كيف يتم تصميم نظام التحكم باللمس منخفض التكلفة؟

لم تعد شاشات اللمس السعوية تعتبر حداثة. مع شحن ملايين الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية ، يتزايد اعتمادها. ومع ذلك ، الآن بعد أن أصبحت منتشرة ، أصبح الناس أقل استعدادا لدفع ثمن أكبر مقابل التكنولوجيا.

للاحتفاظ بهوامش الربح في هذا المناخ التنافسي ، يجب على مصنعي المعدات الأصلية خفض تكاليف الجهاز ، وتعد وحدة الشاشة التي تعمل باللمس واحدة من أغلى مكونات الأجهزة التي تعمل باللمس. يمكن للمصممين خفض تكاليف النظام من خلال استخدام تكديس وأنماط اللوحات المناسبة وشاشات العرض والمواد والتوجيه ووحدات التحكم.

1. غطاء العدسة ومستشعر الشاشة التي تعمل باللمس

يتكون نظام الشاشة القياسية التي تعمل باللمس من مستشعر شاشة تعمل باللمس بالسعة المسقطة مغلفة بعدسة غطاء واقية ، ودائرة مطبوعة مرنة مرتبطة (FPC) مع وحدة تحكم بشاشة تعمل باللمس متصلة بها ، وشاشة. يقوم FPC بتوصيل وحدة التحكم بشاشة اللمس بالمعالج المضيف. تقع الشاشة أسفل مستشعر الشاشة التي تعمل باللمس وعادة ما يتم فصلها بفجوة هوائية أو مغلفة مباشرة.

يتكون نظام شاشة اللمس السعوية القياسي من مستشعر شاشة تعمل باللمس بالسعة المسقط مغلف بعدسة غطاء واقية ، و FPC مرتبط مع وحدة تحكم بشاشة تعمل باللمس متصلة به ، وشاشة.

عدسة الغطاء هي الطبقة المادية العليا لنظام الشاشة التي تعمل باللمس. تختلف التكلفة اختلافا كبيرا اعتمادا على المواد المستخدمة (الزجاج أو بولي ميثيل ميثاكريلات ، أو PMMA) ، والطلاءات الخاصة (مقاومة للزيوت ، الكارهة للماء) ، والحبر الزخرفي ، وعدد فتحات الحفر للكاميرات أو أجهزة الاستشعار. يمكن ل PMMA ، وهو بديل أقل تكلفة وأخف وزنا ومقاوما للكسر للزجاج الأكثر متانة وناقل بصريا ، خفض النفقات بنسبة تصل إلى 50٪.

ومع ذلك ، قد تظهر مستشعرات PMMA حساسية إشارة منخفضة. يعتبر PMMA أيضا أكثر مرونة من الزجاج ، مما قد يتسبب في انحناء اللوحة عندما يضغط إصبع أو جسم آخر بقوة كبيرة. قد يؤدي ثني اللوحة إلى تقارير لمس خاطئة وغير دقيقة. ومع ذلك ، يمكن أن تمنع الركيزة الزجاجية أو طبقة الدرع الإضافية في مستشعر الشاشة التي تعمل باللمس ثني اللوحة. نتيجة لذلك ، يجب معالجة مادة عدسة الغطاء بعناية أثناء تكديس مستشعرات الشاشة التي تعمل باللمس.

2. تستخدم سلع اللمس الحديثة مجموعة متنوعة من مكدسات المستشعرات

تحتوي مستشعرات الشاشة التي تعمل باللمس على بنى معقدة. يتم إنشاؤها عن طريق رش أكسيد قصدير الإنديوم (ITO) على ركيزة زجاجية أو PET ثم حفر تصميم خاص في ITO. أنماط وهياكل كل طبقة استشعار خاصة بمتطلبات تصميم النظام.

