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SuperC_Touch
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文章: 178

發 表 於: 2011.04.25 01:36:29 PM
文章主題: 台灣本土的新電容式觸控技術
    SuperC_Touch 是台灣本土自行開發的新電容式觸控技術,與現有的觸控技術不同之處在於,測量的標的物不同,大家習知的電容式觸控技術以測量手指接觸時產生的電容變化,而SuperC_Touch所測量的不是電容變化的量,而是電容產生變化的過程。
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SuperC_Touch
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發 表 於: 2011.04.26 02:14:16 PM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

現有各家觸控技術共同的盲點

       基本上由手指隔著玻璃與ITO電極,互動的複雜系統角度觀察,使用愈高的頻率對感應電極充放電,會偵測到愈淺層的變化,變化量相對小,卻製造愈高的雜訊,SNR比自然比較差,使用較低的頻率對感應電極充放電,可偵測到較深層的變化,變化量較大,同時較低的頻率讓電路雜訊也較小,SNR比自然比較好,但是會降低系統反應的時間,什麼樣的頻率才最洽當,大家可以思考看看  Apple 為什麼用特殊頻率作為調變訊號的原因,不難找出答案。
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SuperC_Touch
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發 表 於: 2011.04.28 10:49:02 AM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術
    現在所有的觸控技術,都以測量穩態為主,不論自電容的各種不同的充放電方法,或互電容的阻抗分壓法,其結果都在測量穩態下的數值,然而換個角度來觀察訊號的變化過程,也就是暫態下的測量數值,或許可以得到意想不到的收穫。
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發 表 於: 2011.05.01 07:29:45 PM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

深入電容觸控技術就從這個問題開始

下圖是最簡化的電容式觸控的模型

  其中的  R 為 ITO 的電阻隨手指觸摸 ITO 電極的距離成正比改變,數值與 ITO 的厚薄成反比與 ITO 電極的線寬成正比,約在數K毆姆到數十K歐姆之間,C  為  ITO 的感應電容與所有的雜散電容之合,約在數  pF 到數十 pF,手指觸摸時,C 的改變量約為 1~5%,約0.1 fF 到 1pF之間,測量點為設計電路時可以測量到的點,R 與 C之間的位置是無法接觸到的。

 如何設計一種電路可以準確的測量出上圖的  R 值與 C 值。

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發 表 於: 2011.05.02 04:34:45 AM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

(方法一) 使用電荷不滅定律,可以準確的測量電容。

用參考電容Cr充飽到電壓V,將測量端的電容C放電到0 電壓,

此時整個系統的總電荷為 Cr * V,將開關放下,Cr電容開始對C電容放電,當達到穩態時,在測量穩態時的Cr電容上的電壓 Va,此時Cr電容上的電荷 Cr * VaC電容上的電荷 C * Va,由於電荷不滅定律,Cr * V = (Cr * Va) + (C * Va),可計算出

C= Cr * (V-Va) / Va

也就是Cr少掉的電荷等於C增加的電荷,上述的公式中不包含電阻R,所以ITO 電阻的變化不會影響電容的計算,堪稱簡單又好用。

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SuperC_Touch
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發 表 於: 2011.05.03 05:23:47 AM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

        上述的方法是我跨進觸控技術這領域用的第一種方法,只要對基本電子學有慨念的工程師都可以輕易的想到,也讓我產生很大的疑惑,測量電容其實很容易,為什麼大家卻做的很辛苦,其中必有緣故,於是動手實做看看能否知道個中緣由,這簡單的觸控實驗,整整困住我四個月,讓我真正領教到觸控其實非常不簡單,不是測量電容這麼單純,尤其是我做實驗用的工作桌,是讓我今天能在觸控領域獲得成功的最大因素,接下來我會把做實驗的心得為大家做報告,讓大家可以領教到這工作桌就竟有多神奇,以及觸控就竟是怎麼回事。

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發 表 於: 2011.05.03 04:22:52 PM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術
    首先要驗證電阻的變化不會影響測量電容值,上圖的C使用 100pFR 使用 100K歐姆的可變電阻,開關使用 4053 初始的V使用 5VoltCr 使用 470pF,使用 12 Bits ADC讀取穩定狀態下的電壓,變換不同的電阻值重複實驗,讀取的電壓變化量小於1%,在實驗誤差範圍內,更換C 的電容值結果讀取的電壓值則明顯不同,C 的電容值愈大,讀得的電壓值愈小,反之C 的電容值愈小,讀取的電壓值愈高,證明理論為正確。
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發 表 於: 2011.05.04 05:38:16 AM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

