电容式触摸屏控制IC --Quantum 选型手册

只看该作者 · 2009-1-30 21:56

全球前三大电容式触控IC厂家 Quantum 芯片选型手册
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只看该作者 · 2009-2-2 19:40

美国惠而浦公司最近推出的Velos快速烹饪烤箱是一款具有革新意义的家电产品。这不仅仅是因为它采用了多种模式的烹饪技术，而且还因为它新颖的工业设计，即采用了一种新式的互动触摸屏技术。
       Velos烤箱首次应用了透明的、在LCD前面放置玻璃电容触摸控制的触摸屏，它是真正意义上的不可破坏的触摸屏。这种新式的感应技术为家电制造商在探求清洁、多功能、可靠及具有视觉美感方面提供了一个崭新的工具，使得这种根本意义上的新型家电概念成为可能。
       通过应用单片的旋转玻璃箱门，箱门上有外置触摸按键的LCD触摸屏，惠而浦的Velos烤箱将以上所述功能最大化。而通常的定控键区被典型应用在箱门的右面。完整的应用界面在玻璃门本身里面。
       惠而浦新推出的Velos烤箱应用了透明的、在LCD前面放置玻璃电容触摸控制的触摸屏这种应用技术由位于英国Hamble的Quantum Research Group开发，并且以QField商标出售产权。Quantum 公司是家电产业中电荷转移电容式控制产品的主要供应商，客户包括GE电器、LG电子、三星电子、伊莱克斯以及许多其他将玻璃触摸控制设计到其产品中的OEM厂商。
       Quantum公司应用在厨房用品的主要技术是建立在其电容矩阵装置上的，这些装置的感应触摸按键应用了被动的X-Y坐标扫描形式。Velos烤箱的突破在于它提供了一种清洁的感应薄膜，这种薄膜能被结合在LCD上玻璃面板的后表面,而不需要通过切割玻璃将其放到里面。Quantum公司还开发了对其电容矩阵按键扫描的校正IC（QMatrix），它能产生对清洁触摸屏薄膜的感应，同时外加的触摸按键在LCD的边缘，且集成在一个芯片之中。在Velos的设计中，Quantum公司提供了在LCD上带有10个菜单按键的解决方案，且将22个额外的固定按键设置在LCD的边缘上。
       QField技术同时提供了产品耐久性与固体的透明性，非易碎性玻璃，从而使产品能抵制尖锐固体擦划、腐蚀性化学药品以及洗涤化合物的刺激。Velos设计研发出的这些优点仅仅通过使用光滑的、未切削的、以及箱门的微曲玻璃表面作为其接触表面来实现，触摸屏表面无需密封。LCD只是位于玻璃的背面，从而大大节省了装配费用，消除了由于机械破损而可能引起的电阻触摸屏失效。另外一个额外的好处就是接触芯片可贴装在单面的PCB上，进而降低了结构成本。
       优势
       在为用户提供简易操作与独特的用户体验的同时，家电设计者正面临着做出新颖设计以区别自己产品的不断考验。随着厨房产品变得更复杂、产品的操作性能也变得更具挑战。客户青睐优良的性能，拒绝每次当他们要做一些比加热剩饭稍微复杂的事情时，必须要查询指令操作手册。
       通过提供上下文感应菜单选项，触摸屏为简化家电操作开辟了一条更好的途径。遗憾的是，电阻感应屏有如下缺点：带污垢的切削面、较差的化学性能与耐洗涤性、高亮损失与较低的对比度以及易受尖锐物体损伤的弱点。
       “控制产品的清洁能力是设计过程中要考虑的一个重要因素”，惠而浦品牌厨具的副经理Melodie A.Nakhle说，“对于高集成度的控制产品，应该很容易擦拭表面，即便是你使用的控制产品带有有污垢的把手。除此之外，显示信息必须足够亮且易读，即显示背后的逻辑树应该让用户很容易选择他们想要做的事情”。
       LCD触摸屏已经提出了操作性能简化的许诺，但由于面临大堆的问题却很难达到厨房应用的需求。由于在厨房用品的预算中，预期实现电阻式触摸屏技术是需要一些耐心的。结果导致目前仅存的使用LCD触摸屏技术设计的厨房产品数量正在缩减。
       电阻式感应屏面临的首要问题是坚固性。一个典型的电阻式感应屏的顶层是一种薄的PET塑料膜层，以铟锡氧化物为涂层，由一层固定的ITO-coated PET层隔开。通过压力使顶部的两层ITO层相接触。         层与层之间的分隔通过大量的微点等间距分隔装置分开。如果一个尖锐的物体破坏了顶层，它将会凹下，或者它的ITO层将会破损，由于电路的短路或开路导致触摸屏功能失效。如果受到洗涤化合物及其他形式的侵蚀作用，这些触摸屏的易曲折PET顶层也会受到负面影响。一台带有严重刮伤的昂贵的烤箱将会使消费者的满意度与忠诚度大大降低。
       电阻式感应屏的第二个缺点是具有较差的光学特性。屏幕的两层由于多层的PET-air与ITO-air的反射作用，从而削弱了光线的传输与对比度，同时也削减了ITO的光线吸收性能。电阻式感应屏的供应商可能会通过加厚ITO层或增加更硬的涂层使之具有更强的坚实性，这些也将会更多的降低对比度。较差的光学性能要求LCD的背光源做的更亮一些，同时更多的注意力要集中在LCD自身的质量上。这些努力虽然耗费了大量的金钱，但还是不能彻底的解决问题。
