投射式电容触摸屏结构
典型的投射电容式传感器安装在玻璃或塑料盖下。图 1 显示了双层传感器的简化侧视图。-发射器 (Tx) 和接收器 (Rx) 电极连接到透明氧化铟锡 (ITO) 以形成交叉矩阵。每个Tx-Rx节点都有一个特征电容。 Tx ITO 位于 Rx ITO 下方，并由一层聚合物薄膜或光学粘合剂 (OCA) 隔开。如图所示，Tx电极的方向是从左到右，Rx电极的方向是从外到内。
传感器工作原理
我们暂时不考虑干扰因素来分析触摸屏的工作：操作者的手指被标记为位势。 Rx 通过触摸屏控制器电路保持在地电位，而 Tx 电压是可变的。变化的 Tx 电压导致电流流过 Tx-Rx 电容器。精心平衡的 Rx 集成电路可隔离并测量进入 Rx 的电荷。测得的电荷代表连接 Tx 和 Rx 的“互电容”。
传感器状态：未触及
图2为未接触状态下的磁力线示意图。在没有手指接触的情况下，Tx-Rx 磁力线在盖子中占据相当大的空间。术语“投射电容”源自边缘磁力线投射到电极结构之外的事实。
传感器状态：触摸
当手指触摸盖板时，Tx和手指之间会形成磁力线，取代大量的Tx-Rx边缘磁场，如图3所示。这样，手指触摸会减少Tx-Rx互电容。电荷测量电路识别变化的电容 (Delta C) 并检测 Tx-Rx 结上方的手指。通过测量Tx-Rx矩阵与Delta C的所有交点，可以获得整个面板的触摸分布。
图 3 还显示了另一个重要效应：手指和 Rx 电极之间的电容耦合。通过该路径，电干扰可能会耦合到 Rx。一定程度的手指-接收耦合是不可避免的。
特殊术语
投射电容式触摸屏的干扰是由不敏感的寄生路径耦合产生的。术语“接地”通常用于指直流电路中的参考节点或与大地的低阻抗连接：它们不是相同的术语。事实上，对于便携式触摸屏设备来说，这种差异才是触摸耦合干扰的根本原因。为了澄清并避免混淆，我们使用以下术语来评估触摸屏干扰。
接地：例如通过三-孔交流电源插座的地线连接到大地。 分布式地球：物体与大地之间的电容连接。
直流接地：便携式设备的直流参考节点。
直流电源：便携式设备的电池电压。或者连接到便携式设备的充电器的输出电压，例如USB接口充电器中的5V Vbus。
DC VCC（DC VCC电源）：为便携式电子设备（包括LCD和触摸屏控制器）提供稳定的电压电源。
中性线：交流电源电路（标称地势）。
热：交流电源电压，相对零线施加电能。
LCD Vcom 耦合到触摸屏接收电路
便携式设备触摸屏可以直接安装在液晶显示屏上。在典型的 LCD 架构中，液晶材料由透明的上电极和下电极偏置。下电极决定了显示屏的单个像素的数量；上公共电极是覆盖整个显示屏视觉前端的连续平面，偏置电压为Vcom。在典型的低-电压便携式设备（例如手机）中，AC VCOM 电压是在 DC 和 3.3V 之间来回振荡的方波。 AC Vcom电平通常每条显示线切换一次，因此产生的AC Vcom频率为显示帧刷新率与行数乘积的1/2。典型的便携式设备的 AC Vcom 频率可能为 15 kHz。图 4 说明了耦合到触摸屏的 LCD Vcom 电压。
两层触摸屏由覆盖有 Tx 和 Rx 阵列的独立 ITO 层组成，并由介电层隔开。{0}} Tx 线占据 Tx 阵列间距的整个宽度，并且线之间仅分隔制造所需的最小间距。这种架构称为自-屏蔽，因为 Tx 阵列屏蔽 Rx 阵列免受 LCD Vcom 的影响。然而，耦合仍然可能通过 Tx 频段的间隙发生。
为了降低架构成本并实现更好的透明度，单-层触摸屏将 Tx 和 Rx 阵列安装在单个 ITO 层上，并通过单独的桥依次连接阵列。因此，Tx阵列不能在LCD Vcom平面和传感器Rx电极之间形成屏蔽层。这可能会导致严重的Vcom干扰耦合。
