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工作原理

17 Dec 2024
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硬件结构原理


hw_structure

1. RTP 硬件结构侧视图

如图所示,RTP 硬件分为下列多层结构:

  • 表面硬图层:手指触摸的表面是一个硬涂层,用以保护下面的 PET 层。

  • PET 层:很薄、有弹性,当表面被触摸时它会向下弯曲,并使得下面的两层 ITO 涂层能够相互接触并在该点连通电路。

  • ITO 陶瓷层:两个 ITO 层之间是约千分之一英寸厚的一些隔离支点使两层分开。

  • 玻璃底层:最下面是一个透明的硬底层用来支撑上面的结构,通常也可以用塑料。

RTP 多层结构会导致较大的光损失,手持设备通常需要加大背光源来弥补透光性不好的问题,从而增加电池的消耗。

坐标计算

ITO 陶瓷层分为上下两层,即 X 层和 Y 层,中间用隔离支点分开:
  • 当有触摸按下时,触摸点的 X 层和 Y 层会导通。

  • 当没有触摸按下时,X 层和 Y 层分离,无法测得电压。

X 层上 X- 到 X+ 和 Y- 到 Y+的电阻是均匀分布的,其电路等效图如下:


xy_layer1

2. RTP 的 X 层、Y 层等效电路
  1. 计算 X 坐标:在 X+ 电极施加驱动电压 V, X- 电极接地,Y+ 做为引出端测量得到接触点的电压。


    x_coordinate1

    3. 计算 X 坐标的关系图
    由于 ITO 层均匀导电,触点电压与 Vdrive 电压之比等于触点 X 坐标与屏宽度之比。
    x=(Vy/Vdrv)*width
  2. 计算 Y 坐标:在 Y+ 电极施加驱动电压 V,Y- 接地,芯片通过 X+ 测量接触点的电压。

    y_coordinate1

    4. 计算 Y 坐标的关系图
    由于 ITO 层均匀导电,触点电压与 V 电压之比等于触点 Y 坐标与屏高度之比。
    y/height=Vx/Vdrvy=(Vx/Vdrv)*height

坐标采样

基于以上原理,对 X+、X-、Y+、Y- 加不同的电信号,拉低、还是拉高,会得到多种组合, 常用的组合命名为:XN、XP、YN、YP、ZA、ZB、ZC、ZD,具体电信号定义见 spec。 可以简单理解为:X*、Y* 都是和位置有关的数据,Z* 是和压感有关的数据。

坐标校准

触摸屏和 LCD 屏需要结合在一起使用:
  • LCD 屏中运行的 GUI 需要获得一个转换后的坐标, 且坐标值必须在 LCD 屏分辨率的范围内。

  • 从触摸屏坐标转换到 LCD 坐标的过程,会执行一次线性转换,通用公式如下:


    coordinate_adjustment1

    在线性转换公式中,s 表示 RTP 的 ADC 分辨率,12bit 表示 4096,即 RTP 采样得到的数据范围是 0~4095。校准过程如下:

    • 分别点击屏幕的四个角落,可测到 4 组 LCD 坐标值和触摸屏触摸屏坐标值。
    • 列出 8 个等式, 求解出 a、b、c、d、e、f 的值。

      开源 tslib 库附带的 ts_calibrate 工具,提供了 5 点校准的处理。

压感计算

当打开压感数据后,便于根据压力数据来过滤掉一些抖动的点。 尤其在触摸时抬起的瞬间会大概率产生压力很小的采样数据,这样的数据会存在较大误差,可以根据压力将其过滤掉。

可以通过下列公式计算压力数据:

公式 1:


pressure_formula

公式 2:


pressure_formula21

两个公式的计算结果误差在 10% 以内。其中:
  • 公式 1 只需一个 plate 参数,公式 2 需要 x-plate 和 y-plate 参数。

  • 公式 1 中的 Z1 和 Z2 对应坐标组合 ZA 和 ZB 的数据

  • 根据屏幕实测的电阻值,配置 DTS 中的 x-plate 和 y-plate 参数。