Struktura projektivní kapacitní dotykové obrazovky
Typické projektivní kapacitní senzory jsou namontovány pod skleněnými nebo plastovými kryty. Obrázek 1 ukazuje zjednodušený boční pohled na dvouvrstvý senzor. Elektrody emitoru (Tx) a přijímače (Rx) jsou spojeny s průhledným oxidem india cínu (ITO) za vzniku křížové matrice. Každý uzel Tx-Rx má charakteristickou kapacitu. Tx ITO je umístěn pod Rx ITO a je oddělen vrstvou polymerního filmu nebo optického lepidla (OCA). Jak je znázorněno na obrázku, směr Tx elektrody je zleva doprava a směr Rx elektrody je z vnějšku dovnitř.
Pracovní princip senzoru
Pojďme analyzovat práci dotykové obrazovky, aniž bychom prozatím brali v úvahu faktor interference: prst operátora je označen jako geopotenciál. Rx je udržován v potenciálu země prostřednictvím obvodu dotykového displeje, zatímco napětí Tx je proměnné. Měnící se napětí Tx způsobuje, že proud prochází kondenzátorem Tx-Rx. Pečlivě vyvážený integrovaný obvod Rx izoluje a měří náboje vstupující do Rx. Naměřené náboje představují „vzájemnou kapacitu“ spojující Tx a Rx.
Stav senzoru: nedotčený
Obrázek 2 ukazuje schematický diagram magnetické linie v nedotčeném stavu. Při nepřítomnosti dotyku prstu zabírají magnetické linie Tx-Rx značný prostor v krytu. Termín „projektivní kapacita“ vychází ze skutečnosti, že okrajové magnetické čáry jsou promítnuty mimo elektrodovou strukturu.
Stav senzoru: Dotkněte se
Když se prst dotkne krytu, vytvoří se mezi Tx a prstem magnetické linie, které nahrazují velké množství magnetických polí na okraji Tx-Rx, jak je znázorněno na obrázku 3. Tímto způsobem dotykem prstu se snižuje vzájemná kapacita Tx-Rx. Obvod pro měření náboje rozpoznává měnící se kapacitu (Delta C) a detekuje prst nad křižovatkou Tx-Rx. Měřením všech průsečíků Tx-Rx matice s Delta C lze dosáhnout dotykové distribuce celého panelu.
Obrázek 3 také ukazuje další důležitý účinek: kapacitní spojení mezi prsty a Rx elektrodami. Touto cestou může být elektrické rušení spojeno s Rx. Je nevyhnutelný určitý stupeň spojení prst-Rx.
Speciální terminologie
Rušení projektivní kapacitní dotykové obrazovky je generováno necitlivým parazitickým spojením dráhy. Termín „zem“ se obvykle používá k označení buď referenčního uzlu v obvodu stejnosměrného proudu nebo nízkoimpedančního připojení k zemi: nejedná se o stejné termíny. Ve skutečnosti je u přenosných zařízení s dotykovou obrazovkou tento rozdíl hlavní příčinou interference s dotykovou vazbou. K objasnění a zamezení záměny používáme následující výrazy k vyhodnocení rušení dotykové obrazovky.
Uzemnění: Připojte k zemi například uzemňovacím drátem elektrické zásuvky se třemi otvory. Distribuovaná Země: Kapacitní spojení mezi objekty a zemí.
DC Ground: DC referenční uzel pro přenosná zařízení.
DC Power: Napětí baterie pro přenosná zařízení. Nebo výstupní napětí nabíječky připojené k přenosnému zařízení, například 5 V Vbus v nabíječce rozhraní USB.
DC VCC (DC VCC power supply): Stabilní zdroj napětí pro přenosná elektronická zařízení (včetně LCD a ovladačů dotykové obrazovky).
Neutrální: napájecí obvod střídavého proudu (jmenovitý geopotenciál).
Horké: Napájecí napětí střídavého proudu, relativní nulové vedení přivádí elektrickou energii.
