电容触摸屏行业标准

电容触摸屏行业标准（精选4篇）

1.电容触摸屏行业标准 篇一

电器行业：超级电容器成长空间巨大

2010-05-12

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中国超级电容器产业总规模2006年-2008年分别达到3.9亿元、5.7亿元、8.6亿元和13.3亿元，年复合增长率达到了24.4%。目前超级电容器占世界能量储存装置的市场份额不足1％，在我国所占市场份额约为0.5％，超级电容器存在着巨大的市场潜力。产品具有的充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长等优点，彰显出无可替代的优越性。由于其巨大的电容量以及快速的充放电速率，超级电容器在新能源汽车、节能设备以及智能电网领域有着非常广泛地应用。相比于国外研究超级电容器起步较早，技术相对比较成熟。许多国家均把超级电容器作为国家的重点研究和开发项目。国内起步较晚，但是在一些技术方面国内超级电容器生产商已经达到国际领先水平。目前国内主要生产经营超级电容器的公司有上海奥威科技开发有限公司、北京合众汇能科技有限公司、锦州凯美能源有限公司、哈尔滨巨容新能源有限公司等十几家公司。方正证券分析师欧阳仕华表示，超级电容器行业在我国属于新兴行业，现在处于起步阶段，未来发展空间巨大。建议关注技术壁垒比较高的上游电解液原料生产企业，如新宙邦，以及中游产业中既有技术基础，又有规模优势的电容器生产商，如法拉电子、铜峰电子等。

2.电容触摸屏行业标准 篇二

触摸屏作为一种人机交互的输入设备,现已逐步代替键盘鼠标,成为电子产品的重要组成部分。随着对触摸屏技术研究的不断深入,各种类型的触摸屏陆续被开发出来[1]。目前,已经市场商业化的触摸屏技术根据其工作原理和传输介质主要分为以下几种[2,3,4,5,6,7]:电阻式触摸屏、电容式触摸屏(分为表面式和投射式)、红外线式触摸屏、声波式触摸屏。

电容式触摸技术是近年来发展较快的触摸技术。电容式触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、透光率高、可支持多点触摸和寿命长等诸多优点,得到了大众的认同[8,9,10]。电容式触摸屏技术可用于各种类型的电子设备,实现了控制功能的同时,更小巧、更整洁,也更灵活,不仅透光率超过85%,显示效果鲜明清晰,而且耐用持久、性能稳定,已成为智能手机和平板电脑的首选显示技术。

然而,投射式电容触摸屏也有其局限性。某些触摸屏的结构缺陷可能导致手指触摸时电容变化很小,而在遇到外部或内部强烈的电磁干扰时,这些微小的变化很难被分辨,即发生所谓的“触摸屏失灵”。所以,提高触摸屏的灵敏度和信噪比有着十分重要的意义。为了增强触摸屏的抗噪能力,提高信噪比,已开发出一系列的抗噪声电路[11,12]。文章从电容式触摸屏的工作原理出发,提出了通过优化电容屏电极结构来改进灵敏度的方法。根据触摸屏的工作特性,得到灵敏度和电极结构的关系,有利于研究和设计高灵敏度的电极图形,解决家电产品电磁干扰大、触摸灵敏度低等问题,以便设备在恶劣环境中也能正确感应到触摸手指的位置指令。

1 触摸屏研究的理论基础

1.1 投射式电容触摸屏的工作原理

投射式电容触摸屏互电容采用双层ITO结构,形成X轴和Y轴垂直交叉的矩阵式分布,如图1所示。两电极矩阵之间的互电容Cm包括两部分:正对交叉重叠部分电容CA和边缘电场电容CB,如图2的方框区域所示。手指接触到触摸屏时,手指相当于一个导体,导致从驱动电极(浅色下层)到感应电极(深色上层)的电力线一部分转移到手指上,这两个电极之间场强的减弱导致互电容减少,具体如图3所示[13]。手指触摸互电容减少,通过扫描检测触摸屏互电容变化的位置,进而得出触摸手指的位置。

1.2 有限元仿真的理论基础

由于边缘电场的存在,两个有限平行板之间的电容公式:C=ε0εrA/d不再适用。文章采用有限元仿真(FEM)求解器———COMSOL Multiphysics来仿真电容触摸屏,根据电势分布可以求出两电极之间电容[14]。

将静电场的泊松方程:

带入电容计算公式:

得出最终电容计算公式:

即:根据电场中电荷分布能求出电势分布,一旦知道电势分布后就可以求出两电极之间电容。

对于触摸屏的双层电极结构,求解电场模型中任两电极之间的电容,可采用极端电压法[15]。将上层ITO、下层ITO以及触摸笔均设为终端,一个ITO电极电压设为1V,其余终端电压均为0(仅有一个终端电压不设为0,即为非0的任意值均可,其余均设为0)。把下ITO作为驱动电极,上ITO作为感应电极,最后可以得到一个完整的Cm、Cm′的电极矩阵。

最终的结果可以用来求有无手指触摸的互电容变化ΔCm

其中Cm是无触摸条件时驱动电极(TX)和感应电极(RX)之间的互电容;Cm′是有触摸条件时TX和RX之间的互电容。

2 触摸屏有限元模型的建立

采用Comsol Multiphysics 5.1软件的静电场模块来研究两种常见的触摸屏电极类型:菱形和条形。研究的几何模型堆叠如图4所示,其相对介电常数分别为:玻璃盖板(Glass cover)=7,塑料薄膜-聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)=4,空气=1;取半径为0.4mm、长为1.5mm的Al笔模拟触摸。这些仿真触摸板模型长宽尺寸均取8.5 mm,以菱形模型为例,桥长2mm,桥宽1mm,如图5所示。网络划分的最大尺寸设为0.27mm,最小尺寸设为0.01mm,划分网格后的有限元模型如图6所示。利用参数化扫描(parametric sweep),将Al笔分别横向和纵向依次从0.5mm至8mm每隔0.5mm测量各个点位置的ΔCm,共有16×16个位置,即放在256个位置重复测量。得到触摸时菱形模型各个点ΔCm值的3D结果,如图7所示。

类似的仿真还有条形电极,为了方便比较,表1列出了对应几何图形每个位置分别触摸时的电容变化图,ΔCm的幅值可以视为触摸屏的灵敏度表征。

传感器灵敏度=触摸信号/手指阈值,手指阈值是设定好的一个定值,因此某点的触摸信号ΔCm值可以用来表征该点的灵敏度[16]。即触摸屏ΔCm值与其灵敏度有着紧密的关系,当触摸点ΔCm值越大时,触摸信号越大,该点灵敏度相应也越高。ΔCm二维平面俯视图中各个ΔCm值对应相应的颜色,右边的色彩条从最低端的白色到最上端的黑色,代表其ΔCm值越来越大。通过触摸屏上各点触摸后互电容变化对应的颜色,可以看出触摸屏中ΔCm值较好的点的位置,得到触摸屏的高灵敏度区域(黑色)的范围。

菱形电极ΔCm的三维图如图7所示,可以看出ΔCm值的大小对应小山高低分布,结合色彩条,即色彩条上端颜色对应的区域即ΔCm大的区域,可以得出ΔCm三维图均是在峰值部分最大,然后以一定坡度往下倾斜。所有点中ΔCm值的最大值(幅值)在一定程度上可以用来表征整个触摸屏的灵敏度。

由表1可以看出:在驱动电极(浅色电极)和感应电极(深色电极)的边缘处电容变化ΔCm比较大。边缘区域是感应电极的边缘能辐射到近邻驱动电极的区域,代表在静电场中,驱动电极能在感应电极边缘感应出电荷的能力。在边缘区域,边缘电力线比较密集,触摸条件下较多电力线转移到手指,信号值较大,增加边缘电力线可以提高触摸屏面板的灵敏度。由菱形的三维图和二维图可以看出:黑色区域(ΔCm比较大的区域)刚好对应驱动电极和感应电极边缘处,所以边缘区域和触摸屏灵敏度有着紧密的联系。

3 不同电极模型设计及分析

3.1 电极模型的设计

为了更进一步探究触摸屏的电极边缘区域对灵敏度的影响,在上述研究的基础上,设计了三种不同类型的触摸屏电极图形(“十字”、“米字”、“雪花”),这些模型如表2所示。表2中驱动电极由多个相同的矩形电极串联而成,感应电极由多个中间带有镂空图形的相同矩形电极串联而成,上下层每个小矩形尺寸一样。“十字”、“米字”、“雪花”模型的感应电极外框是边长均为3.5mm的正方形,连接部分是边长均为0.5mm的正方形。“十字”镂空由位于中心的长为2.7mm宽为0.6mm的矩形相互垂直镂空组成;“米字”镂空是在“十字”基础上,增加位于中心位置与水平部镂空和垂直部镂空均成45°夹角的倾斜部镂空,倾斜部镂空的长为1mm,宽为0.425mm;“雪花”镂空是在“米字”基础上,分别在水平部镂空和垂直部镂空两端增加了对称的四边形镂空,长边为0.790mm,短边为0.590mm,宽边为0.224mm。堆叠后模型的TX和RX电极的边缘区域仅考虑矩形中间的镂空图案边缘即可,即边缘区域依次增加。

