La detección capacitiva detecta cambios en el acoplamiento eléctrico. Puede utilizarse para botones, sensores de proximidad y detección de nivel de líquido, así como para pantallas táctiles. En una pantalla táctil, el controlador mide los electrodos detrás de una cubierta, detecta los cambios causados por un dedo y estima su posición.
La autocapacitancia y la capacitancia mutua miden relaciones diferentes. Esto afecta cómo un sensor escanea los electrodos e interpreta los toques. El diseño también debe distinguir un toque del ruido.
¿Qué mide la detección capacitiva?
La capacitancia describe cómo los conductores almacenan carga para una diferencia de voltaje dada. Un sensor táctil utiliza electrodos separados del dedo por materiales aislantes, que a menudo incluyen una lente de cubierta. El controlador mide una respuesta relacionada con la capacitancia. El dedo no necesita presionar ni hacer contacto eléctrico con el electrodo.
El sensor sin tocar tiene una respuesta de línea base. El controlador compara las mediciones posteriores con esa línea base para encontrar un cambio significativo, a menudo llamado delta de toque. Puede rastrear cambios lentos de la línea base a lo largo del tiempo y aplicar filtrado y umbrales de detección. Las unidades y si el conteo reportado aumenta o disminuye dependen de la electrónica y el software. Un ejemplo de Texas Instruments muestra cómo una implementación relaciona las lecturas brutas, la línea base y el umbral.[1]
Autocapacitancia y capacitancia mutua
Detección por autocapacitancia mide la capacitancia aparente de un electrodo individual respecto a la referencia del circuito de detección. Un dedo se acopla a ese electrodo, mientras que el cuerpo de la persona también se acopla capacitivamente a su entorno. Un toque normal típicamente aumenta la capacitancia medida. Una persona no necesita un cable físico a tierra para esta interacción.[2]
Detección por capacitancia mutua mide el acoplamiento aparente entre un electrodo de transmisión y un electrodo de recepción. Un dedo cerca de su área de interacción cambia el campo eléctrico e introduce otra trayectoria de acoplamiento a través del cuerpo y su entorno. Para un toque humano ordinario, el acoplamiento mutuo medido típicamente disminuye. La interacción tiene efectos competitivos, por lo que no todo objeto conductor cercano produce la misma respuesta.[3]
| Autocapacitancia | La capacitancia mutua | |
|---|---|---|
| Medición | Un electrodo respecto a la referencia del circuito de detección | Acoplamiento entre un electrodo de transmisión y uno de recepción |
| Efecto típico de un dedo | La capacitancia aparente aumenta | La capacitancia mutua aparente disminuye |
| Datos de posición | Las lecturas de electrodos individuales pueden combinarse para estimar la ubicación | Las intersecciones individuales de transmisión/recepción pueden proporcionar un mapa de señal bidimensional |
Estos son principios de medición, no una garantía sobre el número de toques admitidos. La tecnología táctil capacitiva proyectada, a menudo llamada PCAP, describe una familia más amplia de implementaciones de sensores. Para una introducción general a la estructura, consulte Tecnología de pantalla táctil PCAP.
¿Cómo se convierte un escaneo en un punto de toque?
El controlador escanea los canales del sensor, compara sus respuestas con los valores sin tocar e identifica regiones con un cambio suficiente. Estima una posición a partir de esas señales y reporta coordenadas al host. El software del host asigna las coordenadas a la imagen mostrada y la orientación.
En una matriz simple de autocapacitancia, el controlador lee filas y columnas por separado. Un solo toque puede localizarse combinando una respuesta de fila con una respuesta de columna. Con dos toques simultáneos en filas y columnas diferentes, las mismas lecturas pueden corresponder a más de un emparejamiento, creando posiciones ambiguas o fantasma. Esta limitación aplica a ese enfoque de matriz; no prueba que todo sistema de autocapacitancia sea incapaz de reconocer múltiples toques.[4]
En una matriz de capacitancia mutua, el controlador puede escanear intersecciones individuales de transmisión/recepción. Esto proporciona información de posición en cada nodo medido y puede admitir múltiples contactos sin la misma ambigüedad de emparejamiento de filas y columnas. El número real de toques, la separación, la precisión y la respuesta dependen del sensor, el controlador, el firmware y las condiciones de operación.[4] Para conocer el papel más amplio del controlador, consulte qué hace un IC táctil.
¿Por qué importan la cubierta, el diseño y el entorno?
