基于电容式触摸屏系统介绍及相关解决方案

　　触摸屏广泛应用于我们日常生活各个领域，如手机、媒体播放器、导航系统、数码相机、数码相机、数码相框、PDA、游戏设备、显示器、电器控制、医疗设备等等。

　　通用的触摸屏技术包括适用于移动设备和消费电子产品的电阻式触摸屏和投射电容式（projected capacitive）触摸屏以及用于其他应用的表面电容式（surface capacitive）触摸屏、表面声波（SAW）触摸屏和红外线触摸屏。

　　电阻式触摸屏

　　应用比较多的电阻式触摸屏（图1）具有空气间隙和间隔层的两层ITO（Indium Tin Oxide,铟锡氧化物）。电阻式触摸屏是大批量应用、经过验证、低成本的技术。其缺点是：薄弱的机械性能；堆叠厚，相对较为复杂；不能检测多个手指的动作；前面板实现方案易损坏；有限的工业设计选项；光学性能不良；需要用户校准。

　　图1 电阻式触摸屏

　　投射电容式触摸屏

　　触摸屏的电容触摸控制采用一个用传导物质（如ITO）做涂层的表面来存储电荷。传导物质沿屏的X轴和Y轴传导电流。当传导（如手指）触摸时控制电场发生变化，而且可以确定沿水平轴和垂直轴触摸的位置。在带按键触摸位置的应用中，把分立的传感器放置在特定按键位置的下面，当传感器的电场被干扰时系统记录触摸和位置。投射电容式触摸屏示于图2。

　　图2 投射电容式触摸屏

　　投射电容式触摸屏比其他触摸屏技术的优势是：

　　出色的信噪比；

　　整个触摸屏表面具有高精度；

　　能够支持多个触摸；

　　通过“厚的”电介质材料进行感应；

　　无需用户校准。

　　QTouch技术

　　QTouch技术是Atmel触摸技术部前身Quantum（量研科技）的专利。所开发的集成电路技术是基于电荷——传输电容式感测。QTouch IC检测用传感器芯片和简单按键电极之间单连接来检测触摸（图3）。QTouch器件对未知电容的感测电极充电到已知电位。电极通常是印刷电路板上的一块铜区域。在1个或多个电荷——传输周期后测量电荷，就可以确定感测板的电容。在触摸表面按手指，导致在该点影响电荷流的外部电容。这做为一个触摸记录。也可确定QTouch微控制器来检测手指的接近度，而不是绝对触摸。判断逻辑中的信号处理使QTouch健全和可靠。可以消除静电脉冲或瞬时无意识触摸或接近引起的假触发。

　　图3 Qtouch技术示意图

　　QTouch传感器可以驱动单按键或多按键。在用多按键时，可以为每个按键设置1个单独的灵敏电平。可以用不同大小和形状的按键来满足功能和审美要求。

　　QTouch技术可以采用两种模式：正常或“触摸”模式和高灵敏度或“接近”模式。用高灵敏电荷传输接近感测来检测末端用户接近的手指，用用户接口中断电子设备或电气装置来启动系统功能。

　　为了优异的电磁兼容，QTouch传感器采用扩频调制和稀疏、随机充电脉冲（脉冲之间具有长延迟）。单个脉冲可以比内部串脉冲间隔短5%或更短。这种方法的优点是较低的交叉传感器干扰，降低了RF辐射和极化率，以及低功耗。

　　QTouch器件对于慢变化（由于老化或环境条件改变）具有自动漂移补偿。这些器件具有几十的动态范围，它们不需要线圈、振荡器、RF元件、专门缆线、RC网络或大量的分立元件。QTouch做为一个工程方案，它是简单、耐用、精巧的方案。

　　在几个触摸按键互相靠近时，接近的手指会导致多个按键的电容变化。Atmel专利的邻键抑制（AKS）采用迭代技术重复测量每个按键上的电容变化，比较结果和确定哪个按键是用户想要的。AKS抑制或忽略来自所有其他按键的信号，提供所选择按键的信号。这可防止对邻键的假触摸检测。

　　触摸屏系统设计

　　一个触摸屏系统包括：前面板、传感器薄膜、显示单元、控制器板和集成支持（图4）。

　　图4 触摸屏系统

　　Atmel公司提供触摸控制器IC、控制电路板参考设计、传感器参考设计、集成支持和传感器测试设备设计，而合作伙伴提供传感器薄、传感器和前面板的集成和控制器电路板。

　　Atmel提供用于1至10个按键和/或滑块/滑轮的器件——QTouch系列；用于多达48个按键和/或滑块/滑轮的器件——QMatrix系列；用于Single Touch和Two Touch触摸屏的器件QFild和QTwo系列。其中采用QT5320/5480器件的简易系统示于图5，触摸屏、滑块、滑轮和/或按键可由主机通过I2C兼容接口进行选择。

　　图5 触摸屏简易系统