Προβολική χωρητική δομή οθόνης αφής
Τυπικοί προβολικοί χωρητικοί αισθητήρες τοποθετούνται κάτω από γυάλινα ή πλαστικά καλύμματα. Το σχήμα 1 δείχνει μία απλοποιημένη πλευρική όψη ενός αισθητήρα διπλής στρώσης. Τα ηλεκτρόδια εκπομπής (Tx) και δέκτη (Rx) συνδέονται με διαφανές οξείδιο ινδίου κασσιτέρου (ITO) για να σχηματίσουν μια σταυρωτή μήτρα. Κάθε κόμβος Tx-Rx έχει χαρακτηριστική χωρητικότητα. Το Tx ITO βρίσκεται κάτω από το Rx ITO και διαχωρίζεται από ένα στρώμα πολυμερούς μεμβράνης ή οπτικής κόλλας (OCA). Όπως φαίνεται στο σχήμα, η κατεύθυνση του ηλεκτροδίου Tx είναι από αριστερά προς τα δεξιά και η κατεύθυνση του ηλεκτροδίου Rx είναι από το εξωτερικό προς το εσωτερικό.
Αρχή λειτουργίας του αισθητήρα
Ας αναλύσουμε το έργο της οθόνης αφής χωρίς να λάβουμε υπόψη τον παράγοντα παρεμβολής προς το παρόν: το δάχτυλο του χειριστή είναι ετικετοποιημένο ως geopotential. Το Rx διατηρείται στο δυναμικό γείωσης μέσω του κυκλώματος ελεγκτή οθόνης αφής, ενώ η τάση Tx είναι μεταβλητή. Η μεταβαλλόμενη τάση Tx αναγκάζει το ρεύμα να περάσει από τον πυκνωτή Tx-Rx. Ένα προσεκτικά ισορροπημένο ολοκληρωμένο κύκλωμα Rx απομονώνει και μετρά τα φορτία που εισέρχονται στο Rx. Τα μετρημένα φορτία αντιπροσωπεύουν την "αμοιβαία χωρητικότητα" που συνδέει τα Tx και Rx.
Κατάσταση αισθητήρα: ανέπαφη
Το σχήμα 2 δείχνει ένα σχηματικό διάγραμμα της μαγνητικής γραμμής στην ανέγγιχτη κατάσταση. Απουσία επαφής με τα δάχτυλα, οι μαγνητικές γραμμές Tx-Rx καταλαμβάνουν σημαντικό χώρο στο κάλυμμα. Ο όρος "σχεδιαστική χωρητικότητα" προέρχεται από το γεγονός ότι οι ακραίες μαγνητικές γραμμές προβάλλονται έξω από τη δομή του ηλεκτροδίου.
Κατάσταση αισθητήρα: Αγγίξτε
Όταν το δάκτυλο αγγίζει το κάλυμμα, σχηματίζονται μαγνητικές γραμμές μεταξύ του Tx και του δακτύλου, οι οποίες αντικαθιστούν ένα μεγάλο αριθμό μαγνητικών πεδίων Tx-Rx, όπως φαίνεται στο σχήμα 3. Με αυτό τον τρόπο, η επαφή με το δάκτυλο μειώνει την αμοιβαία χωρητικότητα Tx-Rx. Το κύκλωμα μέτρησης φορτίου αναγνωρίζει την μεταβαλλόμενη χωρητικότητα (Delta C) και ανιχνεύει το δάκτυλο πάνω από τη διασταύρωση Tx-Rx. Μέσω της μέτρησης όλων των διασταυρώσεων της μήτρας Tx-Rx με το Delta C, μπορεί να επιτευχθεί η κατανομή της αφής ολόκληρου του πίνακα.
Το σχήμα 3 παρουσιάζει επίσης ένα άλλο σημαντικό αποτέλεσμα: χωρητική σύζευξη μεταξύ των δακτύλων και των ηλεκτροδίων Rx. Μέσω αυτής της διαδρομής, η ηλεκτρική παρεμβολή μπορεί να συζευχθεί με το Rx. Ορισμένος βαθμός σύνδεσης δακτυλίων-Rx είναι αναπόφευκτος.
Ειδική ορολογία
Η παρεμβολή της προβολικής χωρητικής οθόνης αφής παράγεται από τη μη ευαίσθητη ζεύξη παρασιτικής διαδρομής. Ο όρος "έδαφος" συνήθως χρησιμοποιείται για να αναφέρεται είτε σε κόμβο αναφοράς σε κύκλωμα DC είτε σε σύνδεση χαμηλής σύνθετης αντίστασης στη γη: δεν είναι οι ίδιοι όροι. Στην πραγματικότητα, για φορητές συσκευές οθόνης αφής, αυτή η διαφορά είναι η κύρια αιτία της παρεμβολής της σύζευξης αφής. Για να αποσαφηνιστεί και να αποφευχθεί η σύγχυση, χρησιμοποιούμε τους ακόλουθους όρους για να αξιολογήσουμε την παρεμβολή στην οθόνη αφής.
