Écran tactile capacitif projectif
Les capteurs capacitifs projectifs typiques sont montés sous des capots en verre ou en plastique. La figure 1 montre une vue latérale simplifiée d'un capteur à double couche. Les électrodes émettrice (Tx) et réceptrice (Rx) sont connectées à de l’oxyde d’indium et d’étain (ITO) transparent pour former une matrice croisée. Chaque nœud Tx-Rx a une capacité caractéristique. Tx ITO est situé sous Rx ITO et est séparé par une couche de film polymère ou d'adhésif optique (OCA). Comme indiqué sur la figure, le sens de l'électrode Tx est de gauche à droite et celui de l'électrode Rx de l'extérieur vers l'intérieur.
Principe de fonctionnement du capteur
Analysons le travail de l'écran tactile sans prendre en compte le facteur d'interférence pour le moment: le doigt de l'opérateur est étiqueté comme géopotentiel. Rx est maintenu au potentiel de la terre via le circuit du contrôleur à écran tactile, tandis que la tension Tx est variable. La tension Tx changeante fait passer le courant à travers le condensateur Tx-Rx. Un circuit intégré Rx soigneusement équilibré isole et mesure les charges entrant dans Rx. Les charges mesurées représentent la "capacité mutuelle" reliant Tx et Rx.
Statut du capteur: intact
La figure 2 montre un diagramme schématique de la ligne magnétique à l'état non touché. En l'absence de contact avec les doigts, les lignes magnétiques Tx-Rx occupent un espace considérable dans la couverture. Le terme "capacité projective" vient du fait que les lignes magnétiques de bord sont projetées à l'extérieur de la structure d'électrode.
État du capteur: tactile
Lorsque le doigt touche le couvercle, des lignes magnétiques se forment entre la Tx et le doigt, qui remplacent un grand nombre de champs magnétiques de bord Tx-Rx, comme illustré à la figure 3. Le contact du doigt réduit ainsi la capacité mutuelle Tx-Rx. Le circuit de mesure de charge reconnaît la capacité variable (Delta C) et détecte le doigt au-dessus de la jonction Tx-Rx. En mesurant toutes les intersections de la matrice Tx-Rx avec Delta C, la distribution tactile de tout le panneau peut être obtenue.
La figure 3 montre également un autre effet important: le couplage capacitif entre les doigts et les électrodes Rx. Par ce chemin, des interférences électriques peuvent être couplées à Rx. Un certain couplage doigt-Rx est inévitable.
Terminologie spéciale
L'interférence de l'écran tactile capacitif projectif est générée par le couplage insensible du chemin parasite. Le terme "masse" est généralement utilisé pour désigner soit un noeud de référence dans un circuit continu, soit une connexion à basse impédance à la terre: ce ne sont pas les mêmes termes. En fait, pour les appareils portables à écran tactile, cette différence est la cause fondamentale des interférences de couplage tactile. Pour clarifier et éviter toute confusion, nous utilisons les termes suivants pour évaluer les interférences sur les écrans tactiles.
Terre: connectez-vous à la terre, par exemple, via le fil de terre d'une prise secteur à trois trous. Terre distribuée: connexion de capacité entre les objets et la terre.
Masse CC: nœud de référence CC pour les appareils portables.
Alimentation CC: tension de la batterie pour les appareils portables. Ou la tension de sortie d'un chargeur connecté à un appareil portable, tel qu'un 5V Vbus dans un chargeur d'interface USB.
DC VCC (Alimentation CC VCC): Alimentation stable pour les appareils électroniques portables (y compris les contrôleurs LCD et à écran tactile).
Neutre: circuit d'alimentation en courant alternatif (géopotentiel nominal).
Chaud: la tension d'alimentation en courant alternatif, la ligne de zéro relatif applique de l'énergie électrique.
