電容式觸摸感應技術中的電容物理學

2021-02-08 電子產品世界

　　引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/96983.htm

　　電容式觸控螢幕設計製造技術是材料物理與電子技術相結合的產物[1-3]。材料特徵參數、三維結構(stackup)和二維版圖形狀 (layout) 決定了觸控螢幕的全部電學特性。這些電學特性可以用等效的分布式阻抗電路來描述，並可以與電容感應拾取電路一起在電路仿真系統中進行完整的系統模擬。

　　在上述的系統設計流程中，兩個最重要的環節是， 第一， 正確全面的獲得電阻、電容及其拓撲結構的信息， 第二， 正確區分手指觸摸後的感應電容和寄生電容。這些往往與所選用的電容感應電路有著極為密切的聯繫[4-5]，而其中對於各種電容性質的正確認識是最基本也是至關重要的。由於電容式觸控螢幕技術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工程教育背景的開發人員所面臨的一個難點問題。本文將運用電力線基本原理，對分布在觸控螢幕上的不同電容特性進行分析。

　　基本概念

　　這裡的核心物理問題是，什麼叫電容?電容是一種電荷儲存器件。對這個概念的一種錯誤理解經常是：電容是淨電荷的積累。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構，這裡的兩個關鍵詞是：等量，兩極。我們可以用物理中的電力線概念將這兩個關鍵詞聯繫在一起：電力線從正電荷出發終止於負電荷。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和大小。

　　觸控螢幕寄生電容物理模型

　　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。

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