如何实现电容式触摸屏的设计？设计时需考虑哪些问题？

电容式触摸测试MCU灵活性

电容触摸技术被应用在广泛的电子产品从智能手机，冰箱和汽车。在许多应用中，电容式触摸传感器提供输入到一个专用的控制器芯片。微控制器直接参与当控制器集成为一个外围设备的MCU模具。

不管在MCU是否具有传感器/控制器电路集成在芯片上，或者如果触摸传感器信息是在一个专用设备，MCU必须处理，以达到令人满意的用户体验的若干由电容触摸输入创建的问题。这些包括延迟(用于用户及时响应)，准确性及能源消耗。能耗是特别重要的电池供电设备。

MCU供应商都提供了各种各样的电容式触摸解决方案，从专用外设与电容式触摸传感器的电池供电应用的超低功耗接口。在回顾的解决方案，然而，电容式触摸技术快速审查应该是有帮助的。

电容式触摸基础知识

一般目前特殊设计的问题和电容式触摸传感器传感器并没有什么不同。多的复杂性是由于这样的事实，即传感器的电场的分布特性使它们的行为“集总元件”近似不准确和误导。为了解决这些问题，半导体公司已经出版了许多应用笔记，基本上提供规则 - 如果遵循 - 将导致一个成功的设计。本文将针对基本的考虑;了解一些基础知识是必不可少的得到正确的方向开始的设计。

电容式触摸传感器都可以使用简单的空间参数进行大致分类：

零维传感器单点联系的回应。一个简单的按钮是最常见的实现。

一维传感器可以检测手指的移动沿单一，线性轴。滑块和滑轮是最流行的实现。

二维传感器可以检测手指的运动沿两个轴。触摸屏和触摸板都是很好的例子。

该技术是复杂得多，但是，一如既往，在设计最终用户系统中的第一个重要步骤是选择对应于应用程序的传感器类型。

最基本的电容式触控技术，一维和二维传感器依赖于表面电容。所述面板的一侧被涂覆有导电材料，而另一侧是绝缘材料。一个小的电压被施加到导电层以创建弱电场。当导电手指或触笔触摸表面，电容器瞬间产生，这改变了电场。

该传感器的控制器可以间接通过测量从四个角面板的电容的变化计算触摸的位置。的电容变化较大，越接近触摸是那个角落。表面电容技术具有相当分辨率低且受引起的电容耦合的误差。由于这些原因，它通常用于工业控制和亭。

投射电容式触摸

投射电容式触摸(PCT)技术更准确，灵活的比使用表面电容。该导电层被蚀刻在X-Y栅格。有两种类型的PCT传感器技术：自电容和互电容。

在自电容感测，在XY网格的行和列独立操作。位置由一个手指上的每个列或行的容性负载的相对位置来确定。创建一个强信号，但自电容感测不能准确地解析多于一个手指，这可能会导致“鬼影”或放错位置的位置感测。

互电容式传感器具有一个电容器在每行和每列的交叉点。当将电压施加到行或列，甚至使手指或导电触针的传感器的表面附近改变局部电场，降低了互电容。触摸位置可以非常精确地通过测量电容变化在网格上的每个单独的点来确定。互电容支持多点触控操作，这意味着，多个手指的位置可以准确地跟踪在同一时间。

PCT是销售点的需要，记录签名能力的设备一个受欢迎的传感选项。然而，PCT性能可以负面在面板表面导电污迹的影响。尘埃附着在面板也可以是一个问题。

MCU供应商设计产品系列正是为了处理传感器的刚刚讨论的类型。爱特梅尔，例如，开发的传感器控制器系列的按钮，滑块和滑轮。该产品可作为无论是IP集成在Atmel的AVR或使用该公司的QTouch软件库Atmel基于ARM的MCU内核的一个或作为特定应用的设备。 QTouch软件家族用于与自电容传感器的设计。其QMatrix感应控制器用于与互电容传感器。爱特梅尔使得可举家评估板。

德州仪器MSP430超值系列G2xx2 / 3 MCU的某些配置是专为电容式触摸应用而设计的。这些MCU包括电容式触摸感应IO的，使开发人员能够使用，无需外部元件电容触摸板直接连接。对于更复杂的应用，公司的MSP430F51x2设备，如MSP430F5152IDAR，包括，提供4纳秒的分辨率，它能使高精度触摸感测了高性能的计时器。

许多IC公司具有电容式触摸产品线。它们包括但不限于爱特梅尔，Cypress半导体公司，飞思卡尔半导体，Microchip的技术，恩智浦半导体，Silicon Labs公司和德州仪器。

