触摸屏原理 触摸屏原理及基础知识全解析

目前触摸屏主要有电阻式、表面电容式和感应电容式、表面声波、红外、弯曲波、有源数字转换器、光学成像等几种类型。可以分为两类，一类需要ITO，比如前三个触摸屏，另一类在结构上不需要ITO，比如后面的屏幕。

触摸屏无处不在。在PDA等个人便携设备领域，触摸屏节省了空的便携性，具有更好的人机交互能力。

目前触摸屏主要有电阻式、表面电容式和感应电容式、表面声波、红外、弯曲波、有源数字转换器、光学成像等几种类型。可以分为两类，一类需要ITO，比如前三个触摸屏，另一类在结构上不需要ITO，比如后面的屏幕。目前市场上广泛使用的是由ITO材料制成的电阻式触摸屏和电容式触摸屏。

电阻触摸屏

ITO是氧化铟锡的缩写，是一种透明导体。通过调整铟锡比、沉积方法、氧化程度和晶粒尺寸，可以调整这种材料的性能。薄的ITO材料透明度好，但阻抗高；厚的氧化铟锡材料阻抗低，但透明度会变差。当沉积在聚酯薄膜上时，反应温度会降至150℃以下，导致氧化铟锡不完全氧化。之后，ITO会暴露在空气体或空气体阻挡下，由于自氧化，单位面积的阻抗会随时间变化。这使得电阻式触摸屏需要经常校正。

图1是电阻式触摸屏的横截面侧视图。手指接触的表面是一层硬涂层，保护下面的PET层。PET层是一层很薄的弹性PET膜，接触表面时向下弯曲，使下面的两层ITO涂层相互接触，并在这一点与电路连通。在两个氧化铟锡层之间是一些隔离支点，厚度约为千分之一英寸，以分隔两层。底部是用于支撑上述结构的透明硬底层，通常是玻璃或塑料。

电阻式触摸屏的多层结构会造成很大的光损失。对于手持设备来说，通常需要增加背光源来弥补透光率差的问题，但这样也会增加电池的消耗。电阻式触摸屏的优点是屏幕和控制系统便宜，响应灵敏度非常好。

电容式触摸屏

电容式触摸屏也需要ITO材料，而且功耗低，使用寿命长，但是成本高，以前就没那么关注了。苹果iPhone提供的友好的人机界面和流畅的操作性能，让电容式触摸屏在市场上大行其道，各种电容式触摸屏产品层出不穷。而且随着技术的进步和批量生产，其成本也在下降，开始呈现出逐渐取代电阻式触摸屏的趋势。

表面电容式触摸屏只用单层的ITO，当你用手指触摸触摸屏表面时，一定量的电荷会转移到人体。为了挽回这些电荷损失，电荷是从屏幕的四个角加入的，每个方向加入的电荷量与触摸点的距离成正比，从中我们可以计算出触摸点的位置。

为了减少角/边效应对电场的影响，表面电容的ITO涂层通常需要在屏幕周围添加线性化的金属电极。有时在氧化铟锡涂层下有一层氧化铟锡屏蔽层来阻挡噪音。表面电容触摸屏至少需要校准一次才能使用。

与表面电容式触摸屏相比，感应电容式触摸屏可以穿透更厚的覆盖层，不需要校正。不同的氧化铟锡模块通过电感电容刻蚀在两层氧化铟锡涂层上，这需要考虑模块的总阻抗、模块之间连接线的阻抗、两层氧化铟锡模块交叉处产生的寄生电容等因素。而且，为了检测手指触摸，ITO模块的面积要小于手指的面积。采用菱形图案时，对角线长度通常控制在4-6mm。

在图3中，绿色和蓝色的氧化铟锡模块位于两个氧化铟锡涂层上，这两个氧化铟锡涂层可以被视为在x和y方向上的连续滑动条。需要分别扫描x和y方向的不同ITO模块，以获得触摸点的位置和触摸轨迹。两层ITO涂层之间是PET或玻璃隔离层，透光率更好，能承受更大的压力，成品率更高，可以通过特殊工艺直接镀在LCD表面，但也更重。隔离层越薄，透光率越好，但两个ITO层之间的寄生电容越大。

