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实现非导体检测的电容式触控技术

英国的夏普欧洲实验室声称他们通过新的设计使得电容式触控技术不仅仅能检测导体,而且还能检测非导体。该成果发表在2015 SID Digest中,论文编号为60.1。

non-conductive-detection-demo

这个概念对于传统电容式触控技术来说还是比较有冲击性的,毕竟这么多年来电容式触控技术能够检测的都是导体,例如你的手指,各种金属电容触控笔。而且业内一直以来都将提高触控灵敏度作为研发方向,这样即使是导电性没那么好的物体,例如铅笔中的石墨,也能够触发电容式触控屏的响应。电容式触控屏必须要导体来操作几乎成为了一种常识。

这篇文献中报道的内容显然是与这种常识相违背的。很显然研究人员找到了一种新的方法来实现这一点,而这种方法说起来其实也很简单。将下图中左侧原来用来感测电容的Sense电极一切为二分成两份SA与SB即可,然后分别检测切分后的这两类电极的电容量CA与CB。他们通过模拟发现,当非导体接近电极时电容CA与CB的变化趋势是相反的,而当导体接近时变化趋势则是相同的。这样就可以区分出非导体与导体来。

non-conductive-detection-struct

为什么非导体接近时CA与CB的变化趋势截然相反?作者在文中这样解释:

首先,逐渐靠近的物体使得电场投射到远一点的电极SB处,如图中箭头1所示。于是,D与SB之间的电容CB增大;其次,D与SA之间的电场被重新排布并远离SA,如图中的箭头2所示,导致D与SA之间的电容CA减小。

non-conductive-detection-mach

这个解释听起来有道理,但是还是不够直观。好在作者使用的有限元模拟软件我也研究过一段时间,于是又翻出来软件的文档,重点研究了下静态电磁场的部分,重现了作者的这个模型。

需要注意的是,这个模型是我自己通过对文献的理解得出,有可能和作者的模型存在一些差异。下图模拟了一块塑料在接近电极时的电场分布,画出了电势等值线与电场强度等值线。从图中可以看出,随着非导体的接近,SB上方的电场强度的确在增大。不过SA与D之间的变化并没有那么明显。

非导体检测-电势线-1

非导体检测-电势线-2

非导体检测-电势线-3

为了更加直观一点,改变绘图区的电场强度对应的色彩范围,并取消等值线,然后输出动态的GIF图片如下所示。

non-conductive-norm_E可以看出SA与SB上方的电场强度的确重新发生了排布。

不过还有一个问题,触控IC究竟是如何检测电容的?SA与D之间的电容不是能用肉眼看出来的。

这个就作为遗留问题吧,待以后了解了触控IC工作原理在来解答。

Yin Guobing

Yin Guobing

BOE技术研发工程师🔬,业余码农😳,蓝猫铲屎官🐈。曾独立开发了一款iOS APP并上线🎉。现居北京,正在为了理想中的生活而奋斗..

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