原创 Touch Panel回路设计及电压稳定的影响

 2007-6-21 21:24  4456 5 5 分类: 模拟

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主题: Touch Panel回路设计及电压稳定的影响

作者:罗军金宝电子(中国)有限公司 R&D center

一、 Touch Panel介绍

Touch Panel(或Touch Screen Panel)即触控面板或叫触摸屏，现阶段消费电子类运用的大部分都是“四线电阻式触摸屏”。电阻触摸屏采用的是电阻模拟量测技术。它以一层玻璃作为基层，上面涂有一层透明氧化金属（ITO氧化铟）导电层，上面在盖有一层玻璃或是外表面硬化处理的光滑的塑料层，它的内表面也涂有一层ITO导电层，它们之间有许多细小的透明隔离点把两导电层隔开绝缘，每当有笔或是手指按下时，两导电层就相互接触，从而形成了回路。如图1示。

图1.触摸屏的触摸示意图

导电层的两端都涂有一条银胶，称为该工作面的一对电极，上下两个导电层一个是水平方向，一个是竖直方向，分别用来测量X和Y的坐标位置，在水平面上的电极称为X＋电极和X－电极，在竖直平面的电极称为Y＋电极和Y－电极。如图2所示，工作时，两个电极根据测量需要提供参考电压或是作为测量端对接触点的位置进行测量，当测量接触点X坐标的时候，导电层上的X＋电极和X－电极分别接上参考电压和地，Y电极不加电压，那么X电极间会形成均匀的电压分布，用Y＋电极作为测量点，得到的电压值通过A/D转换，就可对应的判断出接触点的X坐标。Y坐标亦是类似，只需改成对Y电极加电压而X电极不加电压即可。

图2.触摸屏的内部结构示意图

X坐标和Y坐标的计算公式为：

X=(Vcc/Vref)*R2/(R1+R2)*4096

Y=(Vcc/Vref)*R4/(R3+R4)*4096

其中为加在芯片内部A/D转换器上的参考电压，可以接VCC作为参考电压。4096为一般Touch panel的阶数，是可变量。

二、 下面是普遍设计的Touch Panel回路原理：

参考附件图3。

动作过程与原理：

　　图中X1、Y1、X2、Y2与Touch Panel连接，如前所说，它的电路示意图（附件图4）可表示如下：

　　其中Y2、X2同时与CPU连接，将把从此端输出的电压信号分别做为X轴、Y轴的坐标(如同图2(a)中的Y+信号和(b)中的X+信号)。而将把X1和Y1做为参考电压或悬空。所以我们需要使X1和Y1两信号在对应分别测量X轴、Y轴的坐标时保持不变，以做为参考电压，即为”H”。而X2、Y2是做为确定X轴、Y轴的坐标值的信号，所以在Y2输出时应使X2为”L”，在X2输出时应使Y2为”L”。例如：所使用的Touch Panel规格为：X1与X2之间的电阻值为900Ω，Y1与Y2之间的电阻值为250Ω。

TPOUTx接与CPU I/O port，接收CPU时序控制信号，完成X2、Y2的定位。

下表为这8个信号在不动作及触摸屏幕时的理论信号：

TPOUT0

TPOUT1

TPOUT2

TPOUT3

不动作时

触摸屏幕时

当Y2输出信号时，”H”不变。当X2输出信号时，悬空，与X2相同电平

当Y2输出信号时，”L”不变。当X2输出信号时，为一变化电平，输出至CPU

当Y2输出信号时，悬空，与Y2相同电平。当X2输出信号时，”H”不变

当Y2输出信号时，为一变化电平，输出至CPU。当X2输出信号时，”L”不变

当Y2输出信号时，”L”不变，当X2输出信号时，”H”不变

当Y2输出信号时，”H”不变，当X2输出信号时，”L”不变

当Y2输出信号时，”L”不变，当X2输出信号时，”H”不变

注：”H”表示高电平，”L”表示低电平

下面详细说明动作过程及时序控制：

　　参考上面两图及参考下表，例如CPU在控制Touch panel时，TPOUTx端输出的信号为连续两个周期大约800us方波脉冲，间隔大约400ms的连续方波脉冲信号，如下图（参考附件中图5、图6）：

或者

但是，控制同轴信号的两个TPOUT信号一定相反。

下图（附件中图7）为点触时的信号图：

当触摸屏幕时，CPU工作过程为：

1. 当TPOUT0输出为”L”时，Q1为PNP通用三极管，由于R17 pull-down，Q1 base极形成反偏电压，emitter极接AVDDE，形成正偏电压，Q4导通，collector极输出电压3.3V，则X1形成”H”。

2. 在同一时间内TPOUT1输出为”H”，Q2为NPN通用三极管，base极形成正偏电压，collector极通过R19接AVDDE，形成反偏电压，Q2导通，collector极电压被下拉至”<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />0”，X2形成”L”。

3. 在同一时间内TPOUT2输出为”H”，Q3为PNP通用三极管，base极形成正偏电压，Q3截止，collector极不导通，Y1相当于悬空，电压将等于Y2电压值。

4. 在同一时间内TPOUT3输出为”L”，Q4为NPN通用三极管，base极形成反偏电压，Q4截止，Y2电压值将等于触摸屏中(VX1-VX2)×R3/(R1+R3)，其中R23=100Kohm>>R1+R3，其回路实际为与R1、R3并连（如下图（附件中图8））。Y2所得的电压值就传送到CPU进行确定X轴坐标。

5. 在这半周期内，完成X的定位，在下一半周期内将完成对Y轴的定位：当TPOUT0为”H”时，Q1为PNP通用三极管， base极形成正偏电压，emitter极接AVDDE，形成正偏电压，Q4截止，collector极不导通，X1相当于悬空，电压将等于X2电压值。

6. 在同一时间内TPOUT1输出为”L”，Q2为NPN通用三极管，base极形成反偏电压，collector极接通过R19接AVDDE，形成反偏电压，Q2截止，X2将等于触摸屏中(VY1-VY2)＊R4/(R2+R4)，原理同第4点。

7. 在同一时间内TPOUT2输出为”L”，Q3为PNP通用三极管，由于R22 pull-down，Q3 base极形成反偏电压，emitter极接AVDDE，形成正偏电压，Q3导通，collector极输出电压3.3V，则Y1形成”H”。

8. 在同一时间内TPOUT3输出为”H”，Q4为NPN通用三极管，base极形成正偏电压，collector极通过R23接AVDDE，形成反偏电压，Q4导通，collector极电压被下拉至”0”，Y2形成”L”。

所以在TPOUTx一个周期信号内就将X、Y信号确定了。

三、 电压稳定的重要性

Touch Panel回路供电及进入CPU的信号都是仿真信号，所以需要仿真电源供电即AVDDE，特别注意进入CPU的电压信号X2,Y2一定要非常平稳，软件才好识别并进行定位，若这两个电压信号不稳，有抖动及不平滑等，软件将无法识别，则会产生Touch无效的现象，除了作业方面原因外一般这都是AVDDE不稳定造成的。

电压不稳定的主要原因有Power IC外接无源元件参数不符合IC要求或Layout缺陷导致干扰等。尤其是输出电容的Q值（品质因数）或等效串联电阻(ESR)的影响，ESR偏大，将增大输出电压的纹波，不利于输出电压的稳定性。一般选择电解电容，因为电解电容都有很低的ESR和很高的频率响应，这样才能适应高频转换。本人经历过设计缺陷实例，请大家特别注意此点。