《电容屏硬件理论知识-林辉俊》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电容屏硬件理论知识-林辉俊（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、培训时间安排,6月3日： 09:30-12:30-1.电容屏硬件理论知识2.常规图形详解及设计规范推导3.单层多点图形详解及规范推导 14:00-？-1.Pattern工具讲解2.sensor设计考试 6月4日： 09:30-12:30-1.FPC设计规范讲解2.结构评估 14:30-？-1.FPC审核2.结构评估考核,培训内容： 1.sensor，FPC设计规范及其理论推导过程 2.结构评估 培训考核标准： 1.完成sensor设计和FPC审核，并达到B或以上 2.能对sensor和FPC的走线空间做出评估，并达到B或以上 培训规则： 1.必须完成每个阶段的任务 2.每个任务都必须达到考核标
2、准 问题先保留在脑海中！）,Copyright Goodix Ltd. All Rights Reserved.,汇顶科技,电容屏硬件理论知识,Copyright Goodix Ltd. All Rights Reserved.,一.互电容基本介绍 1 .互电容定义及Tuoch示意图 2 .互电容等效模型 3 .互电容检测特点二.电容屏结构设计分析1 . 平行板电容器2 . 悬浮模型3 . RC常数分析4 . 走线阻抗分析5. 通道pitch分析,目录,问题： 火炮怎样是射落飞机的？ （问题先保留在脑海中！）,问题 先保留在 脑海中,主角登场,主角座驾,炮炮兵的故事,炮炮兵,雷达兵,火炮营长官
3、,炮炮兵小分队,炮炮兵的故事,敌机来袭。,炮炮兵的故事,雷达,炮炮兵的故事,1.雷达兵通过雷达侦测到敌机准确坐标；11111000000oooo11111111111 2.将准确坐标实时传送给火炮营长官；噢噢噢噢哦 3.火炮营长官下达攻击命令，并将敌机准确坐标传 送给炮炮兵； 4.炮炮兵瞄准坐标，启动火炮，攻击敌机；1111脑海中！）,炮炮兵的故事,炮炮兵,雷达兵,火炮营长官,发 命 令,收 坐 标,炮炮兵的故事,敌机坠毁。,炮炮兵的故事,炮炮兵小分队 胜利！,电容触控手机,问题： 为什么手指Touch触控屏幕，手机就可以有响应？ （问题先保留在脑海中！）,Tuoch示意图,炮炮兵 =LCD屏
4、,雷达 =触控屏,火炮营长官=主控,发 命 令,收 坐 标,概念互换,概念互换,电 容 小分队,炮炮兵 小分队,=,炮炮兵小分队：1.火炮射程 200 km1111112.雷达监测面积 400 km,电容小分队： 1. 驱动覆盖面积 8 mm2. 感应监测面积 8 mm,问题又来了： 要覆盖更大的地盘，怎么办？增加小分队！,火炮与电容屏比对关系,炮炮兵小分队：1.火炮射程 200 km1111112.雷达监测面积 400 km,电容小分队： 1. 驱动覆盖面积 8 mm2. 感应监测面积 8 mm,问题又来了： 要覆盖更大的地盘，怎么办？增加小分队！,火炮与电容屏比对关系,触控屏ITO图案,3
5、.5 寸屏手机,触控屏ITO图案,我们似乎忘记了一个问题：炮炮兵小分队：可以躲在深山里，以防止被敌人发现电容小分队？ -透明的导体,我们似乎忘记了一个问题：炮炮兵小分队：可以躲在深林里，以防止被敌人发现电容小分队？ -透明的导体,我们似乎忘记了一个问题：炮炮兵小分队：可以躲在深林里，以防止被敌人发现电容小分队？ -透明的导体,透明的导体,世界就是这么神奇！ 居然就有一种透明的导电物质可以使用 它叫做“铟锡氧化物” 英文名称简写为“ITO（IndiumTinOxide）” PS:玻璃为承载ITO的基材,触控屏ITO导电玻璃构造,红 色 为 收 ！,蓝 色 为 发 ！,触控屏ITO示意图案,触控屏
