电容触摸屏原理及其驱动实现

电容触摸屏原理及其驱动实现李红华2016年09月09日主要内容：一.触摸屏简介二.电容触摸屏的工作原理三.电容触摸屏的结构四.电容触摸屏硬件接口五.MTK平台驱动实现

常见的触摸屏技术：电阻式、表面电容式(surfacecapacitivetouchpanel)、投射电容式(projectcapacitivetouchpanel)、电磁式、红外感应式等等；如今应用于手机、平板产品的主要是投射电容式、电磁式(主要突出的是手写笔功能，如三星的GalaxyNote系列)。

目前生产触控IC的厂家有新思、赛普拉斯、ATMEL、敦泰、汇顶、奕力、义隆、晨星、美发思、矽创等。

国内的模组厂有欧菲、信利、胜华、帝晶、华意、TPK、合力泰、超声、创维等。一、触摸屏简介

投射式电容触控技术就是利用了平行板电容的基本原理，在两层ITO（锡氧化铟）导电玻璃涂层上蚀刻出不同的ITO导电线路模块。两个模块上蚀刻的图形相互垂直，可以把它们看作是X和Y方向连续变化的通道。由于X、Y架构在不同表面，其相交处形成一节点电容，根据平行板电容计算公式有：C=e*S/(4兀KD)，其中：S为正对面积，D为正对距离，e为材料的介电常数。其中一个通道可以当成驱动线，另外一个通道当成是侦测线。当电流经过驱动线中的一条导线时，如果外界有电容变化的信号，那么就会引起另一层导线上电容节点的变化。侦测电容值的变化可以通过与之相连的电子回路测量得到，再经由A/D控制器转为数字讯号让计算机做运算处理取得（X，Y）轴位置，进而达到定位的目地。

操作时，控制器先后提供电流给驱动线，因而使各节点与导线间形成一特定电场。然后逐列扫描感应线测量其电极间的电容变化量，从而达成多点定位。当手指或触动媒介接近时，控制器迅速测知触控节点与导线间的电容值改变，进而确认触控的位置。这种一根轴通过一套AC信号来驱动，而穿过触摸屏的响应则通过其它轴上的电极感测出来。使用者们把这称为“横穿式”感应，也可称为投射式感应。传感器上镀有X，Y轴的ITO图案，当手指触摸触控屏幕表面时，触碰点下方的电容值根据触控点的远近而增加，传感器上连续性的扫描探测到电容值的变化，控制芯片计算出触控点并回报给处理器。二、电容触摸屏(CTP)工作原理(1)用特殊的导电体如ITO(氧化铟锡,透明、高导电性、高稳定性、高灵敏度)按照设计好的X、Y交互图案电镀在基材上（如Glass或者Film板）组成感应器，公差一般≤0.01mm。(2)驱动IC可以感应到行、列通道的模拟信号量。Sensor设计：常见ITO图案：IC对原始信号进行处理，转化为触摸点重心的坐标信息ITO做成”菱形/矩形/六边形/三角形”，分割为驱动和接受通道感应原理手指与CTP形成耦合电容耦合电容使得CTP寄生电容Cp改变，通过检测Cp是否变化，从而感知”被触摸”1.CTP按照驱动方式分类：◎自电容(Selfcapacitor)——检测每个感应单元自身电容(对GND)的变化。当手指靠近或触摸到触摸屏时，手指的电容叠加到屏体电容上，是屏体电容增加。在触摸检测时，一次分别检测M个X轴和N个Y轴点击阵列。跟进触摸前后所有自电容量的变化，确定手指所在的X坐标和Y坐标，最后组合成平面的触摸坐标。◎互电容(Mutualcapacitor)

——检测两个交叉感应块之间形成的电容，两个感应块分别构成电容的两级。互电容测量方法，横向电极以此提供激励信号，纵向所有电极同时接受信号，这样可以得到所有横向和纵向点击交汇点的电容大小，即整个触摸屏的二维平面大小。根据触摸屏的二维电容变化量资料，可以计算出每一个触摸点的坐标。因此，即使评上有多个触摸点，也能计算出每个触摸点的真实坐标，基于这种测量方法，可以准确测量多点绝对坐标。2.自电容驱动模式：3.互电容驱动模式：CoverLENS固态/液态OCAFilm/GlasssensorFPC1.基本结构：三、电容触摸屏结构2.CTP按照Sensor结构分类：3.常见CTP结构：叠构图◎OGS结构：OneGlassSolution，单层玻璃集成LENS跟Sensor功能Sensor图G+G结构模型图，又分为SITO(单面ITO)和DITO(双面ITO)两种，早期iphone用DITO结构◎G+G结构：2.GG(DITO)结构：LENS+OCA+ITO-GLASS+TAC+FPC单层玻璃双面走线结构，又叫GGD，TAC层用于消除底影、保护ITO图案和金属走线。◎G+F结构：GF结构：LENS+OCA+ITO-FILM+FPC——单层菲林图案结构，可以做GF(单点加手势触摸功能)，也可以做GFM(多点触摸功能)，ITO面朝上。◎G+F+F结构：

