Hvordan er et rimeligere berøringskontrollsystem utformet

Kapasitive berøringsskjermerhar i økende grad blitt mainstream og er ikke lenger en nyhet. Adopsjonen deres fortsetter å vokse ettersom enheter som smarttelefoner og nettbrett sendes med millioner. Men nå som de er allestedsnærværende, er forbrukerne mer motvillige til å betale en høyere premie for teknologien.

For å opprettholde fortjenestemarginer i dette konkurransedyktige miljøet, må OEM-er redusere enhetskostnadene – og berøringsskjermmodulen er en av de dyreste komponentene i berøringsskjermdrevne enheter. Ved å bruke de riktige panelstablene og mønstrene, skjermene, materialene, rutingen og kontrolleren, kan designere redusere systemkostnadene sine.

Deksellinse og berøringsskjermsensor

Et standard berøringsskjermsystem består av en projisert kapasitiv berøringsskjermsensor laminert til en beskyttende deksellinse, en bundet fleksibel trykt krets (FPC) med berøringsskjermkontrolleren montert på den, og en skjerm. FPC kobler berøringsskjermkontrolleren til vertsprosessoren. Displayet sitter under berøringsskjermsensoren og er vanligvis atskilt med en luftspalte eller er direkte laminert.

1. Et standard kapasitivt berøringsskjermsystem omfatter en projisert kapasitiv berøringsskjermsensor laminert til en beskyttende deksellinse, en bundet FPC med berøringsskjermkontrolleren montert på den, og skjermen.

Deksellinsen er det øverste fysiske laget av berøringsskjermsystemet. Prisen kan variere mye avhengig av materialtype (glass eller polymetylmetakrylat eller PMMA), spesielle belegg (oleofobe, hydrofobiske), dekorativt blekk eller antall borehull for kameraer eller sensorer. PMMA, et billigere, lettere og bruddsikkert alternativ til det mer holdbare og optisk transmissive glassalternativet, kan redusere disse kostnadene med opptil 50 %.

Imidlertid kan PMMA-sensorer lide av lavere signalfølsomhet. PMMA er også mer fleksibelt enn glass, så det kan vise problemer med panelbøyning når en finger eller en annen gjenstand trykker ned med betydelig kraft. Panelbøyning kan forårsake falsk og unøyaktig berøringsrapportering. Likevel kan et glasssubstrat eller et ekstra skjoldlag i berøringsskjermsensoren forhindre at panelet bøyes. Derfor må deksellinsematerialet vurderes nøyaktig for enhver berøringsskjermsensorstabel(Fig. 2).

2. Moderne berøringsprodukter bruker flere typer sensor-stable-ups.

Berøringsskjermsensorer er komplekse strukturer. De bygges ved å sputtere indiumtinnoksid (ITO) på et glass- eller polyetylentereftalat(PET)-substrat og deretter etse bort et proprietært mønster inn i ITO. Mønstrene og strukturene som utgjør hvert sensorlag er tilpasset designbehovene til systemet.

Standard berøringsskjermdesign bruker vanligvis to-lags ITO berøringsskjermsensorer som MH3 og diamantsensorer i figur 2 for å oppnå god nøyaktighet, linearitet og multi-touch-ytelse. To-lags sensordesign bruker enten glass eller polyetylentereftalat (PET) underlag. PET er billigere og gir bedre skjermstøyimmunitet, men vil lide av en liten forringelse av optisk klarhet. Til syvende og sist er den mest effektive metoden for å redusere kostnadene for berøringsskjermsensorer å redusere antall oppstablede lag.

Ved å integrere enkeltlagssensorer kan systemdesignere redusere sensorkostnadene med opptil 50 %. Færre lag – substrat, ITO, optisk klart lim (OCA) – hjelper berøringspanelleverandører med å trimme material- og verktøykostnadene. Håndtering av færre lag forbedrer også produksjonsutbyttet. Rimelige enkeltlagsberøringsskjermer bruker et enkelt PET-substrat med et forenklet proprietært mønster med god optisk transmissivitet.