LCD Vcom couplé au circuit de réception d'écran tactile
L'écran tactile du périphérique portable peut être installé directement sur l'écran LCD. Dans une architecture LCD typique, les matériaux à cristaux liquides sont polarisés par des électrodes supérieure et inférieure transparentes. Les électrodes inférieures déterminent le nombre de pixels individuels de l'écran d'affichage. les électrodes communes supérieures sont le plan continu couvrant la totalité de l'extrémité avant visuelle de l'écran, qui est polarisé à la tension Vcom. Dans un appareil portable basse tension typique (tel qu'un téléphone portable), la tension CA VCOM est une onde carrée oscillant entre DC et 3.3V. Le niveau de Vcom AC est généralement commuté une fois par ligne d’affichage. La fréquence de Vcom AC générée correspond donc à la moitié du produit de la fréquence de rafraîchissement de la trame d’affichage et du nombre de lignes. Un appareil portable typique peut avoir une fréquence Vcom AC de 15 kHz. La figure 4 illustre la tension Vcom LCD couplée à l'écran tactile.
L'écran tactile à deux couches est constitué d'une couche d'ITO séparée recouverte de tableaux Tx et Rx, séparés par une couche diélectrique. Les lignes Tx occupent toute la largeur de l'espacement de la matrice Tx, et seul l'espacement minimal requis pour la fabrication est séparé entre les lignes. Cette architecture s'appelle l'auto-blindage car les tableaux Tx protègent les tableaux Rx du LCD Vcom. Cependant, le couplage peut encore se produire à travers l’espace intermédiaire des bandes Tx.
Afin de réduire les coûts d’architecture et d’améliorer la transparence, l’écran tactile monocouche installe les baies Tx et Rx sur une seule couche ITO et les connecte par l’intermédiaire de ponts distincts. Par conséquent, le réseau Tx ne peut pas former de couche de protection entre le plan Vcom LCD et l’électrode Rx du capteur. Cela peut entraîner un couplage d'interférence Vcom grave.
Interférence chargeur
L'alimentation à découpage pour les chargeurs de téléphones portables alimentés par puissance est une autre source potentielle d'interférences avec l'écran tactile. Les interférences sont couplées à l'écran tactile par les doigts, comme illustré à la figure 5. Le chargeur de petit téléphone portable est généralement doté d'une alimentation CA et d'une entrée zéro, mais pas de connexion à la terre. Le chargeur étant correctement isolé, il n’ya pas de connexion à courant continu entre l’entrée d’alimentation et la bobine secondaire du chargeur. Cependant, cela génère toujours un couplage capacitif via un transformateur d'isolation d'alimentation à découpage. Le chargeur interfère avec le chemin de retour en touchant l'écran avec le doigt.
Remarque: dans ce cas, l'interférence du chargeur fait référence à la tension appliquée de l'appareil par rapport à la terre. Ce type d'interférence peut être décrit comme une interférence de "mode commun" en raison de son équivalence en alimentation continue et en masse continue. Si le bruit de commutation entre l'alimentation CC et la masse CC n'est pas filtré de manière adéquate, cela peut affecter le fonctionnement normal de l'écran tactile. Ce problème de rapport de rejet d'alimentation (PSRR) est un autre problème qui ne sera pas traité dans le présent document.
Impédance de couplage du chargeur
L'interférence de commutation du chargeur est générée par le couplage capacité de fuite (environ 20 pF) des enroulements primaire et secondaire du transformateur. Ce couplage capacitif faible peut être compensé par des condensateurs shunt parasites dans la zone relativement distribuée des câbles de chargeur et des dispositifs de réception eux-mêmes. Lorsque l'appareil est pris en charge, la capacité parallèle augmente, ce qui est généralement suffisant pour éliminer les interférences du chargeur avec le commutateur et éviter les interférences affectant le fonctionnement du toucher. Lorsque l'appareil portable est connecté au chargeur et placé sur le bureau, et que le doigt de l'opérateur ne touche que l'écran tactile, le chargeur provoquera une interférence dans le pire des cas.
