三类。3.2 模拟矩阵电阻AMR 技术
如图5 所示,AMR 是沿X 与Y 两个方向在ITO层蚀刻出一条一条平行排列的区块,相当于将整个触摸屏划分成很多小矩阵区块,每个小矩阵相当于一个小的模拟四线电阻式触摸屏,各个区块彼此独立。如图6 所示,当手指按压到对应的区块时,区块就会传出对应比例的电压,控制器接收到电压后再将其翻译成坐标信息。


图5 给出了利用四线式电阻触摸屏实现多点触摸技术的方法:第一个时刻,在X1 电极上加上电压,由Y1、Y2、Y3 电极读取A、B、C 触摸单元所探测到的X 坐标;同理,在以后的各个时刻依次读取剩余触摸单元的X 坐标。获得所有触摸单元的X 坐标后,再依次给Y 电极加上电压,以获得各个触摸单元的Y 坐标。
模拟矩阵电阻AMR 与纯数字的DMR 技术多点触摸屏系统不同,AMR 是一个数字模拟混合系统,因此,在扫描电路、AD 转换电路、控制电路的基础上,还需添加各种辅助元件来减小外界噪声对模拟电路的干扰。特别是对于AD 转换,为了提高转换的精准度,有必要在硬件电路上添加下拉电阻,以避免无触摸发生时AD 输入端浮接的现象。
控制电路将控制扫描电路生成恰当的扫描信号,并使得AD 转换电路在恰当的时候进行数据采样和转换。对于AD 转换电路,可以在串行转换和并行转换间做取舍。串行转换结构简单,需要的AD 模块数量少,但是总的转换频率低;并行转换需要的AD 模块数量稍多,但总的转换频率可以得到提高。
于是基本电路构架便可以分为串行和并行两种,如图7 所示。值得注意的是,图6 仅表现了坐标采集转换电路的基本原理和结构,并没有画出为减小各种电器噪声而添加的元件,如AD 的下拉电阻、滤波电容等。

3.3 数字矩阵电阻DMR 技术
原理上,DMR 是将触控面板上下层划分成许多很小的区块,当某一区块被碰触,这一区块就
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