Γη: Συνδέστε τη γείωση, για παράδειγμα, μέσω του καλωδίου γείωσης μιας τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος τριών οπών. Κατανεμημένη Γη: Σύνδεση χωρητικότητας μεταξύ αντικειμένων και γης.
Γείωση DC: Κόμβος αναφοράς DC για φορητές συσκευές.
Ισχύς συνεχούς ρεύματος: Τάση μπαταρίας για φορητές συσκευές. Ή η τάση εξόδου ενός φορτιστή συνδεδεμένου σε μια φορητή συσκευή, όπως ένα VV 5V σε ένα φορτιστή διεπαφής USB.
DC VCC (Τροφοδοσία DC VCC): Σταθερή τροφοδοσία τάσης για φορητές ηλεκτρονικές συσκευές (συμπεριλαμβανομένων των ελεγκτών οθόνης LCD και αφής).
Ουδέτερο: Κύκλωμα ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος (ονομαστικό γεω-δυναμικό).
Ζεστό: Τάση τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος, σχετικά μηδενική γραμμή ισχύουν ηλεκτρική ενέργεια
LCD Vcom που συνδέεται με το κύκλωμα λήψης οθόνης αφής
Η οθόνη αφής φορητών συσκευών μπορεί να εγκατασταθεί απευθείας στην οθόνη LCD. Σε μια τυπική αρχιτεκτονική LCD, υλικά από υγρά κρύσταλλα υποκινούνται από διαφανή άνω και κάτω ηλεκτρόδια. Τα χαμηλότερα ηλεκτρόδια καθορίζουν τον αριθμό των μεμονωμένων εικονοστοιχείων της οθόνης. τα ανώτερα κοινά ηλεκτρόδια είναι το συνεχές επίπεδο που καλύπτει ολόκληρο το οπτικό εμπρόσθιο άκρο της οθόνης απεικόνισης, το οποίο είναι προκατειλημμένο στην τάση Vcom. Σε μια τυπική φορητή συσκευή χαμηλής τάσης (όπως ένα κινητό τηλέφωνο), η τάση AC VCOM είναι ένα τετράγωνο κύμα ταλαντώνοντας εμπρός και πίσω μεταξύ DC και 3.3V. Το επίπεδο AC Vcom συνήθως αλλάζει μία φορά ανά γραμμή εμφάνισης, οπότε η συχνότητα του AC Vcom που παράγεται είναι το 1/2 του προϊόντος του ρυθμού ανανέωσης του πλαισίου οθόνης και ο αριθμός των σειρών. Μια τυπική φορητή συσκευή μπορεί να έχει συχνότητα AC Vcom 15 kHz. Το σχήμα 4 απεικονίζει την τάση LCD Vcom που συνδέεται με την οθόνη αφής.
Η οθόνη αφής δύο επιπέδων αποτελείται από ξεχωριστό στρώμα ITO καλυμμένο με συστοιχίες Tx και Rx, χωρισμένο από διηλεκτρικό στρώμα. Οι γραμμές Tx καταλαμβάνουν ολόκληρο το πλάτος της απόστασης συστοιχίας Tx και μόνο οι ελάχιστες αποστάσεις που απαιτούνται για την κατασκευή διαχωρίζονται μεταξύ των γραμμών. Αυτή η αρχιτεκτονική ονομάζεται αυτο-θωράκιση επειδή οι πίνακες Tx προστατεύουν τις συστοιχίες Rx από την LCD Vcom. Εντούτοις, μπορεί να συμβεί σύζευξη μέσω του ενδιάμεσου χώρου των ζωνών Tx.
Προκειμένου να μειωθεί το κόστος της αρχιτεκτονικής και να επιτευχθεί μεγαλύτερη διαφάνεια, η οθόνη αφής ενιαίου στρώματος εγκαθιστά τις συστοιχίες Tx και Rx σε ένα ενιαίο στρώμα ITO και συνδέει συστοιχίες με διαφορετικές γέφυρες με τη σειρά τους. Επομένως, η συστοιχία Tx δεν μπορεί να σχηματίσει μια στρώση θωράκισης μεταξύ του επίπεδου LCD Vcom και του ηλεκτροδίου Rx του αισθητήρα. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρή ζεύξη παρεμβολών Vcom.
