Pantallas táctiles capacitivas y capacitancia de dedos

1. Descripción general

de la capacitancia

del dedo El término "capacitancia del dedo" se refiere a la carga eléctrica que se aplica a la superficie de una pantalla táctil de capacitancia en respuesta a un comando táctil. Cuando se toca una pantalla táctil de capacitancia, absorbe algunas cargas eléctricas del cuerpo del usuario. En cambio, solo hay una pequeña cantidad de descarga eléctrica que una pantalla táctil de capacitancia puede detectar. Sin embargo, esta carga eléctrica adicional se conoce como capacitancia del dedo porque se origina en el dedo del usuario.

Principio de funcionamiento de la capacitancia de los dedos

Para comprender cómo funciona la capacitancia de los dedos, primero se debe estar familiarizado con las características fundamentales de las pantallas táctiles de capacitancia.

Los dispositivos de capacitancia son pantallas táctiles que detectan los comandos del usuario mediante la detección de capacitancia. Cuando se activan, proyectarán un campo electrostático constante a través de la interfaz de visualización. El campo electrostático se medirá mediante pantallas táctiles de capacitancia.

Debido a que el cuerpo humano es conductor de la electricidad, el campo electrostático de una pantalla táctil de capacitancia cambiará cuando se toque con un dedo desnudo. Como resultado, la interfaz de visualización del dispositivo recibirá una pequeña carga eléctrica del dedo del usuario. Como resultado, el campo electrostático de la pantalla táctil de capacitancia se volverá más fuerte cerca de un comando táctil. En pocas palabras, la capacitancia del dedo es la carga eléctrica adicional agregada a la interfaz de la pantalla por un dedo.

La capacitancia del dedo

Este fenómeno eléctrico, conocido como "capacitancia del dedo", no se limita a un solo dedo. Una pantalla táctil de capacitancia se puede operar con cualquier objeto conductor. Mientras el objeto conduzca electricidad, el campo electrostático del dispositivo se distorsionará.

Un lápiz óptico conductor es un ejemplo común. Los lápices conductores tienen una apariencia consistente. La única distinción es que están hechos de material conductor. Cuando se toca una pantalla táctil de capacitancia con un lápiz conductor, la capacitancia de un dedo se agrega a la interfaz de visualización. Como resultado, el dispositivo reconocerá y registrará el pedido cuando se toque esa ubicación.

La capacitancia del dedo se crea cuando un dedo u otro objeto conductor agrega una carga eléctrica a una pantalla táctil de capacitancia. Permite que las pantallas táctiles de capacitancia reconozcan los comandos táctiles. Cuando se aplica la capacitancia del dedo, el dispositivo lo reconoce como un comando táctil.

El condensador hecho de PCB

Los condensadores se clasifican en varios tipos. Aunque los paquetes de montaje en superficie y los componentes LED generalmente se asocian con la capacitancia, todo lo que se requiere son dos conductores separados por una capa aislante (es decir, el dieléctrico). Como resultado, hacer un condensador con las capas conductoras integradas en una placa de circuito impreso es relativamente simple. Considere las siguientes vistas superior y lateral de un condensador de PCB utilizado como botón sensible al tacto como ejemplo.

Un condensador está formado por el espacio aislante entre el botón sensible al tacto y el cobre circundante. Debido a que el cobre circundante está conectado al nodo de tierra, el botón sensible al tacto se puede considerar como un condensador entre la tierra y la señal sensible al tacto.

La influencia de un dedo

Debido a que la máscara de soldadura en la PCB y, por lo general, una capa de plástico que aísla la electrónica del dispositivo del medio ambiente actúan como barreras entre el dedo y el condensador, no se produce una conducción directa. Como resultado, el dedo no descarga el condensador. Además, la cantidad de interés es la capacitancia en ese mismo momento en lugar de la carga que queda en el condensador.

¿Por qué cambia la capacitancia cuando hay un dedo presente? Hay dos razones para esto: la primera está relacionada con las propiedades conductoras del dedo y la segunda está relacionada con sus propiedades dieléctricas.

Dedo

dieléctrico

Debido a que la máscara de soldadura en la PCB y, por lo general, una capa de plástico que aísla la electrónica del dispositivo del medio ambiente actúan como barreras entre el dedo y el condensador, no se produce una conducción directa. Como resultado, el dedo no está descargando el condensador, y la cantidad de interés es la capacitancia en ese mismo momento en lugar de la carga que queda en el condensador.

Debido a que el campo eléctrico del condensador se extiende hacia afuera, el dedo puede afectar las propiedades dieléctricas sin entrar en contacto con las placas.

Debido a que nuestros cuerpos están hechos principalmente de agua, la carne humana es un excelente material dieléctrico. La constante dieléctrica del aire es ligeramente mayor que la del vacío, que es uno (aproximadamente 1.0006 al nivel del mar y temperatura ambiente). El agua, por otro lado, tiene una constante dieléctrica de aproximadamente 80, que es significativamente mayor. Como resultado, la interacción del dedo con el campo eléctrico del condensador eleva la constante dieléctrica, lo que aumenta la capacitancia.

Dedo

del conductor

Cualquiera que haya recibido una descarga eléctrica es muy consciente de que la piel humana conduce la electricidad. Como se indicó anteriormente, no hay conducción directa entre el dedo y el botón sensible al tacto, por lo que el dedo no puede descargar el condensador de PCB. Sin embargo, esta falta de conducción directa no implica que la conductividad del dedo no sea importante. Por el contrario, el dedo sirve como segunda placa conductora de un condensador adicional, por lo que es extremadamente importante.