El material y espesor de la cubierta, el adhesivo, los espacios de aire, la geometría de los electrodos, los cables, los conductores cercanos y el ensamblaje de la pantalla pueden afectar la medición. Una cubierta más gruesa generalmente debilita el acoplamiento del dedo; el diseño de electrodos y controlador puede compensarlo dentro de los límites del sistema.[5]
La conexión a tierra y el blindaje también implican compensaciones. Las estructuras conectadas a tierra cercanas pueden ayudar a controlar la interferencia, pero pueden añadir capacitancia parásita y reducir la sensibilidad. Las fuentes de alimentación, la electrónica de la pantalla, los cables y el cuerpo del usuario pueden proporcionar trayectorias para el ruido eléctrico.[5]
El material y espesor del guante cambian la interacción con el sensor. El agua y la humedad pueden cambiar el acoplamiento y producir detecciones no deseadas. Confirme el comportamiento requerido con la cubierta, el sensor, la configuración del controlador y el entorno reales.
¿Cómo debe un OEM verificar la detección?
Pruebe un ensamblaje terminado representativo en lugar de depender solo de un sensor desnudo. Registre las revisiones de pantalla y táctil, la pila de cubierta y adhesión, los cables, la disposición de conexión a tierra, el software del host y la configuración del controlador. Acuerde las condiciones de prueba y los límites de aceptación antes de probar.
- Cuando el controlador proporcione diagnósticos de señal, registre la variación de señal sin tocar y la señal de toque válido más débil en ubicaciones definidas, incluidos los bordes. De lo contrario, registre los eventos de toque reportados y pregunte al proveedor qué datos de diagnóstico están disponibles.
- Mida los toques perdidos, los toques no intencionados, el error de coordenadas y la respuesta bajo las condiciones de pantalla y alimentación previstas.
- Repita las verificaciones relevantes con los guantes especificados, humedad, temperatura o perturbaciones eléctricas cuando la aplicación lo requiera.
- Vuelva a evaluar la prueba cuando cambie una cubierta, un cable, una trayectoria de conexión a tierra, una pantalla o una configuración del controlador.
El filtrado, los cambios de umbral y la selección de frecuencia pueden ayudar a un controlador a manejar el ruido, pero también afectan la detección y la respuesta. Las funciones y compensaciones son específicas de cada dispositivo; Microchip describe una implementación de salto de frecuencia.[6] Requerir un delta de toque mayor puede suprimir toques válidos débiles, así como señales no deseadas. Establezca los límites mediante la prueba completa del sistema.
Para consideraciones de selección de pantalla y táctil más allá de la detección, consulte la Guía de módulo TFT LCD con pantalla táctil. Para analizar un diseño específico, contacte a RJY Display con la pantalla, la cubierta, la interfaz del host, las condiciones de uso y los requisitos táctiles. El soporte depende del proyecto y los componentes particulares.
Preguntas frecuentes
¿Mide la presión del dedo una pantalla táctil capacitiva?
La detección capacitiva mide un cambio en el acoplamiento eléctrico. Una medición capacitiva básica por sí sola no mide directamente la fuerza aplicada; cualquier función de presión necesita su propio método compatible.
¿Puede la detección por autocapacitancia admitir múltiples toques?
Algunas implementaciones pueden, pero una matriz simple de autocapacitancia de filas y columnas puede tener combinaciones ambiguas cuando se tocan varios puntos. Verifique el diseño específico del sensor y del controlador.
¿Garantiza la capacitancia mutua el multitáctil?
No. El escaneo de nodos individuales de capacitancia mutua puede soportar múltiples contactos, pero el número y la separación de los contactos dependen del hardware, el firmware y las condiciones de prueba.
¿Una cubierta más gruesa o los guantes siempre impedirán el toque?
No. Modifican la señal y pueden requerir un sensor y una sintonización adecuados. Verifique la cubierta y los guantes especificados en el ensamblaje completo.
Referencias
- Texas Instruments, Sensor Controller: Capacitive Touch.
- Texas Instruments, CapTIvate Technology Guide: Capacitive Sensing Basics.
- Microchip, QTouch Modular Library: Mutual Capacitance.
- Infineon, AN85951: PSoC 4 and PSoC 6 MCU CAPSENSE Design Guide, botones de matriz y touchpads.
- Microchip, AN2934: Capacitive Touch Sensor Design Guide.
- Microchip, Glossary of Touch Terms: Frequency Hop Parameters.
