Projektívna kapacitná štruktúra dotykovej obrazovky
Typické projektívne kapacitné senzory sú namontované pod sklenenými alebo plastovými krytmi. Obrázok 1 zobrazuje zjednodušený bočný pohľad na dvojvrstvový snímač. Elektródy žiariča (Tx) a prijímača (Rx) sú spojené s priehľadným oxidom india cínu (ITO) za vzniku priečnej matrice. Každý uzol Tx-Rx má charakteristickú kapacitu. Tx ITO sa nachádza pod Rx ITO a je oddelený vrstvou polymérneho filmu alebo optického lepidla (OCA). Ako je znázornené na obrázku, smer Tx elektródy je zľava doprava a smer Rx elektródy je zvonka dovnútra.
Pracovný princíp senzora
Poďme analyzovať prácu dotykovej obrazovky bez toho, aby sme brali do úvahy faktor interferencie: prst operátora je označený ako geopotenciál. Rx sa udržiava v potenciáli Zeme cez obvod ovládacieho prvku dotykovej obrazovky, zatiaľ čo napätie Tx je premenlivé. Meniace sa napätie Tx spôsobuje, že prúd prechádza kondenzátorom Tx-Rx. Starostlivo vyvážený integrovaný obvod Rx izoluje a meria náboje vstupujúce do Rx. Namerané náboje predstavujú „vzájomnú kapacitu“ spájajúcu Tx a Rx.
Stav senzora: nedotknuté
Obrázok 2 zobrazuje schematický diagram magnetickej čiary v nedotknutom stave. Ak neprichádza do styku s prstami, magnetické vedenie Tx-Rx zaberá v kryte značný priestor. Termín "projektívna kapacitancia" vychádza zo skutočnosti, že okrajové magnetické línie sú vyčnievané mimo elektródovú štruktúru.
Stav senzora: Dotknite sa položky
Keď sa prst dotkne krytu, medzi Tx a prstom sa vytvoria magnetické čiary, ktoré nahradia veľké množstvo magnetických polí s okrajom Tx-Rx, ako je znázornené na obrázku 3. Týmto spôsobom dotyk prsta znižuje vzájomnú kapacitu Tx-Rx. Obvod merania náboja rozpoznáva premenlivú kapacitu (Delta C) a detekuje prst nad spojom Tx-Rx. Meraním všetkých priesečníkov Tx-Rx matrice s Delta C je možné dosiahnuť dotykové rozdelenie celého panelu.
Obrázok 3 tiež ukazuje ďalší dôležitý účinok: kapacitné spojenie medzi prstami a Rx elektródami. Touto cestou môže byť elektrické rušenie spojené s Rx. Je nevyhnutný určitý stupeň spojenia prst-Rx.
Špeciálna terminológia
Rušenie projektívnej kapacitnej dotykovej obrazovky je generované necitlivým parazitickým spojením dráhy. Termín „uzemnenie“ sa zvyčajne používa na označenie referenčného uzla v obvode jednosmerného prúdu alebo pripojenia nízkej impedancie k zemi: nejde o rovnaké pojmy. Pre prenosné zariadenia s dotykovou obrazovkou je tento rozdiel v skutočnosti príčinou interferencie s dotykovou spojkou. Na objasnenie a zabránenie nejasnostiam používame nasledujúce výrazy na vyhodnotenie rušenia dotykovou obrazovkou.
Uzemnenie: Pripojte k zemi napríklad prostredníctvom uzemňovacieho vodiča trojdierkovej elektrickej zásuvky. Distribuovaná Zem: Kapacitné spojenie medzi objektmi a zemou.
DC Ground: DC referenčný uzol pre prenosné zariadenia.
DC Power: Napätie batérie pre prenosné zariadenia. Alebo výstupné napätie nabíjačky pripojenej k prenosnému zariadeniu, napríklad 5 V Vbus v nabíjačke rozhrania USB.
DC VCC (napájanie DC VCC): Stabilné napájanie prenosných elektronických zariadení (vrátane ovládačov LCD a dotykovej obrazovky).
Neutrálny: striedavý silový obvod (nominálny geopotenciál).
Horúca: Napájacie napätie striedavého prúdu, relatívne nulové vedenie privádza elektrickú energiu.
