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SuperC_Touch
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文章: 178

發 表 於: 2011.04.25 01:36:29 PM
文章主題: 台灣本土的新電容式觸控技術
    SuperC_Touch 是台灣本土自行開發的新電容式觸控技術，與現有的觸控技術不同之處在於，測量的標的物不同，大家習知的電容式觸控技術以測量手指接觸時產生的電容變化，而SuperC_Touch所測量的不是電容變化的量，而是電容產生變化的過程。
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SuperC_Touch
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發 表 於: 2011.04.26 02:14:16 PM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

現有各家觸控技術共同的盲點

       基本上由手指隔著玻璃與ITO電極，互動的複雜系統角度觀察，使用愈高的頻率對感應電極充放電，會偵測到愈淺層的變化，變化量相對小，卻製造愈高的雜訊，SNR比自然比較差，使用較低的頻率對感應電極充放電，可偵測到較深層的變化，變化量較大，同時較低的頻率讓電路雜訊也較小，SNR比自然比較好，但是會降低系統反應的時間，什麼樣的頻率才最洽當，大家可以思考看看  Apple 為什麼用特殊頻率作為調變訊號的原因，不難找出答案。
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SuperC_Touch
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發 表 於: 2011.04.28 10:49:02 AM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術
    現在所有的觸控技術，都以測量穩態為主，不論自電容的各種不同的充放電方法，或互電容的阻抗分壓法，其結果都在測量穩態下的數值，然而換個角度來觀察訊號的變化過程，也就是暫態下的測量數值，或許可以得到意想不到的收穫。
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發 表 於: 2011.05.01 07:29:45 PM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

深入電容觸控技術就從這個問題開始

下圖是最簡化的電容式觸控的模型

  其中的  R 為 ITO 的電阻隨手指觸摸 ITO 電極的距離成正比改變，數值與 ITO 的厚薄成反比與 ITO 電極的線寬成正比，約在數K毆姆到數十K歐姆之間，C  為  ITO 的感應電容與所有的雜散電容之合，約在數  pF 到數十 pF，手指觸摸時，C 的改變量約為 1~5%，約0.1 fF 到 1pF之間，測量點為設計電路時可以測量到的點，R 與 C之間的位置是無法接觸到的。

 如何設計一種電路可以準確的測量出上圖的  R 值與 C 值。
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SuperC_Touch
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發 表 於: 2011.05.02 04:34:45 AM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

(方法一) 使用電荷不滅定律，可以準確的測量電容。

用參考電容Cr充飽到電壓V，將測量端的電容C放電到0 電壓，

此時整個系統的總電荷為 Cr * V，將開關放下，Cr電容開始對C電容放電，當達到穩態時，在測量穩態時的Cr電容上的電壓 Va，此時Cr電容上的電荷 Cr * Va，C電容上的電荷 C * Va，由於電荷不滅定律，Cr * V = (Cr * Va) + (C * Va)，可計算出

C= Cr * (V-Va) / Va

也就是Cr少掉的電荷等於C增加的電荷，上述的公式中不包含電阻R，所以ITO 電阻的變化不會影響電容的計算，堪稱簡單又好用。

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SuperC_Touch
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發 表 於: 2011.05.03 05:23:47 AM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

        上述的方法是我跨進觸控技術這領域用的第一種方法，只要對基本電子學有慨念的工程師都可以輕易的想到，也讓我產生很大的疑惑，測量電容其實很容易，為什麼大家卻做的很辛苦，其中必有緣故，於是動手實做看看能否知道個中緣由，這簡單的觸控實驗，整整困住我四個月，讓我真正領教到觸控其實非常不簡單，不是測量電容這麼單純，尤其是我做實驗用的工作桌，是讓我今天能在觸控領域獲得成功的最大因素，接下來我會把做實驗的心得為大家做報告，讓大家可以領教到這工作桌就竟有多神奇，以及觸控就竟是怎麼回事。
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發 表 於: 2011.05.03 04:22:52 PM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術
    首先要驗證電阻的變化不會影響測量電容值，上圖的C使用 100pF，R 使用 100K歐姆的可變電阻，開關使用 4053 ，初始的V使用 5Volt，Cr 使用 470pF，使用 12 Bits 的 ADC讀取穩定狀態下的電壓，變換不同的電阻值重複實驗，讀取的電壓變化量小於1%，在實驗誤差範圍內，更換C 的電容值結果讀取的電壓值則明顯不同，C 的電容值愈大，讀得的電壓值愈小，反之C 的電容值愈小，讀取的電壓值愈高，證明理論為正確。
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發 表 於: 2011.05.04 05:38:16 AM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

