Projektivna kapacitetna struktura zaslona osjetljivog na dodir
Tipični projektivni kapacitivni senzori montiraju se ispod staklenih ili plastičnih navlaka. Na slici 1 prikazan je pojednostavljeni bočni pogled dvoslojnog senzora. Elektrode koje emitiraju (Tx) i prijemnik (Rx) povezane su prozirnim indijin oksidom (ITO) kako bi formirale poprečnu matricu. Svaki Tx-Rx čvor ima karakterističan kapacitet. Tx ITO se nalazi ispod Rx ITO i odvojen je slojem polimernog filma ili optičkog ljepila (OCA). Kao što je prikazano na slici, smjer Tx elektrode je s lijeva na desno, a smjer Rx elektrode je izvana prema unutra.
Načelo rada senzora
Analizirajmo rad dodirnog zaslona, ne razmatrajući faktor smetnji za sada: prst operatera označen je kao geopotencijal. Rx se održava u zemaljskom potencijalu putem kruga kontrolera osjetljivog na dodir, dok je napon Tx promjenjiv. Promjenjivi napon Tx uzrokuje da struja prolazi kroz Tx-Rx kondenzator. Pažljivo uravnoteženi Rx integrirani krug izolira i mjeri naboje koji ulaze u Rx. Izmjereni naboji predstavljaju "međusobni kapacitet" koji povezuje Tx i Rx.
Status senzora: netaknut
Slika 2 prikazuje shematski dijagram magnetske linije u netaknutom stanju. Bez kontakta prstom, magnetske linije Tx-Rx zauzimaju znatan prostor u navlaci. Izraz "projektivni kapacitet" proizlazi iz činjenice da su rubne magnetske linije projicirane izvan strukture elektroda.
Status senzora: Dodirnite
Kad prst dodirne poklopac, između Tx i prsta nastaju magnetske linije koje zamjenjuju veliki broj magnetskih polja rubnih Tx-Rx, kao što je prikazano na slici 3. Na taj način dodir prsta smanjuje Tx-Rx međusobni kapacitet. Krug za mjerenje naboja prepoznaje promjenjivi kapacitet (Delta C) i otkriva prst iznad spojnice Tx-Rx. Mjereći sve presjeke Tx-Rx matrice s Delta C, može se dobiti raspodjela dodira cijele ploče.
Slika 3 također pokazuje još jedan važan učinak: kapacitivno spajanje prstiju i Rx elektrode. Putem ove električne smetnje može se povezati s Rx. Neophodan je određeni stupanj spajanja prsta-Rx.
Posebna terminologija
Smetanje projektivnog kapacitivnog zaslona osjetljivog na dodir stvara se neosjetljivim parazitskim spajanjem staza. Izraz "uzemljenje" obično se koristi za referentni čvor u istosmjernom krugu ili vezu niske impedance sa zemljom: oni nisu isti pojmovi. Zapravo, za prijenosne uređaje sa zaslonom osjetljivim na dodir, ta je razlika osnovni uzrok smetnji spajanja dodira. Da bismo razjasnili i izbjegli zabune, koristimo sljedeće izraze za procjenu smetnji na dodirnom zaslonu.
Zemlja: spojite se, primjerice, na zemlju putem žice za uzemljenje u izmjeničnu struju s tri rupe. Distribuirana Zemlja: Spoj kapaciteta između objekata i zemlje.
DC Ground: DC referentni čvor za prijenosne uređaje.
DC napajanje: Napon baterije za prijenosne uređaje. Ili izlazni napon punjača spojenog na prijenosni uređaj, kao što je 5 V Vbus, u USB punjač.
DC VCC (napajanje DC VCC): Stabilan napon za prijenosne elektroničke uređaje (uključujući LCD i kontrolere dodirnih zaslona).
Neutralno: izmjenični strujni krug (nazivni geopotencijal).
Vruće: Naizmenični napon napajanja, relativno nulta linija primjenjuju električnu energiju.