LCD Vcom spojený s obvodom prijímania dotykovej obrazovky
Dotykovú obrazovku prenosného zariadenia je možné nainštalovať priamo na obrazovku LCD. V typickej architektúre LCD sú materiály z tekutých kryštálov ovplyvnené priehľadnými hornými a dolnými elektródami. Dolné elektródy určujú počet jednotlivých pixlov obrazovky displeja; horné spoločné elektródy sú súvislá rovina pokrývajúca celý vizuálny predný koniec obrazovky displeja, ktorá je predpätá na napätie Vcom. V typickom nízkonapäťovom prenosnom zariadení (ako je mobilný telefón) je napätie AC VCOM štvorcové vlny oscilujúce tam a späť medzi jednosmerným a 3,3V. Úroveň AC Vcom sa zvyčajne prepína na jeden riadok displeja, takže frekvencia generovaného AC Vcom je 1/2 súčinu obnovovacej frekvencie zobrazovacieho rámca a počtu riadkov. Typické prenosné zariadenie môže mať frekvenciu AC Vcom 15 kHz. Obrázok 4 zobrazuje napätie LCD Vcom spojené s dotykovou obrazovkou.
Dvojvrstvová dotyková obrazovka sa skladá zo samostatnej vrstvy ITO pokrytej poliami Tx a Rx, oddelenej dielektrickou vrstvou. Linky Tx zaberajú celú šírku rozstupov polí Tx a medzi čiarami je oddeľovaná iba minimálna vzdialenosť potrebná na výrobu. Táto architektúra sa nazýva samo tienenie, pretože polia Tx chránia polia Rx z LCD Vcom. K spojeniu však môže stále dochádzať cez medzipriestor Tx pásiem.
S cieľom znížiť náklady na architektúru a dosiahnuť lepšiu transparentnosť inštaluje jednovrstvová dotyková obrazovka polia Tx a Rx na jednu vrstvu ITO a polia postupne prepája cez samostatné mosty. Preto pole Tx nemôže tvoriť tieniacu vrstvu medzi rovinou LCD Vcom a elektródou snímača Rx. Môže to viesť k vážnemu rušeniu Vcom.
Rušenie nabíjačky
Ďalším potenciálnym zdrojom rušenia dotykovou obrazovkou je spínané napájanie nabíjačiek mobilných telefónov napájaných z napájacieho zdroja. Rušenie je spojené s dotykovou obrazovkou prstami, ako je to znázornené na obrázku 5. Malá nabíjačka mobilných telefónov má zvyčajne napájanie striedavým prúdom a nulový vstup, ale bez uzemnenia. Nabíjačka je bezpečne izolovaná, takže medzi vstupom energie a sekundárnou cievkou nabíjačky nie je žiadne spojenie jednosmerným prúdom. To však stále vytvára kapacitné spojenie prostredníctvom spínacieho transformátora napájania. Nabíjačka narúša spätnú cestu dotykom prsta na displej.
Poznámka: V tomto prípade sa rušenie nabíjačky vzťahuje na použité napätie zariadenia vo vzťahu k zemi. Tento druh rušenia možno opísať ako rušenie „v bežnom režime“ kvôli jeho rovnocennosti v napájaní jednosmerným prúdom a jednosmernom uzemnení. Ak šum pri prepínaní medzi jednosmerným prúdom a jednosmerným prúdom nie je primerane filtrovaný, môže to ovplyvniť normálnu činnosť dotykového displeja. Tento problém s pomerom odmietnutia napájania (PSRR) je ďalším problémom, ktorý sa v tomto dokumente nebude diskutovať.
Impedancia spojky nabíjačky
Spínacia interferencia nabíjačky je spôsobená spojením unikajúcej kapacity (asi 20pF) primárneho a sekundárneho vinutia transformátora. Táto slabá kapacitná väzba môže byť kompenzovaná parazitickými skratovými kondenzátormi v relatívne distribuovanej oblasti nabíjacích káblov a samotných prijímacích zariadení. Keď je zariadenie vyzdvihnuté, zvýši sa paralelná kapacita, čo je zvyčajne dosť na to, aby sa eliminovalo rušenie spínača nabíjačky a zabránilo rušeniu ovplyvňujúcemu dotykovú prevádzku. Ak je prenosné zariadenie pripojené k nabíjačke a umiestnené na pracovnej ploche a prst operátora sa dotýka iba dotykového displeja, nabíjačka bude mať najhorší prípad.