LCD Vcom spojený s obvodem pro příjem dotykové obrazovky
Přenosný dotykový displej zařízení lze nainstalovat přímo na obrazovku LCD. V typické architektuře LCD jsou materiály z tekutých krystalů ovlivněny průhlednými horními a dolními elektrodami. Dolní elektrody určují počet jednotlivých pixelů obrazovky displeje; horní společné elektrody jsou spojitá rovina pokrývající celý vizuální přední konec obrazovky displeje, který je předpětí na napětí Vcom. V typickém nízkonapěťovém přenosném zařízení (jako je mobilní telefon) je napětí AC VCOM čtvercovou vlnou kmitající tam a zpět mezi DC a 3,3 V. Úroveň AC Vcom se obvykle přepíná jednou na řádek displeje, takže frekvence generovaného AC Vcom je 1/2 součinem obnovovací frekvence rámečku displeje a počtu řádků. Typické přenosné zařízení může mít frekvenci AC Vcom 15 kHz. Obrázek 4 znázorňuje napětí LCD Vcom připojené k dotykové obrazovce.
Dvouvrstvá dotyková obrazovka se skládá ze samostatné vrstvy ITO pokryté poli Tx a Rx, oddělenými dielektrickou vrstvou. Linky Tx zabírají celou šířku rozestupu Tx polí a mezi liniemi je oddělena pouze minimální vzdálenost potřebná pro výrobu. Tato architektura se nazývá samospoušť, protože pole Tx chrání pole Rx z LCD Vcom. K propojení však stále může docházet meziprostorem Tx pásem.
Aby se snížily náklady na architekturu a dosáhlo se lepší průhlednosti, instaluje jednovrstvá dotyková obrazovka pole Tx a Rx na jednu vrstvu ITO a postupně spojuje pole prostřednictvím samostatných mostů. Pole Tx proto nemůže tvořit stínící vrstvu mezi rovinou LCD Vcom a elektrodou Rx senzoru. To může vést k vážnému rušení Vcom interference.
Rušení nabíječky
Dalším možným zdrojem rušení na dotykové obrazovce je spínací napájení pro nabíječky mobilních telefonů napájené napájením. Rušení je spojeno s dotykovou obrazovkou prostřednictvím prstů, jak je znázorněno na obrázku 5. Malá nabíječka mobilních telefonů má obvykle napájení střídavým proudem a nulový vstup, ale není připojena k zemi. Nabíječka je bezpečně izolována, takže mezi příkonem a sekundární cívkou nabíječky neexistuje žádné stejnosměrné propojení. To však stále vytváří kapacitní spojení prostřednictvím spínacího transformátoru napájení. Nabíječka zasahuje do zpáteční cesty dotykem obrazovky prstem.
Poznámka: V tomto případě se rušení nabíječky týká aplikovaného napětí zařízení vzhledem k zemi. Tento druh rušení lze označit jako rušení „běžného režimu“ kvůli jeho rovnocennosti v napájení stejnosměrným proudem a stejnosměrné zem. Pokud šum při přepínání mezi zdrojem stejnosměrného napájení a zemí stejnosměrného proudu není dostatečně filtrován, může to ovlivnit normální fungování dotykové obrazovky. Tento problém s poměrem odmítnutí napájení (PSRR) je dalším problémem, který nebude v tomto článku diskutován.
Impedance spojky nabíječky
Spínací rušení nabíječky je generováno spojením svodové kapacity (asi 20pF) primárního a sekundárního vinutí transformátoru. Tato slabá kapacitní vazba může být kompenzována parazitickými zkratovými kondenzátory v relativně distribuované oblasti nabíjecích kabelů a samotných přijímacích zařízení. Když je zařízení vyzvednuto, paralelní kapacita se zvýší, což obvykle postačuje k odstranění rušení spínače nabíječky a zabránění rušení ovlivňujícímu dotykový provoz. Pokud je přenosné zařízení připojeno k nabíječce a umístěno na plochu a prst obsluhy se dotkne pouze dotykové obrazovky, dojde k nejhoršímu rušení nabíječky.