Παρεμβολή του φορτιστή
Μια άλλη πιθανή πηγή παρεμβολής στην οθόνη αφής είναι η τροφοδοσία τροφοδοσίας για φορτιστές κινητών τηλεφώνων που τροφοδοτούνται με ρεύμα. Η παρεμβολή συνδέεται με την οθόνη αφής μέσω των δακτύλων, όπως φαίνεται στην Εικόνα 5. Ο μικρός φορτιστής κινητού τηλεφώνου έχει συνήθως τροφοδοτικό εναλλασσόμενου ρεύματος και μηδενική είσοδο, αλλά δεν υπάρχει σύνδεση γείωσης. Ο φορτιστής είναι καλά απομονωμένος, επομένως δεν υπάρχει σύνδεση συνεχούς ρεύματος μεταξύ της εισόδου ισχύος και του δευτερεύοντος πηνίου του φορτιστή. Ωστόσο, αυτό εξακολουθεί να δημιουργεί χωρητική σύζευξη μέσω του μετασχηματιστή μετασχηματισμού τροφοδοσίας. Ο φορτιστής παρεμβαίνει στη διαδρομή επιστροφής αγγίζοντας την οθόνη με ένα δάχτυλο.
Σημείωση: Σε αυτή την περίπτωση, η παρεμβολή φορτιστή αναφέρεται στην εφαρμοζόμενη τάση της συσκευής σε σχέση με το έδαφος. Αυτός ο τύπος παρεμβολής μπορεί να περιγραφεί ως παρεμβολή "κοινής λειτουργίας" λόγω της ισοδυναμίας της παροχής ρεύματος DC και της γείωσης DC. Εάν ο θόρυβος μεταγωγής μεταξύ της τροφοδοτικής DC και της γείωσης DC δεν φιλτράρεται επαρκώς, μπορεί να επηρεάσει την κανονική λειτουργία της οθόνης αφής. Αυτό το πρόβλημα λόγου απόρριψης τροφοδοσίας (PSRR) είναι ένα άλλο πρόβλημα, το οποίο δεν θα συζητηθεί σε αυτό το έγγραφο.
Αντίσταση ζεύξης φορτιστή
Η παρεμβολή μεταγωγής του φορτιστή δημιουργείται από τη σύνδεση της χωρητικότητας διαρροής (περίπου 20pF) των πρωτογενών και δευτερογενών τυλίξεων του μετασχηματιστή. Αυτή η αδύναμη χωρητική σύζευξη μπορεί να αντισταθμιστεί από παρασιτικούς πυκνωτές βραχυκύκλωσης στη σχετικά κατανεμημένη περιοχή των καλωδίων φορτιστή και των ίδιων των συσκευών λήψης. Όταν παραλαμβάνεται η συσκευή, η παράλληλη χωρητικότητα θα αυξηθεί, η οποία είναι συνήθως αρκετή για να εξαλείψει την παρεμβολή του διακόπτη του φορτιστή και να αποφύγει τις παρεμβολές που επηρεάζουν τη λειτουργία αφής. Όταν η φορητή συσκευή είναι συνδεδεμένη στο φορτιστή και τοποθετείται στην επιφάνεια εργασίας και το δάχτυλο του χειριστή αγγίζει μόνο την οθόνη αφής, θα υπάρξει χειρότερη παρεμβολή από το φορτιστή.
Ενεργοποίηση του στοιχείου παρεμβολής του φορτιστή
Ο τυπικός φορτιστής κινητού τηλεφώνου χρησιμοποιεί τοπολογία κυκλώματος flyback. Οι κυματομορφές παρεμβολής που παράγονται από τον φορτιστή είναι πολύπλοκες και ποικίλλουν σημαντικά με τον φορτιστή. Εξαρτάται από τις λεπτομέρειες του κυκλώματος και τη στρατηγική ελέγχου της τάσης εξόδου. Το πλάτος παρεμβολής ποικίλλει επίσης πολύ, ανάλογα με την προσπάθεια σχεδιασμού και το κόστος μονάδας του κατασκευαστή στην ασπίδα μετασχηματιστή μεταγωγής. Οι τυπικές παράμετροι περιλαμβάνουν: Κυματομορφή: Περιλαμβάνει πολύπλοκη κυματομορφή PWM τετραγωνικού κύματος και LC. Συχνότητα: 40 ~ 150 kHz κάτω από το ονομαστικό φορτίο, όταν το φορτίο είναι πολύ ελαφρύ, η συχνότητα των παλμών ή η λειτουργία κύκλου άλματος πέφτει κάτω από 2 kHz. Τάση: έως το ήμισυ της μέγιστης τάσης της τροφοδοσίας = Vrms / 2.
