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应对触摸屏的电磁干扰问题

2013-02-287600安规与电磁兼容网

 
     专用术语

    投射式电容触摸屏的干扰通过不易察觉的寄生路径耦合产生。术语“地”通常既可用于指直流电路的参考节点,又可用于指低阻抗连接到大地:二者并非相同术语。实际上,对于便携式触摸屏设备来说,这种差别正是引起触摸耦合干扰的根本原因。为了澄清和避免混淆,我们使用以下术语来评估触摸屏干扰。

    - Earth(地):与大地相连,例如,通过3孔交流电源插座的地线连接到大地。
    - Distributed Earth(分布式地):物体到大地的电容连接。
    - DC Ground(直流地):便携式设备的直流参考节点。
    - DC Power(直流电源):便携式设备的电池电压。或者与便携式设备连接的充电器输出电压,例如USB接口充电器中的5V Vbus。
    - DC VCC(直流VCC电源):为便携式设备电子器件(包括LCD和触摸屏控制器)供电的稳定电压。
    - Neutral(零线):交流电源回路(标称处在地电势)。
    - Hot(火线):交流电源电压,相对零线施加电能。
    - LCD Vcom耦合到触摸屏接收线路

 便携式设备触摸屏可以直接安装到LCD显示屏上。在典型的LCD架构中,液晶材料由透明的上下电极提供偏置。下方的多个电极决定了显示屏的多个单像素;上方的公共电极则是覆盖显示屏整个可视前端的连续平面,它偏置在电压Vcom。在典型的低压便携式设备(例如手机)中,交流Vcom电压为在直流地和3.3V之间来回震荡的方波。交流Vcom电平通常每个显示行切换一次,因此,所产生的交流Vcom频率为显示帧刷新率与行数乘积的1/2。一个典型的便携式设备的交流Vcom频率可能为15kHz。图4为LCD Vcom电压耦合到触摸屏的示意图。

4:LCD Vcom干扰耦合模型
    双层触摸屏由布满Tx阵列和Rx阵列的分离ITO层组成,中间用电介质层隔开。Tx线占据Tx阵列间距的整个宽度,线与线之间仅以制造所需的最小间距隔开。这种架构被称为自屏蔽式,因为Tx阵列将Rx阵列与LCD Vcom屏蔽开。然而,通过Tx带间空隙,耦合仍然可能发生。

为降低架构成本并获得更好的透明度,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跨接各个阵列。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。这有可能发生严重的Vcom干扰耦合情况。

充电器干扰

触摸屏干扰的另一个潜在来源是电源供电手机充电器的开关电源。干扰通过手指耦合到触摸屏上,如图5所示。小型手机充电器通常有交流电源火线和零线输入,但没有地线连接。充电器是安全隔离的,所以在电源输入和充电器次级线圈之间没有直流连接。然而,这仍然会通过开关电源隔离变压器产生电容耦合。充电器干扰通过手指触摸屏幕而形成返回路径。

 

图5:充电器干扰耦合模型
 
       注意:在这种情况下,充电器干扰是指设备相对于地的外加电压。这种干扰可能会因其在直流电源和直流地上等值,而被描述成“共模”干扰。在充电器输出的直流电源和直流地之间产生的电源开关噪声,如果没有被充分滤除,则可能会影响触摸屏的正常运行。这种电源抑制比(PSRR)问题是另外一个问题,本文不做讨论。
充电器耦合阻抗

充电器开关干扰通过变压器初级-次级绕组漏电容(大约20pF)耦合产生。这种弱电容耦合作用可以被出现在充电器线缆和受电设备本身相对分布式地的寄生并联电容补偿。拿起设备时,并联电容将增加,这通常足以消除充电器开关干扰,避免干扰影响触摸操作。当便携式设备连接到充电器并放在桌面上,并且操作人员的手指仅与触摸屏接触时,将会出现充电器产生的一种最坏情况的干扰。

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