6、实物,触控屏手机,水果忍者,愤怒的小鸟,Copyright Goodix Ltd. All Rights Reserved.,互电容基本介绍,两个或多个导体相互耦合而产生的耦合电容被称为互耦电容。驱动通道与感应通道两者之间会产生耦合电容，为TX与RX的互电容。,一.互电容定义及Tuoch示意图,工作原理：当手指或其它导体靠近电容感应传感器时，由于人体相当于接地的导体，手指与感应传感器之间形成了一个手指的电容，驱动电极TX与感应电极RX之间电场能量中的一部分流向了手指，感应电极上接收到的感应信号幅度将减少，幅度变化大小与手指电容大小成正比。使用AD转换器检测感应信号幅度变化就可以知道是否有手指的
7、触摸。,Copyright Goodix Ltd. All Rights Reserved.,二.互电容电容传感器等效模型：,Rd： 驱动通道阻抗；Rs： 感应通道阻抗； Cx： 感应驱动节点互电容 Cd： 驱动通道对地自电容； Cs： 感应通道对地自电容；检测原理：Goodix芯片对电容的检测是基于调制和解调原理来实现的。在待测电容Cx的两端分别接激励信号源和检测电路，工作时激励信号源输出一脉冲群信号对Cx进行调制。随着调制信号的高低电平变化，将会有脉冲电流流过Cx。测量脉冲电流的变化就可以计算出Cx的变化。,互电容基本介绍,Copyright Goodix Ltd. All Rights
8、Reserved.,三.互电容检测方式特点：,检测行列交叉处的互电容(耦合电容CM)变化 有手指触摸时互电容减小 行加驱动激励信号,列进行感应每一个扫描周期，行和每列交叉点都需单独扫描检测每一个扫描周期扫描次数： 行数 * 列数,驱动和感应单元之间形成边缘电容行列交叉重叠处会产生耦合电容 注意：感应单元的自感应电容依然存在,但不必进行测量,互电容基本介绍,GT9XX检测特点： 1、驱动电极和感应电极结点间存在耦合电容，这个电容称为互电容C，通常为2pf左右。 2、GT968有17条驱动，10条感应，每条驱动对于10个感应节点，17*10，因此共有170个结点参与软件运算。 3、每个结点通过IT
9、O图形连接至感应通道，因此每个结点与芯片（引脚）感应通道间存在阻抗R。此R等于节点处的ITO电阻+走线电阻+其它电阻。 4、GT9XX驱动电极按串行方式逐一产生激励信号。先TX1产生信号，R1-R4接收，然后再TX2产生信号。 5、某一驱动产生激励信号时，10条感应线所对应的电路同时对各自的耦合信号进行积分、AD转换。,互电容基本介绍,电容屏结构设计分析,一.电容：电容量是表征电容器容纳电荷本领的物理量，其单位为法拉(法)，符号F。当电容器两端的电位差或电压(U)为特定值时，储存在电容器电极的电荷量为(Q)，则其电容量为：C=Q/U电容的这个基本公式，可类比于柱形的水容器，Q电量类比于水体积，
10、电势差U类比于水深，横截面积类比于电容量.平行板电容器： 平行板电容器的计算公式，当两平行板的面积远大于其间距时，有： C=S/4kd 其中，是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离， k则是静电力常量。k:静电力常量k9.0109Nm2/C2 电容器的电势能计算公式：E=CU2/2一般来说，任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可构成电容器。电容器的电容是由两个导体的大小和形状、两个导体的相对位置以及极板间的电介质决定的电容并联公式：Ceq = C1 + C2 + + Cn 电容串联公式：1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 + + 1/Cn,模型说明：V1模拟驱动信号源 C1，
11、C1x触摸屏单个节点本征电容（互电容），该电容的电场是开放的，会随着手指的Touch而被吸走部分电场。 C1表示该电容电容不会改变的部分，C1x表示开放的电场导致可被改变的电容。 C2手指Touch时，手指与驱动线之间的耦合电容 C3手指Touch时，手指与感应线之间的耦合电容 Ch人体对触摸屏系统地之间的耦合电容,I1,电容屏结构设计分析,二.悬浮模型：,41,模型分析： Goodix检测电路是基于对感应端的电流/电荷进行检测来判定C1+C1x互电容而floating效应电流并没有流过C1+C1x，是从手指上过来的，会对Touch检测造成影响。理想情况下，Touch检测C1+C1x减小为C1
