Kā tiek izstrādāta zemu izmaksu skārienvadības sistēma

Kapacitatīvie skārienekrāniarvien vairāk kļuvuši par galveno un vairs nav jaunums. To ieviešana turpina pieaugt, jo tādas ierīces kā viedtālruņi un planšetdatori tiek piegādāti miljoniem. Taču tagad, kad tās ir visuresošas, patērētāji vairāk nevēlas maksāt augstāku piemaksu par tehnoloģiju.

Lai saglabātu peļņas normu šajā konkurences vidē, oriģinālo iekārtu ražotājiem ir jāsamazina ierīces izmaksas, un skārienekrāna modulis ir viens no dārgākajiem komponentiem ar skārienekrānu darbināmās ierīcēs. Izmantojot pareizos paneļu kopumus un modeļus, displejus, materiālus, maršrutēšanu un kontrolieri, dizaineri var samazināt sistēmas izmaksas.

Pārsega objektīvs un skārienekrāna sensors

Standarta skārienekrāna sistēma ietver projicētu kapacitatīvo skārienekrāna sensoru, kas laminēts uz aizsargpārsega objektīva, savienotas elastīgas iespiedshēmas (FPC) ar tai piestiprinātu skārienekrāna kontrolleri un displeju. FPC savieno skārienekrāna kontrolleri ar resursdatora procesoru. Displejs atrodas zem skārienekrāna sensora un parasti ir atdalīts ar gaisa spraugu vai ir tieši laminēts.

1. Standarta kapacitatīvā skārienekrāna sistēma sastāv no projicēta kapacitatīvā skārienekrāna sensora, kas laminēts uz aizsargpārsega objektīva, savienota FPC ar tam piestiprinātu skārienekrāna kontrolleri un displeja.

Pārsega objektīvs ir skārienekrāna sistēmas augstākais fiziskais slānis. Tās izmaksas var ievērojami atšķirties atkarībā no materiāla veida (stikls vai polimetilmetakrilāts vai PMMA), īpašiem pārklājumiem (oleofobiem, hidrofobiem), dekoratīvās tintes vai kamerām vai sensoriem paredzēto urbumu skaita. PMMA, lētāka, vieglāka un neplīstošāka alternatīva izturīgākam un optiski caurlaidīgākam stikla variantam, var samazināt šīs izmaksas līdz pat 50%.

Tomēr PMMA sensori var ciest no zemākas signāla jutības. Turklāt PMMA ir elastīgāka par stiklu, tāpēc, kad pirksts vai cits priekšmets nospiež uz leju ar ievērojamu spēku, tas var radīt paneļa saliekšanas problēmas. Paneļa locīšana var izraisīt nepatiesu un neprecīzu pieskārienu ziņošanu. Tomēr stikla substrāts vai papildu vairoga slānis skārienekrāna sensorā var novērst paneļa saliekšanos. Tāpēc jebkuram skārienekrāna sensora komplektam ir precīzi jāņem vērā vāka lēcas materiāls(2. att.).

2. Mūsdienu skārienjutīgajos produktos tiek izmantoti vairāku veidu sensoru komplekti.

Skārienekrāna sensori ir sarežģītas struktūras. Tie ir izgatavoti, izsmidzinot indija alvas oksīdu (ITO) uz stikla vai polietilēntereftalāta (PET) substrāta un pēc tam iegravējot patentētu rakstu ITO. Modeļi un struktūras, kas veido katru sensora slāni, ir pielāgotas sistēmas dizaina vajadzībām.

Standarta skārienekrāna dizainā parasti tiek izmantoti divslāņu ITO skārienekrāna sensori, piemēram, MH3 un dimantu sensori 2. attēlā, lai panāktu labu precizitāti, linearitāti un vairāku pieskārienu veiktspēju. Divslāņu sensoru dizainā tiek izmantoti stikla vai polietilēntereftalāta (PET) substrāti. PET ir lētāks un nodrošina labāku displeja trokšņu noturību, taču tas cietīs no nelielas optiskās skaidrības pasliktināšanās. Galu galā visefektīvākā metode skārienekrāna sensora izmaksu samazināšanai ir samazināt slāņu skaitu.

Integrējot viena slāņa sensorus, sistēmu dizaineri var samazināt sensoru izmaksas līdz pat 50%. Mazāks slāņu skaits — substrāts, ITO, optiski dzidra līme (OCA) — palīdz skārienpaneļu pārdevējiem samazināt materiālu un instrumentu izmaksas. Apstrāde ar mazāku slāņu skaitu arī uzlabo ražošanas ražu. Zemu izmaksu viena slāņa skārienekrāni izmanto vienu PET substrātu ar vienkāršotu patentētu modeli ar labu optisko caurlaidību.

No veiktspējas viedokļa viena slāņa sensoriem ir zemāka precizitāte un linearitāte, un tie ierobežo atbalstīto pirkstu pieskārienu skaitu (parasti tikai vienam pirkstam vai diviem pirkstiem). Šie zemo izmaksu viena slāņa sensoru risinājumi ir ideāli piemēroti zemas klases viedtālruņiem un funkcionalitātes tālruņiem.