LCD Vcom spojen na strujni krug s zaslonom osjetljivim na dodir
Dodirni zaslon prijenosnog uređaja može se instalirati izravno na LCD zaslon. U tipičnoj LCD arhitekturi, tekući kristalni materijali pristrani su prozirnim gornjim i donjim elektrodama. Donje elektrode određuju broj pojedinih piksela zaslona; gornje uobičajene elektrode su neprekidna ravnina koja pokriva cijeli vizualni prednji kraj zaslona, a koji je pristran na napon Vcom. U tipičnom prijenosnom uređaju niskog napona (poput mobilnog telefona), izmjenični napon VCOM je kvadratni val koji oscilira naprijed i nazad između istosmjerne i 3.3V. Razina AC Vcom obično se prebacuje jedanput po liniji prikaza, tako da frekvencija generiranog AC Vcom-a je 1/2 proizvoda brzine osvježavanja okvira zaslona i broja redova. Tipični prijenosni uređaj može imati izmjeničnu struju od 15 kHz. Slika 4 prikazuje napon LCD Vcom zajedno s dodirnim zaslonom.
Dvoslojni dodirni zaslon sastoji se od zasebnog ITO sloja prekrivenog Tx i Rx nizovima, odijeljenog dielektričnim slojem. Tx linije zauzimaju cijelu širinu razmaka Tx polja, a između linija razdvaja se samo najmanji razmak potreban za izradu. Ta se arhitektura naziva samozaštita jer Tx nizovi štite Rx nizove od LCD Vcom. Međutim, spajanje se ipak može dogoditi kroz međuprostor Tx bendova.
Kako bi se smanjili troškovi arhitekture i postigla bolja transparentnost, jednoslojni zaslon osjetljiv na dodir instalira Tx i Rx nizove na jedan ITO sloj i povezuje matrice zauzvrat kroz odvojene mostove. Stoga Tx polje ne može tvoriti zaštitni sloj između LCD Vcom ravnine i senzora Rx elektrode. To može dovesti do ozbiljne Vcom interferencijske spojnice.
Smetnje punjača
Drugi potencijalni izvor smetnji na dodirnom zaslonu je napajanje za napajanje za punjače mobilnih telefona. Smetnje se spajaju na dodirni ekran kroz prste, kao što je prikazano na slici 5. Mali punjač za mobitel obično ima napajanje izmjeničnom strujom i nula ulaza, ali nema uzemljenje. Punjač je čvrsto izoliran, tako da nema izravne struje između ulaza i sekundarnog svitka punjača. Međutim, to i dalje stvara kapacitivno spajanje putem preklapanja izolacijskog transformatora napajanja. Punjač ometa povratni put dodirom zaslona prstom.
Napomena: U ovom se slučaju smetnja punjača odnosi na primijenjeni napon uređaja u odnosu na masu. Ova vrsta smetnji može se opisati kao smetnja "uobičajenog načina rada" zbog njene ekvivalencije u istosmjernom napajanju i istosmjernoj podlozi. Ako buka prebacivanja između istosmjernog napajanja i istosmjernog napona nije dovoljno filtrirana, to može utjecati na normalan rad dodirnog zaslona. Ovaj problem odbijanja napajanja (PSRR) problem je još jedan problem, koji neće biti obrađen u ovom radu.
Otpornost na spajanje punjača
Prekidačke smetnje punjača nastaju vezom istjecanja (oko 20pF) primarnog i sekundarnog namota transformatora. Ovo slabo kapacitivno povezivanje može se nadoknaditi parazitskim spojnim kondenzatorima u relativno raspodijeljenom području kablova za punjač i samih prijemnih uređaja. Kad se uređaj podigne, povećava se paralelni kapacitet, što je obično dovoljno za uklanjanje smetnji prekidača punjača i izbjegavanje smetnji koje utječu na rad dodira. Kad se prenosivi uređaj spoji na punjač i postavi na radnu površinu, a prst operatera dodirne samo dodirni zaslon, dogodit će se najgore slučajevi smetnji s punjača.
