電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

CopyrightGoodixLtd.AllRightsReserved.電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計分析CopyrightGoodixLtd.AllRightsReserved.一.互電容基本介紹1.互電容定義及Tuoch示意圖2.互電容等效模型3.互電容檢測特點二.電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

1.平行板電容器

2.懸浮模型

3.RC常數(shù)分析

4.走線阻抗分析5.通道pitch分析

目錄Tuoch示意圖

透明的導(dǎo)體

有一種透明的導(dǎo)電物質(zhì)可以使用它叫做“銦錫氧化物”英文名稱簡寫為“ITO（IndiumTinOxide）”PS:玻璃為承載ITO的基材

觸控屏ITO導(dǎo)電玻璃構(gòu)造紅色為收！藍色為發(fā)！觸控屏實物

CopyrightGoodixLtd.AllRightsReserved.互電容基本介紹兩個或多個導(dǎo)體相互耦合而產(chǎn)生的耦合電容被稱為互耦電容。驅(qū)動通道與感應(yīng)通道兩者之間會產(chǎn)生耦合電容，為TX與RX的互電容。一.互電容定義及Tuoch示意圖

工作原理：當(dāng)手指或其它導(dǎo)體靠近電容感應(yīng)傳感器時，由于人體相當(dāng)于接地的導(dǎo)體，手指與感應(yīng)傳感器之間形成了一個手指的電容，驅(qū)動電極TX與感應(yīng)電極RX之間電場能量中的一部分流向了手指，感應(yīng)電極上接收到的感應(yīng)信號幅度將減少，幅度變化大小與手指電容大小成正比。使用AD轉(zhuǎn)換器檢測感應(yīng)信號幅度變化就可以知道是否有手指的觸摸。CopyrightGoodixLtd.AllRightsReserved.

二.互電容電容傳感器等效模型：Rd：驅(qū)動通道阻抗；Rs：感應(yīng)通道阻抗；Cx：感應(yīng)驅(qū)動節(jié)點互電容Cd：驅(qū)動通道對地自電容；Cs：感應(yīng)通道對地自電容；檢測原理：Goodix芯片對電容的檢測是基于調(diào)制和解調(diào)原理來實現(xiàn)的。在待測電容Cx的兩端分別接激勵信號源和檢測電路，工作時激勵信號源輸出一脈沖群信號對Cx進行調(diào)制。隨著調(diào)制信號的高低電平變化，將會有脈沖電流流過Cx。測量脈沖電流的變化就可以計算出Cx的變化。互電容基本介紹CopyrightGoodixLtd.AllRightsReserved.三.互電容檢測方式特點：檢測行列交叉處的互電容(耦合電容CM)變化?有手指觸摸時互電容減小?行加驅(qū)動激勵信號,列進行感應(yīng)每一個掃描周期，行和每列交叉點都需單獨掃描檢測每一個掃描周期掃描次數(shù)：

行數(shù)*列數(shù)驅(qū)動和感應(yīng)單元之間形成邊緣電容行列交叉重疊處會產(chǎn)生耦合電容注意：感應(yīng)單元的自感應(yīng)電容依然存在,但不必進行測量互電容基本介紹GT9XX檢測特點：1、驅(qū)動電極和感應(yīng)電極結(jié)點間存在耦合電容，這個電容稱為互電容C，通常為2pf左右。2、GT968有17條驅(qū)動，10條感應(yīng)，每條驅(qū)動對于10個感應(yīng)節(jié)點，17*10，因此共有170個結(jié)點參與軟件運算。3、每個結(jié)點通過ITO圖形連接至感應(yīng)通道，因此每個結(jié)點與芯片（引腳）感應(yīng)通道間存在阻抗R。此R等于節(jié)點處的ITO電阻+走線電阻+其它電阻。4、GT9XX驅(qū)動電極按串行方式逐一產(chǎn)生激勵信號。先TX1產(chǎn)生信號，R1-R4接收，然后再TX2產(chǎn)生信號。5、某一驅(qū)動產(chǎn)生激勵信號時，10條感應(yīng)線所對應(yīng)的電路同時對各自的耦合信號進行積分、AD轉(zhuǎn)換?；ル娙莼窘榻B

電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計分析一.電容：電容量是表征電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，其單位為法拉(法)，符號F。當(dāng)電容器兩端的電位差或電壓(U)為特定值時，儲存在電容器電極的電荷量為(Q)，則其電容量為：C=Q/U電容的這個基本公式，可類比于柱形的水容器，Q電量類比于水體積，電勢差U類比于水深，橫截面積類比于電容量.平行板電容器：平行板電容器的計算公式，當(dāng)兩平行板的面積遠(yuǎn)大于其間距時，有：C=εS/4πkd其中，ε是一個常數(shù)，S為電容極板的正對面積，d為電容極板的距離，k則是靜電力常量。

k:靜電力常量k＝9.0×109N?m2/C2電容器的電勢能計算公式：E=CU2/2一般來說，任何兩個彼此絕緣又相互靠近的導(dǎo)體都可構(gòu)成電容器。電容器的電容是由兩個導(dǎo)體的大小和形狀、兩個導(dǎo)體的相對位置以及極板間的電介質(zhì)決定的．電容并聯(lián)公式：Ceq=C1+C2+……+Cn電容串聯(lián)公式：1/Ceq=1/C1+1/C2+……+1/Cn模型說明：V1模擬驅(qū)動信號源C1，C1x觸摸屏單個節(jié)點本征電容（互電容），該電容的電場是開放的，會隨著手指的Touch而被吸走部分電場。C1表示該電容電容不會改變的部分，C1x表示開放的電場導(dǎo)致可被改變的電容。C2手指Touch時，手指與驅(qū)動線之間的耦合電容C3手指Touch時，手指與感應(yīng)線之間的耦合電容Ch人體對觸摸屏系統(tǒng)地之間的耦合電容C11.4pV1FREQ=300KHzVAMPL=1VVOFF=0AC=1V00R10.01C21pC30.5p0Ch80pSensorR21GC1x0.1pDriverintrinsiccapacitorI1

