電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)中的電容物理學(xué)

　　引言

　　電容式觸摸屏設(shè)計制造技術(shù)是材料物理與電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物[1-3]。材料特征參數(shù)、三維結(jié)構(gòu)(stackup)和二維版圖形狀 (layout) 決定了觸摸屏的全部電學(xué)特性。這些電學(xué)特性可以用等效的分布式阻抗電路來描述，并可以與電容感應(yīng)拾取電路一起在電路仿真系統(tǒng)中進行完整的系統(tǒng)模擬。

　　在上述的系統(tǒng)設(shè)計流程中，兩個最重要的環(huán)節(jié)是， 第一， 正確全面的獲得電阻、電容及其拓撲結(jié)構(gòu)的信息， 第二， 正確區(qū)分手指觸摸后的感應(yīng)電容和寄生電容。這些往往與所選用的電容感應(yīng)電路有著極為密切的聯(lián)系[4-5]，而其中對于各種電容性質(zhì)的正確認識是最基本也是至關(guān)重要的。由于電容式觸摸屏技術(shù)中涉及到眾多的電容類型，如何得到正確的電容特性成為大多數(shù)工程教育背景的開發(fā)人員所面臨的一個難點問題。本文將運用電力線基本原理，對分布在觸摸屏上的不同電容特性進行分析。

　　基本概念

　　這里的核心物理問題是，什么叫電容?電容是一種電荷儲存器件。對這個概念的一種錯誤理解經(jīng)常是：電容是凈電荷的積累。事實上，電容可以進一步描述成等量的正負電荷在兩個電極分布的一種儲存結(jié)構(gòu)，這里的兩個關(guān)鍵詞是：等量，兩極。我們可以用物理中的電力線概念將這兩個關(guān)鍵詞聯(lián)系在一起：電力線從正電荷出發(fā)終止于負電荷。電力線的存在決定了電容的存在，電力線的路徑和密度決定了電容的性質(zhì)和大小。

　　觸摸屏寄生電容物理模型

　　先看一下最簡單的平板電容， 如圖1所示。虛線是電力線。眾所周知的平板電容表達式為：

　　這個公式成立的前提假設(shè)是：W>>d，L>>d。其物理含義是：全部電力線平行的分布在兩個平板之間。

　　對比一條狀金屬與平板之間的電容。先畫出它的電力線分布圖，如圖2所示。