غالبا ما تستخدم تصميمات شاشات اللمس القياسية مستشعرات شاشة تعمل باللمس ITO من طبقتين ، مثل MH3 ومستشعرات الماس الموضحة في الشكل 2 ، لتوفير دقة عالية وخطية وأداء متعدد اللمس. تشمل الركائز المستخدمة في تصميمات أجهزة الاستشعار ثنائية الطبقة الزجاج والبولي إيثيلين تيريفثاليت (PET). PET أقل تكلفة ويوفر مناعة فائقة لضوضاء الشاشة ، ولكنه سيؤدي إلى تقليل متواضع للوضوح البصري. في النهاية ، الطريقة الأكثر فاعلية لتقليل أسعار مستشعرات الشاشة التي تعمل باللمس هي الحد من عدد طبقات التكديس.

من خلال دمج أجهزة استشعار أحادية الطبقة ، يمكن لمصممي النظام تقليل أسعار المستشعرات بنسبة تصل إلى 50٪. تساعد الطبقات الأقل - الركيزة و ITO والمادة اللاصقة الشفافة بصريا (OCA) - بائعي اللوحات التي تعمل باللمس على تقليل تكاليف المواد والأدوات. يؤدي التعامل مع طبقات أقل أيضا إلى زيادة إنتاجية التصنيع. تصنع شاشات اللمس أحادية الطبقة منخفضة التكلفة من ركيزة PET واحدة بنمط خاص مبسط يتمتع بنفاذية بصرية جيدة.

قللت المستشعرات أحادية الطبقة من الدقة والخطية وعدد محدود من لمسات الأصابع المدعومة. تعد أنظمة الاستشعار أحادية الطبقة منخفضة التكلفة هذه ممتازة للهواتف الذكية للمبتدئين والهواتف المميزة.

قد يجد مصممو النظام الذين استخدموا سابقا شاشات تعمل باللمس مقاومة أو لم يستخدموا شاشات تعمل باللمس خيار التكديس هذا مثاليا لمتطلبات التصميم والميزانية الخاصة بهم. تتمتع شاشات اللمس السعوية أحادية الطبقة بالعديد من المزايا مقارنة بشاشات اللمس المقاومة ، بما في ذلك الوضوح البصري الفائق ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، وزيادة طول العمر ، وتجربة مستخدم أفضل.

يمكن لتقنيات اللمس المتعدد أحادية الطبقة ، مثل SLIM (اللمس المتعدد المستقل أحادي الطبقة من Cypress) ، توفير ما يصل إلى 40٪ من تكلفة المستشعرات ثنائية الطبقة. توفر المستشعرات أحادية الطبقة أداء أقل بكثير ولكنها تتفوق في استيعاب أصغر عوامل الشكل. يمكن لمستشعرات اللمس المتعدد أحادية الطبقة أيضا تمكين مستشعرات اللمس ذات الحدود الرفيعة أو بلا حدود ، مما يسمح للمنطقة النشطة لشاشة اللمس بالتوسع. يمكن للمصممين الذين يتطلعون إلى تقليل التكلفة والسمك التحقيق في أجهزة الاستشعار أحادية الطبقة.

أحجام الشاشات الأصغر أقل تكلفة بكثير. يؤثر حجم المنطقة النشطة على نفقات الشاشة التي تعمل باللمس. يجب على مصممي النظام تقييم جميع الخيارات لتحسين تصميم اللوحة وتحديدها.

3. تصميم FPC

هناك طريقة أخرى لتقليل نفقات الجهاز وهي من خلال تصميم FPC. يقوم FPC بتوصيل الإدخال / الإخراج الحسي للوحة الشاشة التي تعمل باللمس (I / O) بوحدة التحكم بشاشة اللمس ، والتي بدورها تتصل بالمعالج المضيف.

قد تكون FPCs نشطة أو سلبية. في FPCs النشطة ، توجد وحدة التحكم بشاشة اللمس وأي مكونات خارجية أخرى ، مثل المقاومات والمكثفات ، على FPC نفسها. تحتوي FPCs السلبية على خطوط توجيه بسيطة ووحدة تحكم بشاشة تعمل باللمس ، مع مكونات خارجية مثبتة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

سواء كانت نشطة أو سلبية ، يمكن توجيه FPCs بعدة طرق. تسهل كفاءة الروتين وتعدد استخداماته دمج مكونات الأجهزة الأخرى. ومع ذلك ، ضع في اعتبارك أن عدد مستويات التوجيه يزيد من التكاليف. سيساعد التوجيه المدروس على طبقة واحدة في تقليل نفقات FPC. يتمتع التوجيه أحادي الطبقة بفوائد كبيرة لسلامة الإشارة وبنية FPC المدمجة.

