프로젝 티브 정전 용량 터치 스크린 구조
일반적인 투영 용량 성 센서는 유리 또는 플라스틱 덮개 아래에 장착됩니다. 그림 1은 이중 레이어 센서의 단순화 된 측면도를 보여줍니다. 이미 터 (Tx) 및 수신기 (Rx) 전극은 투명 인듐 주석 산화물 (ITO)에 연결되어 크로스 매트릭스를 형성한다. 각 Tx-Rx 노드에는 고유 한 정전 용량이 있습니다. Tx ITO는 Rx ITO 아래에 위치하고 폴리머 필름 또는 광학 접착제 (OCA) 층으로 분리됩니다. 도면에 도시 된 바와 같이, Tx 전극의 방향은 왼쪽에서 오른쪽으로, Rx 전극의 방향은 외부에서 내부로이다.
센서의 작동 원리
순간 간섭 계수를 고려하지 않고 터치 스크린의 작업을 분석해 봅시다. 작업자의 손가락에는 지리 전위가 표시되어 있습니다. Rx는 터치 스크린 컨트롤러 회로를 통해 접지 전위로 유지되는 반면 Tx 전압은 가변적입니다. Tx 전압을 변경하면 전류가 Tx-Rx 커패시터를 통과합니다. 신중하게 균형 잡힌 Rx 집적 회로는 Rx로 들어가는 전하를 격리하고 측정합니다. 측정 된 전하는 Tx와 Rx를 연결하는 "상호 정전 용량"을 나타냅니다.
센서 상태 : 손길이 닿지 않은
그림 2는 손대지 않은 상태의 자력선의 개략도를 보여줍니다. 손가락 접촉이 없으면 Tx-Rx 자기 라인은 커버에서 상당한 공간을 차지합니다. "투과 정전 용량"이라는 용어는 에지 자기 라인이 전극 구조물 외부에 투사된다는 사실에서 비롯된다.
센서 상태 : 터치
손가락이 덮개에 닿으면 Tx와 손가락 사이에 자기 선이 형성되어 그림 3과 같이 많은 Tx-Rx 엣지 자기장을 대체합니다. 이러한 방식으로 손가락 터치는 Tx-Rx 상호 정전 용량을 줄입니다. 전하 측정 회로는 다양한 커패시턴스 (델타 C)를 인식하고 Tx-Rx 접점 위의 손가락을 감지합니다. Delta C와 Tx-Rx 매트릭스의 모든 교차점을 측정하면 전체 패널의 터치 분포를 얻을 수 있습니다.
그림 3은 또 다른 중요한 효과 인 핑거와 Rx 전극 사이의 용량 성 커플 링을 보여줍니다. 이 경로를 통해, 전기적 간섭이 Rx에 연결될 수있다. 어느 정도의 핑거 -Rx 커플 링은 불가피하다.
특수 용어
투영 정전 용량 터치 스크린의 간섭은 비 감응성 기생 경로 커플 링에 의해 발생된다. "접지"라는 용어는 일반적으로 DC 회로의 기준 노드 또는 접지에 대한 저임피던스 연결을 나타내는 데 사용됩니다. 동일한 용어가 아닙니다. 실제로 휴대용 터치 스크린 장치의 경우이 차이는 터치 커플 링 간섭의 근본 원인입니다. 혼동을 명확히하고 피하기 위해 다음 용어를 사용하여 터치 스크린 간섭을 평가합니다.
접지 : 예를 들어 3 구 AC 전원 콘센트의 접지선을 통해 접지에 연결하십시오. 분산 지구 : 물체와 지구 사이의 정전 용량 연결.
DC 접지 : 휴대용 장치를위한 DC 참조 노드.
DC 전원 : 휴대용 장치의 배터리 전압. 또는 USB 인터페이스 충전기의 5V Vbus와 같은 휴대용 장치에 연결된 충전기의 출력 전압.
DC VCC (DC VCC 전원 공급 장치) : 휴대용 전자 장치 (LCD 및 터치 스크린 컨트롤러 포함)를위한 안정적인 전압 공급 장치입니다.
중립 : AC 전원 회로 (공칭 지구 전위).
핫 : AC 전원 공급 전압, 상대 제로 라인은 전기 에너지를 적용합니다.