Fra et ytelsessynspunkt har enkeltlagssensorer redusert nøyaktighet og linearitet og begrenser antall støttede fingerberøringer (vanligvis bare én finger eller to fingre). Disse rimelige enkeltlags sensorløsningene er ideelle for smarttelefoner og funksjonstelefoner med lav pris.

Systemdesignere som tidligere har brukt resistive berøringsskjermer eller ingen berøringsskjermer, bør finne dette stable-up-alternativet godt tilpasset deres design- og budsjettbehov. Sammenlignet med resistive berøringsskjermer tilbyr kapasitive berøringsskjermer med ett lag karakteristiske fordeler, inkludert forbedret optisk klarhet, lavere effekt, økt holdbarhet og forbedret brukeropplevelse.

Enkeltlags multi-touch-løsninger som Cypress sin SLIM (Single-Layer Independent Multi-touch) kan kutte kostnader så mye som 40 % sammenlignet med tolags sensorer. Enkeltlagssensorer gir litt redusert ytelse, men utmerker seg ved å støtte de tynneste formfaktorene. Enkeltlags multi-touch-sensorer støtter også tynne eller kantløse berøringsskjermsensorer, slik at berøringsskjermens aktive område kan utvides. Designere som er interessert i å redusere både kostnader og tykkelse kan vurdere enkeltlagssensorer som et levedyktig alternativ.

Mindre skjermstørrelser er betydelig mer økonomisk. Størrelsen på det aktive området vil påvirke berøringsskjermkostnadene. Det er klart at systemdesignere må vurdere alle veier for å optimalisere paneldesign og valg.

FPC-design

En annen mulighet for å redusere enhetskostnadene er gjennom FPC-design. FPC-en kobler individuell sensorinngang/-utgang (I/O-er) fra berøringsskjermpanelet til berøringsskjermkontrolleren og fra berøringsskjermkontrolleren til vertsprosessoren.

FPC-er kan være aktive eller passive. I aktive FPC-er er berøringsskjermkontrolleren og eventuelle andre nødvendige eksterne komponenter som motstander og kondensatorer montert på selve FPC-en. I passive FPC-er inkluderer FPC-en bare rutespor og berøringsskjermkontrolleren, og eksterne komponenter er montert på et printkort (PCB).

Enten de er aktive eller passive, kan FPC-er rutes på flere måter. Jo mer effektiv og allsidig ruting, jo lettere er det for andre maskinvarekomponenter å integreres. Husk imidlertid at kostnadene øker med antall lag som kreves for ruting. Gjennomtenkt ruting på ett enkelt lag vil bidra til å minimere FPC-kostnader. Enkeltlags ruting har også betydelige fordeler for både signalintegritet og kompakt FPC-design.

Viser

I et berøringsskjermsystem sitter den projiserte kapasitive berøringsskjermsensoren på toppen av skjermen. Skjermer er iboende støyende, noe som kan føre til at skjermstøy kobles direkte til berøringsskjermsensoren(Fig. 3). Dette reduserer berøringsfølsomheten og produserer falsk berøringsaktivering. Gode ​​designvalg kan dempe skjermstøy og ha en betydelig innvirkning på ytelse og kostnader.

3. Skjermer er iboende støyende. Støy fra skjermer kan kapasitivt kobles til berøringsskjermen og redusere berøringsytelsen.

For å blokkere skjermstøy, implementerer industrien tradisjonelt et ekstra ITO "skjold"-lag mellom skjermen og berøringsskjermsensoren. Selv om det er effektivt, øker skjoldlaget kostnader og øker tykkelsen på berøringsskjermmodulen. Et alternativ er å bruke en liten luftspalte, vanligvis mellom {{0}},2 mm og 0,5 mm, for å skille skjermen fra berøringsskjermsensoren.

En luftspalte er mer kostnadseffektiv enn et skjoldlag, men det øker også berøringsskjermmodulens tykkelse, noe som blir uønsket for OEM-er som ønsker å bygge slankere og tynnere enheter. Et viktigere designvalg vil være valget av selve skjermen.