电容触控IC用到的基本通讯接口有三种：IIC、UART、SPI，目前一般只用IIC接口，主要的接口引脚有：VDD、GND、SCL、SDA、INT、RESET。定义描述VDDTP电源端口，为TP供电，一般为3.3V/2.8VGNDTP的地线SCLIIC通讯接口时钟线，控制IIC总线传输速率SDAIIC通讯接口数据线，传输主机与TP之间的数据INTTP中断信号接口，由TP端发出，用于通知主机读取坐标数据，一般为低电平触发RESETTP的复位信号，由有主机端发出，一般为低电平时TP会复位VDDIOTP的IO口电压，一般为2.8V/1.8V，须低于VDD，四、电容触摸屏硬件接口电气连接框图：TP端主机端VDDGNDSCLSDAINTRESETVDDIO硬件原理图1.TP的软件基本操作流程：◎

主机端初始化TP的接口方式(I2C端口初始化)；◎

TPIC初始化(主要是为TP上电、复位及下发配置参数，让TP工作起来，不同厂家的IC初

始化方式不同，有些TP不需要主机端下发配置参数)；◎

设置TPINT引脚（中断方式：低/高电平中断、下降沿/上升沿中断)，装载中断向量表；◎

等待中断信号，读取手指触摸坐标数据，并上报给系统。五、MTK平台驱动实现2.TP驱动流程3.驱动移植:(1)在kernel-3.10\drivers\input\touchscreen\mediatek目录下，新建ft6x36_sp603文件夹，把厂家提供的驱动文件放在该文件夹下。(2)修改TP驱动的Kconfig配置文件

修改kernel-3.10\drivers\input\touchscreen\Kconfig文件，增加配置项“configTPD_CUSTOM_FT6X36_SP603”，如下图所示：(4)修改配置文件修改/kernel-3.18/arch/arm64/configs/lava6750_sp603_th_debug_defconfig与lava6750_sp603_th_defconfig文件，配置CONFIG_INPUT_TOUCHSCREEN=yCONFIG_TOUCHSCREEN_MTK=y增加配置项：CONFIG_TPD_CUSTOM_FT6X36_SP603=y把新增的TP驱动文件夹编译进内核(3)修改TP驱动的makefile编译文件修改kernel-3.10\drivers\input\touchscreen\mediatek\makefile文件，增加编译选项

obj-$(CONFIG_MSG5846_SP466) +=msg5846_sp466/(5)配置codegen.dws文件◎I2C相关配置◎电源配置，如TP采用了内部ldo供电，则需要配置PMIC◎GPIO相关配置，按原理图配置I2C、INT、RESET引脚(6)dts文件配置◎修改/kernel-3.18/arch/arm64/boot/dts/mt6755.dtsi，配置节点compatible=“mediatek,mt6755-touch”;◎修改/kernel-3.18/arch/arm64/boot/dts/cust_i2c.dtsi，配置I2C节点compatible=“mediatek,cap_touch”;

5d为触摸屏I2C地址◎修改/kernel-3.18/arch/arm64/boot/dts/mt6755.dtsi，配置TP的分辨率、虚拟按键、引脚等信息NameDescriptiontpd-resolution分辨率use-tpd-button如果TP有带按键，则定义值为1TPD_BUTTON_HEIGH按键的高度tpd-key-num按键的数量tpd-key-local按键的编码，一般为KEY_MENU,KEY_HOMEPAGE,KEY_BACK的键值tpd-key-dim-local按键的布局信息，包含按键的宽度、高度、中心点的坐标tpd-max-touch-num支持的最大触摸点数其中<90,833,100,40>代表了KEY_MENU的坐标信息，(90,833)是该keycenter的坐标，100是该键的宽度，40是该键的高度。例如：MENUHOMEBACK720x1280tpd-key-dim-local=<908831004023088310040370883100400000>;参数说明4.

驱动流程：5.

驱动函数分析：mtk_tpd.c文件，注册INPUT子系统驱动设备注册平台驱动……驱动探测函数分配input设备存储空间特定TP初始化input设备注册，把设备加入input设备链表，生成“dev/input/eventX”

节点按键初始化注册callback回调，LCDON/OFF时调用亮屏resume灭屏suspendFocaltech_driver.c文件，注册I2C总线从设备驱动获取TP节点信息添加TP驱动到链表注册I2C从设备驱动设置按键电源设置上电…启动中断线程复位脚设置读chipID中断注册……报点事件处理函数读取坐标上报按压事件上报抬手事件调用i2c函数读取报点信息解析（X，Y）坐标抬手处理函数给系统上报按键给系统上报坐标(3)相关调用函数说明手指按压处理函数同步事件，通知系统本次报点已全部完成同步事件，通知系统单次报点事件已完成6.

问题排查：(1)adb查看系统节点是否挂载。如果节点没有生成，则核查dws配置