为简化计算,同时考虑到近邻效应,取4×4电极矩阵中的2×2模型来仿真电容变化,模型长宽尺寸均为8.5mm,得到有触摸时ΔCm三维图的俯视平面图以及互电容变化ΔCm的峰值,如表3所示。

由表3的几何图形和仿真结果对比可得:随着两电极层边缘区域的增加,“十字”、“米字”、“雪花”电极模型的高灵敏度区域也随之增加,且“十字”、“米字”、“雪花”的ΔCm幅值分别比菱形模型增加了1.122%、4.149%、5.779%,表征的灵敏度也越来越好,说明边缘区域的增加对灵敏度的改善有着积极作用。表3中的仿真结果表明大部分区域灵敏度不高,这是由于大尺寸的感应电极对驱动电极发射出的电力线有一定的遮挡作用,导致边缘电力线很少,所以驱动和感应电极边缘区域两边的电极尺寸对灵敏度有一定影响。

3.2 电极模型的改进

表3仿真结果的绝大多数区域显示出处于低ΔCm的白色,而高ΔCm的黑色区域很少。进一步优化改进设计,在表3新设计模型的基础上,通过减小感应电极单元矩形的外尺寸,来增加矩形外框处的边缘区域。同样的,对应“新十字”、“新米字”、“新雪花”模型均取4×4电极矩阵中的2×2模型来仿真电容变化,得到有触摸时相应ΔCm三维图的俯视平面图以及互电容变化ΔCm的峰值,如表4所示。表4中“新十字”、“新米字”、“新雪花”三个改进模型是在表3对应模型的基础上减小宽0.2mm的外框所形成,即感应电极单元矩形外框边长均为3.1mm,连接部分由长为0.9 mm、宽为0.5 mm的矩形组成,其余不变。

由改进模型的仿真结果可以看出:改进模型的仿真结果明显优于新设计模型,再次验证增加边缘区域可以改善灵敏度。随着边缘区域的增加,“新十字”、“新米字”、“新雪花”的灵敏度也越来越好,而“新雪花”的ΔCm图最好,“新雪花”幅值比菱形增加了12.481%,且几乎整个区域都是代表高灵敏度区域的黑色,说明边缘区域的增加不仅对ΔCm值的提高有积极作用,还能大大增加触摸面板的高灵敏度区域。

4 结束语

3.电容触摸屏行业标准 篇三

电容感应原理

电容式触摸感应原理如图1所示，电路板上两块相邻的覆铜之间存在一个固有的寄生电容Cp，当手指(或其他导体)靠近时，手指和两块覆铜之间又产生新的电容，这些电容相当于并联到原来的Cp之上，当我们把其中一块覆铜连接到PSoC的模拟I/O上，另一块连接到地上，就可以通过测量电容的变化来判断手指的存在。

CapSense触摸感应模组

PSoC系统集成了丰富、高效的电容测量模块——Cap Sense, Cap Sense是根据电容感应原理和CSA/CSD来实现触摸感应，目前PSo C Creator提供了V1.30和V2.10两个版本的Cap Sense。该模组的主要特点有：

(1)支持用户定义的按键、滑条、触摸板和接近电容传感器的组合;(2)提供两种调校方式：SmartSense自动调教和PC GUI手动调校;(3)较强的抗干扰能力;(4)两个可选扫描信道(并行同步)提高了扫描速度;(5)具有屏蔽电极支持。

图2是PSoC Creator集成的CapSense_CSD模组，图3是CapSense_CSD的配置窗口。CapSense_CSD模组的配置相比其他模组配置较为复杂，由图3可以看出CapSense_CSD的配置窗口共有6个标签，每一个标签配置不同的参数，在General标签中有六项内容需要配置：

(1)调校方法(Tuning method)有三个选项供用户选择，分别是无(None)、自动 (SmartSense) 、手动(Manual)，大多数情况下选择自动 (SmartSense) 即可，但是在这种模式下，只允许一个CapSense_CSD出现在原理图上;(2)通道数量，此参数制定了实现的硬件扫描通道数量，有2个选项共用户选择，分别是：1(默认)——适合用于1至20个传感器的电路，2——适合用于超过20个传感器的电路;(3)噪声滤波器，在传感器扫描器件，建议使用滤波器来降低噪声的影响，有8钟方案选择，在此不一一列出;(4)防水及检测;(5)时钟输入;(6)扫描时钟，一旦选择时钟输入，此项功能无效。