感应电容触摸屏检测到的触摸位置对应于感应到最大电容变化值的交点。对于X轴或Y轴，对不同的ITO模块的信号量进行加权平均得到位置量，然后系统在触摸屏下方的LCD上显示触摸点或轨迹。

当两个手指接触时，每个轴上会有两个最大值。此时有两种可能的组合，系统无法准确定位判断。这就是我们通常所说的镜像点。

另外，触摸屏下面是LCD屏，表面也是导电的，会与涂有ITO的ITO模块产生寄生电容。我们通常需要在这两层之间预留一定的空气体层，以减少寄生电容的影响。

电容式触摸屏解决方案

在目前的电容式触摸屏解决方案中，赛普拉斯PSoC产品以可编程、设计灵活、一致性好、高效的PSoC Express/PSoC设计师开发环境处于领先地位。

PSoC CapSense技术是根据电容感应原理，通过CSA或CSD模块实现的。印刷电路板或触摸屏上相邻的传感模块或导线之间存在寄生电容。当手指靠近或触摸两个相邻的传感模块时，相当于增加了两个电容，这相当于电容Cf与Cp并联。PSoC的CSA和CSD技术可以用来检测这个电容的变化，从而确定是否有手指触摸。

PSoC触摸屏解决方案的优势如下:

1.它是一种单芯片解决方案，与传统解决方案相比，减少了外部设备和系统的整体BOM成本。

2.通过使用I2C-USB桥等相关工具，结合PSoC Express/PSoC designer开发环境，可以大大节省开发时间和成本。

3.PSOC的IO和各种模拟/数字模块可以动态重新配置，设计可以更新以满足新的要求，而无需修改原理图和PCB。还支持I2C/UART/SPI/USB等多种通信接口。，可以方便地与各种接口的主机连接，这样会降低系统更新的成本。

4.PSoC可以针对外部环境变化——射频干扰、温度变化、功率波动等，灵活设置参数。，并已广泛应用于液晶显示器、手机、数码相机和白色家电的触控。

5.除了触控，PSoC还可以实现LED背光控制、电机控制、电源管理、I/O扩展等增值功能。

PSoC已经用于各种尺寸的触摸屏。如果要实现表面电容触摸屏的控制，可以通过CSD模块用CY8C21x34或CY8C24x94系列实现，如图5所示。实现电感式电容触摸屏的控制，可以通过CSA模块由CY8C20x34系列实现，也可以通过CSD模块由CY8C21x34或CY8C24x94系列实现。

在触摸屏产品的设计中，需要权衡性能和成本。电阻式触摸屏成本低，竞争激烈，在性能和应用上有一定的局限性。

1.电容式触摸屏只需要触摸，不需要压力产生信号。

2.电容式触摸屏生产后只需要一次校正或者根本不需要校正，电阻技术则需要常规校正。

3.电容式方案的寿命更长，因为电容式触摸屏中的组件不需要任何移动。在电阻式触摸屏中，上层的ITO膜需要足够薄才能有弹性，这样才能向下弯曲接触到下层的ITO膜。

4.在光损耗和系统功耗方面，电容技术优于电阻技术。

5.选择电容技术还是电阻技术，主要看触摸屏幕的物体。在手指触摸的情况下，电容式触摸屏是更好的选择。如果你需要手写笔，不管是塑料的还是金属的，电阻触摸屏都可以。电容式触摸屏也可以用手写笔，但是需要专门的手写笔配合。

6.表面电容可以用于大尺寸触摸屏，相位成本也低，但目前还不能支持手势识别；电感式电容主要用于中小型触摸屏，可以支持手势识别。

7.电容技术耐磨，使用寿命长，用户使用时维护成本低，可以进一步降低厂商的整体运营成本。

电容式触摸屏的发展趋势

电容式触摸屏已经应用到iPhone等手持设备上。定位单点轨迹/模拟鼠标双击是其基本功能，多指手势操作的识别和应用成为当前市场的热点。在便携式应用中，用户只能用另一只手操作设备，同时用一只手握住设备，因此识别手势操作，例如抓握/平移、拉伸/压缩、旋转、翻页等，尤为重要。PSoC电感式电容触摸屏可以实现多点检测，从而支持两个手指的手势识别。可以预见，支持手势识别的电容式触摸屏将在市场上大放异彩。

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