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尊龙凯时科技 2019-04-26
滋扰耦合路径涉及到寄生效应，例如：变压器绕组电容和手指-设备电容 。对这些影响进行适当的建模，可以充分认识到滋扰的来源和巨细 。
关于许多便携式设备来说，电池充电器组成触摸屏主要的滋扰来源 。当操作人员手指接触触摸屏时，所爆发的电容使得充电器滋扰耦合电路得以关闭 。充电器内部屏蔽设计的质量和是否有适当的充电器接地设计，是影响充电器滋扰耦合的要害因素 。
投射式电容触摸屏能够精确定位手指轻触屏幕的位置，它通过丈量电容的微小变革来判别手指位置 。在此类触摸屏应用中，需要考虑的一个要害设计问题是电磁滋扰 (EMI)对系统性能的影响 。滋扰引起的性能下降可能对触摸屏设计爆发倒运影响 。
投射式电容触摸屏结构
典范的投射式电容传感器装置在玻璃或塑料盖板下方 。图1所示为双层式传感器的简化边视图 。发射(Tx)和接收(Rx)电极连接到透明的氧化铟锡 (ITO)，形成交叉矩阵，每个Tx-Rx结点都有一个特征电容 。Tx ITO位于Rx ITO下方，由一层聚合物薄膜或光学胶(OCA)离隔 。如图所示，Tx电极的偏向从左至右，Rx电极的偏向从纸外指向纸内 。
图1：传感器结构参考
传感器事情原理
让我们暂不考虑滋扰因素，来对触摸屏的事情进行剖析：操作人员的手指标称处在地电势 。Rx通过触摸屏控制器电路被坚持在地电势，而Tx电压则可变 。变革的 Tx电压使电流通过Tx-Rx电容 。一个仔细平衡过的Rx集成电路，隔离并丈量进入Rx的电荷，丈量到的电荷代表连接Tx和Rx的“互电容” 。
传感器状态：未触摸
图2显示了未触摸状态下的磁力线示意图 。在没有手指触碰的情况下，Tx-Rx磁力线占据了盖板内相当大的空间 。边沿磁力线投射到电极结构之外，因此，术语“投射式电容”由之而来 。
图2：未触摸状态下的磁力线
传感器状态：触摸
当手指触摸盖板时，Tx与手指之间形成磁力线，这些磁力线取代了大宗的Tx-Rx边沿磁场，如图3所示 。通过这种方法，手指触摸减少了Tx-Rx互电容 。 电荷丈量电路识别出变革的电容(△C)，从而检测到Tx-Rx结点上方的手指 。通过对Tx-Rx矩阵的所有交叉点进行△C丈量，便可获得整个面板的触摸分 布图 。
图3还显示出另外一个重要影响：手指和Rx电极之间的电容耦合 。通过这条路径，电滋扰可能会耦合到Rx 。某些水平的手指-Rx耦合是不可制止的 。
图3：触摸状态下的磁力线
专用术语
投射式电容触摸屏的滋扰通过不易察觉的寄生路径耦合爆发 。术语“地”通常既可用于指直流电路的参考节点，又可用于指低阻抗连接到大地：二者并非相同术语 。 实际上，关于便携式触摸屏设备来说，这种差别正是引起触摸耦合滋扰的基础原因 。为了澄清和制止混淆，我们使用以下术语来评估触摸屏滋扰 。
•Earth(地)：与大地相连，例如，通过3孔交流电源插座的地线连接到大地 。
•Distributed Earth(漫衍式地)：物体到大地的电容连接 。
•DC Ground(直流地)：便携式设备的直流参考节点 。
•DC Power(直流电源)：便携式设备的电池电压 �；蛘哂氡阈缴璞噶拥某涞缙魇涑龅缪�，例如USB接口充电器中的5V Vbus 。
•DC VCC(直流VCC电源)：为便携式设备电子器件(包括LCD和触摸屏控制器)供电的稳定电压 。
•Neutral(零线)：交流电源回路(标称处在地电势) 。
•Hot(火线)：交流电源电压，相对零线施加电能 。
LCD Vcom耦合到触摸屏接收线路