터치 스크린 수신 회로에 연결된 LCD Vcom
휴대용 장치 터치 스크린은 LCD 디스플레이 화면에 직접 설치할 수 있습니다. 전형적인 LCD 구조에서, 액정 물질은 투명한 상부 및 하부 전극에 의해 바이어스된다. 하부 전극은 디스플레이 스크린의 단일 픽셀의 수를 결정하고; 상부 공통 전극은 디스플레이 스크린의 전체 시각적 전단을 덮는 연속 평면이며, 전압 Vcom에서 바이어스된다. 일반적인 저전압 휴대용 장치 (휴대폰 등)에서 AC VCOM 전압은 DC와 3.3V 사이에서 왕복하는 구형파입니다. AC Vcom 레벨은 일반적으로 디스플레이 라인 당 한 번 전환되므로 생성 된 AC Vcom의 주파수는 디스플레이 프레임의 재생률과 행 수의 1/2입니다. 일반적인 휴대용 장치의 AC Vcom 주파수는 15kHz입니다. 그림 4는 터치 스크린에 연결된 LCD Vcom 전압을 보여줍니다.
2 계층 터치 스크린은 Tx 및 Rx 어레이로 덮인 별도의 ITO 층으로 구성되며 유전체 층으로 분리됩니다. Tx 라인은 Tx 어레이 간격의 전체 너비를 차지하며 제작에 필요한 최소 간격 만 라인 사이에 분리됩니다. Tx 어레이는 LCD Vcom의 Rx 어레이를 차폐하기 때문에이 아키텍처를 자체 차폐라고합니다. 그러나, 여전히 Tx 대역의 인터 스페이스를 통해 결합이 발생할 수있다.
아키텍처 비용을 줄이고 투명성을 향상시키기 위해 단일 레이어 터치 스크린은 단일 ITO 레이어에 Tx 및 Rx 어레이를 설치하고 개별 브리지를 통해 어레이를 차례로 연결합니다. 따라서, Tx 어레이는 LCD Vcom 평면과 센서 Rx 전극 사이에 차폐 층을 형성 할 수 없다. 이로 인해 심각한 Vcom 간섭 커플 링이 발생할 수 있습니다.
충전기 간섭
터치 스크린 간섭의 또 다른 잠재적 원인은 전력 공급 휴대폰 충전기 용 스위칭 전원 공급 장치입니다. 간섭은 그림 5와 같이 손가락을 통해 터치 스크린에 연결됩니다. 소형 휴대폰 충전기에는 일반적으로 AC 전원 공급 장치와 제로 입력 장치가 있지만 접지 연결은 없습니다. 충전기는 안전하게 절연되어 있으므로 충전기의 전원 입력과 2 차 코일 사이에 직류 연결이 없습니다. 그러나 이것은 여전히 스위칭 전원 공급 장치 절연 변압기를 통해 용량 성 커플 링을 생성합니다. 충전기는 손가락으로 화면을 터치하여 리턴 경로를 방해합니다.
참고 :이 경우 충전기 간섭은 접지에 대한 장치의 적용된 전압을 나타냅니다. 이러한 종류의 간섭은 DC 전원 공급 장치와 DC 접지의 동등성으로 인해 "공통 모드"간섭으로 설명 될 수 있습니다. DC 전원 공급 장치와 DC 접지 사이의 스위칭 노이즈가 적절하게 필터링되지 않으면 터치 스크린의 정상적인 작동에 영향을 줄 수 있습니다. 이 PSRR (Power Supply Rejection Ratio) 문제는이 문서에서 다루지 않는 또 다른 문제입니다.
충전기 커플 링 임피던스
충전기의 스위칭 간섭은 변압기의 1 차측 및 2 차측 권선의 누설 커패시턴스 (약 20pF) 커플 링에 의해 생성됩니다. 이 약한 용량 성 커플 링은 충전기 케이블과 수신 장치 자체의 비교적 분산 된 영역에서 기생 분로 커패시터로 보상 할 수 있습니다. 장치를 집어 올리면 병렬 커패시턴스가 증가하는데, 이는 일반적으로 충전기의 스위치 간섭을 제거하고 터치 작동에 영향을 미치는 간섭을 피하기에 충분합니다. 휴대용 장치가 충전기에 연결되어 있고 데스크탑에 놓여 있고 조작자의 손가락이 터치 스크린에만 닿으면 충전기에서 최악의 간섭이 발생합니다.
