電容式觸摸測試MCU靈活性

電容觸摸技術被應用在廣泛的電子產(chǎn)品從智能手機，冰箱和汽車。在許多應用中，電容式觸摸傳感器提供輸入到一個專用的控制器芯片。微控制器直接參與當控制器集成為一個外圍設備的MCU模具。

不管在MCU是否具有傳感器/控制器電路集成在芯片上，或者如果觸摸傳感器信息是在一個專用設備，MCU必須處理，以達到令人滿意的用戶體驗的若干由電容觸摸輸入創(chuàng)建的問題。這些包括延遲(用于用戶及時響應)，準確性及能源消耗。能耗是特別重要的電池供電設備。

MCU供應商都提供了各種各樣的電容式觸摸解決方案，從專用外設與電容式觸摸傳感器的電池供電應用的超低功耗接口。在回顧的解決方案，然而，電容式觸摸技術快速審查應該是有幫助的。

電容式觸摸基礎知識

一般目前特殊設計的問題和電容式觸摸傳感器傳感器并沒有什么不同。多的復雜性是由于這樣的事實，即傳感器的電場的分布特性使它們的行為“集總元件”近似不準確和誤導。為了解決這些問題，半導體公司已經(jīng)出版了許多應用筆記，基本上提供規(guī)則 - 如果遵循 - 將導致一個成功的設計。本文將針對基本的考慮;了解一些基礎知識是必不可少的得到正確的方向開始的設計。

電容式觸摸傳感器都可以使用簡單的空間參數(shù)進行大致分類：

零維傳感器單點聯(lián)系的回應。一個簡單的按鈕是最常見的實現(xiàn)。

一維傳感器可以檢測手指的移動沿單一，線性軸。滑塊和滑輪是最流行的實現(xiàn)。

二維傳感器可以檢測手指的運動沿兩個軸。觸摸屏和觸摸板都是很好的例子。

該技術是復雜得多，但是，一如既往，在設計最終用戶系統(tǒng)中的第一個重要步驟是選擇對應于應用程序的傳感器類型。

最基本的電容式觸控技術，一維和二維傳感器依賴于表面電容。所述面板的一側被涂覆有導電材料，而另一側是絕緣材料。一個小的電壓被施加到導電層以創(chuàng)建弱電場。當導電手指或觸筆觸摸表面，電容器瞬間產(chǎn)生，這改變了電場。

該傳感器的控制器可以間接通過測量從四個角面板的電容的變化計算觸摸的位置。的電容變化較大，越接近觸摸是那個角落。表面電容技術具有相當分辨率低且受引起的電容耦合的誤差。由于這些原因，它通常用于工業(yè)控制和亭。

投射電容式觸摸

投射電容式觸摸(PCT)技術更準確，靈活的比使用表面電容。該導電層被蝕刻在X-Y柵格。有兩種類型的PCT傳感器技術：自電容和互電容。

在自電容感測，在XY網(wǎng)格的行和列獨立操作。位置由一個手指上的每個列或行的容性負載的相對位置來確定。創(chuàng)建一個強信號，但自電容感測不能準確地解析多于一個手指，這可能會導致“鬼影”或放錯位置的位置感測。

互電容式傳感器具有一個電容器在每行和每列的交叉點。當將電壓施加到行或列，甚至使手指或導電觸針的傳感器的表面附近改變局部電場，降低了互電容。觸摸位置可以非常精確地通過測量電容變化在網(wǎng)格上的每個單獨的點來確定?；ル娙葜С侄帱c觸控操作，這意味著，多個手指的位置可以準確地跟蹤在同一時間。

PCT是銷售點的需要，記錄簽名能力的設備一個受歡迎的傳感選項。然而，PCT性能可以負面在面板表面導電污跡的影響。塵埃附著在面板也可以是一個問題。

MCU供應商設計產(chǎn)品系列正是為了處理傳感器的剛剛討論的類型。愛特梅爾，例如，開發(fā)的傳感器控制器系列的按鈕，滑塊和滑輪。該產(chǎn)品可作為無論是IP集成在Atmel的AVR或使用該公司的QTouch軟件庫Atmel基于ARM的MCU內核的一個或作為特定應用的設備。 QTouch軟件家族用于與自電容傳感器的設計。其QMatrix感應控制器用于與互電容傳感器。愛特梅爾使得可舉家評估板。

德州儀器MSP430超值系列G2xx2 / 3 MCU的某些配置是專為電容式觸摸應用而設計的。這些MCU包括電容式觸摸感應IO的，使開發(fā)人員能夠使用，無需外部元件電容觸摸板直接連接。對于更復雜的應用，公司的MSP430F51x2設備，如MSP430F5152IDAR，包括，提供4納秒的分辨率，它能使高精度觸摸感測了高性能的計時器。

許多IC公司具有電容式觸摸產(chǎn)品線。它們包括但不限于愛特梅爾，Cypress半導體公司，飛思卡爾半導體，Microchip的技術，恩智浦半導體，Silicon Labs公司和德州儀器。