12、，sensor电流减小，而i1是增加的电流会抵消掉一部分Touch效应。由于Ch无论如何不可能等效为短路至系统地，所以Touch时，i1一定是存在的，我们把这个电流定义为floating效应电流。电流的大小和C2，C3和Ch网络有关，和i1的关系如下： C2越大，通过交流电流的越多，i1越大 C3越大，通过交流电流的越多，i1越大 Touch检测C1+C1x减小为C1，sensor电流减小，而i1是增加的电流会抵消掉一部分Touch效应。所以C2 C3越小越好，会使I1变小，影响更小。 Ch人体对触摸屏系统地之间的耦合电容（C=S/4kd ） 手机拿手上，无悬浮情况下，d变小，Ch越大，交流越
13、容易从手指上流到系统GND上，所以电流直接从手指流入系统GND,使i1越小，即悬浮特性越好。 我们希望I1越小越好.C2 C3越小越好。,电容屏结构设计分析,三.RC常数在RC充放电电路中，时间常数为 = R * C，R：结点至芯片感应通道的阻抗，等于节点处的ITO电阻+走线电阻+其它电阻。C：结点处的互电容Cm与对应寄生电容Cpt 或Cpr的总和。电容充放电完全通常取电压上升99.9%为标准，即5倍RC常数t=5（Cpt + Cm）* Rpt或5 (Cpr + Cm ）* Rpr,电容屏结构设计分析,RC常数分析： 1、RC常数直接影响到IC内部积分电路的积分曲线，当RC常数越小，积分时间宽
14、度越小，RC常数越大，积分时间宽度越大。给一个电容充放电，需要5RC常数充到99%电量。R越小，所需5RC越小，电容充放电所需时间越小，屏通道容易充上电。C由屏体结构决定，只能改变R，R越小越好。 ITO做厚，R越小，透光性变差。ITO越薄，R变大，透光性变好。我们希望ITO方阻越小越好。屏厂希望R大些，透光性越好。 2、RC常数在最佳范围内，如1.5us以内，各结点检测数据将不会有明显的差异（假设ITO膜是完全均匀，走线阻抗一致）。 3、当RC超出最佳范围时，数据将会沿感应线方向均匀递减（R增大方向）。经验表明，支持至5inch以上触摸屏，可能会出现沿感应线方向数据递（从近压合点向远离压合点
15、数据均匀递减），离芯片感应通道越远的感应节点，屏体ITO阻值R越大，导致RC越大，在同样驱动脉冲频率下，节点电容充放电不完全，导致检测到的rawdata数据变小。 4、当RC超出最佳范围时，可以通过软件微调积分电路的时间窗口，使得数据递减特性减弱，整屏数据基本接近，达到最佳范围。,电容屏结构设计分析,四.走线阻抗1、正常情况下，所有通道金属走线部分阻抗应该十分接近，但实际上，由于氧化、蚀刻不良等原因经常造成阻抗成倍增大。2、由RC常数一节知道，感应线的R增大（使得RC超过最佳范围）充放电不完全，会导致数据递减，因此若感应通道走线部分阻抗过大，会使得整条感应线对应的数据比其它感应线整体偏小。3、
16、驱动线阻抗偏大，会明显导致激励信号传送至ITO图形上的幅度减弱（因为ITO图形的阻抗较小），因此若驱动通道走线部分阻抗过大，会使得整条驱动对应的数据比其它驱动对应的数据偏小。Rawdata值变小。驱动通道阻抗通过影响驱动信号的频率及幅度来影响Rawdata值的变化。正常情况下，如果采样数据接近，这是由于驱动ITO图案宽，阻抗小，激励信号基本无衰减；另外同一驱动与不同感应形成的结点RC常数接近。,电容屏结构设计分析,45,五.pitch值分析： ITO通道之间的pitch不超过6MM，建议在4-5MM左右。当大于6mm时，用手指触摸时，和相邻电极没有产生足够的感应电容，影响其定位的准确性和解析度。当为5mm左右时，可以产生足够感应电容并有良好的解析度。当pitch太小时，手指会同时触摸到多条通道，算法处理上较麻烦。,
