Projektivna kapacitivna struktura ekrana osetljivog na dodir
Tipični projektivni kapacitivni senzori montirani su ispod staklenih ili plastičnih navlaka. Na slici 1 prikazan je pojednostavljeni bočni prikaz dvoslojnog senzora. Elektrode za emitiranje (Tx) i prijemnik (Rx) povezane su s prozirnim indijevim oksidom tin (ITO) kako bi formirale poprečnu matricu. Svaki Tx-Rx čvor ima karakterističan kapacitet. Tx ITO se nalazi ispod Rx ITO i odijeljen je slojem polimernog filma ili optičkog ljepila (OCA). Kao što je prikazano na slici, smjer Tx elektrode je s lijeva na desno, a smjer Rx elektrode je izvana prema unutra.
Princip rada senzora
Analizirajmo rad dodirnog ekrana ne razmatrajući faktor interferencije za sada: prst operatera označen je kao geopotencijal. Rx se održava u zemaljskom potencijalu kroz sklop regulatora osjetljivog na dodir, dok je napon Tx promjenjiv. Promjenjivi napon Tx uzrokuje da struja prolazi kroz Tx-Rx kondenzator. Pažljivo uravnoteženi Rx integrirani krug izolira i mjeri naboje koji ulaze u Rx. Izmjereni naboji predstavljaju "međusobni kapacitet" koji povezuje Tx i Rx.
Status senzora: netaknut
Na slici 2 prikazan je šematski dijagram magnetne linije u netaknutom stanju. U nedostatku dodira prstom, Tx-Rx magnetne linije zauzimaju znatan prostor u poklopcu. Izraz "projektivni kapacitet" proizlazi iz činjenice da se rubne magnetske linije projektuju izvan strukture elektrode.
Status senzora: Dodirnite
Kad prst dodirne poklopac, između Tx i prsta nastaju magnetske linije koje zamjenjuju veliki broj magnetskih polja rubnih Tx-Rx, kao što je prikazano na slici 3. Na taj način dodir prsta smanjuje Tx-Rx međusobni kapacitet. Krug za mjerenje naboja prepoznaje promjenjivi kapacitet (Delta C) i otkriva prst iznad spojnice Tx-Rx. Mjerenjem svih presjeka Tx-Rx matrice s Delta C, može se dobiti dodjela cijele ploče na dodir.
Na slici 3 je prikazan i drugi važan učinak: kapacitivno spajanje prstiju i Rx elektrode. Putem ove električne smetnje može se povezati s Rx. Neophodan je određeni spoj sprega Rx-a.
Specijalna terminologija
Interferencija projektivnog kapacitivnog zaslona osjetljivog na dodir stvara se neosjetljivim parazitskim spajanjem puta. Izraz "uzemljenje" obično se koristi za označavanje bilo referentnog čvora u istosmjernom krugu ili veze niske impedance sa zemljom: nisu isti termini. Zapravo, za prijenosne uređaje sa zaslonom osjetljivim na dodir, ta je razlika osnovni uzrok smetnji spajanja dodira. Da bismo razjasnili i izbjegli zabune, koristimo sljedeće izraze za procjenu smetnji na dodirnom zaslonu.
Zemlja: Na primjer, spojite se na zemlju kroz žicu za uzemljenje u utičnicu za izmjeničnu struju sa tri rupe. Distribuirana Zemlja: Kapacitetna veza između objekata i zemlje.
DC Ground: DC referentni čvor za prijenosne uređaje.
DC napajanje: Napon baterije za prenosne uređaje. Ili izlazni napon punjača spojenog na prijenosni uređaj, kao što je 5 V Vbus, u USB punjač.
DC VCC (napajanje DC VCC): stabilno napajanje naponom za prenosive elektroničke uređaje (uključujući LCD i kontrolere dodirnog ekrana).
Neutralno: izmjenični strujni krug (nazivni geopotencijal).
Vruće: Naizmenični napon napajanja, relativno nulta linija primjenjuju električnu energiju.
