本文简要介绍了电容屏的相关知识，正文主要分为电子设计和结构设计两部分。电子设计部分包括原理介绍、电路设计等，结构设计部分包括外部结构设计、原材料材料、供应商技术等。
【名词解释】
1.五、A区：安装后可见的区域，不允许有不透明线条和明显色差的区域。
2.A.A区：确保机械性能和电气性能的可操作区域。
3.氧化铟锡氧化铟锡。涂在薄膜或玻璃上的导电材料。
4.ITO膜：具有导电功能的透明PET膜。
5.ITO玻璃：导电玻璃。
6.OCA:光学透明粘合剂。
7.FPC:柔性印刷电路板。
8.盖玻片(透镜):表面装饰用的盖玻片。
9.传感器：装饰玻璃下具有触摸功能的部件。(薄膜传感器或玻璃传感器)
[电子设计]
一、电容式触摸屏简介
电容式触摸屏被称为电容式触摸屏(CTP)。根据驱动原理的不同，可分为自电容CTP和互电容CTP，根据应用领域的不同，可分为单点触摸CTP和多点触摸CTP。
1、实施原则
电容式触摸屏采用多层ITO膜形成矩阵分布，X和Y的交叉分布作为电容矩阵。当手指触摸屏幕时，通过扫描X轴和Y轴来检测触摸位置的电容变化，进而计算出手指触摸点的位置。电容矩阵如下图1所示。
图1电容分布矩阵
电容变化检测的原理简要介绍如下：
名词解释：
0:真空介电常数。
1，2:相对真空状态下不同介质的介电常数。
s1、d1、s2、 D2分别是电容的面积和间距。
图2触摸和非触摸状态下电容分布示意图
在非触摸状态下：C=Cm1=10S1/d1
在触摸状态下：C=Cm1*Cmg/(Cm1 Cmg)，Cm1=10S1/d1，Cmg=Cm1=20S2/d2。
电容式触摸驱动器IC会根据非触摸状态下的电容值和触摸状态下的电容值的差值来判断是否有触摸动作并定位触摸位置。
2、自电容和互电容
自电容CTP利用单个电极的电容变化来转移电荷，一端接地，另一端连接激励或采样电路，实现电容识别(测量信号线本身的电容)。自电容CTP的坐标检测是依次检测水平和垂直电极阵列，根据触摸前后的电容变化分别确定水平和垂直坐标，然后组合成平面坐标确定触摸位置。当只有一个触摸点时，组合的坐标也是唯一的，可以精确定位；当有两个触摸点时，分别有两个水平和垂直坐标，两两组合后出现四组坐标，其中只有两个是真实触摸点，另外两个是名义上的“鬼点”。因此，自电容式CTP无法实现真正的多点触控。
互电容CTP利用两个电极传递电荷，一端接激励，另一端接采样电路，实现电容识别(测量两个垂直相交信号之间的电容)。互电容CTP坐标检测也是检测水平和垂直电极阵列，但不同的是它在水平方向依次发送激励，在垂直方向同时接收信号，这样就可以得到所有水平和垂直交点的电容值，根据电容值的变化可以计算出每个触摸点的坐标，这样即使有多个触摸点也可以计算出每个触摸点的真实坐标。因此，互电容CTP可以实现真正的多点触摸
自电容的优点是简单，计算量小，但缺点是单点，速度慢。互电容的优点是真多点，速度快，缺点是复杂，功耗大，成本高。
3、结构和材料
电容屏驱动IC是电容屏处理的主体，是采集触摸动作信息和反馈信息的载体。IC利用电容屏工作原理采集触摸信息，通过内部MPU对信息进行分析处理，反馈终端进行触摸控制所需的信息。
IC通过外部引脚连接到外部。电容屏驱动IC的厂家很多，各自的设计也不一样，但基本原理都差不多。所以每个驱动IC的芯片管脚都是差不多的，只是在各自的功能上专门设计了几个管脚。下面简单介绍一下电容屏驱动IC的引脚。
驱动信号线：Driver或TX，是电容屏电容驱动信号的输出引脚。
感应信号线：Sensor或RX，是电容屏的电容感应信号的输入引脚。
电源电压：分为模拟电源电压和数字电源电压。模拟电压范围一般为2.6V~3.6V，典型值为2.8V和3.3V:数字电压，即电平电压，1.8V~3.3V，由主板决定。电容屏设计可以设计成单电源和双电源两种模式。目前以单电源为主(可以减少接口管脚数量)。
GND:它也分为模拟地和数字地。一般来说，这两个理由是相同的。在特殊情况下，两个接地需要分开，以减少两个接地之间的串扰。
I2C接口：I2C接口包括SCL I2C和I2C SDA。I2C_SCL是时钟输入信号，I2C_SDA是数据输入和输出信号。
SPI接口：SPI接口包括SPI_SSEL、SPI_SCK、SPI_SDI和SPI_SDO。SPI_SSEL为片选信号，低电平有效；SPI_SCK是时钟输入信号；SPI_SDI是数据输入信号；SPI_SDO是数据输出信号。
复位：芯片复位信号，低电平有效。