電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計分析二.懸浮模型：模型分析：Goodix檢測電路是基于對感應(yīng)端的電流/電荷進行檢測來判定C1+C1x互電容而floating效應(yīng)電流并沒有流過C1+C1x，是從手指上過來的，會對Touch檢測造成影響。理想情況下，Touch檢測C1+C1x減小為C1，sensor電流減小，而i1是增加的電流會抵消掉一部分Touch效應(yīng)。由于Ch無論如何不可能等效為短路至系統(tǒng)地，所以Touch時，i1一定是存在的，我們把這個電流定義為floating效應(yīng)電流。電流的大小和C2，C3和Ch網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，和i1的關(guān)系如下：C2越大，通過交流電流的越多，i1越大C3越大，通過交流電流的越多，i1越大Touch檢測C1+C1x減小為C1，sensor電流減小，而i1是增加的電流會抵消掉一部分Touch效應(yīng)。所以C2C3越小越好，會使I1變小，影響更小。

Ch人體對觸摸屏系統(tǒng)地之間的耦合電容（C=εS/4πkd）手機拿手上，無懸浮情況下，d變小，Ch越大，交流越容易從手指上流到系統(tǒng)GND上，所以電流直接從手指流入系統(tǒng)GND,使i1越小，即懸浮特性越好。我們希望I1越小越好.C2C3越小越好。

電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計分析16三.RC常數(shù)在RC充放電電路中，時間常數(shù)為τ=R*C，

R：結(jié)點至芯片感應(yīng)通道的阻抗，等于節(jié)點處的ITO電阻+走線電阻+其它電阻。C：結(jié)點處的互電容Cm與對應(yīng)寄生電容Cpt或Cpr的總和。

電容充放電完全通常取電壓上升99.9%為標(biāo)準(zhǔn)，即5倍RC常數(shù)t=5（Cpt+Cm）*Rpt或5(Cpr+Cm）*Rpr

電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計分析RC常數(shù)分析：1、RC常數(shù)直接影響到IC內(nèi)部積分電路的積分曲線，當(dāng)RC常數(shù)越小，積分時間寬度越小，RC常數(shù)越大，積分時間寬度越大。給一個電容充放電，需要5RC常數(shù)充到99%電量。R越小，所需5RC越小，電容充放電所需時間越小，屏通道容易充上電。C由屏體結(jié)構(gòu)決定，只能改變R，R越小越好。ITO做厚，R越小，透光性變差。ITO越薄，R變大，透光性變好。我們希望ITO方阻越小越好。屏廠希望R大些，透光性越好。2、RC常數(shù)在最佳范圍內(nèi)，如1.5us以內(nèi)，各結(jié)點檢測數(shù)據(jù)將不會有明顯的差異（假設(shè)ITO膜是完全均勻，走線阻抗一致）。3、當(dāng)RC超出最佳范圍時，數(shù)據(jù)將會沿感應(yīng)線方向均勻遞減（R增大方向）。 經(jīng)驗表明，支持至5inch以上觸摸屏，可能會出現(xiàn)沿感應(yīng)線方向數(shù)據(jù)遞（從近壓合點向遠(yuǎn)離壓合點數(shù)據(jù)均勻遞減），離芯片感應(yīng)通道越遠(yuǎn)的感應(yīng)節(jié)點，屏體ITO阻值R越大，導(dǎo)致RC越大，在同樣驅(qū)動脈沖頻率下，節(jié)點電容充放電不完全，導(dǎo)致檢測到的rawdata數(shù)據(jù)變小。4、當(dāng)RC超出最佳范圍時，可以通過軟件微調(diào)積分電路的時間窗口，使得數(shù)據(jù)遞減特性減弱，整屏數(shù)據(jù)基本接近，達到最佳范圍。

電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計分析四.走線阻抗

1、正常情況下，所有通道金屬走線部分阻抗應(yīng)該十分接近，但實際上，由于氧化、蝕刻不良等原因經(jīng)常造成阻抗成倍增大。

2、由RC常數(shù)一節(jié)知道，感應(yīng)線的R增大（使得RC超過最佳范圍）充放電不完全，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)遞減，因此若感應(yīng)通道走線部分阻抗過大，會使得整條感應(yīng)線對應(yīng)的數(shù)據(jù)比其它感應(yīng)線整體偏小。

3、驅(qū)動線阻抗偏大，會明顯導(dǎo)致激勵信號傳送至ITO圖形上的幅度減弱（因為ITO圖形的阻抗較?。?，因此若驅(qū)動通道走線部分阻抗過大，會使得整條驅(qū)動對應(yīng)的數(shù)據(jù)比其它驅(qū)動對應(yīng)的數(shù)據(jù)偏小。Rawdata值變小。

驅(qū)動通道阻抗通過影響驅(qū)動信號的頻率及幅度來影響Rawdata值的變化。正常情況下，如果采樣數(shù)據(jù)接近，這是由于驅(qū)動ITO圖案寬，阻抗小，激勵信號基本無衰減；另外同一驅(qū)動與不同感應(yīng)形成的結(jié)點RC常數(shù)接近。

電容屏結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

五.pitch值分析：