Spínací interferenční součást nabíječky
Typická nabíječka mobilních telefonů používá topologii obvodů zpětného toku. Interferenční křivky generované nabíječkou jsou složité a velmi se liší s nabíječkou. Závisí to na detailech obvodu a strategii řízení výstupního napětí. Interferenční amplituda se také velmi liší v závislosti na konstrukčním úsilí a jednotkových nákladech výrobce na stínění spínacího transformátoru. Mezi typické parametry patří: tvar vlny: zahrnující komplexní PWM čtvercovou vlnu a LC tvar zvonění. Frekvence: 40 ~ 150 kHz při jmenovitém zatížení, když je zátěž velmi nízká, frekvence pulsu nebo skokový cyklus klesne pod 2 kHz. Napětí: až polovina špičkového napětí napájecího zdroje = Vrms / 2.
Poruchová součást napájecího zdroje nabíječky
Na předním konci nabíječky generátor střídavého napájecího napětí generuje vysokonapěťovou kolejnici nabíječky. Tímto způsobem je spínací složka nabíječky položena na sinusovou vlnovou polovinu napájecího napětí. Podobně jako porucha spínání je napájecí napětí spojeno spínacím izolačním transformátorem. Při 50 Hz nebo 60 Hz je frekvence této složky mnohem nižší než frekvence přepínání, takže její efektivní vazební impedance je odpovídajícím způsobem vyšší. Závažnost rušení napájecího napětí závisí na vlastnostech zemní paralelní impedance a citlivosti ovladače dotykové obrazovky na nízkou frekvenci.
Zvláštní případ narušení napájení: 3-otvorová zástrčka bez uzemnění Adaptéry s vyšším jmenovitým výkonem (např. AC adaptéry notebooku) mohou být vybaveny 3-otvorovými zástrčkami AC. Aby bylo možné potlačit výstupní EMI, může nabíječka interně připojit zemnící kolík hlavního zdroje napájení na stejnosměrné zemnění výstupu. Tento druh nabíječky obvykle spojuje kondenzátor Y mezi vedením ohně a nulovým vedením a zemí, čímž potlačuje vedení EMI z elektrického vedení. Za předpokladu, že připojení existuje úmyslně, nebudou tyto adaptéry rušit přenosná zařízení s dotykovou obrazovkou napájená z počítačů a připojení USB. Čárkovaný drátový model na obrázku 5 ilustruje tuto konfiguraci. U PC a jeho přenosných zařízení s dotykovou obrazovkou připojených přes USB, pokud je do nepřipojené zásuvky zapojena počítačová nabíječka s tříotvorovým napájením, dojde k speciálnímu případu rušení nabíječky. Kondenzátor Y spojuje napájení střídavým proudem s DC výstupem. Relativně velká kapacita Y může účinně spojit napájecí napětí, což způsobí, že větší frekvenční napájecí napětí se spojí prstem na dotykové obrazovce s relativně nízkou impedancí. Shrnutí tohoto článku V dnešní době je projektivní kapacitní dotyková obrazovka široce používaná v přenosných zařízeních náchylná k elektromagnetickému rušení. Interferenční napětí zevnitř nebo zvnějšku bude připojeno k dotykovému zařízení prostřednictvím kapacitance. Tato interferenční napětí mohou způsobit pohyb náboje na dotykové obrazovce, což může zmást měření pohybu náboje, když se prst dotkne obrazovky. Proto efektivní konstrukce a optimalizace dotykové obrazovky systému závisí na rozpoznávání interferenční spojovací cesty a co nejvíce redukci nebo kompenzaci. Interferenční spojovací cesta zahrnuje parazitní efekty, jako je kapacita vinutí transformátoru a kapacita prstového zařízení. Správné modelování těchto dopadů může plně rozpoznat zdroj a velikost rušení. U mnoha přenosných zařízení představují nabíječky baterií hlavní zdroj rušení dotykových obrazovek. Když se prst obsluhy dotkne dotykové obrazovky, výsledná kapacita způsobí, že nabíječka bude rušit spojovací obvod. Kvalita konstrukce stínění uvnitř nabíječky a správná konstrukce uzemnění nabíječky jsou klíčovými faktory ovlivňujícími interferenční propojení nabíječky.