Το στοιχείο διαταραχής του τροφοδοτικού φορτιστή
Στο μπροστινό άκρο του φορτιστή, ο ανορθωτής τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος δημιουργεί τη σιδηροτροχιά υψηλής τάσης του φορτιστή. Με αυτό τον τρόπο, η συνιστώσα τάσης μεταγωγής του φορτιστή υπερτίθεται σε ένα ημιτονοειδές κύμα μισού της τάσης παροχής ρεύματος. Παρόμοια με τη διαταραχή του διακόπτη, η τάση τροφοδοσίας συνδέεται με έναν μετασχηματιστή απομόνωσης μεταγωγής. Στα 50Hz ή 60Hz, η συχνότητα αυτού του στοιχείου είναι πολύ χαμηλότερη από τη συχνότητα μεταγωγής, οπότε η αποτελεσματική σύνθετη αντίσταση σύζευξης είναι αντίστοιχα υψηλότερη. Η σοβαρότητα της παρεμβολής τάσης τροφοδοσίας εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά της παράλληλης αντίστασης εδάφους και την ευαισθησία του ελεγκτή οθόνης αφής σε χαμηλή συχνότητα.
Ειδική περίπτωση διακοπής ρεύματος: βύσμα τριών οπών χωρίς γείωση Οι προσαρμογείς ρεύματος με υψηλότερη ονομαστική ισχύ (όπως προσαρμογείς εναλλασσόμενου ρεύματος για φορητούς υπολογιστές) μπορεί να είναι εξοπλισμένοι με βύσματα εναλλασσόμενου ρεύματος τριών οπών. Για να καταστείλει το EMI εξόδου, ο φορτιστής μπορεί να συνδέσει εσωτερικά τον πείρο γείωσης της κύριας τροφοδοσίας στη γείωση DC της εξόδου. Αυτός ο τύπος φορτιστή συνδέει συνήθως τον πυκνωτή Υ μεταξύ της γραμμής φωτιάς και της γραμμής μηδέν και του εδάφους, καταστέλλοντας έτσι την EMI αγωγιμότητας από τη γραμμή ισχύος. Υποθέτοντας ότι η σύνδεση υπάρχει σκόπιμα, οι προσαρμογείς αυτοί δεν θα επηρεάσουν τις φορητές συσκευές οθόνης αφής που λειτουργούν με υπολογιστές και συνδέσεις USB. Το διακεκομμένο σύρμα στο σχήμα 5 απεικονίζει αυτή τη διαμόρφωση. Για τον υπολογιστή και τις φορητές συσκευές οθόνης αφής που είναι συνδεδεμένες με USB, αν ένας φορτιστής υπολογιστή με τροφοδοσία τριών οπών εισάγεται σε μια μη συνδεδεμένη πρίζα, θα συμβεί μια ειδική περίπτωση παρεμβολών φορτιστή. Ο πυκνωτής Y συνδέει την τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος με την έξοδο DC. Μια σχετικά μεγάλη χωρητικότητα Y μπορεί να συνδέσει αποτελεσματικά την τάση τροφοδοσίας, γεγονός που καθιστά τη μεγαλύτερη τάση συχνότητας τροφοδοσίας ζευγάρι μέσα από το δάχτυλο στην οθόνη αφής με σχετικά χαμηλή αντίσταση. Περίληψη αυτού του άρθρου Σήμερα, η προβολική χωρητική οθόνη αφής που χρησιμοποιείται ευρέως σε φορητές συσκευές είναι ευάλωτη στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Η τάση παρεμβολής από το εσωτερικό ή το εξωτερικό θα συζευχθεί στη συσκευή οθόνης αφής μέσω χωρητικότητας. Αυτές οι τάσεις παρεμβολής μπορούν να προκαλέσουν μετακίνηση φορτίου στην οθόνη αφής, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει σύγχυση στη μέτρηση της κίνησης του φορτίου όταν το δάκτυλο αγγίζει την οθόνη. Επομένως, ο αποτελεσματικός σχεδιασμός και βελτιστοποίηση του συστήματος οθόνης αφής εξαρτάται από την αναγνώριση της διαδρομής σύζευξης παρεμβολών και τη μείωση ή αντιστάθμιση όσο το δυνατόν περισσότερο. Η διαδρομή σύζευξης παρεμβολών περιλαμβάνει παρασιτικές επιδράσεις, όπως η χωρητικότητα εκκαθάρισης μετασχηματιστή και η χωρητικότητα συσκευής δακτύλων. Το μοντέλο αυτών των επιπτώσεων μπορεί να αναγνωρίσει πλήρως την πηγή και το μέγεθος της παρεμβολής. Για πολλές φορητές συσκευές, οι φορτιστές μπαταριών αποτελούν την κύρια πηγή παρεμβολής για οθόνες αφής. Όταν το δάκτυλο του χειριστή αγγίξει την οθόνη αφής, η προκύπτουσα χωρητικότητα αναγκάζει το φορτιστή να παρεμποδίσει το κύκλωμα ζεύξης να απενεργοποιηθεί. Η ποιότητα του σχεδιασμού θωράκισης μέσα στο φορτιστή και ο σωστός σχεδιασμός γείωσης του φορτιστή είναι οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν τη σύζευξη παρεμβολών του φορτιστή.