便携式设备触摸屏可以直接装置到LCD显示屏上 。在典范的LCD架构中，液晶质料由透明的上下电极提供偏置 。下方的多个电极决定了显示屏的多个单像素;上 方的公共电极则是笼罩显示屏整个可视前端的连续平面，它偏置在电压Vcom 。在典范的低压便携式设备(例如手机)中，交流Vcom电压为在直流地和 3.3V之间来回震荡的方波 。交流Vcom电平通常每个显示行切换一次，因此，所爆发的交流Vcom频率为显示帧刷新率与行数乘积的1/2 。一个典范的便 携式设备的交流Vcom频率可能为15kHz 。图4为LCD Vcom电压耦合到触摸屏的示意图 。
图4：LCD Vcom滋扰耦合模型
双层触摸屏由充满Tx阵列和Rx阵列的疏散ITO层组成，中间用电介质层离隔 。Tx线占据Tx阵列间距的整个宽度，线与线之间仅以制造所需的最小间距隔 开 。这种架构被称为自屏蔽式，因为Tx阵列将Rx阵列与LCD Vcom屏蔽开 。然而，通过Tx带间空隙，耦合仍然可能爆发 。
为降低架组本钱并获得更好的透明度，单层触摸屏将Tx和Rx阵列装置在单个ITO层上，并通过单独的桥依次跨接各个阵列 。因此，Tx阵列不可在LCD Vcom平面和传感器Rx电极之间形成屏蔽层 。这有可能爆发严重的Vcom滋扰耦合情况 。
充电器滋扰
触摸屏滋扰的另一个潜在来源是电源供电手机充电器的开关电源 。滋扰通过手指耦合到触摸屏上，如图5所示 。小型手机充电器通常有交流电源火线和零线输入，但 没有地线连接 。充电器是宁静隔离的，所以在电源输入和充电器次级线圈之间没有直流连接 。然而，这仍然会通过开关电源隔离变压器爆发电容耦合 。充电器滋扰通 过手指触摸屏幕而形成返回路径 。
注意：在这种情况下，充电器滋扰是指设备相关于地的外加电压 。这种滋扰可能会因其在直流电源和直流地上等值，而被描述成“共模”滋扰 。在充电器输出的直流 电源和直流地之间爆发的电源开关噪声，如果没有被充分滤除，则可能会影响触摸屏的正常运行 。这种电源抑制比(PSRR)问题是另外一个问题，本文不做讨论 。
充电器耦合阻抗
充电器开关滋扰通过变压器初级-次级绕组漏电容(约莫20pF)耦合爆发 。这种弱电容耦相助用可以被泛起在充电器线缆和受电设备自己相对漫衍式地的寄生并 联电容赔偿 。拿起设备时，并联电容将增加，这通常足以消除充电器开关滋扰，制止滋扰影响触摸操作 。当便携式设备连接到充电器并放在桌面上，并且操作人员的 手指仅与触摸屏接触时，将会泛起充电器爆发的一种最坏情况的滋扰 。
充电器开关滋扰分量
典范的手机充电器接纳反激式(flyback)电路拓扑 。这种充电器爆发的滋扰波形比较庞大，并且随充电器差别而差别很大，它取决于电路细节和输出电压控制战略 。滋扰振幅的变革也很大，这取决于制造商在开关变压器屏蔽上投入的设计努力和单位本钱 。典范参数包括：
波形：包括庞大的脉宽调制方波和LC振铃波形 。频率：额定负载下40~150kHz，负载很轻时，脉冲频率或跳周期操作下降到2kHz以下 。电压：可达电源峰值电压的一半=Vrms/√2 。
充电器电源滋扰分量
在充电器前端，交流电源电压整流生成充电器高电压轨 。这样，充电器的开关电压分量叠加在一个电源电压一半的正弦波上 。与开关滋扰相似，此电源电压一ㄇ通过 开关隔离变压器形成耦合 。在50Hz或60Hz时，该分量的频率远低于开关频率，因此，其有效的耦合阻抗相应更高 。电源电压滋扰的严重水平取决于对地并联 阻抗的特性，同时还取决于触摸屏控制器对低频的灵敏度 。
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