Il rilevamento capacitivo rileva le variazioni dell'accoppiamento elettrico. Può essere utilizzato per pulsanti, sensori di prossimità e rilevamento del livello dei liquidi, nonché per touchscreen. In un display touch, il controller misura gli elettrodi dietro una copertura, rileva le variazioni causate da un dito e ne stima la posizione.
La capacità propria e la capacità mutua misurano relazioni diverse. Ciò influisce sul modo in cui un sensore scansiona gli elettrodi e interpreta i tocchi. Il progetto deve inoltre distinguere un tocco dal rumore.
Che cosa misura il rilevamento capacitivo?
La capacità descrive come i conduttori immagazzinano carica per una data differenza di tensione. Un sensore touch utilizza elettrodi separati dal dito da materiali isolanti, spesso inclusa una lente di copertura. Il controller misura una risposta correlata alla capacità. Il dito non deve premere né stabilire un contatto elettrico con l'elettrodo.
Il sensore non toccato presenta una risposta di base. Il controller confronta le misurazioni successive con tale baseline per individuare una variazione significativa, spesso chiamata delta di tocco. Può monitorare le variazioni lente della baseline nel tempo e applicare filtri e soglie di rilevamento. Le unità e l'eventuale aumento o diminuzione del conteggio riportato dipendono dall'elettronica e dal software. Un esempio di Texas Instruments mostra come una determinata implementazione mette in relazione le letture grezze, la baseline e la soglia.[1]
Capacità propria e capacità mutua
Rilevamento a capacità propria misura la capacità apparente di un singolo elettrodo rispetto al riferimento del circuito di rilevamento. Un dito si accoppia a tale elettrodo, mentre il corpo della persona si accoppia capacitivamente anche all'ambiente circostante. Un tocco normale tipicamente aumenta la capacità misurata. Per questa interazione non è necessario un collegamento fisico della persona a terra.[2]
Rilevamento a capacità mutua misura l'accoppiamento apparente tra un elettrodo di trasmissione e un elettrodo di ricezione. Un dito in prossimità della loro area di interazione modifica il campo elettrico e introduce un ulteriore percorso di accoppiamento attraverso il corpo e l'ambiente circostante. Per un normale tocco umano, l'accoppiamento mutuo misurato tipicamente diminuisce. L'interazione presenta effetti contrastanti, pertanto non ogni oggetto conduttivo vicino produce la stessa risposta.[3]
| Capacità propria | La capacitività mutua | |
|---|---|---|
| Misurazione | Un elettrodo rispetto al riferimento del circuito di rilevamento | Accoppiamento tra un elettrodo di trasmissione e uno di ricezione |
| Effetto tipico di un dito | La capacità apparente aumenta | La capacità mutua apparente diminuisce |
| Dati di posizione | Le letture dei singoli elettrodi possono essere combinate per stimare la posizione | Le singole intersezioni trasmissione/ricezione possono fornire una mappa bidimensionale del segnale |
Questi sono principi di misurazione, non una garanzia sul numero di tocchi supportati. Il touch capacitivo proiettato, spesso chiamato PCAP, descrive una più ampia famiglia di implementazioni di sensori. Per un'introduzione generale alla struttura, vedere Tecnologia dei touch screen PCAP.
Come una scansione diventa un punto di tocco?
Il controller scansiona i canali del sensore, confronta le loro risposte con i valori non toccati e identifica le regioni con una variazione sufficiente. Stima una posizione da tali segnali e riporta le coordinate all'host. Il software host mappa le coordinate sull'immagine visualizzata e sull'orientamento.
In una semplice matrice a capacità propria, il controller legge righe e colonne separatamente. Un singolo tocco può essere localizzato combinando una risposta di riga con una risposta di colonna. Con due tocchi simultanei in righe e colonne diverse, le stesse letture possono corrispondere a più di un abbinamento, creando posizioni ambigue o fantasma. Questa limitazione si applica a tale approccio a matrice; non dimostra che ogni sistema a capacità propria sia incapace di riconoscere tocchi multipli.[4]
In una matrice a capacità mutua, il controller può scansionare le singole intersezioni trasmissione/ricezione. Ciò fornisce informazioni di posizione a ogni nodo misurato e può supportare più contatti senza la stessa ambiguità di abbinamento riga-colonna. Il numero effettivo di tocchi, la separazione, la precisione e la risposta dipendono dal sensore, dal controller, dal firmware e dalle condizioni operative.[4] Per il ruolo più ampio del controller, vedere che cosa fa un IC touch.
