靜電容量式觸控面板IC的設計

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2007年美國蘋果公司發表使用非接觸靜電容量式觸控面板的iPhone，使得觸控面板再度成為全球關注的焦點，同時也造成非接觸靜電容量式觸控面板的應用，迅速拓展到PDA、GPS等各式各樣領域，非接觸靜電容量式觸控面板幾乎變成觸控面板顯示器的代名詞。

      觸控面板的檢測方式分成光學式、電波式、靜電容量式等各種方式，其中又以靜電容量式的構成元件數量最少。傳統靜電容量式觸控面板大多是接觸式，使用時手指必須直接接觸裸露電極，加上面板整體對靜電非常脆弱，因此電子機器的設計性受到很大的限制。相較之下非接觸靜電容量式觸控面板，使用時手指不需接觸觸控面板，結構上對機器的設計與靜電對策比較有利，因此OMRON公司開發B6T系列，非接觸靜電容量式控面板用感測IC，提供客戶選擇使用。非接觸靜電容量式觸控面板用感測IC，主要是由數個電阻、電容明構成，此外檢測容量的電極也沒有形狀限制。

      傳統靜電容量式觸控感測器，由環境與電極構成的靜電容量會改變，因此外置元件的選擇相當煩瑣，為了使非接觸靜電容量式控面板用感測IC更容易應用在電子機器，OMRON公司還提供電路定數設計工具，該工具能夠配合客戶設計的電極結構，提供外置元件例如電阻、電容的最佳值。接著本文要介紹觸控感測器的靜電容量檢測原理，深入探討開發電路定數設計工具時，使用的靜電容量分析方法與近似式演算方法。

靜電容量的檢測原理
      圖1是非接觸靜電容量式觸控面板電極部位的放大圖，如圖所示手指與電極之間具有靜電容量Ch，除此之外還有周圍導體之間的容量Cam、大地之間的容量Cg等等，這些容量的總合可用圖2的Cx表示。靜電容量式觸控感測器主要是檢測該Cx值，例如手指貼近觸控面板的電極時，Cx值會變大，反過來說手指遠離觸控面板的電極時，Cx值就會降低，由於該容量的變化量只有pF非只有pF非常小，因此靜電容量式觸控面板的觸控感測器（以下簡稱為觸控IC），必須能夠高精度檢測Cx值的微妙變化。





圖3(a)、(b)分別是OMRON公司開發的B6T系列，非接觸靜電容量式控面板用感測ICB6T-04LT與B6T-08NF的的實際外觀；表1是兩觸控IC的電氣特性。圖4是上述新型觸控IC的內部電路結構，雖然各觸控IC可作複數電極連接，不過基本上它只有一個電極量；圖5是觸控IC的動作原理說明圖。新型觸控IC動作時，首先使電容器Ca內部已經充電的電荷，透過電阻RC逐漸放電，接著觀測該狀態的P2電位，同時檢測Cx的靜電容量變化。