Sistēmu dizaineriem, kuri iepriekš izmantoja pretestības skārienekrānus vai bez skārienekrāniem, šī salikšanas iespēja ir labi piemērota viņu dizaina un budžeta vajadzībām. Salīdzinot ar rezistīviem skārienekrāniem, viena slāņa kapacitatīvie skārienekrāni piedāvā īpašas priekšrocības, tostarp uzlabotu optisko skaidrību, mazāku jaudu, lielāku izturību un uzlabotu lietotāja pieredzi.

Viena slāņa vairāku pieskārienu risinājumi, piemēram, Cypress SLIM (Single-Layer Independent Multi-touch), var samazināt izmaksas pat par 40%, salīdzinot ar divu slāņu sensoriem. Viena slāņa sensoriem ir nedaudz pazemināta veiktspēja, taču tie lieliski atbalsta plānākos formas faktorus. Viena slāņa vairāku pieskārienu sensori atbalsta arī skārienekrāna sensorus ar plānām malām vai bezmalām, kas ļauj paplašināt skārienekrāna aktīvo apgabalu. Dizaineri, kuri vēlas samazināt gan izmaksas, gan biezumu, var apsvērt viena slāņa sensorus kā dzīvotspējīgu iespēju.

Mazāki ekrāna izmēri ir ievērojami ekonomiskāki. Aktīvās zonas lielums ietekmēs skārienekrāna izmaksas. Skaidrs, ka sistēmu dizaineriem ir jāapsver visi ceļi, lai optimizētu paneļa dizainu un izvēli.

FPC dizains

Vēl viens veids, kā samazināt ierīces izmaksas, ir FPC dizains. FPC savieno individuālās sensora ievadi/izeju (I/Os) no skārienekrāna paneļa ar skārienekrāna kontrolleri un no skārienekrāna kontrollera ar resursdatora procesoru.

FPC var būt aktīvi vai pasīvi. Aktīvajos FPC skārienekrāna kontrolleris un visi citi nepieciešamie ārējie komponenti, piemēram, rezistori un kondensatori, ir uzstādīti uz paša FPC. Pasīvajos FPC FPC ietver tikai maršrutēšanas trases un skārienekrāna kontrolleri, un ārējie komponenti ir uzstādīti uz iespiedshēmas plates (PCB).

Neatkarīgi no tā, vai tie ir aktīvi vai pasīvi, FPC var maršrutēt vairākos veidos. Jo efektīvāka un daudzpusīgāka ir maršrutēšana, jo vieglāk ir integrēt citus aparatūras komponentus. Tomēr ņemiet vērā, ka izmaksas palielinās līdz ar maršrutēšanai nepieciešamo slāņu skaitu. Pārdomāta maršrutēšana vienā slānī palīdzēs samazināt FPC izmaksas. Viena slāņa maršrutēšanai ir arī ievērojamas priekšrocības gan signāla integritātei, gan kompaktajam FPC dizainam.

Displeji

Skārienekrāna sistēmā projicētais kapacitatīvā skārienekrāna sensors atrodas displeja augšpusē. Displeji pēc būtības ir trokšņaini, kas var izraisīt displeja trokšņa tiešu savienošanu ar skārienekrāna sensoru(3. att.). Tas samazina pieskāriena jutību un rada viltus pieskāriena aktivizēšanu. Labas dizaina izvēles var mazināt displeja troksni un būtiski ietekmēt veiktspēju un izmaksas.

3. Displeji pēc savas būtības ir trokšņaini. Displeju radītais troksnis var kapacitatīvi savienoties ar skārienekrānu un samazināt pieskāriena veiktspēju.

Lai bloķētu displeja troksni, nozare tradicionāli ievieš papildu ITO "vairoga" slāni starp displeju un skārienekrāna sensoru. Lai gan tas ir efektīvs, vairoga slānis palielina izmaksas un palielina skārienekrāna moduļa biezumu. Alternatīva ir nelielas gaisa spraugas izmantošana, parasti no {{0}},2 mm līdz 0,5 mm, lai atdalītu displeju no skārienekrāna sensora.

Gaisa sprauga ir rentablāka nekā vairoga slānis, taču tā arī palielina skārienekrāna moduļa biezumu, kas kļūst nevēlams oriģinālo iekārtu ražotājiem, kuri vēlas izveidot gludākas un plānākas ierīces. Svarīgāka dizaina izvēle būs paša displeja izvēle.

Pašlaik populārākie displeji, ko izmanto mobilajiem tālruņiem un planšetdatoriem, joprojām ir plānās plēves tranzistoru (TFT) LCD, kas parasti ir pieejami divās versijās: līdzstrāvas kopējais spriegums (DCVCOM) un maiņstrāvas kopējais spriegums (ACVCOM). Atšķirība ir metode, ko izmanto, lai vadītu kopējo elektrodu slāni (VCOM). Vēl viens arvien populārāks displejs augstākās klases ierīcēs ir aktīvās matricas organiskais LED (AMOLED) ar plašiem skata leņķiem, uzlabotu spilgtumu un kontrastu, mazāku enerģijas patēriņu un samazinātu biezumu.