WACK:芯片唤醒信号。
TEXT_EN:测试模式启用信号。
GPIO0~N:功能全面的I/O口。
参考电压。
VDD5:内部产生5V工作电压。
以上引脚定义不包括驱动IC的所有功能，如LED、Sensor_ID、Key_Sensor等特殊功能的引脚。这些引脚需要根据具体的ic来确认它们的具体功能和用途。
三、ITO平面设计
ITO可以被蚀刻成不同的图形，但成本是一样的，而且很难区分哪种图像比其他图形更有效，因为触摸屏必须与电子设备配合才能发挥作用。
I-phone采用最简单的图案，即ITO是玻璃一侧的水平电极，另一侧的垂直电极。这种设计简单而巧妙，但是几何形状需要特殊的处理能力来产生精确的聚焦。
图3手机模式
闭路菱形图案是最常见的ITO图案。45角的轴组成菱形块，每个菱形块由一个小桥连接。这种图案用于两片玻璃，一片是水平菱形排，另一片是垂直菱形排。导电图形在玻璃内侧，行列对应锁紧再键合。菱形大小不一，具体看厂家，但基本在4-8mm之间，几乎所有的电子控制器(CTP控制ic)都可以用于这种形状。
图形复杂的ITO图形需要专门的电子控制器，有时还需要购买许可证。有些IC厂会根据自己的特点设计特定的图案，并申请图形专利，以避免滥用或维权。
目前，基本的ITO图案有菱形、矩形、菱形矩形、六边形等。
四、布局设计要求
根据驱动IC的放置方式，可以分为COF和COB两种方式。
COF，即FPC上的芯片，作为一种面向终端的方式被广泛使用。这种设计方法可以根据实际应用效果和市场变化，在不更换主板的情况下，改变电容屏的设计方案，兼容各种电容屏驱动IC的设计方案。缺点是前期和后期调试工作量大，材料准备周期长。
COB是板上芯片。将驱动IC集成到主板上带来的一个问题是，主板和电容屏驱动IC的设计方案确定后不能随意更改，因为电容屏驱动IC基本上是不引脚兼容的，更换方案意味着重新安排相关的m
COF和COB方案在布线时都需要注意相关的设计要求。根据原IC厂的建议和供应商的实际应用经验，总结出以下设计考虑：
1、关键设备布局
每个电源对应的滤波电容应靠近芯片引脚放置，走线应尽可能短。下面是ic周围元件的布局示意图：
图5元件布局示意图
电容屏和主板的连接端口周围不要走高速信号线。
对于COB方案，触摸IC尽可能靠近主机IC。触摸IC和FPC的引出路径应远离FM天线、ADV天线、DTV天线、GSM天线、GPS天线和BT天线。与触摸IC相关的器件尽量放在屏蔽盒内，尽量使用单独的屏蔽盒。当触摸ic附近有开关电源电路、射频电路或其他逻辑电路时，要注意对触摸IC、芯片电源、信号线等进行隔离和保护。
射频是手机中最大的干扰信号，所以对芯片与射频天线的间距有一定的要求：间距顶部20mm，底部10mm。适用于COF和COB方案。
2、配线
1)电源线尽量短粗，宽度至少0.2mm，建议 0.3 mm.驱动和感测信号线应该尽可能短，以减小驱动和感测线的环路面积。
驱动IC未使用的驱动和感测通道需要暂停，不能接地或供电。
对于COB方案，主板上的信号线尽量短，尽量靠近与屏幕的连接接口。建议在IC周围按比例预留驱动和传感信号的测试点，以方便量产测试，每个至少预留两个测试点。为I2C、SPI、INT、RESET等接口预留测试点，方便调试。
2)用接地线屏蔽驱动通道，以避免驱动通道受到Vref等敏感信号或电压的干扰。
3)信号线(驱动通道和感测通道)建议平行布线，以避免交叉。
在不同层布线的情况下，避免两个面重叠的平行布线(FPC两个面重叠的平行布线会形成电容)，用宽度0.2mm的接地线隔离相邻驱动通道和感应通道的平行布线，如下图所示：
图7正确的接线模式
由于结构限制，驱动和传感通道必须交叉时，尽量减少交叉面积(减少布线引起的节点电容，形成的电容与面积有关)，强制建议垂直交叉，特别注意避免多次交叉。最小走线宽度(0.07 ~ 0.08毫米)用于驱动和感测走线宽度。
对于COB方案的多层方案，建议驱动和传感通道采用分层布线，中间用地线屏蔽。
4)信号线(驱动和感应通道)必须避免与通信信号线(如I2C和SPI)相邻、平行或交叉，以避免通信产生的脉冲信号对检测数据的干扰。对于相互靠近的通信信号线，需要用接地线屏蔽。
5)接地线和屏蔽保护
芯片基板必须接地，基板上应设置可靠的接地过孔。建议过孔数量为4~8个。接地线粘合点必须位于驱动和传感通道粘合点的两侧。如果空间允许，驱动和感测通道的两侧都必须放置接地线。建议接地线的宽度 0.2毫米.