设计注意事项

电容式触摸应用程序要求设计师要考虑的不仅仅是MCU。功率消耗是重要的，电池供电的设计，并经过多按钮被按下的时刻，并从系统的反应之间(等待时间)的时间也是非常重要的。

其他因素也必须在光应用程序的情况下使用的考虑。这包括环境光线的灵敏度(屏幕眩光)，成本，耐久性和最小/最大尺寸。所有这些标准的探索已经超出了本文的范围，但是2014年的分析由明尼苏达州立大学出版的论文集ASEE(ASSE-NWMSC2014-1C1)包括一个表(图1)，应该是设计师的帮助。电阻式触摸技术也被包括在分析中，因为它仍然是在广泛使用，虽然一般不作为能够作为电容性触摸。这些技术都排的规模为0至5，用5是“最好的”和0是“最差”的表现。 PCT拥有最好的收视率，但整体表面电容技术，应考虑对成本敏感的应用和产品，更大的屏幕。

中心议题：

电容式触摸屏系统设计要点

解决方案：

注意防护层(触摸表面)是平面还是曲面

注意防护层非工作区(不透明区)的边沿宽度

注意保护层的使用材料

注意保护层底面与液晶显示模块(LCM)之间的距离

静电放电(ESD)处理

随着消费移动通信设备越来越多地采用数字方式和集成更多的功能，对于设备的设计来说，开发直观的创新型用户接口(UI)方案变得更为重要。作为用户接口设计的一部分，投射式电容触摸屏有助于应对这一挑战。

要设计一款成功的投射式电容触摸屏系统，需要仔细考虑设备的机械设计、基底选择和用户接口，另外，在设计过程的所有阶段都不能忘记在成本和技术之间进行折衷。

与电阻式触摸屏技术不同，投射式电容触摸屏更易于处理手指的动作，特别是多点触摸的用户输入。电阻技术需要依靠手指压力使触摸屏的多个机械层产生电气接触。

这种操作方法会影响手指滑动的流畅性和手势操作的灵巧性。另外，电阻式触摸屏的多层机械结构易于因重复使用而较早产生磨损。

用投射式触摸屏实现的几种常见的多点触摸手势包括手指的张合、缩放、双指的滑动和旋转。它们可以快速方便地处理数据、内容和用户参数。便携游戏和文本/电子邮件应用也可以利用多点触摸技术。在一个多指触摸过程中，多触点APA(全点可寻址)模式可以精确地测定每个手指所按压的坐标位置。

不用先按Shift更换字符集然后再输入实际字符，多点触摸可以同时点击Shift+实际字符。多点触摸方式在GPS导航中也有广泛的应用。不用输入起始地和目的地，APA可在屏幕上实现目标位置的选择，让人们更快地到达目的地。图1演示了多点触摸操作可能出现的一些情况。

要评价一个设备的机械设计，必须解决几个关键问题：

1.防护层(触摸表面)是平面还是曲面?

通常建议把电容式触摸屏安装在平板式触摸表面上。曲面会增加复杂性。要实现鲁棒的电容式触摸设计，透明的触摸传感器必须整齐地夹在防护层的下面。因压合不均匀而产生的任何气泡都会降低触摸性能并影响产品的美观。

曲面防护层只能以PET(聚脂)作为触摸传感器的基底。塑料传感器可通过弯曲来适应防护层的外形。如果必须使用曲面的防护层，从反射的角度看，建议曲率不超过45度。曲率增大会增加压合工艺的难度，并可能损坏ITO(氧化铟锡)图案，进而可能会影响成品率。

使用压敏粘合剂(PSA)来实现压合较为便宜，但它不能用于曲面防护层。要保证更好的压合完整性，可能须使用更为昂贵的UV固化粘合剂。UV粘合剂价格昂贵，但使用方便、粘合层薄，并具有非常高的光学品质(透明度大于95%)。

2.防护层非工作区(不透明区)的边沿宽度为多少?

对尺寸小于4英寸(10厘米)的触摸屏，触摸屏的边沿宽度，在触摸传感器尾线一侧应不窄于10mm,与尾线侧毗邻的两侧应不窄于3mm.这个边沿空间用于隐藏把透明的ITO图案链接到控制电路的非透明银质箔线并隐藏控制电路本身。对于使用玻璃基底的触摸屏，边沿的宽度或许可以做得更窄，但仍建议使用上述指导原则。图2描述了这些指导原则。