圖解觸摸屏的電磁干擾問題

雙層觸摸屏由布滿Tx陣列和Rx陣列的分離ITO層組成，中間用電介質(zhì)層隔開。Tx線占據(jù)Tx陣列間距的整個寬度，線與線之間僅以制造所需的最小間距隔 開。這種架構(gòu)被稱為自屏蔽式，因為Tx陣列將Rx陣列與LCD Vcom屏蔽開。然而，通過Tx帶間空隙，耦合仍然可能發(fā)生。

為降低架構(gòu)成本并獲得更好的透明度，單層觸摸屏將Tx和Rx陣列安裝在單個ITO層上，并通過單獨的橋依次跨接各個陣列。因此，Tx陣列不能在LCD Vcom平面和傳感器Rx電極之間形成屏蔽層。這有可能發(fā)生嚴(yán)重的Vcom干擾耦合情況。

充電器干擾

觸摸屏干擾的另一個潛在來源是電源供電手機(jī)充電器的開關(guān)電源。干擾通過手指耦合到觸摸屏上，如圖5所示。小型手機(jī)充電器通常有交流電源火線和零線輸入，但 沒有地線連接。充電器是安全隔離的，所以在電源輸入和充電器次級線圈之間沒有直流連接。然而，這仍然會通過開關(guān)電源隔離變壓器產(chǎn)生電容耦合。充電器干擾通 過手指觸摸屏幕而形成返回路徑。

圖5：充電器干擾耦合模型。

注意：在這種情況下，充電器干擾是指設(shè)備相對于地的外加電壓。這種干擾可能會因其在直流電源和直流地上等值，而被描述成“共模”干擾。在充電器輸出的直流 電源和直流地之間產(chǎn)生的電源開關(guān)噪聲，如果沒有被充分濾除，則可能會影響觸摸屏的正常運(yùn)行。這種電源抑制比(PSRR)問題是另外一個問題，本文不做討論。

充電器耦合阻抗

充電器開關(guān)干擾通過變壓器初級-次級繞組漏電容(大約20pF)耦合產(chǎn)生。這種弱電容耦合作用可以被出現(xiàn)在充電器線纜和受電設(shè)備本身相對分布式地的寄生并 聯(lián)電容補(bǔ)償。拿起設(shè)備時，并聯(lián)電容將增加，這通常足以消除充電器開關(guān)干擾，避免干擾影響觸摸操作。當(dāng)便攜式設(shè)備連接到充電器并放在桌面上，并且操作人員的 手指僅與觸摸屏接觸時，將會出現(xiàn)充電器產(chǎn)生的一種最壞情況的干擾。

充電器開關(guān)干擾分量

典型的手機(jī)充電器采用反激式(flyback)電路拓?fù)洹＿@種充電器產(chǎn)生的干擾波形比較復(fù)雜，并且隨充電器不同而差異很大，它取決于電路細(xì)節(jié)和輸出電壓控制策略。干擾振幅的變化也很大，這取決于制造商在開關(guān)變壓器屏蔽上投入的設(shè)計努力和單位成本。典型參數(shù)包括：

波形：包括復(fù)雜的脈寬調(diào)制方波和LC振鈴波形。頻率：額定負(fù)載下40~150kHz，負(fù)載很輕時，脈沖頻率或跳周期操作下降到2kHz以下。電壓：可達(dá)電源峰值電壓的一半=Vrms/√2。

充電器電源干擾分量

在充電器前端，交流電源電壓整流生成充電器高電壓軌。這樣，充電器的開關(guān)電壓分量疊加在一個電源電壓一半的正弦波上。與開關(guān)干擾相似，此電源電壓也是通過 開關(guān)隔離變壓器形成耦合。在50Hz或60Hz時，該分量的頻率遠(yuǎn)低于開關(guān)頻率，因此，其有效的耦合阻抗相應(yīng)更高。電源電壓干擾的嚴(yán)重程度取決于對地并聯(lián) 阻抗的特性，同時還取決于觸摸屏控制器對低頻的靈敏度。

圖6：充電器波形實例。

電源干擾的特殊情況：不帶接地的3孔插頭

額定功率較高的電源適配器(例如筆記本電腦交流適配器)，可能會配置3孔交流電源插頭。為了抑制輸出端EMI，充電器可能在內(nèi)部把主電源的地引腳連接到輸 出的直流地。此類充電器通常在火線和零線與地之間連接Y電容，從而抑制來自電源線上的傳導(dǎo)EMI。假設(shè)有意使地連接存在，這類適配器不會對供電PC和 USB連接的便攜式觸摸屏設(shè)備造成干擾。圖5中的虛線框說明了這種配置。

對于PC和其USB連接的便攜式觸摸屏設(shè)備來說，如果具有3孔電源輸入的PC充電器插入了沒有地連接的電源插座，充電器干擾的一種特殊情況將會產(chǎn)生。Y電 容將交流電源耦合到直流地輸出。相對較大的Y電容值能夠非常有效地耦合電源電壓，這使得較大的電源頻率電壓通過觸摸屏上的手指以相對較低的阻抗進(jìn)行耦合。

本文小結(jié)

當(dāng)今廣泛用于便攜式設(shè)備的投射式電容觸摸屏很容易受到電磁干擾，來自內(nèi)部或外部的干擾電壓會通過電容耦合到觸摸屏設(shè)備。這些干擾電壓會引起觸摸屏內(nèi)的電荷 運(yùn)動，這可能會對手指觸摸屏幕時的電荷運(yùn)動測量造成混淆。因此，觸摸屏系統(tǒng)的有效設(shè)計和優(yōu)化取決于對干擾耦合路徑的認(rèn)識，以及對其盡可能地消減或是補(bǔ)償。

干擾耦合路徑涉及到寄生效應(yīng)，例如：變壓器繞組電容和手指-設(shè)備電容。對這些影響進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕＃梢猿浞终J(rèn)識到干擾的來源和大小。

對于許多便攜式設(shè)備來說，電池充電器構(gòu)成觸摸屏主要的干擾來源。當(dāng)操作人員手指接觸觸摸屏?xí)r，所產(chǎn)生的電容使得充電器干擾耦合電路得以關(guān)閉。充電器內(nèi)部屏蔽設(shè)計的質(zhì)量和是否有適當(dāng)?shù)某潆娖鹘拥卦O(shè)計，是影響充電器干擾耦合的關(guān)鍵因素。