Емкостное сенсорное измерение обнаруживает изменения электрической связи. Оно может использоваться для кнопок, датчиков приближения и обнаружения уровня жидкости, а также для сенсорных экранов. В сенсорном дисплее контроллер измеряет электроды за покрытием, обнаруживает изменения, вызванные пальцем, и оценивает его положение.
Собственная и взаимная ёмкость измеряют разные соотношения. Это влияет на то, как датчик сканирует электроды и интерпретирует касания. Конструкция также должна отличать касание от шума.
Что измеряет емкостное сенсорное измерение?
Ёмкость описывает, как проводники накапливают заряд при заданной разности напряжений. Сенсорный датчик использует электроды, отделённые от пальца изолирующими материалами, часто включая покровную линзу. Контроллер измеряет отклик, связанный с ёмкостью. Палец не должен нажимать или вступать в электрический контакт с электродом.
Нетронутый датчик имеет базовый отклик. Контроллер сравнивает последующие измерения с этой базовой линией, чтобы найти значимое изменение, часто называемое дельтой касания. Он может отслеживать медленные изменения базовой линии с течением времени и применять фильтрацию и пороги обнаружения. Единицы измерения и то, растёт или падает сообщаемый счётчик, зависят от электроники и программного обеспечения. Пример Texas Instruments показывает, как одна реализация связывает необработанные показания, базовую линию и порог.[1]
Собственная ёмкость и взаимная ёмкость
Измерение собственной ёмкости измеряет кажущуюся ёмкость отдельного электрода относительно опорного сигнала измерительной схемы. Палец связывается с этим электродом, в то время как тело человека также ёмкостно связывается с окружающей средой. Обычное касание обычно увеличивает измеряемую ёмкость. Человеку не нужен физический провод к земле для этого взаимодействия.[2]
Измерение взаимной ёмкости измеряет кажущуюся связь между передающим электродом и принимающим электродом. Палец вблизи области их взаимодействия изменяет электрическое поле и вносит дополнительный путь связи через тело и окружающую среду. Для обычного человеческого касания измеряемая взаимная связь обычно уменьшается. Взаимодействие имеет конкурирующие эффекты, поэтому не каждый близлежащий проводящий объект даёт одинаковый отклик.[3]
| Собственная ёмкость | Взаимная емкость | |
|---|---|---|
| Измерение | Один электрод относительно опорного сигнала измерительной схемы | Связь между передающим и принимающим электродом |
| Типичный эффект пальца | Кажущаяся ёмкость увеличивается | Кажущаяся взаимная ёмкость уменьшается |
| Данные о положении | Показания отдельных электродов могут быть объединены для оценки местоположения | Отдельные пересечения передача/приём могут обеспечить двумерную карту сигналов |
Это принципы измерения, а не гарантия количества поддерживаемых касаний. Проекционно-ёмкостный сенсорный ввод, часто называемый PCAP, описывает более широкое семейство реализаций датчиков. Для общего ознакомления со структурой см. Технология проекционно-емкостных сенсорных экранов (PCAP).
Как сканирование превращается в точку касания?
Контроллер сканирует каналы датчика, сравнивает их отклики с нетронутыми значениями и определяет области с достаточным изменением. Он оценивает положение по этим сигналам и сообщает координаты хост-устройству. Программное обеспечение хост-устройства отображает координаты на отображаемое изображение и ориентацию.
В одной простой матрице собственной ёмкости контроллер считывает строки и столбцы отдельно. Одиночное касание может быть локализовано путём объединения отклика строки с откликом столбца. При двух одновременных касаниях в разных строках и столбцах одни и те же показания могут соответствовать более чем одной паре, создавая неоднозначные или фантомные позиции. Это ограничение относится к тому матричному подходу; оно не доказывает, что каждая система собственной ёмкости неспособна распознавать множественные касания.[4]
В матрице взаимной ёмкости контроллер может сканировать отдельные пересечения передача/приём. Это обеспечивает информацию о положении в каждом измеряемом узле и может поддерживать несколько контактов без той же неоднозначности пар строка-столбец. Фактическое количество касаний, разделение, точность и отклик зависят от датчика, контроллера, прошивки и условий эксплуатации.[4] О более широкой роли контроллера см. что делает сенсорная ИС.