充电器干扰
触摸屏干扰的另一个潜在来源是供电手机充电器的开关电源。-干扰通过手指耦合到触摸屏，如图5所示。小型手机充电器通常具有交流电源和零输入，但没有接地。充电器是安全隔离的，因此电源输入和充电器的次级线圈之间没有直接电流连接。然而，这仍然通过开关电源隔离变压器产生电容耦合。充电器通过用手指触摸屏幕来干扰返回路径。
注意：在这种情况下，充电器干扰是指设备相对于地面施加的电压。这种干扰可以称为“共模”干扰，因为它在直流电源和直流接地中是等效的。如果直流电源和直流地之间的开关噪声没有得到充分过滤，可能会影响触摸屏的正常工作。这个电源抑制比（PSRR）问题是另一个问题，本文不予讨论。
充电器耦合阻抗
充电器的开关干扰是由变压器初级和次级绕组的漏电容（约20pF）耦合产生的。这种弱电容耦合可以通过充电电缆和接收设备本身相对分布区域中的寄生并联电容器来补偿。当设备被拿起时，并联电容会增大，通常足以消除充电器的开关干扰，避免干扰影响触摸操作。当便携式设备连接到充电器并放置在桌面上，并且操作者的手指仅接触触摸屏时，最坏的情况是充电器会产生-干扰。
充电器开关干扰成分
典型的手机充电器采用反激式电路拓扑。充电器产生的干扰波形比较复杂，并且随充电器的不同而变化很大。这取决于电路细节和输出电压控制策略。干扰幅度也有很大差异，具体取决于制造商在开关变压器屏蔽上的设计工作和单位成本。典型参数包括： 波形：包括复杂的 PWM 方波和 LC 振铃波形。频率：额定负载下40～150kHz，负载很轻时，脉冲频率或跳周期运行降至2kHz以下。电压：最高为电源峰值电压的一半=Vrms/2。
充电电源的干扰成分
在充电器的前端，交流电源电压整流器生成充电器高压轨。这样，充电器的开关电压分量就叠加在电源电压的正弦波一半上。与开关干扰类似，电源电压通过开关隔离变压器进行耦合。在50Hz或60Hz时，该元件的频率远低于开关频率，因此其有效耦合阻抗相应较高。电源电压干扰的严重程度取决于地并联阻抗的特性以及触摸屏控制器对低频的敏感度。
电源干扰的特殊情况：不接地的3-孔插头 额定功率较高的电源适配器（例如笔记本电脑交流适配器）可能配备3-孔交流电源插头。为了抑制输出EMI，充电器可以在内部将主电源的接地引脚连接到输出的直流地。这种充电器通常在火线和零线与地之间连接Y电容，从而抑制来自电源线的传导EMI。假设这种连接是有意存在的，则此类适配器不会干扰由 PC 和 USB 连接供电的便携式触摸屏设备。 图 5 中的虚线框说明了这种配置。 对于PC及其USB-连接的便携式触摸屏设备，如果将具有三孔电源输入的PC充电器插入未连接的电源插座，则会出现充电器干扰的特殊情况。 Y 电容器将交流电源耦合到直流输出。较大的Y电容可以有效地耦合电源电压，使得较大的电源频率电压以较低的阻抗通过手指耦合到触摸屏上。 本文摘要 如今，广泛应用于便携式设备的投射电容式触摸屏很容易受到电磁干扰。来自内部或外部的干扰电压会通过电容耦合到触摸屏设备。这些干扰电压会引起触摸屏中的电荷运动，这可能会混淆手指触摸屏幕时电荷运动的测量。因此，触摸屏系统的有效设计和优化有赖于对干扰耦合路径的识别并尽可能地减少或补偿。干扰耦合路径涉及寄生效应，例如变压器绕组电容和手指设备电容。对这些影响进行适当的建模可以充分认识干扰的来源和大小。 对于许多便携式设备来说，电池充电器构成了触摸屏的主要干扰源。当操作者的手指触摸触摸屏时，产生的电容导致充电器干扰耦合电路被关闭。充电器内部屏蔽设计的好坏以及充电器接地设计是否正确是影响充电器干扰耦合的关键因素。
