如何在电容式触摸屏应用中处理噪声问题

2013-9-3 21:32| 发布者: lfcx| 查看: 98| 评论: 0|来自: 网络

摘要: 触摸屏设备可能会在一天中受到许多不同噪声源的干扰，既包含内部噪声也包含外部噪声。充电器和显示器噪声是当今两种最常见的问题噪声源。随着市场上的充电设备变得越来越轻薄、噪声越来越大，这种挑战只会变得更加难 ...

充电器与共模噪声

电容式触摸屏设备的一大问题在于充电器发出高强度的高频噪声时触摸性能会下降。一些移动设备在插入充电器时只提供有限的触摸功能，或是在连接设备不适用的充电器时显示不能使用该充电器的信息，以此来应对高噪声充电器的问题。上述解决方案往最好了说也并不完善。快速浏览一下在线论坛和留言板上的相关信息，我们就能发现触摸屏设备受充电器噪声影响的问题很普遍，而且已经让一些消费者感到很头疼了。

USB正作为一种标准的充电接口在移动设备中快速推广，这也催生了大量低成本的售后选配市场充电器。许多充电器更关注成本问题，而不重视性能，这些充电器采用廉价组件，或者缺乏能协助降低共模噪声的特定组件。

设备的电源和接地供电电压相对于地压波动，但同时二者之间又保持相同的压差，就会形成共模噪声。这种波动仅在接地耦合手指触摸屏幕时才会影响触摸屏的性能。手指的电势与地压相同，手机电源和接地相对其波动，就会导致噪声通过手指注入触摸屏。注入的电荷量主要取决于噪声的峰值对峰值电压。

此外，电荷的传输量还受另外两个因素的显著影响：手指和触摸屏之间的接触面积，以及触摸屏覆盖透镜的厚度。这两个因素的影响可通过平行板电容器的电容方程式来理解：

电容越高，意味着注入触摸屏的噪声就越大。在这种情况下，电容平行板的一侧由手指接触区域形成，另一侧由触摸屏传感器的接收电极形成。首先，随着手指与触摸屏接触面积的增加，电容也相应成比例增加。不过，由于接收电极由极窄的行或列构成，因此实际起作用的是手指的直径（参见图2）。

图2：手指和接收电极截面图

一些OEM厂商使用较小手指（如7毫米）来测试其设备对充电器噪声的抗扰能力。不过，这不能涵盖所有使用案例。典型的手指直径为9毫米，典型的拇指直径为18到22毫米。如果只测试7毫米的手指，并不能确保拇指解锁手机或操控滚动列表这样的常见案例。事实上，如果我们来分析直径的不同，那么22毫米的拇指注入的电荷是7毫米手指的3倍多！

手指和接收电极之间的距离（d）主要由触摸屏覆盖透镜的厚度决定（见图3）。典型的覆盖透镜厚度范围从0.5毫米到1.0毫米不等。这就意味着具有0.5毫米覆盖透镜的设备其“d”是1.0毫米覆盖透镜设备的一半，而电容则为2倍。换言之，0.5毫米覆盖透镜注入的噪声是1.0毫米覆盖透镜的两倍。随着设备的外观形状向更轻薄的趋势发展，覆盖透镜的厚度以及触摸控制器承受更轻薄透镜造成更大噪声的能力也变得益发重要。

图3：通过覆盖透镜的电荷传输

虽然充电器需要通过若干项产品认证，但对于共模噪声并没有什么相关的要求。2010年，一批手机OEM厂商就制定通用规范EN62684达成共识，用以管理充电器在频率范围内可允许的最大峰值对峰值电压。该规范要求充电器产生的噪声不得超过1Vpp（从1kHz到100kHz），而在100kHz频率以上则要求更低的电压强度。典型的选配市场充电器并不遵循这一指导性要求。

虽然较低噪声的充电器产生的噪声在1–5Vpp之间，但噪声较高的充电器的波动范围则达到20–40Vpp，这就会产生巨量电荷转移。注入电荷的量取决于噪声的电压幅度（Q=C*V）。虽然噪声量很大，但触摸屏控制器仍必须能检测到引发幅度较小的电荷变化的手指。

电容式触摸屏手机还面临一种新型共模噪声，那就是移动高清链接（MHL），这是用来从手机向HDTV传输音频视频的标准接口。手机通过MHL适配器连接到HDTV，该适配器将手机的USB接口转换成电视的HDMI接口。这种共模噪声来源于电视电源，并会通过HDMI和USB线缆传递给手机。

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