AMOLED izstaro ļoti maz displeja trokšņa un ir vieni no klusākajiem displejiem, taču tie ir dārgi.

DCVCOM arī parasti ir kluss displejs un dārgs. Turpretim ACVCOM ir augsta trokšņa līmenis, bet salīdzinoši lēts. Displeja izvēle lielā mērā ir atkarīga no ierīces nolūka gala klientiem. Mērķa lietojumprogramma uzskatīs aparatūru un veiktspēju, kas ir piemērota tās klientiem.

Skārienekrāna kontrolieris

Lai gan tas nav tik dārgs kā displejs vai skārienekrāna panelis, skārienekrāna kontrollera izvēlei ir vislielākā ietekme uz skārienekrāna sistēmas veiktspēju. Skārienekrāna kontrollerī ir iekļauta kapacitatīvā sensora un apstrādes tehnoloģija, lai atrisinātu pirkstu pieskārienus un žestus, ziņojot par to atrašanās vietu un uzvedību resursdatora procesoram.

Kad pirksts tiek novietots uz projicētā kapacitatīvā skārienekrāna, skārienekrāna kontrolleris nosaka kapacitātes izmaiņas un pārvērš šo informāciju digitālās vērtībās. Šī digitālā pārveidošana tiek tālāk apstrādāta, izmantojot sarežģītus skārienjutības izšķirtspējas algoritmus skārienekrāna kontrollerī, pirms tiek nodotas pieskāriena koordinātas un citi attiecīgie dati resursdatora procesoram.

Trokšņu jutīgie signāli ir galvenais skārienekrānu tehniskais izaicinājums. Kontrolieri, kas izmanto augstas kvalitātes analogos priekšējos galus, iebūvētas trokšņu apstrādes iespējas un sarežģītus apstrādes algoritmus, ir obligāti. Tā kā pieskāriens kļūst par lietotāja interfeisu daudzām plaša patēriņa elektroniskām ierīcēm, skārienekrāna kontrolleru kvalitāte tieši ietekmēs galaprodukta lietotāja pieredzi. Pareiza skārienekrāna kontrollera izvēle ir būtiska veiktspējas un izmaksu ieguvumu sasniegšanai.

Kontrolieris, kas nodrošina augstu signāla-trokšņa attiecību (SNR) un efektīvu trokšņu apstrādi, spēs kompensēt signāla stipruma pasliktināšanos, ko rada trokšņu avoti, piemēram, lētāks PMMA pārklājuma objektīvs vai trokšņains ACVCOM displejs. Lai palīdzētu optimizēt zemo izmaksu un vairāku pieskārienu viena slāņa sensoru veiktspēju, skārienekrāna kontrolleriem ir jānodrošina saderīgi apstrādes algoritmi. Turklāt viena slāņa FPC maršrutēšanas izmaksu priekšrocības var realizēt tikai tad, ja skārienekrāna kontrollera kontaktdakša nodrošina elastīgu maršrutēšanas dizainu.

Skārienekrāna kontrolleri var arī samazināt sistēmas izmaksas, izmantojot dažas uzlabotās funkcijas, ko tie atbalsta. Piemēram, lielākā daļa skārienekrāna kontrolleru interpretē ūdeni uz skārienekrāna kā pieskārienu ar pirkstu, jo ūdens un pirksta savstarpējās kapacitātes paraksti ir līdzīgi. Lai atrisinātu šo problēmu, skārienekrāna paneļu pārdevēji pārklājuma objektīvam var pievienot dārgu hidrofobiskā pārklājuma slāni.

Kad ūdens pilieni nokrīt uz vāciņa lēcas, pārklājums palīdz tos sadalīt mazākos pilienos, lai tie vairs netiktu reģistrēti kā pieskārieni. Tomēr skārienekrāna kontrolleris, kas, izmantojot tā aparatūras un programmaparatūras funkcijas, nodrošina ūdens atgrūšanu, var noteikt un noraidīt ūdeni uz ierīces.skārienekrānsar iebūvētiem algoritmiem un var ietaupīt OEM papildu pārklājuma izmaksas.

Kopsavilkums

Atjautīgi dizaineri, kuri pilnībā saprotskārienekrāna sistēmaun tā galvenie komponenti var ievērojami samazināt izmaksas, izmantojot pārdomātas izvēles pārsegu lēcas, sensora materiāla un komplektācijas, displeja veida un FPC maršrutēšanas dizainā un izvēlē. Novatorisks un augstas veiktspējas skārienekrāna kontrolleris var samazināt izmaksas, nemazinot veiktspēju, kas liek galaproduktam pārdot pirmajā vietā.