升级传统触摸屏测试，ADI提供快速灵敏的新方案

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触摸屏技术介绍

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1.两种不同类型触摸屏

在触摸屏应用中，互容屏更受欢迎一些，原因是与自容屏相比，互容屏可以真正意义上支持多点触控。

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。

图3.DUT分析模型

CX：每个节点大约是1pF至10pF，这是我们想要测量的互电容。有数百至数千个这样的互电容节点需要测量。

LITO：ITO细线引起的寄生电感，1nH至20nH；在这个应用里面我们可以忽略它，因为在小于1MHz时其阻抗非常低。

RITO：ITO导线电阻，kΩ级别，这取决于ITO线长、线宽和材料成分。每个节点的RITO可能都不同。

Cg：相对于参考电平GND的寄生电容，pF级别，这取决于相对参考GND平面的距离和工厂中的实际夹具环境。

生产测试需求

该解决方案涉及4个测试项目：

1)单节点电容测试测量所有矩阵节点，大致10pF左右；需要fF级别的高精度。

3)相邻ITO线的开路/短路测试在制造过程中，ITO钻石型架构有时会引起相邻线路短路，所以需要对此进行测试。

4)ITO电阻(可选)这是一个可选测试项目，用于评估ITO线是否符合标准。每个节点的测试时间通常在ms级。矩阵节点的数量取决于屏幕尺寸，从数百到数千不等。

阻抗测量

图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为电压矢量信号，VCUR为电流矢量信号，ZPATH为测量路径上的整体增益和相位偏移的总校准系数。

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。

图5.触摸屏测试系统框图

与被测触摸屏接口

考虑成百上千的通道连接，我们还是建议在此使用模拟开关，这样可以节省很多空间并缩短信号路径长度。为了解它对测量的影响需要分析开关的寄生效应。因此，应按照图6所示增加两个开关以进行分析。

图6.模拟开关分析模型

CD/CS：寄生电容，8pF至32pF(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，1MHz时的关断状态隔离度为–73dB(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9.5Ω。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，但它仍在信号路径上，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。

图7.测试夹具寄生效应的补偿

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

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

审核编辑 黄昊宇

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