基于TI 電容式觸摸屏控制器的應(yīng)用方案

引言

電阻式觸摸屏有過其鼎盛時(shí)期，但不可否認(rèn)它們已日薄西山。很明顯，它更加適合于低成本的設(shè)計(jì)。使用這些設(shè)計(jì)的用戶必須戴手套，例如：在醫(yī)療、工業(yè)和軍事環(huán)境下。然而，電容式觸摸屏卻獲得了普遍的使用，今天市場(chǎng)上銷售的主流智能手機(jī)和平板電腦都使用了電容式觸摸屏。

電阻式與電容式觸摸屏比較

電阻式和電容式觸摸屏都使用氧化銦錫(ITO)傳感器，但使用方式卻截然不同。電阻式觸摸屏利用人體觸摸的機(jī)械作用力來連接ITO的兩個(gè)柔性層(圖1a)，而電容式觸摸屏控制利用的是：基本上而言，人本身就是移動(dòng)的電容器。觸摸ITO時(shí)，會(huì)改變系統(tǒng)可感知的電容水平(圖1b)。

圖1 觸摸屏設(shè)計(jì)比較

電容式觸摸屏受到消費(fèi)者的青睞，主要有兩個(gè)原因：

1、電容式觸摸屏使用兩層TIO，有時(shí)使用一層。它利用一個(gè)與棋盤格類似的有紋理傳感器(圖2)，因此它可以使用一個(gè)整片覆蓋在LCD上，從而帶來更加清楚透亮的屏幕。

2、由于電容式觸摸屏控制使用電解電容方法實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，安全玻璃層可放置于頂層來實(shí)現(xiàn)密封，這與電阻屏的聚氨酯柔性層不同。它還給用戶帶來一種更加耐用的設(shè)計(jì)。

圖2 TIO行與列重疊形成一個(gè)完整的傳感器片

電容式觸摸屏設(shè)計(jì)考慮

電容式觸摸屏的設(shè)計(jì)人員面對(duì)三大主要問題：功耗、噪聲控制與手勢(shì)識(shí)別。本文后面部分將為你逐一講解。

功耗

今天的電池供電型設(shè)備如此之多，功耗是我們需要考慮的關(guān)鍵系統(tǒng)問題之一。諸如 TI 的TSC3060等器件，便是按照低功耗要求設(shè)計(jì)的。在標(biāo)準(zhǔn)工作條件下，它的功耗小于60mA。在對(duì)觸摸行為進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，它的功耗更可低至11 µA。在相同工作狀態(tài)下，它比其競(jìng)爭(zhēng)者至少低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

市場(chǎng)上的許多解決方案一開始都是設(shè)計(jì)為微控制器，然后再逐漸發(fā)展為電容式觸摸屏控制器。一開始就設(shè)計(jì)為電容式觸摸屏控制器的器件，沒有會(huì)消耗額外電流和時(shí)鐘周期的多余硬件。大多數(shù)系統(tǒng)都已有一個(gè)主中央處理器，其可以是數(shù)字信號(hào)處理器、微處理器或者微控制器單元(MCU)。因此，為什么要給一個(gè)已經(jīng)經(jīng)過精密調(diào)整的系統(tǒng)再增加一個(gè)引擎呢?TSC3060為一種沒有微控制器的專門設(shè)計(jì)。

噪聲控制

如果控制器無法區(qū)分實(shí)際觸摸和潛在干擾源，則更不用提實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)的電池使用時(shí)間。觸摸屏的主要噪聲源通常來自LCD，其最終取決于質(zhì)量和成本之間的折中權(quán)衡。AC公共接地LCD通常更便宜，但噪聲水平更高。DC公共接地LCD擁有DC屏蔽，可以降低噪聲，但會(huì)增加成本。

可以幫助降低ITO傳感器以及觸摸屏控制器可感知噪聲數(shù)量的一種典型方法是，在LCD和ITO之間保持一定的空氣間隙。這樣可在兩者之間留出一定的間距，從而減少相互干擾。處理噪聲的另一種方法是使用濾波器。例如，TSC3060包含了一套可編程混合信號(hào)濾波器，可用于降低噪聲。這些濾波器通過一個(gè)集成MCU安裝到硬件中。這意味著，它們就近完成任務(wù)的速度要比使用軟件的濾波器快。對(duì)實(shí)際觸摸坐標(biāo)的快速響應(yīng)，還可降低總系統(tǒng)資源消耗。

手勢(shì)識(shí)別

最后一個(gè)設(shè)計(jì)問題是手勢(shì)識(shí)別。手勢(shì)不一定是大幅度、復(fù)雜的揮舞。手勢(shì)可以是簡(jiǎn)單的一次手指滑動(dòng)。系統(tǒng)主機(jī)MCU可以輕松地識(shí)別出一些簡(jiǎn)單的手勢(shì)，例如：捏、拉、縮放、旋轉(zhuǎn)以及雙擊和三連擊等，并可進(jìn)行“內(nèi)部”處理。增加一個(gè)專用引擎，可能可以降低一點(diǎn)點(diǎn)系統(tǒng)MCU帶寬處理負(fù)荷，但卻會(huì)增加功耗。另外，專用引擎用于完成手勢(shì)識(shí)別的專有算法，設(shè)計(jì)人員無法看到。TSC3060等器件把這種工作都推給系統(tǒng)中已有的主處理器，讓廣大設(shè)計(jì)人員可以自由地開發(fā)自己的免版稅算法。

結(jié)論

本文對(duì)電阻式和電容式觸摸屏控制器的功能和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了比較，并解釋了后者越來越流行的原因。文章還為讀者介紹了設(shè)計(jì)觸摸屏控制器時(shí)需注意的三個(gè)主要考慮事項(xiàng)，即功耗、噪聲控制與手勢(shì)識(shí)別，并給出了一些可能的解決方案。