A efectos prácticos, se supone que el condensador creado con los dedos, denominado tapa de los dedos, está conectado en paralelo al condensador ya presente en la PCB. Debido a que la persona que usa el dispositivo sensible al tacto no está conectada eléctricamente al nodo de tierra de la PCB, los dos condensadores no están "en paralelo" en el sentido de un análisis de circuito estándar, lo que complica las cosas.

Se cree que el cuerpo humano, por otro lado, actúa como un suelo virtual debido a su capacidad relativamente alta para absorber carga eléctrica. Como resultado, la conexión eléctrica precisa entre la tapa del dedo y la tapa de la PCB no es importante. Lo que importa es que el dedo aumentará la capacitancia total porque los condensadores se agregan en paralelo debido al diseño pseudoparalelo de los dos condensadores.

Como resultado de que ambos sistemas controlan cómo interactúa el dedo con el sensor táctil capacitivo, la capacitancia aumenta.

Contacto vs. proximidad

La discusión anterior destaca una característica intrigante de la detección capacitiva "táctil". Además del contacto físico, la mera proximidad al sensor puede provocar cambios de capacitancia detectables. Los dispositivos sensibles al tacto con frecuencia se identifican erróneamente. La tecnología de detección capacitiva agrega un nuevo nivel de funcionalidad a los interruptores o botones mecánicos al permitir que los sistemas calculen la separación entre un sensor y un dedo.

Los efectos de los métodos de alteración de la capacitancia mencionados anteriormente son inversamente proporcionales a la distancia. Cuando el dedo se acerca a las áreas conductoras del condensador de PCB para el método basado en constantes dieléctricas, el dieléctrico más carnoso interactúa con el campo eléctrico del condensador. Como resultado, la capacitancia de la tapa del dedo para el mecanismo basado en la conductividad es inversamente proporcional a la separación entre las placas conductoras, al igual que cualquier otra tapa.

Recuerde que este no es un método para determinar la distancia exacta entre el sensor y el dedo; la detección capacitiva no proporciona la información necesaria para realizar cálculos precisos de distancia absoluta. Sin embargo, debido a que los circuitos de detección capacitiva están diseñados para detectar cambios en la capacitancia, esta tecnología es adecuada para detectar cambios en la distancia, es decir, mientras un dedo se acerca o se aleja de un sensor.

2. Los beneficios de las pantallas táctiles

capacitivas

Durabilidad

Una de las principales ventajas de una pantalla táctil capacitiva proyectada es su resistencia. Las pantallas táctiles tienen una amplia gama de aplicaciones en los negocios. Si la función se elige y crea cuidadosamente, la pantalla táctil capacitiva no se verá perjudicada por problemas comunes como el polvo y la humedad. Después del tratamiento superficial con AG, AR y AF, puede reducir con éxito el reflejo de la luz, evitar las manchas de huellas dactilares y evitar los arañazos. Además, cuando se selecciona y crea cuidadosamente para cumplir con los requisitos de la aplicación, la pantalla táctil capacitiva proyectada dura más.

Fiabilidad

Además, debido a su durabilidad, es muy poco probable que la pantalla táctil capacitiva proyectada se raye. Incluso si la superficie se raya como resultado de un accidente, la pantalla táctil capacitiva proyectada continuará funcionando normalmente a menos que se dañe la matriz conductora montada en la parte posterior. Esta funcionalidad se proporciona porque continuará midiendo los cambios en el campo eléctrico generado independientemente del daño.

Precisión

táctil

Una de las razones clave por las que esta tecnología es tan popular en la electrónica de consumo y ahora tiene tanto éxito en aplicaciones comerciales / industriales es que es una tecnología táctil altamente sensible que solo responde a los dedos o bolígrafos conductores (lo que significa que el riesgo de "contacto incorrecto" es pequeño). Si bien los objetos inanimados pueden afectar las pantallas táctiles ópticas o acústicas, las pantallas táctiles resistivas requieren más estrés que las pantallas táctiles capacitivas proyectadas (lluvia, hojas, corbatas, esposas, etc.).

Nitidez de

imagen

Debido a que generalmente están hechas de vidrio transparente sin recubrimiento con una matriz de microconductores en la parte posterior, las pantallas táctiles capacitivas proyectadas a menudo brindan una calidad de imagen superior en comparación con la mayoría de las otras tecnologías táctiles. Las pantallas capacitivas son ideales para las últimas pantallas HD, UHD y OLED.

Para generar señales, las pantallas táctiles capacitivas solo requieren un toque, no presión. Mientras que la tecnología resistiva requiere una calibración tradicional, los paneles táctiles capacitivos requieren solo una calibración después de la fabricación o ninguna.

Debido a que los componentes de una pantalla táctil capacitiva no necesitan moverse, la solución capacitiva tiene una vida útil más larga. En las pantallas táctiles resistivas, la película ITO superior debe ser delgada y flexible para doblarse hacia abajo y hacer contacto con la película ITO inferior.

La tecnología capacitiva supera a la tecnología resistiva en términos de pérdida de luz y consumo de energía del sistema. El elemento que entra en contacto con la pantalla determina si se utiliza tecnología capacitiva o resistiva. Si se toca con un dedo, es preferible una pantalla táctil capacitiva. Una pantalla táctil resistiva, ya sea de plástico o metal, puede funcionar como un lápiz óptico. También es posible utilizar un lápiz óptico con pantalla táctil capacitiva; sin embargo, se requiere un lápiz óptico compatible.

El tipo capacitivo inductivo se usa comúnmente para pantallas táctiles pequeñas y medianas y puede reconocer gestos. El tipo capacitivo de superficie, por otro lado, se puede usar para pantallas táctiles de gran tamaño y tiene un contenido relativo bajo, pero actualmente no admite el reconocimiento de gestos.