Prebacivanje interferencijske komponente punjača
Tipični punjač za mobilne telefone koristi topologiju povratnog kruga. Interferencijski valni oblici koje generira punjač su složeni i jako se razlikuju s punjačem. Ovisi o detaljima kruga i strategiji upravljanja izlaznim naponom. Amplituda smetnji također znatno varira, ovisno o dizajnerskom naporu i troškovima jedinice proizvođača na zaštitnom transformatorskom štitniku. Tipični parametri uključuju: valni oblik: uključujući složeni PWM kvadratni val i LC zvonast valni oblik. Učestalost: 40 ~ 150 kHz pri nazivnom opterećenju, kada je opterećenje vrlo lagano, frekvencija pulsa ili ciklus skočnog pada pada ispod 2 kHz. Napon: do polovine vršnog napona napajanja = Vrms / 2.
Sastavni dio poremećaja Napajanje punjača
Na prednjem kraju punjača ispravljač napajanja izmjeničnim naponom stvara punjač visokog napona punjača. Na taj način, komponenta sklopnog napona na punjaču nanosi se na sinusoidni val polovine napona napajanja. Slično poremećaju prekidača, napon napajanja vezan je prekidačem izolacijskog transformatora. Na 50 Hz ili 60 Hz, frekvencija ove komponente je znatno niža od komutacijske frekvencije, tako da je njena efektivna impedancija spojke odgovarajuće veća. Jačina interferencije napona napajanja ovisi o karakteristikama paralelne impedancije i osjetljivosti kontrolera zaslona osjetljivog na dodir na niske frekvencije.
Poseban slučaj poremećaja napajanja: utikač s 3 rupe bez uzemljenja Adapteri za napajanje s većom nazivnom snagom (poput prijenosnih ispravljača za prijenosno računalo) mogu biti opremljeni AC utičnicama s tri rupe. Da bi se potisnuo izlazni EMI, punjač može interno spojiti uzemljenje glavnog napajanja na istosmjerno uzemljenje izlaza. Ova vrsta punjača obično povezuje Y kondenzator između vatrene linije i nulte linije i zemlje, čime suzbija EMI provodljivost iz dalekovoda. Pod pretpostavkom da veza postoji namjerno, takvi adapteri neće ometati prijenosne uređaje sa zaslonom osjetljivim na dodir koji pokreću računala i USB veze. Isprekidani žični okvir na slici 5 ilustrira ovu konfiguraciju. Za PC i njegove USB prijenosne uređaje sa dodirnim zaslonom, ako je PC punjač s tri otvora za napajanje umetnut u nepovezanu utičnicu, pojavit će se poseban slučaj interferencije punjača. Y kondenzator spaja AC napajanje na istosmjerni izlaz. Relativno veliki Y kapacitet može učinkovito spojiti napon napajanja, zbog čega veći par naponskih frekvencija napajanja kroz prst na zaslonu osjetljivog na dodir ima relativno malu impedanciju. Sažetak ovog članka Danas projektivni kapacitivni zaslon osjetljiv na dodir koji se široko koristi u prijenosnim uređajima ranjiv je na elektromagnetske smetnje. Interferencijski napon iznutra ili izvana povezat će se s uređajem sa zaslonom osjetljivim na dodir kroz kapacitivnost. Ovi naponi smetnji mogu uzrokovati pomicanje naboja na dodirnom zaslonu, što može zbuniti mjerenje kretanja naboja kad prst dodirne zaslon. Stoga, učinkovit dizajn i optimizacija sustava zaslona osjetljivog na dodir ovisi o prepoznavanju puta spajanja smetnji i smanjenju ili kompenzaciji koliko god je to moguće. Put spajanja smetnji uključuje parazitske efekte, kao što su kapacitet namota transformatora i kapacitet uređaja prsta. Na odgovarajući način modeliranje tih utjecaja može u potpunosti prepoznati izvor i veličinu smetnji. Za mnoge prijenosne uređaje punjači baterija predstavljaju glavni izvor smetnji za ekrane osjetljive na dodir. Kada prst operatera dodirne zaslon osjetljiv na dodir, rezultirajući kapacitet uzrokuje da punjač interferira s spojnim krugom. Kvaliteta dizajna oklopa unutar punjača i pravilno uzemljenje punjača ključni su čimbenici koji utječu na interferencijsku spojnicu punjača.