LCD Vcom spojen na strujni krug s zaslonom osjetljivim na dodir
Prenosni ekran osetljiv na dodir može se instalirati direktno na LCD ekran. U tipičnoj LCD arhitekturi, tečni kristalni materijali su pristrani prozirnim gornjim i donjim elektrodama. Donje elektrode određuju broj pojedinih piksela zaslona; gornje zajedničke elektrode su neprekidna ravnina koja pokriva cijeli vizualni prednji kraj zaslona, a koji je pristran na napon Vcom. U tipičnom prijenosnom uređaju niskog napona (poput mobilnog telefona), napon AC VCOM je kvadratni val koji oscilira naprijed i nazad između istosmjerne i 3.3V. Razina AC Vcom obično se prebacuje jedanput po liniji prikaza, tako da frekvencija generiranog AC Vcom-a je 1/2 proizvoda brzine osvježavanja okvira prikaza i broja redova. Tipični prenosni uređaj može imati izmjeničnu frekvenciju izmjenične struje od 15 kHz. Slika 4 prikazuje napon LCD Vcom povezan sa dodirnim ekranom.
Dvoslojni dodirni zaslon sastoji se od zasebnog ITO sloja prekrivenog Tx i Rx nizovima, odijeljenog dielektričnim slojem. Tx linije zauzimaju cijelu širinu razmaka Tx polja, a između linija razdvaja se samo najmanji razmak potreban za izradu. Ta se arhitektura naziva samozaštita jer Tx nizovi štite Rx nizove od LCD Vcom. Međutim, spajanje se i dalje može dogoditi kroz međuprostor Tx opsega.
Kako bi se smanjili troškovi arhitekture i postigla bolja transparentnost, jednoslojni dodirni zaslon instalira Tx i Rx matrice na jedan ITO sloj i povezuje matrice kroz zasebne mostove zauzvrat. Stoga Tx polje ne može tvoriti zaštitni sloj između LCD Vcom ravnine i senzora Rx elektrode. To može dovesti do ozbiljne Vcom interferencije.
Smetanje punjača
Drugi potencijalni izvor smetnji na dodirnom zaslonu je prekidačko napajanje za punjače mobilnih telefona. Smetnje se spaja na dodirni ekran kroz prste, kao što je prikazano na slici 5. Mali punjač za mobilni telefon obično ima napajanje izmjeničnom strujom i nula ulaza, ali nema uzemljenje. Punjač je čvrsto izoliran, tako da nema direktne strujne veze između ulaza i sekundarnog svitka punjača. Međutim, to i dalje stvara kapacitivno spajanje putem prebacivanja transformatora za izolaciju napajanja. Punjač ometa povratni put dodirom zaslona prstom.
Napomena: U ovom slučaju smetnja punjača odnosi se na primijenjeni napon uređaja u odnosu na zemlju. Ova vrsta smetnji može se opisati kao smetnja „uobičajenog načina rada“ zbog njene ekvivalencije u istosmjernom napajanju i istosmjernoj podlozi. Ako buka prebacivanja između istosmjernog napajanja i istosmjernog napona nije dovoljno filtrirana, to može utjecati na normalan rad dodirnog zaslona. Ovaj problem odbijanja napajanja (PSRR) problem je još jedan problem, koji neće biti razmatran u ovom radu.
Otpornost na spojnicu punjača
Prekidačke smetnje punjača nastaju vezom curenja (oko 20pF) primarnog i sekundarnog namota transformatora. Ovo slabo kapacitivno spajanje može se nadoknaditi parazitskim spojnim kondenzatorima u relativno raspodijeljenom području kablova za punjač i samih prijemnih uređaja. Kad se uređaj podigne, porast će se paralelni kapacitet, što je obično dovoljno za uklanjanje smetnji prekidača punjača i izbjegavanje smetnji koje utječu na rad dodira. Kad se prenosivi uređaj poveže s punjačem i postavi na radnu površinu, a prst operatera dodirne samo dodirni ekran, dogodit će se najgore slučajevi smetnji s punjača.