Почему важны покрытие, компоновка и окружающая среда?
Материал и толщина покрытия, клей, воздушные зазоры, геометрия электродов, кабели, близлежащие проводники и дисплейная сборка могут влиять на измерение. Более толстое покрытие обычно ослабляет связь с пальцем; конструкция электродов и контроллера может компенсировать это в пределах системных ограничений.[5]
Заземление и экранирование также связаны с компромиссами. Близлежащие заземлённые конструкции могут помочь контролировать помехи, но могут добавить паразитную ёмкость и снизить чувствительность. Источники питания, дисплейная электроника, кабели и тело пользователя могут обеспечивать пути для электрического шума.[5]
Материал и толщина перчаток изменяют взаимодействие с датчиком. Вода и влага могут изменять связь и вызывать нежелательные обнаружения. Подтвердите требуемое поведение с фактическим покрытием, датчиком, настройками контроллера и окружающей средой.
Как OEM-производитель должен проверять обнаружение?
Испытывайте репрезентативную готовую сборку, а не полагайтесь только на голый датчик. Записывайте ревизии дисплея и сенсора, стек покрытия и склеивания, кабели, схему заземления, программное обеспечение хост-устройства и настройки контроллера. Согласуйте условия испытаний и критерии приемлемости перед тестированием.
- Там, где контроллер обеспечивает диагностику сигналов, записывайте вариацию нетронутого сигнала и самый слабый допустимый сигнал касания в определённых местах, включая края. В противном случае записывайте сообщённые события касания и спрашивайте поставщика, какие диагностические данные доступны.
- Измеряйте пропущенные касания, непреднамеренные касания, ошибку координат и отклик при предполагаемых условиях дисплея и питания.
- Повторяйте соответствующие проверки с указанными перчатками, влагой, температурой или электрическими помехами, когда этого требует применение.
- Пересматривайте испытание при изменении покрытия, кабеля, пути заземления, дисплея или настройки контроллера.
Фильтрация, изменения порогов и выбор частоты могут помочь контроллеру справляться с шумом, но они также влияют на обнаружение и отклик. Функции и компромиссы зависят от устройства; Microchip описывает одну реализацию с перескоком частоты.[6] Требование большей дельты касания может подавить слабые допустимые касания, а также нежелательные сигналы. Устанавливайте пределы посредством полного системного тестирования.
О соображениях по выбору дисплея и сенсора помимо сенсорного измерения см. TFT LCD module with touch screen guide. Чтобы обсудить конкретную конструкцию, в RJY Display с дисплеем, покрытием, интерфейсом хост-устройства, условиями использования и требованиями к касанию. Поддержка зависит от конкретного проекта и компонентов.
Часто задаваемые вопросы
Измеряет ли ёмкостный сенсорный экран давление пальца?
Ёмкостное сенсорное измерение измеряет изменение электрической связи. Базовое ёмкостное измерение само по себе не измеряет напрямую приложенную силу; любая функция давления требует собственного поддерживаемого метода.
Может ли измерение собственной ёмкости поддерживать множественные касания?
Некоторые реализации могут, но простая матрица строк и столбцов собственной ёмкости может иметь неоднозначные комбинации при касании нескольких точек. Проверьте конкретную конструкцию датчика и контроллера.
Гарантирует ли взаимная ёмкость мультитач?
Нет. Сканирование отдельных узлов взаимной ёмкости может поддерживать несколько касаний, но количество и разделение касаний зависят от аппаратного обеспечения, прошивки и условий тестирования.
Всегда ли более толстая крышка или перчатки предотвращают касание?
Нет. Они изменяют сигнал и могут потребовать подходящего датчика и настройки. Проверьте указанную крышку и перчатки на собранном изделии.
Ссылки
- 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, матричные кнопки и сенсорные панели.
- Microchip, AN2934: Capacitive Touch Sensor Design Guide.
- Microchip, Glossary of Touch Terms: Frequency Hop Parameters.