没有FPC布线的区域需要用铜填充。大面积铜填充可以降低GND布线电阻，屏蔽外界干扰。建议使用网格状的铜填充，既起到屏蔽作用，又不会增加驱动线和传感线之间的电容。栅铜建议规格：Grid=0.3mm，Track=0.1mm，无论COF还是COB，连接传感器和吉他芯片的FPC都要在信号线背面覆铜，建议加接地屏蔽膜。
图14接地屏蔽膜
尽可能两个
FPC布线禁止直角或折线，弯曲处需倒弧形；部件放置区域必须加固，以便于粘贴或焊接；所有过孔应尽量位于加强板区域，FPC弯区及其附近不应有过孔；设计图纸上必须标明钢筋区域的位置和FPC总厚度，弯曲区域及其附近不能有钢筋；弯曲区与构件区过渡的圆角应达到R=1.0mm，建议在转角处加铜丝补充强度，降低撕裂风险。
在FPC设计中，还要注意构件面积空间的大小，特别是在结构图确认中，要充分考虑构件面积的大小，预留结构空间。
五、ESD保护
ESD性能是所有电子产品都需要关注的基本性能，直接影响电子产品的电气性能甚至使用寿命。
CTP设计中应特别注意ESD保护，建议如下：
1)FPC边缘与外壳开口或缝隙的距离3mm，以避免ESD直接释放FPC。
2)在设计外壳时，建议选择接地的金属外壳或没有金属结构部件的塑料外壳，以提供ESD能力。
3)有些IC可以添加TVS管等器件进行ESD保护，比如Focaltech，可以提供抗ESD能力。
4)在4)FPC设计中，增加网格的GND屏蔽(必要时加接地屏蔽膜)，保护I2C信号，将ESD干扰放入主板。
5)缩短VDD与GND的距离，提高抗辐射ESD干扰能力。
6)用接地保护包围6)ITO传感器，以防止ESD直接干扰传感器。
7)隔离地线保护，IC的工作电源地与FPC周边的保护地分开，IC外围全连接，防止ESD直接冲击IC。
六、技术前景
随着电容屏的广泛应用及其市场潜力的开发，电容屏技术受到了越来越多的关注和肯定。
在市场整合方面，电容屏的标准化和共享化是电容屏供应商迫切需要努力和落实的市场技术要求。
技术方面，也有几个不同的发展方向。1、驱动IC，在提高驱动IC性能的同时，集成LCM驱动和CTP驱动是一个方向。2、玻璃面板方面，轻薄化是未来努力的主要方向。一种是在LCD玻璃表面制作CTP的ITO传感器，将LCM和CTP融合在一起；一种是in-cell，即直接将CTP传感器集成到液晶玻璃中，即液晶玻璃本身具有CTP功能。
[结构设计]
结构和材料使用
1、结构
G+f结构
结构：盖玻璃膜传感器。
特点：该结构采用单层薄膜传感器，ITO为三角形结构，仅支持单点，可实现虚拟两点手势。
优点：开模成本很低，性价比高，单价是电容TP中最低的结构，总厚度可以做薄，透光性好，交货时间短，可更换盖形。
缺点：单点，字迹差，虚拟两点手势准确性差。
G+F+F
结构：盖玻璃膜传感器薄膜传感器。
特点：该结构采用两层薄膜传感器，ITO为菱形结构，支持真正的多点操作。
优点：准确率高，手写效果好，支持真两点，封面形状可改变。
缺点：透光性差，比G/G结构低5%。价格高于G/F，低于g/g。
G+G
结构：玻璃盖玻璃传感器
特点：该结构采用单层玻璃传感器，ITO为菱形结构，支持真多点。
优点：准确率高，透明度好，手写效果好。支持真多点，可换盖形，可靠性好，使用寿命长。
缺点：底部玻璃传感器受撞击后容易损坏，开发成本高，周期长，可更换性差。
2、材料用途
1)ITO玻璃：是三个英文字母的缩写，即氧化铟锡。ITO玻璃是用真空镀膜法在洁净的中空平板玻璃表面依次镀上二氧化硅层和ITO层制成的。茶
4)盖板玻璃：厚度为0.55、0的钢化玻璃。7、0.8、0.95、1.0和1.1使用，表面硬度一般为7H。
5)PMMA:建议厚度大于1.0mm，LCM和CTP之间的间隙至少应为0.5 mm.
标签：电容IC信号