Prebacivanje interferencijske komponente punjača
Tipični punjač za mobilne telefone koristi topologiju povratnog kruga. Interferencijski valni oblici koje generira punjač su složeni i jako se razlikuju od punjača. Ovisi o detaljima kruga i strategiji upravljanja izlaznim naponom. Amplituda smetnji također jako varira, ovisno o dizajnerskom naporu i jediničnoj cijeni proizvođača na zaštitnom transformatorskom štitniku. Tipični parametri uključuju: valni oblik: uključujući složeni PWM kvadratni val i LC zvonast valni oblik. Učestalost: 40 ~ 150 kHz pod nazivnim opterećenjem, kada je opterećenje vrlo lagano, frekvencija pulsa ili ciklus skoka pada ispod 2 kHz. Napon: do polovine vršnog napona napajanja = Vrms / 2.
Sastavni dio poremećaja Napajanje punjača
Na prednjem kraju punjača ispravljač napajanja izmjeničnim naponom stvara punjač visokog napona punjača. Na taj način, komponenta sklopnog napona punjača naliježe se na sinusoidni val polovine napona napajanja. Slično kao i smetnje u preklapanju, napon napajanja spojen je s prekidačkim izolacijskim transformatorom. Na 50Hz ili 60Hz, frekvencija ove komponente je znatno niža od komutacijske frekvencije, pa je njegova efektivna impedancija spojke odgovarajuće veća. Jačina interferencije napona napajanja ovisi o karakteristikama paralelne impedancije i osjetljivosti kontrolera zaslona osjetljivog na dodir na niske frekvencije.
Poseban slučaj ometanja napajanja: utikač s 3 rupe bez uzemljenja Adapteri za napajanje s većom nazivnom snagom (poput laptop adaptera naizmjenične struje) mogu biti opremljeni AC utičnicama s tri rupe. Da bi se potisnuo izlazni EMI, punjač može interno spojiti uzemljeni pin glavnog napajanja na istosmjerno uzemljenje izlaza. Ova vrsta punjača obično povezuje Y kondenzator između linije vatre i nulte linije i zemlje, potiskujući tako provodni EMI iz dalekovoda. Pod pretpostavkom da veza postoji namjerno, takvi adapteri neće ometati prijenosne uređaje sa zaslonom osjetljivim na dodir koji pokreću PC i USB veze. Isprekidani žični okvir na slici 5 ilustrira ovu konfiguraciju. Za PC i njegove USB prijenosne uređaje sa dodirnim zaslonom, ako je PC punjač s tri otvora za napajanje umetnut u nepovezanu utičnicu, pojavit će se poseban slučaj interferencije punjača. Y kondenzator spaja AC napajanje na istosmjerni izlaz. Relativno veliki Y kapacitet može učinkovito spojiti napon napajanja, zbog čega veći par naponskih frekvencija napajanja kroz prst na zaslonu osjetljivog na dodir ima relativno malu impedanciju. Sažetak ovog članka Danas je projektivni kapacitivni dodirni ekran koji se široko koristi u prenosivim uređajima ranjiv na elektromagnetske smetnje. Interferencijski napon iznutra ili izvana povezat će se s uređajem sa zaslonom osjetljivim na dodir kroz kapacitivnost. Ovi interferencijski naponi mogu prouzrokovati kretanje naboja na dodirnom ekranu, što može zbuniti mjerenje kretanja naboja kad prst dodirne ekran. Stoga, efikasan dizajn i optimizacija sustava zaslona osjetljivog na dodir ovisi o prepoznavanju putanje spajanja smetnji i smanjenju ili kompenzaciji koliko god je to moguće. Put spajanja smetnji uključuje parazitske efekte, kao što su kapacitet namota transformatora i kapacitet uređaja prsta. Na odgovarajući način modeliranje ovih utjecaja može u potpunosti prepoznati izvor i veličinu smetnji. Za mnoge prenosne uređaje punjači za baterije predstavljaju glavni izvor smetnji za ekrane osjetljive na dodir. Kada prst operatera dodirne dodirni ekran, rezultirajući kapacitet uzrokuje da punjač interferira s spojnim krugom. Kvaliteta dizajna zaštite unutar punjača i pravilno uzemljenje punjača ključni su čimbenici koji utječu na interferencijsku spojnicu punjača.
