ChipOne北方集创介绍ChipOne北方集创介绍.doc

电容式触控芯片设计的挑战与解决方法探讨 ?北京集创北方科技有限公司 数字设计经理 刘宏辉 ?一、 引言：??? 近几年智能手机和平板电脑的暴发性增长促使电容式触控技术发展的突飞猛进：材料方面从玻璃到FILM，结构方面从双层到单层，触控效果方面从单指到多指……技术的演进对触控芯片提出了越来越严苛的要求，对芯片的设计人员而言面对的是一个个巨大的挑战。二、 电容触控技术面对的挑战与解决方法探讨1. 充电器电源干扰 ? 。2. LCD干扰LCD在显示画面时，其VCOM / GATE / DATA线上信号的翻转会给触摸屏带来极大的干扰。此前，厂商往往会在靠近LCD一侧用屏蔽层来隔绝LCD影响，但随着手持设备轻薄化的趋势和成本的压力，这个方案已经越来越不为模组厂商接受，解决干扰的影响成了触控芯片设计时必须考虑的问题之一。 ? ?LCD干扰的频谱特性 ?实验发现，由于VCOM / GATE线的翻转与帧率和扫描行率有关，而扫描行率带来的噪声及其谐波的频段普遍为几十到几百KHz,与触控芯片的驱动信号频段相重合，因此LCD栅极打开或采用线翻转模式下的VCOM变化是LCD干扰中的重点消除对象。随着显示分辨率的不同，噪声频段也不尽相同。通过内部检测电路，自动监测LCD频段干扰并智能地将避开相关频率，再采用同步混频、窄带滤波的技术，ICN83X系列芯片能有效消除LCD噪声干扰，在接近/远离LCD显示屏的情况下表现良好。3. 环境变化手持设备对于环境的耐受性要求十分高，在高低温，不同湿度的条件下其灵敏度不能降低，而且短时间大尺度的变化下（如迅速地从室温到高温）也要求触控模块能够正常工作。但是由于各种材料自身特性影响，触控芯片检测的电容值往往也随着环境改变而变化巨大，如果不能及时并准确地辨识出环境的改变，并随之调整基准值，则会出现误报点或触控无反应的情况。 ? ?触摸信号随温度的变化而变化 ?通过总结，分析各种环境条件变化对芯片感知信号的影响，ICN83X系列触控IC芯片不仅能够智能地侦测使用环境的变化并自我校准，而且在环境突变情况下也能很好的辨识和处理。4. 触摸屏的一致性问题随着触控产业的蓬勃发展，触控模组生产厂家也经历了一个高速发展期，相当多的厂家是新进入的后来者，设备，人员良莠不齐，质量控制也不尽如人意，屏的质量也难以稳定地维持在一个较高的水准。表现为不同的屏与屏之间，甚至相同的屏通道与通道之间导电特性差异大，导致不同屏之间效果差别大，或者一块屏的不同区域之间性能也有差别。针对此种问题，一方面芯片在设计的时候相关指标容忍度需要提高，某些关键性能参数能留出配置空间，另一方面在工厂量产的时候，量产程序能根据各个屏的参数自动算出最合适的参数配置并记录到芯片的非易失存储器中。通过这两方面的努力，ICN83X系列能较好的支持各种品质的屏，并能充分展现出屏的效果。5. 高阻抗导电材料显示屏高透光性的要求及成本压力的驱动使越来越多的触控模组厂家采用高阻抗的ITO材料，高阻抗带来的影响主要有A. 触摸屏不同位置对应的阻抗不一致，导致激励信号到达芯片的先后时间不一致，影响窄带滤波的性能B. 不同位置对应的信号强度不一致，影响整体线性度C. 对于高阻抗的屏，手指触摸时会引起其余位置的容值变化，影响感应灵敏度在设计ICN83X系列芯片采用了如下方法，有效地改善高阻抗屏的支持效果A. 通过内部电路记录并补偿延时效应的影响B. 软件算法根据不同位置对触摸点和非触摸点做不同的差值补偿6. “抗悬浮”与“防水”目前，手持设备的“抗悬浮”能力（悬浮状态，即设备壳体与人体无接触，地线不相接的情况）与“防水”能力（屏幕上的水雾或水滴能对正常触控造成干扰，影响触控体验）成为评价触控体验的重要指标。“悬浮”状态带来的是触摸与非触摸状态之间信号改变量小，而屏幕上的水会造成屏幕基准电容的偏差。通过“悬浮检测”电路，ICN83X芯片能够侦测目前处于悬浮/非悬浮状态，针对不同的状态，对触摸改变量进行补偿。“防水”算法则区分为大面积水滴和水雾两种情况，通过不同面积的水面，进行相应的处理。7. 低功耗要求目前，触控IC主要应用于手机、平板电脑等手持设备，该类设备的电池续航能力是最为重要的指标之一，这就向应用其中的触控IC功耗提出了较高的要求。与之相矛盾的是，用户对触控体验越来越高的要求以及大尺寸触摸屏份额的上升使CPU需要处理的数据量越来越大，而采用更高性能的CPU也带来了更高的频率和更高的功耗。如何在保证性能的前提下有效降低功耗成为触控IC的设计的关键问题之一。为解决这一问题，ICN83X系列产品嵌入了集创北方拥有自主知识产权的触控专用DSP。该DSP模块由微控制单元、专用算术逻辑单元与存储器阵列三部分组成，拥有专用指令集。模块首先