4. يعرض

في نظام شاشة تعمل باللمس ، يوجد مستشعر شاشة اللمس بالسعة المسقطة أعلى الشاشة. شاشات العرض صاخبة بشكل طبيعي ، لذلك يمكن أن تقترن ضوضاء الشاشة مباشرة بمستشعر الشاشة التي تعمل باللمس. هذا يقلل من حساسية اللمس ويسبب تنشيط اللمس بشكل خاطئ. يمكن أن تساعد قرارات التصميم الجيدة في تقليل ضوضاء الشاشة مع تحسين الأداء والفعالية من حيث التكلفة. المنتجات ذات الصلة: شاشة تعمل باللمس بالسعة PCAP مقاس 10.1 بوصة.

شاشات العرض عالية بشكل طبيعي. يمكن أن تقترن الضوضاء الصادرة عن شاشات العرض بالسعة مع شاشات اللمس ، مما يقلل من أداء اللمس.

لتقليل ضوضاء الشاشة ، أضافت الصناعة تاريخيا طبقة "درع" ITO بين الشاشة ومستشعر الشاشة التي تعمل باللمس. على الرغم من فعاليتها ، إلا أن طبقة الدرع تزيد من تكلفة وسمك وحدة الشاشة التي تعمل باللمس. لعزل الشاشة عن مستشعر الشاشة التي تعمل باللمس ، هناك خيار آخر وهو استخدام فجوة هوائية صغيرة ، غالبا ما تتراوح بين 0.2 مم و 0.5 مم.

فجوة الهواء أقل تكلفة من طبقة الدرع ، لكنها تزيد من عرض وحدة الشاشة التي تعمل باللمس ، والتي لا تحظى بشعبية كبيرة بين مصنعي المعدات الأصلية الذين يرغبون في صنع هواتف أكثر أناقة وأرق. سيكون اختيار العرض اعتبارا أكثر أهمية في التصميم.

تظل شاشات LCD ذات الترانزستور الرقيق (TFT) هي أكثر شاشات العرض شيوعا للهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية اليوم ، وهي متوفرة في نوعين: الجهد المشترك للتيار المستمر (DCVCOM) والجهد المشترك (ACVCOM). الفرق هو آلية قيادة طبقة القطب المشترك (VCOM). أصبحت شاشات LED العضوية ذات المصفوفة النشطة (AMOLED) شائعة بشكل متزايد في الأدوات المتطورة ، وذلك بفضل زوايا المشاهدة الواسعة ، والسطوع والتباين المحسنين ، وانخفاض استهلاك الطاقة ، وانخفاض السماكة.

تتميز

AMOLEDs بضوضاء عرض منخفضة جدا وهي من بين أكثر الشاشات هدوءا ، لكنها باهظة الثمن.

غالبا ما تكون شاشات DCVCOM صامتة وباهظة الثمن. من ناحية أخرى ، ينتج ACVCOM الكثير من الضوضاء بينما يظل غير مكلف للغاية. يتأثر اختيار العرض بشكل كبير بالاستخدام المقصود للجهاز من قبل المستخدمين النهائيين. سيحدد التطبيق المستهدف الأجهزة والأداء المناسبين لعملائه.

5. وحدة تحكم بشاشة تعمل باللمس

على الرغم من أنها أقل تكلفة من الشاشة أو لوحة الشاشة التي تعمل باللمس ، إلا أن وحدة التحكم في الشاشة التي تعمل باللمس لها التأثير الأكبر على أداء نظام الشاشة التي تعمل باللمس. تستخدم وحدة التحكم في الشاشة التي تعمل باللمس تقنية الاستشعار والمعالجة السعوية لاكتشاف لمسات الأصابع وحركاتها وإيصال موقعها وسلوكها إلى وحدة المعالجة المركزية المضيفة.