Widget标签用来配置项目中所需触摸感应器件，如图4，左侧是工具箱，右侧是参数配置区，左侧的工具箱中提供了按键(Buttons)、线性滑条(Linear Sliders)、辐射滑条(Radial Slider)、矩阵按键(Matrix Buttons)、触摸板(Touch Pads)、接近传感器(Proximity Sensors)、普通传感器 (Generics) 等7种可供选择的部件，工具箱正上方三个按钮分别是添加(Add)、移除(Remove)、重命名(Rename)。添加或移出器件的操作方法是：先在左侧的工具箱中选中对应的目标，然后选择工具箱正上方的添加、移出、重命名按钮即可，比如放置一个Buttons, 先选中工具箱中的Buttons，点击Add Button，一个以Button n (n=0, 1, 2…顺序号)为名的按钮加入到工具箱中，要对其重命名的方法有两种：一，双击刚添加的Buttons，在弹出的对话框中输入新的名称，二是选中该Button，单击上方的Rename，在弹出的对话框中输入新的名称即可。要移出的方法与添加重命名的方法一直，先选中该部件，点击Remove按钮即可。在参数配置区，每种部件的配置内容不尽相同，一般分为两部分：General和Turning两部分，在General部分主要是配置传感器的数量，API分辨率和噪声滤波器，而在Turning中，主要配置手指阈值，噪声阈值和扫描分辨率，这几个都很重要，设置不当将直接影响感应效果。

Scan Order标签中设置传感器的扫描顺序，用户可根据设计任务的优先级上下移动传感器的扫描顺序，如图5，这个相对比较简单，在此不做详细叙述。

Advanced标签是高级用户标签，作为初学者，建议先不做此项设置，Turn Helper是调校助手，主要是用来通过PC GUI来手动校准传感器各项特征参数，后期我们将专门介绍该项功能。表1是CapSense的部分常用函数。

3.应用实例

实例内容：放置两个Buttons和一个线性Sliders，两个发光二极管和一个LCD，当系统检测到Buttons上存在指压的时候，对应的发光管点亮，若线性滑条上存在指压，将在LCD上用水平柱状滑条模拟显示指压所在的位置。

(1)新建一个项目，命名为PSOC-CapSense, ，打开原理图文件，放置一个CapSense_CSD模组(放置路径：Cypress Component Catalog→CapSense→CapSense_CSD[V2.10])、一个LCD模组和两个数字字输出端子并分别命名为LED1、LED2，如图6。

(2)参数配置，重点配置CapSense_CSD模组，其他模组的配置前几讲已经做过叙述，对于CapSense_CSD的配置参数如图3和图4所示。

(3)管脚映射和编译，展开系统API函数列表。

(4)打开main.c文件编写以下代码：

(5)编译并下载到实验开发板，用跳线把开发板上的LED1、LED2与P1-5, P1-6连接起来。

(6)给开发板上电，用手指触摸Buttons和Sliders, 观察LED的变化和LCD上的数据显示。图6是笔者的实验现象。

4.电容触摸屏行业标准 篇四

美国微芯科技公司宣布推出业界第一个也是唯一的一项可以以金属为前面板的电容式触摸传感技术。这一免版税的稳健技术基于最初成功发布的mTouch电容式触摸传感技术, 目前能够透过手套和表面有液体的情况下工作, 它也可以使盲文用于电容式触摸传感界面。设计人员可以将mTouch电容式触摸传感功能与其现有的应用代码一起集成于8位、16位或32位PIC单片机 (MCU) , 从而降低系统总成本。现在, 关于实现这些新功能的资料均可从Microchip的在线触摸传感设计中心 (http://www.microchip.com/get/4JJ0) 下载。

作为传统按钮式用户界面的替代方法, 触摸传感技术不断获得市场青睐, 因为它可以实现一个完全密封的、时尚的外观设计。mTouch电容式触摸传感用户界面的主要应用包括可能需要不锈钢前面板的家电市场, 希望技术稳健的工业市场, 以及推崇技术时尚美观的汽车市场。低功耗mTouch电容式触摸传感技术的工作电流小于5μA, 有助于降低整体功耗。