触摸屏设计系统

[评论]：电容式触摸屏设备日益成为主流，不再是新颖的产品。随着数以百万计的设备（如智能手机和平板电脑）的销售，这种技术的流行正在增加。然而，随着电容式触摸屏技术的广泛使用，消费者越来越不愿意为这项技术付出更多。为了保持利润，OEM必须降低设备成本。在

       电容式触摸屏设备日益成为主流，不再是新颖的产品。随着数以百万计的设备（如智能手机和平板电脑）的销售，这种技术的流行正在增加。然而，随着电容式触摸屏技术的广泛使用，消费者越来越不愿意为这项技术付出更多。为了保持利润，OEM必须降低设备成本。在触摸屏设备中，触摸屏模块是最昂贵的组件之一。本文介绍了几种通过智能设计方法降低触摸屏模块系统成本的方法方法。主题包括面板覆盖和图案，显示屏，材料，路由和触摸屏控制器。

投影电容式触摸屏技术的智能手机和平板电脑现在已经成为主流。然而，触摸屏产品的日益普及和OEM厂商之间的激烈竞争降低了产品的价格。为了抵消价格压力，OEM正在寻求创新的方式来降低成本，同时增加利润。触摸屏系统是智能手机或平板电脑中最昂贵的模块之一，其设计成本可以进一步降低，从而帮助OEM提高盈利能力。该

标准触摸屏系统（图1）包括投影电容式触摸屏传感器（层压在覆盖镜头中），带触摸屏控制器的键合柔性印刷电路板（FPC）以及显示屏。 FPC可以将触摸屏控制器连接到主处理器。显示屏位于触摸屏传感器的下方，通常由气隙隔开或直接层压。

系统设计人员必须认真了解每个组件的整合对系统成本效益的影响，并且我们可以通过智能设计方法来优化这两个方面。。

封面和触摸屏传感器

封面是触摸屏系统的顶层物理层。根据材料类型（玻璃或PMMA），特殊涂层（疏油性，疏水性），装饰性颜料或照相机或传感器钻孔的数量，盖板的成本差异很大。使用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）可以将盖板的成本大幅降低50％。这种材料更经济，更轻，不易碎。它是耐用半透明玻璃选择的替代品。但是，PMMA传感器可能会遇到低信号灵敏度。另外，因为PMMA比玻璃更柔软，所以当手指或其他触摸物体被按下时，它可以显示面板弯曲。面板变形可能导致触摸报告信息不正确或不准确。但是，如果触摸屏传感器包含玻璃基板或其他屏蔽物，则可以防止面板弯曲。因此，必须认真考虑用于层压触摸屏传感器的覆盖材料（图2）。

触摸屏传感器的结构非常复杂。氧化铟锡（ITO）溅射在玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基板上，然后在ITO上蚀刻相应的图案。组成每个传感器层的图案和结构根据系统的设计要求进行定制。标准触摸屏设计通常使用双层ITO触摸屏传感器（例如图2中的赛普拉斯MH3和Diamonds传感器），具有良好的精度，线性度和多点触控性能。双层传感器设计使用玻璃或PET基材。 PET更便宜，抗噪性能更好，但透光率略有下降。从根本上讲，降低触摸屏传感器成本的最有效方法是减少叠层中的层数。

通过集成赛普拉斯低成本传感器（LCS）解决方案等单层传感器，系统设计人员可将传感器成本显着降低50％。较少的层数（基板，ITO，OCA）有助于触控面板制造商降低材料和处理成本;此外，处理更少的层进一步提高了制造良率。低成本的单层触摸屏使用单个PET基板和简化的特殊图案良好的光传输。在性能方面，单层传感器精度和线性度低，支持有限的手指触摸（通常只有一个或两个手指）。这些低成本的单层传感器解决方案非常适合低端智能手机和功能手机。以前使用电阻式触摸屏或非接触式屏幕的系统设计人员会发现这种堆叠方法非常适合他们的设计和预算需求。与电阻式触摸屏相比，单层电容式触摸屏具有独特的优势，包括改进的光传输，降低的功耗，增加的耐用性和改善的用户体验。

    与双层传感器相比，单层多点触控解决方案（例如赛普拉斯单层独立多点触控（SLIM®）解决方案）可将成本降低40％。尽管单层传感器的性能略有下降，但它可以实现最薄的轮廓。此外，还可以使用单层多点触摸传感器创建薄边或无边界触摸屏传感器，进一步扩展触摸屏的工作区域。希望降低设备成本和厚度的设计师可以考虑单层传感器。