       首先要驗證電阻的變化不會影響測量電容值,上圖的電容器C使用 100pF,電阻 R 使用 100K歐姆的可變電阻,開關使用 CD4053 初始的V使用 5Volt,固定電容Cr 使用 470pF,使用 ADLINK 的 PCI-9111 12 Bits  ADC讀取在進入穩定狀態下的電壓,變換不同的電阻值重複實驗,讀取的電壓變化量小於1%,在實驗誤差範圍內,更換不同值的 電容器 C 結果讀取的電壓值則明顯不同,C 的電容值愈大,讀取的電壓值愈小,反之C 的電容值愈小,讀取的電壓值愈高,證明理論為正確。


    更換 C 的電容值,由 1pF 100pF間隔 1pF實驗一次,紀錄其電壓值,如此可以排除電路雜散電容的影響,用比對的方法測量出觸控面板的電容值,使用觸控面板取代電容器C,讀取電壓值,再與上述之1pF ~100 pF的實驗數值比較,取得最接近的兩端電容值,利用插執法預估出實際的電容值,例如使用觸控面板實驗時得到的數值在20pF 21pF的數值之間,可計算出觸控面板的電容值為20.1 ~20.9 pF,看讀取的數值較接近20pF 21pF而定。


   實驗用的觸控面板為單層條狀佈局ITO,寬度 5mm ,長度 65mm,共計 8條平行的ITO導電電極,沒有遮蔽層,實驗結果讀取的數值變化非常不穩定,不像使用固定電容時讀取的數值穩定,如此可以證明觸控面板的電容特性為隨時間(或隨環境因素)改變電容值的可變電容,而不類似單純的固定電容,然後當手指接觸時,讀取數值的變化範圍更加擴大(雜訊),超過沒接觸時所產生的變化(訊號),讓接觸動作不能輕易的被辨認。


    重複1000次讀取沒接觸時的數值取其平均值,1000次接觸時的數值取平均值,計算兩平均值的差作為訊號的變化量,如此測量到的變化量約可達3~6%,可是不同的人接觸時產生的變化量不同,穿鞋子與不穿鞋時也不相同,接觸的面積不同與接觸時用的力量不同也會造成明顯的差異,使用同一手指但不同的部位來接觸也會不同,看來能夠造成不同的原因非常多,足以影響觸控的識別。

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發 表 於: 2011.05.04 04:48:39 PM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

      不斷的重複做實驗,希望找出關鍵的影響因素,優先懷疑是AC電源造成的影響,將供電的Switching Power更改成鋰電池供電,將示波器的電源接上UPS,由UPS的電池供電,電容改變的狀態減少一些,確定AC電源會對測量觸控面板的電容值產生影響,改用Cypress的發展系統取代電腦以及ADLINK ADC9111,用 Psoc 5內部的 ADC讀取電壓值,用發展系統的LCD顯示結果,不用示波器,完全隔離AC電源的因素,效果又改善一些,但變動量依然大於訊號,無法成功的識別接觸是否發生,使用PSoc 5內部的多工選擇器,掃描8ITO電極,可以成功分辨出相對的大小,有手指接觸到的ITO電極讀到的電壓較小,表示電容值較大,但不同次的實驗表現出的相對大小卻不穩定,有時幅度大,有時幅度小,雖然可識別卻不一定每次成功,對這結果我並不滿意,希望能再突破,相信有許多的觸控技術研發團體,都與我一樣碰到相同的障礙無法跨越,然後使用軟體演算法來解決。

四個月的時間,重複上千次的實驗,總算靈機一動想出解決的辦法,一舉將3~6%的訊號變動量一次增加到 100~300%的訊號變動量,成功的跨越障礙,完成第一次的大突破,讓電容式觸控變簡單。

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發 表 於: 2011.05.06 09:09:45 AM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術
(方法二) 使用能量不滅定律,可以準確的測量電阻R,與電容C的大小無關。
        上圖的回路中,只有電阻會消耗能量,電容不會,所以計算能量可以計算出回路上的總電阻,其中Rf為已知,因此ITO的電阻R可以測量得知,觸控位置也就可被測量得知。
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發 表 於: 2011.05.09 10:06:23 AM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

關於上述理論的詳細說明,請到部落格參考,在此不累述。

 

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