For øyeblikket er de mest populære skjermene som brukes for mobiltelefoner og nettbrett fortsatt tynnfilmtransistor (TFT) LCD-skjermer, som vanligvis er tilgjengelige i to varianter: likespenning (DCVCOM) og fellesspenning (ACVCOM). Forskjellen er metoden som brukes til å drive det vanlige elektrodelaget (VCOM). En annen stadig mer populær skjerm i avanserte enheter er Active-Matrix Organic LED (AMOLED) med sine brede visningsvinkler, forbedret lysstyrke og kontrast, lavere strømforbruk og redusert tykkelse.

AMOLED-er avgir veldig lite skjermstøy og er blant de mest stillegående skjermene, men de er dyre.

DCVCOM er også generelt en stille skjerm og dyr. Derimot er ACVCOM høystøyende, men relativt billig. Valget av en skjerm avhenger i stor grad av enhetens hensikt for sluttkunder. Målapplikasjonen vil vurdere maskinvaren og ytelsen som er egnet for kundene.

Berøringsskjermkontroller

Selv om det ikke er så dyrt som skjermen eller berøringsskjermpanelet, har valget av berøringsskjermkontrolleren størst innvirkning når det gjelder berøringsskjermsystemytelse. Berøringsskjermkontrolleren inneholder kapasitiv sanse- og prosesseringsteknologi for å løse fingerberøringer og bevegelser ved å rapportere plasseringen og oppførselen deres til vertsprosessoren.

Når en finger plasseres på en projisert kapasitiv berøringsskjerm, oppdager berøringsskjermkontrolleren en endring i kapasitansen og konverterer denne informasjonen til digitale verdier. Denne digitale konverteringen behandles videre ved hjelp av sofistikerte berøringsoppløsningsalgoritmer i berøringsskjermkontrolleren før berøringskoordinater og andre relevante data sendes videre til vertsprosessoren.

Støyfølsomme signaler er en stor teknisk utfordring for berøringsskjermer. Kontrollere som bruker analoge frontender av høy kvalitet, innebygde støyhåndteringsmuligheter og sofistikerte prosesseringsalgoritmer er obligatoriske. Ettersom berøring blir det foretrukne brukergrensesnittet for mange elektroniske forbrukerenheter, vil kvaliteten på berøringsskjermkontrollere direkte påvirke sluttproduktets brukeropplevelse. Å velge riktig berøringsskjermkontroller er integrert for å oppnå ytelse og kostnadsfordeler.

En kontroller som gir høyt signal-til-støyforhold (SNR) og effektiv støyhåndtering vil kunne kompensere for signalstyrkeforringelsen som kommer fra støykilder, som et billigere PMMA-dekselobjektiv eller en støyende ACVCOM-skjerm. For å bidra til å optimalisere ytelsen til lavkost- og multi-touch enkeltlagssensorer, må berøringsskjermkontrollere levere kompatible behandlingsalgoritmer. I tillegg kan kostnadsfordelene ved enkeltlags FPC-ruting bare realiseres hvis berøringsskjermkontrollerens pinout tillater fleksibel rutingdesign.

Berøringsskjermkontrollere kan også redusere systemkostnadene gjennom noen av de avanserte funksjonene de støtter. For eksempel tolker de fleste berøringsskjermkontrollere vann på en berøringsskjerm som en fingerberøring fordi de gjensidige kapasitanssignaturene til vann og en finger er like. For å løse dette problemet kan leverandører av berøringsskjermpaneler legge til et dyrt lag med hydrofobisk belegg på deksellinsen.

Når vanndråper lander på deksellinsen, hjelper belegget med å bryte dem fra hverandre til mindre dråper slik at de ikke lenger registreres som berøringer. Likevel kan en berøringsskjermkontroller som muliggjør vannavvisning ved bruk av maskinvare- og fastvarefunksjonene oppdage og avvise vann påtouch-skjermmed innebygde algoritmer og kan spare OEM ekstra belegningskostnader.

Sammendrag

Erfarne designere som grundig forstårberøringsskjermsystemog nøkkelkomponentene kan redusere kostnadene betraktelig gjennom intelligente valg i utformingen og valget av deksellinsen, sensormateriale og stabling, skjermtype og FPC-ruting. En innovativ og høyytelses berøringsskjermkontroller kan oppnå kostnadsreduksjoner uten at det går på bekostning av ytelsen, noe som gjør at sluttproduktet selges i utgangspunktet.