       首先要驗證電阻的變化不會影響測量電容值，上圖的電容器C使用 100pF，電阻 R 使用 100K歐姆的可變電阻，開關使用 CD4053 ， 初始的V使用 5Volt，固定電容Cr 使用 470pF，使用 ADLINK 的 PCI-9111 12 Bits  ADC讀取在進入穩定狀態下的電壓，變換不同的電阻值重複實驗，讀取的電壓變化量小於1%，在實驗誤差範圍內，更換不同值的 電容器 C 結果讀取的電壓值則明顯不同，C 的電容值愈大，讀取的電壓值愈小，反之C 的電容值愈小，讀取的電壓值愈高，證明理論為正確。


    更換 C 的電容值，由 1pF 到 100pF間隔 1pF實驗一次,紀錄其電壓值，如此可以排除電路雜散電容的影響，用比對的方法測量出觸控面板的電容值，使用觸控面板取代電容器C，讀取電壓值，再與上述之1pF ~100 pF的實驗數值比較，取得最接近的兩端電容值，利用插執法預估出實際的電容值，例如使用觸控面板實驗時得到的數值在20pF與 21pF的數值之間，可計算出觸控面板的電容值為20.1 ~20.9 pF，看讀取的數值較接近20pF或 21pF而定。


   實驗用的觸控面板為單層條狀佈局ITO，寬度 5mm ，長度 65mm，共計 8條平行的ITO導電電極，沒有遮蔽層，實驗結果讀取的數值變化非常不穩定，不像使用固定電容時讀取的數值穩定，如此可以證明觸控面板的電容特性為隨時間(或隨環境因素)改變電容值的可變電容，而不類似單純的固定電容，然後當手指接觸時，讀取數值的變化範圍更加擴大(雜訊)，超過沒接觸時所產生的變化(訊號)，讓接觸動作不能輕易的被辨認。


    重複1000次讀取沒接觸時的數值取其平均值，1000次接觸時的數值取平均值，計算兩平均值的差作為訊號的變化量，如此測量到的變化量約可達3~6%，可是不同的人接觸時產生的變化量不同，穿鞋子與不穿鞋時也不相同，接觸的面積不同與接觸時用的力量不同也會造成明顯的差異，使用同一手指但不同的部位來接觸也會不同，看來能夠造成不同的原因非常多，足以影響觸控的識別。
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發 表 於: 2011.05.04 04:48:39 PM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

      不斷的重複做實驗，希望找出關鍵的影響因素，優先懷疑是AC電源造成的影響，將供電的Switching Power更改成鋰電池供電，將示波器的電源接上UPS，由UPS的電池供電，電容改變的狀態減少一些，確定AC電源會對測量觸控面板的電容值產生影響，改用Cypress的發展系統取代電腦以及ADLINK ADC9111，用 Psoc 5內部的 ADC讀取電壓值，用發展系統的LCD顯示結果，不用示波器，完全隔離AC電源的因素，效果又改善一些，但變動量依然大於訊號，無法成功的識別接觸是否發生，使用PSoc 5內部的多工選擇器，掃描8條 ITO電極，可以成功分辨出相對的大小，有手指接觸到的ITO電極讀到的電壓較小，表示電容值較大，但不同次的實驗表現出的相對大小卻不穩定，有時幅度大，有時幅度小，雖然可識別卻不一定每次成功，對這結果我並不滿意，希望能再突破，相信有許多的觸控技術研發團體，都與我一樣碰到相同的障礙無法跨越，然後使用軟體演算法來解決。

四個月的時間，重複上千次的實驗，總算靈機一動想出解決的辦法，一舉將3~6%的訊號變動量一次增加到 100~300%的訊號變動量，成功的跨越障礙，完成第一次的大突破，讓電容式觸控變簡單。
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發 表 於: 2011.05.06 09:09:45 AM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術
(方法二) 使用能量不滅定律，可以準確的測量電阻R，與電容C的大小無關。
        上圖的回路中，只有電阻會消耗能量，電容不會，所以計算能量可以計算出回路上的總電阻，其中Rf為已知，因此ITO的電阻R可以測量得知，觸控位置也就可被測量得知。
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發 表 於: 2011.05.09 10:06:23 AM
文章主題: Re: 台灣本土的新電容式觸控技術

關於上述理論的詳細說明，請到部落格參考，在此不累述。

 
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