Spínacia interferenčná súčasť nabíjačky
Typická nabíjačka mobilných telefónov využíva topológiu obvodov spätného toku. Interferenčné krivky generované nabíjačkou sú zložité a s nabíjačkou sa veľmi líšia. Závisí to od podrobností obvodu a stratégie riadenia výstupného napätia. Interferenčná amplitúda sa tiež veľmi líši v závislosti od konštrukčného úsilia a jednotkových nákladov výrobcu na tienidle spínacieho transformátora. Typické parametre zahŕňajú: priebeh: vrátane komplexného PWM štvorcovej vlny a LC prsteňového priebehu. Frekvencia: 40 ~ 150 kHz pri menovitom zaťažení, keď je zaťaženie veľmi ľahké, frekvencia impulzov alebo skokový cyklus klesne pod 2 kHz. Napätie: do polovice špičkového napätia napájacieho zdroja = Vrms / 2.
Porucha komponentu napájacieho zdroja nabíjačky
Na prednom konci nabíjačky usmerňovač striedavého napájacieho napätia generuje vysokonapäťovú lištu nabíjačky. Týmto spôsobom je spínacia zložka nabíjačky položená na sínusovú vlnovú polovicu napájacieho napätia. Podobne ako rušenie spínaním je napájacie napätie spojené so spínacím izolačným transformátorom. Pri 50 Hz alebo 60 Hz je frekvencia tohto komponentu oveľa nižšia ako spínacia frekvencia, takže jeho efektívna väzbová impedancia je zodpovedajúcim spôsobom vyššia. Závažnosť interferencie napätia napájacieho zdroja závisí od charakteristík zemnej paralelnej impedancie a citlivosti ovládača dotykovej obrazovky na nízku frekvenciu.
Špeciálny prípad prerušenia napájania: 3-otvorová zástrčka bez uzemnenia. Adaptéry s vyšším menovitým výkonom (ako napríklad AC adaptéry prenosného počítača) môžu byť vybavené 3-otvorovými zástrčkami. Aby sa potlačil výstup EMI, nabíjačka môže interne pripojiť uzemňovací kolík hlavného napájacieho zdroja k jednosmernému uzemneniu na výstupe. Tento druh nabíjačky obvykle spája kondenzátor Y medzi požiarnym vedením a nulovým vedením a zemou, čím sa potlačí vedenie EMI z elektrického vedenia. Za predpokladu, že pripojenie existuje úmyselne, takéto adaptéry nebudú rušiť prenosné zariadenia s dotykovou obrazovkou napájané počítačmi a pripojeniami USB. Prerušovaný drôtový model na obrázku 5 zobrazuje túto konfiguráciu. V prípade PC a jeho prenosných zariadení s dotykovou obrazovkou pripojených cez USB, ak je do nepripojenej zásuvky zapojená nabíjačka PC s trojdierkovým napájacím vstupom, vyskytne sa špeciálny prípad rušenia nabíjačky. Kondenzátor Y spája striedavé napájanie s jednosmerným výstupom. Relatívne veľká kapacita Y môže efektívne spojiť napájacie napätie, čo spôsobuje, že väčšie napätie napájacieho kmitočtu sa páruje prstom na dotykovej obrazovke s relatívne nízkou impedanciou. Zhrnutie tohto článku V súčasnosti je projektívna kapacitná dotyková obrazovka široko používaná v prenosných zariadeniach citlivá na elektromagnetické rušenie. Interferenčné napätie zvnútra alebo zvonka bude pripojené k zariadeniu s dotykovou obrazovkou prostredníctvom kapacity. Tieto interferenčné napätia môžu spôsobiť pohyb náboja na dotykovej obrazovke, čo môže zameniť meranie pohybu náboja, keď sa prst dotkne obrazovky. Účinná konštrukcia a optimalizácia systému s dotykovou obrazovkou preto závisí od rozpoznania rušiacej spojovacej dráhy a čo najväčšieho zníženia alebo kompenzácie. Interferenčná spojovacia cesta zahŕňa parazitné efekty, ako je kapacita vinutia transformátora a kapacita zariadenia prsta. Správne modelovanie týchto vplyvov môže plne rozpoznať zdroj a veľkosť interferencie. Pre mnoho prenosných zariadení predstavujú nabíjačky batérií hlavný zdroj rušenia dotykových obrazoviek. Keď sa prst obsluhy dotkne dotykového displeja, výsledná kapacita spôsobí, že nabíjačka bude rušiť spojovací obvod. Kvalita dizajnu tienenia vo vnútri nabíjačky a správny dizajn uzemnenia nabíjačky sú kľúčové faktory ovplyvňujúce rušivé spojenie nabíjačky.