عند وضع إصبع على شاشة تعمل باللمس بالسعة المعروضة ، تكتشف وحدة التحكم في الشاشة التي تعمل باللمس التغيير في السعة وتترجمه إلى قيم رقمية. تتم معالجة هذا التحويل الرقمي بعد ذلك بواسطة خوارزميات دقة اللمس القوية لوحدة التحكم في الشاشة التي تعمل باللمس قبل إرسالها إلى وحدة المعالجة المركزية المضيفة مع إحداثيات اللمس والبيانات الضرورية الأخرى.

توفر الإشارات الحساسة للضوضاء مشكلة فنية كبيرة لشاشات اللمس. مطلوب وحدات تحكم ذات واجهات أمامية تناظرية عالية الجودة ، وقدرات مدمجة للتعامل مع الضوضاء ، وخوارزميات معالجة معقدة. نظرا لأن اللمس أصبح واجهة المستخدم المفضلة للعديد من الأدوات الإلكترونية الاستهلاكية ، سيكون لجودة وحدات التحكم في الشاشة التي تعمل باللمس تأثير مباشر على تجربة المستخدم النهائي. يعد اختيار وحدة التحكم بشاشة اللمس الصحيحة أمرا بالغ الأهمية للحصول على مزايا الأداء والتكلفة.

يمكن لوحدة التحكم ذات نسبة الإشارة إلى الضوضاء العالية (SNR) والتعامل الجيد مع الضوضاء أن تعوض فقدان قوة الإشارة الناجم عن مصادر الضوضاء مثل عدسة غطاء PMMA الأرخص ثمنا أو شاشة ACVCOM الصاخبة. للمساعدة في تحسين أداء المستشعرات أحادية الطبقة منخفضة التكلفة واللمس المتعدد ، يجب أن توفر وحدات التحكم في الشاشة التي تعمل باللمس خوارزميات معالجة متوافقة. علاوة على ذلك ، لا يمكن تحقيق المزايا الاقتصادية لتوجيه FPC أحادي الطبقة إلا إذا كان دبوس وحدة التحكم بشاشة اللمس يدعم تصميم توجيه مرن.

يمكن لوحدات التحكم في الشاشة التي تعمل باللمس أيضا خفض نفقات النظام من خلال دعم الوظائف الإضافية. على سبيل المثال ، تقرأ معظم وحدات التحكم في الشاشة التي تعمل باللمس الماء على شاشة تعمل باللمس بلمسة إصبع نظرا لأن توقيعات السعة الخاصة بها متشابهة. لمعالجة هذه المشكلة ، قد يطبق منتجو الشاشات التي تعمل باللمس طبقة مكلفة من الطلاء الكارهة للماء على عدسة الغطاء.

عندما تهبط قطرات الماء على عدسة الغطاء ، يساعد الطلاء على تقسيمها إلى قطرات صغيرة ، مما يمنعها من التسجيل كلمسات. ومع ذلك ، فإن وحدة التحكم بالشاشة التي تعمل باللمس تدعم في الأصل رفض الماء عبر إمكانيات الأجهزة والبرامج الثابتة قد تكتشف الماء على شاشة اللمس وترفضه باستخدام خوارزميات مدمجة ، مما يوفر تكاليف طلاء إضافية ل OEM.

6. ملخص

يمكن للمصممين الأذكياء الذين يفهمون نظام الشاشة التي تعمل باللمس ومكوناته الرئيسية خفض التكاليف بشكل كبير من خلال اتخاذ قرارات تصميم واختيار معقولة لعدسة الغطاء ومواد المستشعر والتكديس ونوع العرض وتوجيه FPC. يمكن لوحدة التحكم الإبداعية وعالية الأداء التي تعمل باللمس أن تقلل التكاليف دون التضحية بالأداء ، مما يضمن بيع المنتج النهائي في المقام الأول.