原创 Tango S 在大尺寸电容触摸屏上的应用（一）

前言                               

         触控技术，特别是具有多点触控能力的投射电容式触控技术是下一代最具前景的输入技术。iPhone的成功推出为投射电容式触控技术的应用开拓了广泛的空间，Windows 7则使人们看到了投射式电容触摸屏在大尺寸上应用的曙光，促使包括电容式触控芯片、电容式ITO玻璃和触控显示模组生产等相关产业快速发展。国外众多设计公司如Synatics、Cypress、Broadcom、Melfas、ST（意法半导体）、ADI、Alps和Elan等正在研发投射电容式触控芯片，而在国内只有苏州瀚瑞微电子有限公司（下称Pixcir）在研发此类芯片。由于投射电容式多点触控芯片技术难度大，迄今为止仅有少数公司获得了初步成功。

        Pixcir于2008年成功的开发出拥有自主知识产权的高速低功耗投射电容式多点触控芯片——Tango S系列产品。 Pixcir所研发的触控芯片目前处于国际领先水平，并拥有投射电容式触控IC的完全自主知识产权。

        该芯片具有“低功耗（典型功耗小于15uA）、扫描速度快（最高30,000线/秒）、抗干扰、无需外部元器件”等创新特点。是目前世界上已面世同类产品中扫描速度最快、功耗最低的芯片，抗干扰能力和识别率等指标也处于世界领先水平。可适用于ITO导电玻璃、FPC和PCB等不同的触摸介质。

抗干扰能力

        在电容式触摸屏的应用中，触控芯片必须解决TFT-LCD周期反转的驱动信号对其影响的问题。为了解决这一难题，利用其多年TFT-LCD驱动芯片设计经验，首先分析了TFT-LCD驱动信号的特点。TFT-LCD驱动信号通常会在40-120uS之间要反转一次，当信号反转时对触控信号影响最大，所以应避开信号反转时刻对触控线进行扫描，这就要求完成一次扫描的时间要远远小于TFT-LCD驱动信号的一个周期。然后，结合Tango扫描速度快和触控识别算法处理可解析出周期性干扰等特点，首家实现了将每一次的扫描时间控制在12uS以内的解决方案，从而有效避开强烈的反转信号影响。（图1）

  图 1

支持大尺寸触摸屏

        Windows 7的出现使投射式电容触摸屏在电脑上的应用打开了想象的闸门。众所周知投射电容触摸屏的尺寸越大，开发难度越大。目前根据世界上主流电容触控IC开发的电容触摸屏，多在4.3英寸以下，能够开发出大尺寸，并能够稳定工作的寥寥无几。

       目前采用Tango S的方案开发出的电容触摸屏的最大尺寸已经达到17.3英寸。并且采用Tango S 芯片开发的投射式电容触摸屏已经通过了Microsoft  Windows 7的认证。

      图2为Pixcir方案开发的大尺寸的硬件结构示意图：

   图2

应用设计

1：版图设计

        Tango S在大尺寸触摸屏上的应用，其触摸屏采用玻璃作为基材，选用典型的菱形结构。单面双层，中间采用桥接绝缘形式。如图3

 图3

        在实际的制作工艺过程，第一次曝光要把所有的菱形做出来。这样可以避免套刻存在的精度问题，可以保证ＸＹ扫描线等间距，确保在实际应用过程有很好的线形度。如图４为第一次光刻的局部版图。

   图4

        线形度一直是投射式电容触摸屏的一个处理的难点，利用Pixcir的方案，就可以很好的解决此问题。另一个难点是边缘问题，在下面会提到。

       根据触摸的实际情况，其菱形对角线的尺寸推荐选用5mm左右。如图5，图6。

  图5

图6

         当其大于6mm的时候，当用手触摸时，和相邻的电极没有产生足够的感应电容，影响其定位的准确性和分辨率。当其处于5mm左右的时候，就可以和相邻电极产生足够的感应电容，分辨率可以达到512。

2：边缘处理

        关于边缘半个菱形的处理。为了保证电容的匹配性，在处理边缘菱形结构时，要保证其完整的半个菱形，如图３。图7中的两种边缘处理方法是禁止的。

  图7

        这一点很重要，电容触摸屏的边缘是处理的难点。如果边缘处理不好会造成边缘的坐标不准，光标跳动等现象。

3：补偿处理

        由于采用△C来作为有效数据，因此在边缘要增加Dummy线来尽量保证线间电容的匹配性。

 图8

△CEL>>△C01≈△C12≈△C23≈△C34…△C(n-1)n<< △CER

图9

△CEL≈△C01≈△C12≈△C23≈△C34…△C(n-1)n≈△CER

            从图８和图9两种设计中可以看出，图９的设计更具有合理性。具有更加均匀的Ｒａｗ　Ｄａｔａ。

　　　从菱形图案到IC之间的布线尽量在布在一侧，且禁止出现线交叉现象出现。

 图10