設計注意事項

電容式觸摸應用程序要求設計師要考慮的不僅僅是MCU。功率消耗是重要的，電池供電的設計，并經(jīng)過多按鈕被按下的時刻，并從系統(tǒng)的反應之間(等待時間)的時間也是非常重要的。

其他因素也必須在光應用程序的情況下使用的考慮。這包括環(huán)境光線的靈敏度(屏幕眩光)，成本，耐久性和最小/最大尺寸。所有這些標準的探索已經(jīng)超出了本文的范圍，但是2014年的分析由明尼蘇達州立大學出版的論文集ASEE(ASSE-NWMSC2014-1C1)包括一個表(圖1)，應該是設計師的幫助。電阻式觸摸技術也被包括在分析中，因為它仍然是在廣泛使用，雖然一般不作為能夠作為電容性觸摸。這些技術都排的規(guī)模為0至5，用5是“最好的”和0是“最差”的表現(xiàn)。 PCT擁有最好的收視率，但整體表面電容技術，應考慮對成本敏感的應用和產(chǎn)品，更大的屏幕。

中心議題：

電容式觸摸屏系統(tǒng)設計要點

解決方案：

注意防護層(觸摸表面)是平面還是曲面

注意防護層非工作區(qū)(不透明區(qū))的邊沿寬度

注意保護層的使用材料

注意保護層底面與液晶顯示模塊(LCM)之間的距離

靜電放電(ESD)處理

隨著消費移動通信設備越來越多地采用數(shù)字方式和集成更多的功能，對于設備的設計來說，開發(fā)直觀的創(chuàng)新型用戶接口(UI)方案變得更為重要。作為用戶接口設計的一部分，投射式電容觸摸屏有助于應對這一挑戰(zhàn)。

要設計一款成功的投射式電容觸摸屏系統(tǒng)，需要仔細考慮設備的機械設計、基底選擇和用戶接口，另外，在設計過程的所有階段都不能忘記在成本和技術之間進行折衷。

與電阻式觸摸屏技術不同，投射式電容觸摸屏更易于處理手指的動作，特別是多點觸摸的用戶輸入。電阻技術需要依靠手指壓力使觸摸屏的多個機械層產(chǎn)生電氣接觸。

這種操作方法會影響手指滑動的流暢性和手勢操作的靈巧性。另外，電阻式觸摸屏的多層機械結構易于因重復使用而較早產(chǎn)生磨損。

用投射式觸摸屏實現(xiàn)的幾種常見的多點觸摸手勢包括手指的張合、縮放、雙指的滑動和旋轉。它們可以快速方便地處理數(shù)據(jù)、內容和用戶參數(shù)。便攜游戲和文本/電子郵件應用也可以利用多點觸摸技術。在一個多指觸摸過程中，多觸點APA(全點可尋址)模式可以精確地測定每個手指所按壓的坐標位置。

不用先按Shift更換字符集然后再輸入實際字符，多點觸摸可以同時點擊Shift+實際字符。多點觸摸方式在GPS導航中也有廣泛的應用。不用輸入起始地和目的地，APA可在屏幕上實現(xiàn)目標位置的選擇，讓人們更快地到達目的地。圖1演示了多點觸摸操作可能出現(xiàn)的一些情況。

要評價一個設備的機械設計，必須解決幾個關鍵問題：

1.防護層(觸摸表面)是平面還是曲面?

通常建議把電容式觸摸屏安裝在平板式觸摸表面上。曲面會增加復雜性。要實現(xiàn)魯棒的電容式觸摸設計，透明的觸摸傳感器必須整齊地夾在防護層的下面。因壓合不均勻而產(chǎn)生的任何氣泡都會降低觸摸性能并影響產(chǎn)品的美觀。

曲面防護層只能以PET(聚脂)作為觸摸傳感器的基底。塑料傳感器可通過彎曲來適應防護層的外形。如果必須使用曲面的防護層，從反射的角度看，建議曲率不超過45度。曲率增大會增加壓合工藝的難度，并可能損壞ITO(氧化銦錫)圖案，進而可能會影響成品率。

使用壓敏粘合劑(PSA)來實現(xiàn)壓合較為便宜，但它不能用于曲面防護層。要保證更好的壓合完整性，可能須使用更為昂貴的UV固化粘合劑。UV粘合劑價格昂貴，但使用方便、粘合層薄，并具有非常高的光學品質(透明度大于95%)。

2.防護層非工作區(qū)(不透明區(qū))的邊沿寬度為多少?

對尺寸小于4英寸(10厘米)的觸摸屏，觸摸屏的邊沿寬度，在觸摸傳感器尾線一側應不窄于10mm,與尾線側毗鄰的兩側應不窄于3mm.這個邊沿空間用于隱藏把透明的ITO圖案鏈接到控制電路的非透明銀質箔線并隱藏控制電路本身。對于使用玻璃基底的觸摸屏，邊沿的寬度或許可以做得更窄，但仍建議使用上述指導原則。圖2描述了這些指導原則。