Composant d'interférence de commutation du chargeur
Le chargeur de téléphone portable typique utilise une topologie de circuit à retour rapide. Les formes d'onde d'interférence générées par le chargeur sont complexes et varient considérablement en fonction du chargeur. Cela dépend des détails du circuit et de la stratégie de contrôle de la tension de sortie. L'amplitude des interférences varie également considérablement en fonction de l'effort de conception et du coût unitaire du fabricant sur le blindage du transformateur de commutation. Les paramètres typiques comprennent: forme d'onde: y compris une onde carrée complexe PWM et une forme d'onde de sonnerie LC. Fréquence: 40 ~ 150 kHz sous charge nominale, lorsque la charge est très légère, le fonctionnement à fréquence de pouls ou cycle de saut chute en dessous de 2 kHz. Tension: jusqu'à la moitié de la tension de crête de l'alimentation = Vrms / 2.
Composant perturbateur de l'alimentation du chargeur
À l’avant du chargeur, le redresseur de tension d’alimentation CA génère le rail haute tension du chargeur. De cette manière, la composante de tension de commutation du chargeur est superposée à une moitié d'onde sinusoïdale de la tension d'alimentation. Semblable à une perturbation de commutation, la tension d'alimentation est couplée par un transformateur d'isolation de commutation. À 50 Hz ou 60 Hz, la fréquence de ce composant est beaucoup plus basse que la fréquence de commutation, de sorte que son impédance de couplage effective est proportionnellement plus élevée. La sévérité des interférences de la tension d'alimentation dépend des caractéristiques de l'impédance parallèle à la terre et de la sensibilité du contrôleur d'écran tactile aux basses fréquences.
Cas particulier de perturbation de l'alimentation: prise à 3 trous sans mise à la terre Les adaptateurs d'alimentation de puissance nominale supérieure (tels que les adaptateurs CA pour ordinateur portable) peuvent être équipés de prises d'alimentation CA à 3 trous. Afin de supprimer la sortie EMI, le chargeur peut connecter en interne la broche de terre de l'alimentation principale à la masse CC de la sortie. Ce type de chargeur connecte généralement le condensateur Y entre la ligne de feu et la ligne de zéro et la terre, supprimant ainsi l'EMI de conduction de la ligne d'alimentation. En supposant que la connexion existe intentionnellement, de tels adaptateurs n'interféreront pas avec les périphériques portables à écran tactile alimentés par des ordinateurs et des connexions USB. La structure filaire en pointillés de la figure 5 illustre cette configuration. Pour les PC et leurs périphériques à écran tactile portables connectés via USB, si un chargeur PC avec une entrée d'alimentation à trois trous est inséré dans une prise d'alimentation non connectée, un cas particulier d'interférence du chargeur se produira. Le condensateur Y couple l'alimentation CA à la sortie CC. Une capacité Y relativement importante peut efficacement coupler la tension d'alimentation, ce qui permet de coupler la tension de fréquence d'alimentation la plus grande à travers le doigt sur l'écran tactile avec une impédance relativement basse. Résumé de cet article Aujourd'hui, l'écran tactile capacitif projectif largement utilisé dans les appareils portables est vulnérable aux interférences électromagnétiques. La tension d'interférence de l'intérieur ou de l'extérieur sera couplée à l'écran tactile par le biais d'une capacité. Ces tensions parasites peuvent provoquer un mouvement de charge sur l'écran tactile, ce qui peut perturber la mesure du mouvement de charge lorsque le doigt touche l'écran. Par conséquent, la conception et l'optimisation efficaces du système d'écran tactile dépendent de la reconnaissance du chemin de couplage d'interférence et de la réduction ou de la compensation autant que possible. Le trajet de couplage d'interférence implique des effets parasites, tels que la capacité d'enroulement du transformateur et la capacité du dispositif doigt. Une modélisation appropriée de ces impacts permet de reconnaître pleinement la source et la taille des interférences. Pour de nombreux appareils portables, les chargeurs de batterie constituent la principale source d'interférences pour les écrans tactiles. Lorsque le doigt de l'opérateur touche l'écran tactile, la capacité résultante provoque l'interférence du chargeur avec le circuit de couplage. La qualité de la conception de blindage à l'intérieur du chargeur et la conception appropriée de la mise à la terre du chargeur sont les facteurs clés affectant le couplage du chargeur avec interférence.