较小的屏幕尺寸可以节省大量成本;触摸屏成本也受到触摸屏工作区域的影响大小的影响。显然，系统设计人员必须考虑所有优化面板设计和选择的方法。

FPC设计

降低设备成本的另一种方法是使用FPC设计。 FPC可以将来自触摸屏面板的单个传感器输入/输出（I / O）连接到触摸屏控制器，然后从触摸屏控制器连接到主处理器。

FPC可以是主动或被动的。主动或触摸屏控制器和其他所需的外部组件（如电阻和电容）安装在FPC上;而被动是FPC只包含路由迹线，而触摸屏控制器和外部组件则安装在印刷电路板（PCB）上。主动和被动FPC都可以以多种方式路由。路由越有效和多样化，集成其他硬件组件越容易。但是，请记住，随着路由所需层数的增加，成本将会增加。正确的单层路由将有助于维持最低的FPC成本。此外，单层路由在信号完整性和紧凑型FPC设计方面也具有很大的优势。

显示屏

在触摸屏系统中，投射电力电容式触摸屏传感器位于显示器的顶部。 显示器本身很嘈杂，其噪音可以直接与触摸屏传感器耦合。 这会降低触摸灵敏度并产生错误的触摸激活。 一个好的设计方法可以降低显示噪音，并可以从根本上提高性能并降低成本。

为了阻挡显示器的噪声，业界一直在显示器和触摸屏传感器之间实施额外的ITO“屏蔽”层。尽管结果是显着的，但屏蔽层也增加了触摸屏模块的成本和厚度。另一种方法是使用通常在0.2mm和0.5mm之间的小气隙来将显示器与触摸屏传感器分开。气隙比屏蔽更具成本效益，但也增加了触摸屏模块的厚度，这不符合希望使外观更美观和更薄的OEM设备制造商的需求。但是，还有一个更重要的设计要求，即显示器本身的选择。

目前，手机和平板电脑最常见的显示屏是TFT液晶显示屏。 TFT液晶显示器通常有两种类型：DCVCOM和ACVCOM。不同之处在于驱动传统电极层（VCOM）的方法。高端设备越来越多地使用的另一种显示器是AMOLED显示器，它具有宽视角，更好的亮度和对比度，更低的功耗以及更小的外形尺寸。

AMOLED的显示噪音很少见，也是最安静的显示屏之一，但其价格非常昂贵。此外，DCVCOM显示屏通常很安静，但价格较高。相比之下，ACVCOM有更多噪音，但价格相对便宜。显示器的选择在很大程度上取决于设备所针对的最终客户。目标应用程序将确定硬件和性能适用于哪个客户群。

触摸屏控制器

尽管触摸屏控制器并不像显示屏和触摸屏那样昂贵，但触摸屏控制器的选择将在触摸屏系统的性能中起到最重要的作用。触摸屏控制器采用电容式感应和处理技术来分析手指触摸和手势，并将其位置和行为报告给主处理器。当手指放置在投射电容式触摸屏上时，触摸屏控制器可以检测电容的变化并将该信息转换为数值。数字转换可以通过触摸屏控制器内的复杂触摸分辨率算法进一步处理，然后将触摸坐标和其他相关数据传递给主处理器。触摸屏的主要技术问题是如何处理噪声敏感信号。控制器必须具有高质量的模拟前端，内置的噪声处理能力和复杂的处理算法。随着触摸屏变得越来越多费用型电子设备的用户界面，因而触摸屏控制器的质量将直接影响到最终产品的用户体验。选择合适的触摸屏控制器是实现上述成本效益优势不可或缺的因素。

具有高信噪比（SNR）和高效噪声处理能力的控制器可以补偿来自噪声源的信号强度的弱化，例如便宜的PMMA盖板或具有更多噪声的ACVCOM显示屏。为了帮助优化多点触控单层传感器的成本效益，触摸屏控制器必须具有兼容的处理算法。另外，只有当触摸屏控制器支持高度灵活的布线设计时，才能实现单层FPC布线的成本优势。

此外，触摸屏控制器还可以通过一些可支持的高级功能降低系统成本。例如，大多数触摸屏控制器将触摸屏上的一滴水视为手指接触，因为一滴水的互电容特性与手指接触的类似。为了解决这个问题，触摸屏面板的制造商可以向盖板添加昂贵的疏水涂层。当水滴落在盖子上时，疏水涂层可将其分解成更小的液滴，从而形成它无法识别为联系人。 此外，触摸屏控制器本身可以通过使用其硬件和固件功能进行防水处理，这些功能可以通过内置算法检测并排斥触摸屏上的水滴，同时还可以为OEM制造商节省额外的涂层成本。

明智的设计师将充分了解触摸屏系统及其关键部件，并通过合理选择设计方法和盖板，传感器材料和堆叠，显示类型和FPC路径，可显着降低成本。 通过选择高性能，创新的触摸屏控制器，我们可以在不牺牲性能的情况下降低成本。 这是最终产品销售的关键环节。