Perché la copertura, il layout e l'ambiente circostante sono importanti?
Il materiale e lo spessore della copertura, l'adesivo, gli spazi d'aria, la geometria degli elettrodi, i cavi, i conduttori vicini e l'assemblaggio del display possono influire sulla misurazione. Una copertura più spessa generalmente indebolisce l'accoppiamento con il dito; il progetto degli elettrodi e del controller può compensare entro i limiti del sistema.[5]
La messa a terra e la schermatura comportano anch'esse compromessi. Le strutture messe a terra vicine possono aiutare a controllare le interferenze ma possono aggiungere capacità parassita e ridurre la sensibilità. Gli alimentatori, l'elettronica del display, i cavi e il corpo dell'utente possono fornire percorsi per il rumore elettrico.[5]
Il materiale e lo spessore dei guanti modificano l'interazione con il sensore. L'acqua e l'umidità possono modificare l'accoppiamento e produrre rilevamenti indesiderati. Confermare il comportamento richiesto con la copertura, il sensore, le impostazioni del controller e l'ambiente effettivi.
Come dovrebbe un OEM verificare il rilevamento?
Testare un assemblaggio finito rappresentativo anziché affidarsi solo a un sensore nudo. Registrare le revisioni del display e del touch, lo stack di copertura e incollaggio, i cavi, la configurazione di messa a terra, il software host e le impostazioni del controller. Concordare le condizioni di prova e i limiti di accettazione prima dei test.
- Ove il controller fornisca diagnostica del segnale, registrare la variazione del segnale non toccato e il segnale di tocco valido più debole in posizioni definite, inclusi i bordi. Altrimenti, registrare gli eventi di tocco riportati e chiedere al fornitore quali dati diagnostici siano disponibili.
- Misurare tocchi mancati, tocchi indesiderati, errore di coordinate e risposta nelle condizioni di display e alimentazione previste.
- Ripetere le verifiche pertinenti con i guanti specificati, umidità, temperatura o disturbi elettrici quando l'applicazione lo richiede.
- Riesaminare il test quando cambiano copertura, cavo, percorso di messa a terra, display o impostazioni del controller.
Il filtraggio, le modifiche delle soglie e la selezione della frequenza possono aiutare un controller a gestire il rumore, ma influiscono anche sul rilevamento e sulla risposta. Le funzionalità e i compromessi sono specifici del dispositivo; Microchip descrive una determinata implementazione con salto di frequenza.[6] Richiedere un delta di tocco maggiore può sopprimere sia tocchi validi deboli sia segnali indesiderati. Stabilire i limiti attraverso il test completo del sistema.
Per considerazioni sulla selezione di display e touch oltre al rilevamento, vedere il Guida ai moduli TFT LCD con schermo tattile. Per discutere un progetto specifico, RJY Display con display, copertura, interfaccia host, condizioni d'uso e requisiti touch. Il supporto dipende dal particolare progetto e dai componenti.
Domande frequenti
Un touchscreen capacitivo misura la pressione del dito?
Il rilevamento capacitivo misura una variazione dell'accoppiamento elettrico. Una misurazione capacitiva di base da sola non misura direttamente la forza applicata; qualsiasi funzione di pressione necessita di un proprio metodo supportato.
Il rilevamento a capacità propria può supportare tocchi multipli?
Alcune implementazioni possono, ma una semplice matrice a capacità propria a righe e colonne può presentare combinazioni ambigue quando vengono toccati più punti. Verificare il progetto specifico del sensore e del controller.
La capacità mutua garantisce il multi-touch?
No. La scansione dei singoli nodi a mutua capacità può supportare più contatti, ma il numero e la separazione dei contatti dipendono dall'hardware, dal firmware e dalle condizioni di test.
Un coperchio più spesso o i guanti impediscono sempre il tocco?
No. Modificano il segnale e possono richiedere un sensore adeguato e una messa a punto. Verificare il coperchio e i guanti specificati sul gruppo completato.
Riferimenti
- 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, pulsanti a matrice e touchpad.
- Microchip, AN2934: Capacitive Touch Sensor Design Guide.
- Microchip, Glossary of Touch Terms: Frequency Hop Parameters.