       电阻式感应屏的第三个缺点是，因为它们的操作依靠顶部PET层的可弯曲性，此层必须是可直接接触的，不能放置在玻璃或塑料架的后面，这种接触要求一个切割开的面板、支架以及相应的密封。开孔与衬垫的成本在产品的设计中是微不足道的，许多OEM报告中开孔的成本与触摸屏本身的成本是一样多的。一个OEM报告称开孔的最终成本居然是触摸屏成本的两倍。除此之外，必要的支架必将会容纳很多的污垢，需要定期清洁。这种清洁将会破坏密封面，甚者可能将会刮坏ITO层，从而导致整个功能的完全丧失。
       最后，当电阻式触摸屏增加了大量的功能后，将会损失美学外观，随着时间的增加，它们的外表会因为不断的刮伤而变得更加难看。
       当涉及到厨房用具时，成本也是一个极为重要的因素。在这方面QField技术显示出了其优点，因为它应用了单片的感应芯片和低价格、普遍应用的材料与结构技术。对比整个QField系统与电阻式感应
触摸屏的成本，前者会相对低一些。
       操作
       电荷转移式电容感应技术已经成为众多厨房用具OEM厂商对感应技术的选择之一。Quantum公司的矩阵芯片通过将电荷转移到两极键中的一极进行工作。         Quantum公司的矩阵芯片通过电场中的电荷弧通过平放的玻璃面板进入接收电极，这些电荷中的一部分被人体吸收，从而导致信号强度的减弱，这种信号的衰减很容易被芯片忽略最终被感应到人体的触摸。十分有趣的是，当人去接触时，水膜有相反的影响，因为它实际上增加了电极间的耦合程度。结果，由于水膜的影响信号反而增强。芯片能够检测到这些，因此，水的影响也得到了抑制。
       电荷转移过程通过应用微处理器控制的开关序列在脉冲模式下完成。分布光谱调制极大地增加了信噪比，从而得到较低的功率、快速的响应、本质意义上的EMC性能改善。应用此技术可得到100V/m的RFI（射频干扰）容限。在这些装置的生命周期内，它们同时也会持续地补偿这种变化，使之具有更高的可靠性，即使在较大的温度、湿度波动范围内。所有这些在Quantum QMatrix装置中已经得到完善，并经过了多年的应用考验。Velos触摸屏背后的创新之处在于应用QMatrix电荷转移技术，去驱动固定在玻璃面板背面一种新型的洁净矩阵薄膜。
       在Velos的设计中，用一个QMatrix芯片驱动电容式触摸屏按键矩阵，这些按键被蚀刻在此种模式的两层之间，洁净的ITO层在PET膜之上(见图4)。         在Velos的设计中，用一个QMatrix芯片驱动电容式触摸屏按键矩阵在每层之上的ITO层模式与每个按键的开放结构成直角，这种结构使得电场能在感应表面传播。这种ITO堆有一个接至单面的主PCB板的连接尾部，而PCB则固定在具有行业标准的粘着片的玻璃上（见图5）。         这种设计的创新之处在于对于新式的蚀刻ITO层模式的应用，这种模式允许简单的、固定触摸按键结构，在QMatrix芯片中处理由薄膜引起的增加电容负载的校正。标准的触摸按键上的薄膜导致的电容值的极大增加，其原因在于X、Y扫描路径上产生了大量的反向区域的难以驱动的平板电容。
       这种单片感应芯片同时也驱动平板接触按键的边缘部分。矩阵芯片通过SPI接口反应每个区域的接触情况。Quantum公司的AKS特征专利可提供一种确信的按键控制,这种控制通过判断哪个按键具有最强的感应信号，同时消除由于手指偶然碰到相邻的两个或多个按键引起的干扰来完成。主按键总是报告检测到的唯一按键。
       当ITO屏触摸按键像其他矩阵平板按键工作在同样的方式时，相对于传统的矩阵按键，它们具有不同的耦合性能与电容负载参数。因此，它们需要的驱动也有所不同。对于这些触摸屏应用，Quantum公司开发了一种特殊的矩阵芯片QT6C11,在带有两个独立的AKS组的分布频谱模式中，芯片能对32个接触按键取样。只要你愿意，你可以把这32个按键都设置在触摸屏表面。         在带有两个独立的AKS组的分布频谱模式中，芯片能对32个接触按键取样此技术也可以不间断地感应传感器面板、路径、ITO层的短路或开路状态，并将其报告给主芯片。这种报告对完整的FMEA确认是至关重要的，它也被应用在了Velos项目中。
       在Velos中应用的ITO膜堆是公布的第一代版本。即将发布的版本将使用单层ITO，以增加透明性与缩减成本。完整的X-Y分析报告与单片膜也在研发之中，并有望在今年第二季度发布。
       结论：家电设计者总是在寻找各种途径增加特色，以期使产品更加流行、操作更友好。由于用户更看重产品的耐久性与质量，因此，家电市场中玻璃触摸产品的外表与质量将会增加额外的成本。目前，这种技术正在推广到更大范围的家电市场中。电容式触摸屏也将会出现在中、高端家电市场中。
       QField技术在惠而浦Velos烤箱中的引入，开辟了触摸屏技术一个新的时代，无论是在技术上还是商业上，以及其具有竞争力的价格都要优于电阻式触摸屏。它将会实现家电设计者的梦想：在厨房中应用LCD触摸屏将大受欢迎。这种崭新的设计选择将在今后几年的新产品设计中得到体现。

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