충전기의 스위칭 간섭 성분
일반적인 휴대폰 충전기는 플라이 백 회로 토폴로지를 사용합니다. 충전기에서 생성 된 간섭 파형은 복잡하며 충전기에 따라 크게 다릅니다. 회로 세부 사항 및 출력 전압 제어 전략에 따라 다릅니다. 또한 스위칭 변압기 실드에 대한 제조업체의 설계 노력과 단가에 따라 간섭 진폭이 크게 달라집니다. 일반적인 파라미터는 다음과 같습니다. 파형 : 복잡한 PWM 구형파 및 LC 링잉 파형 포함. 주파수 : 정격 부하에서 40 ~ 150 kHz, 부하가 매우 적을 때 펄스 주파수 또는 점프 사이클 작동이 2 kHz 아래로 떨어집니다. 전압 : 전원 공급 장치의 피크 전압의 최대 절반 = Vrms / 2.
충전기 전원 공급 장치의 방해 요소
충전기의 프런트 엔드에서 AC 전원 전압 정류기는 충전기 고전압 레일을 생성합니다. 이러한 방식으로, 충전기의 스위칭 전압 성분은 전원 전압의 사인파 절반에 중첩된다. 스위칭 장애와 유사하게 전원 전압은 스위칭 절연 변압기에 의해 연결됩니다. 50Hz 또는 60Hz에서이 구성 요소의 주파수는 스위칭 주파수보다 훨씬 낮으므로 유효 커플 링 임피던스가 그에 따라 높아집니다. 전원 공급 장치 전압 간섭의 심각도는 접지 병렬 임피던스의 특성과 저주파수에 대한 터치 스크린 컨트롤러의 감도에 따라 다릅니다.
전원 장애의 특수 사례 : 접지가없는 3 홀 플러그 정격 전력이 높은 전원 어댑터 (예 : 랩탑 AC 어댑터)에는 3 홀 AC 전원 플러그가 장착 될 수 있습니다. 출력 EMI를 억제하기 위해 충전기는 내부적으로 주 전원 공급 장치의 접지 핀을 출력의 DC 접지에 연결할 수 있습니다. 이러한 종류의 충전기는 일반적으로 Y 커패시터를 파이어 라인과 제로 라인과 접지 사이에 연결하여 전력 라인의 전도 EMI를 억제합니다. 연결이 의도적으로 존재한다고 가정하면 이러한 어댑터는 PC 및 USB 연결로 구동되는 휴대용 터치 스크린 장치를 방해하지 않습니다. 그림 5의 점선 와이어 프레임이이 구성을 보여줍니다. PC 및 USB로 연결된 휴대용 터치 스크린 장치의 경우 3 홀 전원 입력이있는 PC 충전기를 연결되지 않은 전원 소켓에 삽입하면 충전기의 특수한 간섭이 발생합니다. Y 커패시터는 AC 전원 공급 장치를 DC 출력에 연결합니다. 비교적 큰 Y 커패시턴스가 전원 공급 장치 전압을 효과적으로 결합 할 수 있으며, 이로 인해 더 큰 전원 주파수 주파수가 터치 스크린의 손가락을 통해 상대적으로 낮은 임피던스로 연결됩니다. 이 기사 요약 오늘날 휴대용 장치에 널리 사용되는 프로젝션 정전 용량 방식 터치 스크린은 전자기 간섭에 취약합니다. 내부 또는 외부의 간섭 전압은 커패시턴스를 통해 터치 스크린 장치에 연결됩니다. 이러한 간섭 전압은 터치 스크린에서 전하 이동을 유발할 수 있으며, 손가락이 스크린을 터치 할 때 전하 이동 측정을 혼란스럽게 할 수 있습니다. 따라서, 터치 스크린 시스템의 효과적인 설계 및 최적화는 가능한 간섭 결합 경로의 인식 및 감소 또는 보상에 의존한다. 간섭 결합 경로에는 변압기 권선 용량 및 핑거 장치 용량과 같은 기생 효과가 포함됩니다. 이러한 영향을 적절히 모델링하면 간섭의 원인과 크기를 완전히 인식 할 수 있습니다. 많은 휴대용 장치에서 배터리 충전기는 터치 스크린의 주요 간섭 원입니다. 작업자의 손가락이 터치 스크린에 닿으면 커패시턴스로 인해 충전기가 커플 링 회로를 방해하여 전원이 꺼집니다. 충전기 내부의 차폐 설계 품질과 충전기의 적절한 접지 설계는 충전기의 간섭 커플 링에 영향을 미치는 주요 요소입니다.
