电容触摸屏测试软件,大规模生产中如何测量触摸屏电容值

此外,快速测试和高灵敏度测量是制造测试中的两个主要目标。在这个应用里面相对精度比起绝对精度来更加重要一些。不断提高的触摸屏产量,迫切需要能够节省大量时间和人工成本的自动化测试解决方案。

触摸屏技术

了解触摸屏技术有助于理解下一章节中的测试方法和系统框图。电容触摸屏技术主要有两种:自容屏和互容屏,如图1所示。

图2. 互电容屏结构

大部分消费级触摸屏使用ITO (铟锡氧化物)材料,有导电且透光的特性,透光率通常大于90%。图2是其中一种钻石型互电容物理结构。X列ITO和Y行ITO位于不同层上,它们的交叉节点产生的微弱电容就是我们想要测量的互电容CX。当手指靠近它时,如右图所示,由于电场的改变,等效CX会随之减小。

我们来创建一个待测物(DUT)分析模型以获得精确测量结果,如图3所示。

4. 用于阻抗测量的自动平衡电桥

未知阻抗ZX可利用公式计算:

ZX = VPOT/VCUR × ZPATH

其中VPOT为电压矢量信 ,VCUR为电流矢量信 ,ZPATH为测量路径上的整体增益和相位偏移的总校准系数。有关阻抗测量的更多信息,可以访问:http://www.analog.com/cn/applications/markets/instrumentation-and-measurement-pavilion-home/electronic-test-and-measurement/impedance-measurement-and-analysis.html

触摸屏测试系统框图

对自平衡电桥做一些电路上的补充就可以实现触摸屏测试需求。如图5所示。

6. 模拟开关分析模型

CD/CS:寄生电容,8 pF至32 pF (ADG1414),开和关两个状态下电容是不同的。矩阵节点测试会连接大量开关,所以我们必须要考虑这个寄生电容总和。

CDS:寄生电容,1 MHz时的关断状态隔离度为–73 dB (ADG1414),所以对此应用可予以忽略。对于导通状态,我们也可予以忽略,因为RON远低于ZCDS。

RON:模拟开关的导通电阻RON,使用ADG1414时为9.5 Ω。此电阻对测量路径的影响可利用适当的开尔文连接来消除,但它仍在信 路径上,因此需要考虑。

CP:电路板上的其他寄生电容,pF级,不算是最大问题。

这些寄生效应需要在测试触摸屏之前予以测量,以便考虑它对测量路径上的总电容和电阻的影响。补偿程序涉及到两个测量:开路和短路补偿。

开路补偿程序是在电缆和夹具连接到测量电路,但与被测物断开的情况下进行阻抗测量;

短路补偿是将所有端子通过测试夹具连在一起,然后进行阻抗测量。此补偿可利用触摸屏测量中使用的模拟开关来完成。

这两个补偿程序的等效电路如图7所示。

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7. 测试夹具寄生效应的补偿

右图所示为从开路和短路补偿程序得出的完整 络模型。获知开路和短路阻抗值ZOPEN和ZSHORT之后,便可利用下式求出未知阻抗ZX的值。

ZX = ZOPEN × (ZM – ZSHORT)/(ZSHORT + ZOPEN – ZM)

其中ZM为此系统测得的阻抗。

两个主要指标

高测量速度:如果使用100 kHz信 ,完整一个触摸屏单节点电容测试项目(假设总共512个节点)约5 ms至10 ms。这不包括路径切换和其他设置时间。如果考虑更多测试项目和通信,一个DUT大概需要500 ms至2000 ms,具体时间取决于实际环境以及需要对多少次测量结果求均值以获得稳定结果。

高灵敏度:使用18位的ADC时,分辨率小于10 fF,1 pF DUT对应的精度为约为1%至5%;精度取决于实际环境和设计。

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